CN111129945B - 整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，包括如下步骤：在晶圆衬底上依次外延生长缓冲层和有源波导层；以激光器芯片腔长为周期，腐蚀有源波导层端部，制作无波导区；在有源波导层上制作分布反馈光栅，在无波导区和分布反馈光栅上作二次外延层生长；在二次外延层上刻制横向和纵向交叉排列的刻蚀凹槽和脊形波导；在晶圆表面生长绝缘介质层制作正面电极，将衬底背面减薄，在衬底上制作背面电极；在晶圆上整片蒸镀端面介质膜；在线测试激光器芯片特性，解理出激光器芯片。本发明摒弃了传统的巴条解理、装架镀膜和再解理测试的繁杂步骤，实现了激光器芯片的整片镀膜和在线测试筛选，降低了激光器芯片的制作、测试和耦合封装成本。

Description

整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法

技术领域

本发明属于光电子器件的设计和制作领域，具体涉及一种整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法。

背景技术

半导体激光器芯片是光纤通信、信息传输、人工智能、超算传感等领域的关键器件。可是激光器的解理端面以及光纤耦合头都存在反射，反射光重新进入激光器的有源区，会使激光器的相位和偏振发生紊乱，影响输出特性。尤其对直接调制激光器，反射光不仅影响输出信号的光谱和强度，还引入噪声，缩短传输距离。为防止反射光对激光器输出特性的干扰，目前业界主要采取了两项措施：一是在激光器的出光端面蒸镀减反射介质膜，抑制端面反射；二是在激光器与耦合光纤之间安装隔离器，隔断反射光。减反射膜虽不能完全消除激光器端面的反射，但能极大地改善和减少端面反射。但减反射膜也使激光器失去了对外部光的反射能力，外部光可以轻易地进入激光器，经波导而进入有源区形成干扰；而安装光隔离器，除成本因素之外，还会引进插入损耗。

传统的边发射激光器芯片不能向面发射激光器芯片那样，实现整片检测和筛选。主要原因是边发射激光器的出光方向在侧面，不能向面发射激光器那样，将光信息发送至晶圆片表面而被检测仪接收。边发射激光器需要先解理成巴条，排列到治具上，在镀膜腔室内对两个解理端面分别蒸镀介质膜后，才能进行性能检测和分类筛选。因而与面发射激光器芯片相比，边发射激光器芯片的制作和检测工序复杂繁琐，成本高。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，降低了激光器芯片的制作、测试和耦合封装成本。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，包括如下步骤：

S1，在晶圆衬底上依次外延生长缓冲层和有源波导层；

S2，以激光器芯片的腔长为周期，腐蚀有源波导层的两端或一端，制作无波导区；

S3，在有源波导层上制作分布反馈光栅，在无波导区和分布反馈光栅上作二次外延层生长；

S4，在二次外延层上刻制横向和纵向交叉排列的刻蚀凹槽和脊形波导；

S5，在晶圆表面生长绝缘介质层并制作正面电极，然后将衬底背面减薄，并在衬底上制作背面电极；

S6，在晶圆上整片蒸镀端面介质膜；

S7，整片在线测试激光器芯片的特性，最后由晶圆解理出激光器芯片。

在步骤S1中，所述衬底为n型或p型；所述缓冲层中包含远场减小层，缓冲层与衬底的掺杂类型相同，掺杂浓度在5×10¹⁸-5×10¹⁷cm^-3的范围渐次递减；所述有源波导层包括下限制层、多量子阱有源区结构层、上限制层和悬浮光栅层，多量子阱有源区结构层不掺杂，上限制层和下限制层不掺杂或仅下限制层轻掺杂，当下限制层轻掺杂时，下限制层的掺杂类型与衬底相同；所述悬浮光栅层的掺杂浓度为2×10¹⁷-6×10¹⁷cm^-3，且悬浮光栅层的掺杂类型与衬底相反。

