专利名称：电吸收调制分布反馈半导体激光器件的制作方法
技术领域：
本发明提供一种半导体激光器的制作方法，特别是指一种电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法。
背景技术：
电吸收调制分布反馈半导体激光器(EMLs)是光通信系统中(尤其是长途干线网络中)的一种主要的光信号产生元件。本发明是关于该种器件的一种方便简单的新型制作方法，主要实施的要点是一次外延中，先后生长两种优化的多量子阱结构，分别作为调制器和激光器的光增益区和光吸收层；为了减小材料的带边吸收损耗，选择腐蚀掉调制器区的顶层多量子阱，可以有效地提高EMLs的出光功率。本发明所采用的制作方法具有简单易行，稳定可靠，成本低廉的显著优点。
在我们所处的信息时代里，人们对多种多样的广泛信息的需求，促进了通信系统向更高速率和更大容量方向发展，光纤通信的诞生和急速发展正是顺应了这种需求。在光纤通信长途主干网络中，掺铒光纤放大器的发明克服了一直限制信号传输距离的光损耗问题，目前，色散损耗成为另一种最重要的制约因素。人们正在采取多种的方式来消除色散损耗的影响，例如在传输链路中采用色散控制器等，另一种关键的技术是抑制光发射器输出波长的动态漂移，即人们常说的啁啾现象。直接电流调制的分布反馈半导体激光器(DFB激光器)是最直截了当的光发生元器件，但是其固有的波长啁啾因子很大，且难以消除，因此改种器件只能应用在短距离的局域网中(如光纤到户等)。对于长距离应用，人们采用外调制器的方法可以克服啁啾的影响，在多种光调制器中，基于半导体多量子阱结构中的量子限制斯达克效应的电吸收调制器具有显著的优势和最为光辉的应用前景，这源于该器件所具有的许多特征，如尺寸小、结构紧凑，易于和半导体DFB激光器单片集成，工作电压低、功耗小，激光器和调制器之间的光耦合简单、效率高，整个EMLs器件和光纤的耦合也更稳定，具有更高效率。目前，已经具有多种EMLs集成技术，如直接对接耦合法，选择区域外延法、同一有源区法、量子阱混合法等，这些方法各有有缺点，如直接对接耦合法具有可分别优化激光器和调制器有源区的优点，但是工艺复杂，成品率低，制作成本高；后三种方法具有工艺相对简单的好处，但是调制器区难以获得足够消光比。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，具有工艺简单可靠，成本较低的优点。
本发明另一目的在于，提供一种电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其可减小对接界面的光散射损耗，提高耦合效率，增加整个EMLs器件的出光功率。
本发明一种电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤1)在InP衬底上同一次外延中先后生长InP缓冲层、下波导层、量子阱A、InP刻蚀阻止层和多量子阱B；2)采用化学湿法选择腐蚀去掉调制器区的多量子阱B，留下多量子阱A；3)全面积在激光器区和调制器区外延生长上波导层和InP盖层；4)采用全息曝光发有选择地在激光器区制作光栅，然后全面积外延生长光栅掩盖层、1.2Q刻蚀阻止层、p型InP光限制层以及电接触层。
其中的多量子阱A和多量子阱B分别作为调制器的光吸收区和激光器光增益区，都采用应变补偿结构；多量子阱A共8个压应变的阱，7个张应变的垒，光荧光谱峰值波长为1.50微米；多量子阱B由4个压应变阱和3个张应变垒组成，其光荧光谱峰值波长为1.57微米。
其中调制器和激光器上外延一层120纳米的上波导层，主要作用在于使激光器和调制器之间形成光滑连续的波导，降低界面散射损耗，提高耦合效率。
图1至图6为本发明的流程图；图6同时为本发明的结构剖面图。
具体实施例方式
为了获得性能良好，工艺简单可靠的EMLs器件，我们提出了一种新型的集成方法，既可以独立优化激光器和调制器，同时工艺简单可靠，成本较低。本发明中所采用的电吸收调制分布反馈半导体激光器的新型制作方法。该方法最主要的特点在于，在清洗干净的衬底片上，大面积平面外延生长激光器和调制器的多量子阱堆层，容易获得高质量的有源结构材料，两种量子阱可以分别优化其多种参数，包括阱和垒层的厚度、应变量以及周期数等。接着刻蚀去掉调制器区中的顶层多量子阱，可以有效的降低对进入调制器区光场的材料吸收损耗。同时在激光器和调制区的多量子阱上同时生长一层连续的上波导，减小对接界面的光散射损耗，提高耦合效率，增加整个EMLs器件的出光功率。
