CN103094835A - 一种提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，包括：在激光器、调制器的InP衬底表面分别外延生长有源层、波导层，在有源层、波导层的表面均外延生产InP层；在InP层的表面沉积隔离层；在隔离层的表面旋涂光刻胶；采用曝光显影的方法，利用光刻板在光刻胶和隔离层的表面进行光刻，去除部分隔离层；打开扩散源进行元素扩散，对应去除隔离层的InP层形成元素扩散，保留有隔离层的InP层未形成元素扩散。本发明提出一种提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，采用扩散方法改善电吸收调制激光器的隔离电阻特性，可以通过扩散浓度和扩散区域长度来调节隔离电阻值，对光波导层没有损伤，传输损耗低，具有高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法。
背景技术
未来移动互联技术3C集成的发展，对传输速率的要求越来越高。光通信传输速度从2.5Gb/s到100Gb/s，对光通信用芯片的要求也越来越高。集成化，高速化和低功耗成为光通信芯片发展的一个趋势。传统直接调制激光器随着传输速率的增加，啁啾影响越来越大，使得其传输距离受到限制。电吸收调制激光器采用分布反馈激光器（DFB）和电吸收调制器(EA)单片集成的方式，具有啁啾小，功耗低，传输距离远等优点，广泛应用于40Km,80Km接入网及干线网。对于电吸收调制激光器，主要问题在保证光信号在从分布反馈激光器（DFB）传输到电吸收调制器(EA)时具有较小的光损耗，同时加在分布反馈激光器（DFB）和电吸收调制器(EA)上的电信号不发生串扰。
如图1所示：通常采用刻蚀掉分布反馈激光器（DFB）和电吸收调制器(EA)之间连接区域的方法来提高集成光芯片之间的隔离电阻，该方法具有工艺简单、隔离电阻大的等优点，但是刻蚀掉分布反馈激光器（DFB）和电吸收调制器(EA)之间连接区域后由于该连接区域的波导层被破坏，导致光在芯片间传输时功率传输损耗较大，因此如何提高隔离电阻又不影响芯片性能成为电吸收调制激光器的一个核心问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法。
本发明提供一种提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，包括以下几个步骤：
步骤一：在激光器、调制器的InP衬底表面分别外延生长有源层、波导层，在有源层、波导层的表面均外延生产InP层；
步骤二：在InP层的表面沉积隔离层；
步骤三：在隔离层的表面旋涂光刻胶；
步骤四：采用曝光显影的方法，利用光刻板在光刻胶和隔离层的表面进行光刻，去除部分隔离层；
步骤五：打开扩散源进行元素扩散，对应去除隔离层的部分形成元素扩散，保留有隔离层的部分未形成元素扩散。
进一步地，所述步骤一中InP层为不掺杂的InP层；所述InP层的厚度为1μm～1.5μm；所述步骤四中选择正型光刻板进行光刻，在调制器和激光器之间相连接区域内保留隔离层，其余位置去除隔离层，所述步骤五中扩散源为P型掺杂的Zn源或C源。
进一步地，所述保留隔离层的长度为30μm～180μm，去除隔离层的InP层中元素扩散浓度为1×1018～8×1018个/cm3，扩散深度为0.5～1.0μm。。
进一步地，所述步骤一中InP层为掺杂的InP层时，所述InP层的厚度为1μm～1.5μm；步骤四中选择反型光刻板进行光刻，在调制器和激光器之间相连接区域内去除隔离层，其余位置保留隔离层，所述步骤五中扩散源为N型掺杂的S源或Si源。
进一步地，所述去除隔离层的长度为30μm～180μm，去除隔离层的InP层中元素扩散浓度为1×1018～8×1018个/cm3，扩散深度为0.5～1.0μm。
进一步地，所述步骤二中隔离层的厚度为600nm～1000nm，所述的隔离层为氧化硅层与氮化硅层形成的复合层或氧化硅层。
进一步地，所述的步骤三中光刻胶的厚度为800nm～1200nm。
本发明具有以下的优点：
本发明提出一种提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，采用扩散方法改善电吸收调制激光器的隔离电阻特性，可以通过扩散深度和长度来调节隔离电阻值，对光波导层没有损伤，传输损耗低，具有高可靠性。
附图说明
图1是现有技术中采用刻蚀掉分布反馈激光器和电吸收调制器之间连接区域的方法示意图；
图2～图7是本发明中提供的提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法中各步骤对应的结构示意图；
图8是本发明中i-InP层的厚度与隔离区域的电阻值之间的关系图；
