CN1937335A - 可调谐电吸收调制分布布拉格反射激光器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别是该器件内集成了电吸收调制器和分布布拉格反射半导体激光器的制作方法。其方法是结合了选区外延生长(SAG)和量子阱混杂技术(QWI)的优点，通过选区外延生长的方法形成器件的增益区和调制器区，用量子阱混杂技术在调制器区进一步实现带隙波长蓝移形成DBR区。通过离子注入实现器件各个区域的电隔离。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别是该器件内集成了电吸收调制器和分布布拉格反射半导体激光器的制作方法。
背景技术
波长可调谐半导体激光器是波分复用(WDM)光通信系统中的关键器件，它可以作为提供多波长的备份激光器，减少激光器的储备，节约开支；当拥有波长路由节点上时，可增加系统的灵活性，因而具有广泛的应用前景。集成了电吸收调制器的激光器(EML)件由于器件体积小，成本低，相对于直接调制的激光器而言，EML具有更远的传输距离，在10Gb/s下可以传输120km，EML成为10Gb/s以上光城域网和干线网中的理想光源。波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射半导体激光器集中了EML的特点已及可调谐的优点可以作为长途骨干光传输网的光反射器件或备份器件。而且从材料特性来看，波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射半导体激光器制作中需要三种不同带隙波长材料集成：例如对于工作在1.55um低损耗光纤通讯窗口的波长可调谐电吸收分布布拉格反射半导体激光器而言，需要带隙波长为1.55um的增益材料和带隙波长约为1.49-1.50um的电吸收调制器材料和带隙波长小于1.45um的低损耗波导材料的平面集成。
目前在同一外延片上不同区域实现不同带隙波长材料集成的方法包括：对接生长(Butt-joint)以及选择区域生长(Selective Area Growth)，简称SAG。对接生长采用腐蚀/再生长技术，不同带隙波长材料在不同的外延过程中实现，增加的外延次数使器件制作工艺变得复杂，而且对接界面通常很难完全消除反射和光耦合损耗；选择区域生长是通过二氧化硅(SiO2)介质膜对于金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)生长的促进作用，在不同区域实现不同带隙波长，带隙波长差易于控制，但由于生长气体的横向扩散，导致不同带隙波长区域之间存在一个大于30um的过渡区，对器件功能造成一定影响。量子阱混杂工艺(QWI)是一种生长后处理技术，通过在量子阱材料的表层产生点缺陷，通过快速退火使点缺陷向量子阱区域移动，诱导量子阱和垒材料的界面处发生互混杂，导致材料组分发生变化，从而改变带隙波长。通过控制不同区域的点缺陷密度，以及量子阱混杂程度可以控制带隙波长的变化量。该方法的优点是不需要再生长过程，不同材料的过渡区很小，简单方便。该发明中，采用了两种集成技术方法，发挥了各自的优势。
相关专利：
1.“波长可调谐分布反射半导体激光器的制作方法，”申请人：张靖，赵玲娟，王圩，申请号：200410073859.1发文日期：2004.09.06
2.“选择区域外延制作电吸收调制分布反馈激光器的方法”，刘国利，王圩，陈娓兮，朱洪亮，专利号ZL00 1 09780.6，授权公告日：2003年7月16日。
发明内容
本发明的目的是提出一种波长可调谐电吸收分布布拉格反射半导体激光器的新型制作方法，其特点是结合了SAG和QWI的优点，简化了制作过程，具有成本低和成品率高的优点。
本发明涉及一种波长可调谐电吸收分布布拉格反射半导体激光器的新型制作方法，通过选区生长外延的方法形成器件的增益区和调制器区，用量子阱混杂技术在调制器区进一步实现带隙波长蓝移形成分布布拉格反射(DBR)区。相对于传统的制作方法而言具有以下优点：
1、利用SAG技术在同一外延片实现增益区和调制区，使该两区
2、域有一个固定的带隙波长差，满足电吸收调制和增益的设计要求。
3、用QWI技术实现DBR区的带隙波长蓝移，形成低损耗的波导区，
4、有源区，电吸收区和波导区是自对准的，因此耦合效率高(接近100％)，反射小(＜0.01％)；
5、采用标准的半导体器件制作工艺，重复性好，容易实现。
附图说明
以下结合附图具体说明该方法制作波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射激光器的实例：
图1是量子阱有源区结构；
图2是磷离子注入保护图形；
图3是制作光栅的示意图；
图4是制作光栅后接触层生长示意图；
图5制作脊形波导示意图；
图6可调谐电吸收分布布拉格反射激光器的引线示意图；
图7是本发明波长可调谐电吸收分布布拉格反射激光器的制作方法的流程图。
具体实施方式
本发明一种波长可调谐分布布拉格反射激光器的制作方法，包括以下步骤，请参阅附图：
图1是量子阱有源区结构，1为二氧化硅掩膜，2为下限制层，3为多量子阱区，4为上限制层。
图2是磷离子注入保护图形，5为二氧化硅掩膜，用于保护增益区和电吸收区不被离子注入。
图3是制作光栅的示意图，6是用干法刻蚀后的光栅。
图4是制作光栅后接触层生长示意图；7是P-InP层，8是刻蚀阻止层，9是上P-InP盖层，10是接触层。
图5是制作脊形波导示意图，用湿法刻蚀的方法形成脊形波导，11为二氧化硅介质膜，12是上接触电极，13是He离子注入形成的隔离沟，14是下接触电极。
图6是可调谐电吸收分布布拉格反射激光器的引线示意图，15为电吸收调制器的电极引线，16是布拉格反射器电极引线，17是相区电极引线，18增益区电极引线。
图7是波长可调谐电吸收分布布拉格反射激光器的制作方法流程图，一种波长可调谐电吸收分布布拉格反射激光器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：利用MOCVD方法在制作了二氧化硅掩膜(1)的n型InP衬底上依次外延n-InP缓冲层，InGaAsP下限制层(2)，InGaAsP/InP多量子阱(3)，InGaAsP上限制层(4)，InP注入缓冲层；
步骤2：淀积介质膜(5)；
步骤3：掩膜光刻制作注入保护图形，在增益区和电吸收区留下二氧化硅掩膜(5)，其余区域腐蚀掉二氧化硅掩膜；
步骤4：在外延片表面进行P离子注入，然后腐蚀掉表面剩下的二氧化硅掩膜(5)；
步骤5：在表面重新淀积二氧化硅掩膜；
步骤6：将外延片置于快速退火炉(Rapid Thermal Anealer)中，在氮气保护环境下，在一定温度下经过一定时间的快速热退火过程；
步骤7：腐蚀掉二氧化硅掩膜，InP缓冲层；
步骤8：采用全息曝光技术和干湿法刻蚀技术在波导区制作两段光栅6，该光栅可以是普通光栅，也可以是取样光栅；
步骤9：利用MOCVD方法外延生长p-InP7，p-InGaAsP刻蚀阻止层(8)，上P-InP盖层(9)，p-InGaAs接触层(10)；
步骤10：利用湿法腐蚀刻蚀到刻蚀阻止层，制作脊型结构，形成波导，见图5；
步骤11：利用光刻胶掩膜光刻，腐蚀掉p-InGaAs接触层，形成隔离沟(13)，进行He离子注入使隔离沟(13)成为高阻区；大面积生长二氧化硅介质膜(11)；
步骤12：在脊形条上开电极窗口，溅射P面上接触电极(12)，减薄后，背面蒸发N面下接触电极(14)；
步骤13：解理出单个波长可调谐分布布拉格反射激光器管芯，分别引出电吸收调制器电极引线(15)，DBR电极引线(16)，相区电极引线(17)和增益区电极引线(18)。
所述的波长可调谐电吸收分布布拉格反射激光器的制作方法，在具有SiO掩膜的衬底上生长器件的增益区和调制器区，使这两个区域具有不同的带隙波长，并是带隙波长差保持40-80nm；
