CN117154540A - 电吸收调制激光器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电吸收调制激光器及其制备方法，该方法包括：在衬底上生长基底晶片，并在基底晶片中的光栅层形成光栅结构，将位于EA区域的光栅层腐蚀，在基底晶片表面依次生长P型掺杂层和欧姆接触层，对DFB区域和EA区域的隔离沟区域刻蚀至P型掺杂层。在基底晶片表面生长掺金属的半绝缘层，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平。DFB区域和EA区域的多量子阱为相同外延结构，由一次外延即可生长完成，无需针对EA区域进行复杂的外延对接生长工艺。DFB区域和EA区域的电隔离采用掺金属的半绝缘层设计，可以很好的解决激光器和调制器之间的热串扰和电串扰问题，可提高EML芯片的带宽，改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量。
Description
技术领域
本申请涉及半导体光电子器件技术领域，特别是涉及一种电吸收调制激光器及其制备方法。
背景技术
电吸收调制激光器(EML)是集成了分布反馈(DFB)激光器与电吸收调制器(EA)的光子集成器件。EML由DFB激光器实现光发射功能，由EA实现光调制功能。随着5G高清视频等新技术的兴起，伴随着高带宽、低时延的网络需求，人们对光通信系统中数据传输和处理的要求越来越高。传统的DFB激光器受制于带宽不足和啁啾引起的时延无法满足这一应用，这时EML芯片的高带宽、低啁啾优势，使之成为了一种可行方案。然而，如何提高EML芯片的带宽，以改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量，是一个亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以提高EML芯片的带宽，并改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量的电吸收调制激光器及其制备方法。
一种电吸收调制激光器的制备方法，包括：
在衬底上生长基底晶片，并在所述基底晶片中的光栅层形成光栅结构；其中，所述基底晶片包括依次生长的缓冲层、第一分别限制异质结构层、第一多量子阱层、第二分别限制异质结构层和光栅层；
将位于EA区域的所述光栅层腐蚀，在所述基底晶片表面依次生长P型掺杂层和欧姆接触层，对DFB区域和所述EA区域的隔离沟区域刻蚀至所述P型掺杂层；
在所述基底晶片表面生长掺金属的半绝缘层，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平。
在其中一个实施例中，所述在所述基底晶片中的光栅层形成光栅结构，包括：在所述基底晶片匀光刻胶，通过全息曝光的方式在所述光刻胶上制作光栅图形，并利用湿法腐蚀或干法刻蚀工艺将所述光刻胶上的光栅图形转移到所述光栅层上，再去除所述基底晶片表面的光刻胶，形成所述光栅层上的光栅结构。
在其中一个实施例中，所述将位于EA区域的所述光栅层腐蚀，包括：将非EA区域用光刻胶保护，用湿法腐蚀工艺将所述EA区域的光栅层整体腐蚀掉，再将所述基底晶片表面的光刻胶去除。
在其中一个实施例中，所述P型掺杂层为P型掺杂的InP层，和/或所述欧姆接触层为Zn重掺杂的P-InGaAs欧姆接触层。
在其中一个实施例中，所述第一保护层与所述第二保护层为InP保护层，和/或所述掺金属的半绝缘层为掺钌的半绝缘InP层。
在其中一个实施例中，所述在所述基底晶片表面生长掺金属的半绝缘层，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平之后，该方法还包括：
在所述基底晶片表面制作脊波导，并在所述脊波导两侧的双沟区域形成腐蚀沟道；
在所述基底晶片表面沉积钝化层，并在划线道区域制作出划线道；