在步骤S2中，所述无波导区位于激光器芯片的两端或一端，无波导区的长度为5-20μm。

在步骤S3中，所述分布反馈光栅是在有源波导层的悬浮光栅层上所制作的周期性光栅；所述二次外延层包括光栅填埋层、刻蚀停止层、包层、带隙过渡层和欧姆接触层，且二次外延层的掺杂类型与衬底相反；所述二次外延层的掺杂浓度在2×10¹⁷-4×10¹⁹cm^-3的范围逐层递增，且顶欧姆接触层的浓度最高。

在步骤S4中，所述横向为与腔长平行的水平方向，所述纵向为与腔长垂直的方向；所述刻蚀凹槽在横向以激光器芯片的腔长L为周期排列，在纵向以激光器芯片的宽度W为周期排列，但两列刻蚀凹槽错开距离w1作交叉排列；所述脊形波导嵌在晶圆平面表层的双沟之中，脊形波导在横向以激光器芯片的腔长L为周期排列，在纵向以激光器芯片的宽度W为周期排列，但两列脊形波导错开距离w2作交叉排列，且w2=W-w1。

所述刻蚀凹槽为长方体凹槽，且刻蚀凹槽的长度等于激光器芯片的长度，宽度为40-80μm，深度为4-5μm；刻蚀凹槽在纵向的两侧内壁为垂直镜面，并分别为左右两个激光器芯片的出光端面和背光端面；刻蚀凹槽的底部位于有源波导层的下方，且刻蚀凹槽的底部设有50-100nm高度的密集椎体以构成减反射面；所述脊形波导的长度等于激光器芯片有源区的长度，脊形波导的宽度为2-6μm，高度为1.5-2.0μm；双沟的沟宽度为4-10μm，沟深为脊形波导的高度，双沟的底部为刻蚀停止层。

在步骤S6中，蒸镀端面介质膜是指在出光端面蒸镀减反射膜I，在背光端面蒸镀减反射膜II或蒸镀高反射膜。

在步骤S7中，晶圆的解理是指以激光器芯片的腔长为周期，先沿纵向在激光器芯片的端面处切割、解理出阵列条，再沿横向在刻蚀凹槽内切割、裂解出激光器芯片。

所述晶圆衬底包括InP（磷化铟）、GaAs（砷化镓）、GaN（氮化镓）、SiC（碳化硅）、AlN（氮化铝）和ZnO（氧化锌）衬底中的任何一种；所述边发射激光器芯片包括FP（法布里腔）激光器、DFB（分布反馈）激光器、窄线宽激光器、波长可调谐激光器、SLD（超辐射二极管）和SOA（半导体光放大器）芯片及其集成芯片。

本发明的有益效果：

对激光器芯片而言，本发明在每个激光器芯片的端面处制作了一小段无波导结构，使激光器在端面的反射光和外部的反射光失去波导的引导作用而成为漫反射，极大地削减了反射光对有源区的干扰，从而能省去隔离器而直接与光纤进行耦合并减少了插入损耗。

从整片制作角度而言，本发明提出将脊形波导与刻蚀凹槽交叉排列的排版方法，刻蚀凹槽的存在不影响激光器芯片的制作密度，摒弃了传统的巴条解理、装架镀膜和再解理测试的繁杂步骤，实现了激光器芯片的整片镀膜和测试筛选，降低了激光器芯片的制作、测试和耦合封装成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为在晶圆衬底上外延生长缓冲层和有源波导层的结构示意图。