请参阅图1至图6，本发明电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，具体的实施步骤如下1、采用低压金属有机源化学汽相沉淀法(LP-MOCVD)，在经过严格清洗的掺硫(S)n型磷化铟(n-InP)衬底1的(001)平面上，顺次生长约1微米厚的掺硅(Si)的n-InP缓冲层2、不搀杂的下波导层1.2Q 3(厚约50纳米的铟镓砷磷InGaAsP四元层，带隙波长1.2微米)、多量子阱A4、薄InP刻蚀阻止层5、多量子阱B6、30纳米厚的InGaAsP上波导层7和InP盖层8，结构如图1所示；2、采用常规的曝光显影技术，形成激光器区9和调制器区10，调制器区的光刻胶被显影去掉，选择腐蚀掉调制器区10中的InP盖层8和多量子阱结构B6。其中，采用盐酸(HCl)∶去离子水(H2O)腐蚀InP层，硫酸(H2SO3)∶过氧化氢(H2O2)∶去离子水(H2O)腐蚀InGaAsP多量子阱B6层，结构如图2；3、HCl∶H2O腐蚀掉激光器区9的InP盖层8和调制器区的InP刻蚀阻止层5；严格清洗后，用LP-MOCVD大面积外延生长上波导层11(厚50纳米的1.2Q)和150纳米厚的InP盖层12，结构如图3所示；4、光刻腐蚀去掉激光器区的InP盖层11，采用全息法制作光栅13，周期约240纳米，对应的布拉格波长约1.55微米，如图4所示；5、清洗后，用LP-MOCVD依次外延生长搀Zn的p-InP14(厚100纳米，浓度5×1017/cm3)、20纳米厚的1.2Q层15、1.5微米厚的p-InP光限制层16和0.3微米厚的InGaAs接触层17，如图5所示；6、然后采用常规的脊波导工艺腐蚀形成浅脊波导结构18，离子注入隔离区19提高激光器和调制器之间的隔离电阻，聚酰亚胺作为调制器压焊垫层20，带胶剥离技术实现p面的激光器和调制器电极图形21、22，背面减薄，蒸发n面电极23，以及激光器端面蒸镀高反膜24，调制器端面蒸镀增透膜25。完成整个器件的制作，结构如示意图6。
权利要求
1.一种电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤1)在InP衬底上同一次外延中先后生长InP缓冲层、下波导层、量子阱A、InP刻蚀阻止层和多量子阱B；2)采用化学湿法选择腐蚀去掉调制器区的多量子阱B，留下多量子阱A；3)全面积在激光器区和调制器区外延生长上波导层和InP盖层；4)采用全息曝光发有选择地在激光器区制作光栅，然后全面积外延生长光栅掩盖层、1.2Q刻蚀阻止层、p型InP光限制层以及电接触层。
2.根据权利要求1所述的电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，其中的多量子阱A和多量子阱B分别作为调制器的光吸收区和激光器光增益区，都采用应变补偿结构；多量子阱A共8个压应变的阱，7个张应变的垒，光荧光谱峰值波长为1.50微米；多量子阱B由4个压应变阱和3个张应变垒组成，其光荧光谱峰值波长为1.57微米。
3.根据权利要求1电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，其特征在于，其中调制器和激光器上外延一层120纳米的上波导层，主要作用在于使激光器和调制器之间形成光滑连续的波导，降低界面散射损耗，提高耦合效率。
全文摘要
本发明一种电吸收调制分布反馈半导体激光器的制作方法，包括如下步骤1)在InP衬底上同一次外延中先后生长InP缓冲层、下波导层、量子阱A、InP刻蚀阻止层和多量子阱B；2)采用化学湿法选择腐蚀去掉调制器区的多量子阱B，留下多量子阱A；3)全面积在激光器区和调制器区外延生长上波导层和InP盖层；4)采用全息曝光发有选择地在激光器区制作光栅，然后全面积外延生长光栅掩盖层、1.2Q刻蚀阻止层、p型InP光限制层以及电接触层。
文档编号H01S5/00GK1630149SQ20031012234
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月16日 优先权日2003年12月16日
发明者胡小华, 李宝霞, 朱洪亮, 王圩 申请人:中国科学院半导体研究所