专利名称：电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别指一种电吸收调制隧穿注入式分布反馈 半导体激光器的制作方法。
背景技术：
在长距离高速率光纤通信系统中，高速光源将成为其中的关键器件。电吸收调制 分布反馈半导体激光器因其小尺寸，低啁啾等诸多优势而成为前景光明的高速光源。由于制作电吸收调制分布反馈半导体激光器需要将激光器和调制器集成在同一 衬底片上，而激光器和调制器功能不同，适用的材料结构相差较大，所以为了制作这种集成 器件，人们开发了很多集成方法，主要有直接对接法、选区外延法、量子阱混杂法、同一有 源区法、双量子阱堆叠法等。而最为广泛被采用的方法是直接对接法和选区外延法。直接对接法可以对激光器和调制器的材料进行独立的优化，但需要两次外延有源 区，对工艺水平的要求较高；选区外延法可以一次外延量子阱材料获得激光器和调制器有 源区，但激光器部分的量子阱比调制器区厚，影响了调制器的消光比性能。并且由于这两种 生长方法都在有源区生长过程中引入了介质膜，对器件的寿命和可靠性产生不利的影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的主要目的是提供一种电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激光器的 制作方法。( 二)技术方案为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下一种电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激光器的制作方法，包括如下步骤步骤1 在η型磷化铟衬底上同一次外延中先后生长η型磷化铟缓冲层、下波导外 限制层、下波导内限制层、磷化铟隧穿势垒层、多量子阱有源层和上波导限制层；步骤2 在激光器区域制作布拉格光栅，然后大面积外延生长P型磷化铟光栅掩盖 层、铟镓砷磷刻蚀停止层、P型磷化铟盖层和P+铟镓砷电极接触层；步骤3 在外延片上刻蚀脊型光波导，使用He离子注入提高隔离区电阻，然后钝化 及平坦化表面，最后制作P型和η型电极。上述方案中，步骤1中所述下波导内限制层在激光器区域作为电子注入量子阱增 益区前的热化区，同时在调制器区域作为光吸收区，光荧光谱峰值波长在1450纳米至1500 纳米之间。上述方案中，步骤1中所述磷化铟隧穿势垒层厚度小于lOnm，作为激光器区电子 从所述下波导内限制层隧穿注入所述多量子阱区的势垒。上述方案中，步骤1中所述多量子阱有源层既是激光器的光增益区，又作为调制 器的辅助的光吸收区，光荧光谱峰值波长在1530纳米至1540纳米之间。
上述方案中，步骤2中所述在激光器区域制作布拉格光栅，是在激光器区域的上 波导限制层上制作布拉格光栅，实现布拉格波长在1550纳米至1560纳米之间。上述方案中，步骤3中所述脊型光波导是在外延片表面通过光刻工艺，用光刻胶 保护3微米宽条形，并用湿法腐蚀条形两侧材料直至所述铟镓砷磷刻蚀停止层。上述方案中，步骤3中所述He离子注入，是通过光刻工艺，用光刻胶保护激光器区 和调制器区，湿法腐蚀处于激光器区与调制器区中间的隔离区表面的所述P+铟镓砷电极 接触层，然后经过He离子注入隔离区，提高隔离区电阻。上述方案中，步骤3中所述钝化表面，是在清洗干净的外延片表面沉积一层厚度 不超过500纳米的氧化硅或氮化硅。上述方案中，步骤3中所述平坦化表面，是在经过钝化的表面上均勻涂覆上一层 聚酰亚胺树脂(PI)或苯并环丁烯树脂(BCB)，经过高温固化。上述方案中，步骤3中所述ρ型电极的制作，是通过光刻腐蚀去掉脊型光波导上 方的钝化层和平坦化层露出P+铟镓砷电极接触层，光刻P型电极图形，表面沉积钛金(Ti/ Au)，然后用带胶剥离工艺得到ρ型电极。上述方案中，步骤3中所述η型电极的制作，是在将外延片背面减薄并抛光后，在 背面蒸金锗镍(Au/Ge/Ni)金属，合金形成欧姆接触，最后再蒸铬金(Cr/Au)加厚η型电极。(三)有益效果本发明提供的这种电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激光器的制作方法，工 艺简单，可靠性高。使用该方法制作的电吸收调制分布反馈半导体激光器采用隧穿电子注 入的方式，消除了热电子对激光器性能的影响，提高了激光器的特征温度；激光器部分作为 热化区的下波导内限制层作为调制器的主要光吸收区，虽然采用一次外延，但部分分离了 激光器的增益区和调制器的吸收区，可实现对激光器和调制器一定程度的独立优化。
图1是本发明提供的制作电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激光器的方法 流程图；图2至图5为本发明提供的制作电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激光器的 工艺流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。本发明提出一种新型的电吸收调制分布反馈半导体激光器，采用隧穿注入激光器 结构，利用下波导内限制层作为调制器的主要光吸收区，可相对独立优化激光器和调制器 性能，并且只需一次外延有源区，工艺简单可靠，成本较低。如图1所示，图1是本发明提供的制作电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激 光器的方法流程图，该方法包括以下步骤步骤1 在η型磷化铟衬底上同一次外延中先后生长η型磷化铟缓冲层、下波导外 限制层、下波导内限制层、磷化铟隧穿势垒层、多量子阱有源层和上波导限制层；
步骤2 在激光器区域制作布拉格光栅，然后大面积外延生长P型磷化铟光栅掩盖 层、铟镓砷磷刻蚀停止层、P型磷化铟盖层和P+铟镓砷电极接触层；步骤3 在外延片上刻蚀脊型光波导，使用He离子注入提高隔离区电阻，然后钝化 及平坦化表面，最后制作P型和η型电极。上述步骤1中所述下波导内限制层在激光器区域作为电子注入量子阱增益区前 的热化区，同时在调制器区域作为光吸收区，光荧光谱峰值波长在1450纳米至1500纳米之 间。所述磷化铟隧穿势垒层厚度小于lOnm，作为激光器区电子从所述下波导内限制层隧穿 注入所述多量子阱区的势垒。所述多量子阱有源层既是激光器的光增益区，又作为调制器 的辅助的光吸收区，光荧光谱峰值波长在1530纳米至1540纳米之间。上述步骤2中所述在激光器区域制作布拉格光栅，是在激光器区域的上波导限制 层上制作布拉格光栅，实现布拉格波长在1550纳米至1560纳米之间。上述步骤3中所述脊型光波导是在外延片表面通过光刻工艺，用光刻胶保护3微 米宽条形，并用湿法腐蚀条形两侧材料直至所述铟镓砷磷刻蚀停止层。上述步骤3中所述He离子注入，是通过光刻工艺，用光刻胶保护激光器区和调制 器区，湿法腐蚀处于激光器区与调制器区中间的隔离区表面的所述P+铟镓砷电极接触层， 然后经过He离子注入隔离区，提高隔离区电阻。上述步骤3中所述钝化表面，是在清洗干净的外延片表面沉积一层厚度不超过 500纳米的氧化硅或氮化硅。上述步骤3中所述平坦化表面，是在经过钝化的表面上均勻涂覆上一层聚酰亚胺 树脂(PI)或苯并环丁烯树脂(BCB)，经过高温固化。上述步骤3中所述ρ型电极的制作，是通过光刻腐蚀去掉脊型光波导上方的钝化 层和平坦化层露出ρ+铟镓砷电极接触层，光刻P型电极图形，表面沉积钛金(Ti/Au)，然后 用带胶剥离工艺得到P型电极。上述步骤3中所述η型电极的制作，是在将外延片背面减薄并抛光后，在背面蒸金 锗镍(Au/Ge/Ni)金属，合金形成欧姆接触，最后再蒸铬金(Cr/Au)加厚η型电极。如图2至图5所示，图2至图5为本发明提供的制作电吸收调制隧穿注入式分布 反馈半导体激光器的工艺流程图，具体实施步骤如下1)、采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在η型磷化铟(n_hP)衬底1的(OOl) 晶面上，依次生长约1微米厚的n-InP缓冲层2、约50纳米不掺杂的下波导外限制层3、约 100纳米不掺杂的下波导内限制层4、约5纳米不掺杂的磷化铟势垒层5、多量子阱有源层6 和约100纳米不掺杂的上波导限制层7，结构如图2所示；2)、在外延结构片表面涂覆一层较薄的光刻胶，普通曝光显影法将调制器区上的 光刻胶去除，然后全息曝光法在激光器区制作布拉格光栅8，对应布拉格波长约1550纳米， 如图3所示；3)、清洗后，依次使用MOCVD外延约150纳米的ρ型磷化铟(p_hP) 9、20纳米的铟 镓砷磷刻蚀停止层10、约1. 7微米厚的P-InP盖层11和0. 2微米厚的ρ+铟镓砷电极接触 层12，如图4所示；4)、光刻腐蚀形成脊波导结构13，离子注入隔离区14提高激光器和调制器之间的 隔离电阻，聚酰亚胺作为调制器压焊垫层15，带胶剥离技术实现ρ面激光器和调制器电极图形16、17，背面减薄，蒸发η面电极18。完成整个器件制作，结构如示意图5。
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，所应理解的是，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。
权利要求
1.一种电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括 如下步骤步骤1 在η型磷化铟衬底上同一次外延中先后生长η型磷化铟缓冲层、下波导外限制 层、下波导内限制层、磷化铟隧穿势垒层、多量子阱有源层和上波导限制层；步骤2 在激光器区域制作布拉格光栅，然后大面积外延生长ρ型磷化铟光栅掩盖层、 铟镓砷磷刻蚀停止层、P型磷化铟盖层和P+铟镓砷电极接触层；步骤3:在外延片上刻蚀脊型光波导，使用He离子注入提高隔离区电阻，然后钝化及平 坦化表面，最后制作P型和η型电极。
2.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤1中所述下波导内限制层在激光器区域作为电子注入量子阱增益区前的热化区， 同时在调制器区域作为光吸收区，光荧光谱峰值波长在1450纳米至1500纳米之间。
3.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤1中所述磷化铟隧穿势垒层厚度小于lOnm，作为激光器区电子从所述下波导内限 制层隧穿注入所述多量子阱区的势垒。
4.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤1中所述多量子阱有源层既是激光器的光增益区，又作为调制器的辅助的光吸收 区，光荧光谱峰值波长在1530纳米至1540纳米之间。
5.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤2中所述在激光器区域制作布拉格光栅，是在激光器区域的上波导限制层上制作 布拉格光栅，实现布拉格波长在1550纳米至1560纳米之间。
6.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤3中所述脊型光波导是在外延片表面通过光刻工艺，用光刻胶保护3微米宽条形， 并用湿法腐蚀条形两侧材料直至所述铟镓砷磷刻蚀停止层。
7.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤3中所述He离子注入，是通过光刻工艺，用光刻胶保护激光器区和调制器区，湿法 腐蚀处于激光器区与调制器区中间的隔离区表面的所述P+铟镓砷电极接触层，然后经过 He离子注入隔离区，提高隔离区电阻。
8.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤3中所述钝化表面，是在清洗干净的外延片表面沉积一层厚度不超过500纳米的氧 化硅或氮化硅。
9.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤3中所述平坦化表面，是在经过钝化的表面上均勻涂覆上一层聚酰亚胺树脂PI或 者苯并环丁烯树脂BCB，经过高温固化。
10.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤3中所述ρ型电极的制作，是通过光刻腐蚀去掉脊型光波导上方的钝化层和平坦化 层露出P+铟镓砷电极接触层，光刻P型电极图形，表面沉积钛金Ti/Au，然后用带胶剥离工 艺得到P型电极。
11.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在 于，步骤3中所述η型电极的制作，是在将外延片背面减薄并抛光后，在背面蒸金锗镍Au/Ge/Ni金属，合金形成欧姆接触，最后再蒸铬金Cr/Au加厚η型电极。
全文摘要
本发明公开了一种电吸收调制隧穿注入式分布反馈半导体激光器的制作方法，包括如下步骤步骤1在n型磷化铟衬底上同一次外延中先后生长n型磷化铟缓冲层、下波导外限制层、下波导内限制层、磷化铟隧穿势垒层、多量子阱有源层和上波导限制层；步骤2在激光器区域制作布拉格光栅，然后大面积外延生长p型磷化铟光栅掩盖层、铟镓砷磷刻蚀停止层、p型磷化铟盖层和p+铟镓砷电极接触层；步骤3在外延片上刻蚀脊型光波导，使用He离子注入提高隔离区电阻，然后钝化及平坦化表面，最后制作p型和n型电极。本发明工艺简单，可靠性高，消除了热电子对激光器性能的影响，提高了激光器的特征温度，可实现对激光器和调制器一定程度的独立优化。
文档编号H01S5/125GK102055133SQ200910237090
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者朱洪亮, 汪洋, 王圩, 赵玲娟 申请人:中国科学院半导体研究所