專利名稱:復(fù)合腔波導(dǎo)互補(bǔ)激光器的制作方法
本發(fā)明為一種半導(dǎo)體激光器隨著光纖通訊、激光傳感計(jì)測(cè)，激光視頻唱盤，激光印刷，信息處理等事業(yè)的發(fā)展，給半導(dǎo)體激光器提出了一系列應(yīng)解決的課題。其中研制低閾值具有良好線性的光功率曲線，能保持較大功率范圍基橫模和單縱模激射的半導(dǎo)體激光器，就是一個(gè)重大課題。為了保持穩(wěn)定的較大功率的基橫模振蕩必須解決模式的穩(wěn)定性和模式的選擇性這樣兩個(gè)大問題。
1970年半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)激射以來，世界各國(guó)開展了大量的研究工作。早期的器件多數(shù)是通常條形結(jié)構(gòu)，如氧化物隔離條形(OS)，質(zhì)子轟擊條形(PBS)，平面條形(PS)，全面擴(kuò)散，異質(zhì)隔離條形，內(nèi)條形平面雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，低臺(tái)條形等等。這些器件的共同點(diǎn)是有源區(qū)是平的，厚度無變化的。在有源區(qū)平行于P-n結(jié)的方向(即側(cè)向)無內(nèi)建的實(shí)折射率差(或內(nèi)建的增益差)，其不同點(diǎn)只是制造條形電極方法和對(duì)電流進(jìn)行限制的形式不同。這些激光器的工藝較簡(jiǎn)單易于制造，同時(shí)一般電極條較寬，(如0.85μm器件10μm條寬，1.3μm器件15μm條寬)仍能呈現(xiàn)基側(cè)向橫模(以下稱側(cè)模或側(cè)向模式)振蕩。這些激光器在平行n-p結(jié)平面上的模式導(dǎo)引機(jī)制是靠載流子的注入引起的增益差來實(shí)現(xiàn)的，因此稱通常條形激光器為增益導(dǎo)引激光器(也有稱為自由載流子波導(dǎo)的)。由于這種導(dǎo)引機(jī)制隨著載流子分布的變化而變化，不是一個(gè)穩(wěn)定的導(dǎo)引機(jī)制，因而側(cè)向模式的穩(wěn)定性不好。在較低功率輸出下，產(chǎn)生近場(chǎng)光斑的側(cè)向移動(dòng)，輸出光功率曲線出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。這對(duì)光纖通信等實(shí)際應(yīng)用是一個(gè)極大的障礙。
為了克服光功率曲線扭曲現(xiàn)象，穩(wěn)定模式，必須在平行于P-n結(jié)的側(cè)向形成內(nèi)建的實(shí)波導(dǎo)機(jī)制。如用異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成矩形波導(dǎo)的掩埋條形(BH)結(jié)構(gòu)，可以在垂直水平兩個(gè)方向都對(duì)光和載流子實(shí)行很好的限制。但是由于異質(zhì)材料折射率差比較大，根據(jù)激光器波導(dǎo)模式截止條件，可以計(jì)算出其高階橫模的截止厚度和寬度一般只有十分之幾微米。這在垂直結(jié)平面方向用多層外延技術(shù)不難實(shí)現(xiàn)。但是在平行結(jié)平面方向不但工藝上較困難，而且也限制了激光輸出功率(這樣的激光器輸出功率不能超過1mw)。為了增加高階側(cè)向橫模的截止寬度或單模允許寬度，同時(shí)保證模式的穩(wěn)定性，必須尋求在平行結(jié)平面方向能形成自建弱波導(dǎo)。而且工藝上也不太難實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。目前研究較多較為成熟的是非平面襯底上進(jìn)行液相外延，用有源區(qū)厚度差或襯底吸收作用來控制側(cè)向橫模如溝道襯底條形(CS)，溝道襯底平面條形(CSP)，溝道襯底窄條形(CNS)，梯形襯底條形(TS)，壓縮雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(CDH)等等。