CN102496853A - 选择区域外延自脉动dfb激光器的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，包括如下步骤：步骤1：在InP衬底上制作两条介质掩膜图形，该两条介质掩膜图形分别包括A段、B段和过渡区；步骤2：在制作有介质掩膜图形的衬底上外延生长多量子阱有源区；步骤3：在多量子阱有源区上制作均匀光栅；步骤4：腐蚀去掉介质掩膜图形对应的介质掩模，在光栅层上依次生长InP包层和电接触层；步骤5：在介质掩膜图形的A段和B段之间刻蚀电隔离区，刻蚀深度到达InP包层的表面；步骤6：电接触层上刻蚀脊波导结构；步骤7：在脊波导结构上蒸镀正面电极；步骤8：将InP衬底减薄，在减薄的InP衬底背面蒸镀背面电极；步骤9：在管芯一端蒸镀抗反射薄膜，另一端蒸镀高反射膜，完成自脉动器件管芯的制作。

Description

选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法

技术领域

本发明涉及光电子微波光源器件领域，特别涉及一种选择区域外延自脉动分布反馈(DFB)激光器的制作方法。

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，使两个激光器的发射波长存在偏调。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微波源，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。

多段式DFB激光器产生稳定拍频自脉动的前提条件是各DFB段的布拉格波长之间存在失谐量。迄今，各个研究小组提出了许多方法来实现这一条件，如Mohrle M，et al.-(Ieee Journal of Selected Topics in QuantumElectronics 2001；7：217-223)提出在两段DFB区域中采用不同的光栅周期实现布拉格波长的失谐；Kung H CJS，LEE S L，et al.-(2005PacificRim Conference on Lasers and Electro-Optics 2005：846-847)提出在其中一段DFB区域波导层除去一薄层从而实现激射模式的偏移；NishikawaS，et al.-(Applied Physics Letters 2004；85：4840-4841)提出在其中一段DFB区域中引入1/4波长相移结构，实现自脉动拍频以及外部信号的光注入锁定等等。这些方法或者要采用多次光栅制作，或者需采用昂贵的电子束曝光设备，器件成本提高，且效率较低。另一种方法是通过改变两激光器区域的脊波导宽度来实现布拉格波长失谐，从而产生拍频自脉动，例如Wan Q，et al.(Chinese Physics Letters 2006；23：2753-2755)，这种方法对脊波导刻蚀的工艺要求比较苛刻，导致制作难度较大。

本发明采用选择区域外延生长的方法制作双区DFB自脉动激光器，只需改变掩膜介质条间距或双区掩膜介质条宽度，即可实现双区波导层厚度的改变，从而改变波导材料的有效折射率，实现两段DFB激光器的布拉格波长失谐，产生拍频自脉动。相比于其它的方法，本发明只需利用InP基激光器常规工艺，即可完成任意波长偏调的自脉动器件的制作，工艺简单，重复性好。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，可以获得理想的自脉动拍频。本发明公开的器件可降低制作工艺复杂性以及制作成本。

本发明提供一种选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：在InP衬底上制作两条介质掩膜图形，该两条介质掩膜图形分别包括A段、B段和过渡区；

步骤2：在制作有介质掩膜图形的衬底上外延生长多量子阱有源区；

步骤3：在多量子阱有源区上制作均匀光栅；

步骤4：腐蚀去掉介质掩膜图形对应的介质掩模，在光栅层上依次生长InP包层和电接触层；

步骤5：在介质掩膜图形的A段和B段之间刻蚀电隔离区，刻蚀深度到达InP包层的表面；

步骤6：电接触层上刻蚀脊波导结构；

步骤7：在脊波导结构上蒸镀正面电极；

步骤8：将InP衬底减薄，在减薄的InP衬底背面蒸镀背面电极；

步骤9：在管芯一端蒸镀抗反射薄膜，另一端蒸镀高反射膜，完成自脉动器件管芯的制作。

本发明制作的关键是掩膜图形尺寸的设计，它决定了两段激光器的波长失谐量以及相应的自脉动拍频频率。通过合理选择掩膜介质条间距或双区掩膜介质条宽度，可以方便地获得所需要的失谐量。此外，通过两段注入电流的分别控制可以实现宽的连续可调的频率范围。