在所述基底晶片表面形成DFB电极、EA电极以及覆盖所述脊波导顶部的金属电极；
在所述基底晶片表面形成P面阻抗匹配电阻。
在其中一个实施例中，位于所述DFB区域的脊波导为直波导，位于所述EA区域的脊波导为弯曲波导，且所述弯曲波导的出光面相对于所述直波导的角度为7±0.1度。
在其中一个实施例中，所述在所述基底晶片表面形成P面阻抗匹配电阻之后，该方法还包括：
在所述DFB电极和所述脊波导顶部的金属电极之间，形成一段横跨所述脊波导一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥；
在所述EA电极和所述脊波导顶部的金属电极之间，形成一段横跨所述脊波导另一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥。
在其中一个实施例中，所述在所述EA电极和所述脊波导顶部的金属电极之间，形成一段横跨所述脊波导另一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥之后，该方法还包括：
对所述基底晶片进行P面退火、减薄和抛光，并在所述基底晶片的N面镀上金属电极后进行N面退火；
对所述基底晶片进行巴条解理，并对巴条的出光端镀增透膜，巴条的背光端镀高反膜。
一种电吸收调制激光器，包括衬底、基底晶片、P型掺杂层、欧姆接触层以及掺金属的半绝缘层，所述电吸收调制激光器通过上述的方法进行制备得到。
上述电吸收调制激光器及其制备方法，在衬底上生长基底晶片，并在基底晶片中的光栅层形成光栅结构，将位于EA区域的光栅层腐蚀，在基底晶片表面依次生长P型掺杂层和欧姆接触层，对DFB区域和EA区域的隔离沟区域刻蚀至P型掺杂层。在基底晶片表面生长掺金属的半绝缘层，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平。DFB区域和EA区域的多量子阱为相同外延结构，由一次外延即可生长完成，无需针对EA区域进行复杂的外延对接生长工艺。DFB区域和EA区域的电隔离采用掺金属的半绝缘层设计，可以很好的解决激光器和调制器之间的热串扰和电串扰问题，可提高EML芯片的带宽，改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量。
附图说明
图1为一个实施例中电吸收调制激光器制备方法的流程示意图；
图2为一个实施例中电吸收调制激光器的一次外延基底晶片的外延结构图；
图3为一个实施例中电吸收调制激光器的二次外延工艺流程图；
图4为一个实施例中电吸收调制激光器的三次外延工艺流程图；
图5为另一个实施例中电吸收调制激光器制备方法的流程示意图；
图6为一个实施例中电吸收调制激光器的脊波导结构示意图；
图7为一个实施例中电吸收调制激光器的电极图形和阻抗匹配电阻的分布示意图；
图8和图9为一个实施例中电吸收调制激光器的金属结构的空气桥制备工艺流程图；
图10为一个实施例中电吸收调制激光器的制备工艺流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
与直调DFB激光器相比，EML具有低成本、低啁啾、高调制速率、传输距离长的特点，已经成为高速骨干网和城域网、数据中心等应用场景下光发射模块的最佳解决方案。对于100Gbit/s及以上传输速率的光发射模块而言，传统的DFB激光器受制于带宽不足和啁啾引起的时延无法满足这一应用，这时EML芯片的高带宽、低啁啾优势，使之成为了除了硅光芯片以外，仅有的一种可行方案。但硅光芯片目前整体上还在发展中，它能否在技术上取代EML方案，完全取决于两者之间谁的成本更低。相较于当下而言，EML芯片的潜力并不逊色于硅光芯片。基于此，本申请提供了一种电吸收调制激光器及其制备方法，在衬底上生长基底晶片，并在基底晶片中的光栅层形成光栅结构，将位于EA区域的光栅层腐蚀，在基底晶片表面依次生长P型掺杂层和欧姆接触层，对DFB区域和EA区域的隔离沟区域刻蚀至P型掺杂层。在基底晶片表面生长掺金属的半绝缘层，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平。相对于传统的EML芯片制备方法，可提高EML芯片的带宽，并改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电吸收调制激光器的制备方法，包括：
