CN112670823A - 电吸收调制激光器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电吸收调制激光器的制作方法，包括：在同一衬底上依次生长缓冲层和有源层，有源层包括第一有源层、作为激光器区有源层的第二有源层和作为波长稳定区有源层的第三有源层；刻蚀掉第一有源层，并对接生长调制器区有源层；在作为激光器区有源层的第二有源层内制作光栅；在调制器区有源层上、作为激光器区有源层的第二有源层上和作为波长稳定区有源层的第三有源层上依次生长包层和接触层；刻蚀部分包层和接触层制作脊型波导；刻蚀掉调制器区与激光器区之间、激光器区与波长稳定区之间的接触层，并注入氦离子形成电隔离沟；制作调制器区、激光器区和波长稳定器区的P型电极；对衬底进行背面减薄，并在衬底背面制作大面积N型电极。

Description

电吸收调制激光器的制作方法

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，特别涉及一种带有波长稳定的电吸收调制激光器的制作方法。

背景技术

电吸收调制激光器(EML)已经广泛应用在光纤通信系统中。为了降低功耗和应用成本，无制冷EML激光器芯片已经开始被大量使用，无制冷EML激光器芯片在使用过程中，会出现随着激光器连续工作下芯片温度的升高，导致激光器芯片激射波长的漂移，进而使得激光在光纤中的传输性能受到影响。通常的解决方式是改变激光器的电流强度控制波长的漂移，但是通过改变激光器电流强度控制波长漂移的方式存在诸多缺点，比如电流强度调节波长的漂移范围有限；电流强度改变将改变输出光强度，进而影响光的传输和接收。

发明内容

有鉴于此，为了解决通过改变激光器的电流强度控制波长漂移引起的一系列不利影响，本发明提供了一种电吸收调制激光器的制作方法，通过在电吸收调制激光器中加入波长稳定器，实现激射波长的稳定。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电吸收调制激光器的制作方法，包括：在同一衬底上依次生长缓冲层和有源层，有源层包括第一有源层、作为激光器区有源层的第二有源层和作为波长稳定区有源层的第三有源层；刻蚀掉第一有源层，并对接生长调制器区有源层；在作为激光器区有源层的第二有源层内制作光栅；在调制器区有源层上、作为激光器区有源层的第二有源层上和作为波长稳定区有源层的第三有源层上依次生长包层和接触层；刻蚀部分包层和接触层制作脊型波导；刻蚀掉调制器区与激光器区之间、激光器区与波长稳定区之间的接触层，并注入氦离子形成电隔离沟；制作调制器区、激光器区和波长稳定器区的P型电极；对同一衬底进行背面减薄，并在衬底背面制作大面积N型电极。

根据本发明的实施例，其中，第一有源层、作为激光器区有源层的第二有源层和作为波长稳定区有源层的第三有源层依次相邻设置。

根据本发明的实施例，其中，调制器区有源层的带隙波长小于作为激光器区有源层的第二有源层和作为波长稳定区有源层的第三有源层的带隙波长。

根据本发明的实施例，其中，有源层包括在缓冲层上依次生长的多量子阱和光栅层。

根据本发明的实施例，其中，光栅层用以制作光栅。

根据本发明的实施例，其中，光栅层材料为InGaAsP；多量子阱为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。

根据本发明的实施例，其中，多量子阱包括第一分别限制层、第二分别限制层及第一分别限制层和第二分别限制层之间的多量子阱层。

根据本发明的实施例，其中，调制器区有源层包括多个层叠设置的量子阱，量子阱为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。

根据本发明的实施例，其中，量子阱包括第三分别限制层、第四分别限制层及第三分别限制层和第四分别限制层之间的多量子阱层。

根据本发明的实施例，其中，包层为P型掺杂的InP层，厚度为1.5～1.8μm；接触层为P型掺杂的InGaAs层，厚度为180～220nm。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的电吸收调制激光器的制作方法具有以下有益效果：

通过在由调制器和激光器集成的电吸收调制激光器中加入波长稳定器，不改变激光器区电流的情况下，通过改变波长稳定器的注入电流，进而达到改变相位和波长稳定器波导折射率的大小，有效地调节波长，并把波长稳定在目标区域，实现激光器波长的改变和稳定；避免电流调控带来的不利影响，提高光在光纤中传输的各项性能。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明实施例的电吸收调制激光器的制作方法的流程示意图；

