一种DFB激光芯片及其制备方法与流程

一种dfb激光芯片及其制备方法
技术领域
[0001]
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种dfb激光芯片及其制备方法。


背景技术：

[0002]
分布反馈（dfb）激光器具有较好的单模特性，在通讯、传感等很多领域有着广泛的应用，是一种非常重要的激光光源。表征激光器单模特性的边模抑制比与多个物理参数相关，其中，其与光栅耦合因子的关系尤为直接。如果光栅耦合因子较小，边模抑制比就会很低，单模特性差。而如果光栅耦合因子较大，双模激射的概率明显增大，同样单模特性也很差，此外还会带来严重的空间烧孔效应，进一步减小边模抑制比。所以控制合理的光栅耦合因子尤为关键。
[0003]
光栅耦合因子由制作dfb激光器过程中设计和工艺环节共同决定。按理论设计好了合适的光栅耦合因子后，在工艺环节由于刻蚀很难做到光栅侧壁完全陡直，整片上光栅占空比，刻蚀深度完全一致等多种因素的影响，实际制作的光栅耦合因子会与设计值有差别，且在整片上不一致。这就导致生产的dfb激光器由于光栅耦合因子的差别成品率降低。
[0004]
鉴于此，为克服上述技术缺陷，提供一种dfb激光芯片及其制备方法成为本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种dfb激光芯片及其制备方法，提高了dfb器件成品率。
[0006]
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种dfb激光芯片的制备方法，其不同之处在于，包括以下步骤：步骤1：选择一n型inp衬底；步骤2：在所述衬底上依次外延生长缓冲层、下波导层、量子阱有源区、上波导层、下隔离层、腐蚀截止层、上隔离层和光栅层；步骤3：在所述光栅层中制作两种不同占空比的折射率耦合型光栅，形成双光栅结构；步骤4：二次外延光栅覆盖层、上包覆层和接触层；步骤5：在所述接触层和上包覆层中刻蚀出激光器波导结构并生长绝缘层，所述激光器波导结构有两个；步骤6：刻蚀所述绝缘层形成电流注入窗口；步骤7：在p型表面沉积金属形成p面电极，n面衬底减薄后沉积金属形成n面电极，完成制备。
[0007]
按以上技术方案，所述缓冲层和上包覆层的材料为inp。
[0008]
按以上技术方案，所述下波导层和上波导层的材料为algainas，厚度为100nm-500nm。
[0009]
按以上技术方案，所述量子阱有源区为多个量子阱结构，量子阱为压应变的阱，阱
厚为6nm-10nm。
[0010]
按以上技术方案，其中的量子垒为压应变的垒，垒厚为15nm-20nm，光致发光谱波长为1300-1500nm。
[0011]
按以上技术方案，所述下隔离层和上隔离层的材料为inp。
[0012]
按以上技术方案，所述光栅层的材料为ingaasp，厚度为15nm-35nm，光致发光谱波长为1200-1500nm。
[0013]
按以上技术方案，所述两种光栅曝光时选择的占空比不同，得到的光栅耦合系数不同。
[0014]
按以上技术方案，其中的光栅刻蚀采用干法刻蚀，把曝光时控制的占空比转移到光栅层中。
[0015]
一种根据上述制备方法制备的dfb激光芯片，其不同之处在于：其由下至上依次包括n型inp衬底、缓冲层、下波导层、量子阱有源区、上波导层、下隔离层、腐蚀截止层、上隔离层、光栅层、光栅覆盖层、上包覆层和接触层，还包括位于n型inp衬底下方的n面电极和位于接触层上方的p面电极，所述光栅层中包括两种不同占空比的光栅。
[0016]
由上述方案，本发明公开了一种dfb激光芯片及其制备方法，具体为采用金属有机物化学气相沉积法外延生长有源区及波导结构，结合电子束光刻和干法刻蚀制作周期光栅形成激光外延片，通过常规光刻和刻蚀工艺制作dfb激光芯片。在同一个芯片上制作两个激光器，这两个器件的光栅占空比不同，所以得到的光栅耦合因子也不相同。采用这样方法能在一个芯片上更大概率的得到光栅耦合因子更合适的器件，因而增加了dfb器件成品率。
附图说明
[0017]
图1为本发明实施例的dfb激光芯片的base结构示意图；图2为本发明实施例的光栅示意图一；图3为本发明实施例的光栅示意图二；图4为本发明实施例的二次外延的示意图；图5为本发明实施例的dfb激光芯片整体结构的示意图；图6为本发明实施例的dfb激光芯片不同光栅占空比的示意图；其中：1-n型inp衬底；2-缓冲层；3-下波导层；4-量子阱有源区；5-上波导层；61-下隔离层；62-上隔离层；7-腐蚀截止层；8-光栅层；9-光栅；10-光栅覆盖层；11-上包覆层；12-接触层；13-p面电极；14-n面电极。
