电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法
阅读说明：本技术 电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法 (Method for realizing electric isolation of functional areas of electric absorption modulation laser ) 是由 周代兵 梁松 赵玲娟 王圩 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法,包括：在衬底表面上依次生长缓冲层和有源层,其中,有源层包括第一有源层和作为激光器区有源层的第二有源层；刻蚀掉第一有源层,并对接生长调制器区有源层；在作为激光器区有源层的第二有源层上制作光栅；在调制器区有源层上和作为激光器区有源层的第二有源层上依次生长包层和接触层,并利用包层和接触层制作脊型波导；刻蚀掉脊型波导两侧的调制器区有源层,得到刻蚀后剩余的调制器区有源层；刻蚀掉调制器区和激光器区之间的接触层,并进行氦离子注入,形成电隔离沟；制作调制器区和激光器区的P型电极,以及对衬底背面进行减薄后制作N型电极。(The invention discloses a method for realizing electric isolation of each functional area of an electric absorption modulation laser, which comprises the following steps: sequentially growing a buffer layer and an active layer on the surface of the substrate, wherein the active layer comprises a first active layer and a second active layer serving as an active layer of a laser region; etching the first active layer, and butt-growing the modulator region active layer; manufacturing a grating on a second active layer serving as an active layer of the laser region; sequentially growing a cladding layer and a contact layer on the modulator region active layer and a second active layer serving as a laser region active layer, and manufacturing a ridge waveguide by using the cladding layer and the contact layer; etching the modulator region active layers on two sides of the ridge waveguide to obtain the remaining modulator region active layers after etching; etching off a contact layer between the modulator area and the laser area, and performing helium ion implantation to form an electrical isolation trench; and manufacturing P-type electrodes of the modulator area and the laser area, and manufacturing an N-type electrode after thinning the back surface of the substrate.)
技术领域
本发明涉及光电子器件领域，特别涉及一种电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法。
背景技术
随着电吸收调制激光器(EML)在光通信系统中的广泛应用，以及人们对光通信系统中数据传输和处理的要求越来越高，也就对EML激光器芯片的性能提出了更高的要求，特别是调制器和激光器之间的电隔离，直接影响着EML激光器芯片的光谱的线宽和EML激光器芯片之间的热串扰。通常的电隔离采用刻蚀去掉激光器和调制器之间的接触层，并进行氦离子注入，实现两个功能器件之间的电隔离，其隔离电阻能够达到几十千欧姆量级。几十千欧的隔离度不能有效地阻止激光器和调制器之间的热串扰和电串扰，仅能获得大于100MHz的线宽。