但是這種非平面襯底激光器由于有源區(qū)有薄厚變化，引起載流子內(nèi)擴(kuò)散，同時(shí)有電流向襯底肩角的集中效應(yīng)。這樣一般有源區(qū)中間厚兩邊薄的非平面襯底激光器的載流子濃度分布中心區(qū)都比較平坦，甚至出現(xiàn)凹陷，如圖1中曲線b給出的壓縮形(CDH)激光器實(shí)測(cè)的 1/2 Ith時(shí)載流子濃度曲線那樣。根據(jù)模式增益公式(見公式(1));這樣的載流△Gm=∫-∞∞g( y)T( y)｜Em( y)｜2d y∫-∞∞｜Em( y)｜2d y]]>(1)其中g(shù)(y)＝An(y)-B (2)
子濃度分布易于和高階側(cè)向橫模耦合，高階側(cè)向橫模的模式增益較高，高階側(cè)向橫模易激射。有源區(qū)無厚度變化的增益導(dǎo)引激光器的載流子濃度分布一般中心位置比較高，呈“鐘型”分布。如圖1中曲線a所示。這樣的分布易于和基側(cè)向橫模耦合，高階側(cè)向橫模的模式增益較低因而基側(cè)向橫模輸出的功率范圍較大。
由于上述原因大多數(shù)折射率導(dǎo)引激光器基側(cè)模功率范圍都比較小，如條寬較寬(10μm)的脊背波導(dǎo)CDH結(jié)構(gòu)只能保持3～7mW。為了保持條中心為峰值且均勻?qū)ΨQ的載流子濃度分布，有些結(jié)構(gòu)采用了較窄的電極條寬。如溝道襯底窄條形(CNS)結(jié)構(gòu)，條寬僅為2～3μm，基側(cè)向橫模也只保持4～5mW。而且增加了工藝難度和接觸電阻，影響器件的可靠性。這就是說一般三層波導(dǎo)的折射率導(dǎo)引激光器，波導(dǎo)較強(qiáng)，側(cè)向模式的選擇性較差。為了減弱波導(dǎo)，提高基側(cè)模輸出功率，有些結(jié)構(gòu)做成大光腔結(jié)構(gòu)(如CDH大光腔結(jié)構(gòu))，但要求處延生長(zhǎng)五層，不但工藝難度增大，而且 值要提高許多。還有溝道襯底平面條形要求第一層(AlGa)As層嚴(yán)格控制在0.35±0.05μm范圍之內(nèi)，工藝實(shí)現(xiàn)之難是可以想象的。
本發(fā)明正是為了解決上述難點(diǎn)而提出來的。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和仔細(xì)的理論分析，我們認(rèn)識(shí)到了增益導(dǎo)引激光器側(cè)向模式穩(wěn)定性差但選擇性較好。與此相反，折射率導(dǎo)引激光器側(cè)向模式穩(wěn)定性好，而選擇性差。因而我們提出了將兩大類激光器結(jié)構(gòu)沿著激光的傳播方向做在一個(gè)諧振腔內(nèi)，使其優(yōu)點(diǎn)互相補(bǔ)充的設(shè)計(jì)思想。根據(jù)這一設(shè)計(jì)思想把不同結(jié)構(gòu)的增益導(dǎo)引激光器和不同結(jié)構(gòu)的折射率導(dǎo)引激光器結(jié)構(gòu)組合起來可以設(shè)計(jì)出許多種分段折射率導(dǎo)引和增益導(dǎo)引復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的激光器來，這種激光器我們統(tǒng)稱為復(fù)合腔波導(dǎo)互補(bǔ)激光器。這種激光器可以做成兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合的兩段式結(jié)構(gòu)，也可以做成多段式結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以做成三種和多種結(jié)構(gòu)組合的三段式和多段式的結(jié)構(gòu)，也可以做成大光腔結(jié)構(gòu)。
