CN1426138A - 混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器和制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器，包括：脊型波导结构电吸收调制器；脊型波导结构的隔离区，该隔离区与该电吸收调制器相连；掩埋异质结构DFB隔离区，该激光器与该隔离区相连；所说的电吸收调制器、隔离区、激光器均制作在同一衬底上。
Description
技术领域
本发明涉及一种反馈激光器和制作方法，特别是指一种混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器和制作方法，其可实现高效率、低阈值的电吸收调制分布反馈激光器〔分布反馈激光器(DFB-LD)与电吸收调制器(EA modulator)单片集成器件，又称EML〕的新型结构。
背景技术
电吸收调制DFB激光器已经成为长途干线高速光通讯系统采用的主要光源，目前采用的主要结构有：1)、聚酰亚胺掩埋的脊型波导结构，代表有日本的KDD公司于1987年发表在杂志Joumal of LightwaveTechnology，LT-5(9)上第1277页的文章，日本NTT公司于1992年发表于IEEE Photonics Technology Letter，4(1)上第16页的文章，法国电信(France Telecom)于1997年发表于IEEE Photonics Technology Letter，9(7)上第898页的文章；2)、采用p型磷化铟(p-InP)/n型磷化铟(n-InP)异质结或单层p-InP掩埋激光器和调制器结构，代表有日本日立(Hitachi)公司于1991年发表于Electronics Letters，27(23)上第2138页的文章，日本NEC公司于1992年发表于1992年Electronics Letters，28(2)上第153页的文章；上述两种方法缺点明显：采用第一种方法对激光器的性能和寿命有影响，第二种对调制器的调制速率、动态啁啾有影响，因此在1990年后制作的EML大多采用第三种方法，3)、掺铁半绝缘InP掩埋结构，代表有日本日立公司于1993年发表于IEEE JoumalofQuantum Electronics，29(6)上第2088页的文章，美国贝尔实验室于1994年发表于Joumal of Crystal Growth，145卷上第902页的文章，日本富士通(Fujitsu)公司于1995年发表于0ptoelectronics-Devices and Technologies，10(1)第89页的文章，日本NTT公司于1997年发表于IEEE Joumal ofSelected Topics in Quantum Electronics，3(2)上第336页的文章；采用这种结构，尽管EML的特性得到了极大的提高，但也有局限性，在InP中掺铁会有严重的杂质扩散问题、影响激光器寿命、外延次数增加、成本高，因此我们提出了一种结构简单、成本低、性能可靠的EML(中国专利，申请号：00109780.6)；但这种EML的阈值偏大、出光功率低。
在以往报道中，EML中的激光器和调制器采用相同的结构，掩埋条形结构或脊型波导结构。采用掩埋条形结构，为达到所需的调制速率，必须采用半绝缘InP来掩埋，而掺铁将带来一系列的问题，诸如：铁、锌互扩散影响激光器寿命等；采用脊型波导结构，尽管制作工艺简单，但激光器的阈值很难达到20毫安以下，激光器的出光效率也偏低。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器和制作方法，其是一新结构的低阈值、高效率、高速电吸收调制DFB激光器及制作方法，其可实现高效率、低阈值的电吸收调制分布反馈激光器与电吸收调制器单片集成器件。
本发明一种混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器，其特征在于，包括：脊型波导结构电吸收调制器；脊型波导结构的隔离区，该隔离区与该电吸收调制器相连；掩埋异质结构DFB隔离区，该激光器与该隔离区相连；所说的电吸收调制器、隔离区、激光器均制作在同一衬底上。
其中激光器的长度在200～600微米，调制器长度在100～300微米，隔离区长度在20～100微米。
本发明一种混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、在生长有不同能带带隙有源层材料的基片的激光器部分选择制作Bragg光栅；
2)、把调制器出光端面的有源层采用选择刻蚀方法去掉；
3)、采用MOCVD生长磷化铟间隔层、铟镓砷磷刻蚀停止层；
4)、采用宽度为2微米的条形二氧化硅或氮氧化硅盖住激光器，宽度为5～300微米的条形二氧化硅或氮氧化硅盖住调制器，采用化学腐蚀方法把未遮盖部分的有源区去掉，一直刻蚀到衬底；
5)、采用MOCVD生长非掺杂磷化铟、p型磷化铟和n型磷化铟；
6)、去掉条形二氧化硅或氮氧化硅后，采用MOCVD生长磷化铟盖层和铟镓砷接触层；
7)、用光刻胶盖住激光器后，采用选择刻蚀方法刻蚀出1.5～7微米宽的脊型波导调制器、隔离区；
8)、用光刻胶盖住激光器、调制器后，采用选择刻蚀方法去掉隔离区的铟镓砷接触层，并在该区域注入高能量的氢或氦离子；
9)、生长二氧化硅或氮氧化硅绝缘膜，把激光器上5～50微米宽和调制器脊型波导上的绝缘膜去掉；
10)、在调制器一侧淀积聚酰亚胺；
11)、采用带胶剥离技术制作激光器和调制器的图形电极，其中调制器的压焊电极制作在聚酰亚胺上。
其中采用选择化学腐蚀方法去掉窗口区的有源层。
其中在刻蚀好光栅和窗口区的基片上生长非掺杂的磷化铟间隔层和铟镓砷磷刻蚀停止层。
其中采用宽度不同的条形二氧化硅或氮氧化硅掩盖激光器和调制器，并采用化学腐蚀方法刻蚀有源层。
其中在激光器和调制器的刻蚀停止层上同时生长磷化铟盖层和铟镓砷接触层。
其中采用选择刻蚀方法刻蚀出1.5～7微米宽的脊型波导结构的调制器、隔离区，刻蚀自动停止在刻蚀停止层。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例，对本发明作一详细的描述，其中：