图2为在激光器腔长的两端腐蚀掉一小部分有源波导层后的俯视图。

图3为图2的剖面图。

图4为在有源波导层上制作分布反馈光栅后的剖面图。

图5为生长二次外延层后的剖面图。

图6为刻蚀凹槽的排版示意图。

图7为刻蚀凹槽与脊形波导的排版示意图。

图8为两端无波导结构的激光器芯片的整片结构俯视图。

图9为图8中A-A'的剖面图。

图10为图8中B-B'的剖面图。

图11为两端面蒸镀减反射膜，电极焊点图形朝上的激光器芯片示意图。

图12为两端面蒸镀减反射膜，电极焊点图形朝下的激光器芯片示意图。

图13为出光端面蒸镀减反射膜，背光端面蒸镀高反射膜，电极焊点图形朝上的激光器芯片的示意图。

图14为出光端面蒸镀减反射膜，背光端面蒸镀高反射膜，电极焊点图形朝下的激光器芯片的示意图。

图15为端面镀膜倾角与刻蚀凹槽长度和深度的关联示意图。

图16为整片测试示意图。

图17为单端无波导区的脊形波导和刻蚀凹槽的排版示意图。

图18为单端无波导结构的激光器芯片的的整片结构俯视图。

图19为图18中C-C'的剖面图。

图20为图18中电极焊点图形朝上的激光器芯片的示意图。

图21为图18中电极焊点图形朝下的激光器芯片的示意图。

图中，1为衬底，2为缓冲层，3为有源波导层，4为无波导区，5为分布反馈光栅，6为二次外延层，7为刻蚀凹槽，8为出光端面，9为背光端面，10为脊形波导，11为双沟，12为刻蚀终止层，13为减反射面，14为正面电极，15为背面电极，16为方向标记和编码，17-1为第一激光器芯片，17-2为第二激光器芯片，17-3为第三激光器芯片，17-4为第四激光器芯片，17-5为第五激光器芯片，17-6为第六激光器芯片，18为表面探测仪，19为绝缘介质层，20为电极焊点，81为减反射膜I，90为减反射膜II，91为高反射膜，L为激光器芯片的长度，L'为激光器芯片有源区的长度，W为激光器芯片的宽度，w1和w2为刻蚀凹槽与相邻的两个脊形波导之间的两段非对称距离，H为刻蚀凹槽的深度，h 为脊形波导的高度或双沟的深度，h1为激光器有源层中心至脊形波导顶层的高度，θ为镀膜离子源出射方向与激光器芯片端面法线之间的夹角，θ1为激光器芯片远场垂直发散半角，θ2为被脊形波导挡住的远场发散光部分，θ3为表面探测仪接收到的远场发散光部分。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，包括如下步骤：

S1，如图1所示，在晶圆衬底1上依次外延生长缓冲层2和有源波导层3；

所述晶圆衬底1为n型或p型材料的InP（磷化铟）；缓冲层2是在衬底1上外延生长的InP缓冲层，掺杂类型与衬底1的掺杂类型相同，掺杂浓度在5×10¹⁸-5×10¹⁷cm^-3的范围渐次递减；缓冲层2中包含远场减小层；所述有源波导层3包括下限制层、多量子阱有源区结构层、上限制层和悬浮光栅层，其中多量子阱有源区结构层不掺杂，上限制层和下限制层不掺杂或仅下限制层轻掺杂，当下限制层轻掺杂时，掺杂类型与衬底1相同，悬浮光栅层掺杂，且掺杂类型与衬底1相反，掺杂浓度为2×10¹⁷-6×10¹⁷cm^-3。

S2，如图2和图3所示，以激光器芯片的腔长L为周期，腐蚀有源波导层3的端部，制作无波导区4；

用掩膜保护有源波导层3的长度为L'的有源区，在激光器芯片腔长L的两端，利用光刻技术腐蚀掉有源波导层3的端部，露出底下的缓冲层2，制作无波导区4；由于排版时相邻的激光器芯片的出光端面和背光端面紧邻，相邻的两个激光器芯片的无波导区4亦紧邻；单个无波导区4的长度范围为5-20μm；无波导区4使激光器芯片在端面的反射光以及外部反射光在端面处成为漫散射光，削弱了对有源区的干扰。