但是不論結(jié)構(gòu)怎樣組合，怎樣變化，其基本點(diǎn)是在激光器的諧振腔內(nèi)必須有一段或兩段(或幾段)是折射率導(dǎo)引機(jī)制的，這部分起著穩(wěn)定側(cè)向模式，克服光功率曲線扭曲的作用;同時(shí)在激光器諧振腔內(nèi)還必須有一段或兩段(幾段)是增益導(dǎo)引機(jī)制的(即通常條形結(jié)構(gòu)的)，這部分起著調(diào)節(jié)折射率導(dǎo)引機(jī)制的強(qiáng)弱，增加基側(cè)向橫模和高階側(cè)向橫模值差，擴(kuò)大基側(cè)向橫模輸出功率范圍的作用。這兩種導(dǎo)引區(qū)段作用的強(qiáng)弱和其腔長(zhǎng)比例有關(guān)。為進(jìn)一步說明復(fù)合腔波導(dǎo)互補(bǔ)激光器波導(dǎo)的強(qiáng)弱和兩種導(dǎo)引區(qū)段腔長(zhǎng)比例的關(guān)系。我們定義一個(gè)全腔等價(jià)有效折射率這樣一個(gè)物理量來描述這種激光器的波導(dǎo)強(qiáng)弱。全腔等價(jià)有效折射率定義見公式(3)。
ηd·e(y)＝ (Ld)/(L) ηd·e(y)+ (Lg)/(L) ηg·e(y) (3)式中L為整個(gè)激光器的腔長(zhǎng)，Ld為折射率區(qū)段腔長(zhǎng)，ηd、(e(y)為折射率區(qū)段的有效折射率。它是有源區(qū)厚度的函數(shù)。
ηd ·e(y)=η1+D2(y)4［9+4D2( y )-12+D2( y)］2(η2-η1)]]>(4)其中D(y)=2πλta(y)n22-η21]]>(5)
(5)式中η2為有源區(qū)材料折射率，η1為限制層折射率。ta(y)為有源區(qū)厚度。(3)式中Lg為增益區(qū)段的腔長(zhǎng)，ηg·e(y)為增益段的有效折射率。由于增益區(qū)段ta(y)＝常數(shù)，所以ηg·e(y)＝常數(shù)＝ηg·e(0)。這樣由(3)式可以看出增加Lg;ηa·e(y)隨y的變化就會(huì)被減緩，從而增加模式截止尺寸。但是Lg不能太長(zhǎng)，因要有穩(wěn)定的導(dǎo)引機(jī)制必須△ηa·e＞3×103，如果Lg太長(zhǎng)使△ηa·e＜3×10-3，就會(huì)在低功率點(diǎn)產(chǎn)生光功率曲線扭曲現(xiàn)象。這就有一個(gè)最佳腔長(zhǎng)比例需要選擇的問題。由于不同的結(jié)構(gòu)有效折射率變化情況不一樣。最佳腔長(zhǎng)比例要根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體計(jì)算。
目前我們已經(jīng)實(shí)施了0.90～0.80μm波長(zhǎng)的分段壓縮平面復(fù)合腔激光器。這種激光器是把壓縮形(CDH)和氧化物條形(OS)兩種結(jié)構(gòu)分段做在一個(gè)諧振腔內(nèi)，我們用英文字頭縮寫把這種激光器命名為(SCP)結(jié)構(gòu)激光器，其結(jié)構(gòu)如圖2。選用適當(dāng)?shù)那婚L(zhǎng)比例對(duì)于壓縮形段結(jié)構(gòu)兩溝間距為30～40μm時(shí)，經(jīng)過電子計(jì)算機(jī)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)考查，最佳腔長(zhǎng)比例為壓縮形段占整個(gè)腔長(zhǎng)的 1/3 ～ 1/4 。這種激光器的制造工藝可完全采用壓縮形結(jié)構(gòu)制造工藝一次外延完成生長(zhǎng)，其不同點(diǎn)只在于把原來在襯底上光刻腐蝕成通長(zhǎng)雙溝槽改為光刻腐蝕成分段溝槽。工藝過程是GaAs襯底制備→襯底溝道腐蝕→液相外延雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)→淀積SiO2(Si3N4)掩膜→光刻→淺Zn高濃度擴(kuò)散→P面蒸CrAu→N面GaAs襯底減薄→N面蒸Au-Ge-Ni→微合金→解理管芯→管芯中測(cè)→鍵合→測(cè)試及篩選→光纖耦合及組件裝配→末測(cè)。
