阅读说明：本技术 量子级联半导体激光器 (Quantum cascade semiconductor laser ) 是由 吉永弘幸 于 2019-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种量子级联半导体激光器,包括：激光器结构,其具有第一区域、第二区域和第三区域,该第一区域包括端面；金属层,其在第三区域中被设置于主表面上；分离区域,其被设置在主表面上；和反射器,其被设置在激光器结构上。反射器包括设置在端面和分离区域上的介电膜和金属反射膜。分离区域具有第一部分、第二部分和第三部分。金属层具有在第三区域中与端面分离的边缘。接触层具有在第三区域中与端面分离的边缘。第一部分在半导体台面上比第二部分在半导体台面上方突出的更多。第三部分在半导体台面上比第二部分在半导体台面上方突出的更多。(The invention relates to a quantum cascade semiconductor laser, comprising: a laser structure having a first region, a second region and a third region, the first region comprising an end facet; a metal layer provided on the main surface in the third region; a separation region disposed on the main surface; and a reflector disposed on the laser structure. The reflector includes a dielectric film and a metal reflective film disposed on the end face and the separation region. The separation region has a first portion, a second portion, and a third portion. The metal layer has an edge separated from the end face in the third region. The contact layer has an edge separated from the end face in the third region. The first portion protrudes more over the semiconductor mesa than the second portion. The third portion protrudes more over the semiconductor mesa than the second portion.)

量子级联半导体激光器

技术领域

本公开涉及一种量子级联半导体激光器。

背景技术

IEEE量子电子学选题期刊(IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUMELECTRONICS)在2009年5-6月第15卷第3期第941-951页中公开了Manijeh Razeghi所著“高性能InP基Mid-IR量子级联激光器(High-Performance InP-Based Mid-IR QuantumCascade Lasers)”，其中公开了一种量子级联半导体激光器。

发明内容

量子级联半导体激光器具有由半导体激光器的多个导电半导体层到达的端面，并且在端面上设置有反射器。反射器包括金属膜，并且直接设置在端面上的金属膜引起到达端面的导电半导体层短路。为了避免短路，在金属膜生长之前，可以通过在端面上沉积介电膜而在激光棒的端面上形成用于反射器的多层膜。该多层膜在端面和反射器之间具有介电膜和金属膜，并且下面的介电膜防止端面上的导电半导体层穿过金属膜伸出而引起短路。根据发明人的知识，发现了一些包括多层膜的量子级联半导体激光器，该多层膜显示泄漏电流，并且在操作期间显示泄漏电流。根据发明人的研究，泄漏电流是由量子级联半导体激光器的短路引起的，该半导体激光器包括覆盖端面的介电膜和金属膜。

本公开的一个方面的目的是提供一种量子级联半导体激光器，其具有能够防止端面上的金属膜引起短路的结构。

根据本公开的一个方面的量子级联半导体激光器包括：激光器结构，其具有第一区域、第二区域和第三区域，该第一区域包括端面；金属层，其在第三区域中被设置于激光器结构的主表面上；分离区域，其被设置在激光器结构的主表面上；和反射器，其被设置在激光器结构上。反射器包括设置在端面和分离区域上的介电膜和金属反射膜，激光器结构的第一区域、第二区域和第三区域在第一轴线的方向上顺序安置，分离区域具有第一部分、第二部分和第三部分，该第一部分、第二部分和第三部分被分别设置在激光器结构的第一区域、第二区域和第三区域的主表面上，金属层具有在第三区域中与端面分离的边缘，激光器结构包括：半导体台面，该半导体台面包括接触层和芯层；嵌入区域，半导体台面被嵌入到该嵌入区域中；以及衬底，其上安装有嵌入区域和半导体台面，接触层具有在第三区域中与端面分离的边缘，分离区域的第一部分在半导体台面上比分离区域的第二部分突出的更多，并且分离区域的第三部分在半导体台面上比分离区域的第二部分突出的更多。

参考附图，通过本公开的优选实施例的以下详细描述，本公开的上述目的和另一目的、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是示意性地示出根据一个实施例的量子级联半导体激光器的平面图。