步骤S101：在衬底上生长基底晶片，并在基底晶片中的光栅层形成光栅结构。其中，基底晶片包括依次生长的缓冲层、第一分别限制异质结构层、第一多量子阱层、第二分别限制异质结构层和光栅层。
具体地，衬底可采用InP(磷化铟)衬底。如图2所示，在提供的InP衬底101上依次生长缓冲层102、第一分别限制异质结构层103、第一多量子阱层104、第二分别限制异质结构层105和光栅层106，形成一次外延的基底晶片(base wafer)。其中，缓冲层102可采用N型掺杂的InP层。第一多量子阱层104的材质和结构并不唯一，第一多量子阱层104具体可以是InGaAsP(铟镓砷磷)或InGaAlAs(铟镓铝砷)结构，第一多量子阱层104至少包括一层量子阱有源层和势垒层。进一步地，光栅层106也可采用InGaAsP(铟镓砷磷)结构。
在一个实施例中，步骤S101中在基底晶片中的光栅层形成光栅结构，包括：在基底晶片匀光刻胶，通过全息曝光的方式在光刻胶上制作光栅图形，并利用湿法腐蚀或干法刻蚀工艺将光刻胶上的光栅图形转移到光栅层上，再去除基底晶片表面的光刻胶，形成光栅层上的光栅结构。
具体地，如图3所示，在一次外延后的基底晶片上匀光刻胶，通过全息曝光的方式在光刻胶上制作光栅图形，并利用湿法腐蚀或者干法刻蚀工艺将光刻胶上的光栅图形转移到光栅层106上，最后完全去除基底晶片表面的光刻胶，形成光栅层106上的光栅结构106a。其中，光栅结构106a的具体结构可根据实际需要进行设置，本实施例中，光栅结构106a为均匀光栅结构，周期为247nm，占空比为50％±10％。
步骤S102：将位于EA区域的光栅层腐蚀，在基底晶片表面依次生长P型掺杂层和欧姆接触层，对DFB区域和EA区域的隔离沟区域刻蚀至P型掺杂层。可通过光刻工艺定义出EA区域和非EA区域，将位于EA区域的光栅层腐蚀。
在一个实施例中，步骤S102中将位于EA区域的光栅层腐蚀，包括：将非EA区域用光刻胶保护，用湿法腐蚀工艺将EA区域的光栅层整体腐蚀掉，再将基底晶片表面的光刻胶去除。如图3所示，可通过光刻工艺定义出EA区域和非EA区域，将非EA区域用光刻胶保护，用湿法腐蚀工艺将EA区域的光栅层106a整体腐蚀掉，再将基底晶片表面的光刻胶去除。这一步的目的是将整面覆盖的均匀光栅变为部分光栅，光栅刻蚀凹槽只分布在非EA区域，而EA区域没有。其中，湿法腐蚀工艺采用的是H2SO4:H2O2:H2O＝1:1:20的刻蚀溶液。
P型掺杂层和欧姆接触层的具体结构都不是唯一的，P型掺杂层可以是P型掺杂的InP层，欧姆接触层可以是Zn(锌)重掺杂的P-InGaAs欧姆接触层。继续参照图3，在基底晶片表面生长P-InP层201和Zn重掺杂的P-InGaAs欧姆接触层202，此为第二次外延生长工艺。其中，P型掺杂的InP层201厚度可以是1.5um-1.8um；P-InGaAs欧姆接触层202的厚度可以是200nm-400nm。
进一步地，如图4所示，通过光刻工艺定义出DFB区域和EA区域的隔离沟，隔离沟以外的区域采用SiO2掩模层301做掩模保护。将隔离沟区域的InGaAs欧姆接触层202刻蚀掉，刻蚀深度停留在P-InP层201中。其中，隔离沟区域的长度可以是20um-40um。本实施例中，隔离沟区域的长度为20um。进一步地，隔离沟区域半导体材料的刻蚀深度介于0.8um-1.2um之间，刻蚀深度不能进入DFB区域的第一多量子阱层104里面，以免造成有源区损伤，影响EML激光器的性能和可靠性。本实施例中，隔离沟区域半导体材料的刻蚀深度为1.0um。