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为介质掩膜图形的立体示意图；

图2为在n型InP衬底选择区域外延自脉动DFB激光器的结构示意图；

图3为在p型InP衬底选择区域外延自脉动DFB激光器的结构示意图；

具体实施方案

请参阅图1、图2和图3所示，本发明提供的一种选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，包括以下制作步骤：

选择一n型或p型InP衬底1，掺杂浓度为5×10¹⁷-5×10¹⁸cm^-3，晶面为(100)。

在选择的InP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介质膜。

利用常规的掩膜光刻技术，在介质掩膜表面刻制如图1所示的两条介质掩膜条图形2。两条介质掩模图形2的间隔为2微米至30微米，两条介质掩模图形2的A段和B段的宽度不同，A段介质掩膜条宽度为5至60微米，B段的介质掩膜条宽度为0至30微米；A段和B段的长度分别为50微米至300微米；A段和B段之间的过渡区21长度为5至50微米。将选择区域外延生长技术引入有源区的生长过程，使掩模生长区材料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，从而使两段DFB激光器的布拉格波长产生一个失谐量，实现拍频自脉动。

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、多量子芯层32、上波导层33，其增益峰值波长在1.2微米至1.6微米波段，介质掩模图形2的A段和B段的多量子阱有源区3的增益峰值波长差为0.01nm至10nm，对应的自脉动拍频频率为1.25GHz至1.25THz。

在多量子阱有源区3的上波导33表层制作均匀光栅4。

用氢氟酸腐蚀去掉介质掩膜图形2对应的SiO₂或Si₃N₄介质膜，在光栅4上依次生长InP包层5和高掺杂InP、InGaAs电接触层6。

利用硫酸与双氧水和水的腐蚀液在A段和B段之间刻蚀出电隔离区51，刻蚀深度到达InP包层5的表面，该电隔离区51处于介质掩模图形2的过渡区21之上，可以通过He+注入进一步增加隔离电阻。

在电接触层6上刻蚀脊波导结构。

在脊波导结构上蒸镀正面电极7，并腐蚀出正面电极图形。

将InP衬底1减薄，在减薄的InP衬底1背面蒸镀背面电极。

在管芯一端蒸镀抗反射薄膜9，另一端蒸镀高反射膜10，完成管芯制作。

实施例1

n型InP衬底选择区域外延自脉动DFB激光器结构(参阅图2)。

选择一n型(100)面InP衬底1，其掺杂浓度为5×10¹⁷-5×10¹⁸cm^-3；在该衬底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介质膜；利用常规的掩膜光刻技术，在介质掩膜表面刻制两条介质掩膜图形2(参阅图1)，其中两条介质掩模图形2的间隔W0为2微米至30微米，A段介质掩膜条长度L1为50微米至300微米、宽度Wm1为5至60微米，B段介质掩膜条长度L2为50微米至300微米、宽度Wm2为0至30微米，A段和B段之间的过渡区21长度L3为5至50微米；

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、铟镓砷磷或铝铟镓砷多量子阱有源层32、上波导层33；

在多量子阱有源区2的上波导3表层制作均匀光栅4；用氢氟酸腐蚀去掉介质掩膜图形2对应的SiO₂或Si₃N₄介质膜；在光栅4上依次生长InP包层5、p型掺杂InP、InGaAs电接触层6之后，利用硫酸与双氧水和水的腐蚀液在A段和B段之间刻蚀出电隔区51，刻蚀深度到达InP包层5的表面，该电隔区51处于介质掩模图形2过渡区21之上，可以通过He+注入进一步增加隔离电阻；最后按脊波导激光器常规工艺，即可制作出如图2所示的自脉动激光器。