图2A和2B是示意性地示出根据该实施例的量子级联半导体激光器的截面图。

图3A和3B是示意性地示出根据该实施例的量子级联半导体激光器的截面图。

图4A和4B是示意性地示出根据该实施例的量子级联半导体激光器的截面图。

图5A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的平面图。

图5B示出了沿着图5A中示出的Vb-Vb线截取的截面。

图5C示出了沿着图5B中示出的Vc-Vc线截取的截面。

图6A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的平面图。

图6B示出了沿着图6A中示出的VIb-VIb线截取的截面。

图6C示出了沿着图6B中示出的VIc-VIc线截取的截面。

图7A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的平面图。

图7B示出了沿着图7A中示出的VIIb-VIIb线截取的截面。

图7C示出了沿着图7B中示出的VIIc-VIIc线截取的截面。

图8A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的平面图。

图8B示出了沿着图8A中示出的VIIIb-VIIIb线截取的截面。

图8C示出了沿着图8B中示出的VIIIc-VIIIc线截取的截面。

图9A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的平面图。

图9B示出了沿着图9A中示出的IXb-IXb线截取的截面。

图9C示出了沿着图9A中示出的IXc-IXc线截取的截面。

图10A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的平面图。

图10B示出了沿着图10A中示出的Xb-Xb线截取的截面。

图10C示出了沿着图10B中示出的Xc-Xc线截取的截面。

图11A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的平面图。

图11B示出了沿着图11A中示出的XIb-XIb线截取的截面。

图11C示出了沿着图11B中示出的XIc-XIc线截取的截面。

图12A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的后视图。

图12B示出了沿着图12B中示出的XIIb-XIIb线截取的截面。

图12C示出了沿着图12C中示出的XIIc-XIIc线截取的截面。

图13A是示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的主要步骤的平面图。

图13B示出了沿着图13A中示出的XIIIb-XIIIb线截取的截面。

图13C示出了沿着图13A中示出的XIIIc-XIIIc线截取的截面。

图13D是示出激光棒的平面图。

图14A、14B、14C和14D是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的图。

具体实施方式

将描述一些具体示例。

根据具体示例的量子级联半导体激光器包括：(a)激光器结构，其具有第一区域、第二区域和第三区域，该第一区域包括端面；(b)金属层，所述金属层被设置在所述激光器结构的所述第三区域的主表面上；(c)分离区域，其被设置在激光器结构的主表面上；和(d)反射器，其被设置在激光器结构上。反射器包括设置在端面和分离区域上的介电膜和金属反射膜，激光器结构的第一区域、第二区域和第三区域在第一轴线的方向上顺序安置，分离区域具有第一部分、第二部分和第三部分，该第一部分、第二部分和第三部分被分别设置在激光器结构的第一区域、第二区域和第三区域的主表面上，金属层具有在第三区域中与端面分离的边缘，激光器结构包括：半导体台面，该半导体台面包括接触层和芯层；嵌入区域，半导体台面被嵌入到该嵌入区域中；以及衬底，其上安装有嵌入区域和半导体台面，接触层具有在第三区域中与端面分离的边缘，分离区域的第一部分在半导体台面上比分离区域的第二部分突出的更多，并且分离区域的第三部分在半导体台面上比分离区域的第二部分突出的更多。

在量子级联半导体激光器中，半导体台面中的接触层具有在激光器结构的第三区域上与激光器结构的端面分离的边缘，因此半导体台面中的电流密度在端面附近减小。在端面附近，分离区域在第一部分中比第二部分突出的更多。该突出使得反射器的金属反射膜在分离区域的第一部分上终止。具体地，分离区域的第一部分比第二部分突出的更多，并且突出部分能够屏蔽用于形成介电膜和金属反射膜的焊剂。

分离区域的第一部分可以被指定厚度，该厚度可以独立于介电膜的厚度和半导体台面上的分离区域的第二部分的厚度而确定。该厚度能够在分离区域上的金属反射膜和半导体台面之间实现期望的绝缘性能。根据接触层的边缘，金属层在激光器结构的第三区域上终止，该第三区域比第二部分突出的更多。

半导体台面在第一区域和第二区域的半导体台面上比第三区域的半导体台面低了接触层的厚度，并且低于第一区域和第二区域的嵌入区域。在半导体台面上，分离区域的第一部分比嵌入区域上的分离区域的第一部分低了接触层的厚度。在半导体台面上，分离区域的第二部分相对于第一部分和第三部分凹陷。该凹陷在半导体台面上形成两个壁表面。这两个壁表面被设置在第三区域上的金属层和第一区域的金属反射膜之间。该凹陷允许接触层终止，并允许第一部分突出。

在根据该具体示例的量子级联半导体激光器中，激光器结构还包括第四区域，第一区域、第二区域、第三区域和第四区域在第一轴线的方向上顺序安置，分离区域包括设置在激光器结构的主表面上的覆盖层，该覆盖层包括第一无机绝缘层，该覆盖层具有条形开口，所述条形开口在所述激光器结构的所述第四区域的所述主表面中位于所述半导体台面的上方，并且金属层通过条形开口与第四区域接触。

在量子级联半导体激光器中，第一无机绝缘层设置有条形开口，该条形开口与端面分离，金属层能够通过第四区域上的条形开口与设置在第三区域和第四区域上方的接触层形成接触。

在根据该具体示例的量子级联半导体激光器中，在第一区域上，分离区域包括基底层，该基底层在与第一轴线的方向相交叉的第二轴线的方向上延伸，并且覆盖层被设置在基底层上方。

