CN102377109B - 抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，包括如下步骤：步骤1：选择一衬底；步骤2：在衬底上依次生长介质掩模，涂光刻胶，光刻，两条介质掩模形成介质掩膜图形，两条介质掩模之间为生长窗口；步骤3：在制作有介质掩膜图形的衬底1上外延制作多量子阱有源区；步骤4：在多量子阱有源区的表层制作均匀光栅；步骤5：腐蚀去掉介质掩膜，在均匀光栅上生长包层和电接触层；步骤6：在电接触层上涂光刻胶，光刻；步骤7：采用湿法腐蚀，在电接触层上制作出脊波导结构；步骤8：在脊波导结构的顶端制作正面电极；步骤9：将衬底减薄后在衬底的底部制作背面电极，完成制作。

Description

抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，特别涉及一种抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法。

背景技术

高功率、单纵模、窄线宽的分布反馈(DFB)激光器是现代光纤通信技术核心器件。为提高其单模成品率在腔中心引入λ/4相移，但是由于相移结构的引入，使得λ/4相移结构激光器的光场分布在腔的中心部位不连续，并在中心处出现尖峰，中心部位光场的高度集中导致此处的载流子被大量消耗，从而会出现空间烧孔效应。这改变了谐振腔内光反馈强度和相位，引起增益谱的起伏，会导致对边模抑制作用的减弱，光功率曲线呈现非线性，使得器件高功率工作时单模稳定性变差，线宽难以做得更窄。

为此，人们提出在腔中通过光栅周期调制来引入多个相移或者在腔中央部分引入一段周期与两侧不同的光栅，即节距调制(Corrugation PitchModulated)DFB的方法等来改善由于λ/4相移引入带来的空间烧孔效应。如IEEE Journal of Quantum Electronics 27(6)：1767-1772提出的节距调制CPM-DFB，通过在腔中心引入一段周期不同于两侧的光栅，实现了抑制空间烧孔效应、高功率下稳定单模工作的目的。多相移和变节距方法的改进原理都是通过相移的调整(相移的位置或集散)使光场沿腔分布更加均匀，减少空间烧孔效应。此外还有一种基于幅度调制耦合(Amplitudemodulated coupling)的相移DFB激光器，如ELECTRONICS LETTERS 16thJuly 1992 Vol.28 No.15，通过制作不同形状的光栅来实现耦合系数和幅度增益的调制，达到抑制空间烧孔效应的目的。这些对光栅周期或形状调制的方法虽然有效，但是由于调制区域的光栅与其它部分相比差别很小，那么对光栅制作的工艺要求相当苛刻，实际制作起来比较困难且制作工艺复杂、效率较低、价格昂贵。

而采用选择区域外延生长的方法，通过控制掩膜宽度和生长窗口宽度以及掩膜生长区的长度等条件在器件中间部分引入一段(或者分散的多段)高折射率区域，实现等效的分布λ/4相移。相比于单一集中的λ/4相移，这种分布的相移能够使光场沿腔分布更加均匀，达到抑制空间烧孔效应的目的。其优点在于，只需用全息曝光的方法在多量子阱有源区上波导表层制作均匀光栅，然后通过控制选择区域外延生长条件来灵活地获得各种所需要的相移，从而实现单模、高功率、窄线宽的DFB激光器。相比于对光栅调制的方法，这种基于选择区域外延生长的方法制作简单、成本低、设计灵活。

发明内容

本发明公开了一种抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，可以有效地抑制空间烧孔效应。本发明公开的器件可以大大降低制作工艺的复杂性以及制作成本，提高器件高功率工作时的单模稳定性。

本发明提供一种抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一衬底；

步骤2：在衬底上依次生长介质掩模，涂光刻胶，光刻，两条介质掩模形成介质掩膜图形，两条介质掩模之间为生长窗口；

步骤3：在制作有介质掩膜图形的衬底1上外延制作多量子阱有源区；

步骤4：在多量子阱有源区的表层制作均匀光栅；

步骤5：腐蚀去掉介质掩膜，在均匀光栅上生长包层和电接触层；

步骤6：在电接触层上涂光刻胶，光刻；

步骤7：采用湿法腐蚀，在电接触层上制作出脊波导结构；

步骤8：在脊波导结构的顶端制作正面电极；

步骤9：将衬底减薄后在衬底的底部制作背面电极，完成制作。

其中衬底为N型或P型磷化铟衬底。

其中多量子阱有源区包括依次生长的下波导层、芯层和上波导层。

其中所述介质掩模图形成对出现，中间段掩模条宽度大于两边的掩模条的宽度。

其中介质掩模图形中的介质掩模的厚度为10-300nm，材料为SiO₂或Si₃N₄。

其中介质掩膜的条宽和生长窗口的宽度以及长度是根据相移的要求来调节。

其中多量子阱有源区中的芯层的材料为铟镓砷磷，厚度为70-120纳米。

其中在量子阱有源区的上波导层制作的均匀光栅的周期根据器件的发射波长而确定。

其中所述的湿法腐蚀，其腐蚀深度到包层的表面。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，一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选择区域外延生长方法制作的分布反馈激光器结构示意图；

图2(a)-(e)选择区域外延生长方法制作分布反馈激光器的流程示意图。

具体实施方式

请参照图1，并结合参照图2所示，本发明提供一种制作抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一衬底1，该衬底1为N型或P型磷化铟衬底，其掺杂浓度为5×10¹⁷-5×10¹⁸cm^-3，晶面为(100)；