图1是混合波导电吸收调制DFB激光器所采用的结构示意图。
具体实施方式
本发明结合了掩埋条形结构和脊型波导结构的优点，在激光器部分采用掩埋条形结构，在调制器部分采用脊型波导结构，充分利用这两种结构在激光器和调制器中的优点；激光器部分采用异质结掩埋后，阈值可以降低、效率提高，而且还没有半绝缘InP掩埋的铁锌互扩散的问题，寿命可以得到保证；调制器部分采用脊型波导结构后，可以降低寄生电容，调制器的高速运行可以得到保证；在激光器与调制器之间部分采用脊型波导结构，容易实现激光器与调制器的高度隔离，降低串扰。
本发明的一个实施例如下。如图1所示，器件包括三部分：激光器102、调制器100和隔离区101，在衬底1上有n型InP缓冲层2、有源层3、间隔层4、刻蚀停止层5，在激光器102的有源层两侧有非掺杂InP 6/p型InP 7/n型InP 8构成的电流阻挡层，在激光器102和调制器100上有InP盖层/接触层9，激光器102的电极10，调制器100电极11，隔离槽12，调制器100电极11下是聚酰亚胺13，调制器100的出光窗口14，在激光器102有源层上有光栅15。激光器102的长度为200-600微米，调制器的长度为100-300微米。隔离槽12长度为20-80微米，调制器出光窗口14的长度为10-60微米。
下面结合图1描述本发明的实现方法。
在生长有不同能带带隙宽度材料3的衬底1上，首先在激光器102部分的有源层上选择制作光栅15，并刻出窗口14；随后采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)生长InP间隔层4、InGaAsP刻蚀停止层5；然后用宽度为2微米/5～300微米的条形二氧化硅盖住激光器/调制器，然后把未掩盖部分的间隔层4、刻蚀停止层5、有源层3刻蚀掉；然后采用MOCVD生长非掺杂InP 6/p型InP 7/n型InP 8；去掉二氧化硅后，采用MOCVD生长InP盖层/接触层9；再用宽度为20～300微米/2～6微米的光刻胶盖住激光器/调制器，选择刻蚀盖层/接触层9，一直刻蚀到停止层5；再用光刻胶盖住激光器和调制器，露出隔离区12，选择刻蚀去掉隔离区上的接触层，并在该区域注入高能量氢或氦离子；然后在调制器一侧淀积聚酰亚胺13，最后制作激光器电极10和调制器电极11。
采用该方法制作的电吸收调制DFB激光器具有以下优点：激光器采用InP掩埋，可以降低激光器的阈值，减小漏电流，提高激光器的效率；调制器采用脊型波导结构，可减小寄生电容，提高调制速率；在隔离区采用脊型波导结构，并采用离子注入，易于获得高隔离度，减小激光器与调制器的电串扰。
Claims (8)
1、一种混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器，其特征在于，包括：脊型波导结构电吸收调制器；脊型波导结构的隔离区，该隔离区与该电吸收调制器相连；掩埋异质结构DFB隔离区，该激光器与该隔离区相连；所说的电吸收调制器、隔离区、激光器均制作在同一衬底上。
2、按权利要求1所述的混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器，其特征在于，其中激光器的长度在200～600微米，调制器长度在100～300微米，隔离区长度在20～100微米。
3、一种混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、在生长有不同能带带隙有源层材料的基片的激光器部分选择制作Bragg光栅；
2)、把调制器出光端面的有源层采用选择刻蚀方法去掉；
3)、采用MOCVD生长磷化铟间隔层、铟镓砷磷刻蚀停止层；
4)、采用宽度为2微米的条形二氧化硅或氮氧化硅盖住激光器，宽度为5～300微米的条形二氧化硅或氮氧化硅盖住调制器，采用化学腐蚀方法把未遮盖部分的有源区去掉，一直刻蚀到衬底；
5)、采用MOCVD生长非掺杂磷化铟、p型磷化铟和n型磷化铟；
6)、去掉条形二氧化硅或氮氧化硅后，采用MOCVD生长磷化铟盖层和铟镓砷接触层；
7)、用光刻胶盖住激光器后，采用选择刻蚀方法刻蚀出1.5～7微米宽的脊型波导调制器、隔离区；
8)、用光刻胶盖住激光器、调制器后，采用选择刻蚀方法去掉隔离区的铟镓砷接触层，并在该区域注入高能量的氢或氦离子；
9)、生长二氧化硅或氮氧化硅绝缘膜，把激光器上5～50微米宽和调制器脊型波导上的绝缘膜去掉；
10)、在调制器一侧淀积聚酰亚胺；
11)、采用带胶剥离技术制作激光器和调制器的图形电极，其中调制器的压焊电极制作在聚酰亚胺上。
4、根据权利要求3所述的混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器的制作方法，其特征在于，其中采用选择化学腐蚀方法去掉窗口区的有源层。
5、根据权利要求3所述的混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器的制作方法，其特征在于，其中在刻蚀好光栅和窗口区的基片上生长非掺杂的磷化铟间隔层和铟镓砷磷刻蚀停止层。
6、根据权利要求3所述的混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器的制作方法，其特征在于，其中采用宽度不同的条形二氧化硅或氮氧化硅掩盖激光器和调制器，并采用化学腐蚀方法刻蚀有源层。
7、根据权利要求3所述的混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器的制作方法，其特征在于，其中在激光器和调制器的刻蚀停止层上同时生长磷化铟盖层和铟镓砷接触层。
8、根据权利要求3所述的混合波导结构电吸收调制分布反馈激光器的制作方法，其特征在于，其中采用选择刻蚀方法刻蚀出1.5～7微米宽的脊型波导结构的调制器、隔离区，刻蚀自动停止在刻蚀停止层。
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