图2示意性示出了根据本发明实施例的电吸收调制激光器的三维结构示意图。

具体实施方式

为了控制电吸收调制激光器芯片在使用过程中。由于芯片温度的升高而导致激光器芯片激射波长的漂移，使得激光在光纤中的传输性能不受影响，本发明提供了一种电吸收调制激光器的制作方法，以能够实现激射波长的稳定，提高激光在光纤中传输的各项性能。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1和图2分别示意性示出了根据本发明实施例的电吸收调制激光器的制作方法的流程示意图及其三维结构示意图。结合图1及图2对该制作方法作具体说明。

结合图1和图2所示，该制作方法包括操作S101～S108。

在操作S101，在同一衬底上依次生长缓冲层和有源层，有源层包括第一有源层、作为激光器区有源层的第二有源层和作为波长稳定区有源层的第三有源层。

根据本发明的实施例，电吸收调制激光器是由调制器部分(EAM)、激光器部分(LD)和波长稳定器部分(SW)集成的器件。在同一衬底10上分别制作调制器、激光器和波长稳定器的掩膜生长图形，再在掩膜生长图形上依次外延生长缓冲层20和有源层30。其中，衬底10可以包括InP基材料体系，缓冲层20可以为InP层。

根据本发明的实施例，有源层包括第一有源层、作为激光器区有源层的第二有源层30和作为波长稳定区有源层的第三有源层依次相邻设置，其中，第一有源层为激光器区和波长稳定区之外的有源层，包括调制器区部分和调制器与激光器之间的部分。

根据本发明的实施例，第一有源层、作为激光器区有源层的第二有源层30和作为波长稳定区有源层的第三有源层为同一有源层，包括在缓冲层上依次生长的多量子阱和光栅层。其中，光栅层可以为InGaAsP层，用于制作光栅；多量子阱为相同的材料，可以为InGaAsP或者InGaAlAs。多量子阱有源层至少包括一层量子阱有源层和势垒层。

根据本发明的实施例，光栅层下为多量子阱，包括第一分别限制层、第二分别限制层及第一分别限制层和第二分别限制层之间的多量子阱层。其中，第一分别限制层为量子阱中上分别限制层，第二分别限制层为量子阱中下分别限制层。

根据本发明的实施例，通过在电吸收调制激光器中加入波长稳定器所在的区域，使得通过调节波长稳定器的电流有效调节波长的稳定，从而控制了器件在工作时因温度过高而引起的波长漂移。

在操作S102，刻蚀掉第一有源层，并对接生长调制器区有源层。

根据本发明的实施例，通过二氧化硅掩膜选择性腐蚀去掉激光器区和波长稳定区以外的有源层，即第一有源层之后，利用对接技术进行调制器区的外延生长，与激光器区对接生长调制器区有源层40。

根据本发明的实施例，调制器区有源层40的带隙波长小于作为激光器作为激光器区有源层的第二有源层30和作为波长稳定区有源层的第三有源层的带隙波长。

根据本发明的实施例，调制区有源层40为多量子阱有源层，多量子阱有源层至少包括一层量子阱有源层和势垒层，多量子阱有源层为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。

根据本发明的实施例，调制区有源层40为多量子阱有源层，多量子阱有源层由多个层叠设置的量子阱构成，包括第三分别限制层、第四分别限制层及第三分别限制层和第四分别限制层之间的多量子阱层。其中，第三分别限制层为量子阱中上分别限制层，第四分别限制层为量子阱中下分别限制层。

在操作S103，在作为激光器区有源层的第二有源层内制作光栅。

根据本发明的实施例，利用电子束刻蚀、聚集离子束刻蚀等方法在作为激光器区有源层的第二有源层30内制作光栅50。

在操作S104，在调制器区有源层上、作为激光器区有源层的第二有源层上和作为波长稳定区有源层的第三有源层上依次生长包层和接触层。

根据本发明的实施例，在调制器区有源层上、作为激光器区有源层的第二有源层上和作为波长稳定区有源层的第三有源层上同时外延生长包层60，在同一包层60上外延生长接触层70。