襯底片是選擇n型摻Si2～3×1018Cm-3的GaAs單晶片。生長(zhǎng)平面和(100)面要偏差0.5°～1°角，沿〔011〕方向分段腐蝕出深4～5μm的倒梯形橫溝。腐蝕時(shí)用SiO2、Si3N4或正性膠做掩膜均可，光刻出窗口后，用1∶8∶8(H2SO4∶H2O2∶H2O)腐蝕液腐蝕4～5分鐘(0℃)。兩溝間的距離為30～40μm。去除掩膜后，整個(gè)片子再用NaOH∶H2O2水溶液輕輕腐蝕一分鐘。外延是用改進(jìn)的擠壓舟進(jìn)行的，第一層生長(zhǎng)時(shí)要控制一定的過冷度，以保持兩溝間小平臺(tái)的肩角不致被全部回熔掉。生長(zhǎng)是在840～830℃開始，用0.5℃～1℃/分的降溫速度。為了減少電流的側(cè)向擴(kuò)展效應(yīng)，降低激光器的閾值電流，經(jīng)過理論分析和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們找到了每層最佳厚度和摻雜濃度參數(shù)。第一層AlxGa1-xAs層生長(zhǎng)的厚度約為2μm，n型摻Sn，雜質(zhì)濃度控制在1～2×1017Cm-3(IgGa熔體摻Sn20～25mg)。第二層有源區(qū)不摻雜，平面部分厚度約0.1～0.15μm。第三層AlxGa1-xAs層厚度約為1μm，摻Ge，濃度控制在1～2×1017Cm-3(IgGa熔體摻Ge3.5～5mg)。第四層GaAs層厚度為0.2～0.5μm，摻Ge，濃度控制在1～2×1017Cm-3(IgGa熔體摻Ge0.1～0.3mg)。限制層的X值0.3～0.45均可。外延片制備好后即進(jìn)行掩膜淀積、光刻、擴(kuò)散、歐姆接觸，解理組裝等。接觸電極條寬為8～10μm，解理時(shí)可根據(jù)此外延片壓縮形段有源區(qū)厚度變化情況適當(dāng)調(diào)整氧化物條形段和壓縮形段兩段腔長(zhǎng)的比例，以使結(jié)構(gòu)參數(shù)最佳化。這種結(jié)構(gòu)也可以做成中間是一種結(jié)構(gòu)兩邊是另一種結(jié)構(gòu)的三段式結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以把制做條形電極限制電流的形式制成平面條形結(jié)構(gòu)，質(zhì)子轟擊結(jié)構(gòu)，全面擴(kuò)散和異質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)等。這種結(jié)構(gòu)我們還實(shí)施研制了帶波導(dǎo)層的大光腔結(jié)構(gòu)。大光腔結(jié)構(gòu)是在下限制層和有源區(qū)中間生長(zhǎng)一層n型AlzGa1-zAs波導(dǎo)層，Al含量Z值控制在0.1～0.2之間，層厚為1.5～2.5μm。
這種結(jié)構(gòu)可以制成波長(zhǎng)0.80～0.68μm的可見光半導(dǎo)體激光器。只要把有源區(qū)生長(zhǎng)成含Al的AlyGa1-yAs材料，y值可在0.05～0.3之間變化，同時(shí)適當(dāng)提高上下限制層Al含量X值，調(diào)到0.4～0.7就可以了。各層的生長(zhǎng)層厚度和雜質(zhì)濃度可同上所述，但為了保持同上一樣的雜質(zhì)濃度，熔體中雜質(zhì)含量要適當(dāng)調(diào)整提高或用Zn、Mg、Te等雜質(zhì)代替Ge和Sn。這種結(jié)構(gòu)也可以制成大光腔可見光半導(dǎo)體激光器，只要在下限制層和有源區(qū)之間加一層n型AlzGa1-zAs波導(dǎo)層即可，Al含量Z值要比有源層y值大0.1～0.2。
從設(shè)計(jì)思想中知道，折射率導(dǎo)引和增益導(dǎo)引這兩大類激光器不同結(jié)構(gòu)的組合會(huì)產(chǎn)生許多種結(jié)構(gòu)，除了我們已經(jīng)實(shí)施的分段壓縮平面復(fù)合腔激光器之外，再舉幾個(gè)有代表性的一次外延能完成生長(zhǎng)的例子對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)再加以說明。
1.分段梯形平面復(fù)合腔結(jié)構(gòu)(稱STP)激光器。
