專利名稱：電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別指一種電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋 半導體激光器的制作方法。
背景技術(shù)：
在長距離高速率光纖通信系統(tǒng)中，高速光源將成為其中的關(guān)鍵器件。電吸收調(diào)制 分布反饋半導體激光器因其小尺寸，低啁啾等諸多優(yōu)勢而成為前景光明的高速光源。由于制作電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器需要將激光器和調(diào)制器集成在同一 襯底片上，而激光器和調(diào)制器功能不同，適用的材料結(jié)構(gòu)相差較大，所以為了制作這種集成 器件，人們開發(fā)了很多集成方法，主要有直接對接法、選區(qū)外延法、量子阱混雜法、同一有 源區(qū)法、雙量子阱堆疊法等。而最為廣泛被采用的方法是直接對接法和選區(qū)外延法。直接對接法可以對激光器和調(diào)制器的材料進行獨立的優(yōu)化，但需要兩次外延有源 區(qū)，對工藝水平的要求較高；選區(qū)外延法可以一次外延量子阱材料獲得激光器和調(diào)制器有 源區(qū)，但激光器部分的量子阱比調(diào)制器區(qū)厚，影響了調(diào)制器的消光比性能。并且由于這兩種 生長方法都在有源區(qū)生長過程中引入了介質(zhì)膜，對器件的壽命和可靠性產(chǎn)生不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的主要目的是提供一種電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激光器的 制作方法。( 二)技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激光器的制作方法，包括如下步驟步驟1 在η型磷化銦襯底上同一次外延中先后生長η型磷化銦緩沖層、下波導外 限制層、下波導內(nèi)限制層、磷化銦隧穿勢壘層、多量子阱有源層和上波導限制層；步驟2 在激光器區(qū)域制作布拉格光柵，然后大面積外延生長P型磷化銦光柵掩蓋 層、銦鎵砷磷刻蝕停止層、P型磷化銦蓋層和P+銦鎵砷電極接觸層；步驟3 在外延片上刻蝕脊型光波導，使用He離子注入提高隔離區(qū)電阻，然后鈍化 及平坦化表面，最后制作P型和η型電極。上述方案中，步驟1中所述下波導內(nèi)限制層在激光器區(qū)域作為電子注入量子阱增 益區(qū)前的熱化區(qū)，同時在調(diào)制器區(qū)域作為光吸收區(qū)，光熒光譜峰值波長在1450納米至1500 納米之間。上述方案中，步驟1中所述磷化銦隧穿勢壘層厚度小于lOnm，作為激光器區(qū)電子 從所述下波導內(nèi)限制層隧穿注入所述多量子阱區(qū)的勢壘。上述方案中，步驟1中所述多量子阱有源層既是激光器的光增益區(qū)，又作為調(diào)制 器的輔助的光吸收區(qū)，光熒光譜峰值波長在1530納米至1540納米之間。
上述方案中，步驟2中所述在激光器區(qū)域制作布拉格光柵，是在激光器區(qū)域的上 波導限制層上制作布拉格光柵，實現(xiàn)布拉格波長在1550納米至1560納米之間。上述方案中，步驟3中所述脊型光波導是在外延片表面通過光刻工藝，用光刻膠 保護3微米寬條形，并用濕法腐蝕條形兩側(cè)材料直至所述銦鎵砷磷刻蝕停止層。上述方案中，步驟3中所述He離子注入，是通過光刻工藝，用光刻膠保護激光器區(qū) 和調(diào)制器區(qū)，濕法腐蝕處于激光器區(qū)與調(diào)制器區(qū)中間的隔離區(qū)表面的所述P+銦鎵砷電極 接觸層，然后經(jīng)過He離子注入隔離區(qū)，提高隔離區(qū)電阻。上述方案中，步驟3中所述鈍化表面，是在清洗干凈的外延片表面沉積一層厚度 不超過500納米的氧化硅或氮化硅。上述方案中，步驟3中所述平坦化表面，是在經(jīng)過鈍化的表面上均勻涂覆上一層 聚酰亞胺樹脂(PI)或苯并環(huán)丁烯樹脂(BCB)，經(jīng)過高溫固化。上述方案中，步驟3中所述ρ型電極的制作，是通過光刻腐蝕去掉脊型光波導上 方的鈍化層和平坦化層露出P+銦鎵砷電極接觸層，光刻P型電極圖形，表面沉積鈦金(Ti/ Au)，然后用帶膠剝離工藝得到ρ型電極。上述方案中，步驟3中所述η型電極的制作，是在將外延片背面減薄并拋光后，在 背面蒸金鍺鎳(Au/Ge/Ni)金屬，合金形成歐姆接觸，最后再蒸鉻金(Cr/Au)加厚η型電極。(三)有益效果本發(fā)明提供的這種電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激光器的制作方法，工 藝簡單，可靠性高。使用該方法制作的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器采用隧穿電子注 入的方式，消除了熱電子對激光器性能的影響，提高了激光器的特征溫度；激光器部分作為 熱化區(qū)的下波導內(nèi)限制層作為調(diào)制器的主要光吸收區(qū)，雖然采用一次外延，但部分分離了 激光器的增益區(qū)和調(diào)制器的吸收區(qū)，可實現(xiàn)對激光器和調(diào)制器一定程度的獨立優(yōu)化。


