專利名稱：選擇區(qū)域外延制作電吸收調制分布反饋激光器的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制作半導體激光器的方法，特別涉及一種選擇區(qū)域外延制作電吸收調制分布反饋(DFB)激光器的方法。
調制器(MD)與激光器(LD)單片集成器件(EML)不僅可以大大減小MD與LD的耦合工作量，而且可大大減小MD的插入損耗，提高輸出光功率和調制效率；同時使集成器件的體積大大減小，即便于規(guī)模生產，又有利于對器件溫度的控制，使輸出光功率及輸出波長穩(wěn)定。目前，這種單片集成器件的制作方法主要采用選擇區(qū)域生長(SAG)方法(見文獻1)IEEE Journal of Quantum Electronics，1993，29(6)，p2088；2)Electronics Letters，1996，32(2)，p109；3)IEEE Photonics TechnologyLetters，1997，.9(7)，p898.)。這種方法多采用半絕緣磷化銦(SI-InP，摻Fe)掩埋條形結構，因此LD和MD的條形有源區(qū)都要暴露。如果再生長階段處理不當，刻蝕的界面將直接影響激光器的長期使用壽命；在SI-InP掩埋結構中，鐵(Fe)與鋅(Zn)的互擴散問題也一直是影響器件性能和壽命的原因。另外，額外的外延增加了制作工藝的復雜性和生產成本，同時降低了器件的成品率。
本發(fā)明是的目的是提供一種制作電吸收分布反饋(DFB)激光器的方法，它可與常規(guī)脊型波導結構激光器的制作工藝兼容，不腐蝕有源區(qū)、可簡化EML制作工藝、提高成品率和降低生產成本。
本發(fā)明制作電吸收分布反饋(DFB)激光器的方法，該制作方法包括以下步驟1.在n型InP襯底上淀積200nm厚的二氧化硅(SiO2)，并刻出所需的圖形；2.在圖形襯底上生長LD和MD的多量子阱(MQW)有源區(qū)；3.在LD區(qū)域制作布拉格(Bragg)光柵，在MD區(qū)域刻制可減小光反饋的窗口，用p-InP(磷化銦)、p-InGaAsP(銦鎵砷磷)、p-InP、p+-InGaAs(銦鎵砷)掩埋光柵可形成窗口，同時得到刻蝕波導所需的刻蝕停止層；4.采用濕法化學腐蝕(鹽酸+磷酸)的方法，在LD與MD區(qū)域形成側壁垂直的寬度為3m的光限制和電限制單脊條形結構；5.刻蝕去掉LD和MD之間的接觸層，并用選擇氦(He+)離子注入形成電隔離溝；6.蒸發(fā)絕緣介質膜，在MD的壓焊電極下淀積聚酰亞胺(polyimide)，并刻出電極窗口；7.采用帶膠剝離(lift-off)技術，制作LD和MD的P面高頻電極圖形；8.減薄，做N面電極；9.最后在器件的端面鍍光學膜。
為進一步說明本發(fā)明的方法，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，其中

圖1A、1B和1C是本發(fā)明第一實施例所用的掩膜、內部光柵分布及結構示意圖；圖2A、2B和2C是本發(fā)明第二實施例所用的掩膜、內部光柵分布及結構示意圖；圖3A、3B和3C是本發(fā)明第三實施例所用的掩膜、內部光柵分布及結構示意圖；實施例一單脊條形電吸收調制DFB激光器圖1A是采用本發(fā)明方法生長單脊條形電吸收調制DFB激光器所用掩膜的示意圖。