這種結(jié)構(gòu)就是把梯形襯底激光器(TS)結(jié)構(gòu)和平面條形結(jié)構(gòu)(PS)結(jié)合成復(fù)合腔，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。具體的結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)已有的TS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。也可以做成三段式和如上所述的不同的限制電流的電極形式。
2.分段溝道襯底平面復(fù)合腔(稱為SCSP)激光器。
這種結(jié)構(gòu)是把溝道襯底(CS)條形結(jié)構(gòu)和氧化物條形結(jié)合成復(fù)合腔。結(jié)構(gòu)如圖4所示?？梢宰龀扇问胶筒煌南拗齐娏鞯碾姌O形式。
3.分段溝道襯底平面復(fù)合腔(稱SCPP)激光器。
這種結(jié)構(gòu)是把溝道襯底平面條形(CSP)和平面條形結(jié)合成復(fù)合腔。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。由于非平面襯底液相外延的性質(zhì)這種結(jié)構(gòu)只能做成如圖所示的多段式。電極形式可多種形式。
4.分段掩埋平面復(fù)合腔激光器(稱為SBP激光器)。
這種結(jié)構(gòu)是把改進(jìn)的掩埋條形和氧化物條形結(jié)合成復(fù)合腔，結(jié)構(gòu)如圖6所示。結(jié)構(gòu)也可有如前所述的多種形式。
以上列舉的是兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合的例子。這些結(jié)構(gòu)的制造工藝都可以采用折射率區(qū)段結(jié)構(gòu)的制造工藝，一次外延完成生長(zhǎng)，其不同點(diǎn)只在于把原來光刻腐蝕成通長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，改為光刻腐蝕成分段結(jié)構(gòu)。為了加強(qiáng)縱模的溫度鎖定效應(yīng)還可以做成三種結(jié)構(gòu)結(jié)合的器件。一次外延能完成的結(jié)構(gòu)舉例如下5.分段壓縮平面梯形復(fù)合腔激光器(稱SCPT激光器)這種結(jié)構(gòu)是把壓縮形(CDH)，氧化物條形，梯形襯底三種結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔，如圖7所示。這三種結(jié)構(gòu)可以不同的串聯(lián)順序組合，同時(shí)如前所述電流限制的電極形式也可以是其它結(jié)構(gòu)形式。
6.分段掩埋平面梯形復(fù)合腔激光器(稱SBPT激光器)這種結(jié)構(gòu)是把改進(jìn)的掩埋條形和氧化物條形，梯形襯底三種結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔。其結(jié)構(gòu)如圖8所示。結(jié)構(gòu)也可如前所述制成多種形式。
以上結(jié)構(gòu)均可做成帶波導(dǎo)層的大光腔結(jié)構(gòu)。由于各種結(jié)構(gòu)組合形式很多不一一列舉。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案適用于現(xiàn)有的用液相外延生長(zhǎng)的波長(zhǎng)0.80～0.90μmGaAs材料半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)小于0.80μm的(AlGa)As可見光半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)激光器和InP材料的波長(zhǎng)約為1.3μm、1.55μm的長(zhǎng)波長(zhǎng)半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)激光器。也完全適用于其它材料、其它工藝方法(如汽相外延，分子束外延)制造的各種波長(zhǎng)范圍的半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)激光器。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的激光器可以有如下效果。