步骤S103：在基底晶片表面生长掺金属的半绝缘层，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平。其中，掺金属的半绝缘层可以是掺钌的半绝缘InP层。具体地，如图4所示，可在基底晶片表面生长掺钌的半绝缘InP层302，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平，使半绝缘掺钌的InP层302表面和DFB区域、EA区域的P-InGaAs欧姆接触层202的表面为同一水平，此为第三次外延生长工艺。至此，该EML激光器完成了所有外延结构的生长。其中，钌的掺杂浓度可以在0.8×10^18/cm-3-8×10^18/cm-3。
上述电吸收调制激光器制备方法，DFB区域和EA区域的多量子阱为相同外延结构，由一次外延即可生长完成，无需针对EA区域进行复杂的外延对接生长工艺。DFB区域和EA区域的电隔离采用掺金属的半绝缘层设计，可以很好的解决激光器和调制器之间的热串扰和电串扰问题，可提高EML芯片的带宽，改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量。
在一个实施例中，如图5所示，步骤S103之后，该方法还包括：
步骤S104：在基底晶片表面制作脊波导，并在脊波导两侧的双沟区域形成腐蚀沟道。具体地，可通过光刻工艺制作脊波导，并通过刻蚀工艺最终制作脊波导完成。在一个实施例中，位于DFB区域的脊波导为直波导，位于EA区域的脊波导为弯曲波导，且弯曲波导的出光面相对于直波导的角度为7±0.1度。具体地，为了降低EML芯片出光端的反射光功率，增大回波损耗，本实施例中DFB区域的波导设计为直波导，而EA区域的波导为弯曲波导，且EA区域波导的出光面相对于DFB区域的直波导的角度为7°。如图6所示，1-2之间为DFB区域段脊波导，2-3之间为隔离沟所在波导区域，3-4之间为EA区域段脊波导。其中，DFB区域和EA区域的脊波导宽度控制在1.8um±0.2um。
然后，通过光刻工艺，在脊波导两侧的双沟区域各打开一段区域，通过湿法腐蚀的方式形成2个对称分布的腐蚀沟道。其中，如图6所示，腐蚀沟道的形状为类半圆形，沟道的深度为3um-5um，且沟道的中心距离沟道一边的脊波导下底边的距离L1为20um。
本实施例中，EA区域采用弯曲波导设计，增大出面端面处的回波损耗，提高EML芯片的带宽，改善高调制速率下光发射模块端的眼图质量。
步骤S105：在基底晶片表面沉积钝化层，并在划线道区域制作出划线道。在脊波导两侧的双沟区域形成腐蚀沟道之后，接着进行钝化层的沉积，然后通过光刻工艺定义划线道区域，通过湿法腐蚀钝化层的方式制作出划线道。其中，钝化层的沉积材料可以为SiN(氮化硅)，厚度可以为400nm±50nm。湿法腐蚀中采用的湿法腐蚀溶液为BOE(Buffered OxideEtch，缓冲氧化物刻蚀液)溶液。
步骤S106：在基底晶片表面形成DFB电极、EA电极以及覆盖脊波导顶部的金属电极。如图7所示，可通过光刻工艺定义出DFB区域、EA区域的电极pad图形，并把脊波导顶部也露出来，再通过电子束蒸发和传统金属liftoff工艺的方式，形成DFB电极pad和EA电极pad，并且脊波导顶部同步覆盖有金属电极。其中，金属电极的材料可以为Ti(钛)/Pt(铂)/Au(金)等。金属电极的厚度为Ti：50nm；Pt：80nm；Au：120nm。
步骤S107：在基底晶片表面形成P面阻抗匹配电阻。具体地，可通过光刻工艺定义出P面阻抗匹配电阻的图形，再通过电子束蒸发和传统金属liftoff工艺的方式，在P面形成一个阻抗匹配电阻。如图7所示，阻抗匹配电阻呈Z字型设计，材料为Ti。进一步的，阻抗匹配电阻的形状为连续蜿蜒分布的“Z”字型，且电阻值为50Ω±10Ω。
本实施例中，在基底晶片表面集成了阻抗匹配电阻，可以通过实现激光器在高速调制状态下高频电路的阻抗匹配增大激光器的带宽，提高EML芯片的带宽，并改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量。
