CN101938083A - 基于y波导的双分布反馈激光器双放大器的制作方法 - Google Patents

基于y波导的双分布反馈激光器双放大器的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，包括：在N型磷化铟衬底上依次外延制作InP缓冲层、下波导层、多量子阱有源区、上波导层和光栅层；制作无源波导区，另一侧为有源波导区；制作光栅；在有源波导区和无源波导区上依次外延制作光栅盖层、光限制层和电接触层；在电接触层上向下刻蚀出Y型脊波导；在光栅层的上面及Y型脊波导的表面生长二氧化硅绝缘层；将Y型脊波导上面的二氧化硅绝缘层腐蚀掉；在有源波导区上的Y型脊波导两臂的中间制作第一电隔离沟，在有源波导区上的DFB区和SOA区之间制作第二电隔离沟；在第一电隔离沟的两侧及第二电隔离沟的两侧制作P面电极；将N型磷化铟衬底减薄；在减薄后的N型磷化铟衬底的下面制作N面电极，完成器件的制作。

Description

基于Y波导的双分布反馈激光器双放大器的制作方法 
技术领域
本发明涉及光电子器件领域，特别涉及一种基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法。 
背景技术
多段式自脉动激光器的基本组成部分是两个分布反馈激光器，利用电流调谐或采用具有不同布拉格波长的光栅，两个激光器的发射波长存在一个几个纳米左右的偏调。当自脉动激光器发出的激光照射在探测器上时，会产生一个频率等于两个分布反馈激光器发射频率之差的自脉动信号。相对于其他形式的基于激光器的时钟恢复器件，多段式自脉动激光器具有结构紧凑的优点，同时其自脉动频率可以由注入电流在很大范围内灵活调节，因此其在时钟恢复和ROF领域都具有广泛的应用前景。对于自脉动激光器，如何提高其信号的调制深度是关系其应用的关键因素。目前，多段式自脉动激光器在通过直接调制DFB激光器的注入电流得到大范围可调谐的自脉动拍频频率的同时，无法兼顾信号调制深度，使得可用的信号调谐范围大大降低。相对于其他多段式自脉动DFB器件，本发明所公开的基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法通过调节两DFB激光器的注入电流，能够在得到大范围的可调谐自脉动拍频的同时通过调节两SOA的注入电流使得当两DFB的出射光强在各个拍频频率都保持相同，从而使得其拍频频率的信噪比和调制深度不会随两DFB本身的出射光强差的加大而降低。 
发明内容
本发明的目的作用，提供一种基于Y波导的双分布反馈激光器+双放 大器的制作方法，在两DFB区的双模频率差、双模强度方面的调节灵活性高，故具备大范围自脉动拍频频率可调谐范围及高的调制深度的特性，使其在时钟恢复和微波信号的产生方面的性能大大提高。本发明公开的器件方法可以大大改善器件的应用性能。 
本发明提供一种基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，包括如下步骤： 
步骤1：选择一N型磷化铟衬底； 
步骤2：在N型磷化铟衬底上依次外延制作InP缓冲层、下波导层、多量子阱有源区、上波导层和光栅层，形成材料结构； 
步骤3：在材料结构的一侧制作无源波导区，另一侧为有源波导区； 
步骤4：在多量子阱有源区上部的上波导层和光栅层上远离无源波导区的一侧制作光栅，该有光栅的部分为DFB区，该DFB区分为DFB1区和DFB2区，另一部分为SOA区，该SOA区分为SOA1区和SOA2区； 
步骤5：在有源波导区和无源波导区上依次外延制作光栅盖层、光限制层和电接触层； 
步骤6：在电接触层上向下刻蚀出Y型脊波导，刻蚀深度至光栅层的表面； 
步骤7：在光栅层的上面及Y型脊波导的表面生长二氧化硅绝缘层； 
步骤8：将有源波导区上的Y型脊波导上面的二氧化硅绝缘层腐蚀掉； 
步骤9：在有源波导区上的Y型脊波导两臂的中间制作第一电隔离沟，在有源波导区上的DFB区和SOA区之间制作第二电隔离沟； 
步骤10：在第一电隔离沟的两侧及第二电隔离沟的两侧制作P面电极； 
步骤11：将N型磷化铟衬底减薄； 
步骤12：在减薄后的N型磷化铟衬底的下面制作N面电极，完成器件的制作。 
附图说明
为了进一步说明本发明的内容，以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述，其中： 
图1是基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的俯视图； 
图2是基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的立体图； 
图3是基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的DFB端的侧视图； 
图4是基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的无源波导部分的截面图。 
具体实施方式
请参照图1、图2、图3和图4所示，本发明提供一种基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，包括如下步骤： 
步骤1：选择一N型磷化铟衬底10； 
步骤2：在N型磷化铟衬底10上依次外延制作InP缓冲层11、下波导层12、多量子阱有源区13、上波导层14和光栅层15，形成材料结构；其中InP缓冲层11厚度为1μm-2μm，多量子阱有源区13为铟镓砷磷材料或铟镓铝砷材料，总厚度为70-200纳米，多量子阱有源区13的量子阱个数为4-10(如图3所示)； 
步骤3：在材料结构的一侧制作无源波导区3，另一侧为有源波导区2；其中所述的制作无源波导区3，是采用对接生长或量子阱混杂技术实现的，无源波导区3相对于有源波导区2的带隙波长蓝移100nm-200nm；其中所述的制作无源波导区3的结构包括：依次生长的下限制层31、波导芯层32和上限制层33(如图4所示)； 