1.和原來的增益段結(jié)構(gòu)激光器相比，激光器側(cè)向模式的穩(wěn)定性加強(qiáng)，改善了激光器的光功率-電流曲線的線性，如所研制的分段壓縮平面復(fù)合腔激光器光功率線性范圍可達(dá)20mW/每面。而原來的氧化物條形激光器一般在2～3mW/每面，光功率曲線即出現(xiàn)扭曲。
2.和原來的折射率段結(jié)構(gòu)激光器相比，在幾乎不提高閾值不增加工藝難度的前提下，改善了激光器的模式選擇作用，提高了激光器基側(cè)向橫模的最大輸出功率。如我們所研制的分段壓縮平面復(fù)合腔激光器，基側(cè)向橫模的最大輸出功率可達(dá)20mW/每面，而原來壓縮形激光器(單純脊背波導(dǎo)的)基側(cè)向橫模最大輸出功率僅3～7mW/每面。
3.由于兩段(或多段)間有微弱的內(nèi)反射作用，使這種結(jié)構(gòu)的激光器有一定的縱模-溫度鎖定效應(yīng)。
4.由于有源區(qū)為平面部分的外延片表面是平坦的，這樣有利于管芯的燒結(jié)組裝和表面不平坦的管芯相比熱阻低，可提高器件的可靠性和成器率。
5.對(duì)于中間是折射率導(dǎo)引區(qū)段兩邊是增益導(dǎo)引區(qū)段的器件，由于光斑尺寸變大可提高腔面損壞的最大功率。
為了更進(jìn)一步說明問題，下面就我們所實(shí)施的分段壓縮平面復(fù)合腔結(jié)構(gòu)激光器的測(cè)試特性與已有技術(shù)壓縮形激光器進(jìn)行比較，就可顯示出這種新型激光器的優(yōu)點(diǎn)了。
1.閾值特性按照分段壓縮平面復(fù)合腔激光器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其值應(yīng)當(dāng)和單純脊背波導(dǎo)壓縮形(CDH)激光器大體相當(dāng)，而低于半漏波導(dǎo)壓縮形，更低于全漏波導(dǎo)大光腔壓縮形結(jié)構(gòu)。由于我們選擇了最佳的每層厚度和摻雜條件，使得我們研制的分段壓縮平面復(fù)合腔激光器的閾值最好水平，和美國(guó)RCA公司(1981～1983年)報(bào)道的單純脊背波導(dǎo)壓縮形結(jié)構(gòu)激光器最好水平相比還低。數(shù)據(jù)見表1。
2.單模輸出功率分段壓縮平面復(fù)合腔激光器比單純脊背波導(dǎo)壓縮形激光器單模(包括基側(cè)模和單縱模)輸出功率范圍可提高2～3倍。前者為15～20mW，后者僅為3～7mW。
3.縱模溫度鎖定效應(yīng)。
我們研制的分段壓縮平面復(fù)合腔激光器的縱模在一定的溫度范圍有縱模-溫度鎖定效應(yīng)。初步測(cè)量在20°～40℃之間的某一、二個(gè)溫度范圍(4°～6℃范圍)縱模溫度鎖定為0.6
/℃～0.2
/℃而壓縮形激光器沒有這一效應(yīng)。
4.器件的可靠性和成品率國(guó)外這方面的數(shù)據(jù)資料沒見報(bào)導(dǎo)。只能和我們自己的器件進(jìn)行比較。老化考核表明，在我們現(xiàn)有的同一工藝條件下，分段壓縮平面復(fù)合腔激光器比壓縮形激光器有較高的可靠性，可提高管芯成品率2～3倍。
現(xiàn)將我們研制的分段壓縮平面復(fù)合腔激光器和美國(guó)RCA公司(1981～1983年)報(bào)道的脊背波導(dǎo)壓縮形激光器的主要參數(shù)比較于表1。
表1 兩種激光器主要參數(shù)比較表

圖1為實(shí)際測(cè)量的氧化物條形和壓縮形 1/2 Ith時(shí)的有源區(qū)載流子濃度側(cè)向分布相對(duì)值?？v坐標(biāo)為載流子濃度相對(duì)值，橫坐標(biāo)為有源區(qū)相對(duì)條中心的側(cè)向距離。曲線a為氧化物條形激光器值，b為壓縮形(CDH)激光器值。
圖2為分段壓縮平面復(fù)合腔激光器(SCP)示意圖。
圖3為分段梯形平面復(fù)合腔激光器(STP)示意圖。
圖4為分段溝道襯底平面復(fù)合腔激光器(SCSP)示意圖。
