CN111193183A - 一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法 - Google Patents
一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111193183A CN111193183A CN202010133205.2A CN202010133205A CN111193183A CN 111193183 A CN111193183 A CN 111193183A CN 202010133205 A CN202010133205 A CN 202010133205A CN 111193183 A CN111193183 A CN 111193183A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- inp
- laser
- ingaasp
- detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 20
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 20
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 15
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 13
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 12
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 6
- 239000012788 optical film Substances 0.000 claims description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 3
- 238000004921 laser epitaxy Methods 0.000 claims 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
- H01L31/1035—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type the devices comprising active layers formed only by AIIIBV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
- H01L31/1832—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe comprising ternary compounds, e.g. Hg Cd Te
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
- H01S5/34373—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers based on InGa(Al)AsP
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明涉及一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法，包括N‑InP衬底、分别设置于N‑InP衬底上的激光器外延结构与探测器外延结构、以及设置于激光器外延结构与探测器外延结构相邻区域的电隔离层。本发明在InP衬底上实现了激光光源、MMI波导、探测器的单片集成，可以实现对MMI输出端干涉光纤的监控和调控，同时单片集成减小了器件整体的体积和封装成本，有利于进一步的集成化。
Description
技术领域
本发明涉及光源和探测技术领域，特别是一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法。
背景技术
在相干探测中，本振激光器的相对强度噪声、光电二极管的散粒噪声、电路的热噪声等对相干解调灵敏度的影响仍然无法解除；采用平衡探测器的相干探测技术，比通常的直接探测技术光探测器的接收灵敏度高约20dB，显著消除了接收机噪声和电子线路噪声对微弱光信号检测的影响。
目前，国内还未有成型的InP基平衡探测芯片；而且国外相关的报道也主要集中在波导和探测器的集成。本发明在已有的基础上，进一步进行集成，实现单片上光源、波导和探测器的集成，有效降低了整体器件的体积和封装成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法，在InP衬底上实现了激光光源、MMI波导、探测器的单片集成，减小了器件整体的体积和封装成本，有利于进一步的集成化。
本发明采用以下方案实现：一种单片集成的平衡探测器芯片，包括N-InP衬底、分别设置于N-InP衬底上的激光器外延结构与探测器外延结构、以及设置于激光器外延结构与探测器外延结构相邻区域的电隔离层。
进一步地，所述激光器外延结构自下而上依次包括第一N-InP缓冲层、无掺杂InGaAsP下波导层、InGaAsP压应变多量子阱、无掺杂InGaAsP上波导层、第一P-InP间隔层、P-InGaAsP腐蚀停止层、第二P-InP间隔层、激光器区域P-InGaAsP光栅、第一P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层以及P-InGaAs重掺杂层。