在一个实施例中，如图5所示，步骤S107之后，该方法还包括：
步骤S108：在DFB电极和脊波导顶部的金属电极之间，形成一段横跨脊波导一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥。
步骤S109：在EA电极和脊波导顶部的金属电极之间，形成一段横跨脊波导另一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥。
具体地，如图8所示，可在基底晶片表面旋涂PMGI负光刻胶401，通过光刻工艺把DFB电极pad、EA电极pad和脊波导顶部的电极图形露出来，其余区域均被PMGI覆盖，使得DFB电极pad和脊波导之间为PMGI填充，EA电极pad和脊波导之间也为PMGI所填充，这样相当于利用PMGI在DFB电极pad和脊波导之间建立了桥梁，在EA电极pad和脊波导之间也架起了桥梁，并且脊波导两侧双沟内的腐蚀沟道也被PMGI填充。光刻工艺完成后，接着对基底晶片进行烘烤，使PMGI光刻胶产生回流(reflow)。
进一步地，如图9所示，在基底晶片表面旋涂常规的负性光刻胶402，通过光刻工艺将DFB电极pad、DFB电极pad和脊波导顶部之间连接的区域、EA电极pad以及EA电极pad和脊波导顶部相连接的区域的图形打开。通过常规的电子束蒸发工艺蒸镀和传统金属liftoff工艺的方式，使DFB电极pad和脊波导顶部的金属电极相连，EA电极pad和脊波导顶部的金属电极相连。这样，由于liftoff工艺将填充在脊波导双沟两侧的腐蚀沟道内的PMGI光刻胶401去除掉，因此，在DFB电极pad和脊波导顶部之间形成了一段横跨脊波导一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥403，在EA电极pad和脊波导顶部之间也形成了一段横跨脊波导另一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥403。其中，金属结构的空气桥可以为Au材质，Au的厚度为3.0±0.5um。
需要说明的是，DFB电极pad、EA电极pad和脊波导顶部电极之间的金属结构的空气桥制备工艺相同，在图8-图9中仅对DFB电极pad和脊波导顶部电极之间的金属结构空气桥制备工艺做出说明，EA电极pad处的金属结构空气桥制备工艺不再赘述。
本实施例中，通过设计空气桥结构的DFB区和EA区的金属电极，可以降低激光器电极处的寄生电容，增大激光器的带宽，从而提高EML芯片的带宽，并改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量。
在一个实施例中，步骤S109之后，该方法还包括：对基底晶片进行P面退火、减薄和抛光，并在基底晶片的N面镀上金属电极后进行N面退火；对基底晶片进行巴条解理，并对巴条的出光端镀增透膜，巴条的背光端镀高反膜。
具体地，首选对基底晶片进行P面退火，P面退火的条件为：425℃、60s。然后对基底晶片进行减薄、抛光，并在N面镀上金属电极，并进行N面退火。其中，金属电极可以是Ti/Pt/Au，N面蒸镀Ti的厚度为40nm，Pt的厚度为80nm，Au的厚度为200nm。进一步地，N面退火的条件为：330℃、60s。
对基底晶片进行巴条解理，并对巴条的出光端镀增透膜，巴条的背光端镀高反膜。镀膜完成以后的巴条，通过解理就可以得到单颗的EML激光器芯片。其中，出光端镀增透膜的反射率为低于0.1％，背光端镀高反膜的反射率为92％-96％。
在一个实施例中，还提供了一种电吸收调制激光器，包括衬底、基底晶片、P型掺杂层、欧姆接触层以及掺金属的半绝缘层，进一步地，电吸收调制激光器还可包括脊波导、钝化层、DFB电极、EA电极、覆盖脊波导顶部的金属电极、P面阻抗匹配电阻以及金属结构的空气桥。电吸收调制激光器通过上述的方法进行制备得到。
