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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光检测器
，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。
技术介绍
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(TDLAQ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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种。本专利技术采用导带能量差较大的^GaAlAs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。本专利技术提供一种，包括如下步骤步骤1 在η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ρ-η反型层；步骤2 采用全息曝光法在ρ-η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-hGaAs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η型InP衬底晶格匹配，带隙波长为1. 23 μ m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1.3μπι的hGaAsP。 附图说明为了进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合说明书附图对本专利技术作详细的描述，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。具体实施例方式请参阅图1至图6，本专利技术，具体的实施步骤如下步骤1 采用低压金属有机物化学气相沉积法(LP-MOCVD)，在n_InP衬底1的 (001)面上同一次外延中依次生长InP缓冲层2、下波导层3、多量子阱结构4、上波导层5 和p-n反型层6 ；其中，低压金属有机金属有机物化学气相外延生长所采用的生长温度为655°C，生长压力为22毫巴，该方法成本低，适于大规模生产；其中，所述hP缓冲层2的厚度为1 μ m，掺杂浓度为IX 1018/cm3 ；其中，所述多量子阱结构4中压应变的量子阱材料为InGaAs，应变量为 2. 0-2. 4%，厚度为8-lOnm。所述多量子阱结构4中垒材料为与η型hP衬底1晶格匹配， 带隙波长为1. 23 μ m的InGaAlAs,厚度为18_20nm ；其中，所述多量子阱结构4中垒材料InGaAlAs与阱材料InGaAs的导带能量差 (Δ Ec/ Δ E产 0. 7/0. 3)比 InGaAsP 与阱材料 InGaAs 的导带能量差(Δ Ec/ Δ Ev ^ 0. 4/0. 6) 大，因此对^iGaAs量子阱中的电子具有更大的限制作用，限制载流子从量子阱中的泄露， 从而提高器件的温度稳定性。InGaAlAs作为垒材料对长波长激光芯片(激射波长大于1.8 微米)的特征温度具有很大的改善，由此可以有效的增长激光芯片的使用寿命；其中，其中所述下波导层3以及上波导层5所采用的材料为与hP衬底1晶格匹配，带隙波长为1. 3 μ m的InGaAsP,厚度都是100-120nm。使用此材料可以避免在完成复耦合光栅7之后的二次外延生长中出现Al氧化问题；其中，所述p-n反型层6依次包括在所述上波导层5上外延生长的12nm的p-InP 层、9nm的n-InP层以及9nm的带隙波长为1. 3 μ m的InGaAsP材料；步骤2 依次采用全息曝光方法以及RIE (Reactive Ion Kching，反应离子刻蚀) 干法刻蚀与湿法腐蚀相结合的方法在所述P-n反型层6与所述上波导层5上制作出深度为 70nm左右的复耦合型光栅7;步骤3 外延片经过严格清洗处理后，进行二次外延生长，在复耦合型光栅7上依次生长出厚度为IOOnm掺杂浓度为lX1018/cm3的第一 p-InP盖层8、厚度为20nm的 1.2Q(与hP晶格匹配，带隙波长为1.2μπι的InGaAsP)刻蚀停止层9、厚度为1.8μπι掺杂浓度为IX IOnVcm3的第二 p-InP盖层8，和厚度为200nm且掺杂浓度为8X 1018/cm3的 P-InGaAs 接触层 10 ；步骤4 沿着倒台方向，光刻出3微米宽的光刻胶图形作为腐蚀掩膜，然后依次用溴基非选择性腐蚀液腐蚀6-8秒钟顶层的hGaAs接触层10、用9 1的稀盐酸腐蚀3分钟第二 p-InP盖层8’，腐蚀操作停止在所述刻蚀停止层9上，制备宽3 μ m，高1. 8 μ m的脊型波导结构。然后去胶，清洗外延片，利用热氧化法在脊型波导结构上大面积淀积二氧化硅层 11，生长温度为350°C，生长厚度为400nm;步骤5 涂光刻胶，利用自对准曝光显影工艺去除中间的脊型波导结构顶层的胶， 然后用HF酸腐蚀掉中间的脊型波导结构上面的二氧化硅层11，形成窗口 12 ；步骤6 外延片去胶清洗后在正面溅射出P面TiPtAu (钛/钼/金)电极13，厚度约为500nm。芯本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于红艳，周旭亮，邵永波，王宝军，潘教青，王圩，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11
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