CN1114977C - 选择区域外延制作电吸收调制分布反馈激光器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种选择区域外延制作电吸收调制分布反馈激光器的方法，在磷化铟衬底上淀积二氧化硅层；在图形衬底上生长多量子阱有源区；在激光器区域制作布拉格光栅，在调制器区域刻制窗口，同时得到刻蚀波导所需的刻蚀停止层；在激光器与调制器形成光限制和电限制单脊条形结构；刻蚀去掉激光器和调制器之间的接触层；蒸发绝缘介质膜；制作激光器和调制器的P面高频电极图形；减薄做N面电极；最后在器件的端面镀光学膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作半导体激光器的方法，特别涉及一种选择区域外延制作电吸收调制分布反馈(DFB)激光器的方法。
背景技术
调制器(MD)与激光器(LD)单片集成器件(EML)不仅可以大大减小MD与LD的耦合工作量，而且可大大减小MD的插入损耗，提高输出光功率和调制效率；同时使集成器件的体积大大减小，即便于规模生产，又有利于对器件温度的控制，使输出光功率及输出波长稳定。目前，这种单片集成器件的制作方法主要采用选择区域生长(SAG)方法(见文献：1)IEEE Journal of Quantum Electronics，1993，29(6)，p2088；2)Electronics Letters，1996，32(2)，p109；3)IEEE Photonics Technology Letters，1997，.9(7)，p898.)。这种方法多采用半绝缘磷化铟(SI-InP，掺Fe)掩埋条形结构，因此LD和MD的条形有源区都要暴露。如果再生长阶段处理不当，刻蚀的界面将直接影响激光器的长期使用寿命；在SI-InP掩埋结构中，铁(Fe)与锌(Zn)的互扩散问题也一直是影响器件性能和寿命的原因。另外，额外的外延增加了制作工艺的复杂性和生产成本，同时降低了器件的成品率。
发明内容
本发明是的目的是提供一种制作电吸收分布反馈(DFB)激光器的方法，它可与常规脊型波导结构激光器的制作工艺兼容，不腐蚀有源区、可简化EML制作工艺、提高成品率和降低生产成本。
本发明制作电吸收分布反馈(DFB)激光器的方法，该制作方法包括以下步骤：
(1).在n型磷化铟衬底上淀积200nm厚的二氧化硅，并刻出所需选区外延的图形；
(2).在刻有二氧化硅选区图形的衬底上同时生长激光器和调制器的多量子阱有源区；
(3).在激光器区域制作布拉格光栅，在调制器区域刻制可减小光反馈的窗口，然后采用MOCVD方法在激光器和调制器区同时逐层生长p型磷化铟薄层、p型铟镓砷磷选择化学刻蚀停止层、p型磷化铟盖层和p+铟镓砷电极层；
(4).采用湿法化学腐蚀的方法，在激光器与调制器区域形成侧壁垂直的宽度为3μm的光限制和电限制单脊条形结构；
(5).刻蚀去掉激光器和调制器之间的接触层，并用选择氦离子注入形成电隔离沟；
(6).蒸发绝缘介质膜后，涂覆聚酰亚胺，利用电极图形光刻版在调制器部分刻出高频电极的聚酰亚胺压焊点，并刻出电极窗口；
(7).采用带胶剥离技术，制作激光器和调制器的P面高频电极图形；
(8).减薄至100μm，做N面电极；
(9).最后在器件的端面镀光学膜。
附图说明
为进一步说明本发明的方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，其中：
图1A、1B和1C是本发明第一实施例所用的掩膜、内部光栅分布及结构示意图；
图2A、2B和2C是本发明第二实施例所用的掩膜、内部光栅分布及结构示意图；
图3A、3B和3C是本发明第三实施例所用的掩膜、内部光栅分布及结构示意图；
具体实施方式
实施例一：单脊条形电吸收调制DFB激光器
图1A是采用本发明方法生长单脊条形电吸收调制DFB激光器所用掩膜的示意图。在n-InP衬底1上淀积200nm厚的条形SiO2掩膜2；然后在其上采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法生长MQW有源区4，由于材料在掩膜上不生长，使掩膜上有机源分子的浓度高于生长区的浓度，从而在横向上形成了反应物的浓度梯度，生长的结果是掩膜区内的多量子阱有源区4的厚度要比平面部分的多量子阱5厚，宽阱区作为LD部分，与它对应的激射波长比MD的长；随后在多量子阱有源区4上选择刻制Bragg光栅3，如图1B所示，作为DFB激光器区，而平面部分将作为MD；随后采用MOCVD方法在光栅上生长p-InP掩埋层，p-InGaAsP刻蚀停止层，P-InP盖层，P+-InGaAs接触层；单脊条形电吸收调制激光器的结构如图1C所示，LD与MD在横向上的尺寸完全一致，其波导结构利用湿法刻蚀和刻蚀停止层，形成垂直的侧向台壁。LD区的电极采用大面积的电极6，MD区的电极采用面积小的图形电极7，中间是采用离子注入形成的电学隔离沟9，以减小LD与MD之间的电串扰以抑制由电串扰而引起的波长啁啾。为减小MD的寄生电容，在MD的图形电极7下淀积介电常数小的聚酰亚胺8，电极下是绝缘介质膜11。随调制电压的变化，MD端面的光反馈随之变化，引起DFB激光器的激射条件改变，从而引起DFB激射波长漂移，啁啾增加。为减小光反馈对激光器的影响，在MD的出光面制作窗口10，同时镀抗反射膜；脊型波导条形区外是离子注入区12。