为便于更好地理解上述电吸收调制激光器及其制备方法，下面结合具体实施例进行详细解释说明。
以光通信系统中城域接入网应用的1577nm EML半导体激光器芯片为例，如图2-图10所示，工艺流程包括以下步骤：
1：提供一InP衬底101，并在衬底上依次生长缓冲层102、第一分别限制异质结构层103、第一多量子阱层104、第二分别限制异质结构层105和光栅层106，形成一次外延基底晶片。其中，缓冲层102可采用N型掺杂的InP层。
进一步的，第一多量子阱层104为InGaAsP(铟镓砷磷)或InGaAlAs(铟镓铝砷)结构，第一多量子阱层104至少包括一层量子阱有源层和势垒层。光栅层106为InGaAsP(铟镓砷磷)结构。
2：在基底晶片上匀光刻胶，通过全息曝光的方式，在光刻胶上制作光栅，并利用湿法腐蚀或者干法刻蚀工艺将光刻胶上的光栅图形转移到光栅层106上，最后完全去除基底晶片表面的光刻胶，形成光栅层上的光栅结构106a。
进一步的，光栅106a为均匀光栅结构，周期为247nm，占空比为50％±10％。
3：通过光刻工艺定义出EA区域和非EA区域，将非EA区域用光刻胶保护，用湿法腐蚀工艺将EA区域的光栅层106a整体腐蚀掉，再将基底晶片表面的光刻胶去除。这一步的目的是将整面覆盖的均匀光栅变为部分光栅，光栅刻蚀凹槽只分布在非EA区域，而EA区域没有。
进一步的，湿法腐蚀工艺采用的是H2SO4:H2O2:H2O＝1:1:20的刻蚀溶液。
4：在基底晶片表面依次生长P-InP层201和Zn重掺杂的P-InGaAs欧姆接触层202，此为第二次外延生长工艺。
进一步的，P型掺杂的InP层201厚度为1.5um-1.8um；P-InGaAs欧姆接触层202的厚度为200nm-400nm。
5：通过光刻工艺定义出DFB和EA区域的隔离沟，再将隔离沟区域的InGaAs欧姆接触层202刻蚀掉，刻蚀深度停留在P-InP层201中，其中隔离沟以外的区域为SiO2掩模层301做保护。
进一步的，隔离沟区域的长度为20um-40um。本实施例中采用隔离沟区域的长度为20um。
进一步的，隔离沟区域半导体材料的刻蚀深度介于0.8um-1.2um之间，刻蚀深度不能进入DFB区域的第一多量子阱层104里面，以免造成有源区损伤，影响EML激光器的性能和可靠性。本实施例中，隔离沟区域半导体材料的刻蚀深度为1.0um。
6：在基底晶片表面生长掺钌的半绝缘InP层302，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平，使半绝缘掺钌的InP层302表面和DFB区域、EA区域的P-InGaAs欧姆接触层202的表面为同一水平，此为第三次外延生长工艺。
进一步的，钌的掺杂浓度在0.8-8×10^18/cm-3。
至此，该EML激光器完成了所有外延结构的生长。
7：通过光刻工艺制作脊波导，并通过刻蚀工艺最终制作脊波导完成。为了降低EML芯片出光端的反射光功率，增大回波损耗，DFB区域的波导为直波导设计，而EA区域的波导为弯曲波导，且EA区域波导的出光面相对于DFB区域的直波导的角度为7°。在图6中，1-2之间为DFB段脊波导，2-3之间为隔离沟所在波导区域，3-4之间为EA段脊波导。
进一步的，DFB区域和EA区域的脊波导宽度控制在1.8um±0.2um。
进一步的，EA区域弯曲波导的出光面相对于DFB区域直波导的角度控制在7±0.1°。
8：通过光刻工艺，在脊波导两侧的双沟区域各打开一段区域，通过湿法腐蚀的方式形成2个对称分布的腐蚀沟道。
进一步的，腐蚀沟道的形状为类半圆形，沟道的深度为3um-5um，且沟道的中心距离沟道一边的脊波导下底边的距离L1为20um。
9：接着进行钝化层的沉积。
进一步的，钝化层的沉积材料为SiN，厚度为400nm±50nm。
10：通过光刻工艺定义划线道区域，通过湿法腐蚀钝化层的方式制作出划线道。
进一步的，湿法腐蚀溶液为BOE溶液。