进一步地，所述探测器外延结构自下而上依次包括第二N-InP缓冲层、N-InP空间层、非掺杂InGaAsP吸收层、第二P-InP空间层以及P-InGaAs欧姆接触层。
进一步地，所述电隔离层采用填充的BCB胶。
本发明还提供了一种基于上文所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：在衬底上生长InGaAsP应变量子阱外延结构；
步骤S2：在InGaAsP应变量子阱外延结构上制备局部光栅，并完成光栅的掩埋再生长，进而完成激光器结构的外延生长；
步骤S3：在激光器外延结构的表面生长SiO2层，形成选择生长区域，在选择生长区域生长探测器结构，完成外延生长；
步骤S4：对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀形成电隔离，并制备包括波导结构、P面金属在内的结构，完成芯片的制备。
进一步地，步骤S1具体为：在N-InP衬底上依次生长第一N-InP缓冲层、无掺杂InGaAsP下波导层、InGaAsP压应变多量子阱、无掺杂InGaAsP上波导层、第一P-InP间隔层、P-InGaAsP腐蚀停止层、第二P-InP间隔层、P-InGaAsP光栅层，完成基片外延结构生长。
进一步地，步骤S2具体为：在基片外延结构上通过光刻和全息曝光的方法去除激光器以外区域的光栅结构，并在溴素系溶液里低温搅拌腐蚀形成均匀光栅，并接着生长第一P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层和P-InGaAs重掺杂层，完成激光器结构的外延生长。
进一步地，步骤S3具体为：在激光器外延结构表面通过PECVD生长SiO2，通过包括光刻、腐蚀在内的方法去除生长区域表面的SiO2，并通过RIE刻蚀将生长区域的激光器外延结构刻蚀至衬底，采用溴素系腐蚀液对刻蚀表面进行腐蚀修复；在选择区域生长前，将片子放到外延炉中进行630℃、10min的烘烤，去除片子表面脏污，并使表面发生质量输运，改善片子表面生长质量；接着在选择生长区域生长探测器外延结构。
其中，步骤S3中，所述生长探测器外延结构具体为：自下而上依次生长第二N-InP缓冲层、N-InP空间层、非掺杂InGaAsP吸收层、第二P-InP空间层、P-InGaAs欧姆接触层，完成探测器结构生长。
进一步地，步骤S4具体为：通过RIE对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀，刻蚀至衬底，并采用溴素系腐蚀液进行腐蚀修复，接着采用PECVD沉积SiO2，通过包括光刻、刻蚀、腐蚀在内的方法形成激光器脊型波导和2×2结构的MMI波导；去除SiO2，PECVD再沉积SiO2钝化层，并通过包括光刻，刻蚀、腐蚀在内的方法在激光器脊型波导、MMI波导和探测器表面进行开孔，通过电子束蒸发沉积P面金属，并对激光器和探测器相邻刻蚀区域进行BCB填充进一步改善电隔离特性，接着进行减薄和N面金属工艺，并通过合金形成欧姆接触；解离成bar条，并对两端的腔面进行高反和高透光学膜的蒸镀，完成芯片的制备。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明采用选择区域生长的方法实现了激光器、MMI波导、探测器的单片集成，减小了器件整体的体积和封装成本，有利于进一步的集成化。
附图说明
图1为本发明实施例的沿着激光器谐振腔方向平衡探测器外延结构图。
图2为本现有技术中InP上单片集成了2×2 MMI波导、可调光衰减器（VOA）、探测器的芯片示意图。
图中，1为N-InP衬底；2至12为激光器外延结构，2为第一N-InP缓冲层、3为无掺杂InGaAsP下波导层、4为InGaAsP压应变多量子阱、5为无掺杂InGaAsP上波导层、6第一为P-InP间隔层、7为P-InGaAsP腐蚀停止层、8为第二P-InP间隔层、9为激光器区域P-InGaAsP光栅、10为第一P-InP空间层、11为P-InGaAsP过渡层、12为P-InGaAs重掺杂层；13至17为探测器外延结构，13为第二N-InP缓冲层、14为N-InP空间层、15为非掺杂InGaAsP吸收层、16为第二P-InP空间层、17为P-InGaAs欧姆接触层；18为填充的BCB。
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。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种单片集成的平衡探测器芯片，包括N-InP衬底、分别设置于N-InP衬底上的激光器外延结构与探测器外延结构、以及设置于激光器外延结构与探测器外延结构相邻区域的电隔离层。
在本实施例中，所述激光器外延结构自下而上依次包括第一N-InP缓冲层、无掺杂InGaAsP下波导层、InGaAsP压应变多量子阱、无掺杂InGaAsP上波导层、第一P-InP间隔层、P-InGaAsP腐蚀停止层、第二P-InP间隔层、激光器区域P-InGaAsP光栅、第一P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层以及P-InGaAs重掺杂层。
在本实施例中，所述探测器外延结构自下而上依次包括第二N-InP缓冲层、N-InP空间层、非掺杂InGaAsP吸收层、第二P-InP空间层以及P-InGaAs欧姆接触层。
