專利名稱:電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體激光器的制作方法,特別是指一種電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法。
背景技術(shù):
電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器(EMLs)是光通信系統(tǒng)中(尤其是長途干線網(wǎng)絡(luò)中)的一種主要的光信號產(chǎn)生元件。本發(fā)明是關(guān)于該種器件的一種方便簡單的新型制作方法,主要實施的要點是一次外延中,先后生長兩種優(yōu)化的多量子阱結(jié)構(gòu),分別作為調(diào)制器和激光器的光增益區(qū)和光吸收層;為了減小材料的帶邊吸收損耗,選擇腐蝕掉調(diào)制器區(qū)的頂層多量子阱,可以有效地提高EMLs的出光功率。本發(fā)明所采用的制作方法具有簡單易行,穩(wěn)定可靠,成本低廉的顯著優(yōu)點。
在我們所處的信息時代里,人們對多種多樣的廣泛信息的需求,促進了通信系統(tǒng)向更高速率和更大容量方向發(fā)展,光纖通信的誕生和急速發(fā)展正是順應(yīng)了這種需求。在光纖通信長途主干網(wǎng)絡(luò)中,摻鉺光纖放大器的發(fā)明克服了一直限制信號傳輸距離的光損耗問題,目前,色散損耗成為另一種最重要的制約因素。人們正在采取多種的方式來消除色散損耗的影響,例如在傳輸鏈路中采用色散控制器等,另一種關(guān)鍵的技術(shù)是抑制光發(fā)射器輸出波長的動態(tài)漂移,即人們常說的啁啾現(xiàn)象。直接電流調(diào)制的分布反饋半導(dǎo)體激光器(DFB激光器)是最直截了當(dāng)?shù)墓獍l(fā)生元器件,但是其固有的波長啁啾因子很大,且難以消除,因此改種器件只能應(yīng)用在短距離的局域網(wǎng)中(如光纖到戶等)。對于長距離應(yīng)用,人們采用外調(diào)制器的方法可以克服啁啾的影響,在多種光調(diào)制器中,基于半導(dǎo)體多量子阱結(jié)構(gòu)中的量子限制斯達克效應(yīng)的電吸收調(diào)制器具有顯著的優(yōu)勢和最為光輝的應(yīng)用前景,這源于該器件所具有的許多特征,如尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊,易于和半導(dǎo)體DFB激光器單片集成,工作電壓低、功耗小,激光器和調(diào)制器之間的光耦合簡單、效率高,整個EMLs器件和光纖的耦合也更穩(wěn)定,具有更高效率。目前,已經(jīng)具有多種EMLs集成技術(shù),如直接對接耦合法,選擇區(qū)域外延法、同一有源區(qū)法、量子阱混合法等,這些方法各有有缺點,如直接對接耦合法具有可分別優(yōu)化激光器和調(diào)制器有源區(qū)的優(yōu)點,但是工藝復(fù)雜,成品率低,制作成本高;后三種方法具有工藝相對簡單的好處,但是調(diào)制器區(qū)難以獲得足夠消光比。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于,提供一種電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法,具有工藝簡單可靠,成本較低的優(yōu)點。
本發(fā)明另一目的在于,提供一種電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法,其可減小對接界面的光散射損耗,提高耦合效率,增加整個EMLs器件的出光功率。
本發(fā)明一種電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法,其特征在于,包括如下步驟1)在InP襯底上同一次外延中先后生長InP緩沖層、下波導(dǎo)層、量子阱A、InP刻蝕阻止層和多量子阱B;2)采用化學(xué)濕法選擇腐蝕去掉調(diào)制器區(qū)的多量子阱B,留下多量子阱A;3)全面積在激光器區(qū)和調(diào)制器區(qū)外延生長上波導(dǎo)層和InP蓋層;4)采用全息曝光發(fā)有選擇地在激光器區(qū)制作光柵,然后全面積外延生長光柵掩蓋層、1.2Q刻蝕阻止層、p型InP光限制層以及電接觸層。
其中的多量子阱A和多量子阱B分別作為調(diào)制器的光吸收區(qū)和激光器光增益區(qū),都采用應(yīng)變補償結(jié)構(gòu);多量子阱A共8個壓應(yīng)變的阱,7個張應(yīng)變的壘,光熒光譜峰值波長為1.50微米;多量子阱B由4個壓應(yīng)變阱和3個張應(yīng)變壘組成,其光熒光譜峰值波長為1.57微米。
其中調(diào)制器和激光器上外延一層120納米的上波導(dǎo)層,主要作用在于使激光器和調(diào)制器之間形成光滑連續(xù)的波導(dǎo),降低界面散射損耗,提高耦合效率。
圖1至圖6為本發(fā)明的流程圖;圖6同時為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實施例方式
為了獲得性能良好,工藝簡單可靠的EMLs器件,我們提出了一種新型的集成方法,既可以獨立優(yōu)化激光器和調(diào)制器,同時工藝簡單可靠,成本較低。本發(fā)明中所采用的電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的新型制作方法。該方法最主要的特點在于,在清洗干凈的襯底片上,大面積平面外延生長激光器和調(diào)制器的多量子阱堆層,容易獲得高質(zhì)量的有源結(jié)構(gòu)材料,兩種量子阱可以分別優(yōu)化其多種參數(shù),包括阱和壘層的厚度、應(yīng)變量以及周期數(shù)等。接著刻蝕去掉調(diào)制器區(qū)中的頂層多量子阱,可以有效的降低對進入調(diào)制器區(qū)光場的材料吸收損耗。同時在激光器和調(diào)制區(qū)的多量子阱上同時生長一層連續(xù)的上波導(dǎo),減小對接界面的光散射損耗,提高耦合效率,增加整個EMLs器件的出光功率。
請參閱圖1至圖6,本發(fā)明電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法,具體的實施步驟如下1、采用低壓金屬有機源化學(xué)汽相沉淀法(LP-MOCVD),在經(jīng)過嚴格清洗的摻硫(S)n型磷化銦(n-InP)襯底1的(001)平面上,順次生長約1微米厚的摻硅(Si)的n-InP緩沖層2、不攙雜的下波導(dǎo)層1.2Q 3(厚約50納米的銦鎵砷磷InGaAsP四元層,帶隙波長1.2微米)、多量子阱A4、薄InP刻蝕阻止層5、多量子阱B6、30納米厚的InGaAsP上波導(dǎo)層7和InP蓋層8,結(jié)構(gòu)如圖1所示;2、采用常規(guī)的曝光顯影技術(shù),形成激光器區(qū)9和調(diào)制器區(qū)10,調(diào)制器區(qū)的光刻膠被顯影去掉,選擇腐蝕掉調(diào)制器區(qū)10中的InP蓋層8和多量子阱結(jié)構(gòu)B6。其中,采用鹽酸(HCl)∶去離子水(H2O)腐蝕InP層,硫酸(H2SO3)∶過氧化氫(H2O2)∶去離子水(H2O)腐蝕InGaAsP多量子阱B6層,結(jié)構(gòu)如圖2;3、HCl∶H2O腐蝕掉激光器區(qū)9的InP蓋層8和調(diào)制器區(qū)的InP刻蝕阻止層5;嚴格清洗后,用LP-MOCVD大面積外延生長上波導(dǎo)層11(厚50納米的1.2Q)和150納米厚的InP蓋層12,結(jié)構(gòu)如圖3所示;4、光刻腐蝕去掉激光器區(qū)的InP蓋層11,采用全息法制作光柵13,周期約240納米,對應(yīng)的布拉格波長約1.55微米,如圖4所示;5、清洗后,用LP-MOCVD依次外延生長攙Zn的p-InP14(厚100納米,濃度5×1017/cm3)、20納米厚的1.2Q層15、1.5微米厚的p-InP光限制層16和0.3微米厚的InGaAs接觸層17,如圖5所示;6、然后采用常規(guī)的脊波導(dǎo)工藝腐蝕形成淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)18,離子注入隔離區(qū)19提高激光器和調(diào)制器之間的隔離電阻,聚酰亞胺作為調(diào)制器壓焊墊層20,帶膠剝離技術(shù)實現(xiàn)p面的激光器和調(diào)制器電極圖形21、22,背面減薄,蒸發(fā)n面電極23,以及激光器端面蒸鍍高反膜24,調(diào)制器端面蒸鍍增透膜25。完成整個器件的制作,結(jié)構(gòu)如示意圖6。
權(quán)利要求
1.一種電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法,其特征在于,包括如下步驟1)在InP襯底上同一次外延中先后生長InP緩沖層、下波導(dǎo)層、量子阱A、InP刻蝕阻止層和多量子阱B;2)采用化學(xué)濕法選擇腐蝕去掉調(diào)制器區(qū)的多量子阱B,留下多量子阱A;3)全面積在激光器區(qū)和調(diào)制器區(qū)外延生長上波導(dǎo)層和InP蓋層;4)采用全息曝光發(fā)有選擇地在激光器區(qū)制作光柵,然后全面積外延生長光柵掩蓋層、1.2Q刻蝕阻止層、p型InP光限制層以及電接觸層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法,其特征在于,其中的多量子阱A和多量子阱B分別作為調(diào)制器的光吸收區(qū)和激光器光增益區(qū),都采用應(yīng)變補償結(jié)構(gòu);多量子阱A共8個壓應(yīng)變的阱,7個張應(yīng)變的壘,光熒光譜峰值波長為1.50微米;多量子阱B由4個壓應(yīng)變阱和3個張應(yīng)變壘組成,其光熒光譜峰值波長為1.57微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法,其特征在于,其中調(diào)制器和激光器上外延一層120納米的上波導(dǎo)層,主要作用在于使激光器和調(diào)制器之間形成光滑連續(xù)的波導(dǎo),降低界面散射損耗,提高耦合效率。
全文摘要
本發(fā)明一種電吸收調(diào)制分布反饋半導(dǎo)體激光器的制作方法,包括如下步驟1)在InP襯底上同一次外延中先后生長InP緩沖層、下波導(dǎo)層、量子阱A、InP刻蝕阻止層和多量子阱B;2)采用化學(xué)濕法選擇腐蝕去掉調(diào)制器區(qū)的多量子阱B,留下多量子阱A;3)全面積在激光器區(qū)和調(diào)制器區(qū)外延生長上波導(dǎo)層和InP蓋層;4)采用全息曝光發(fā)有選擇地在激光器區(qū)制作光柵,然后全面積外延生長光柵掩蓋層、1.2Q刻蝕阻止層、p型InP光限制層以及電接觸層。
文檔編號H01S5/00GK1630149SQ20031012234
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者胡小華, 李寶霞, 朱洪亮, 王圩 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所