[发明专利]水汽探测用激光芯片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光检测器技术领域，具体为在量子阱结构中采用 大导带能量差的InGaAlAs材料做垒，结合常规的湿法腐蚀和光刻工艺的 一种水汽探测用激光芯片的制造方法。

背景技术

我国幅员广阔，气象现象比较复杂，自然灾害(如冻雨雪、夏季的大 暴雨)时有发生，一旦发生将使国家损失惨重，气象预报的重要性不言而 喻。水汽是大气探测的四大要素之一，如果能对其进行实时准确的探测， 对天气预报的准确性具有重要意义。目前，国内外主要采用电湿度计测量 大气湿度，如芬兰Vaisala公司的Humicap型湿度计。电湿度计，包括湿 敏电阻和湿敏电容等，虽然响应速度快、受环境温度影响小，线性度好； 但对湿度测量有很大的滞后效应，在高温高湿环境下退湿困难的问题尤其 严重，甚至会导致观测数据错误。而且寿命短(3-6个月)。另外，像称重 法等高精度的湿度计，虽然测量范围宽，但反应慢，操作繁琐，需要人工 操作，也不能适应苛刻的环境条件，无法在线实时监测。由此可见，传统 的气象传感器存在许多问题。

近年来可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术在气体分析中逐渐成 熟起来，其单线光谱分析技术具有许多独特的优点，如高光谱分辨率、高 灵敏度、高选择性、快速实时等。TDLAS技术中最主要的部件就是作为光 源的可调谐分布反馈半导体(DFB)激光器。DFB激光器可以保证系统以某一 精确的波长为目标，避免背景气体的交叉干扰，并且其波长可以被温度和 电流调谐，是一个非常可靠的组件。

水汽的吸收谱线主要分布在1.8-1.9微米的近红外波段，水汽探测用 DFB激光芯片的激射波长对应于水汽的吸收峰。DFB激光器随着波长的增 加，由俄歇复合、带间吸收等导致的光损耗也增加，这导致激光器性能下 降。当高温工作时，激光器性能下降更快，即激光器的特征温度较低，因 此提高长波长激光器的特征温度成为制备高性能器件的关键。若给激光器 量子阱中的电子以更强的束缚能力，更大的限制载流子从量子阱中的泄 露，可显著减小激光器的温度依赖性，即提高器件的特征温度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种水汽探测用激光芯片的制造方法。本发 明采用导带能量差较大的InGaAlAs材料做垒，对电子具有更强的限制能 力，减小漏电流，提高了器件的特征温度。同时，上下波导层采用与InP 衬底晶格匹配的InGaAsP材料，避免在完成光栅工艺之后的二次生长中出 现Al氧化问题。

本发明提供一种水汽探测用激光芯片的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：在n型InP衬底上依次外延生长InP缓冲层、下波导层、多 量子阱结构、上波导层和p-n反型层；

步骤2：采用全息曝光法在p-n反型层和上波导层上制作复耦合光栅；

步骤3：在复耦合型光栅上二次外延生长出第一p-InP盖层、刻蚀停 止层、第二p-InP盖层和p-InGaAs接触层；

步骤4：在第二p-InP盖层和p-InGaAs接触层上腐蚀出脊型波导结构， 并大面积淀积二氧化硅层；

步骤5：刻蚀掉中间的脊型波导结构上面的二氧化硅层，形成窗口；

步骤6：在脊型波导结构和窗口的表面溅射出P面电极并蒸发出N面 电极。

其中所述多量子阱结构中压应变的量子阱材料为InGaAs，应变量为 2.0-2.4％，垒材料为与n型InP衬底晶格匹配，带隙波长为1.23μm的 InGaAlAs。

其中垒材料InGaAlAs与阱材料InGaAs的导带能量差比InGaAsP与阱 材料InGaAs的导带能量差大。

其中所述下波导层以及上波导层所采用的材料为带隙波长为1.3μm 的InGaAsP。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术内容，以下结合说明书附图对本发明作 详细的描述，其中：

图1为在n-InP衬底上一次外延后的端面结构示意图；

图2为制备光栅后的侧面结构示意图；

图3为二次外延后的端面结构示意图；

图4为制备脊型波导结构并在其上大面积淀积二氧化硅层后的端面结 构示意图；

图5为刻制出脊型波导窗口后的端面结构示意图；

图6为溅射P面电极和蒸发N面电极后的端面结构示意图。

具体实施方式