所述的波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射激光器的制作方法，通过磷离子注入和高温快速退火使布拉格反射区的带隙波长进行蓝移，从而降低光的吸收损耗。
所述的波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射激光器的制作方法，该器件中的布拉格光栅为前后两段，分别位于电吸收调制器的电极(15)的后面和增益区电极(18)的后面，该光栅可以是普通光栅或取样光栅，并且两段布拉格光栅可以电学相连16或单独引出电极，该两段布拉格光栅的设计方法有助于使布拉格反射激光器可以与电吸收调制器的集成。
所述的波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射激光器的制作方法，通过He离子注入使隔离沟(13)成为高阻区，从而实现各个电极之间的电隔离。
Claims (5)
1、一种波长可调谐电吸收分布布拉格反射激光器的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：利用MOCVD方法在制作了二氧化硅掩膜(1)的n型InP衬底上依次外延n-InP缓冲层，InGaAsP下限制层(2)，InGaAsP/InP多量子阱(3)，InGaAsP上限制层(4)，InP注入缓冲层；
步骤2：淀积介质膜(5)；
步骤3：掩膜光刻制作注入保护图形，在增益区和电吸收区留下二氧化硅掩膜(5)，其余区域腐蚀掉二氧化硅掩膜；
步骤4：在外延片表面进行P离子注入，然后腐蚀掉表面剩下的二氧化硅掩膜(5)；
步骤5：在表面重新淀积二氧化硅掩膜；
步骤6：将外延片置于快速退火炉中，在氮气保护环境下，在一定温度下经过一定时间的快速热退火过程；
步骤7：腐蚀掉二氧化硅掩膜，InP缓冲层；
步骤8：采用全息曝光技术和干湿法刻蚀技术在波导区制作两段光栅6，该光栅可以是普通光栅，也可以是取样光栅；
步骤9：利用MOCVD方法外延生长p-InP7，p-InGaAsP刻蚀阻止层(8)，上P-InP盖层(9)，p-InGaAs接触层(10)；
步骤10：利用湿法腐蚀刻蚀到刻蚀阻止层，制作脊型结构，形成波导；
步骤11：利用光刻胶掩膜光刻，腐蚀掉p-InGaAs接触层，形成隔离沟(13)，进行He离子注入使隔离沟(13)成为高阻区；大面积生长二氧化硅介质膜(11)；
步骤12：在脊形条上开电极窗口，溅射P面上接触电极(12)，减薄后，背面蒸发N面下接触电极(14)；
步骤13：解理出单个波长可调谐分布布拉格反射激光器管芯，分别引出电吸收调制器电极引线(15)，DBR电极引线(16)，相区电极引线(17)和增益区电极引线(18)。
2、根据权利要求1所述的波长可调谐电吸收分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于：在具有SiO掩膜的衬底上生长器件的增益区和调制器区，使这两个区域具有不同的带隙波长，并是带隙波长差保持40-80nm；
3、根据权利要求1所述的波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于：通过磷离子注入和高温快速退火使布拉格反射区的带隙波长进行蓝移，从而降光的吸收损耗。
4、根据权利要求1所述的波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于：该器件中的布拉格光栅为前后两段，分别位于电吸收调制器的电极(15)的后面和增益区电极(18)的后面，该光栅可以是普通光栅或取样光栅，并且两段布拉格光栅可以电学相连16或单独引出电极，该两段布拉格光栅的设计方法有助于使布拉格反射激光器可以与电吸收调制器的集成。
5、根据权利要求1所述的波长可调谐电吸收调制分布布拉格反射激光器的制作方法，其特征在于：通过He离子注入使隔离沟(13)成为高阻区，从而实现各个电极之间的电隔离。
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