11：通过光刻工艺定义出DFB区域、EA区域的电极pad图形，并把脊波导顶部也露出来，再通过电子束蒸发和传统金属liftoff工艺的方式，形成DFB电极pad和EA电极pad，并且脊波导顶部同步覆盖有金属电极。金属电极的材料一般为Ti/Pt/Au(钛/铂/金)结构，金属厚度为Ti 50nm,Pt 80nm，Au 120nm。
12：通过光刻工艺定义出P面阻抗匹配电阻的图形，再通过电子束蒸发和传统金属liftoff工艺的方式，在P面形成一个阻抗匹配电阻。阻抗匹配电阻呈Z字型设计，材料为Ti。进一步的，阻抗匹配电阻的形状为连续蜿蜒分布的“Z”字型，且电阻值等于50Ω±10Ω。
13：在基底晶片表面旋涂PMGI负光刻胶401，通过光刻工艺把DFB电极pad、EA电极pad和脊波导顶部的电极图形露出来，其余区域均被PMGI所覆盖，使得DFB电极pad和脊波导之间为PMGI填充，EA电极pad和脊波导之间也为PMGI填充，这样相当于利用PMGI在DFB电极pad和脊波导之间建立了桥梁，在EA电极pad和脊波导之间也架起了桥梁，并且脊波导两侧双沟内的腐蚀沟道也被PMGI所填充。光刻工艺完成后，接着对基底晶片进行烘烤，使PMGI光刻胶产生reflow。
14：接着在基底晶片表面旋涂常规的负性光刻胶402，通过光刻工艺将DFB电极pad、DFB电极pad和脊波导顶部之间连接的区域、EA电极pad以及EA电极pad和脊波导顶部相连接的区域的图形打开。
通过常规的电子束蒸发工艺蒸镀和传统金属liftoff工艺的方式，使DFB电极pad和脊波导顶部的金属电极相连，EA电极pad和脊波导顶部的金属电极相连。这样，由于liftoff工艺将填充在脊波导双沟两侧的腐蚀沟道内的PMGI光刻胶401去除掉，因此，在DFB电极pad和脊波导顶部之间形成了一段横跨脊波导一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥403，在EA电极pad和脊波导顶部之间也形成了一段横跨脊波导另一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥403。进一步的，金属结构的空气桥一般为Au，Au的厚度为3.0±0.5um。
进一步的，DFB电极pad、EA电极pad和脊波导顶部电极之间的金属结构的空气桥制备工艺相同，在图8-图9中仅对DFB电极pad和脊波导顶部电极之间的金属结构空气桥制备工艺做出说明，EA电极pad处的金属结构空气桥制备工艺不再赘述。
15：对基底晶片进行P面退火。
进一步的，P面退火的条件是425℃、60s。
16：对基底晶片进行减薄、抛光，并在N面镀上Ti/Pt/Au金属电极，并进行N面退火。
进一步的，N面蒸镀Ti的厚度为40nm，Pt的厚度为80nm，Au的厚度为200nm。
进一步的，N面退火的条件是330℃、60s。
17：对基底晶片进行巴条解理，并对巴条的出光端镀增透膜，巴条的背光端镀高反膜。镀膜完成以后的巴条，通过解理就可以得到单颗的EML激光器芯片。
进一步的，出光端镀增透膜的反射率为低于0.1％，背光端镀高反膜的反射率为92％-96％。
上述电吸收调制激光器的制备方法，包括以下优点：
1)DFB区域和EA区域的多量子阱为相同外延结构，由一次外延即可生长完成，无需针对EA区域进行复杂的外延对接生长工艺。
2)DFB区域和EA区域的电隔离采用掺钌的半绝缘层设计，其隔离电阻可达几十兆欧姆量级，可以很好的解决激光器和调制器之间的热串扰和电串扰问题，并缩窄EML激光器芯片的光谱线宽。
3)通过设计空气桥结构的DFB区域和EA区域的金属电极，可以降低激光器电极处的寄生电容，增大激光器的带宽。
4)在基底晶片表面集成了一个50欧姆的阻抗匹配电阻，可以通过实现激光器在高速调制状态下高频电路的阻抗匹配增大激光器的带宽。
5)EA区域采用7°角弯曲波导设计，增大出面端面处的回波损耗，改善高调制速率下光发射模块端的眼图质量。