圖5為分段溝道襯底平面平面復(fù)合腔激光器(SCPP)示意圖。
圖6為分段掩埋平面復(fù)合腔激光器(SBP)示意圖。
圖7為分段壓縮平面梯形復(fù)合腔激光器(SCPT)示意圖。
圖8為分段掩埋平面梯形復(fù)合腔激光器(SBPT)示意圖。
圖2～8中部件1為襯底，對(duì)于(AlGa)As系激光器襯底為n型GaAs單晶。對(duì)于InGaAsP系激光器襯底為n型InP單晶。2為下限制層，對(duì)于(AlGa)As系激光器下限制層為N型AlxGa1-xAs外延層，對(duì)于InGaAsP系激光器為N型InP外延層。3為有源層，對(duì)于(AlGa)As系激光器為AlyGa1-yAs外延層，其y值可根據(jù)所需要的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)為0～0.3之間變化。對(duì)于InGaAsP系激光器為InGaAsP外延層。4為上限制層，對(duì)于(AlGa)As系激光器上限制層為P型AlxGa1-xAs外延層，對(duì)于InGaAsP系激光器為P型InP外延層。5為蓋層，對(duì)于(AlGa)As系激光器圖2.3.6.7.8為P型GaAs外延層，圖4.5為n型GaAs外延層，對(duì)于InGaAsP系激光器圖2.3.6.7.8為P型InGaAsP外延層，圖4.5.為n型InGaAsP外延層。圖2.3.6.7.8中6為SiO2膜(或Si3N4膜)，圖6.8中7為外延前淀積的SiO2膜(或Si3N4膜)，外延時(shí)保留處。圖4.5中8為擴(kuò)Zn區(qū)。還有激光器上、下電極在圖2～8中沒有畫出，因?yàn)閷哟翁嗖灰追直?，這又是制造半導(dǎo)體激光器的常識(shí)。故沒有畫出。
權(quán)利要求
1.一種由折射率導(dǎo)引結(jié)構(gòu)構(gòu)成的復(fù)合腔波導(dǎo)互補(bǔ)激光器，其特征在于它與增益導(dǎo)引激光器結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔，是兩段式或多段式結(jié)構(gòu)。
2.一種按照權(quán)利要求
1所述的分段壓縮平面復(fù)合腔激光器，其特征在于把壓縮形雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)和氧化物條形兩種結(jié)構(gòu)分段做在一個(gè)諧振腔內(nèi)。
3.一種按照權(quán)利要求
2所述的激光器，其特征在于對(duì)兩溝間距為30～40μm的壓縮形結(jié)構(gòu)，最佳腔長(zhǎng)比例為壓縮形段占整個(gè)腔長(zhǎng)的 1/3 ～ 1/4 。
4.一種按照權(quán)利要求
2所述的激光器，其特征在于采用壓縮形結(jié)構(gòu)的制造工藝時(shí)，把原來在襯底上光刻腐蝕成通長(zhǎng)雙溝槽改為光刻腐蝕成分段溝槽。
5.一種按照權(quán)利要求
4所述的激光器，其特征在于按壓縮形結(jié)構(gòu)外延工藝一次外延完成生長(zhǎng)。
6.一種按照權(quán)利要求
5所述的激光器，其特征在于最佳外延層厚度和摻雜條件為，第一層AlxGa1-xAs層厚2μm左右，摻Sn(IgGa熔體摻Sn20～25mg)濃度為1～2×1017cm-3第二層有源區(qū)不摻雜。第三層AlxGa1-xAs層厚1～1.5μm，摻Ge(lgGa熔體摻Ge3.5～5mg)濃度為1～2×1017cm-3第四層GaAs層厚度為0.2～0.5μm，摻GelgGa熔體摻Ge0.1～0.3mg)雜質(zhì)濃度為1～2×1017cm -3。
7.一種按照權(quán)利要求
6所述的激光器，程特征在于有源區(qū)生長(zhǎng)為AlyGa1-yAs材料，y值可在0.05～0.3之間變化。上下限制層的Al含量x值也適當(dāng)提高調(diào)到0.4～0.7。
8.一種按照權(quán)利要求
6、7所述的激光器其特征在于在下限制層和有源區(qū)之間生長(zhǎng)一層AlzGa1-zAs波導(dǎo)層，波導(dǎo)層為n型、Al含量z值比有源層Al含量y值高出0.1～0.2。
