CN106253055A - 一种基于侧向p‑i‑n结构的电吸收激光器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，提供了一种基于侧向P‑I‑N结构的电吸收激光器及其制造方法。其中，调制器和激光器生长于同一衬底上，激光器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成；调制器的量子阱区是由一个或者多个量子阱侧向叠加生长而成，其中，调制器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱宽度和激光器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱叠加高度相同；调制器的P电极接触层和N电极接触层位于调制器的量子阱区的左右两侧，与调制器的量子阱区构成侧向P‑I‑N结构。本发明的调制器采用侧向P‑I‑N结构，其供电方式为侧向供电，避免了衬底参与到电流注入过程，因此，可以有效的减少寄生电容的产生，改善调制带宽。

Description

一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器及其制造方法。

【背景技术】

随着云计算，智能家居，虚拟现实VR，大数据等先进技术日益发展与普及，对数据传输网络容量的要求日益增加，因此对光网络系统的大容量和低功率损耗提出的更高的要求。在10G-40km、10G-80km、40G-2km SMF传输系统中采用电吸收可调制激光器(Electroabsorption Modulated Distributed Feedback Laser，简写为：EML)作为主要的信号源，由于Kramers-Kronig色散的原因，EML芯片在折射率的改变与EA调制器的吸收损耗上很难找到平衡点，因此很难达到低的寄生参数(长距离传输所需的条件)、低损耗(输出光功率高)。为了克服这些缺点，现有的方式是在分布式反馈激光器(Distributed FeedbackLaser，简写为：DFB)和电吸收(Electro Absorption，简写为：EA)调制器两个部分进行两端调制，但是这种方式有一种很明显的缺点，因为现有技术采用的是激光器和调制器均采用垂直生长量子阱的方式实现增益信号的衔接，而现有技术中在不同实现场景中，对于两者生长量子阱所用材料、生长层数上会有不同的需求，这样会给匹配过程带来极大的困难，由此带来的严苛的制造工艺给普通的厂商提出了较高生产门槛。另一方面，传统的调制器由于是采用垂直P-I-N结构，如图1所示，其供电方式为垂直供电，由于衬底会参与到电流注入过程中去，因此，会造成不可忽视的寄生电容的产生，而影响到调制带宽。还有一方面，现有技术中采用的垂直P-I-N结构，带来了可能存在的调制器中量子阱整体高度和激光器中量子阱整体高度两者之间的不同，从而提高了整个EML的有效电阻，对于EML的长时间高功率工作造成较大的影响。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是对于激光器和调制器两者生长量子阱所用材料或者生长层数上会有不同的需求，这样会给匹配过程带来极大的困难，由此带来的严苛的制造工艺降低了成品率和生产效率。

本发明进一步要解决的技术问题是传统的调制器由于是采用垂直P-I-N结构，其供电方式为垂直供电，由于衬底会参与到电流注入过程中去，因此，会造成不可忽视的寄生电容的产生，而影响到调制带宽。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器，由调制器和激光器构成，所述调制器和激光器生长于同一衬底上，具体的：

激光器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成；

调制器的量子阱区是由一个或者多个量子阱侧向叠加生长而成，其中，调制器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱宽度和激光器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱叠加高度相同；

调制器的P电极接触层和N电极接触层位于所述调制器的量子阱区的左右两侧，与所述调制器的量子阱区构成侧向P-I-N结构。

优选的，所述衬底为n-InP，其中，所述激光器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有掺杂InP层、下限制层；

其中，调制器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有非掺杂InP层和下限制层；

所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长有上限制层和上波导层；

其中，所述掺杂InP层、下限制层、激光器的量子阱区、上限制层和上波导层在所述衬底上被腐蚀成台面结构；所述非掺杂InP层、下限制层、调制器的量子阱区、上限制层和上波导层在所述衬底上被腐蚀成台面结构。

优选的，还包括激光放大器，所述激光放大器和所述调制器以及激光器同样生长于同一衬底上，具体的：

激光放大器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成，其中，所述激光放大器的量子阱区和激光器的量子阱区由同一生长过程形成。

第二方面，本发明提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，在衬底上完成下限制层的外延生长，所述制造方法包括：