发明内容
有鉴于此，为了避免激光器和调制器之间的热串扰和电串扰带来的不利影响，本发明提供了一种电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法，以实现其大于200千欧姆的隔离电阻，有效地实现热隔离和电隔离，提高电吸收调制激光器芯片的光谱线宽的性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法，包括：在衬底表面上依次生长缓冲层和有源层，其中，有源层包括第一有源层和作为激光器区有源层的第二有源层；刻蚀掉第一有源层，并对接生长调制器区有源层；在作为激光器区有源层的第二有源层上制作光栅；在调制器区有源层上和作为激光器区有源层的第二有源层上依次生长包层和接触层，并利用包层和接触层制作脊型波导；刻蚀掉脊型波导两侧的调制器区有源层，得到刻蚀后剩余的调制器区有源层；刻蚀掉调制器区和激光器区之间的接触层，并进行氦离子注入，形成电隔离沟；制作调制器区和激光器区的P型电极，以及对衬底背面进行减薄后制作N型电极。
根据本发明的实施例，其中，调制器区有源层的带隙波长小于作为激光器区有源层的第二有源层的带隙波长。
根据本发明的实施例，其中，得到刻蚀后剩余的调制器区有源层分别位于脊型波导的两侧；每一侧得到刻蚀后剩余的调制器区有源层的宽度大于脊型波导的宽度。
根据本发明的实施例，其中，有源层包括光栅层和多量子阱；有源层的最上部为光栅层，用于制作光栅材料；光栅层下为多量子阱。
根据本发明的实施例，其中，光栅层为InGaAsP；多量子阱为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。
根据本发明的实施例，其中，多量子阱包括第一分别限制层、第二分别限制层及第一分别限制层和第二分别限制层之间的多量子阱层。
根据本发明的实施例，其中，调制器区有源层包括多个层叠设置的量子阱，量子阱为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。
根据本发明的实施例，其中，量子阱包括第三分别限制层、第四分别限制层及第三分别限制层和第四分别限制层之间的多量子阱层。
根据本发明的实施例，其中，包层为P型掺杂的InP层，厚度为1.5～1.8μm；接触层为P型掺杂的InGaAs层，厚度为180～220nm。
根据本发明的实施例，其中，刻蚀包括电感耦合等离子体刻蚀、干法刻蚀。
根据本发明提供的一种电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法，通过采用刻蚀去掉调制器区脊型波导两侧的有源层，再刻蚀掉调制器区和激光器区两个功能区之间的接触层及进行氦离子注入，能够实现大于200千欧姆的电隔离度，避免调制器和激光器之间的热串扰和电串扰带来的不利影响，有效地实现热隔离和电隔离，获得小于9MHz的线宽，提高电吸收调制激光器芯片的光谱线宽的性能。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法流程示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施例的电吸收调制激光器各功能区实现电隔离的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
为了避免电吸收调制激光器各功能区之间的电串扰和热串扰对其的不利影响，实现大于200千欧姆的电隔离度，提高电吸收调制激光器芯片的光谱线宽的性能，本发明提供了一种电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法。实现电隔离的电吸收调制激光器结构以及其具体实现方法流程可参照图1和图2。
图1示意性示出了根据本发明实施例的电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法流程示意图；图2示意性示出了根据本发明实施例的电吸收调制激光器各功能区实现电隔离的结构示意图。结合图1及图2对该实现方法作具体说明。
结合图1和图2所示，该实现方法包括操作S101～S107。
在操作S101，在衬底表面上依次生长缓冲层和有源层，其中，有源层包括第一有源层和作为激光器区有源层的第二有源层。
在本发明的实施例中，电吸收调制激光器包括激光器部分(LD)和电吸收调制器部分(EAM)，在衬底10上分别刻出激光器部分和电吸收调制器部分的掩膜图形。
根据本发明的实施例，刻出激光器部分和电吸收调制器部分的掩膜图形后，同时外延生长缓冲层20和有源层。其中，衬底10和缓冲层20可以为InP基材料体系。
根据本发明的实施例，有源层包括第一有源层和作为激光器区有源层的第二有源层30，其中，第一有源层为激光器区之外的有源层，包括调制器部分和调制器与激光器之间的部分。