S3，如图4所示，在有源波导层3上制作分布反馈光栅5，如图5所示，在无波导区4和分布反馈光栅5上作二次外延层6生长；

利用全息曝光、电子束曝光或纳米压印技术，在有源波导层3的悬浮光栅层上制作周期性分布反馈光栅5，分布反馈光栅5的深度与耦合因子有关，分布反馈光栅的周期与设计的波长相关；

二次外延层6包括光栅填埋层、刻蚀停止层12、包层、带隙过渡层和欧姆接触层；二次外延层6的掺杂类型与衬底1相反，掺杂浓度在2×10¹⁷-4×10¹⁹cm^-3的范围逐层递增，且最上方的欧姆接触层的浓度最高。

S4，如图6和图7所示，在二次外延层6上刻制横向和纵向交叉排列的刻蚀凹槽7和脊形波导10；

刻蚀凹槽7和脊形波导10在水平横向上的周期是激光器芯片的腔长L，在纵向的周期是激光器芯片的宽度W，但刻蚀凹槽7和脊形波导10在横向和纵向上都是交叉排列。在横向上，刻蚀凹槽7与脊形波导10对应设置，脊形波导10和两个无波导区4的总长度与刻蚀凹槽7的长度相等，且为激光器芯片的腔长L；在纵向上，刻蚀凹槽7和脊形波导10为非等距互补交叉排列，相互之间错开一定的距离。其中刻蚀凹槽7的排版如图6所示，两列刻蚀凹槽7在纵向错开w1的距离；脊形波导10的排版附加在图6之上，如图7所示，两列脊形波导10在纵向错开w2的距离，且w2=W-w1。刻蚀凹槽7和脊形波导10在纵向非对称排列的结果，使得在横向，一列脊形波导10正对一列刻蚀凹槽7，一列刻蚀凹槽7正对另一列的脊形波导10。

利用厚掩膜光刻和干法刻蚀技术，刻制出的刻蚀凹槽7是与激光器芯片等长、宽度为40-80μm、深度为4-5μm的长方形凹沟槽，刻蚀凹槽7的深度H穿透有源波导层3，刻蚀凹槽7的纵向两侧内壁均为垂直镜面，分别为左右两个激光器芯片的出光端面8和背光端面9；刻蚀凹槽7的底部具有50-100nm高度的密集椎体，构成减反射面13；步骤S4中的脊形波导10如图7所示，利用掩膜光刻和干法/湿法混合刻蚀技术刻制出的脊形波导10嵌在双沟11之间；脊形波导10的长度与激光器芯片的有源区长度L'等长，宽度为2-6μm、高度h为1.5-2.0μm；双沟11的沟宽为4-10μm，沟深h为脊形波导10的高度；双沟11的底部为刻蚀停止层12。步骤S4的制作参考图9和图10的剖面图。

S5，在晶圆表面生长绝缘介质层19并制作正面电极14，然后将衬底1背面减薄，并在衬底1上制作背面电极15；

所述步骤S5中生长绝缘层19、制作正面电极14、减薄衬底1的背面、制作背面电极15都为条形激光器芯片的标准工艺，其中制作正面电极14包括在脊形波导10上光刻绝缘介质层19，开电极接触窗口、蒸发或溅射金属、电镀加厚和退火合金等工艺，本实施例不再赘述，制作结果如图8、9和10所示；为充分利用每个激光器芯片的顶表面空间，相邻两列激光器芯片的电极焊点20、方向标记和编码16分别设置在脊形波导10的上方或下方。