根据本发明的实施例，包层60为P型掺杂的InP层，厚度为1.5～1.8μm；接触层70为P型掺杂的InGaAs层，厚度为180～220nm。

在操作S105，刻蚀部分包层和接触层制作脊型波导。

根据本发明的实施例，利用传统的光刻工艺，对调制器区有源层上、作为激光器区有源层的第二有源层上和作为波长稳定区有源层的第三有源层上同时外延生长包层60和接触层70进行光刻，去除部分包层和接触层，剩余宽度为3～5μm的包层和接触层，从而形成宽度为3～5μm的直台型脊型波导。

在操作106，刻蚀掉调制器区与激光器区之间、激光器区与波长稳定区之间的接触层，并注入氦离子形成电隔离沟。

根据本发明的实施例，通过采用电感耦合等离子体刻蚀机刻蚀调制揩区与激光器区之间、激光器区与波长稳定区之间的接触层，并利用离子注入技术进行氦离子的注入，在调制器区与激光器区之间、激光器区与波长稳定区之间分别形成电隔离沟80。

根据本发明的实施例，将在刻蚀掉调制器区与激光器区之间、激光器区与波长稳定区之间的接触层处进行氦离子注入，使得氦离子束通过包层60穿过各区域的有源层及以下的各个生长层，直到由于受到各个生长层的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在某一生长层中，形成电隔离沟80。

在操作107，制作调制器区、激光器区和波长稳定器区的P型电极。

在操作108，对同一衬底进行背面减薄，并在衬底背面制作大面积N型电极。

根据本发明的实施例，通过采用光刻及电镀的方法制作调制器区、激光器区和波长稳定器区的P型电极；然后将器件的激光器正面密封，对衬底背面进行机械研磨以使衬底减薄，再利用光刻及电镀方法在衬底背面制作大面积的N型电极，从而完成带有波长稳定的电吸收调制激光器的制备。

根据本发明的实施例，通过在由调制器和激光器集成的电吸收调制激光器中加入波长稳定器，在不改变激光器区电流的情况下，通过调节波长稳定区域的电流可以有效地调节波长，并把波长稳定在目标区域，使得可以有效准确快速地实现激射波长的稳定，避免电流调控带来的不利影响，提高光在光纤中传输的各项性能。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电吸收调制激光器的制作方法，包括：

在同一衬底上依次生长缓冲层和有源层，所述有源层包括第一有源层、作为激光器区有源层的第二有源层和作为波长稳定区有源层的第三有源层；

刻蚀掉所述第一有源层，并对接生长调制器区有源层；

在所述作为激光器区有源层的第二有源层内制作光栅；

在所述调制器区有源层上、所述作为激光器区有源层的第二有源层上和所述作为波长稳定区有源层的第三有源层上依次生长包层和接触层；

刻蚀部分所述包层和接触层制作脊型波导；

刻蚀掉调制器区与激光器区之间、激光器区与波长稳定区之间的接触层，并注入氦离子形成电隔离沟；

制作所述调制器区、激光器区和波长稳定器区的P型电极；

对所述同一衬底进行背面减薄，并在所述衬底背面制作大面积N型电极。

2.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，所述第一有源层、所述作为激光器区有源层的第二有源层和所述作为波长稳定区有源层的第三有源层依次相邻设置。

3.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，所述调制器区有源层的带隙波长小于所述作为激光器区有源层的第二有源层和作为波长稳定区有源层的第三有源层的带隙波长。

4.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，所述有源层包括在所述缓冲层上依次生长的多量子阱和光栅层。

5.根据权利要求4所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，所述光栅层用以制作光栅。

6.根据权利要求4所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，所述光栅层材料为InGaAsP；所述多量子阱为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。

7.根据权利要求6所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，所述多量子阱包括第一分别限制层、第二分别限制层及所述第一分别限制层和所述第二分别限制层之间的多量子阱层。

8.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，

所述调制器区有源层包括多个层叠设置的量子阱，所述量子阱为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。

9.根据权利要求8所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，

所述量子阱包括第三分别限制层、第四分别限制层及所述第三分别限制层和所述第四分别限制层之间的多量子阱层。

10.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器的制作方法，其中，所述包层为P型掺杂的InP层，厚度为1.5～1.8μm；所述接触层为P型掺杂的InGaAs层，厚度为180～220nm。

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