实施例2

p型InP衬底选择区域外延自脉动DFB激光器结构(参阅图3)。

选择一p型(100)面InP衬底1，其掺杂浓度为5×10¹⁷-5×10¹⁸cm^-3；在该衬底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介质膜；利用常规的掩膜光刻技术，在介质掩膜表面刻制两段介质掩膜图形2(参阅图1)，其中两条介质掩模图形2的间隔W₀为2微米至30微米，A段介质掩膜条长度L₁为50微米至300微米、宽度W_m1为5至60微米，B段介质掩膜条长度L₂为50微米至300微米、宽度W_m2为0至30微米，A段和B段之间的过渡区21长度L₃为5至50微米；

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、铟镓砷磷或铝铟镓砷多量子阱有源层32、上波导层33；

在多量子阱有源区3上波导33表层制作均匀光栅4；用氢氟酸腐蚀去掉介质掩膜图形2对应的SiO₂或Si₃N₄介质膜；在光栅4上依次生长InP包层5和n型掺杂InP、InGaAs电接触层6之后，利用硫酸与双氧水和水的腐蚀液在A段和B段之间刻蚀出电隔区51，刻蚀深度到达InP包层5的表面，该电隔区51处于介质掩模图形2过渡区21之上，可以通过He+注入进一步增加隔离电阻；最后按脊波导激光器常规工艺，即可制作出如图3所示的自脉动激光器。

综上所述，本发明可以采用廉价的大面积全息光栅技术和等脊宽激光器制作工艺来制作自脉动DFB激光器，通过改变掩膜介质条间距和宽度，即能实现对双激光器有源区厚度和有效折射率的控制，在同样的光栅周期下，实现两个激光器的波长偏差。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：在InP衬底上制作两条介质掩膜图形，该两条介质掩膜图形分别包括A段、B段和过渡区；

步骤2：在制作有介质掩膜图形的衬底上外延生长多量子阱有源区；

步骤3：在多量子阱有源区上制作均匀光栅；

步骤4：腐蚀去掉介质掩膜图形对应的介质掩模，在光栅层上依次生长InP包层和电接触层；

步骤5：在介质掩膜图形的A段和B段之间刻蚀电隔离区，刻蚀深度到达InP包层的表面；

步骤6：电接触层上刻蚀脊波导结构；

步骤7：在脊波导结构上蒸镀正面电极；

步骤8：将InP衬底减薄，在减薄的InP衬底背面蒸镀背面电极；

步骤9：在管芯一端蒸镀抗反射薄膜，另一端蒸镀高反射膜，完成自脉动器件管芯的制作。

2.根据权利要求1所述的选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，其中所述InP衬底为n型或p型，掺杂浓度为5×10¹⁷-5×10¹⁸cm^-3，晶面为(100)。

3.根据权利要求1所述的选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，其中介质掩模图形的材料为SiO₂或Si₃N₄，厚度为30至300纳米。

4.根据权利要求3所述的选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，其中两条介质掩模图形的A段和B段的宽度不同，两条介质掩模图形的间隔为2微米至30微米，A段介质掩膜条宽度为5至60微米，B段的介质掩膜条宽度为0至30微米；A段和B段的长度分别为50微米至300微米；A段和B段之间的过渡区长度为5至50微米。

5.根据权利要求3所述的选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，其中介质掩模图形的A段和B段的多量子阱有源区的增益峰值波长差为0.01nm至10nm，对应的自脉动拍频频率为1.25GHz至1.25THz。

6.根据权利要求3所述的选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，其中介质掩模图形的A段和B段之间的电隔离区处于介质掩模图形的过渡区之上。

7.根据权利要求1所述的选择区域外延自脉动DFB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。

8.根据权利要求5所述的选择区域外延自脉动DFB激光器的制作方法，其中多量子阱有源区的芯层的材料为铟镓砷磷材料或铝铟镓砷材料，其增益峰值波长在1.2微米至1.6微米波段。

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