一种电吸收调制激光器芯片及其制备方法与流程

本申请涉及半导体，具体涉及一种电吸收调制激光器芯片及其制备方法。

背景技术：

1、电吸收调制激光器(eml)是集成了分布反馈激光器(dfb)与电吸收调制器(ea)的光子集成器件。eml由dfb激光器实现光发射功能，由ea实现光调制功能。与直调dfb激光器相比，eml具有低成本、高调制速率、传输距离长的特点，已经成为高速骨干网和城域网、数据中心等应用场景下光发射模块的最佳解决方案。随着5g高清视频、vr/ar、云计算等新技术的兴起，伴随着高带宽、低时延的网络需求，人们对光通信系统中数据传输和处理的要求越来越高，这就对eml激光器芯片的性能提出了更高的要求。

2、调制器和激光器之间的电隔离，直接影响着eml激光器的光谱线宽以及dfb和ea芯片之间的热串扰，对100gbit/s以上速率的高速调制下的光发射模块而言，这会造成光发射模块的眼图不良，出现信号误码从而限制了无误码传输的距离。通常的电隔离方法是采用刻蚀的方法去掉dfb激光器和ea调制器之间的接触层，然后通过sinox介质模填充或者氦离子注入的方式，实现两个功能器件之间的电隔离，其隔离电阻只能够达到几十千欧姆量级，不能有效地阻止激光器和调制器之间的热串扰和电串扰。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种电吸收调制激光器芯片及其制备方法，能够有效阻止激光器和调制器之间的热串扰和电串扰。

2、本申请实施例的一方面，提供了一种电吸收调制激光器芯片的制备方法，包括：提供衬底，并在所述衬底上形成一次外延层；

3、在所述一次外延层形成光栅图案；

4、刻蚀部分光栅图案，以在所述一次外延层形成带有所述光栅图案的非ea区和去除所述光栅图案的ea区；

5、在所述一次外延层上形成二次外延层；

6、在所述二次外延层对应所述非ea区形成dfb区和位于所述dfb区和所述ea区之间的隔离区，并刻蚀所述隔离区以形成隔离沟；

7、在所述隔离沟内填充掺金属的半绝缘层。

8、可选地，所述提供衬底，并在所述衬底上形成一次外延层,包括：

9、在所述衬底上依次形成生长缓冲层、下分离限制异质结构层、多量子阱层、下分离限制异质结构层和光栅层；其中，所述上、下分离限制异质结构层、多量子阱层均为ingaasp或i ngaa las结构，所述多量子阱层至少包括一层量子阱有源层和势垒层；所述光栅层为i ngaasp层。

10、可选地，所述在所述一次外延层形成光栅图案，包括：

11、在所述光栅层上涂覆光刻胶；

12、采用全息曝光在所述光刻胶上制作光栅图形；其中，所述光栅图形为均匀光栅图形，所述光栅图形的周期在240nm～250nm之间，所述光栅图形的占空比为50％±10％；

13、采用湿法腐蚀或干法刻蚀将所述光刻胶上的光栅图形转移到所述光栅层上，以在所述光栅层形成光栅图案；

14、完全去除所述光栅层表面的光刻胶。

15、可选地，所述刻蚀部分光栅图案，以在所述一次外延层形成带有所述光栅图案的非ea区和去除所述光栅图案的ea区，包括：

16、在形成有所述光栅图案的所述光栅层上部分区域涂覆二次光刻胶以作为非ea区，其余区域作为ea区；

17、采用湿法腐蚀工艺腐蚀所述光栅层位于所述ea区的材料；其中，所述湿法腐蚀工艺采用h2so4:h2o2:h2o＝1:1:20的刻蚀溶液进行腐蚀；

18、去除所述非ea区的二次光刻胶。

19、可选地，所述在所述一次外延层上形成二次外延层，包括：

20、在所述光栅层表面依次生长p型的i np层和zn重掺杂的p型i ngaas的欧姆接触层；其中，所述i np层厚度在1.5um～1.8μm之间；所述欧姆接触层的厚度在200nm～400nm。

21、可选地，所述在所述二次外延层对应所述非ea区形成dfb区和位于所述dfb区和所述ea区之间的隔离区，并刻蚀所述隔离区以形成隔离沟，包括：

22、在所述欧姆接触层上对应所述非ea区内、靠近所述ea区处划分长度在20um～40um之间的隔离区；其中，所述非ea区到所述ea区的方向为长度方向；

23、在所述隔离区涂覆三次光刻胶；

24、刻蚀所述三次光刻胶以形成所述隔离沟，刻蚀深度至部分所述二次外延层中的inp层。

25、可选地，所述在所述隔离沟内填充掺金属的半绝缘层，包括：

26、在所述隔离沟内填充掺钌的半绝缘i np层，使所述半绝缘i np层、所述欧姆接触层的表面平齐；其中，所述钌的掺杂浓度在0.8×10^18/cm-3～8×10^18/cm-3。

