CN108963756B - 一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法，首先在N‑InP衬底上，通过PECVD沉积SiO2介质层，光刻形成不同的生长区域图案，接着通过MOCVD生长缓冲层、波导和量子阱结构、光栅层，完成选择区域生长。采用电子束光刻在不同选择生长区域内刻写不同周期的光栅图案，腐蚀形成光栅，生长光栅覆盖层；采用典型的掩埋异质结激光器工艺，在选择生长区域的中心部分腐蚀形成台面，外延生长PNP电流阻挡层，去除脊型表面的介质层，外延进行最后生长；并光刻、腐蚀形成双沟结构，进行脊型表面开孔，电子束蒸发P面金属，减薄，蒸发N面金属，合金，解离形成巴条，腔面镀膜完成激光器。本发明实现不同区域出不同的出光波长，单片上不同波长的激光器阵列。

Description

一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法
技术领域
本发明涉及一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法。
背景技术
随着光通信的发展，信息技术逐步向大容量方向发展，通常应用在CWDM/DWDM等领域的高速率光器件，一般由多路直调激光器组合而成，这种方法增加了器件的封装成本。采用选择区域生长的方法在单片上可以实现多波长阵列，通过后续再集成MMI结构可以实现单通道输出多波长激光器，从而有效降低成本。此外选择区域生长技术也是下一代InP光子集成的主要发展方向。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法，用以实现单片上不同波长的激光器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1:在N-InP衬底片上，通过PECVD沉积SiO2介质层，通过光刻形成不同的选择生长区域；
步骤S2:通过MOCVD生长缓冲层、波导、量子阱、光栅结构完成选择生长区域生长；
步骤S3:采用电子束光刻在选择生长区域制备光栅，通过腐蚀形成周期光栅，外延再生长光栅覆盖层；
步骤S4:采用掩埋异质结激光器工艺，在选择生长区域的中心部分腐蚀形成台面，外延生长PNP电流阻挡层，并去除脊型表面的介质层，外延进行最后生长；
步骤S5:通过光刻在不同选择生长区域中间形成脊型结构,采用溴素系腐蚀溶液腐蚀脊型结构形成双沟电流限制结构，并进行脊型表面开孔；
步骤S6:对N-InP衬底片进行电子束蒸发P面金属，减薄，蒸发N面金属，合金，解离形成巴条，腔面镀膜完成激光器的制备。
进一步的，所述步骤S1具体为：
步骤S11:在N-InP衬底上，通过PECVD沉积150nm SiO2介质层，光刻在片子上形成不同选择生长区域；
步骤S12:刻蚀曝光区域介质层，去胶，进行片子表面处理，放入外延生长炉中生长外延结构。
进一步的，所述步骤S2具体为：
步骤S21:采用电子束光刻沿选择生长区域中间10μm刻写光栅，步骤S22:用溴素系腐蚀液在室温下腐蚀形成周期光栅；
步骤S23:最后通过MOCVD生长P-InP、P-InGaAs和P-InP层，完成基片的生长。
进一步的，所述步骤S3具体为：
步骤S31:去除表面P-InP；
步骤S32: 采用PECVD沉积200nm SiO2介质层，光刻在选择生长区域中间形成脊条形状；
步骤S33:采用溴素系腐蚀液腐蚀形成脊型结构，有源区宽度控制在1.5μm左右。
进一步的，所述步骤S4具体为：
步骤S41:采用MOCVD依次生长P-InP、N-InP和P-InP的电流阻挡结构;
步骤S42:去除表面介质层和P-InGaAs，去离子水冲洗氮气吹干;
步骤S43:通过MOCVD生长P-InP空间层和P-InGaAs接触层，完成外延生长。
进一步的，所述步骤S5具体为：
步骤S51:通过PECVD沉积200nm SiO2介质层，光刻，采用溴素系腐蚀液室温下腐蚀，形成双沟电流限制结构；
步骤S52:去除介质层，沉积400nm SiO2钝化层，利用光刻在脊型顶部开孔。
进一步的，所述步骤S6具体为：
步骤S61:采用电子束蒸发Ti/Pt/Au P型金属，减薄，并采用电子束蒸发GeAu/Ni/Au N型金属，合金形成欧姆接触；
步骤S62:通过解离形成巴条，电子束蒸发光学薄膜完成激光制备。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明采用选择区域生长的方法实现不同区域出不同波长的光，并结合电子束写局部光栅的方法使得光栅波长与选择区域材料的增益谱匹配，实现单片上不同波长激光器的集成。