S6，在刻蚀凹槽7上整片蒸镀端面介质膜；

在激光器芯片的背光端面9和出光端面8分别蒸镀端面介质膜，如图15所示，蒸发介质膜设备的离子源出射方向与激光器芯片的端面法线之间具有夹角θ，夹角θ= arctan(H/L)，夹角θ为刻蚀凹槽7的深度H和长度L的函数。刻蚀凹槽7的深度H越浅、长度L越长，则夹角θ就越小，越接近正常端面镀膜条件。在本发明交叉排列结构中，刻蚀凹槽7的长度与激光器芯片的腔长L一致，达到最大，且由于刻蚀凹槽7的底部制作有减反射面13，所以刻蚀凹槽7的深度H的范围在4-5μm内。因此，按照本发明方法制作的边发射激光器芯片，整片端面镀膜时的离子源出射方向与激光器端面法线之间的夹角θ较小，且与平行端面镀膜条件相差不大，因而端面镀膜的质量容易得到保障。镀端面介质膜需先在背光端面9蒸镀减反射膜II90或高反射膜91，再在出光端面8蒸镀减反射膜I81。所述减反射膜I81和减反射膜II90的反射系数在0.01% -0.1%之间，高反射膜91的反射系数在75% -95%之间。

S7，整片在线测试激光器芯片的特性，最后由晶圆解理出激光器芯片；

表面探测仪18设置在晶圆片的上方，用于直接接收由激光器芯片电偏置时输出至晶圆片表面上方的光强和光谱信息；如图16所示，激光器芯片的远场垂直发散半角θ1=θ2+θ3，表面探测仪18能接收到的光信息量与θ3成正比，θ3=θ1-θ2 =θ1- arctan(h1/L) 。对既定的晶圆片而言，h1和θ1基本固定，θ3 仅与刻蚀凹槽7的长度L相关。L越长，θ3越大，表面探测仪18能接收到的光信息量就越多。按照本发明方法制作的边发射激光器芯片，刻蚀凹槽7的长度L与激光器芯片腔长一致，达到最大，表面探测仪18能接收到的光信息量最多，所以在线测试的数据更丰富准确。测试数据通过计算机处理和校准后，即能按照性能等级，对激光器芯片进行分类筛选。

测试完成后，以腔长L为周期，在晶圆片上先沿纵向，在激光器芯片的出光端面8和背光端面9处切割、解理出阵列条，再沿横向在刻蚀凹槽7内切割、裂解出第一激光器芯片17-1和第二激光器芯片17-2两种激光器芯片，或者裂解出第三激光器芯片17-3和第四激光器芯片17-4两种激光器芯片，如图11-图14所示。第一激光器芯片17-1、第二激光器芯片17-2、第三激光器芯片17-3和第四激光器芯片17-4 的出光端面8都蒸镀减反射膜I81；第一激光器芯片17-1和第二激光器芯片17-2的背光端面9蒸镀的是减反射膜II90，这两个激光器芯片仅有电极焊点20图形朝上和朝下之分；而第三激光器芯片17-3和第四激光器芯片17-4的背光端面9蒸镀的是高反射膜91，这两个激光器芯片也只有电极焊点20图形朝上和朝下之分。

下面以腔长L=250μm，宽度W=210μm的n型InP衬底上省隔离器边发射DFB（分布反馈）激光器芯片的整片制作过程为例，对本发明方法进行具体的描述，制作步骤和方法如下：

步骤S1参照图1，在掺杂浓度3×10¹⁸的n型InP衬底1上外延生长缓冲层2和有源波导层3。其中缓冲层2为1.5μm厚的n型InP外延层，掺杂浓度在3×10¹⁸cm^-3-5×10¹⁷cm^-3的范围内渐次递减，缓冲层2中包含厚度为100nm的InGaAsP（铟镓砷磷）远场减小层。有源波导层3中包括下限制层、多量子阱有源区结构层、上限制层和悬浮光栅层。多量子阱有源区结构层为InGaAlAs（砷化铝镓铟）/InP系或InGaAsP/InP系，多量子阱有源区结构层不掺杂；上限制层和下限制层的厚度在30-100nm范围内，上限制层不掺杂，下限制层的掺杂类型为n型，掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3；悬浮光栅层为由p型InP和p型InGaAsP层构成，掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3。