在量子级联半导体激光器中，基底层使得分离区域的第一部分在第一区域中容易比分离区域的第二部分突出的更多。

在根据该具体示例的量子级联半导体激光器中，基底层还包括第二绝缘层，该第二绝缘层沿着与第一轴线的方向相交叉的第二轴线的方向在第一区域上延伸，第二无机绝缘层具有与第一无机绝缘层接触的上表面和内侧表面，第二无机绝缘层具有与介电膜接触的端面，第二无机绝缘层具有与半导体台面接触的底表面，并且第一无机绝缘层具有与分离区域的第一部分中的介电膜接触的端面和上表面。

在量子级联半导体激光器中，第二无机绝缘层使得分离区域的第一部分在第一区域中容易具有厚绝缘体。

在根据该具体示例的量子级联半导体激光器中，基底层包括与第一无机绝缘层的材料不同的材料。

在量子级联半导体激光器中，基底层可以被指定不同于第一无机绝缘层的材料的材料。

在根据该具体示例的量子级联半导体激光器中，基底层包括与第一无机绝缘层的材料基本上相同的材料。

在量子级联半导体激光器中，基底层包括与第一无机绝缘层的材料基本上相同的材料。

通过参照所示的附图考虑下面的详细描述，可以容易地理解本公开的知识。随后，将参照附图描述量子级联半导体激光器的实施例。在可能时，用相同的符号标记相同的部分。

图1是示意性地示出根据该实施例的量子级联半导体激光器的平面图。图2A是沿着图1的IIa-IIa线截取的截面图，图2B是沿着图1的IIb-IIb线截取的截面图。

参考图1、2A和2B，示出了量子级联半导体激光器11。量子级联半导体激光器11包括激光器结构13、分离区域15、金属层17和反射器20。

激光器结构13包括衬底23、半导体台面25和嵌入区域27。激光器结构13具有第一区域13a、第二区域13b和第三区域13c。第一区域13a、第二区域13b和第三区域13c在第一轴线Ax1的方向上顺序安置。激光器结构13包括第一端面E1F和第二端面E2F，并且第一区域13a包括第一端面E1F。第一端面E1F在第二端面E2F的相对侧上。激光器结构13具有主表面13g和背表面13h，并且主表面13g在背表面13h的相对侧上。嵌入区域27嵌入半导体台面25。嵌入区域27包括无意掺杂和/或半绝缘的III-V化合物半导体。

衬底23具有主表面23a，主表面23a安装有半导体台面25和嵌入区域27。半导体台面25包括芯层25a和接触层25d。接触层25d具有在第三区域13c中与第一端面E1F分离的边缘25g。在该实施例中，半导体台面25包括衬底23的脊状部分。该脊状部分包括下部半导体区域23c。

分离区域15被设置在激光器结构13的主表面13g上方。分离区域15具有第一部分15e、第二部分15f和第三部分15g。第一部分15e、第二部分15f和第三部分15g被分别设置在激光器结构13的第一区域13a、第二区域13b和第三区域13c的主表面上方。

在半导体台面25上，分离区域15的第一部分15e比分离区域15的第二部分15f突出的更多。在半导体台面25上，分离区域15的第三部分15g比分离区域15的第二部分15f突出的更多。

反射器20被设置在第一端面E1F和分离区域15上，并且包括介电膜19和金属反射膜21。介电膜19被设置在第一端面E1F和分离区域15上，金属反射膜21被设置在第一端面E1F和分离区域15上，并在介电膜19上延伸。

在量子级联半导体激光器11中，半导体台面25的接触层25d具有边缘25g，边缘25g在激光器结构13的第三区域13c上方与激光器结构13的第一端面E1F分离。边缘25g与第一端面E1F的分离降低了流动通过第一端面E1F附近的半导体台面25内部的电流的密度。

分离区域15的电导率低于半导体台面25或衬底23的电导率。换句话说，分离区域15呈现出比半导体台面25的电阻率更高的电阻率。分离区域15可以是无机绝缘膜，例如硅基无机绝缘体。

参考图2A和2B，分离区域的第一部分为分离区域15指定了厚度，该厚度可以独立于介电膜19的厚度和半导体台面25上的分离区域15的第二部分15f的厚度而确定。该厚度能够在分离区域15上的金属反射膜21和半导体台面25之间实现期望的绝缘性能。

具体地，分离区域15被设置在第一区域13a上方，并且具有端面15a。端面15a和第一端面E1F沿着与第一轴线Ax1相交叉的参考平面延伸。介电膜19和金属反射膜21通过第一端面E1F和分离区域15的端面15a到达分离区域15的上表面15b。在第一端面E1F附近，分离区域15在第一部分15e中比第二部分15f突出的更多。由于该突出，反射器20的金属反射膜21被分离区域15的第一部分15e终止。该终止在半导体台面25上的金属反射膜21和金属层17之间提供了可靠的绝缘。具体地，分离区域15的第一部分15e比第二部分15f突出的更多，并且由于该突出部分，当形成介电膜19和金属反射膜21时，第二部分15f与用于膜形成的焊剂隔离。源于焊剂的金属反射膜21不粘附到第二部分15f。