圖1是本發(fā)明提供的制作電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激光器的方法 流程圖；圖2至圖5為本發(fā)明提供的制作電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激光器的 工藝流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明提出一種新型的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器，采用隧穿注入激光器 結(jié)構(gòu)，利用下波導內(nèi)限制層作為調(diào)制器的主要光吸收區(qū)，可相對獨立優(yōu)化激光器和調(diào)制器 性能，并且只需一次外延有源區(qū)，工藝簡單可靠，成本較低。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制作電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激 光器的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟1 在η型磷化銦襯底上同一次外延中先后生長η型磷化銦緩沖層、下波導外 限制層、下波導內(nèi)限制層、磷化銦隧穿勢壘層、多量子阱有源層和上波導限制層；
步驟2 在激光器區(qū)域制作布拉格光柵，然后大面積外延生長P型磷化銦光柵掩蓋 層、銦鎵砷磷刻蝕停止層、P型磷化銦蓋層和P+銦鎵砷電極接觸層；步驟3 在外延片上刻蝕脊型光波導，使用He離子注入提高隔離區(qū)電阻，然后鈍化 及平坦化表面，最后制作P型和η型電極。上述步驟1中所述下波導內(nèi)限制層在激光器區(qū)域作為電子注入量子阱增益區(qū)前 的熱化區(qū)，同時在調(diào)制器區(qū)域作為光吸收區(qū)，光熒光譜峰值波長在1450納米至1500納米之 間。所述磷化銦隧穿勢壘層厚度小于lOnm，作為激光器區(qū)電子從所述下波導內(nèi)限制層隧穿 注入所述多量子阱區(qū)的勢壘。所述多量子阱有源層既是激光器的光增益區(qū)，又作為調(diào)制器 的輔助的光吸收區(qū)，光熒光譜峰值波長在1530納米至1540納米之間。上述步驟2中所述在激光器區(qū)域制作布拉格光柵，是在激光器區(qū)域的上波導限制 層上制作布拉格光柵，實現(xiàn)布拉格波長在1550納米至1560納米之間。上述步驟3中所述脊型光波導是在外延片表面通過光刻工藝，用光刻膠保護3微 米寬條形，并用濕法腐蝕條形兩側(cè)材料直至所述銦鎵砷磷刻蝕停止層。上述步驟3中所述He離子注入，是通過光刻工藝，用光刻膠保護激光器區(qū)和調(diào)制 器區(qū)，濕法腐蝕處于激光器區(qū)與調(diào)制器區(qū)中間的隔離區(qū)表面的所述P+銦鎵砷電極接觸層， 然后經(jīng)過He離子注入隔離區(qū)，提高隔離區(qū)電阻。上述步驟3中所述鈍化表面，是在清洗干凈的外延片表面沉積一層厚度不超過 500納米的氧化硅或氮化硅。上述步驟3中所述平坦化表面，是在經(jīng)過鈍化的表面上均勻涂覆上一層聚酰亞胺 樹脂(PI)或苯并環(huán)丁烯樹脂(BCB)，經(jīng)過高溫固化。上述步驟3中所述ρ型電極的制作，是通過光刻腐蝕去掉脊型光波導上方的鈍化 層和平坦化層露出ρ+銦鎵砷電極接觸層，光刻P型電極圖形，表面沉積鈦金(Ti/Au)，然后 用帶膠剝離工藝得到P型電極。上述步驟3中所述η型電極的制作，是在將外延片背面減薄并拋光后，在背面蒸金 鍺鎳(Au/Ge/Ni)金屬，合金形成歐姆接觸，最后再蒸鉻金(Cr/Au)加厚η型電極。如圖2至圖5所示，圖2至圖5為本發(fā)明提供的制作電吸收調(diào)制隧穿注入式分布 反饋半導體激光器的工藝流程圖，具體實施步驟如下1)、采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)在η型磷化銦(n_hP)襯底1的(OOl) 晶面上，依次生長約1微米厚的n-InP緩沖層2、約50納米不摻雜的下波導外限制層3、約 100納米不摻雜的下波導內(nèi)限制層4、約5納米不摻雜的磷化銦勢壘層5、多量子阱有源層6 和約100納米不摻雜的上波導限制層7，結(jié)構(gòu)如圖2所示；2)、在外延結(jié)構(gòu)片表面涂覆一層較薄的光刻膠，普通曝光顯影法將調(diào)制器區(qū)上的 光刻膠去除，然后全息曝光法在激光器區(qū)制作布拉格光柵8，對應布拉格波長約1550納米， 如圖3所示；3)、清洗后，依次使用MOCVD外延約150納米的ρ型磷化銦(p_hP) 9、20納米的銦 鎵砷磷刻蝕停止層10、約1. 7微米厚的P-InP蓋層11和0. 2微米厚的ρ+銦鎵砷電極接觸 層12，如圖4所示；4)、光刻腐蝕形成脊波導結(jié)構(gòu)13，離子注入隔離區(qū)14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15，帶膠剝離技術(shù)實現(xiàn)ρ面激光器和調(diào)制器電極圖形16、17，背面減薄，蒸發(fā)η面電極18。