图9是本发明的步骤一中采用在外延生长掺杂的InP层的示意图；
图10是本发明中采用反型光刻板进行曝光显影后隔离区域的示意图；
图11是本发明中形成PNP结的示意图。
图中：1：激光器；2：调制器；3：i-InP层；4：隔离层；5：光刻胶；6：转变后的P-InP层；7：P-InP层；8：n-InP层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明通过采用金属有机物化学气相外延生长设备MOCVD，采用区域扩散方法形成隔离，进而使光传输损耗相比于采用刻蚀方法的光传输损耗大幅降低。MOCVD和MBE均是由技术发展出来的设备，目前均有商用设备及生产厂家，如Veeco,Aixtron。
本发明实现了一种在提高隔离电阻的同时不影响芯片其他性能的提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一：采用MOCVD金属有机物化学气相外延生长设备在DFB激光器1、调制器2的InP衬底表面分别生长有源层、波导层，该有源层和波导层的对应需要生长的各层成分及厚度分别如表1和表2所示：
表1：有源层的成分及厚度表
| 成分 | 厚度 |
| P-In0.85Ga0.15As0.31P0.69 | 100nm |
| i-In0.85Ga0.15As0.31P0.69 | 10nm |
| i-In0.62Ga0.38As0.8P0.2 | 6nm |
| i-In0.85Ga0.15As0.31P0.69 | 10nm |
| N-In0.85Ga0.15As0.31P0.69 | 100nm |
| N-InP | 500nm |
| N-InP衬底 |
表2：波导层的成分及厚度表
| P-In0.85Ga0.15As0.31P0.69 | 100nm |
| i-In0.85Ga0.15As0.31P0.69 | 5nm |
| i-In0.62Ga0.38As0.8P0.2 | 9nm |
| i-In0.85Ga0.15As0.31P0.69 | 5nm |
| N-In0.85Ga0.15As0.31P0.69 | 100nm |
| N-InP | 500nm |
| N-InP衬底 |
然后在有源层和波导层的表面采用MOCVD或分子束外延生长设备MBE外延生长不掺杂的InP层（即i-InP层3），如图2所示，该i-InP层3的厚度一般为1～1.5μm。发光波长在1550nm的DFB激光器1、调制器2外部的有源层、波导层的结构如表1和表2所示。
步骤二：通过MOCVD金属有机物化学气相外延生长设备外延生长完外延结构后，采用等离子体增强化学气相沉积设备PECVD生长厚度在600-1000nm的隔离层4，隔离层4为氧化硅层或氧化硅-氮化硅复合层，其中所述的氧化硅-氮化硅复合层为氧化硅层和氮化硅层多层相间的复合结构，其中每一层氧化硅层的厚度为500nm～1000nm，每一层氮化硅层的厚度为100nm～200nm，优选采用生长氧化硅-氮化硅复合层，如图3所示。
步骤三：在氧化硅层或氧化硅-氮化硅复合层的表面旋涂光刻胶5，该光刻胶5的厚度为800nm～1200nm，如图4所示，所采用的光刻胶5种类没有限制，优选采用正型512光刻胶，在转速4500rmp/min速度下，旋涂光刻胶的厚度为1200nm。
步骤四：通过曝光显影方法在调制器2和激光器1之间的隔离区域保留一定宽度的氧化硅层或氧化硅-氮化硅复合层，其余区域通过曝光显影方法去除氧化硅层或氧化硅-氮化硅复合层、光刻胶5，如图5所示，通常曝光时间为15s～35s左右，显影时间为10s～15s。
步骤五：随后将外延片置于金属有机物化学气相外延生长设备MOCVD、分子束外延生长设备MBE或扩散炉中，打开设备中的P型掺杂的Zn源或C源，其中Zn源或C源的纯度在0.999以上，优选采用P型掺杂的Zn源，Zn源中的Zn元素会扩散至无氧化硅层或氧化硅-氮化硅复合层覆盖的裸露的不掺杂的InP层（i-InP层）区域中，形成P型欧姆接触层，即形成图6中所示的P-InP层7），而由氧化硅或氧化硅-氮化硅复合层的覆盖的保护区域形成扩散阻挡层，成为激光器和调制器的隔离区域，该隔离区域中而无Zn或C元素的扩散。扩散后，无氧化硅或氧化硅-氮化硅复合层阻挡区域的i-InP层变成转变后的P-InP层6欧姆接触层，其中Zn或C元素的扩散浓度要求大于1×1018～8×1018个/cm3，优选为5×1018个/cm3，如图6所示。扩散完成后，采用采用工业生产的高浓度氢氟酸溶液（BOE）或质量分数大于10%氢氟酸溶液去除氧化硅或氧化硅-氮化硅阻挡层。如图7所示。DFB激光器1和调制器2之间的隔离电阻与隔离区域的i-InP层3的扩散深度成正比关系，也与隔离区域的i-InP层3的长度成正比关系。该隔离区域的i-InP层3的长度越长，隔离电阻也越大。但是隔离区长度的增加会导致激光器传输损耗加大。对于DFB激光器1和调制器2之间的隔离电阻，通常要求其阻值大于10千欧姆才能保证DFB激光器1和调制器2间不发生串扰，在本发明中中隔离区域的i-InP层的长度优选为60μm左右，厚度优选为1微米左右，这样可以使隔离区域的i-InP层3隔离电阻达到15千欧。通过优化隔离区域i-InP层3的长度和元素扩散深度，可以得到优化的隔离电阻值。当隔离区域i-InP层3长度为60微米时，隔离区域i-InP层的厚度与隔离电阻值的关系如图8所示，随着隔离区域i-InP层的扩散深度增加，隔离电阻值升高。