在激光器区域生长一层或者多层量子阱，构成激光器的量子阱区；

在调制器区域生长一层辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同；

使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同；

在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料；

光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料；

在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。

优选的，在衬底上完成下限制层的外延生长之前，所述方法还包括：

在衬底上外延生长InP层；

用掩蔽材料掩蔽调制器区域；

针对激光器区域的InP层，利用热扩散工艺掺杂形成n-InP层；

去除所述掩蔽材料，以便在所述激光器区域的n-InP层和调制器区域的InP层上外延生长下限制层。

优选的，所述完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面之前，所述方法还包括：

所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长上限制层和上波导层。

优选的，在所述激光器为DFB激光器时，所述方法还包括：

利用电子束在激光器区域的上波导层上刻蚀出光栅；

在所述激光器区域和调制器区域的上波导层上外延生长光栅保护层。

第三方面，本发明提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，所述电吸收激光器由激光器、调制器和激光放大器串联而成，所述制造方法包括：

在激光器区域、调制器区域和激光放大器区域上同时垂直生长一层或者多层量子阱；

在所述激光器区域和激光放大器区域上的量子阱表面制作掩膜，并刻蚀掉调制器区域内的量子阱区；

在调制器区域填充一辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同，所述辅助材料的长度为激光器的量子阱区与激光放大器的量子阱区之间距离；

使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同；

在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料；

光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料；

其中，第一层材料和第二层材料组合形成一个量子阱；

在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。

优选的，在进行所述量子阱生长之前，所述方法还包括：

在衬底上外延生长InP层；

用掩蔽材料掩蔽调制器区域；

针对激光器区域和激光放大器区域的InP层，利用热扩散工艺掺杂形成n-InP层；

去除所述掩蔽材料，以便在所述激光器区域的n-InP层、调制器区域的InP层和激光放大器区域的n-InP层上外延生长下限制层。

优选的，所述完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面之前，所述方法还包括：

所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长上限制层和上波导层。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出并设计了一种调制器的量子阱区结构，其采用侧向堆叠的方式，与常规的激光器中的垂直生长而成的量子阱区相比，两者的量子阱阵列排列方式相互间垂直，从而克服了现有技术中对于两者生长量子阱所用材料、生长层数上会有不同的需求，这样会给匹配过程带来极大的困难，由此带来的严苛的制造工艺降低了成品率和生产效率，本发明方案从整体上提供了成品率和生产效率。

在本发明的方案中，调制器由于是采用侧向P-I-N结构，其供电方式为侧向供电，避免了衬底参与到电流注入过程，因此，可以有效的减少寄生电容的产生，改善调制带宽。

【附图说明】

图1是本发明实施例提供的一种现有技术中的垂直P-I-N结构的调制器示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器中量子阱结构俯视图；

图4是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器中量子阱结构右视图；

图5是本发明实施例提供的一种侧向P-I-N结构的调制器示意图；

图6是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法流程示意图；

图9是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法流程示意图；

图10是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法流程示意图；

图11是本发明实施例提供的另一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法流程示意图；

图12是本发明实施例提供的另一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法流程示意图；

图13是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图14是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图16是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图17是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图18是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图19是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图20是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图21是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图22是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图23是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图24是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图；

图25是本发明实施例提供的一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器，其中，构成激光器的可以现有的DFB激光器、DBR激光器还可以是其它已知的基于量子阱形成有源区的激光器类型。如图2所示，所述基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器由调制器和激光器构成，所述调制器和激光器生长于同一衬底1上，具体的：

激光器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成；如图2所示的激光器的量子阱区结构的俯视图。

调制器的量子阱区是由一个或者多个量子阱侧向叠加生长而成，其中，调制器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱宽度和激光器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱叠加高度相同；如图3所示的激光器的量子阱区结构的俯视图，如图4所示的激光器的量子阱区结构的右视图。

调制器的P电极接触层和N电极接触层位于所述调制器的量子阱区的左右两侧，与所述调制器的量子阱区构成侧向P-I-N结构，如图5所示。

本发明提出并设计了一种调制器的量子阱区结构，其采用侧向堆叠的方式，与常规的激光器中的垂直生长而成的量子阱区相比，两者的量子阱阵列排列方式相互间垂直，从而克服了现有技术中对于两者生长量子阱所用材料、生长层数上会有不同的需求，这样会给匹配过程带来极大的困难，由此带来的严苛的制造工艺降低了成品率和生产效率，本发明方案从整体上提供了成品率和生产效率。

