专利名称：一种电流调制增益耦合激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电流调制增益耦合分布反馈(DFB)激光器，具体的说是一种直接制作在衬底上并具有平面光栅结构的电流调制增益耦合DFB激光器。适于制作光纤通信用的单模激光器及含DFB的集成器件，例如电吸收调制器与DFB激光器的集成器件等。
普通的折射率耦合DFB激光器，其单模成品率较低。指数-增益复耦合的DFB激光器则可很大程度地提高单模成品率，而增益耦合DFB激光器，在理论上可达百分之百的单模成品率。根据有源波导中光波反馈加强的原理，可将指数-增益复耦合和增益耦合DFB激光器的光栅结构分为三类一为吸收型结构，包括同型和反型吸收结构(见Y.Luo et al，Appl.Phys.Lett.，Vol.55，PP.1606-1608，1989)；二为刻蚀有源层型结构(见G.P.Li et al，Electronics Letters，Vol.28，PP.1726-1727，1992)；三为电流调制型结构(见C.Kazmierski，D.Robein，etal，IEEEJ.Selected Topicsin Quantum Electronics，Vol.1，pp.371-374，1995)。原理上，这三种结构的增益耦合成分依次增加。电流调制型DFB激光器直接对有源区纵向的载流子密度分布(亦即对光增益)起调制作用，其增益耦合的程度最强，因而可望最大限度地提高DFB激光器的单模成品率。但C.Kazmierski等人的电流调制增益光栅是通过掩膜刻蚀形成的非平面波纹光栅，这种光栅只适于制作在已生长了有源层结构的外延层上，而不宜直接在衬底上制作。若不然，有源区将要在非平面的波纹光栅上生长，其完整性将会受到影响。因此，已报道的这种电流调制型增益耦合DFB激光器需要两次或两次以上的外延步骤才可以完成整个层结构的生长。
本实用新型提出了一种直接在衬底上制作电流调制型增益光栅的结构，并且只须采用一次外延步骤就可生长出整个增益耦合DFB激光器的层结构。其电流调制型光栅是一种完全平面型光栅，这种光栅可以直接制作在衬底上而不影响在光栅上外延生长有源层。由于本实用新型结构只须用一次外延生长步骤，所以可缩短DFB激光器的制作流程，大大降低制作成本；同时，以本实用新型结构可实现多种电流调制型增益耦合DFB激光器结构。
本实用新型的具体结构是在InP衬底上表面生长一层介质膜，以介质膜光栅图形为掩体向衬底作选择离子注入，在栅格间隙的衬底表面层内形成离子注入区光栅，除去介质掩膜，在平整的光栅面上连续外延生长缓冲层、MQW有源层和上掩埋层等层结构，用光刻技术作出脊形波导激光器。
本实用新型的显著特点在于1.直接在衬底上制作光栅，只需一次外延步骤就可生长出整个器件层结构，并适宜于采用脊条形的简单结构制作条形器件，有利于降低成本，作较大规模生产。2.作出的光栅表面平整，可以减少非平面光栅与掩埋外延界面之间的位错和缺陷，减少内部损耗，提高器件可靠性；3.这种方法制作的DFB激光器单模成品率高，适宜于制作各种含DFB的激光器及其集成器件，如电吸收(EA)调制器(MD)与DFB激光器(LD)的集成器件即(EML)等。
图1为本实用新型的基本结构示意图图2为本实用新型n型离子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器结构图3为本实用新型中性补偿质子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器结构图4为本实用新型p型离子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器结构下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示，在InP衬底11的上表面生长一层厚度～0.1μm的SiO2介质膜16(图1a)；利用全息或电子束暴光技术在SiO2上刻制出所需的周期性掩膜光栅图形(图1b)；以这种周期性SiO2光栅图形为掩体，向衬底选择注入离子源，在SiO2栅格间隙的衬底表面层内形成深度～100nm的离子注入区12(图1c)；用HF缓冲溶液除去SiO2，衬底表面上就留下了平整的周期性注入区光栅结构(图1d)。衬底11的上表面层内除嵌入了离子注入光栅区外，仍为完整的平整面；在这平整的光栅面上利用MOCVD外延技术，连续外延缓冲薄层13、多量子阱(MQW)有源层14和上掩埋层15(含刻蚀终止层、限制层和高掺杂接触层)(图1e)；利用常规的光刻、选择刻蚀技术作出脊条形波导电流调制增益耦合DFB激光器(图1f)。