金属层17被设置在激光器结构13的第三区域13c上方。金属层17具有边缘17a，边缘17a在第三区域13c中与第一端面E1F分离。金属层17终止于第三区域13c上方，第三区域13c比激光器结构13的第二部分15f突出的更多。该突出对应于接触层25d的边缘25g。在该实施例中，当形成介电膜19和金属反射膜21时，焊剂(沉积物18)可能粘附到金属层17的边缘17a。

半导体台面25具有上表面25h，上表面25h在第一区域13a和第二区域13b中比第三区域13c低了接触层25d的厚度，并且在该实施例中比第一区域13a和第二区域13b的嵌入区域27低。分离区域15的第二部分15f相对于半导体台面25上方的第一部分15e和第三部分15g凹陷。该凹陷在半导体台面25上形成两个壁表面。这两个壁表面被设置在第三区域13c上的金属层17和半导体台面25上方的第一区域13a的金属反射膜21之间。

在该实施例中，除了芯层25a和接触层25d之外，半导体台面25还包括上部半导体层25b，并且根据需要还包括下部半导体区域23c。半导体台面25在第一轴线Ax1的方向上延伸。芯层25a被设置在上部半导体层25b和下部半导体区域23c之间。芯层25a、上部半导体层25b、下部半导体区域23c和接触层25d沿着与第一轴线Ax1和第二轴线Ax2相交叉的第三轴线Ax3的方向布置。该布置和嵌入区域27被设置在衬底23的主表面23a上方。上部半导体层25b包括上包覆层25e和光栅层25f，并且下部半导体区域23c可以包括下包覆层。上部半导体层25b、芯层25a和下部半导体区域23c到达第一端面E1F。如上所述，接触层25d与第一端面E1F分离。

金属层17被设置在第三区域13c和第四区域13d上方，并且通过激光器结构13的第三区域13c中的分离区域15与激光器结构13分离。

在量子级联半导体激光器11中，激光器结构13还包括第四区域13d。第一区域13a、第二区域13b、第三区域13c和第四区域13d在第一轴线Ax1的方向上顺序安置。在该实施例中，第四区域13d包括第二端面E2F。第四区域13d从第三区域13c延伸到第二端面E2F。

分离区域15具有在半导体台面25上方的条形开口15i。金属层17通过激光器结构13的第四区域13d的主表面13g中的条形开口15i连接到半导体台面25。在该实施例中，条形开口15i被定位在半导体台面25上方。金属层17在第四区域13d中与半导体台面25接触。

在该实施例中，分离区域15包括覆盖层14和基底层16。覆盖层14被设置在激光器结构13的主表面13g上方，具体地被设置在第一区域13a、第二区域13b、第三区域13c和第四区域13d上方。覆盖层14覆盖第一区域13a、第二区域13b和第三区域13c，并且防止诸如半导体和金属的电导体与半导体台面25形成接触。基底层16被设置在第一区域13a上方，而不设置在第二区域13b、第三区域13c和第四区域13d上方。覆盖层14通过基底层16设置有条形开口15i。覆盖层14的条形开口15i被定位在激光器结构13的第四区域13d的主表面上方。金属层17通过覆盖层14的条形开口15i与第四区域13d接触。在该实施例中，在第四区域13d中，覆盖层14覆盖嵌入区域27，并且条形开口15i被定位在半导体台面25上方。

基底层16在第二轴线Ax2的方向上在第一区域13a上方延伸。覆盖层14和基底层16在第三轴线Ax3的方向上在第一区域13a上方堆叠。在第一区域13a中，基底层16使得分离区域15的第一部分15e容易比分离区域15的第二部分15f突出的更多。覆盖层14在第一区域13a上方从第二区域13b和第三区域13c延伸到基底层16，并且提供分离区域15的突出。

基底层16具有上表面16a、内侧面16b、外侧面16c和底面16d。上表面16a和内侧面16b都与覆盖层14接触。底面16d与激光器结构13的第一区域13a接触。

覆盖层14具有上表面14a、内侧面14b和外侧面14c。上表面14a和外侧面14c与分离区域15的第一部分15e中的介电膜19接触。然而，介电膜19和金属反射膜21不形成在内侧面14b上方。

外侧面14c、外侧面16c和第一端面E1F沿着与第一轴线Ax1相交叉的参考平面延伸。分离区域15使得介电膜19沿着参考平面延伸到与第一端面E1F的上端部分离的位置，并且能够为与分离区域15和激光器结构13之间的边界相交叉的介电膜19提供期望的膜厚度。

