專利名稱：一種電流調(diào)制增益耦合激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電流調(diào)制增益耦合分布反饋(DFB)激光器，具體的說是一種直接制作在襯底上并具有平面光柵結(jié)構(gòu)的電流調(diào)制增益耦合DFB激光器。適于制作光纖通信用的單模激光器及含DFB的集成器件，例如電吸收調(diào)制器與DFB激光器的集成器件等。
普通的折射率耦合DFB激光器，其單模成品率較低。指數(shù)-增益復(fù)耦合的DFB激光器則可很大程度地提高單模成品率，而增益耦合DFB激光器，在理論上可達(dá)百分之百的單模成品率。根據(jù)有源波導(dǎo)中光波反饋加強(qiáng)的原理，可將指數(shù)-增益復(fù)耦合和增益耦合DFB激光器的光柵結(jié)構(gòu)分為三類一為吸收型結(jié)構(gòu)，包括同型和反型吸收結(jié)構(gòu)(見Y.Luo et al，Appl.Phys.Lett.，Vol.55，PP.1606-1608，1989)；二為刻蝕有源層型結(jié)構(gòu)(見G.P.Li et al，Electronics Letters，Vol.28，PP.1726-1727，1992)；三為電流調(diào)制型結(jié)構(gòu)(見C.Kazmierski，D.Robein，etal，IEEEJ.Selected Topicsin Quantum Electronics，Vol.1，pp.371-374，1995)。原理上，這三種結(jié)構(gòu)的增益耦合成分依次增加。電流調(diào)制型DFB激光器直接對有源區(qū)縱向的載流子密度分布(亦即對光增益)起調(diào)制作用，其增益耦合的程度最強(qiáng)，因而可望最大限度地提高DFB激光器的單模成品率。但C.Kazmierski等人的電流調(diào)制增益光柵是通過掩膜刻蝕形成的非平面波紋光柵，這種光柵只適于制作在已生長了有源層結(jié)構(gòu)的外延層上，而不宜直接在襯底上制作。若不然，有源區(qū)將要在非平面的波紋光柵上生長，其完整性將會(huì)受到影響。因此，已報(bào)道的這種電流調(diào)制型增益耦合DFB激光器需要兩次或兩次以上的外延步驟才可以完成整個(gè)層結(jié)構(gòu)的生長。
本實(shí)用新型提出了一種直接在襯底上制作電流調(diào)制型增益光柵的結(jié)構(gòu)，并且只須采用一次外延步驟就可生長出整個(gè)增益耦合DFB激光器的層結(jié)構(gòu)。其電流調(diào)制型光柵是一種完全平面型光柵，這種光柵可以直接制作在襯底上而不影響在光柵上外延生長有源層。由于本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)只須用一次外延生長步驟，所以可縮短DFB激光器的制作流程，大大降低制作成本；同時(shí)，以本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多種電流調(diào)制型增益耦合DFB激光器結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)是在InP襯底上表面生長一層介質(zhì)膜，以介質(zhì)膜光柵圖形為掩體向襯底作選擇離子注入，在柵格間隙的襯底表面層內(nèi)形成離子注入?yún)^(qū)光柵，除去介質(zhì)掩膜，在平整的光柵面上連續(xù)外延生長緩沖層、MQW有源層和上掩埋層等層結(jié)構(gòu)，用光刻技術(shù)作出脊形波導(dǎo)激光器。
本實(shí)用新型的顯著特點(diǎn)在于1.直接在襯底上制作光柵，只需一次外延步驟就可生長出整個(gè)器件層結(jié)構(gòu)，并適宜于采用脊條形的簡單結(jié)構(gòu)制作條形器件，有利于降低成本，作較大規(guī)模生產(chǎn)。2.作出的光柵表面平整，可以減少非平面光柵與掩埋外延界面之間的位錯(cuò)和缺陷，減少內(nèi)部損耗，提高器件可靠性；3.這種方法制作的DFB激光器單模成品率高，適宜于制作各種含DFB的激光器及其集成器件，如電吸收(EA)調(diào)制器(MD)與DFB激光器(LD)的集成器件即(EML)等。