图2为n型离子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器结构。在p-InP衬底21的上表面先生长一层SiO2介质膜，在其上刻制出周期性介质掩膜光栅，利用n型离子源Si(亦可取S、Se、Te和Sn中的某一种)作选择注入(注入剂量1～3×1013cm-2)，在p-InP衬底21的上表面层内形成n型注入岛区22；除去SiO2介质掩膜光栅后利用MOCVD外延技术连续外延p-InP缓冲薄层23(厚度～50nm，掺杂浓度～2×1017cm-3)、MQW有源层24和n-InP掩埋层25，即可构成n型离子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器。外加正向电压于图示结构时，注入岛区22成为阻挡载流子流通的反向p-n结区，载流子只能通过岛区之间的间隙流向有源区。因此，流进有源区24的载流子具有了与光栅相同的周期性纵向密度分布，并且随外加电压的变化而变化，从而对有源区光增益起调制作用．图3为中性补偿质子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器结构。在p-InP衬底31上先生长SiO2介质膜，在其上刻制出周期性介质掩膜光栅后，用中性质子源He+(亦可取质子H+和过渡金属Ti)作选择注入，形成高电阻值注入岛区32，除去SiO2介质后连续外延生长p-InP薄层33、MQW有源层34和n-InP掩埋层35，即可构成中性补偿离子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器。由于注入区32为高电阻值区，同样可对有源区的光增益起调制作用。
图4为p型离子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器结构。在n-InP衬底41的上表面先生长一层SiO2介质膜，在其上刻制出周期性介质掩膜光栅，利用p型离子源Be(亦可取Zn、Mg和Cd中的某一种)作选择注入(注入剂量1～3×1013cm-2)，在n-InP衬底41的上表面层内形成p型注入岛区42；除去SiO2介质掩膜光栅后连续外延生长n-InP薄层43(厚度～50nm，掺杂浓度～2×1017cm-3)、MQW有源层44和p-InP掩埋层45，即可构成p型离子注入平面型电流调制增益耦合DFB激光器。当外加正向电压于图示结构时，衬底中的电子由于受到反型离子注入岛区42的阻挡，将被迫集中在岛的周期性间隙中流向有源区44。因此，流进有源区44的电子就具有周期性的纵向密度分布，从而可以达到调制有源区光增益的作用。
权利要求1.一种电流调制增益耦合激光器，其特征在于在InP衬底上表面生长一层介质膜，以介质膜光栅图形为掩体向衬底作选择离子注入，在栅格间隙的衬底表面层内形成离子注入区光栅，除去介质掩膜，在平整的光栅面上连续外延生长缓冲层、MQW有源层和上掩埋层等层结构，用光刻技术作出脊形波导激光器。
2.如权利要求1所述的电流调制增益耦合激光器，其特征在于p-InP衬底可选择n型离子源例如Si，S，Se，Te，Sn作注入，形成反型注入岛区22，亦可选择中性质子源例如He+，H+或过渡金属Ti作注入，形成补偿注入高阻岛区32。
3.如权利要求1所述的电流调制增益耦合激光器，其特征在于n-InP衬底可选择P型离子源例如Be，Zn，Mg，Cd作注入，形成反型注入岛区42。
4.如权利要求1所述的电流调制增益耦合激光器，其特征在于外延掩埋层结构中，在MQW有源层与衬底光栅界面之间生长有一层p-InP缓冲薄层23或33。
5.如权利要求1所述的电流调制增益耦合激光器，其特征在于外延掩埋层结构中，在MQW有源层与衬底光栅界面之间生长有一层n-InP缓冲薄层43。
6.如权利要求1所述的电流调制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源层上的掩埋层25和35包括四元n型刻蚀终止层、n-InP覆盖层和重掺杂n型电极接触层。
7.如权利要求1所述的电流调制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源层上的掩埋层45包括四元p型刻蚀终止层、p-InP覆盖层和重掺杂p型电极接触层。
8.如权利要求1所述的电流调制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源区的综合应变可以是压应变、张应变或应变补偿材料，也可以是体材料。
专利摘要本实用新型涉及一种电流调制增益耦合激光器,可直接制作在衬底上并具有平面光栅结构的电流调制增益耦合分布反馈DFB激光器。适于制作含DFB的集成器。其结构是在InP衬底上表面生长一层介质膜,以介质膜光栅图形为掩体向衬底作选择离子注入,在栅格间隙的衬底表面层内形成离子注入区光栅,除去介质掩膜,在平整的光栅面上连续外延生长缓冲层、MQW有源层和上掩埋层等层结构,用光刻技术作出脊形波导激光器。具有制作成本低、器件性能可靠等特点。
文档编号H01S5/00GK2468193SQ0120440
公开日2001年12月26日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者朱洪亮, 王圩, 刘国利, 张子莹 申请人:北京福创光电子股份有限公司