覆盖层14包括第一无机绝缘层。第一无机绝缘层包括例如硅基无机绝缘体，例如氧化硅、氮化硅和氮氧化硅，并且在该实施例中包括SiON膜。

基底层16可以包括第二无机绝缘层。第二无机绝缘层包括例如硅基无机绝缘体，例如氧化硅、氮化硅和氮氧化硅，并且在该实施例中包括SiN膜。

在量子级联半导体激光器11中，基底层16可以包括与覆盖层14的材料不同的材料。替代地，基底层16可以包括与覆盖层14的材料基本上相同的材料。

量子级联半导体激光器11还包括厚膜电极35(例如，电镀电极)。厚膜电极35比金属层17厚。厚膜电极35被设置在第四区域13d上方的金属层17上，并且不设置在第三区域13c上方的金属层17上。厚膜电极35在第一轴线Ax1的方向上与金属层17的边缘17a分离。在第四区域13d上方，厚膜电极35与金属层17接触。在该实施例中，厚膜电极35被定位成远离第二端面E2F的上边缘。

量子级联半导体激光器11还包括被设置在激光器结构13的背表面上的背表面金属层37。激光器结构13的背表面13h由衬底23的背表面23b提供。在该实施例中，背表面金属层37与第一端面E1F和第二端面E2F的下端部分离。背表面金属层37与设置在激光器结构13的背表面13h上方的介电膜19和金属反射膜21分离。当使用焊料材料将量子级联半导体激光器11安装在底座上时，焊料材料将背表面金属层37联接到金属反射膜21。

在该实施例中，分离区域15，具体地，覆盖层14被设置在激光器结构13的Epi表面上方。覆盖层14用作钝化膜。

量子级联半导体激光器11的材料的示例

芯层25a：布置用于生成量子级联的超晶格，GaInAs/AlInAs

振荡波长：4μm至10μm

上包覆层25e：n型InP

光栅层25f：n型InGaAs

包覆层(下部半导体区域23c)：n型InP

接触层25d：n型InGaAs

衬底23：n型InP

嵌入区域27：Fe掺杂InP

分离区域：15

覆盖层14/基底层16：SiN/SiON

金属层17：Ti/Pt/Au

背表面金属层37：AuGeNi/Au/Ti/Au

厚膜电极35：Au膜

介电膜19：氧化铝、SiON、SiN、SiO2

金属反射膜21：Au

然而，反射器20不限于这两层。

图3A是沿着图1的IIIa-IIIa线截取的截面图，图3B是沿着图1的IIIb-IIIb线截取的截面图。图4A是沿着图1的IVa-IVa线截取的截面图，图4B是沿着图1的IVb-IVb线截取的截面图。将描述分离区域15的结构。

如图2A和2B中所示，分离区域15在半导体台面25和嵌入区域27上具有壁表面15d。壁表面15d被定位在第一区域13a和第二区域13b之间的边界中。在该实施例中，壁表面15d由覆盖层14的从第三区域13c通过第二区域13b延伸到第一区域13a的上表面限定，并且覆盖在(runs over)第一区域13a上方的基底层16上方。从图1可见，壁表面15d在从激光器结构13的侧面13e和侧面13f中的一个到另一个的方向上延伸。

在该实施例中，厚膜电极35具有与一个侧面13e和另一个侧面13f分离的侧面。壁表面15d终止于厚膜电极35的侧面的外侧。

如图1、2A和2B中所示，壁表面15d不仅被设置在半导体台面25中，而且还被设置在嵌入区域27中。

分离区域15在半导体台面25上具有另一个壁表面15c。另一个壁表面15c被定位在第二区域13b和第三区域13c之间的边界中。另一个壁表面15c在作为激光器结构13的一对侧面的侧面13e和侧面13f中的一个到另一个的方向上在半导体台面25上方延伸。

覆盖层14在第一轴线Ax1的方向上在半导体台面25的上表面(具体地，上包覆层25e)上方延伸。在该实施例中，另一个壁表面15c由覆盖层14的从第二区域13b延伸到第三区域13c的上表面限定，并且覆盖在第二区域13b和第三区域13c上方的接触层25d上方。

如图2A、3B和4A中所示，在覆盖层14中，根据基底层16的终止和接触层25d的终止，在第一轴线Ax1的方向上在半导体台面25上方的壁表面15d和另一个壁表面15c之间形成凹陷15h。

如图1、2A和3B中所示，覆盖层14在第二轴线Ax2的方向上在半导体台面25的上表面25h(具体地，上包覆层25e)上方延伸。覆盖层14覆盖在终止于半导体台面25的两个侧面的位置处的嵌入区域27上方，并在嵌入区域27上方延伸。覆盖层14覆盖在半导体台面25的两个侧面上的嵌入区域27上方，从而形成凹陷15h。如图1、2B和3B中所示，覆盖(runs over)导致凹陷15h消失，因此凹陷15h没有形成在嵌入区域27上。