步骤S2参照图2和图3，采用掩膜保护晶圆内长度L'=230μm的有源波导层3，在激光器芯片腔长L=250um的两端各腐蚀掉10μm的有源波导层3，露出底下的缓冲层2，以制做无波导区4。

步骤S3参照图4和图5，图4为利用全息曝光、电子束曝光或纳米压印技术，在有源波导层3的悬浮光栅层上制作周期性分布反馈光栅5；在对分布反馈光栅5和无波导区4的晶圆表面作去自然氧化层处理后，在晶圆表面作二次外延层6生长，参照图5。二次外延层6包括厚100nm的p型InP光栅填埋层、厚10-20nm的p型InGaAsP刻蚀停止层12、厚1.6μm的p型InP包层、厚50nm的p型InGaAsP带隙过渡层和厚150nm的重掺杂p型InGaAs顶欧姆接触层，二次外延层6的掺杂浓度在2×10¹⁷-3×10¹⁹cm^-3的范围逐级增加，顶欧姆接触层的浓度3×10¹⁹cm^-3。至此完成了晶圆片的材料生长步骤。

步骤S4参照图6，刻制交叉排列的刻蚀凹槽7。水平横向以L=250μm为周期，垂直纵向以W=210μm为周期，但两列刻蚀凹槽7以错开w1/W=1/3，即w1=70μm，w2=140μm的方式交叉排列。由Si₃N₄厚掩膜光刻和干法反应离子刻蚀技术，刻制交叉排列的刻蚀凹槽7，长250μm、宽60μm、深4μm，刻蚀凹槽7的底部为减反射面13，这是在干法刻蚀凹槽7的最后阶段，通过降低刻蚀功率和刻蚀速率，并在干法刻蚀反应室气源中掺入微量的氧气，而在刻蚀凹槽7底部形成的约50nm高度的密集椎体减反射面。干法刻蚀凹槽7时，晶圆片在左右水平方向分别倾斜很小的角度，使刻蚀凹槽7的两纵向侧内壁均为垂直镜面，它们分别为左右两个激光器芯片的出光端面8和背光端面9。

利用掩膜光刻和干法/湿法混合刻蚀技术，以类似刻蚀凹槽7的交叉排列方式，刻制脊形波导10，如图7所示。脊形波导10嵌在双沟11之间，长度L’=230μm，宽度为3μm，高度h为1.8μm；双沟11沟宽7μm，沟深h为1.8μm，双沟的底部即为刻蚀终止层12（参考图9和图10剖面图）。

步骤S5，生长SiO₂绝缘介质层19、制作TiPtAu金属正面电极14、减薄衬底1的背面、制作AuGeNi金属背面电极15都为条形激光器芯片的标准工艺，其中制作正面电极14包括在脊形波导10上光刻绝缘介质层19，开接触电极窗口，蒸发或溅射金属以及电镀加厚和退火合金等工艺，制作结果参照图8-图14。

步骤S6整片蒸镀端面介质膜，在激光器芯片的背光端面9和出光端面8分别蒸镀端面介质膜。如图15所示，蒸发介质膜设备的离子源出射方向与激光器芯片的端面法线之间的夹角θ= arctan(H/L)=arctan(4/250)=0.92度。可见，按照本发明方法制作的边发射激光器芯片，整片端面镀膜时的离子源出射方向与激光器端面法线之间的夹角不到1度，因而镀膜质量有保障。先在背光端面9蒸镀反射系数为0.1%的减反射膜II90或反射系数为90%的高反射膜91，再在出光端面8蒸镀反射系数为0.01%-0.05%的减反射膜I81。