根据本发明的实施例，第一有源层和作为激光器区有源层的第二有源层30为同一有源层，包括光栅层和量子阱，最上部为光栅层，用于制作光栅；光栅层下为多量子阱，包括第一分别限制层、第二分别限制层及第一分别限制层和第二分别限制层之间的多量子阱层。其中，第一分别限制层为量子阱中上分别限制层，第二分别限制层为量子阱中下分别限制层。
根据本发明的实施例，光栅层为InGaAsP；量子阱为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。量子阱有源层至少包括一层量子阱有源层和势垒层。
在操作S102，刻蚀掉第一有源层，并对接生长调制器区有源层。
根据本发明的实施例，通过二氧化硅掩膜选择性腐蚀去掉激光器区之外的有源层，即第一有源层之后，利用对接技术进行调制器区的外延生长，与激光器区对接生长调制器区有源层40。
根据本发明的实施例，调制器有源层40为多量子阱有源层，多量子阱有源层多个层叠设置的量子阱构成，包括第三分别限制层、第四分别限制层及第三分别限制层和第四分别限制层之间的多量子阱层。其中，第三分别限制层为量子阱中上分别限制层，第四分别限制层为量子阱中下分别限制层。多量子阱有源层为相同的材料，为InGaAsP或者InGaAlAs。多量子阱有源层至少包括一层量子阱有源层和势垒层。
根据本发明的实施例，调制器有源层40的带隙波长小于作为激光器区有源层的第二有源层30的带隙波长
在操作S103，在作为激光器区有源层的第二有源层上制作光栅。
在本发明的实施例中，制作光栅50可以采用电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀等方法在作为激光器区有源层的第二有源层30上刻蚀形成光栅50。
在操作S104，在调制器区有源层上和作为激光器区有源层的第二有源层上依次生长包层和接触层，并利用包层和接触层制作脊型波导。
根据本发明的实施例，在调制器区有源层40上和作为激光器区有源层的第二有源层30上同时外延依次生长包层60和接触层70。其中，包层60为P型掺杂的InP层，厚度为1.5～1.8μm；接触层70为P型掺杂的InGaAs层，厚度为180～220nm。
根据本发明的实施例，通过传统的光刻工艺，对包层60和接触层70进行光刻，去除部分包层和接触层，剩余宽度为3～5μm的包层和接触层，从而形成宽度为3～5μm的脊型波导。
在操作S105，刻蚀掉脊型波导两侧的调制器区有源层，得到刻蚀后剩余的调制器区有源层。
根据本发明的实施例，通过传统的光刻工艺对包层和接触层进行光刻，制作脊型波导后，脊型波导两侧的有源层分别为调制器区有源层40和作为激光器区有源层的第二有源层30。
根据本发明的实施例，通过采用二氧化硅掩膜电感耦合等离子体刻蚀技术对脊型波导两侧的调制器区有源层40进行刻蚀，去掉脊型波导两侧的调制器区有源层40，保留靠近脊型波导两侧的部分调制器区有源层，即刻蚀后剩余的调制器区有源层80。其中，刻蚀还可以包括干法刻蚀。
根据本发明的实施例，每一侧所述得到刻蚀后剩余的调制器区有源层80的宽度大于所述脊型波导的宽度。
在操作S106，刻蚀掉调制器区和激光器区之间的接触层，并进行氦离子注入，形成电隔离沟。
根据本发明的实施例，通过采用电感耦合等离子体刻蚀机刻蚀去掉制器区和激光器区之间的接触层。
根据本发明的实施例，将在刻蚀掉调制器区和激光器区之间的接触层处进行氦离子注入，使得氦离子束通过包层60穿过包层以下各个生长层，直到由于受到各个生长层的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在某一生长层中，形成电隔离沟90。
根据本发明的实施例，通过氦离子束通过包层穿过包层以下各个生长层时，由于调制器区有源层40部分被刻蚀掉，从而避免了P型掺杂扩散进激光器区与调制器区有源层部分之间的电串扰，进一步消除调制器和激光器之间的热串扰和电串扰带来的不利影响。
在操作S107，制作所述调制器区和所述激光器区的P型电极，以及对所述衬底背面进行减薄后制作N型电极。
根据本发明的实施例，利用光刻及电镀的方法在调制器区和激光器区制作P型电极；然后将带有器件的激光器正面密封，在衬底背面机械研磨进行衬底减薄，再利用光刻及电镀的方式形成大面积背部N型电极。完成电吸收调制激光器的制作，实现电吸收调制激光器各功能区大于200千欧姆的电隔离。
根据本发明的实施例，通过采用刻蚀去掉调制器区脊型波导两侧的有源层，再刻蚀掉调制器区和激光器区两个功能区之间的接触层及进行He离子注入，能够实现大于200千欧姆的电隔离度，避免调制器和激光器之间的热串扰和电串扰带来的不利影响，有效地实现热隔离和电隔离，获得小于9MHz的线宽，提高电吸收调制激光器芯片的光谱线宽的性能。
本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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