附图说明
图1是本发明一实施例中选择区域生长的SiO2介质层图案；
图2是本发明一实施例中选择区域生长后样品端面的SEM图；
图3是本发明一实施例中单颗芯片端面外延结构的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1:在N-InP衬底片上，通过PECVD沉积SiO2介质层，通过光刻形成不同的选择生长区域；
步骤S2:通过MOCVD生长缓冲层、波导、量子阱、光栅结构完成选择生长区域生长；
步骤S3:采用电子束光刻在选择生长区域制备光栅，通过腐蚀形成周期光栅，外延再生长光栅覆盖层；
步骤S4:采用掩埋异质结激光器工艺，在选择生长区域的中心部分腐蚀形成台面，外延生长PNP电流阻挡层，并去除脊型表面的介质层，外延进行最后生长；
步骤S5:通过光刻在不同选择生长区域中间形成脊型结构,采用溴素系腐蚀溶液腐蚀脊型结构形成双沟电流限制结构，并进行脊型表面开孔；
步骤S6:对N-InP衬底片进行电子束蒸发P面金属，减薄，蒸发N面金属，合金，解离形成巴条，腔面镀膜完成激光器的制备。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图对本发明进行详细介绍。
实施例1：
1）在N-InP衬底片上，通过PECVD沉积150nm SiO2介质层，通过光刻形成如图1所示的4种不同宽度的SiO2直条，从左到右SiO2直条的宽度分别为5μm、15μm、25μm、35μm。将片子放在MOCVD中依次外延生长：1.0μm N-InP缓冲层，90nm无掺杂InGaAsP下波导层，5层周期15nm压应变InGaAsP量子阱，量子阱光致发光波长为1290nm；90nm无掺杂InGaAsP上波导层，100nm P-InP间隔层；35nm P-InGaAsP光栅层，10nm P-InP光栅保护层，完成选择区域生长；
2）在选择生长区域中间10μm范围内采用电子束光刻的方法刻蚀形成均匀布拉格光栅，光栅发光波长在选择生长区域量子阱的电致发光峰值波长左侧的5nm位置处。外延生长50nm P-InP、50nm P-InGaAs、50nm P-InP光栅覆盖层。用盐酸腐蚀去除片子表面的P-InP层，PECVD沉积200nm SiO2介质层，光刻在不同选择生长区域中间形成脊型结构，采用溴素系腐蚀溶液在室温下搅拌腐蚀形成脊波导结构，脊波导顶部宽度和深度分别控制在1.5μm和1.6μm左右。在外延炉中依次生长：500nm P-InP、500nm N-InP、100nm P-InP电流阻挡层结构。接着采用BOE和硫酸溶液依次去除片子表面的SiO2、InGaAs层，片子在外延炉中依次再生长：2000nm P-InP、300nm P-InGaAs完成片子的生长。
3）沉积200nm SiO2介质层，光刻形成双沟图案，采用溴素系腐蚀液进行腐蚀，形成电流限制双沟结构，双沟沿有源区左右两侧对称分布，双沟深度大于4μm，双沟间距离在5-10μm左右。去除表面介质层，生长400nm SiO2钝化层，依次进行有源区顶部开孔、蒸发P面金属、减薄至110μm、蒸发N面金属、合金、解离成巴条、电子束蒸发激光器腔面的高反和高透膜，完成芯片的制备。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1:在N-InP衬底片上，通过PECVD沉积SiO2介质层，通过光刻形成不同宽度的选择生长区域；
步骤S2:通过MOCVD生长缓冲层、下波导层、量子阱、上波导层、间隔层、光栅层结构完成选择生长区域生长；
步骤S3:采用电子束光刻在选择生长区域制备光栅，通过腐蚀形成周期光栅，所述周期光栅发光波长在选择生长区域量子阱 的电致发光峰值波长左侧的5nm位置处，外延再生长光栅覆盖层；
所述步骤S3具体为：
步骤S31:采用电子束光刻沿选择生长区域中间10μm刻写光栅，步骤S32:用溴素系腐蚀液在室温下腐蚀形成周期光栅；
步骤S33:最后通过MOCVD生长P-InP、P-InGaAs和P-InP层，完成基片的生长;
步骤S4:采用掩埋异质结激光器工艺，在选择生长区域的中心部分腐蚀形成台面，外延生长PNP电流阻挡层，并去除脊型表面的介质层，外延进行最后生长；
步骤S5:通过光刻在不同选择生长区域中间形成脊型结构，采用溴素系腐蚀溶液腐蚀脊型结构形成双沟电流限制结构，并进行脊型表面开孔；
步骤S6:进行电子束蒸发P面金属，减薄，电子束蒸发N面金属，合金，解离形成巴条，腔面镀膜完成激光器的制备；