完成整個器件制作，結(jié)構(gòu)如示意圖5。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在于，包括 如下步驟步驟1 在η型磷化銦襯底上同一次外延中先后生長η型磷化銦緩沖層、下波導外限制 層、下波導內(nèi)限制層、磷化銦隧穿勢壘層、多量子阱有源層和上波導限制層；步驟2 在激光器區(qū)域制作布拉格光柵，然后大面積外延生長ρ型磷化銦光柵掩蓋層、 銦鎵砷磷刻蝕停止層、P型磷化銦蓋層和P+銦鎵砷電極接觸層；步驟3:在外延片上刻蝕脊型光波導，使用He離子注入提高隔離區(qū)電阻，然后鈍化及平 坦化表面，最后制作P型和η型電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟1中所述下波導內(nèi)限制層在激光器區(qū)域作為電子注入量子阱增益區(qū)前的熱化區(qū)， 同時在調(diào)制器區(qū)域作為光吸收區(qū)，光熒光譜峰值波長在1450納米至1500納米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟1中所述磷化銦隧穿勢壘層厚度小于lOnm，作為激光器區(qū)電子從所述下波導內(nèi)限 制層隧穿注入所述多量子阱區(qū)的勢壘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟1中所述多量子阱有源層既是激光器的光增益區(qū)，又作為調(diào)制器的輔助的光吸收 區(qū)，光熒光譜峰值波長在1530納米至1540納米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟2中所述在激光器區(qū)域制作布拉格光柵，是在激光器區(qū)域的上波導限制層上制作 布拉格光柵，實現(xiàn)布拉格波長在1550納米至1560納米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟3中所述脊型光波導是在外延片表面通過光刻工藝，用光刻膠保護3微米寬條形， 并用濕法腐蝕條形兩側(cè)材料直至所述銦鎵砷磷刻蝕停止層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟3中所述He離子注入，是通過光刻工藝，用光刻膠保護激光器區(qū)和調(diào)制器區(qū)，濕法 腐蝕處于激光器區(qū)與調(diào)制器區(qū)中間的隔離區(qū)表面的所述P+銦鎵砷電極接觸層，然后經(jīng)過 He離子注入隔離區(qū)，提高隔離區(qū)電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟3中所述鈍化表面，是在清洗干凈的外延片表面沉積一層厚度不超過500納米的氧 化硅或氮化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟3中所述平坦化表面，是在經(jīng)過鈍化的表面上均勻涂覆上一層聚酰亞胺樹脂PI或 者苯并環(huán)丁烯樹脂BCB，經(jīng)過高溫固化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟3中所述ρ型電極的制作，是通過光刻腐蝕去掉脊型光波導上方的鈍化層和平坦化 層露出P+銦鎵砷電極接觸層，光刻P型電極圖形，表面沉積鈦金Ti/Au，然后用帶膠剝離工 藝得到P型電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電吸收調(diào)制分布反饋半導體激光器的制作方法，其特征在 于，步驟3中所述η型電極的制作，是在將外延片背面減薄并拋光后，在背面蒸金鍺鎳Au/Ge/Ni金屬，合金形成歐姆接觸，最后再蒸鉻金Cr/Au加厚η型電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電吸收調(diào)制隧穿注入式分布反饋半導體激光器的制作方法，包括如下步驟步驟1在n型磷化銦襯底上同一次外延中先后生長n型磷化銦緩沖層、下波導外限制層、下波導內(nèi)限制層、磷化銦隧穿勢壘層、多量子阱有源層和上波導限制層；步驟2在激光器區(qū)域制作布拉格光柵，然后大面積外延生長p型磷化銦光柵掩蓋層、銦鎵砷磷刻蝕停止層、p型磷化銦蓋層和p+銦鎵砷電極接觸層；步驟3在外延片上刻蝕脊型光波導，使用He離子注入提高隔離區(qū)電阻，然后鈍化及平坦化表面，最后制作p型和n型電極。本發(fā)明工藝簡單，可靠性高，消除了熱電子對激光器性能的影響，提高了激光器的特征溫度，可實現(xiàn)對激光器和調(diào)制器一定程度的獨立優(yōu)化。
文檔編號H01S5/125GK102055133SQ200910237090
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者朱洪亮, 汪洋, 王圩, 趙玲娟 申請人:中國科學院半導體研究所