具有高热波长调谐效率的可调激光器的制造方法
【专利说明】具有高热波长调谐效率的可调激光器
[0001]相关申请案交叉申请
[0002]本发明要求陈宏民(Hongmin Chen)等人在2013年4月30日递交的发明名称为“具有高热波长调谐效率的可调激光器(Tunable Laser With High Thermal WavelengthTuning Efficiency) ”的美国临时专利申请案第61/817，731号的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中，如同全文复制一样。
[0003]关于由联邦政府赞助研究或开发的声明
[0004]不适用
[0005]参考缩微胶片附录
[0006]不适用
技术领域
[0007]无
【背景技术】
[0008]单片集成激光器可以是在磷化铟(Indium Phosphide，InP)晶片等单一晶片上制造的激光器。可调激光器可以是具有可控的在相当大的波长范围上连续改变的输出波长的激光器。可调激光器可以通过将电流或热量注入到调谐装置中来控制。此类热量和/或电流可以使得调谐装置选择性地改变，从而可以导致所希望的波长的集中的光输出。许多结构可以用于控制在单片集成激光器中和/或在其它光传输背景下的光输出。
【发明内容】
[0009]在一个实施例中，本发明包含一种单片集成热可调激光器，包括:分层衬底，所述分层衬底包括上表面和下表面，以及热调谐组件，所述热调谐组件包括:定位在上表面上的加热元件；定位在上表面和下表面之间的波导层，以及定位在波导层和下表面之间的隔热层，其中所述隔热层至少部分由InP牺牲层刻蚀出，其中所述隔热层定位在砷化铟镓(Indium Gallium Arsenide，InGaAs)刻蚀停止层之间。
[0010]在另一实施例中，本发明包含一种通过某一过程制备的用于单片集成激光器的热调谐组件，所述过程包括:形成分层衬底，其中所述分层衬底包括定位在多个InGaAs刻蚀停止层之间的砷化铟招(Indium Aluminum Arsenide，InAlAs)牺牲层；将加热元件附接在分层衬底的表面上；通过所述InGaAs刻蚀停止层容纳刻蚀剂并通过刻蚀掉InAlAs牺牲层的至少一部分在分层衬底中形成悬空式隔热结构。
[0011]在另一实施例中，本发明包含一种制造热调谐组件的方法，包括:形成分层衬底，其中所述分层衬底包括定位在多个InGaAs刻蚀停止层之间的InP牺牲层；将加热元件定位在分层衬底的上表面上；通过所述InGaAs刻蚀停止层容纳刻蚀剂并通过刻蚀掉InP牺牲层的至少一部分在分层衬底中形成悬空式隔热结构。
[0012]从结合附图以及权利要求书进行的以下详细描述将更清楚地理解这些以及其他特征。
【附图说明】
[0013]为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和【具体实施方式】而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表不相同部分。
[0014]图1是用于单片集成可调激光器的热调谐组件的实施例的俯视图。
[0015]图2是图1的示意图的纵向截面。
[0016]图3是图1的示意图的第一横向截面。
[0017]图4是图1的示意图的第二横向截面。
[0018]图5是图1的不意图的第二横向截面。
[0019]图6是热调谐组件的实施例的第一制造过程步骤的图示。
[0020]图7是热调谐组件的实施例的第二制造过程步骤的图示。
[0021]图8是热调谐组件的实施例的第三制造过程步骤的图示。
[0022]图9是热调谐组件的实施例的第四制造过程步骤的图示。
[0023]图10是热调谐组件的实施例的第五制造过程步骤的图示。
[0024]图11是热调谐组件的第二实施例的第一制造过程步骤的图示。
[0025]图12是热调谐组件的第二实施例的第二制造过程步骤的图示。
[0026]图13是悬空式隔热结构的第二实施例的第三制造过程步骤的图示。
[0027]图14是热调谐组件的第二实施例的第四制造过程步骤的图示。
[0028]图15是热调谐组件的第二实施例的第五制造过程步骤的图示。
[0029]图16是制造用于单片集成可调激光器的热调谐组件的方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0030]首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
[0031]单片集成可调激光器可以大体上通过多量子讲(Multiple Quantum Well，MQW)增益材料与在InP衬底上的无源材料的对接制造。增益MQW可以提供具有电流注入的增益，而镜子(例如分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector，DBR))和相位区段可以用无源材料制造。波长调谐可以通过调谐DBR区段和相位区段的折射率来实现。调谐机制可以包含电流注入调谐和/或通过局部加热器的热调谐。热调谐可以包括比电流注入调谐更低的调谐损耗，这可能导致更窄的激光器线宽。例如，与电流注入调谐的五兆赫兹(MHz)相比，可以利用热调谐实现小于400千赫兹(kHz)的线宽。然而，对于相似的波长调谐范围，电流注入可以得到比热调谐更低的调谐功耗。另外，在相似的波长范围上，热调谐组件的功耗(例如，约300毫瓦(mW))可以大大地超过基于电流的调谐组件的功耗(例如，约10mW)。
[0032]悬空结构可以用于减少热可调激光器的功耗，例如，在微机电系统(Micro-ElectroMechanical System, MEMS)结构和具有窄线宽和高热调谐效率(例如，与电流注入调谐类似的调谐效率)的单片集成可调激光器中。悬空结构可以为调谐区段提供隔热且可以通过牺牲层刻蚀制造。例如，悬空结构可以通过作为牺牲层的InGaAs和/或磷(P)化铟(In)镓(Ga)砷(As) (InGaAsP)以及作为停止层的InP用牺牲层刻蚀制造。然而，InGaAs可以具有比InP更低的热导率(例如，对应地为在5瓦每厘米开尔文(W/(cm K))和68ff/(cm K))。此外，形成具有低应力的厚三元合金层(In(l-x)GaxAs，其中X是选定值)和/或四元(InxGa(l-x)AsyP(l-y)，其中X和y是选定值)合金层可能是困难的，因为组份变化(例如，(x，y))可能导致与InP的晶格失配且可能引入应力。具有应力的厚层可能引起制造缺陷和不可靠的结构。可能需要厚牺牲层(例如，若干微米(μπι))以避免在制造期间粘连，所述粘连可能由在牺牲层的刻蚀不净后去除冲洗溶液期间的毛细力引起。
[0033]本文中所揭示的是具有用于减轻到与其相关联的衬底(例如晶片)中的热损耗的悬空式隔离结构的热调谐组件。悬空式隔离结构可以用InGaAs刻蚀停止层和包括InP和/或InAlAs的牺牲层制造，这可以将更大的热导率提供到悬空式隔离结构中，同时提供具有与晶格失配相关的低应力的厚牺牲层。将InAlAs层包含在InP层内部可以导致更快的刻蚀时间，因为InP可以沿着竖直轴线更快刻蚀，而InAlAs可以沿着水平轴线更快刻蚀。此夕卜，氮化娃(Silicone Nitride, SiN)和 / 或二氧化娃(Silicon D1xide，Si02)等电介质可以在制造过程中的各点处涂覆到衬底以在产生悬空式隔离结构的多级刻蚀过程期间保护激光器波导层和/或晶片整体免受刻蚀溶液影响。
[0034]图1是用于单片集成可调激光器的热调谐组件100的实施例的俯视图。图1可以在纵向X轴线和横向y轴线上描绘热调谐组件100，其中竖直z轴线未示出。单片集成可调激光器和调谐组件100可以在单一晶片上制造，所述晶片可以经受如本文中所论述的各种过程以变成分层衬底110。调谐组件100可以制造到分层衬底110中和/或上。调谐组件100可以包括增益区段130、加热元件120、