在本发明的方案中，调制器由于是采用侧向P-I-N结构，其供电方式为侧向供电，避免了衬底参与到电流注入过程，因此，可以有效的减少寄生电容的产生，改善调制带宽。

本实施例1围绕着发明点的量子阱区进行阐述，而作为激光器和调制器，除了所述量子阱区外，还包含其它结构组成。下面将结合图6加以阐述，所述衬底1为n-InP，其中，所述激光器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有掺杂InP层3、下限制层4；

其中，调制器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有非掺杂InP层2和下限制层4；

所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长有上限制层7和上波导层8；

其中，所述掺杂InP层3、下限制层4、激光器的量子阱区5、上限制层7和上波导层8在所述衬底上被腐蚀成台面结构；所述非掺杂InP层2、下限制层4、调制器的量子阱区6、上限制层7和上波导层8在所述衬底上被腐蚀成台面结构，所述台面结构如图7所示。

上述提供的结构方案中，为了进一步的达到较好的寄生电容特性，尤其是针对芯片最终需要在衬底底部设置电极的情况(例如：对于激光器来说其采用的供电方式是垂直供电)，对于调制器生成了一层非掺杂InP层2，而激光器生成了一层掺杂的InP(即n-InP)层3，该激光器能够进行纵向加电，而调制器因为没有n-InP，没有形成有效接触层，无法进行纵向加电，从而为平行加电压提供保障，避免可能出现的调制器的垂直方向的漏电。

在本发明实施例1的实现过程中，发现如实施例1所述结构相比较现有的均采用垂直方式生长，并能够达到高精度厚度控制情况下，相同增益条件下，经过本发明实施例所述调制器后的激光功率相比较上述现有情况，光功率会有所下降，因此，为了保证光功率的工业需求，本发明实施例还提供了一种优选的解决方案，在所述优选的解决方案中，所述基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器除了包含激光器和调制器外，还包括激光放大器，所述激光放大器和所述调制器以及激光器同样生长于同一衬底上，具体的：

激光放大器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成，其中，所述激光放大器的量子阱区和激光器的量子阱区由同一生长过程形成。所述激光放大器和激光器以及调制器构成的具体结构和制造方法将通过后续具体的实施例，结合相应具体应用场合展开描述。

实施例2:

本发明实施例提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，本发明实施例可以用来制作实施例1所述的基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器。本发明实施例将围绕这核心发明点的在衬底上完成下限制层的外延生长，如图8所示，所述制造方法包括：

在步骤201中，在激光器区域生长一层或者多层量子阱，构成激光器的量子阱区。

在步骤202中，在调制器区域生长一层辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同。

在本发明实施例中，所述辅助材料是一种可以通过光刻形成指定形状光刻轨迹的材料，例如：SiO2、本领域常用的光刻胶等等。

在步骤203中，使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同。相关参数的界定可参考图4所示的量子阱区结构右视图。

在步骤204中，在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料。

本发明实施例假设一量子阱是由第一层材料和第二层材料构成的，需要强调的是，本领域技术人能能够在本实施例公开的基础上，将类似的侧向量子阱生成方案应用到类似三层材料构成一量子阱或者四层材料构成一量子阱的方案，因此，类似构成量子阱层数上改变的方案均归属于本发明的保护范围内。

在步骤205中，光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料。

在步骤206中，在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。

本发明提出并设计了一种调制器的量子阱区结构，其采用侧向堆叠的方式，与常规的激光器中的垂直生长而成的量子阱区相比，两者的量子阱阵列排列方式相互间垂直，从而克服了现有技术中对于两者生长量子阱所用材料、生长层数上会有不同的需求，这样会给匹配过程带来极大的困难，由此带来的严苛的制造工艺降低了成品率和生产效率，本发明方案从整体上提供了成品率和生产效率。

在本发明的方案中，调制器由于是采用侧向P-I-N结构，其供电方式为侧向供电，避免了衬底参与到电流注入过程，因此，可以有效的减少寄生电容的产生，改善调制带宽。

在实施例1中，为了进一步的达到较好的寄生电容特性，尤其是针对芯片最终需要在衬底底部设置电极的情况(例如：对于激光器来说其采用的供电方式是垂直供电)，对于调制器生成了一层非掺杂InP层2，而激光器生成了一层掺杂的InP(即n-InP)层3，该激光器能够进行纵向加电，而调制器因为没有n-InP，没有形成有效接触层，无法进行纵向加电，从而为平行加电压提供保障，避免可能出现的调制器的垂直方向的漏电。因此，相对应实施例1的结构，在本发明实施例2中提供了相应非掺杂InP层2和掺杂的InP层3的生成方法。结合本发明实施例1，在衬底上完成下限制层的外延生长之前，如图9所示，所述方法还包括：