步骤2：在衬底1上利用常规的等离子增强气相淀积方法生长厚度为30-300nm的SiO₂或Si₃N₄介质掩膜，利用常规的掩膜光刻技术，在介质掩膜表面刻制形成介质掩膜图形2(参阅图2(a))，两条介质掩模之间为生长窗口，所述介质掩模图形2成对出现，中间段掩模条宽度大于两边的掩模条的宽度，介质掩膜的条宽和生长窗口的宽度以及长度是根据相移的要求来调节，引入的分布等效相移Φ为：

$\mathrm{\Φ}=\frac{2\mathrm{\π}\·{\mathrm{\Δn}}_{\mathrm{eff}}\·L}{\mathrm{\λ}}$

其中，Δn_eff为中间部分波导有效折射率与两侧波导有效折射率之差，L为中间部分宽掩膜条的长度，λ为激射波长。

选择区域外延生长会使掩模生长区波导层厚度产生一个增量，且该增量随着掩模宽度的增加而增加，厚度的增加使该区域的波导有效折射率增加，从而在激光器中间段分布的引入一个相移；而且分布的相移与单一集中的λ/4相移相比，可以使光场分布更加均匀，达到抑制空间烧孔效应的目的。此外，这种长腔结构可以获得更窄线宽的单纵模工作。通过合理选择中间区域和两侧的掩膜宽度以及中间区域的长度，可以获得所需要的相移和激光器性能；

步骤3：在制作有介质掩膜图形2的衬底1上外延制作多量子阱有源区3(参阅图2(b))，所述多量子阱有源区3包括依次生长的下波导层31、芯层32和上波导层33，该多量子阱有源区3中的芯层32的材料为铟镓砷磷，厚度为70-120纳米；

步骤4：在多量子阱有源区3的表层制作均匀光栅4(参阅图2(c))，所述在量子阱有源区3的上波导层33制作的均匀光栅4的周期根据器件的发射波长而确定：

λ＝2n_effΛ/m

其中，λ为激射波长，Λ为光栅周期，n_eff为波导有效折射率，对于一级光栅，m＝1；

步骤5：用氢氟酸腐蚀去掉介质掩膜，在均匀光栅4上生长包层5和电接触层6(参阅图2(d))；

步骤6：在电接触层6上涂光刻胶，光刻；

步骤7：采用湿法腐蚀，在电接触层6上制作出脊波导结构(参阅图2(e))，所述的湿法腐蚀，其腐蚀深度到包层5的表面；

步骤8：在脊波导结构的顶端制作正面电极7；

步骤9：将衬底1减薄后在衬底1的底部制作背面电极8，完成管芯制作。

实施例

请再参照图1，并结合参照图2所示，一种n型InP衬底抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，包括如下步骤：

选择一n型(100)面InP衬底1，其掺杂浓度为5×10¹⁷-5×10¹⁸cm^-3；在衬底1上利用常规的等离子增强气相淀积方法生长厚度为30-300nm的SiO₂或Si₃N₄介质掩膜，利用常规的掩膜光刻技术，在介质掩膜表面刻制形成介质掩膜图形2，其中介质掩模图形2成对出现，中间段掩模条宽度大于两边的掩模条的宽度；

在制作有介质掩膜图形2的衬底1上依次生长下波导层31、铟镓砷磷芯层32和上波导层33；

在多量子阱有源区3的上波导层33制作均匀光栅4；在光栅4上生长p型掺杂磷化铟包层5和铟镓砷电接触层6之后，采用传统光刻工艺结合湿法腐蚀制作出脊波导结构；在脊波导结构的顶端制作p面电极7；将衬底1减薄后在衬底1的底部制作n面电极8，完成管芯制作。

综上所述，本发明器件可以采用廉价的大面积全息光栅技术来制作抑制空间烧孔效应的激光器，通过改变掩膜介质条间距和宽度，即能实现对相移的控制，从而获得窄线宽、高功率、稳定单模特性。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一衬底；

步骤2：在衬底上依次生长介质掩模，涂光刻胶，光刻，两条介质掩模形成介质掩膜图形，两条介质掩模之间为生长窗口，介质掩模图形成对出现，中间段掩膜条宽度大于两边的掩模，根据在激光器中间段引入所需要的分布的λ/4相移的要求调节中间段和两边的掩模宽度以及中间段的长度；

步骤3：在制作有介质掩膜图形的衬底上外延制作多量子阱有源区；

步骤4：在多量子阱有源区的表层制作均匀光栅；

步骤5：腐蚀去掉介质掩膜，在均匀光栅上生长包层和电接触层；

步骤6：在电接触层上涂光刻胶，光刻；

步骤7：采用湿法腐蚀，在电接触层上制作出脊波导结构；

步骤8：在脊波导结构的顶端制作正面电极；

步骤9：将衬底减薄后在衬底的底部制作背面电极，完成制作。

2.根据权利要求1所述的抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，其中衬底为N型或P型磷化铟衬底。

3.根据权利要求1所述的抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，其中多量子阱有源区包括依次生长的下波导层、芯层和上波导层。

4.根据权利要求1所述的抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，其中介质掩模图形中的介质掩模的厚度为10-300nm，材料为SiO₂或Si₃N₄。

5.根据权利要求3所述的抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，其中多量子阱有源区中的芯层的材料为铟镓砷磷，厚度为70-120纳米。

6.根据权利要求3所述的抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，其中在量子阱有源区的上波导层制作的均匀光栅的周期根据器件的发射波长而确定。

7.根据权利要求1所述的抑制空间烧孔效应的分布反馈激光器的制作方法，其中所述的湿法腐蚀，其腐蚀深度到包层的表面。

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