在本实施例中，所述电隔离层采用填充的BCB胶。
本实施例还提供了一种基于上文所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：在衬底上生长InGaAsP应变量子阱外延结构；
步骤S2：在InGaAsP应变量子阱外延结构上制备局部光栅，并完成光栅的掩埋再生长，进而完成激光器结构的外延生长；
步骤S3：在激光器外延结构的表面生长SiO2层，形成选择生长区域，在选择生长区域生长探测器结构，完成外延生长；
步骤S4：对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀形成电隔离，并制备包括波导结构、P面金属在内的结构，完成芯片的制备。
在本实施例中，步骤S1具体为：在N-InP衬底上依次生长第一N-InP缓冲层、无掺杂InGaAsP下波导层、InGaAsP压应变多量子阱、无掺杂InGaAsP上波导层、第一P-InP间隔层、P-InGaAsP腐蚀停止层、第二P-InP间隔层、P-InGaAsP光栅层，完成基片外延结构生长。
较佳地，本实施例以以下参数为例对步骤S1进行进一步描述：在N-InP衬底片上，通过MOCVD依次外延生长：1μm N-InP缓冲层、100nm无掺杂InGaAsP下波导层、5对InGaAsP压应变多量子阱（量子阱和垒的厚度分别为6nm和10nm）、100nm 无掺杂InGaAsP上波导层、100nm P-InP间隔层、15nm P-InGaAsP腐蚀停止层、30nm P-InP间隔层、20nm P-InGaAsP光栅层，完成基片外延结构生长。
在本实施例中，步骤S2具体为：在基片外延结构上通过光刻和全息曝光的方法去除激光器以外区域的光栅结构，并在溴素系溶液里低温搅拌腐蚀形成均匀光栅，并接着生长第一P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层和P-InGaAs重掺杂层，完成激光器结构的外延生长。
较佳地，本实施例以以下参数对步骤S2进行进一步地说明：在基片上通过光刻和全息曝光的方法去除激光器以外区域的光栅结构，并在溴素系溶液里低温搅拌腐蚀形成均匀光栅；并接着在MOCVD中依次生长：1600nm P-InP空间层、50nm P-InGaAsP过渡层和250nmP-InGaAs重掺杂层，完成激光器结构的外延生长。
在本实施例中，步骤S3具体为：在激光器外延结构表面通过PECVD生长SiO2，通过包括光刻、腐蚀在内的方法去除生长区域表面的SiO2，并通过RIE刻蚀将生长区域的激光器外延结构刻蚀至衬底，采用溴素系腐蚀液对刻蚀表面进行腐蚀修复；在选择区域生长前，将片子放到外延炉中进行630℃、10min的烘烤，去除片子表面脏污，并使表面发生质量输运，改善片子表面生长质量；接着在选择生长区域生长探测器外延结构。
较佳地，本实施例以以下具体参数对步骤S3进行进一步地说明：在激光器结构外延片表面通过PECVD生长150nm SiO2，通过光刻、并用BOE腐蚀去除生长区域表面的SiO2，接着通过RIE刻蚀，采用H2和CH4刻蚀气体将生长区域的激光器外延结构刻蚀至衬底，刻蚀深度约3300nm；接着采用溴素系腐蚀液对刻蚀表面进行短时间的腐蚀修复；将片子放到外延炉中进行630℃、10min的烘烤，在烘烤过程中通入大量的PH3气体，来抑制含P材料的高温挥发；通过高温烘烤来去除片子表面脏污，并使表面发生质量输运、来改善片子表面生长质量；烘烤完成后生长探测器外延结构。
其中，步骤S3中，所述生长探测器外延结构具体为：自下而上依次生长第二N-InP缓冲层、N-InP空间层、非掺杂InGaAsP吸收层、第二P-InP空间层、P-InGaAs欧姆接触层，完成探测器结构生长。
较佳地，本实施例以以下参数对探测器外延结构的生长做进一步说明：依次生长800nm N-InP缓冲层、200nm N-InP空间层、300nm 非掺杂InGaAsP吸收层、200nm P-InP空间层、250nm P-InGaAs欧姆接触层完成探测器结构生长。
在本实施例中，步骤S4具体为：通过RIE对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀，刻蚀至衬底，并采用溴素系腐蚀液进行腐蚀修复，接着采用PECVD沉积SiO2，通过包括光刻、刻蚀、腐蚀在内的方法形成激光器脊型波导和2×2结构的MMI波导；去除SiO2，PECVD再沉积SiO2钝化层，并通过包括光刻，刻蚀、腐蚀在内的方法在激光器脊型波导、MMI波导和探测器表面进行开孔，通过电子束蒸发沉积P面金属，并对激光器和探测器相邻刻蚀区域进行BCB填充进一步改善电隔离特性，接着进行减薄和N面金属工艺，并通过合金形成欧姆接触；解离成bar条，并对两端的腔面进行高反和高透光学膜的蒸镀，完成芯片的制备。
较佳地，本实施例以以下参数对步骤S4进行进一步地说明：接着通过RIE对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀，刻蚀至衬底，并采用溴素系腐蚀液进行短时间的腐蚀修复，接着PECVD沉积150nm SiO2，通过光刻形成激光器脊型波导和MMI波导结构图形、采用RIE刻蚀去掉图形之外的SiO2层，接着采用溴素系溶液腐蚀去除激光器脊型波导和MMI波导表面的InGaAs层、并用H3PO4:HCl溶液进行腐蚀，腐蚀至腐蚀停止层，形成激光器脊型波导和MMI波导结构，波导上表面宽度约为2.0μm。接着去除片子表面的SiO2，在PECVD中沉积400nmSiO2钝化层，光刻，在探测器、激光器脊型波导和MMI波导表面进行开孔，刻蚀去除开孔区域的SiO2层，蒸发P面金属，分别形成探测器、激光器和MMI中VOA的P面电极。接着在片子表面涂覆BCB胶，通过光刻保留激光器和探测器相邻刻蚀区域的BCB胶填充，用来改善激光器和探测器之间的电串扰，并去除其他区域的BCB胶。将片子的背面进行物理减薄，厚度减薄至110μm左右，并通过电子束蒸发N面金属，在氮气氛围中进行合金，形成芯片的P面和N面欧姆接触。解离形成平衡探测器芯片bar条，在激光器端端面和探测器端端面分别电子束蒸发高反光学膜和高透光学膜，完成芯片的制备。