本发明还提供另一种实施例，与上述实施例的区别在于：从步骤一开始外延生长掺杂的InP层（即P-InP层7），厚度为1～2μm，如图8所示，掺杂浓度为1×1018～5×1018个/cm3，步骤二和步骤三与上述实施例均相同，步骤四中旋涂光刻胶后，采用反型光刻板，进行曝光显影后，对应在调制器2和激光器1之间光刻掉，形成无氧化硅层或无氧化硅-氮化硅层的隔离区域，隔离区域的长度为30μm～180μm，其余区域保留氧化硅或氧化硅-氮化硅层，对应在步骤五中进行扩散，采用的扩散设备相同，单对应扩散源使用N型扩散源，如S，Si等，纯度高于99%，如图10所示。将在隔离区域扩散n型载流子,对应扩散后的扩散浓度要求大于外延层P-InP层7的掺杂浓度，一般为1×1018～8×1018个/cm3优选为对应扩散浓度至7×1018个/cm3停止，厚度为0.5～1.0μm其余区域用氧化硅或氧化硅-氮化硅层作为阻挡层，保持P型不变。扩散完成后隔离区域形成n-InP层8，进而形成横向PNP结，形成隔离，如图11所示。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一：在激光器、调制器的InP衬底表面分别外延生长有源层、波导层，在有源层、波导层的表面均外延生产InP层；
步骤二：在InP层的表面沉积隔离层；
步骤三：在隔离层的表面旋涂光刻胶；
步骤四：采用曝光显影的方法，利用光刻板在光刻胶和隔离层的表面进行光刻，去除部分隔离层；
步骤五：打开扩散源进行元素扩散，对应去除隔离层的InP层形成元素扩散，保留有隔离层的InP层未形成元素扩散。
2.根据权利要求1所述的提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，其特征在于：所述步骤一中InP层为不掺杂的InP层；所述InP层的厚度为1μm～1.5μm；所述步骤四中选择正型光刻板进行光刻，在调制器和激光器之间相连接区域内保留隔离层，其余位置去除隔离层，所述步骤五中扩散源为P型掺杂的Zn源或C源。
3.根据权利要求2所述的提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，其特征在于：所述保留隔离层的长度为30μm～180μm，去除隔离层的InP层中元素扩散浓度为1×1018～8×1018个/cm3，扩散深度为0.5μm～1.0μm。
4.根据权利要求1所述的提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，其特征在于：所述步骤一中InP层为掺杂的InP层时，所述InP层的厚度为1μm～1.5μm；步骤四中选择反型光刻板进行光刻，在调制器和激光器之间相连接区域内去除隔离层，其余位置保留隔离层，所述步骤五中扩散源为N型掺杂的S源或Si源。
5.根据权利要求4所述的提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，其特征在于：所述去除隔离层的长度为30μm～180μm，去除隔离层的InP层中元素扩散浓度为1×1018～8×1018个/cm3，扩散深度为0.5μm～1.0μm。
6.根据权利要求1所述的提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，其特征在于：所述步骤二中隔离层的厚度为600 nm～1000nm，所述的隔离层为氧化硅层与氮化硅层形成的复合层或氧化硅层。
7.根据权利要求1所述的提高电吸收调制激光器隔离电阻的方法，其特征在于：所述的步骤三中光刻胶的厚度为800 nm～1200nm。
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2013
- 2013-01-14 CN CN201310012312XA patent/CN103094835A/zh active Pending
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