所述步骤S6具体为：
步骤S61:采用电子束蒸发Ti/Pt/Au P型金属，减薄，并采用电子束蒸发GeAu/Ni/Au N型金属，合金形成欧姆接触；
步骤S62:通过解离形成巴条，电子束蒸发光学薄膜完成激光制备。
2.根据权利要求1所述的一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：
步骤S11:在N-InP衬底上，通过PECVD沉积150nm SiO2介质层，光刻在片子上形成不同选择生长区域;
步骤S12:刻蚀曝光区域介质层，去胶，进行片子表面处理，放入外延生长炉中生长外延结构。
3.根据权利要求1所述的一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：
步骤S41:去除表面P-InP；
步骤S42: 采用PECVD沉积200nm SiO2介质层，光刻在选择生长区域中间形成脊条形状；
步骤S43:采用溴素系腐蚀液腐蚀形成脊型结构，有源区宽度控制在1.5μm；
步骤S44:采用MOCVD依次生长P-InP、N-InP和P-InP的电流阻挡结构;
步骤S45:去除N-InP衬底片表面介质层和P-InGaAs，去离子水冲洗氮气吹干;
步骤S46:通过MOCVD生长P-InP空间层和P-InGaAs接触层，完成外延生长。
4.根据权利要求1所述的一种光通信波段多波长半导体激光器的制备方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：
步骤S51:通过PECVD沉积200nm SiO2介质层，光刻，采用溴素系腐蚀液室温下腐蚀，形成双沟电流限制结构；
步骤S52:去除介质层，沉积400nm SiO2钝化层，利用光刻在脊型顶部开孔。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112993760B (zh) * 2021-02-08 2021-08-24 桂林雷光科技有限公司 一种半导体制造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414107A (zh) * 2013-08-22 2013-11-27 中国科学院半导体研究所 利用量子阱混杂制作多波长光子集成发射器芯片的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0641049B1 (en) * 1993-08-31 1998-10-28 Fujitsu Limited An optical semiconductor device and a method of manufacturing the same
AU2002334906A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-22 Infinera Corporation Transmitter photonic integrated circuits (txpic) and optical transport networks employing txpics
CN1207794C (zh) * 2001-12-20 2005-06-22 中国科学院半导体研究所 周期性波导结构半导体光电探测器及制作方法
CN102368591B (zh) * 2011-10-28 2013-04-24 武汉华工正源光子技术有限公司 一种条形掩埋分布反馈半导体激光器的制作方法
CN102882129A (zh) * 2012-10-25 2013-01-16 中国科学院半导体研究所 改变硅波导宽度制备多波长硅基混合激光器阵列的方法
CN103311807B (zh) * 2013-06-09 2015-04-08 中国科学院半导体研究所 多波长激光器阵列芯片的制作方法
CN106711761B (zh) * 2017-01-17 2023-04-07 中国科学院福建物质结构研究所 一种dfb半导体激光器制备方法及制得的激光器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414107A (zh) * 2013-08-22 2013-11-27 中国科学院半导体研究所 利用量子阱混杂制作多波长光子集成发射器芯片的方法

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