特别的，本实施例还可以在现有的已经在InP上单片集成了2×2 MMI波导、VOA、探测器的芯片上进一步集成激光光源，以形成本实施例所描述的芯片，芯片整体尺寸为500μm×1500μm，其中，现有的已经在InP上单片集成了2×2 MMI波导、VOA、探测器的芯片如图2所示。
特别的，该平衡探测器芯片可以实现对MMI输出端光强的监控，并在MMI波导的电极上通过增加偏压来实现对波导内光增益的调控从而实现对MMI两端输出光强的调控。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种单片集成的平衡探测器芯片，其特征在于，包括N-InP衬底、分别设置于N-InP衬底上的激光器外延结构与探测器外延结构、以及设置于激光器外延结构与探测器外延结构相邻区域的电隔离层。
2.根据权利要求1所述的一种单片集成的平衡探测器芯片，其特征在于，所述激光器外延结构自下而上依次包括第一N-InP缓冲层、无掺杂InGaAsP下波导层、InGaAsP压应变多量子阱、无掺杂InGaAsP上波导层、第一P-InP间隔层、P-InGaAsP腐蚀停止层、第二P-InP间隔层、激光器区域P-InGaAsP光栅、第一P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层以及P-InGaAs重掺杂层。
3.根据权利要求1所述的一种单片集成的平衡探测器芯片，其特征在于，所述探测器外延结构自下而上依次包括第二N-InP缓冲层、N-InP空间层、非掺杂InGaAsP吸收层、第二P-InP空间层以及P-InGaAs欧姆接触层。
4.根据权利要求1所述的一种单片集成的平衡探测器芯片，其特征在于，所述电隔离层采用填充的BCB胶。
5.一种基于权利要求1-4任一条所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在衬底上生长InGaAsP应变量子阱外延结构；
步骤S2：在InGaAsP应变量子阱外延结构上制备局部光栅，并完成光栅的掩埋再生长，进而完成激光器结构的外延生长；
步骤S3：在激光器外延结构的表面生长SiO2层，形成选择生长区域，在选择生长区域生长探测器结构，完成外延生长；
步骤S4：对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀形成电隔离，并制备包括波导结构、P面金属在内的结构，完成芯片的制备。
6.根据权利要求5所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S1具体为：在N-InP衬底上依次生长第一N-InP缓冲层、无掺杂InGaAsP下波导层、InGaAsP压应变多量子阱、无掺杂InGaAsP上波导层、第一P-InP间隔层、P-InGaAsP腐蚀停止层、第二P-InP间隔层、P-InGaAsP光栅层，完成基片外延结构生长。
7.根据权利要求6所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S2具体为：在基片外延结构上通过光刻和全息曝光的方法去除激光器以外区域的光栅结构，并在溴素系溶液里低温搅拌腐蚀形成均匀光栅，并接着生长第一P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层和P-InGaAs重掺杂层，完成激光器结构的外延生长。
8.根据权利要求5所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S3具体为：在激光器外延结构表面通过PECVD生长SiO2，通过包括光刻、腐蚀在内的方法去除生长区域表面的SiO2，并通过RIE刻蚀将生长区域的激光器外延结构刻蚀至衬底，采用溴素系腐蚀液对刻蚀表面进行腐蚀修复；在选择区域生长前，将片子放到外延炉中进行630℃、10min的烘烤，去除片子表面脏污，并使表面发生质量输运，改善片子表面生长质量；接着在选择生长区域生长探测器外延结构。
9.根据权利要求8所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述生长探测器外延结构具体为：自下而上依次生长第二N-InP缓冲层、N-InP空间层、非掺杂InGaAsP吸收层、第二P-InP空间层、P-InGaAs欧姆接触层，完成探测器结构生长。