步骤S7对晶圆上的所有激光器芯片进行整片在线性能测试。如附图16，表面探测仪18在晶圆片的上方，激光器芯片电偏置时表面探测仪18能接收到的光信息量与θ3成正比。θ3=θ1-θ2 =θ1- arctan(h1/L)=θ1- arctan(2/250)=θ1- 0.46度。即按照本发明方法制作的边发射激光器芯片，表面探测仪18能接收到的光信息量仅与激光器芯片远场垂直发散半角相差0.46度。测试数据通过计算机处理校准后，即能按照性能等级，对激光器芯片进行分类挑选。

最后按250μm的腔长周期，将晶圆片先沿纵向在激光器芯片的出光端面8和背光端面9处切割，解理出阵列条，再沿横向在刻蚀凹槽7内切割、裂解出尺寸为250μm长、210μm宽的第一激光器芯片17-1和第二激光器芯片17-2两种激光器芯片，或者第三激光器芯片17-3和第四激光器芯片17-4两种激光器芯片，如图11-图14所示。图11和图12中第一激光器芯片17-1和第二激光器芯片17-2的背光端面9均蒸镀减反射膜II90，出光端面8均蒸镀减反射膜I81，且两端各有10μm长的无波导区4；图13和图14中第三激光器芯片17-3和第四激光器芯片17-4的背光端面9均蒸镀高反射膜91，出光端面8均蒸镀减反射膜81，且两端各有10μm长的无波导区4。

实施例2：在n型InP衬底上整片制作单端无波导结构的省隔离器DFB边发射激光器芯片。

制作步骤类同实施例1，但在步骤S2中，采用掩膜保护晶圆内有源区的长度L'=240μm，且只在激光器芯片的出光端，光刻腐蚀掉有源波导层3的一小段无波导区4，长度为10μm。步骤S3完全类同；步骤S4中交叉排列的刻蚀凹槽7与脊形波导10的排版见图17；步骤S5类同，图18为单端无波导结构边发射激光器芯片整片布局结构示意图，图19为沿图18剖面线C-C'（脊形波导10中间）解理三个横向单端无波导结构激光器芯片的剖面图；对应步骤S6整片蒸镀端面介质膜，亦先为背光端面9蒸镀高反射膜91，再为出光端面8蒸镀减反射膜I81；对应步骤S7整片在线测试和最后晶圆片解理的顺序亦同，不另赘述。图20和图21即为解理出的两个单端无波导结构边发射激光器芯片的示意图，第五激光器芯片17-5和第六激光器芯片17-6两个激光器芯片的尺寸为250μm长，210μm宽，仅在激光器芯片的出光端处有10μm长的无波导区4，两个激光器芯片仅有电极焊点20图形朝上和朝下的区别。

虽然本发明只对n型衬底上的省隔离器边发射激光器芯片的整片制作方法作了说明，但本发明结构同样适用于p型衬底上的省隔离器边发射激光器芯片的整片制作，不仅限于分布反馈边发射激光器芯片，也适用于FP激光器芯片，SOA、波长可调谐激光器芯片等，不仅适用于InP衬底，也适用于GaAs（砷化镓）、GaN（氮化镓）、SiC（碳化镓）、AlN（氮化铝）、ZnO（氧化锌）等多种半导体材料的省隔离器边发射光器件的整片制作。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，在晶圆衬底（1）上依次外延生长缓冲层（2）和有源波导层（3）；

在步骤S1中，所述晶圆衬底（1）为n型或p型；所述缓冲层（2）中包含远场减小层，缓冲层（2）的掺杂类型与晶圆衬底（1）相同，掺杂浓度在5×10¹⁸-5×10¹⁷cm^-3的范围渐次递减；所述有源波导层（3）包括下限制层、多量子阱有源区结构层、上限制层和悬浮光栅层，所述多量子阱有源区结构层不掺杂，上限制层和下限制层不掺杂或仅下限制层轻掺杂，当下限制层轻掺杂时，下限制层的掺杂类型与晶圆衬底（1）相同；所述悬浮光栅层的掺杂浓度为2×10¹⁷-6×10¹⁷cm^-3，且悬浮光栅层的掺杂类型与晶圆衬底（1）相反；