具体实施方式
[0018]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]
在下文中，将参考附图来更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本发明的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。
[0020]
如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描
述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本发明。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”和其衍生词将与如图1定向的发明有关。而且，并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的发明构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。
[0021]
请参考图1至图6，本发明一种dfb激光芯片的制备方法，其不同之处在于：包括以下步骤：步骤1：选择一n型inp衬底1；步骤2：在所述衬底上依次外延生长inp缓冲层2、algainas下波导层3、量子阱有源区4、algainas上波导层5、inp下隔离层61、ingaasp腐蚀截止层7、inp上隔离层62和ingaasp光栅层8；步骤3：在所述光栅层8中，采用全息曝光和湿法刻蚀的方法制作不同占空比的折射率耦合型光栅9，在芯片的两个波导范围内都制作光栅9，形成双光栅结构；步骤4：二次外延inp光栅覆盖层10、inp上包覆层11和ingaas接触层12；步骤5：在ingaas接触层12和上包覆层11中刻蚀出激光器波导结构并生长二氧化硅绝缘层，所述激光器波导结构有两个；步骤6：刻蚀所述绝缘层形成电流注入窗口；步骤7：在p型表面沉积金属形成p面电极13，n面衬底减薄后沉积金属形成n面电极14，完成制备。
[0022]
二氧化硅绝缘层在制备工艺中被刻蚀掉，所以在附图中未显示。
[0023]
优选的，所述缓冲层2和上包覆层11的材料为inp。
[0024]
优选的，所述下波导层3和上波导层5的材料为algainas，厚度为100nm-500nm。
[0025]
优选的，所述量子阱有源区4为多个量子阱结构，量子阱为压应变的阱，阱厚为6nm-10nm。
[0026]
按以上技术方案，其中的量子垒为压应变的垒，垒厚为15nm-20nm，光致发光谱波长为1300-1500nm。
[0027]
优选的，所述下隔离层61和上隔离层62的材料为inp。
[0028]
优选的，所述光栅层8的材料为ingaasp，厚度为15nm-35nm，光致发光谱波长为1200-1500nm。
[0029]
具体的，所述两种光栅曝光时选择的占空比不同，得到的光栅耦合系数不同。
[0030]
优选的，其中的光栅刻蚀采用干法刻蚀，把曝光时控制的占空比转移到光栅层中。
[0031]
一种根据上述制备方法制备的dfb激光芯片，其不同之处在于：其由下至上依次包括n型inp衬底1、缓冲层2、下波导层3、量子阱有源区4、上波导层5、下隔离层61、腐蚀截止层7、上隔离层62、光栅层8、光栅覆盖层10、上包覆层11和接触层12，还包括位于n型inp衬底下
方的n面电极14和位于接触层上方的p面电极13，所述光栅层8中包括两种不同占空比的光栅。
[0032]
本发明实施例中，在一个激光芯片面积范围内同时刻蚀出两个激光器波导结构，即在一个芯片中有两个dfb激光器，它们光栅的占空比不同，对应的光栅耦合系数不同。采用电子束曝光和干法刻蚀的方法制在光栅层中制作折射率耦合型光栅。采用两种不同耦合系数的光栅，来进一步调节光栅耦合因子的匹配问题，从而提高dfb芯片的单模良率。
[0033]
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。