在步骤21中，在衬底上外延生长InP层。

在步骤22中，用掩蔽材料掩蔽调制器区域。

其中，最常用的掩蔽材料是SiO2。

在步骤23中，针对激光器区域的InP层，利用热扩散工艺掺杂形成n-InP层。

在步骤24中，去除所述掩蔽材料，以便在所述激光器区域的n-InP层和调制器区域的InP层上外延生长下限制层。

在本发明实施例2中，阐述了与形成本发明所述量子阱结构相关的方法步骤，而作为适用本发明实施例2所述量子阱结构生成方法的基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器，在可适用的方案中，在完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面之前，如图10所示，其制造方法还包括以下步骤：

在步骤25中，所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长上限制层和上波导层。

在本发明实施例2中，阐述了与形成本发明所述量子阱结构相关的方法步骤，而作为适用本发明实施例2所述量子阱结构生成方法的基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器，尤其在所述激光器为DFB激光器的可适用的方案中，如图10所示，所述方法还包括：

在步骤26中，利用电子束在激光器区域的上波导层上刻蚀出光栅。

在步骤27中，在所述激光器区域和调制器区域的上波导层上外延生长光栅保护层。

实施例3:

在实施例2中提供了一种针对实施例1中由激光器和调制器组成的电吸收激光器结构的量子阱加工方法。在本发明实施例中，提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，用于完成实施例1的扩展方案中涉及电吸收激光器由激光器、调制器和激光放大器构成的结构中，相应量子阱加工的方法。在本发明实施例中，所述电吸收激光器由激光器、调制器和激光放大器串联而成，如图11所示，所述制造方法包括以下执行步骤：

在步骤301中，在激光器区域、调制器区域和激光放大器区域上同时垂直生长一层或者多层量子阱。

在步骤302中，在所述激光器区域和激光放大器区域上的量子阱表面制作掩膜，并刻蚀掉调制器区域内的量子阱区。

在步骤303中，在调制器区域填充一辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同，所述辅助材料的长度为激光器的量子阱区与激光放大器的量子阱区之间距离。

在步骤304中，使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同。

在步骤305中，在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料。

在步骤306中，光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料。

其中，第一层材料和第二层材料组合形成一个量子阱。

在步骤307中，在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。

其中，N型电极的组成部分包括所述N电极接触层。

在实施例1中，为了进一步的达到较好的寄生电容特性，尤其是针对芯片最终需要在衬底底部设置电极的情况(例如：对于激光器来说其采用的供电方式是垂直供电)，对于调制器生成了一层非掺杂InP层2，而激光器与激光放大器生成了一层掺杂的InP(即n-InP)层3，该激光器与激光放大器能够进行纵向加电，而调制器因为没有n-InP，没有形成有效接触层，无法进行纵向加电，从而为平行加电压提供保障，避免可能出现的调制器的垂直方向的漏电。因此，相对应实施例1中扩展方案中的结构，在本发明实施例3中提供了相应非掺杂InP层2和掺杂的InP层3的生成方法。结合本发明实施例1，在衬底上完成下限制层的外延生长之前，如图12所示，在进行所述量子阱生长之前，所述方法还包括：

在步骤31中，在衬底上外延生长InP层。

在步骤32中，用掩蔽材料掩蔽调制器区域。

在步骤33中，针对激光器区域和激光放大器区域的InP层，利用热扩散工艺掺杂形成n-InP层。

在步骤34中，去除所述掩蔽材料，以便在所述激光器区域的n-InP层、调制器区域的InP层和激光放大器区域的n-InP层上外延生长下限制层。

在本发明实施例3中，阐述了与形成本发明所述量子阱结构相关的方法步骤，而作为适用本发明实施例3所述量子阱结构生成方法的基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器，在可适用的方案中，在完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面之前，其制造方法还包括：

所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长上限制层和上波导层。

实施例4:

在介绍了上述多种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器及其制造方法后，本发明实施例将结合其中由激光器、调制器和激光放大器构成电吸收激光器的方式，并通过一个较为完整的制造过程，将上述各实施例中相关扩展方案的实现衔接起来。在本实施例中，激光器具体采用了DFB，在其他实现方式中也可以采用DBR激光器等等，均可采用本实施例方案实现，在此不一一赘述。本实施例方案具体阐述如下：