步骤4：在多量子阱有源区13上部的上波导层14和光栅层15上远离无源波导区3的一侧制作光栅，该有光栅的部分为DFB区，该DFB区分为DFB1区和DFB2区，另一部分为SOA区，该SOA区分为SOA1区和SOA2区(如图1及图2所示)；该DFB区的长度为200μm-500m；SOA区的为长度300μm-1000μm；其中DFB1区和DFB2区上制作的光栅的布拉格波长相同或是有一个1-10纳米波长的偏调，波长的偏调通过改变DFB1区和DFB2区的光栅周期或是改变其脊波导的宽度来实现； 
步骤5：在有源波导区2和无源波导区3上依次外延制作光栅盖层16、光限制层17和电接触层18；其中电接触层18为高掺杂的InGaAs，厚度为100-200nm(如图3所示)； 
步骤6：在电接触层18上向下刻蚀出Y型脊波导，刻蚀深度至光栅层15的表面；其中该Y型脊波导的无源波导区3区部分可以做成弯曲波导或倾斜波导来减少无源波导3端面的反射。 
步骤7：在光栅层15的上面及Y型脊波导的表面生长二氧化硅绝缘层19(如图3所示)； 
步骤8：将有源波导区2上的Y型脊波导层上面的二氧化硅绝缘层19腐蚀掉(如图3所示)； 
步骤9：在有源波导区2上的Y型脊波导两臂的中间制作第一电隔离沟21，在有源波导区2上的DFB区和SOA区之间制作第二电隔离沟22；其中第一电隔离沟21和第二电隔离沟22的宽度为10μm-50μm，其制作可以通过高能He离子注入来实现(如图2所示)； 
步骤10：在第一电隔离沟21的两侧及第二电隔离沟22的两侧制作P面电极23；该金属电极层23为Ti/Au或Ti/Pt/Au，厚度为300nm-500nm(如图3所示)； 
步骤11：将N型磷化铟衬底10减薄(如图3所示)； 
步骤12：在减薄后的N型磷化铟衬底10的下面制作N面电极24，完成器件的制作(如图3所示)，该器件采用InP系材料，该器件的自脉动拍频频率的开始范围由DFB1区和DFB2区的激射波长差决定。 
其中在制作完成的器件的有源波导区2的端面蒸镀高反射膜，在无源波导区3的端面蒸镀抗反射膜。 
实施例 
请再参照图1、图2、图3和图4本发明提供的一种基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，包括如下制作步骤： 
步骤1：选择一N型磷化铟衬底10； 
步骤2：在N型磷化铟衬底10上依次外延制作1.5μm的InP缓冲层11、100nm的下波导层12、多量子阱有源区13、100nm的上波导层14和光栅层15，形成材料结构；其中多量子阱有源区13为铟镓砷磷材料，材料的带隙波长为1.55μm，量子阱个数为6，总厚度为90纳米； 
步骤3：在材料结构的一侧制作无源波导区3，另一侧为有源波导区2； 其中所述的制作无源波导区3时，先光刻腐蚀掉无源波导3区的光栅层15、上波导层14、多量子阱有源区13和下波导层12，通过对接生长生长依次外延上下限制层31、波导芯层32和上限制层33(如图4所示)，外延的无源波导3区的波导芯层32带隙波长相对于有源波导2区的带隙波长蓝移130nm。 
步骤4：在多量子阱有源区13上部的上波导层14和光栅层15上远离无源波导区3的一侧采用全息曝光法制作光栅，其周期根据器件的发射波长由下式确定： 
λL＝2neffΛ/m 
其中，λL为激射波长，Λ为制作的光栅周期，neff为波导有效折射率，对于一级光栅，m＝1；该有光栅的部分为DFB区，该DFB区分为DFB1区和DFB2区，另一部分为SOA区，该SOA区分为SOA1区和SOA2区(如图1所示)；其中DFB1区和DFB2区上制作的光栅的周期相同； 
步骤5：在有源波导区2和无源波导区3上依次外延制作光栅盖层16、光限制层17和电接触层18；其中电接触层18为高掺杂的InGaAs，厚度为150nm； 
步骤6：在电接触层18上用反应离子刻蚀向下刻蚀出Y型脊波导，刻蚀深度至光栅层15的表面；DFB1区和DFB2区的脊波导宽度分别为2μm和3μm(如图3所示)，来实现DFB1区和DFB2区激射波长的偏调，这个偏调和DFB1区和DFB2区激射波长的功率及相位共同决定了其自脉动拍频频率，设两个激光器的发光频率分别为ω1和ω2，并且|ω1-ω2|＜＜ω1，ω2，当自脉动激光器的两个频率的光同时照射在探测器表面时，产生一个频率为|ω1-ω2|的光电流，即自脉动拍频信号，如下式所示： 
其中P1，P2为光功率，φ1、φ2为两种光的相位之差。通过注入锁定，以实现信号的时钟提取； 
步骤7：在光栅层15的上面及Y型脊波导的表面生长400nm的二氧化硅绝缘层19(如图3所示)； 
步骤8：将有源波导区2上的Y型脊波导层上面的二氧化硅绝缘层19腐蚀掉(如图3所示)； 
步骤9：在有源波导区2上的Y型脊波导两臂的中间制作第一电隔离沟21，在有源波导区2上的DFB区和SOA区之间制作第二电隔离沟22(如图1所示)；其中第一电隔离沟21和第二电隔离沟22的宽度均为20μm，其制作是通过高能He离子注入来实现100千欧的隔离电阻； 
步骤10：在第一电隔离沟21的两侧及第二电隔离沟22的两侧制作P面电极23；该金属电极层23为Ti/Au，厚度为450nm(如图3所示)； 
步骤11：将N型磷化铟衬底10减薄到130μm(如图3所示)； 
步骤12：在减薄后的N型磷化铟衬底10的下面制作N面电极24，完成器件的制作(如图3所示)。 
步骤13：在制作完成的器件的有源波导区2的端面蒸镀高反射膜，另一端蒸镀抗反射膜；抗反射薄膜用于减小该镀膜端面对光向器件内部的反射，提高器件性能； 
其中所述的DFB区的长度为300μm；SOA区的为长度300μm。普通的多段式自脉动激光器在通过直接调制DFB激光器的注入电流得到大范围可调谐的自脉动拍频频率的同时，无法兼顾信号调制深度，使得可用的信号调谐范围大大降低。相对于其他多段式自脉动DFB器件，本发明所公开的集成器件通过调节两DFB激光器的注入电流，能够在得到大范围的可调谐自脉动拍频的同时通过调节两SOA的注入电流使得当两DFB的出射光强在各个拍频频率都保持相同，从而使得其通过注入锁定进行始终提取时，提取的时钟的信噪比和调制深度不会随两DFB本身的出射光强差的加大而降低。 
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 

