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(zhǎng)途干線網(wǎng)絡(luò)中)的一種主要的光信號(hào)產(chǎn)生元件。本發(fā)明是關(guān)于該種器件的一種方便簡(jiǎn)單的新型制作方法，主要實(shí)施的要點(diǎn)是一次外延中，先后生長(zhǎng)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(jiǎn)單易行，穩(wěn)定可靠，成本低廉的顯著優(yōu)點(diǎn)。
在我們所處的信息時(shí)代里，人們對(duì)多種多樣的廣泛信息的需求，促進(jìn)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(zhǎng)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(hào)傳輸距離的光損耗問(wèn)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(lái)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(zhǎng)的動(dòng)態(tài)漂移，即人們常說(shuō)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(zhǎng)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(duì)于長(zhǎng)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(dá)克效應(yīng)的電吸收調(diào)制器具有顯著的優(yōu)勢(shì)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(jiǎn)單、效率高，整個(gè)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(duì)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(diǎn)，如直接對(duì)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(diǎn)，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(duì)簡(jiǎn)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(jiǎn)單可靠，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。
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(duì)接界面的光散射損耗，提高耦合效率，增加整個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(bǔ)償結(jié)構(gòu)；多量子阱A共8個(gè)壓應(yīng)變的阱，7個(gè)張應(yīng)變的壘，光熒光譜峰值波長(zhǎng)為1.50微米；多量子阱B由4個(gè)壓應(yīng)變阱和3個(gè)張應(yīng)變壘組成，其光熒光譜峰值波長(zhǎng)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(shí)為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式
為了獲得性能良好，工藝簡(jiǎn)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(dú)立優(yōu)化激光器和調(diào)制器，同時(shí)工藝簡(jiǎn)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(diǎn)在于，在清洗干凈的襯底片上，大面積平面外延生長(zhǎng)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(duì)進(jìn)入調(diào)制器區(qū)光場(chǎng)的材料吸收損耗。同時(shí)在激光器和調(diào)制區(qū)的多量子阱上同時(shí)生長(zhǎng)一層連續(xù)的上波導(dǎo)，減小對(duì)接界面的光散射損耗，提高耦合效率，增加整個(gè)EMLs器件的出光功率。
請(qǐng)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(shí)施步驟如下1、采用低壓金屬有機(jī)源化學(xué)汽相沉淀法(LP-MOCVD)，在經(jīng)過(guò)嚴(yán)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(yán)格清洗后，用LP-MOCVD大面積外延生長(zhǎng)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(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)約1.55微米，如圖4所示；5、清洗后，用LP-MOCVD依次外延生長(zhǎng)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(shí)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?cè)鐾改?5。完成整個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(bǔ)償結(jié)構(gòu)；多量子阱A共8個(gè)壓應(yīng)變的阱，7個(gè)張應(yīng)變的壘，光熒光譜峰值波長(zhǎng)為1.50微米；多量子阱B由4個(gè)壓應(yīng)變阱和3個(gè)張應(yīng)變壘組成，其光熒光譜峰值波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(hào)H01S5/00GK1630149SQ20031012234
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所