量子级联半导体激光器11的结构的示例

半导体台面25的宽度W25：1μm至10μm

基底层16的厚度H16：100nm至500nm

基底层16的宽度W16：10μm至100μm

基底层16上的覆盖层14的厚度：100nm至500nm

接触层25d的厚度H25d：50nm至300nm

接触层25d的端部和第一端面E1F之间的距离：20μm至110μm或25μm至75μm以易于生产

第一区域13a上的覆盖层14的厚度H14：100nm至500nm

壁表面15d的高度：100nm至500nm

第一端面E1F上的介电膜19的厚度：100nm至300nm

介电膜19：氧化铝、SiON、SiN、SiO2

第一端面E1F上的金属反射膜21的厚度：10nm至100nm

金属反射膜21：Au

第一部分15e的厚度H15e：200nm至600nm

第二部分15f的厚度H15f：100nm至500nm

第三部分15g的厚度H15g：200nm至600nm

分离区域15的结构的示例

第一部分15e的宽度W15e：10μm至100μm

第二部分15f的宽度W15f：5μm至50μm

第三部分15g的宽度W15g：10μm至100μm

第一区域13a的长度：10μm至100μm

第二区域13b的长度：5μm至50μm

第一区域13a上的分离区域15的厚度：200nm至600nm

第二区域13b上的分离区域15的厚度：100nm至500nm

参考图3A，在第一区域13a上，嵌入区域27覆盖半导体台面25的侧表面，并且嵌入区域27的高度高于半导体台面25的不包括接触层25d的上表面25h。基底层16覆盖在半导体台面25和嵌入区域27之间的边界中的壁表面上方，并且在第二轴线Ax2的方向上在半导体台面25和嵌入区域27上方延伸。覆盖层14被设置在基底层16上，并且分离区域15突出。分离区域15安装有介电膜19和金属反射膜21。添加基底层16为不包括接触层25d的半导体台面25的高度补偿了基底层16的厚度。

参考图3B，在第二区域13b上，嵌入区域27的高度高于半导体台面25的不包括接触层25d的上表面25h。第二区域13b上方的分离区域15不包括基底层16，并且低于第一区域13a上方的分离区域15。第二区域13b上方的分离区域15的高度和第一区域13a上方的分离区域15的高度之间的差值由基底层16的厚度给出，并且第二区域13b和第三区域13c上的介电膜19和金属反射膜21的沉积物不连接到第一区域13a的分离区域15上的介电膜19和金属反射膜21。第一端面E1F上的介电膜19和金属反射膜21通过第一区域13a上方的分离区域15断开。

参考图4A，在第三区域13c上，除了下部半导体区域23c、芯层25a、光栅层25f和上包覆层25e之外，半导体台面25包括接触层25d。嵌入区域27的高度高于半导体台面25的不包括接触层25d的上表面25h。半导体台面25比第二区域13b高了接触层25d的厚度。覆盖层14覆盖接触层25d的端子部分和延伸部分，并且使半导体台面25与介电膜19和金属反射膜21的沉积物绝缘。在必要时，用于欧姆电极的金属层17被设置在分离区域15上。第三区域13c被定位成通过第一区域13a和第二区域13b远离第一端面E1F，并且不连接到介电膜19和金属反射膜21。

参考图4B，金属层17连接到半导体台面25，用于在第四区域13d上供电。分离区域15具有用于电连接的条形开口15i。金属层17通过条形开口15i与半导体台面25接触。覆盖层14从嵌入区域27的上表面27a延伸到侧表面27b，并且与半导体台面25的上表面形成接触，并且终止。该终止限定了条形开口15i。半导体台面25和嵌入区域27布置在与第一轴线Ax1相交叉的第二轴线Ax2的方向上。

参考图5至14，将描述生产半导体激光器的方法中的步骤。在随后的描述中，当可能时，为了便于理解，将使用参照图1至4的描述中使用的参考符号。

参考图5A、5B和5C，将描述制备包括嵌入区域和条形台面的半导体产品的步骤。图5A是示意性地示出生产根据该实施例的量子级联半导体激光器的方法中的步骤的平面图。图5B示出了沿着图5A中示出的线Vb-Vb截取的截面。图5C示出了沿着图5B中示出的线Vc-Vc截取的截面。图5A和5B示出了两个相邻的器件分区，其中沿着第二轴线Ax2的边界***在两者间。所绘制的两个器件分区布置在第一轴线Ax1的方向上。第二轴线Ax2与第一轴线Ax1垂直相交。

在步骤S101中，生产半导体产品SP1。半导体产品SP1的生产执行如下。在半导体衬底53上生长用于形成半导体台面25的半导体膜，并且形成外延衬底。在该外延衬底上形成用于限定半导体台面25的掩模，并且使用掩模来干法蚀刻外延衬底以形成条形台面55。在条形台面55形成之后，通过使用掩模的选择性生长来生长在其中嵌入有条形台面55的嵌入区域57。条形台面55包括：多个半导体膜，该多个半导体膜用于芯层25a、光栅层25f、上包覆层25e和接触层25d的(在以下描述中，为了便于理解，这些半导体膜被称为用于芯层55a、光栅层55f、包覆层55e和接触层的半导体层55g)；和半导体衬底53的脊状部分53c。在选择性生长之后，去除掩模。半导体产品SP1包括半导体衬底53、设置在半导体衬底53上的条形台面55和在其中嵌入有条形台面55的嵌入区域57。在该实施例中，条形台面55的上表面由InGaAs层构成，并且嵌入区域57由InP构成。