Claims (8)

1.一种基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：选择一N型磷化铟衬底；
步骤2：在N型磷化铟衬底上依次外延制作InP缓冲层、下波导层、多量子阱有源区、上波导层和光栅层，形成材料结构；
步骤3：在材料结构的一侧制作无源波导区，另一侧为有源波导区；
步骤4：在多量子阱有源区上部的上波导层和光栅层上远离无源波导区的一侧制作光栅，该有光栅的部分为DFB区，该DFB区分为DFB1区和DFB2区，另一部分为SOA区，该SOA区分为SOA1区和SOA2区；
步骤5：在有源波导区和无源波导区上依次外延制作光栅盖层、光限制层和电接触层；
步骤6：在电接触层上向下刻蚀出Y型脊波导，刻蚀深度至光栅层的表面；
步骤7：在光栅层的上面及Y型脊波导的表面生长二氧化硅绝缘层；
步骤8：将有源波导区上的Y型脊波导上面的二氧化硅绝缘层腐蚀掉；
步骤9：在有源波导区上的Y型脊波导两臂的中间制作第一电隔离沟，在有源波导区上的DFB区和SOA区之间制作第二电隔离沟；
步骤10：在第一电隔离沟的两侧及第二电隔离沟的两侧制作P面电极；
步骤11：将N型磷化铟衬底减薄；
步骤12：在减薄后的N型磷化铟衬底的下面制作N面电极，完成器件的制作。
2.根据权利要求1所述的基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，其中多量子阱有源区为铟镓砷磷或铟镓铝砷材料，材料的带隙波长为1.55μm，总厚度为70-200纳米。
3.根据权利要求1或2所述的基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，其中所述的多量子阱有源区的量子阱个数为4-10。
4.根据权利要求1所述的基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，其中所述的制作无源波导区，是采用对接生长或量子阱混杂技术实现的。
5.根据权利要求1所述的基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，其中所述的制作无源波导区的结构包括：依次生长的下限制层、波导芯层和上限制层。
6.根据权利要求1所述的基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，其中DFB1区和DFB2区的光栅周期对应的激射波长相同或是有一个1-10纳米波长的偏调。
7.根据权利要求1所述的基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，其中在制作完成的器件的有源波导区的端面蒸镀高反射膜。
8.根据权利要求1所述的基于Y波导的双分布反馈激光器+双放大器的制作方法，其中在制作完成的器件的无源波导区的端面蒸镀抗反射膜。
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