实施例二：单脊条形可调谐DBR激光器
图2A是采用本发明方法生长的单脊条形可调谐DBR激光器所用的掩膜的示意图。在n-InP衬底1上淀积200nm厚的条形SiO2掩膜2，然后在其上用MOCVD方法生长多量子阱有源区24，作为增益区；平面部分的多量子阱25比选择区内的多量子阱24薄，作为低损耗的光栅反射区，光栅23做在平面部分的多量子阱25上，用做Bragg激光器一端的单频反射器，如图2B所示；随后采用MOCVD方法在光栅上生长p-InP掩埋层，p-InGaAsP刻蚀停止层，p-InP盖层，p+-InGaAs接触层；单脊条形可调谐DBR激光器的结构如图2C所示，增益区与Bragg区的尺寸完全一致，其波导结构利用湿法刻蚀和刻蚀停止层，形成垂直的侧向台壁；随后制作p面电极钛/铂/金(Ti/Pt/Au)和n面电极金/锗/镍(AuGeNi)，Bragg光栅部分采用大面积的电极26(用以注入电流，实现调谐)，增益区也采用大面积的电极28，为防止器件各部分的电学串扰，在两部分电极的中间采用离子注入形成的电隔离区27，电极下是绝缘介质膜29。
实施例三：单脊条形电吸收调制可调谐DBR激光器
图3A是采用本发明方法生长的单脊条形电吸收调制可调谐DBR激光器所用的掩膜示意图。在n-InP衬底1上淀积200nm厚SiO2掩膜，激光器增益区的掩膜2较宽，为20μm，调制器区的掩膜33窄，为4μm，但掩膜之间开口的尺寸相同，均为15μm。在图3A所示的图形衬底上用MOCVD方法生长MQW。宽掩膜选择区内生长的多量子阱35比窄掩膜选择区内生长的多量子阱36厚，二者均比平面部分生长的多量子阱37厚，因此平面部分的多量子阱37的发光波长最短，宽掩膜选择区内生长的多量子阱35的发光波长最长；光栅4选择性地制作在平面部分的多量子阱37上，用做Bragg激光器一端的单频反射器，如图3B所示；随后在光栅上采用MOCVD方法生长p-InP，p-InGaAsP，p-InP，p+-InGaAs用以掩埋光栅和形成电极接触层；增益区，Bragg区和EA区的尺寸完全一致，其波导结构利用湿法刻蚀和刻蚀停止层，形成垂直的侧向台壁；随后制作p面电极Ti/Pt/Au和n面电极AuGeNi。图3C是电吸收调制可调谐DBR激光器的结构示意图。Bragg光栅部分采用大面积的电极39(用以注入电流，实线调谐)，增益区也采用大面积的电极38，EA-MD的电极为采用lift-off技术制作的图形电极310；为减小MD的寄生电容，在EA电极下淀积聚酰亚胺311；电极及聚酰亚胺下是绝缘介质膜313，在器件各部分的电极之间为采用选择离子注入而形成的电学隔离沟312；为减小出光端面的光反馈，在MD出光面采用掩埋InP的窗口314；器件整体采用共用的n面电极315。
归纳以上三个实施例，本发明的制作方法为：
1.在n型InP衬底上淀积200nm厚的SiO2，并刻出所需的图形；
2.在图形衬底上生长LD和MD的多量子阱有源区；
3.在LD区域制作布拉格光栅，在MD区域刻制可减小光反馈的窗口，用磷化铟、铟镓砷磷、p-InP、铟镓砷掩埋光栅可形成窗口，同时得到刻蚀波导所需的刻蚀停止层；
4.采用湿法化学腐蚀的方法，在LD与MD区域形成侧壁垂直的宽度为3μm的光限制和电限制单脊条形结构；
5.刻蚀去掉LD和MD之间的接触层，并用选择He+离子注入形成电隔离沟；
6.蒸发绝缘介质膜，在MD的压焊电极下淀积聚酰亚胺，并刻出电极窗口；
7.采用带胶剥离技术，制作LD和MD的P面高频电极图形；
8.减薄，做N面电极；
9.最后在器件的端面镀光学膜。
本发明制作电吸收分布反馈(DFB)激光器的方法，该方法具有以下优点：1由于采用He+离子选择区域注入，可以提高MD与LD之间的电隔离，减小MD的寄生电容，同时有高的稳定性；2采用单条脊型结构，与传统的脊型波导结构激光器的制作工艺兼容，制作工艺简便，对有源区没有影响，可以保证器件的可靠性；3总体而言，需要外延次数少，制作工艺简单，易行，制作周期短，可大大降低生产成本。
Claims (1)
1、一种选择区域外延制作电吸收调制分布反馈激光器的方法，其特征在于，
(1).在n型磷化铟衬底上淀积200nm厚的二氧化硅，并刻出所需选区外延的图形；
(2).在刻有二氧化硅选区图形的衬底上同时生长激光器和调制器的多量子阱有源区；
(3).在激光器区域制作布拉格光栅，在调制器区域刻制可减小光反馈的窗口，然后采用MOCVD方法在激光器和调制器区同时逐层生长p型磷化铟薄层、p型铟镓砷磷选择化学刻蚀停止层、p型磷化铟盖层和p+铟镓砷电极层；
(4).采用湿法化学腐蚀的方法，在激光器与调制器区域形成侧壁垂直的宽度为3μm的光限制和电限制单脊条形结构；
(5).刻蚀去掉激光器和调制器之间的接触层，并用选择氦离子注入形成电隔离沟；
(6).蒸发绝缘介质膜后，涂覆聚酰亚胺，利用电极图形光刻版在调制器部分刻出高频电极的聚酰亚胺压焊点，并刻出电极窗口；
(7).采用带胶剥离技术，制作激光器和调制器的P面高频电极图形；
(8).减薄至100μm，做N面电极；
(9).最后在器件的端面镀光学膜。
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