参考图6A、6B和6C，将描述部分去除接触层的步骤。在步骤S102中，通过蚀刻去除用于接触层55d的半导体层的一部分。在半导体产品SP1上形成用于蚀刻的第一掩模M1。第一掩模M1在包括有相邻器件分区之间的边界的区域中具有开口M1OP。开口M1OP在第二轴线Ax2的方向上延伸。在该实施例中，第一掩模M1的开口M1OP在器件分区之间的边界BDY上具有宽度大约为35μm至215μm的条形形状。第一掩模M1包括无机绝缘膜，例如SiN膜。使用第一掩模M1通过湿法蚀刻选择性地去除用于接触层25d的InGaAs上层，并且形成接触层55d。用于湿法蚀刻的蚀刻剂是例如BHF。在湿法蚀刻之后，去除第一掩模M1，并且形成衬底产品SP2。接触层55d具有开口，该开口在第二轴线Ax2的方向上在器件分区之间的边界上延伸，并且n型InP上包覆层暴露在该开口中。在相邻器件分区中的接触层55d的端部的间隔W55d是40μm至220μm的宽度。

参考图7A，7B和7C，将描述形成用于基底层16的绝缘体结构的步骤。在步骤S103中，在衬底产品SP2上形成绝缘体结构46。在该实施例中，沉积用于基底层16的绝缘膜(由虚线示出的绝缘膜44)。绝缘膜44包括例如硅基无机绝缘体，例如SiN膜，并且具有100nm至500nm的厚度。通过光刻法在绝缘膜44上形成第二掩模M2。第二掩模M2具有例如在第二轴线Ax2方向上延伸的条形图案。第二掩模M2包括例如抗蚀剂膜。使用第二掩模M2蚀刻绝缘膜44，并且形成用于分离区域15的基底层16的绝缘体结构46。绝缘体结构46在器件分区之间的边界BDY上延伸。具体地，绝缘体结构46与接触层55d的端部分离，并且具有两倍于基底层16宽度的宽度。绝缘体结构46和接触层55d之间的间隔为例如30μm至100μm，并且绝缘体结构46的宽度为例如20μm至200μm。在蚀刻之后，去除第二掩模M2，并且形成衬底产品SP3。

参考图8A、8B和8C，将描述在衬底产品SP3上沉积绝缘膜42的步骤，绝缘膜42用于覆盖层14以便覆盖绝缘体结构46、接触层55d和嵌入区域57。在步骤S104中，在绝缘体结构46上沉积绝缘膜42。在该实施例中，绝缘膜42覆盖嵌入区域57的上表面和侧表面、接触层55d的上表面和端部、上包覆层的上表面以及绝缘体结构46的上表面和侧表面，并且被形成为适形于这些接地表面的形状的形状。绝缘膜42包括例如硅基无机绝缘体，例如SiON膜，并且具有100nm至500nm的厚度。通过绝缘膜42的膜形成而形成衬底产品SP4。

参考图9A、9B和9C，将描述在绝缘膜42中执行图案形成的步骤。在步骤S105中，在绝缘膜42上形成第三掩模M3。在该实施例中，第三掩模M3具有限定接触开口的开口M3OP，和限定开口M3OP的图案。开口M3OP被定位在条形台面55的接触层55d上，并且在第一轴线Ax1的方向上延伸。第三掩模M3包括例如抗蚀剂膜。使用第三掩模M3蚀刻绝缘膜44，并且形成覆盖膜41。蚀刻剂为例如BHF。在蚀刻之后，去除第三掩模M3，并且形成包括有用于分离区域15的分离结构45的衬底产品SP5。

参考图10A、10B和10C，将描述形成欧姆电极的金属层47的步骤。在步骤S106中，在衬底产品SP5上形成金属层47。在衬底产品SP5上形成用于剥离的第四掩模M4。第四掩模M4具有沿着条形台面55的开口M4OP，和限定开口M4OP的图案。该图案覆盖凹陷45h。在第四掩模M4的图案和开口上沉积用于金属层47的金属膜。金属膜包括例如由Ti/Pt/Au构成的汽相沉积膜。当在沉积之后去除第四掩模M4时，沉积物RDL消失，并且获得具有剩余金属层47的衬底产品SP6。金属层47被结合到接触层55d，并且与绝缘体覆盖膜41接触。当后续电镀需要时，金属层47可以包括欧姆电极和馈电线。

参考图11A、11B和11C，将描述形成厚膜电极35的步骤。在步骤S107中，通过电镀方法形成金属厚膜65。在分离结构45和金属层47上形成第五掩模M5。第五掩模M5在金属层47上限定开口M5OP，并且具有覆盖凹陷45h的图案。在金属层47上提供开口M5OP。在形成第五掩模M5之后，通过电镀方法沉积用于厚膜电极35的金属。在电镀方法中，在第五掩模M5的开口M5OP中的金属层47上形成电镀沉积物。当第五掩模M5在通电电镀后被去除时，形成包括有用于厚膜电极35的金属厚膜65的衬底产品SP7。

参考图12A、12B和12C，将描述形成背表面电极的步骤。在步骤S108中，形成用于背表面电极的背表面金属层67。在半导体衬底53的背表面53b上形成用于剥离的第六掩模M6，例如抗蚀剂掩模。第六掩模M6具有在半导体衬底53的背表面53b上的开口M6OP。在形成第六掩模M6之后，形成由AuGeNi/Au/Ti/Au构成的汽相沉积膜，并且通过剥离去除第六掩模M6和第六掩模M6上的沉积物。因此，形成背表面金属层67，并且生产了衬底产品SP8。背表面金属层67的AuGeNi/Au/Ti/Au被结合到半导体衬底53的背表面53b。

参考图13A、13B、13C和13D，将描述生产激光棒的步骤。在步骤S109中，形成激光棒LDB。激光棒LDB是通过沿着解理线分离衬底产品SP7而生产的。激光棒LDB通过分离而形成。激光棒LDB具有在量子级联半导体激光器11中的第一端面E1F和第二端面E2F。在该实施例中，第一端面E1F和第二端面E2F中的每一个都包括解理线。

激光棒LDB包括用于量子级联半导体激光器11a的器件分区SECT的布置。器件分区SECT被布置在第二轴线Ax2的方向上。从图1中所示的量子级联激光器1可以看出，器件分区SECT包括激光器结构43、分离结构45、金属层47、厚膜电极35和背表面金属层37。激光器结构43和分离结构45延伸跨越阵列形器件分区SECT。激光器结构43具有第一区域43a、第二区域43b、第三区域43c和第四区域43d。第一区域43a、第二区域43b、第三区域43c和第四区域43d在第一轴线Ax1的方向上顺序安置。第一区域43a包括第一端面E1F，并且第四区域43d包括第二端面E2F。分离结构45具有被定位在第一区域43a和第二区域43b之间的边界中的壁表面45d。壁表面45d在第二轴线Ax2的方向上在器件分区SECT上方连续地延伸。分离结构45被设置在激光器结构43的第一区域43a、第二区域43b和第三区域43c上方。金属层47被设置在激光器结构43的第三区域43c和第四区域43d上方，并且与激光器结构43的第四区域43d的Epi表面接触。激光器结构43包括半导体衬底53和条形台面55，并且在第一轴线Ax1的方向上延伸的半导体台面25以条形形状安装在半导体衬底53的主表面53a上。半导体台面25包括芯层25a和接触层25d，并且具体地包括上部半导体层25b和脊状部分53c。在该实施例中，激光器结构43还包括嵌入区域57，半导体台面25被嵌入到嵌入区域57中。

参考图14A、14B、14C和14D，将描述生产在激光棒的端面处的反射器的步骤。在步骤S110中，在制备的激光棒LDB的第一端面E1F上顺序地形成介电膜49和金属反射膜51。

如图14A和14B中所示，介电膜49形成在激光棒LDB的第一端面E1F上。在该实施例中，介电膜49使用沉积设备D1EP来沉积。沉积设备D1EP向激光棒LDB的第一端面E1F供应原材料焊剂F1，并使得介电膜49的膜沉积在第一端面E1F上。偏离了第一端面E1F的原材料焊剂F1沿着激光棒LDB的上表面和下表面喷射，然后由于原材料焊剂F1而导致的沉积物被沉积在激光器结构43的上表面上方的分离结构45和金属层47上，并且形成在下表面上的背表面金属层37上。从第一端面E1F上的介电膜49延伸的沉积物终止于分离结构45的壁表面45d的边缘处。

在形成介电膜49之后，如图14C和14D中所示，在激光棒LDB的第一端面E1F上形成金属反射膜51。在该实施例中，使用沉积设备D2EP沉积金属反射膜51。沉积设备D2EP向激光棒LDB的第一端面E1F供应原材料焊剂F2，并使得金属反射膜51的膜沉积在第一端面E1F上。偏离了第一端面E1F的原材料焊剂F2沿着激光棒LDB的上表面和下表面喷射，然后由于原材料焊剂F2而导致的沉积物被沉积在激光器结构43的上表面上方的分离结构45和金属层47上，并且形成以便到达下表面上的背表面金属层37。延伸到第一端面E1F上的金属反射膜51的沉积物终止于分离结构45的壁表面45d的边缘处。

在介电膜49和金属反射膜51形成在激光棒LDB的第一端面E1F上之后的步骤中，通过激光棒LDB的分离而形成片状量子级联半导体激光器11。通过这些步骤完成量子级联半导体激光器11。

尽管在优选实施例中已经示出和描述了本公开的原理，但是本领域技术人员认识到，在不脱离这种原理的情况下，可以在布置和细节上改变本公开。本公开不限于在该实施例中公开的具体配置。因此，我们要求保护在所附权利要求书的精神和范围内的所有改型和变型。