在n-InP襯底1上淀積200nm厚的條形SiO2掩膜2；然后在其上采用金屬有機物化學氣相淀積(MOCVD)方法生長MQW有源區(qū)4，由于材料在掩膜上不生長，使掩膜上有機源分子的濃度高于生長區(qū)的濃度，從而在橫向上形成了反應物的濃度梯度，生長的結果是掩膜區(qū)內的多量子阱有源區(qū)4的厚度要比平面部分的多量子阱5厚，寬阱區(qū)作為LD部分，與它對應的激射波長比MD的長；隨后在多量子阱有源區(qū)4上選擇刻制Bragg光柵3，如圖1B所示，作為DFB激光器區(qū)，而平面部分將作為MD；隨后采用MOCVD方法在光柵上生長p-InP掩埋層，p-InGaAsP刻蝕停止層，P-InP蓋層，P+-InGaAs接觸層；單脊條形電吸收調制激光器的結構如圖1C所示，LD與MD在橫向上的尺寸完全一致，其波導結構利用濕法刻蝕和刻蝕停止層，形成垂直的側向臺壁。LD區(qū)的電極采用大面積的電極6，MD區(qū)的電極采用面積小的圖形電極7，中間是采用離子注入形成的電學隔離溝9，以減小LD與MD之間的電串擾以抑制由電串擾而引起的波長啁啾。為減小MD的寄生電容，在MD的圖形電極7下淀積介電常數小的聚酰亞胺8，電極下是絕緣介質膜11。隨調制電壓的變化，MD端面的光反饋隨之變化，引起DFB激光器的激射條件改變，從而引起DFB激射波長漂移，啁啾增加。為減小光反饋對激光器的影響，在MD的出光面制作窗口10，同時鍍抗反射膜；脊型波導條形區(qū)外是離子注入區(qū)12。
實施例二單脊條形可調諧DBR激光器圖2A是采用本發(fā)明方法生長的單脊條形可調諧DBR激光器所用的掩膜的示意圖。在n-InP襯底1上淀積200nm厚的條形SiO2掩膜2，然后在其上用MOCVD方法生長多量子阱有源區(qū)24，作為增益區(qū)；平面部分的多量子阱25比選擇區(qū)內的多量子阱24薄，作為低損耗的光柵反射區(qū)，光柵23做在平面部分的多量子阱25上，用做Bragg激光器一端的單頻反射器，如圖2B所示；隨后采用MOCVD方法在光柵上生長p-InP掩埋層，p-InGaAsP刻蝕停止層，p-InP蓋層，p+-InGaAs接觸層；單脊條形可調諧DBR激光器的結構如圖2C所示，增益區(qū)與Bragg區(qū)的尺寸完全一致，其波導結構利用濕法刻蝕和刻蝕停止層，形成垂直的側向臺壁；隨后制作p面電極鈦/鉑/金(Ti/Pt/Au)和n面電極金/鍺/鎳(AuGeNi)，Bragg光柵部分采用大面積的電極26(用以注入電流，實現調諧)，增益區(qū)也采用大面積的電極28，為防止器件各部分的電學串擾，在兩部分電極的中間采用離子注入形成的電隔離區(qū)27，電極下是絕緣介質膜29。
實施例三單脊條形電吸收調制可調諧DBR激光器。
圖3A是采用本發(fā)明方法生長的單脊條形電吸收調制可調諧DBR激光器所用的掩膜示意圖。在n-InP襯底1上淀積200nm厚SiO2掩膜，激光器增益區(qū)的掩膜2較寬，為20μm，調制器區(qū)的掩膜33窄，為4μm，但掩膜之間開口的尺寸相同，均為15μm。在圖3A所示的圖形襯底上用MOCVD方法生長MQW。寬掩膜選擇區(qū)內生長的多量子阱35比窄掩膜選擇區(qū)內生長的多量子阱36厚，二者均比平面部分生長的多量子阱37厚，因此平面部分的多量子阱37的發(fā)光波長最短，寬掩膜選擇區(qū)內生長的多量子阱35的發(fā)光波長最長；光柵4選擇性地制作在平面部分的多量子阱37上，用做Bragg激光器一端的單頻反射器，如圖3B所示；隨后在光柵上采用MOCVD方法生長p-InP，p-InGaAsP，p-InP，p+-InGaAs用以掩埋光柵和形成電極接觸層；增益區(qū)，Bragg區(qū)和EA區(qū)的尺寸完全一致，其波導結構利用濕法刻蝕和刻蝕停止層，形成垂直的側向臺壁；隨后制作p面電極Ti/Pt/Au和n面電極AuGeNi。