在步骤401中，采用低压金属有机源化学汽相沉淀法(low-pressure MetalOrganic Chemical Vapor Deposition，简写为：LP-MOCVD)，在经过清洗的掺(S)n-InP衬底1的平面上，顺次进行一次处延生长厚度为4um非掺杂InP缓冲层(InP-buffer)，如图13所示。

在步骤402中，利用等离子体增强化学气相淀积技术(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，简写为PECVD)生长一层SiO2作为掩蔽，利用光刻显影技术和RIE刻蚀技术，去掉激光器区域3和光方大器区域4的SiO2掩蔽(如图14所示)，DFB区域的长度为400um，调制器EA区域的长度为300um，激光放大(Semiconductor Optical Amplifier，简写为SOA)区域的长度为60um。因为非渗杂In-P层载流子太少，利用热扩散工艺对DFB区域和SOA区域的InP进行掺杂行成n-InP(即n-InP层3)，与衬底1相同，而调制区的InP没有掺杂(即InP层2)，作背面电极时，DFB区域和SOA区域能进行纵向加电，而调制器EA因为没有n-InP，没有形成有效接触层，无法进行纵向加电，从而为平行加电压提供保障。

在步骤403中，严格清洗晶元片后，依次外延下限制层4，激光器多量子阱层5，如图15所示。经过计算，量子阱(Quantum Well，简写为：QW)中的源层InGaAsP(即实施例2中量子阱的第一层材料)的厚度为10nm，隔层(即实施例2中量子阱的第二层材料)的厚度为5nm，激射峰值设定在1.47um，量子阱的个数为14个。

在步骤404中，利用PECVD生长一层SiO2，利用光刻显影技术和RIE刻蚀技术，去掉EA区域的SiO2，激光器区域和光放器区域留下一个宽度为5um SiO2作为掩蔽如图16所示，利用等离子刻蚀技术将EA区域与无SiO2掩蔽遮挡区域的量子阱层去掉如图17所示，去掉SiO2掩蔽后，激光器区和光放大器区域形成一个矩形波导结构如图18所示。

在步骤405中，利用对接生长法生长调制器多量子阱层(即第一多量子阱层6)，量子阱的材料成分与激光器量子阱材料成分相同，量子阱的个数为8个，如图19所示。

在本实施例中，可以看到调制器的量子阱个数为8个，激光器的量子阱为14个，按照现有技术均采用垂直生长的话，若调制器的量子阱高度和激光器的量子阱高度在生长过程中有丝毫的差距，则构成量子阱区的各量子阱的误差堆叠到一起，将会带来光功率的极大损耗。

除此以外，本现有技术中采用的垂直P-I-N结构，带来了可能存在的调制器中量子阱整体高度和激光器中量子阱整体高度两者之间的不同，从而提高了整个EML的有效电阻，对于EML的长时间高功率工作造成较大的影响。

而本发明各实施例提出的侧向P-I-N结构，并结合相应的量子阱结构，有效的改善了上述EML有效电阻被提高的问题。

在步骤406中，依次外延上限制层7和上波导层8。利用电子束刻蚀技术只在激光器区域上波导层(即第二上波导层8)刻蚀出光栅，为了得到1550nm波长的光，光栅的等效折射率n为3.21，光栅周期为241.433nm。完成光栅制做后，再外延一层InP保护光栅层9，如图20所示，其中，图21为激光器端面作为视角的结构示意图。

在步骤407中，PECVD生长SiO2作掩蔽层，光刻出约2um的激光器、调制器和光放大器条形，用化学腐蚀形成宽1.5um高2um的台面。腐蚀液的成分为饱和溴水：氢溴酸：去离子水，腐蚀形成缓坡台面，如图22所示。

在步骤408中，在DFB和SOA区域，用SiO2作为台面掩蔽，选择生长半绝缘InP层，厚度600nm，去掉SiO2掩蔽重新生长，光刻加干法刻蚀保留台面与调制区的掩蔽层，利用选择性掺杂技术对激光区和光放大器区域的半绝缘InP进行掺杂行成p-InP，如图23所示。重复上这种方法，在激光区区域形成p-InP层10，n-InP层11(厚1.4um)，p-InP层12(厚1.7um)，在纵向形成P-N-P结构。