10.根据权利要求5所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S4具体为：通过RIE对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀，刻蚀至衬底，并采用溴素系腐蚀液进行腐蚀修复，接着采用PECVD沉积SiO2，通过包括光刻、刻蚀、腐蚀在内的方法形成激光器脊型波导和2×2结构的MMI波导；去除SiO2，PECVD再沉积SiO2钝化层，并通过包括光刻，刻蚀、腐蚀在内的方法在激光器脊型波导、MMI波导和探测器表面进行开孔，通过电子束蒸发沉积P面金属，并对激光器和探测器相邻刻蚀区域进行BCB填充进一步改善电隔离特性，接着进行减薄和N面金属工艺，并通过合金形成欧姆接触；解离成bar条，并对两端的腔面进行高反和高透光学膜的蒸镀，完成芯片的制备。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010133205.2A CN111193183A (zh) | 2020-03-01 | 2020-03-01 | 一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010133205.2A CN111193183A (zh) | 2020-03-01 | 2020-03-01 | 一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111193183A true CN111193183A (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=70710244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010133205.2A Pending CN111193183A (zh) | 2020-03-01 | 2020-03-01 | 一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111193183A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113410759A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-09-17 | 因林光电科技(苏州)有限公司 | 一种半导体激光器集成芯片及其制备方法 |
| CN114639753A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-06-17 | 中国科学院半导体研究所 | 单片集成光收发芯片及其制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6136987A (ja) * | 1984-07-30 | 1986-02-21 | Nec Corp | 光検出器付分布帰還形半導体レ−ザ |
| JPH06268196A (ja) * | 1993-03-15 | 1994-09-22 | Toshiba Corp | 光集積装置 |
| JPH11121787A (ja) * | 1997-10-08 | 1999-04-30 | Toshiba Corp | 集積型光素子およびその製造方法 |
| CN101222118A (zh) * | 2007-12-10 | 2008-07-16 | 清华大学 | 一种利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件 |
| CN101566777A (zh) * | 2009-05-22 | 2009-10-28 | 清华大学 | 基于边带注入锁定用于产生高频微波的集成光电子器件 |
| CN106684104A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种单片集成平衡探测器及其制备方法 |
| CN207638668U (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-20 | 苏州六幺四信息科技有限责任公司 | 一种相干光接收模块 |
| CN108400523A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-14 | 厦门市芯诺通讯科技有限公司 | 一种高速集成dfb半导体激光器芯片及制备方法 |
-
2020
- 2020-03-01 CN CN202010133205.2A patent/CN111193183A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6136987A (ja) * | 1984-07-30 | 1986-02-21 | Nec Corp | 光検出器付分布帰還形半導体レ−ザ |
| JPH06268196A (ja) * | 1993-03-15 | 1994-09-22 | Toshiba Corp | 光集積装置 |
| JPH11121787A (ja) * | 1997-10-08 | 1999-04-30 | Toshiba Corp | 集積型光素子およびその製造方法 |
| CN101222118A (zh) * | 2007-12-10 | 2008-07-16 | 清华大学 | 一种利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件 |
| CN101566777A (zh) * | 2009-05-22 | 2009-10-28 | 清华大学 | 基于边带注入锁定用于产生高频微波的集成光电子器件 |
| CN106684104A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种单片集成平衡探测器及其制备方法 |