S2，以激光器芯片的腔长L为周期，腐蚀有源波导层（3）的两端或一端，制作无波导区（4）；

S3，在有源波导层（3）上制作分布反馈光栅（5），在无波导区（4）和分布反馈光栅（5）上作二次外延层（6）生长；

S4，在二次外延层（6）上刻制横向和纵向交叉排列的刻蚀凹槽（7）和脊形波导（10）；

S5，在晶圆表面生长绝缘介质层（19）并制作正面电极（14），然后将晶圆衬底（1）背面减薄，并在晶圆衬底（1）上制作背面电极（15）；

S6，在晶圆上整片蒸镀端面介质膜；

S7，整片在线测试激光器芯片的特性，最后由晶圆解理出激光器芯片。

2.根据权利要求1所述的整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述无波导区（4）位于激光器芯片的两端或一端，无波导区（4）的长度为5-20μm。

3.根据权利要求2所述的整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述分布反馈光栅（5）是在有源波导层（3）的悬浮光栅层上所制作的周期性光栅；所述二次外延层（6）包括光栅填埋层、刻蚀停止层（12）、包层、带隙过渡层和欧姆接触层，且二次外延层（6）的掺杂类型与晶圆衬底（1）相反；所述二次外延层（6）的掺杂浓度在2×10¹⁷-4×10¹⁹cm^-3的范围逐层递增，且顶欧姆接触层的浓度最高。

4.根据权利要求1-3任一项所述的整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述横向为与腔长平行的水平方向；所述纵向为与腔长垂直的方向；所述刻蚀凹槽（7）在横向以激光器芯片的腔长L为周期排列，刻蚀凹槽（7）在纵向以激光器芯片的宽度W为周期排列，但两列刻蚀凹槽（7）错开距离w1作交叉排列；所述脊形波导（10）嵌在晶圆平面表层的双沟（11）之中，脊形波导（10）在横向以激光器芯片的腔长L为周期排列，在纵向以激光器芯片的宽度W为周期排列，但两列脊形波导错开距离w2作交叉排列，且w2=W-w1。

5.根据权利要求4所述的整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，其特征在于，所述刻蚀凹槽（7）为长方体凹槽，与激光器芯片的腔长L等长，宽度40-80μm、深度H为4-5μm，深度H穿透激光器芯片的有源波导层（3），刻蚀凹槽（7）在纵向的两侧内壁为垂直镜面，并分别为左右两个激光器芯片的出光端面（8）和背光端面（9），刻蚀凹槽（7）的底部设有50-100nm高度的密集椎体构成的减反射面（13）；所述脊形波导（10）的长度等于激光器芯片有源区的长度L'，脊形波导（10）的宽度为2-6μm，高度为1.5-2.0μm；双沟（11）的沟宽度为4-10μm，沟深为脊形波导（10）的高度，双沟（11）的底部为刻蚀停止层（12）。

6.根据权利要求1或5所述的整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，其特征在于，在步骤S6中，蒸镀端面介质膜是指在出光端面（8）蒸镀减反射膜I（81），在背光端面（9）蒸镀减反射膜II（90）或蒸镀高反射膜（91）。

7.根据权利要求6所述的整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，其特征在于，在步骤S7中，晶圆的解理是指以激光器芯片的腔长为周期，先沿纵向在激光器芯片的端面处切割、解理出阵列条，再沿横向在刻蚀凹槽（7）内切割、裂解出激光器芯片。

8.根据权利要求1或7所述的整片制作省隔离器边发射激光器芯片的方法，其特征在于，所述晶圆衬底（1）包括InP、GaAs、GaN、SiC、AlN和ZnO衬底中的任一种；所述边发射激光器芯片包括FP激光器、DFB激光器、窄线宽激光器、波长可调谐激光器、SLD和SOA芯片及其集成芯片。

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