圖3C是電吸收調制可調諧DBR激光器的結構示意圖。Bragg光柵部分采用大面積的電極39(用以注入電流，實線調諧)，增益區(qū)也采用大面積的電極38，EA-MD的電極為采用lift-off技術制作的圖形電極310；為減小MD的寄生電容，在EA電極下淀積聚酰亞胺311；電極及聚酰亞胺下是絕緣介質膜313，在器件各部分的電極之間為采用選擇離子注入而形成的電學隔離溝312；為減小出光端面的光反饋，在MD出光面采用掩埋InP的窗口314；器件整體采用共用的n面電極315。
歸納以上三個實施例，本發(fā)明的制作方法為1.在n型InP襯底上淀積200nm厚的SiO2，并刻出所需的圖形；2.在圖形襯底上生長LD和MD的多量子阱有源區(qū)；3.在LD區(qū)域制作布拉格光柵，在MD區(qū)域刻制可減小光反饋的窗口，用磷化銦、銦鎵砷磷、p-InP、銦鎵砷掩埋光柵可形成窗口，同時得到刻蝕波導所需的刻蝕停止層；4.采用濕法化學腐蝕的方法，在LD與MD區(qū)域形成側壁垂直的寬度為3m的光限制和電限制單脊條形結構；5.刻蝕去掉LD和MD之間的接觸層，并用選擇He+離子注入形成電隔離溝；6.蒸發(fā)絕緣介質膜，在MD的壓焊電極下淀積聚酰亞胺，并刻出電極窗口；7.采用帶膠剝離技術，制作LD和MD的P面高頻電極圖形；
8.減薄，做N面電極；9.最后在器件的端面鍍光學膜。
本發(fā)明制作電吸收分布反饋(DFB)激光器的方法，該方法具有以下優(yōu)點1由于采用He+離子選擇區(qū)域注入，可以提高MD與LD之間的電隔離，減小MD的寄生電容，同時有高的穩(wěn)定性；2采用單條脊型結構，與傳統的脊型波導結構激光器的制作工藝兼容，制作工藝簡便，對有源區(qū)沒有影響，可以保證器件的可靠性；3總體而言，需要外延次數少，制作工藝簡單，易行，制作周期短，可大大降低生產成本。
權利要求
1.一種選擇區(qū)域外延制作電吸收調制分布反饋激光器的方法，其特征在于，1.在n型磷化銦襯底上淀積200nm厚的二氧化硅，并刻出所需的圖形；2.在圖形襯底上生長激光器和調制器的多量子阱有源區(qū)；3.在激光器區(qū)域制作布拉格光柵，在調制器區(qū)域刻制可減小光反饋的窗口，用磷化銦、銦鎵砷磷、磷化銦、銦鎵砷掩埋光柵可形成窗口，同時得到刻蝕波導所需的刻蝕停止層；4.采用濕法化學腐蝕的方法，在激光器與調制器區(qū)域形成側壁垂直的寬度為3m的光限制和電限制單脊條形結構；5.刻蝕去掉激光器和調制器之間的接觸層，并用選擇氦離子注入形成電隔離溝；6.蒸發(fā)絕緣介質膜，在調制器的壓焊電極下淀積聚酰亞胺，并刻出電極窗口；7.采用帶膠剝離技術，制作激光器和調制器的P面高頻電極圖形；8.減薄，做N面電極；9.最后在器件的端面鍍光學膜。
全文摘要
一種選擇區(qū)域外延制作電吸收調制分布反饋激光器的方法,在磷化銦襯底上淀積二氧化硅層;在圖形襯底上生長多量子阱有源區(qū);在激光器區(qū)域制作布拉格光柵,在調制器區(qū)域刻制窗口,同時得到刻蝕波導所需的刻蝕停止層;在激光器與調制器形成光限制和電限制單脊條形結構;刻蝕去掉激光器和調制器之間的接觸層;蒸發(fā)絕緣介質膜;制作激光器和調制器的P面高頻電極圖形;減薄做N面電極;最后在器件的端面鍍光學膜。
文檔編號H01S5/00GK1332501SQ00109780
公開日2002年1月23日 申請日期2000年7月6日 優(yōu)先權日2000年7月6日
發(fā)明者劉國利, 王圩, 陳娓兮, 朱洪亮 申請人:中國科學院半導體研究所