在步骤409中，对调制器的掺杂的深度要远大于激光器，如图24所示(隐藏了激光放大器区域)在SiO2台面上生长半绝缘InP，并通过选择性掺杂形成p-InP层14和n-InP层15，对有源区上面的InP层16不进行掺杂。

在步骤410中，最后生长一层InGaAs作为电极接触层11。分别对激光器区和调制器区域的顶层InGaAs进行不同的掺杂。激光器区形成p-InGaAs层13，调制器两边分别为n-InGaAs层18和p-InGaAs层17，从而形成侧向P-I-N结，如图25所示。

利用P-I-N结构降低调制器的寄生电容，增加传输带宽，在调制器端集成SOA光放大器，弥补调制器对出光功率的吸收，增加出光功率。工作方式，高频的信号源加载在调制器端，调制器加负电压，激光器DFB和光放大器SOA加正电压，通过调整DFB与SOA注入电流的比例，可以克服传统单个EML芯片光功率损耗过大的缺点。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器，由调制器和激光器构成，其特征在于，所述调制器和激光器生长于同一衬底上，具体的：

激光器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成；

调制器的量子阱区是由一个或者多个量子阱侧向叠加生长而成，其中，调制器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱宽度和激光器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱叠加高度相同；

调制器的P电极接触层和N电极接触层位于所述调制器的量子阱区的左右两侧，与所述调制器的量子阱区构成侧向P-I-N结构。

2.根据权利要求1所述的电吸收激光器，其特征在于，所述衬底为n-InP，其中，所述激光器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有掺杂InP层、下限制层；

其中，调制器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有非掺杂InP层和下限制层；

所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长有上限制层和上波导层；

其中，所述掺杂InP层、下限制层、激光器的量子阱区、上限制层和上波导层在所述衬底上被腐蚀成台面结构；所述非掺杂InP层、下限制层、调制器的量子阱区、上限制层和上波导层在所述衬底上被腐蚀成台面结构。

3.根据权利要求1所述的电吸收激光器，其特征在于，还包括激光放大器，所述激光放大器和所述调制器以及激光器同样生长于同一衬底上，具体的：

激光放大器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成，其中，所述激光放大器的量子阱区和激光器的量子阱区由同一生长过程形成。

4.一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，在衬底上完成下限制层的外延生长，所述制造方法包括：

在激光器区域生长一层或者多层量子阱，构成激光器的量子阱区；

在调制器区域生长一层辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同；

使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同；

在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料；

光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料；

在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。

5.根据权利要求4所述的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，在衬底上完成下限制层的外延生长之前，所述方法还包括：

在衬底上外延生长InP层；

用掩蔽材料掩蔽调制器区域；

针对激光器区域的InP层，利用热扩散工艺掺杂形成n-InP层；

去除所述掩蔽材料，以便在所述激光器区域的n-InP层和调制器区域的InP层上外延生长下限制层。

6.根据权利要求4所述的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，所述完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面之前，所述方法还包括：

所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长上限制层和上波导层。

7.根据权利要求6所述的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，在所述激光器为DFB激光器时，所述方法还包括：

利用电子束在激光器区域的上波导层上刻蚀出光栅；

在所述激光器区域和调制器区域的上波导层上外延生长光栅保护层。

8.一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，所述电吸收激光器由激光器、调制器和激光放大器串联而成，所述制造方法包括：

在激光器区域、调制器区域和激光放大器区域上同时垂直生长一层或者多层量子阱；

在所述激光器区域和激光放大器区域上的量子阱表面制作掩膜，并刻蚀掉调制器区域内的量子阱区；

在调制器区域填充一辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同，所述辅助材料的长度为激光器的量子阱区与激光放大器的量子阱区之间距离；

使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同；

在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料；

光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料；

其中，第一层材料和第二层材料组合形成一个量子阱；

在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。

9.根据权利要求8所述的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，在进行所述量子阱生长之前，所述方法还包括：

在衬底上外延生长InP层；

用掩蔽材料掩蔽调制器区域；

针对激光器区域和激光放大器区域的InP层，利用热扩散工艺掺杂形成n-InP层；

去除所述掩蔽材料，以便在所述激光器区域的n-InP层、调制器区域的InP层和激光放大器区域的n-InP层上外延生长下限制层。

10.根据权利要求8所述的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，所述完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面之前，所述方法还包括：

所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长上限制层和上波导层。