本申请提供的电吸收调制激光器及其制备方法，相对于传统的EML芯片制备方法，可显著提高EML芯片的带宽，并改善在高调制速率下光发射模块的眼图质量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电吸收调制激光器的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底上生长基底晶片，并在所述基底晶片中的光栅层形成光栅结构；其中，所述基底晶片包括依次生长的缓冲层、第一分别限制异质结构层、第一多量子阱层、第二分别限制异质结构层和光栅层；
将位于EA区域的所述光栅层腐蚀，在所述基底晶片表面依次生长P型掺杂层和欧姆接触层，对DFB区域和所述EA区域的隔离沟区域刻蚀至所述P型掺杂层；
在所述基底晶片表面生长掺金属的半绝缘层，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述基底晶片中的光栅层形成光栅结构，包括：在所述基底晶片匀光刻胶，通过全息曝光的方式在所述光刻胶上制作光栅图形，并利用湿法腐蚀或干法刻蚀工艺将所述光刻胶上的光栅图形转移到所述光栅层上，再去除所述基底晶片表面的光刻胶，形成所述光栅层上的光栅结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将位于EA区域的所述光栅层腐蚀，包括：将非EA区域用光刻胶保护，用湿法腐蚀工艺将所述EA区域的光栅层整体腐蚀掉，再将所述基底晶片表面的光刻胶去除。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述P型掺杂层为P型掺杂的InP层，和/或所述欧姆接触层为Zn重掺杂的P-InGaAs欧姆接触层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一保护层与所述第二保护层为InP保护层，和/或所述掺金属的半绝缘层为掺钌的半绝缘InP层。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述在所述基底晶片表面生长掺金属的半绝缘层，将隔离沟被刻蚀掉的区域填平之后，还包括：
在所述基底晶片表面制作脊波导，并在所述脊波导两侧的双沟区域形成腐蚀沟道；
在所述基底晶片表面沉积钝化层，并在划线道区域制作出划线道；
在所述基底晶片表面形成DFB电极、EA电极以及覆盖所述脊波导顶部的金属电极；
在所述基底晶片表面形成P面阻抗匹配电阻。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，位于所述DFB区域的脊波导为直波导，位于所述EA区域的脊波导为弯曲波导，且所述弯曲波导的出光面相对于所述直波导的角度为7±0.1度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述基底晶片表面形成P面阻抗匹配电阻之后，还包括：
在所述DFB电极和所述脊波导顶部的金属电极之间，形成一段横跨所述脊波导一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥；
在所述EA电极和所述脊波导顶部的金属电极之间，形成一段横跨所述脊波导另一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在所述EA电极和所述脊波导顶部的金属电极之间，形成一段横跨所述脊波导另一侧双沟内腐蚀沟道的金属结构的空气桥之后，还包括：
对所述基底晶片进行P面退火、减薄和抛光，并在所述基底晶片的N面镀上金属电极后进行N面退火；
对所述基底晶片进行巴条解理，并对巴条的出光端镀增透膜，巴条的背光端镀高反膜。
10.一种电吸收调制激光器，其特征在于，包括衬底、基底晶P型掺杂层、欧姆接触层以及掺金属的半绝缘层，所述电吸收调制激光器通过权利要求1-9任意一项所述的方法进行制备得到。
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