27、本申请实施例的另一方面，提供了一种电吸收调制激光器芯片，通过上述的电吸收调制激光器芯片的制备方法制得，包括：衬底，以及依次形成于所述衬底上的一次外延层、二次外延层，所述二次外延层包括dfb区、ea区，以及位于所述dfb区和所述ea区之间的掺金属的半绝缘层。

28、可选地，所述一次外延层包括依次形成于所述衬底上的生长缓冲层、下分离限制异质结构层、多量子阱层、上分离限制异质结构层和光栅层，所述光栅层对应设置在所述dfb区。

29、可选地，所述二次外延层包括依次设置于所述光栅层的p型的i np层和zn重掺杂的p型i ngaas的欧姆接触层。

30、本申请实施例提供的电吸收调制激光器芯片及其制备方法，通过刻蚀出dfb和ea之间的隔离沟区域，然后外延生长掺钌的半绝缘i np层实现dfb和ea之间的电隔离，其隔离电阻可达几十兆欧姆量级，相对于传统只有几十千欧姆量级的隔离电阻的电隔离方式来说，本制备方法可以很好的解决激光器和调制器之间的热串扰和电串扰问题，提高电吸收调制激光器芯片芯片的光谱线宽性能。此外，dfb和ea区域的多量子阱为相同外延结构，由一次外延即可生长完成，无需针对ea区域进行复杂的外延对接生长工艺，减少了工序，提高了制备效率；通过全息曝光和ea区域对接刻蚀的方式实现了dfb区域形成光栅图案，ea区域无光栅图案的功能，无需昂贵的电子束曝光或纳米压印制作光栅工艺，具备低成本的优势。

技术特征：

1.一种电吸收调制激光器芯片的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述提供衬底，并在所述衬底上形成一次外延层，包括：

3.根据权利要求2所述的电吸收调制激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述在所述一次外延层形成光栅图案，包括：

4.根据权利要求3所述的电吸收调制激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述刻蚀部分光栅图案，以在所述一次外延层形成带有所述光栅图案的非ea区和去除所述光栅图案的ea区，包括：

5.根据权利要求4所述的电吸收调制激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述在所述一次外延层上形成二次外延层，包括：

6.根据权利要求5所述的电吸收调制激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述在所述二次外延层对应所述非ea区形成dfb区和位于所述dfb区和所述ea区之间的隔离区，并刻蚀所述隔离区以形成隔离沟，包括：

7.根据权利要求5所述的电吸收调制激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述在所述隔离沟内填充掺金属的半绝缘层，包括：

8.一种电吸收调制激光器芯片，通过上述权利要求1至7任一项所述的电吸收调制激光器芯片的制备方法制得，其特征在于，包括衬底，以及依次形成于所述衬底上的一次外延层、二次外延层，所述二次外延层包括dfb区、ea区，以及位于所述dfb区和所述ea区之间的掺金属的半绝缘层。

9.根据权利要求8所述的电吸收调制激光器芯片，其特征在于，所述一次外延层包括依次形成于所述衬底上的生长缓冲层、下分离限制异质结构层、多量子阱层、上分离限制异质结构层和光栅层，所述光栅层对应设置在所述dfb区。

10.根据权利要求9所述的电吸收调制激光器芯片，其特征在于，所述二次外延层包括依次设置于所述光栅层的p型的inp层和zn重掺杂的p型ingaas的欧姆接触层。

技术总结
本申请提供一种电吸收调制激光器芯片及其制备方法，涉及半导体技术领域，包括提供衬底，并在衬底上形成一次外延层；在一次外延层形成光栅图案；刻蚀部分光栅图案，以在一次外延层形成带有光栅图案的非EA区和去除光栅图案的EA区；在一次外延层上形成二次外延层；在二次外延层对应非EA区形成DFB区和位于DFB区和EA区之间的隔离区，并刻蚀隔离区以形成隔离沟；在隔离沟内填充掺金属的半绝缘层。通过刻蚀出DFB和EA之间的隔离沟区域，外延生长掺金属的半绝缘I nP层实现DFB和EA之间的电隔离，可以很好的解决激光器和调制器之间的热串扰和电串扰问题，提高电吸收调制激光器芯片芯片的光谱线宽性能。

技术研发人员：刘刚,冷祥,余小明,眭哲,严帅帅,张鹏,李海波,储成文,贺铁
受保护的技术使用者：无锡市华辰芯光半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16