9.一種按照權(quán)利要求
1所述的分段梯形平面復(fù)合腔激光器。其特征在于把梯形襯底激光器結(jié)構(gòu)和平面條形結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔。
10.一種按照權(quán)利要求
1所述的分段溝道襯底平面復(fù)合腔激光器。其特征在于把溝道襯底條形結(jié)構(gòu)和氧化物條形結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔。
11.一種按照權(quán)利要求
1所述的分段溝道襯底平面平面復(fù)合腔激光器。其特征在于把溝道襯底平面條形結(jié)構(gòu)和平面條形結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔。
12.一種按照權(quán)利要求
11所述的激光器，其特征在于該激光器做成多段式。
13.一種按照權(quán)利要求
1所述的分段掩埋平面復(fù)合腔激光器。其特征在于把改進(jìn)的掩埋條形結(jié)構(gòu)和氧化物條形結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔。
14.一種按照權(quán)利要求
9、10、11、13所述的激光器，其特征在于光刻腐蝕成分段結(jié)構(gòu)襯底后，按折射率導(dǎo)引結(jié)構(gòu)段的工藝一次完成外延生長(zhǎng)。
15.一種按照權(quán)利要求
1所述的分段壓縮平面梯形復(fù)合腔激光器。其特征在于把壓縮形、氧化物條形，梯形襯底三種結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔。
16.一種按照權(quán)利要求
1所述的分段掩埋平面梯形復(fù)合腔激光器。其特征在于把改進(jìn)的掩埋條形和氧化物條形、梯形襯底三種結(jié)構(gòu)結(jié)合成復(fù)合腔。
17.一種按照權(quán)利要求
15、16所述的激光器，其特征在于光刻腐蝕成分段結(jié)構(gòu)襯底后，一次外延完成生長(zhǎng)。
18.一種按照權(quán)利要求
1所述的激光器，其特征在于可以按照公式〔ηa·e(y)＝ (Ld)/(L) ηd·e(y)+ (Lg)/(L) ηg·e(y)〕和具體工藝條件估算出折射率導(dǎo)引段和增益導(dǎo)引段腔長(zhǎng)的最佳比例，以保持良好的光功率曲線線性同時(shí)又具有最大的單模輸出功率。
19.一種按照權(quán)利要求
1所述的激光器，其特征在于它適合目前已經(jīng)研制成的工藝較成熟的液相外延生長(zhǎng)的波長(zhǎng)0.9～0.8μm GaAs材料的半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)激光器，波長(zhǎng)小于0.80μm的(GaAl)As可見光半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)激光器，適用于Inp材料制造的長(zhǎng)波長(zhǎng)半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)激光器，也完全適用于正在研制的其它工藝(如汽相外延，分子束外延)用其它半導(dǎo)體材料制造的各種波長(zhǎng)范圍的半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)激光器。
專利摘要
本發(fā)明為一種半導(dǎo)體激光器。
文檔編號(hào)H01S3/05GK85102608SQ85102608
公開日1986年9月24日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者杜國(guó)同 申請(qǐng)人:吉林大學(xué), 電子工業(yè)部第四十四研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan