專利名稱：波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器的制作方法，特別是波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器的制作方法。
背景技術(shù)：
波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器是波分復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，具有廣泛的應(yīng)用前景。從材料特性來(lái)看，波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器需要兩種不同帶隙波長(zhǎng)材料集成例如對(duì)于工作在1.55um低損耗光纖通訊窗口的波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器而言，需要帶隙波長(zhǎng)為1.55um的增益材料和帶隙波長(zhǎng)小于1.50um的低損耗波導(dǎo)材料平面集成。
目前在同一外延片上不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)不同帶隙波長(zhǎng)材料集成的方法包括對(duì)接生長(zhǎng)(Butt-joint)以及選擇區(qū)域生長(zhǎng)(Selective Area Growth)。對(duì)接生長(zhǎng)采用腐蝕/再生長(zhǎng)技術(shù)，不同帶隙波長(zhǎng)材料在不同的外延過(guò)程中實(shí)現(xiàn)，增加的外延次數(shù)使器件制作工藝變得復(fù)雜，而且對(duì)接界面通常很難完全消除反射和光耦合損耗；選擇區(qū)域生長(zhǎng)是通過(guò)SiO2介質(zhì)膜對(duì)于MOCVD生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，在不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)不同帶隙波長(zhǎng)，但由于生長(zhǎng)氣體的橫向擴(kuò)散，導(dǎo)致不同帶隙波長(zhǎng)區(qū)域之間存在一個(gè)大于30um的過(guò)渡區(qū)，對(duì)器件功能造成一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器的新型制作方法，其特點(diǎn)是無(wú)需額外的波導(dǎo)對(duì)接生長(zhǎng)，簡(jiǎn)化了制作過(guò)程，具有成本低和成品率高的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明一種波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積的方法在n型InP襯底上依次外延下限制層，多量子阱，上限制層，InP緩沖層；步驟2淀積介質(zhì)膜；步驟3掩膜光刻制作注入保護(hù)圖形，在增益區(qū)留下介質(zhì)膜，其余區(qū)域腐蝕掉介質(zhì)膜；步驟4在外延片表面進(jìn)行P離子注入，然后腐蝕掉表面剩下的介質(zhì)膜；步驟5在表面重新淀積介質(zhì)膜；步驟6將外延片置于快速退火爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下，快速熱退火；步驟7腐蝕掉介質(zhì)膜，InP緩沖層；步驟8采用全息曝光技術(shù)和干濕法刻蝕技術(shù)在波導(dǎo)區(qū)制作光柵；步驟9利用MOCVD方法外延生長(zhǎng)p-InP，p-InGaAsP刻蝕阻止層，p-InP，p-InGaAs；步驟10利用濕法腐蝕和刻蝕阻止層，制作脊型結(jié)構(gòu)，形成波導(dǎo)；步驟11利用掩膜光刻，并進(jìn)行光刻腐蝕，形成隔離溝，大面積淀積SiO2層，并進(jìn)行He離子注入使隔離溝成為高阻區(qū)；步驟12在脊形條上開電極窗口，濺射P面電極，減薄后，背面蒸發(fā)N面電極；步驟13解理出單個(gè)波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器管芯。
其中InP緩沖層厚度在50納米到2000納米之間，其作用在于防止磷離子注入到InGaAsP多量子阱中。
其中介質(zhì)膜是二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或光刻膠或者其他介質(zhì)膜，其作用在于防止步驟4中磷離子注入到激光器有源區(qū)上的InP緩沖層中。
其中磷離子注入能量在10千電子伏到1兆電子伏之間，劑量在1×1013每平方厘米到1×1015每平方厘米之間，其作用在于在InP緩沖層中產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，注入能量應(yīng)保證注入深度不超過(guò)InP緩沖層。
其中介質(zhì)膜是二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或者其他介質(zhì)膜，其作用在于防止快速熱退火過(guò)程中InP熱分解導(dǎo)致外延片表面退化。
其中快速熱退火的溫度在650攝氏度到800攝氏度之間，快速熱退火的時(shí)間在20秒到20分鐘之間，其作用在于激活磷離子注入產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷并使其向多量子阱遷移，導(dǎo)致阱/壘材料組份發(fā)生互擴(kuò)散，從而使量子阱帶隙波長(zhǎng)藍(lán)移。
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器的新型制作方法，通過(guò)磷離子注入的量子阱混雜技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其基本原理如下在InP緩沖層中進(jìn)行磷離子注入產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，并在接下來(lái)的快速熱退火過(guò)程中使點(diǎn)缺陷遷移，導(dǎo)致量子阱有源區(qū)的阱/壘材料發(fā)生互擴(kuò)散，量子阱的阱寬和組份被改變，從而使量子阱的帶隙波長(zhǎng)藍(lán)移，形成自對(duì)準(zhǔn)的波導(dǎo)區(qū)。相對(duì)于傳統(tǒng)的制作方法而言具有以下優(yōu)點(diǎn)1、無(wú)需額外的外延生長(zhǎng)即可在同一外延片不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)不同的帶隙波長(zhǎng)，工藝簡(jiǎn)單，降低了成本；2、增益區(qū)和波導(dǎo)區(qū)快速過(guò)渡(＜3微米)，消除了漸變過(guò)渡帶來(lái)的額外的光吸收損耗；3、增益區(qū)和波導(dǎo)區(qū)是自對(duì)準(zhǔn)的，因此耦合效率高(接近100％)，反射小(＜0.01％)；4、采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體器件制作工藝，重復(fù)性好，容易實(shí)現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖具體說(shuō)明該方法制作波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的實(shí)例，其中

圖1是量子阱增益區(qū)結(jié)構(gòu)；圖2是磷離子注入保護(hù)圖形；圖3是淀積介質(zhì)膜后的示意圖；圖4是制作光柵的示意圖；圖5是制作光柵后接觸層生長(zhǎng)示意圖；
圖6是三段式波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱附圖1-圖6，本發(fā)明一種波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，包括以下步驟，步驟1利用MOCVD方法在n型InP襯底1上依次外延下限制層2，多量子阱3，上限制層4，InP緩沖層5(如圖1所示)；步驟2淀積介質(zhì)膜6，其作用在于防止磷離子注入到增益區(qū)；步驟3掩膜光刻制作注入保護(hù)圖形，在增益區(qū)留下介質(zhì)膜6，其余區(qū)域腐蝕掉介質(zhì)膜6(如圖2所示)；步驟4在外延片表面進(jìn)行P離子注入，然后腐蝕掉表面剩下的介質(zhì)膜6，其作用在于在波導(dǎo)區(qū)的InP緩沖層中形成點(diǎn)缺陷；步驟5在表面重新淀積介質(zhì)膜7(如圖3所示)，用于在快速熱退火過(guò)程中保護(hù)半導(dǎo)體材料的表面；步驟6將外延片置于快速退火爐(Rapid Thermal Anealer)中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下，快速熱退火，以激活點(diǎn)缺陷，導(dǎo)致量子阱混雜；步驟7腐蝕掉介質(zhì)膜7，InP緩沖層5；步驟8采用全息曝光技術(shù)和干濕法刻蝕技術(shù)在波導(dǎo)區(qū)制作光柵8(如圖4所示)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)單一波長(zhǎng)的選頻作用；步驟9利用MOCVD方法外延生長(zhǎng)p-InP 9，p-InGaAsP刻蝕阻止層10，p-InP 11，p-InGaAs 12(如圖5所示)，形成接觸層；步驟10利用濕法腐蝕和刻蝕阻止層，制作脊型結(jié)構(gòu)，形成波導(dǎo)；
步驟11利用掩膜光刻，并進(jìn)行光刻腐蝕，形成隔離溝13，大面積淀積SiO2層14，并進(jìn)行He離子注入使隔離溝13成為高阻區(qū)；步驟12在脊形條上開電極窗口，濺射P面電極15，減薄后，背面蒸發(fā)N面電極16，并退火形成歐姆接觸；步驟13解理出單個(gè)波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器管芯，整個(gè)管芯的結(jié)構(gòu)(如圖6所示)。
其中InP緩沖層5厚度在50納米到2000納米之間，其作用在于防止磷離子注入到InGaAsP多量子阱3中。
6其中介質(zhì)膜6是二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或光刻膠或者其他介質(zhì)膜，其作用在于防止步驟4中磷離子注入到激光器有源區(qū)上的InP緩沖層5中。
其中磷離子注入能量在10千電子伏到1兆電子伏之間，劑量在1×1013每平方厘米到1×1015每平方厘米之間，其作用在于在InP緩沖層5中產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，注入能量應(yīng)保證注入深度不超過(guò)InP緩沖層5。
其中介質(zhì)膜6是二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或者其他介質(zhì)膜，其作用在于防止快速熱退火過(guò)程中InP熱分解導(dǎo)致外延片表面退化。
其中快速熱退火的溫度在650攝氏度到800攝氏度之間，快速熱退火的時(shí)間在20秒到20分鐘之間，其作用在于激活磷離子注入產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷并使其向多量子阱遷移，導(dǎo)致阱/壘材料組份發(fā)生互擴(kuò)散，從而使量子阱帶隙波長(zhǎng)藍(lán)移。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有
1、無(wú)需額外的外延生長(zhǎng)即可在同一外延片不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)不同的帶隙波長(zhǎng)，工藝簡(jiǎn)單，降低了成本；2、增益區(qū)和波導(dǎo)區(qū)快速過(guò)渡(＜3微米)，消除了漸變過(guò)渡帶來(lái)的額外的光吸收損耗；3、增益區(qū)和波導(dǎo)區(qū)是自對(duì)準(zhǔn)的，因此耦合效率高(接近100％)，反射小(＜0.01％)；4、采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體器件制作工藝，重復(fù)性好，容易實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積的方法在n型InP襯底上依次外延下限制層，多量子阱，上限制層，InP緩沖層；步驟2淀積介質(zhì)膜；步驟3掩膜光刻制作注入保護(hù)圖形，在增益區(qū)留下介質(zhì)膜，其余區(qū)域腐蝕掉介質(zhì)膜；步驟4在外延片表面進(jìn)行P離子注入，然后腐蝕掉表面剩下的介質(zhì)膜；步驟5在表面重新淀積介質(zhì)膜；步驟6將外延片置于快速退火爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下，快速熱退火；步驟7腐蝕掉介質(zhì)膜，InP緩沖層；步驟8采用全息曝光技術(shù)和干濕法刻蝕技術(shù)在波導(dǎo)區(qū)制作光柵；步驟9利用MOCVD方法外延生長(zhǎng)p-InP，p-InGaAsP刻蝕阻止層，p-InP，p-InGaAs；步驟10利用濕法腐蝕和刻蝕阻止層，制作脊型結(jié)構(gòu)，形成波導(dǎo)；步驟11利用掩膜光刻，并進(jìn)行光刻腐蝕，形成隔離溝，大面積淀積SiO2層，并進(jìn)行He離子注入使隔離溝成為高阻區(qū)；步驟12在脊形條上開電極窗口，濺射P面電極，減薄后，背面蒸發(fā)N面電極；步驟13解理出單個(gè)波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器管芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于其中InP緩沖層厚度在50納米到2000納米之間，其作用在于防止磷離子注入到InGaAsP多量子阱中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于其中介質(zhì)膜是二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或光刻膠或者其他介質(zhì)膜，其作用在于防止步驟4中磷離子注入到激光器有源區(qū)上的InP緩沖層中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于其中磷離子注入能量在10千電子伏到1兆電子伏之間，劑量在1×1013每平方厘米到1×1015每平方厘米之間，其作用在于在InP緩沖層中產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，注入能量應(yīng)保證注入深度不超過(guò)InP緩沖層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于其中介質(zhì)膜是二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或者其他介質(zhì)膜，其作用在于防止快速熱退火過(guò)程中InP熱分解導(dǎo)致外延片表面退化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于其中快速熱退火的溫度在650攝氏度到800攝氏度之間，快速熱退火的時(shí)間在20秒到20分鐘之間，其作用在于激活磷離子注入產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷并使其向多量子阱遷移，導(dǎo)致阱/壘材料組份發(fā)生互擴(kuò)散，從而使量子阱帶隙波長(zhǎng)藍(lán)移。
全文摘要
一種波長(zhǎng)可調(diào)諧分布布拉格反射激光器的制作方法，包括利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積的方法在n型InP襯底上依次外延下限制層，多量子阱，上限制層，InP緩沖層；淀積介質(zhì)膜；掩膜光刻制作注入保護(hù)圖形，在增益區(qū)留下介質(zhì)膜，其余區(qū)域腐蝕掉介質(zhì)膜；進(jìn)行P離子注入，然后腐蝕掉表面剩下的介質(zhì)膜；在表面重新淀積介質(zhì)膜；快速熱退火；腐蝕掉介質(zhì)膜7，InP緩沖層；在波導(dǎo)區(qū)制作光柵；刻蝕阻止層；制作脊型結(jié)構(gòu)，形成波導(dǎo)；利用掩膜光刻，并進(jìn)行光刻腐蝕，形成隔離溝，大面積淀積SiO
文檔編號(hào)H01S5/00GK1747264SQ200410073859
公開日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者張靖, 趙玲娟, 王圩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所