| CN207638668U (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-20 | 苏州六幺四信息科技有限责任公司 | 一种相干光接收模块 |
| CN108400523A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-14 | 厦门市芯诺通讯科技有限公司 | 一种高速集成dfb半导体激光器芯片及制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113410759A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-09-17 | 因林光电科技(苏州)有限公司 | 一种半导体激光器集成芯片及其制备方法 |
| CN114639753A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-06-17 | 中国科学院半导体研究所 | 单片集成光收发芯片及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106785904B (zh) | 一种dfb半导体激光器制备方法及激光器 | |
| JP2547001B2 (ja) | 半導体構造の製造方法 | |
| US5446751A (en) | Optoelectronic device | |
| EP0156566B2 (en) | Semiconductor devices | |
| JP4894752B2 (ja) | 半導体受光素子及びその製造方法 | |
| CN111181005B (zh) | 光通信用掩埋结构高线性dfb激光器芯片及其制备方法 | |
| GB2221094A (en) | Semiconductor lasers | |
| CN111193183A (zh) | 一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法 | |
| US8472490B2 (en) | Semiconductor optical element and integrated semiconductor optical element | |
| CN113054529A (zh) | 光通信o波段硅基高速半导体激光芯片及其制造方法 | |
| CN211670427U (zh) | 光通信用掩埋结构高线性dfb激光器芯片 | |
| CN108400523B (zh) | 一种高速集成dfb半导体激光器芯片及制备方法 | |
| US6719884B2 (en) | Method of manufacturing optical devices and related improvements | |
| CA1067989A (en) | Semiconductor laser with a light guide | |
| CN113708219A (zh) | 一种半导体量子阱激光器及其制备方法 | |
| US4647339A (en) | Production of semiconductor devices | |
| JP3317991B2 (ja) | ストライプの形成にドライエッチングを使用する埋込みストライプ半導体レーザの製造方法及びこの方法によって得られるレーザ | |
| Ahn et al. | Uniform and high coupling efficiency between InGaAsP-InP buried heterostructure optical amplifier and monolithically butt-coupled waveguide using reactive ion etching | |
| Oh et al. | The design and the fabrication of monolithically integrated GaInAsP MQW laser with butt-coupled waveguide | |
| US6894833B2 (en) | Semiconductor optical amplifier | |
| Bouadma et al. | GaAs: GaAlAs ridge waveguide lasers and their monolithic integration using the ion beam etching process | |
| Yang et al. | Planar GaAs-AlGaAs MQW transverse junction ridge waveguide lasers using shallow zinc diffusion | |
| CN214673448U (zh) | 光通信o波段硅基高速半导体激光芯片 | |
| JP2000150925A (ja) | 導波路型集積半導体装置の作製方法 | |
| US4691320A (en) | Semiconductor structure and devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200522 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |