一种分布反馈激光器阵列及其制造方法与流程

本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种基于选择区域外延技术制造的分布反馈(dfb)激光器阵列及其制造方法。

背景技术：

随着信息技术向大容量、高集成化方向发展，在cwdm、dwdm、lan-wdm等领域需要用到多种符合要求的激光器；通常地，采用多波长的分立器件进行整合封装，这在实际使用时成本、能耗都相对较高，同时产品体积偏大不利于进一步的集成化。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于选择区域外延技术制造分布反馈激光器阵列的方法，包括如下步骤：

s1、在衬底上沉积缓冲层；

s2、在缓冲层上生长光栅层，在不同区域制备周期不同的均匀光栅；

s3、在光栅层上形成选择生长区域，对应不同周期的光栅形成不同的介质掩膜图形和不同的选择生长区域，使不同周期的光栅的位置与选择生长区域的位置相对应；

s4、在选择生长区域依次生长间隔层、下波导层、多量子阱、上波导层和覆盖层；

s5、在选择生长区域表面形成介质掩膜，在选择生长区域以外的区域生长电流阻挡层；

s6、去除选择生长区域表面的介质掩膜，再依次生长空间层和欧姆接触层。

进一步，所述步骤s4和步骤s5之间还包括步骤s40：去除介质掩膜，采用稀释的氢溴酸溶液对选择区域生长边界的表面进行腐蚀修饰，去离子水冲洗，氮气吹干后，在650℃的温度下烘烤30min。

进一步，不同周期光栅的波长在对应选择生长区域材料增益谱峰值左侧的20nm处。

进一步，所述方法包括如下步骤：

s1、在n-inp衬底上沉积800nmn-inp缓冲层；

s2、在n-inp缓冲层上，生长100nmn-ingaasp光栅层，采用电子束光刻在不同区域制备周期不同的均匀光栅，不同周期光栅的波长在对应选择生长区域材料增益谱峰值左侧的20nm处；

s3、在光栅层上沉积介质层，再光刻形成直条状介质掩膜和直条状选择生长区域，对应不同周期的光栅形成不同的介质掩膜图形和不同的选择生长区域，使不同周期的光栅的位置与选择生长区域的位置相对应，所述选择生长区域的宽度为2.5μm；

s4、在690℃下，在选择生长区域依次低速生长90nmn-inp间隔层、80nm无掺杂algainas下波导层、10层周期为15nm的压应变algainas多量子阱、80nm无掺杂algainas上波导层和50nmp-inp覆盖层；

s40、去除介质掩膜，采用稀释的氢溴酸溶液对表面进行5s腐蚀修饰，去离子水冲洗，氮气吹干后，再将样品在650℃的温度下烘烤30min；

s5、在步骤s40获得的样品表面沉积介质层，通过光刻在选择生长区域表面形成介质掩膜，在选择生长区域以外的区域，依次掩埋生长700nm掺fe的半绝缘inp层和800nmn-inp层，形成电流阻挡层；

s6、去除选择生长区域顶部的介质掩膜，再依次生长2000nmp-inp空间层和300nmp-ingaas欧姆接触层；

s7、制备脊形波导结构，并在脊形波导结构的两侧分别形成电流限制沟槽，沟槽深度均为4μm，双沟槽间台面宽度为10μm；

s8、沉积钝化层，脊形波导表面开孔，电子束蒸发ti/pt/aup型金属、减薄至110μm；电子束蒸发geau/ni/aun型金属，合金形成欧姆接触，解离成腔长150μmbar条，腔面分别电子束蒸发反射率为1％的高透膜和反射率为95％的高反膜。

本发明实施例还提出一种分布反馈激光器阵列，包括衬底及在衬底上依次生长的缓冲层、光栅层、选择生长区域外延层，在所述光栅层的不同区域具有周期不同的均匀光栅，选择生长区域的位置与不同周期的光栅的位置相对应；所述选择生长区域外延层自下而上依次包括间隔层、下波导层、多量子阱、上波导层和覆盖层；在选择生长区域以外的区域生长有电流阻挡层；在选择生长区域的覆盖层和电流阻挡层上依次生长有空间层和欧姆接触层。

进一步，不同周期光栅的波长在对应选择生长区域材料增益谱峰值左侧的20nm处。

进一步，所述选择生长区域的宽度为2.5μm。

进一步，所述衬底为n-inp衬底；所述缓冲层为n-inp缓冲层，其厚度为800nm；所述光栅层为n-ingaasp光栅层，其厚度为100nm；所述间隔层为n-inp间隔层，其厚度为90nm；所述下波导层为无掺杂algainas下波导层，其厚度为80nm；所述多量子阱为10层周期为15nm的压应变algainas多量子阱；所述上波导层为无掺杂algainas上波导层，其厚度为80nm；所述覆盖层为p-inp覆盖层，其厚度为50nm；所述电流阻挡层自下而上依次包括掺fe的inp层和n-inp层，所述掺fe的半绝缘inp层的厚度为700nm，所述n-inp层的厚度为800nm；所述空间层为p-inp空间层，其厚度为2000nm；所述欧姆接触层为p-ingaas欧姆接触层，其厚度为300nm。

进一步，所述激光器阵列还形成有双沟限制的脊形波导结构，所述脊形波导结构两侧的沟槽的深度为4μm，双沟槽间台面宽度为10μm。

进一步，所述激光器阵列还形成有bar条，所述bar条腔长为150μm，腔面分别具有反射率为1％的高透膜和反射率为95％的高反膜。。

本发明实施例的有益效果：本发明实施例提出的基于选择区域外延技术制造的分布反馈(dfb)激光器阵列，采用在n型区域制备周期不同的布拉格光栅实现了多波长光栅结构；将光场向n型区域限制，降低了光损耗；采用窄条宽选择生长区域生长inp/algainas，避免了al的氧化问题；通过合理调整光栅和增益谱的位置提高了微分增益和弛豫频率；利用腐蚀液处理和高温处理，改善了选择区域边界的表面生长质量；通过掩埋半绝缘层有效提高载流子的横向限制。

附图说明

图1是本发明实施例提出的选择生长区域的sio2介质掩膜图形示意图；

图2是本发明实施例提出的分布反馈激光器阵列示意图。

具体实施方式

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。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。

实施例1基于选择区域外延技术制造分布反馈激光器阵列的方法

参照图1-图2，本实施例提出了一种基于选择区域外延技术制造分布反馈(dfb)激光器阵列的方法，包括如下步骤：

s1、在n-inp衬底1片上，通过mocvd沉积800nmn-inp缓冲层2；

s2、在n-inp缓冲层2上，生长100nmn-ingaasp光栅层3，采用电子束光刻在不同区域制备周期不同的均匀光栅；优选的，不同周期光栅的波长在对应选择生长区域材料增益谱峰值左侧的20nm处；

s3、在光栅层3上，通过pecvd沉积150nmsio2介质层，再通过光刻形成直条状sio2介质掩膜和直条状选择生长区域(参照图1)，对应不同周期的光栅形成不同的sio2介质掩膜图形和不同的选择生长区域，使不同周期的光栅的位置与选择生长区域的位置相对应；优选的，所述选择生长区域的宽度为2.5μm；

s4、通过mocvd，在690℃下，在选择生长区域依次低速生长90nmn-inp间隔层、80nm无掺杂algainas下波导层、10层周期为15nm的压应变algainas多量子阱、80nm无掺杂algainas上波导层(图2中的4表示以上各层)和50nmp-inp覆盖层5，完成选择生长区域的外延生长；

优选的，本实施例包括步骤s5、去除sio2介质掩膜，采用稀释的氢溴酸溶液对选择区域生长边界表面进行5s的腐蚀修饰，形成平滑的表面，去离子水冲洗，氮气吹干后，再将样品放置于mocvd设备中烘烤，优选在650℃的温度下烘烤30min，通过质量输运改善选择区域生长边界的表面的生长质量；

s6、在步骤s5获得的样品表面沉积sio2介质层，通过光刻在选择生长区域表面形成sio2介质掩膜，在选择生长区域以外的区域，依次掩埋生长700nm掺fe的半绝缘inp层6和800nmn-inp层7，形成电流阻挡层；

s7、采用boe去除选择生长区域表面的sio2介质掩膜，再依次生长2000nmp-inp空间层8和300nmp-ingaas欧姆接触层9，完成外延生长；

s8、制备脊形波导结构，并采用溴素系溶液进行双沟腐蚀，在脊形波导结构的两侧分别形成电流限制沟槽，沟槽深度均为4μm，双沟槽间台面宽度为10μm；

s9、沉积400nmsio2钝化层，脊形波导结构表面开孔，电子束蒸发ti/pt/aup型金属、减薄至110μm；电子束蒸发geau/ni/aun型金属，合金形成欧姆接触，解离成腔长150μmbar条，腔面分别电子束蒸发反射率为1％的高透膜和反射率为95％的高反膜，完成激光器芯片的制备。

通过上述方法，本实施例获得了单片集成多波长分布反馈激光器阵列。

实施例2分布反馈激光器阵列

参照图1-图2，本实施例提出一种单片集成分布反馈激光器阵列，其例如由实施例1的方法制造，包括衬底1及在衬底上依次生长的缓冲层2、光栅层3、选择生长区域外延层4，在所述光栅层的不同区域具有周期不同的均匀光栅，选择生长区域的位置与不同周期的光栅的位置相对应；

所述选择生长区域外延层4自下而上依次包括间隔层、下波导层、多量子阱、上波导层和覆盖层5；

在选择生长区域以外的区域生长有电流阻挡层；

优选的，所述电流阻挡层包括掺fe的inp层6和掺fe的inp层6上的n-inp层7；

在选择生长区域的覆盖层和电流阻挡层上依次生长有空间层8和欧姆接触层9。

具体的，该阵列包括n-inp衬底1及在该衬底上依次形成的：

n-inp缓冲层2；

n-ingaasp光栅层3，在所述光栅层的不同区域形成有周期不同的均匀光栅；

选择生长区域外延层，所述选择生长区域的位置与不同周期的光栅的位置相对应，所述选择生长区域外延层自下而上依次包括n-inp间隔层、无掺杂algainas下波导层、压应变algainas多量子阱、无掺杂algainas上波导层(以上各层为图2中的4)和p-inp覆盖层5；

在选择生长区域以外的区域生长有电流阻挡层，所述电流阻挡层包括掺fe的inp层6和掺fe的inp层6上的n-inp层7；

在选择生长区域的p-inp覆盖层5和电流阻挡层上具有p-inp空间层8；

在p-inp空间层8上具有p-ingaas欧姆接触层9。

优选的，所述缓冲层2厚度为800nm，所述光栅层3的厚度为100nm，所述间隔层的厚度为90nm，所述下波导层的厚度为80nm，所述多量子阱的周期为15nm，所述多量子阱共10层，所述上波导层的厚度为80nm，所述覆盖层5的厚度为50nm，所述掺fe的半绝缘inp层6的厚度为700nm，所述n-inp层7的厚度为800nm，所述空间层的厚度为2000nm，所述欧姆接触层9的厚度为300nm。

优选的，不同周期光栅的波长在对应选择生长区域材料增益谱峰值左侧的20nm处。

优选的，所述选择生长区域的宽度为2.5μm。

进一步，所述激光器阵列还形成有双沟限制的脊形波导结构，所述脊形波导结构两侧的沟槽的深度为4μm，双沟槽间台面宽度为10μm。

进一步，所述激光器阵列还形成有bar条，所述腔长为150μm，腔面分别具有反射率为1％的高透膜和反射率为95％的高反膜。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。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。