专利名称：新型平面型dfb内光栅耦合结构制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制作分布反馈(DFB)内光栅耦合结构的方法，特别涉及一种制作平面型DFB内光栅耦合结构的方法。
目前在制作DFB半导体激光二极管和过滤器时，DFB内光栅都是先在InP、GaAs衬底上或在其外延结构层上通过刻蚀的方法刻出周期性布拉格光栅，然后再在光栅上作外延掩埋而形成激光器的内光栅耦合结构(见文献Y.Luo et al，Appl.Phys.Lett.，Vol.55，PP.1606-1608，1989及G.P.Li et al，Electronics Letters，Vol.28，PP.1726-1727，1992和专利PCT/DE96/00837等)。其共同特点是外延掩埋前的表面为凹凸不平的波纹状光栅面。由于光栅的周期只具有亚微米的尺寸，在制作时不管是利用常规湿法化学腐蚀方法、干法/湿法混合刻蚀方法还是利用控制精度很高的反应离子刻蚀方法，刻出的亚微米光栅或是呈正弦波形状或是呈梯形形状或是呈不规则三角形形状。这种凹凸不平的光栅面实际上是具有各种晶向的波纹表面。称其为非平面光栅面。在这种非平面光栅面上利用任何一种外延设备(MOVPE、CVD、MBE、CBE及LPE)进行外延掩埋生长时，均会在光栅面与外延掩埋层界面间留下或多或少的位错和缺陷。这是因为外延生长具有各向异性的特点，刚开始外延生长时，不同晶向上的外延生长速率不同，微观上，在一个波纹光栅周期内，外延生长的材料厚度各处不一样。这种由于各向异性生长产生的位错和缺陷，紧紧靠近器件的有源发光区甚至直接进入了有源区(例如刻蚀部分有源区形成部分增益耦合光栅的情形)，从而影响器件的光电性能，并给器件的可靠性工作带来隐患。
本发明的目的是制作一种平面型DFB光栅结构，通过在外延结构层上作掩膜离子注入或杂质扩散，形成周期性的反型或阻挡区域，这些区域可对流入外延结构区内的载流子纵向分布起调制作用，在外延结构层和波导层内达到对传输光起滤波和分布反馈的目的。
本发明的主要特点是a)在衬底1上的InP或GaAs外延结构层上生长一层介质膜7；b)在介质膜上刻制出亚微米周期性介质掩膜光栅图形；c)以这种周期性介质为掩体，向外延结构层表面选择注入离子源或选择扩散杂质源，在介质栅格间隙的外延层表面内形成一定深度的离子注入岛区或杂质扩散岛区6；d)除去介质膜，外延结构层上留下表面平整的周期性注入或扩散区光栅结构。
e)在这层平面光栅上作掩埋外延层5。
本发明方法制作的DFB内光栅耦合结构具有以下优点1.由于作出的光栅表面是完全平整的，因而可以减少前述在非平面光栅面上外延时因各向异性生长产生的位错和缺陷问题；2.可用于制作灵活性很强的新型无源DFB滤波器。当滤波器的纵向不加电流时，入射光经过滤波器不被滤波；而当滤波器的纵向加上电流时，入射光经过滤波器就会被滤出特定波长的输出光；3.可方便地用于制作具有不同增益耦合强度的DFB有源器件。调节占空比或调节离子注入或杂质扩散区深度就能达此目的；4.波导的内部损耗小，器件的可靠性高。
图1是制作DFB内光栅耦合结构的制作方法。
图2是反型离子注入平面型DFB内光栅耦合结构制作图。
图3是中性补偿离子注入平面型DFB内光栅耦合结构制作图。
图4是同型离子注入平面型DFB内光栅耦合结构制作图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，1.在InP或GaAs外延结构层(结构层为在衬底1上外延的2、3、4层)上生长一层厚度～0.1μm的SiO2或Si3N4介质膜7，如图1(a)所示；2.利用全息或电子束暴光技术在介质膜上刻制出所需的亚微米周期性介质掩膜光栅图形。如图1(b)所示；3.以这种周期性介质为掩体，向外延结构层表面选择注入离子源或选择扩散杂质源，在介质栅格间隙的外延层表面内形成一定深度的离子注入岛区或杂质扩散岛区6，如图1(c)所示；4.利用缓冲HF酸溶液除去介质膜，外延结构层上就留下了表面平整的周期性注入或扩散区光栅结构，如图1(d)所示，一个周期内被介质膜遮掩的长度a与光栅周期b的比称为占空比，占空比取30％～70％，按设计要求和工艺条件而定。
5.在这层平面光栅上作掩埋外延层5，即形成平面型DFB内光栅耦合结构。如图1(e)所示。
实施例1反型离子注入平面型DFB内光栅耦合结构如图2所示，在n型(100)平面衬底1及其外延结构层(外延结构层包括n型缓冲层2、多量子阱(MQW)有源区3和～100nm厚、掺杂浓度～2×1017cm-3的p型层4)上先生长SiO2介质膜，在其上刻制出周期性介质掩膜光栅，用n型离子源Si(亦可取Te、S、Se和Sn中的某一种)作选择注入。注入深度～60nm，在层4内形成n型注入岛区6；除去SiO2介质掩膜光栅后再外延p型掩埋层5，即构成了反型离子(注入离子的导电类型与掩埋层5的导电类型相反)注入平面型DFB内光栅耦合结构。当外加正向电压于图示结构时，层5中的载流子由于受到层4中的反型离子注入岛6的阻挡，将被迫集中在岛的周期性间隙中流过。因此，流进有源区3的载流子就具有周期性的纵向密度分布，从而对有源区的增益起调制作用。
实施例2中性补偿离子注入平面型DFB内光栅耦合结构如图3所示，在实施例一的n型(100)平面衬底1及其外延结构层上先生长SiO2介质膜，在其上刻制出周期性介质掩膜光栅，用中性质子源He+(亦可取质子H+和过渡金属Ti)作选择注入，形成高电阻值注入岛区6，注入深度60～150nm(即注入区6可以在层4内，亦可以贯穿层4进入有源区层3内)。除去SiO2介质掩膜光栅后外延p型掩埋层5，即构成了中性补偿离子注入平面型DFB内光栅耦合结构。由于注入区6为高电阻值区，同样可对纵向流入有源区的载流子起增益调制作用。
实施例3同型离子注入平面型DFB内光栅耦合结构如图4所示，在p型(100)平面衬底1_p及其外延结构层(外延结构层包括p型缓冲层2_p、MQW有源区3、n型间隔层4_n和p型层8_p。间隔层4_n厚～40nm，掺杂浓度～2×1017cm-3，p型层8_p厚～30nm、掺杂浓度～3×1017cm-3)上先生长SiO2介质膜，在其上刻制出周期性介质掩膜光栅，用n型离子源Si(亦可取Te、S、Se和Sn中的某一种)作选择注入，注入深度60～100m，(即注入区6需贯穿层8_p)。除去SiO2介质掩膜后，外延n型掩埋层5_n，即构成了同型离子(注入离子的导电类型与掩埋层5_n的导电类型相同)注入平面型DFB内光栅耦合结构。外加正向电压于图示结构时，层5_n中的载流子只能通过岛区6进入有源区，而未注入的间隔区却起阻挡载流子的作用，因此，有源区的纵向载流子密度受到内光栅的调制，起增益调制作用。
权利要求
1.一种新型平面型DFB内光栅耦合结构制作方法，包括步骤a)在衬底1上的InP或GaAs外延结构层上生长一层介质膜7；b)在介质膜上刻制出亚微米周期性介质掩膜光栅图形；c)以这种周期性介质为掩体，向外延结构层表面选择注入离子源或选择扩散杂质源，在介质栅格间隙的外延层表面内形成一定深度的离子注入岛区或杂质扩散岛区6；d)除去介质膜，外延结构层上留下表面平整的周期性注入或扩散区光栅结构。e)在这层平面光栅上作掩埋外延层5。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述介质膜7是SiO2或Si3N4。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于SiO2或Si3N4的厚度为0.1μm。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于还包括用缓冲HF酸溶液除去介质膜7。
5.按权利要求1或4所述的方法，其特征在于占空比取30％-70％。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的外延结构层包括n型缓冲层2、多量子阱(MQW)有源区3和的p型层4。
7.按权利要求1或6所述的方法，其特征在于P型层4的厚度为～100nm、掺杂浓度～2×1017cm-3。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于用n型离子源Si作选择注入，注入深度-60nm。
9.按权利要求1所述的方法，其特征在于用中性质子源He+(亦可取质子H+和过渡金属Ti)作选择注入，注入深度为60～150nm。
10.按权利要求1所述的方法，其特征在于外延结构层包括p型缓冲层2_p、MQW有源区3、n型间隔层4_n和p型层8_p。
11.按权利要求1或10所述的方法，其特征在于间隔层4_n厚～40nm，掺杂浓度～2×1017cm-3，p型层8_p厚～30nm、掺杂浓度～3×1017cm-3。
全文摘要
一种新型平面型DFB内光栅耦合结构制作方法,包括:在衬底1上的InP或GaAs外延结构层上生长一层介质膜7;在介质膜上刻制出亚微米周期性介质掩膜光栅图形;以这种周期性介质为掩体,向外延结构层表面选择注入离子源或选择扩散杂质源,在介质栅格间隙的外延层表面内形成一定深度的离子注入岛区或杂质扩散岛区6;除去介质膜,外延结构层上留下表面平整的周期性注入或扩散区光栅结构,在这层平面光栅上作掩埋外延层5。
文档编号G02B6/34GK1372151SQ0110443
公开日2002年10月2日 申请日期2001年2月26日 优先权日2001年2月26日
发明者朱洪亮, 王圩, 刘国利, 张静媛 申请人:中国科学院半导体研究所