《炬丰科技-半导体工艺》通过蚀刻形成激光谐振器

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：通过蚀刻形成激光谐振器
编号：JFKJ-21-1124
作者：华林科纳

*引言
用于光电子的半导体激光器等半导体光器件，多利用注入的少数载流子，而且其浓度在2×1018cm―3以上，处于相当高的水平。在使用GaAs和InP等化合物的光学器件中，作为可靠性较高的加工法，湿法化学蚀刻依然被用于实际应用。对基于化学蚀刻的半导体光器件的微细加工，特别是激光谐振器的形成进行总结，并介绍几个具体例子。

*实验
首先，总结了光电子设备所需的微细结构及其应用领域。在基板上或生长了2重异质结构的晶圆上形成的脊和台面，用于嵌入异质(BH)激光器等，在FET的栅极制作中，宽度较窄的脊也很重要。第二个，通道、沟槽、平台，还是应用在折射率波导型半导体激光器上。如果具有这些形状，在基板上进行晶体生长，核心层的厚度自然变为不均0，形成波导。最初的形状为脊或台面，用于嵌入式异质(BH)激光、光波导、FET等的通道形成等。

其次对台面蚀刻的例子进行总结的1～6，①和③中，如果在GaAs和InP的基板上形成的台面上生长2重异质结构，就会通过一次生长形成嵌入结构。另外，在②和④中，在形成GaAs/GaAIAs和InP/GaInAsP的2重异质结构后，通过台面蚀刻向活性层下挖掘，然后从两侧生长嵌入层。总之，台面高度和宽度的控制是一个重要因素。

使用在垂直面容易出现但波导形成困难的方向上具有波导的晶圆，进行了蚀刻激光的制作，随后发现了不同的蚀刻剂，并尝试制造蚀刻激光器，该蚀刻激光还存在以下问题，为了充分发挥蚀刻激光的特征，需要解决这些问题。因此，以蚀刻激光的低阈值电流化、单一模式化为目标，蚀刻面形状的改善、钝化技术的改善、短谐振器激光器的实现尝试了。图1显示的是蚀刻激光器的结构。

图1

图2显示的是制作工序。首先，在激光晶片表面溅射附着SiO2，使用光刻法和CF4等离子蚀刻，向<011>方向打开条纹窗口，形成蚀刻掩模。然后用H2O+3H2SO4+H202溶液封盖去除层，去除SiO2掩模。

图2

然后，再次形成SiO2蚀刻掩模以覆盖剩余的盖层，并且使用KKI-121作为蚀刻剂，通过多级蚀刻方法，形成激光谐振器表面。然后，去除Sio和蚀刻掩模，并对蚀刻表面进行钝化。为了强化这种钝化，以蚀刻端面方向为基准，对基板进行SiO2溅射，尝试了根据方向进行2次的方法。通过该钝化法，元件表面和蚀刻面的边界处经常产生的漏电流消失了。进行钝化后，形成条形窗口电极。

在谐振器长80μm的单面蠕变短谐振器型蚀刻激光的光输出-电流特性及振荡光谱中，振荡阈值电流110mA，可以得到阈值电流的2.2倍的单0轴模式动作。另外，还获得了双面蚀刻激光器的振荡。其光输出-电流特性如Fig.5所示。作为具有能够通过蚀刻形成单片谐振器的激光器，有使用衍射光栅的分布反馈型(DFB)和分布反射型(DBR)激光器。该衍射光栅使用周期为2000～2500A左右的1级衍射光栅和周期为4000～5000A左右的2级衍射光栅。

*讨论和结果
在表中总结了各自的特征：方法具有如下优点:由于将衍射光栅形成在基板上，因此可以通过D1次的晶体生长制作DFB晶圆；ii）由于衍射光栅形成在InP上，因此熔回较少。因此，研究很早就开始了。

利用普通的解理激光对该晶圆的振荡阈值电流密度进行了调查，尽管经过了衍射光栅形成和第二次液相生长等工艺，但其值几乎没有变化。将该晶圆加工成电极条型，调查了其特性。室温脉冲电流驱动的光输出―电流特性，电极宽度为18μm，元件长为510μm，阈值电流为680mA，外部微分量子效率单面为2.2%。以阈值电流的1.2倍左右测量振荡波长的温度依赖性，在―69～0℃范围内得到单轴模式动作，波长随温度变化的变化。

液相生长时的熔融金属的反熔蚀刻也是0种湿法蚀刻，对半导体激光器的嵌入结构的形成有帮助，此外，在GaAIAs系统中，选择性回熔蚀刻也是可能的。

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