圖1為本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型n型離子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器結(jié)構(gòu)圖3為本實(shí)用新型中性補(bǔ)償質(zhì)子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器結(jié)構(gòu)圖4為本實(shí)用新型p型離子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器結(jié)構(gòu)下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示，在InP襯底11的上表面生長一層厚度～0.1μm的SiO2介質(zhì)膜16(圖1a)；利用全息或電子束暴光技術(shù)在SiO2上刻制出所需的周期性掩膜光柵圖形(圖1b)；以這種周期性SiO2光柵圖形為掩體，向襯底選擇注入離子源，在SiO2柵格間隙的襯底表面層內(nèi)形成深度～100nm的離子注入?yún)^(qū)12(圖1c)；用HF緩沖溶液除去SiO2，襯底表面上就留下了平整的周期性注入?yún)^(qū)光柵結(jié)構(gòu)(圖1d)。襯底11的上表面層內(nèi)除嵌入了離子注入光柵區(qū)外，仍為完整的平整面；在這平整的光柵面上利用MOCVD外延技術(shù)，連續(xù)外延緩沖薄層13、多量子阱(MQW)有源層14和上掩埋層15(含刻蝕終止層、限制層和高摻雜接觸層)(圖1e)；利用常規(guī)的光刻、選擇刻蝕技術(shù)作出脊條形波導(dǎo)電流調(diào)制增益耦合DFB激光器(圖1f)。
圖2為n型離子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器結(jié)構(gòu)。在p-InP襯底21的上表面先生長一層SiO2介質(zhì)膜，在其上刻制出周期性介質(zhì)掩膜光柵，利用n型離子源Si(亦可取S、Se、Te和Sn中的某一種)作選擇注入(注入劑量1～3×1013cm-2)，在p-InP襯底21的上表面層內(nèi)形成n型注入島區(qū)22；除去SiO2介質(zhì)掩膜光柵后利用MOCVD外延技術(shù)連續(xù)外延p-InP緩沖薄層23(厚度～50nm，摻雜濃度～2×1017cm-3)、MQW有源層24和n-InP掩埋層25，即可構(gòu)成n型離子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器。外加正向電壓于圖示結(jié)構(gòu)時(shí)，注入島區(qū)22成為阻擋載流子流通的反向p-n結(jié)區(qū)，載流子只能通過島區(qū)之間的間隙流向有源區(qū)。因此，流進(jìn)有源區(qū)24的載流子具有了與光柵相同的周期性縱向密度分布，并且隨外加電壓的變化而變化，從而對有源區(qū)光增益起調(diào)制作用．圖3為中性補(bǔ)償質(zhì)子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器結(jié)構(gòu)。在p-InP襯底31上先生長SiO2介質(zhì)膜，在其上刻制出周期性介質(zhì)掩膜光柵后，用中性質(zhì)子源He+(亦可取質(zhì)子H+和過渡金屬Ti)作選擇注入，形成高電阻值注入島區(qū)32，除去SiO2介質(zhì)后連續(xù)外延生長p-InP薄層33、MQW有源層34和n-InP掩埋層35，即可構(gòu)成中性補(bǔ)償離子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器。由于注入?yún)^(qū)32為高電阻值區(qū)，同樣可對有源區(qū)的光增益起調(diào)制作用。
圖4為p型離子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器結(jié)構(gòu)。在n-InP襯底41的上表面先生長一層SiO2介質(zhì)膜，在其上刻制出周期性介質(zhì)掩膜光柵，利用p型離子源Be(亦可取Zn、Mg和Cd中的某一種)作選擇注入(注入劑量1～3×1013cm-2)，在n-InP襯底41的上表面層內(nèi)形成p型注入島區(qū)42；除去SiO2介質(zhì)掩膜光柵后連續(xù)外延生長n-InP薄層43(厚度～50nm，摻雜濃度～2×1017cm-3)、MQW有源層44和p-InP掩埋層45，即可構(gòu)成p型離子注入平面型電流調(diào)制增益耦合DFB激光器。當(dāng)外加正向電壓于圖示結(jié)構(gòu)時(shí)，襯底中的電子由于受到反型離子注入島區(qū)42的阻擋，將被迫集中在島的周期性間隙中流向有源區(qū)44。因此，流進(jìn)有源區(qū)44的電子就具有周期性的縱向密度分布，從而可以達(dá)到調(diào)制有源區(qū)光增益的作用。
權(quán)利要求1.一種電流調(diào)制增益耦合激光器，其特征在于在InP襯底上表面生長一層介質(zhì)膜，以介質(zhì)膜光柵圖形為掩體向襯底作選擇離子注入，在柵格間隙的襯底表面層內(nèi)形成離子注入?yún)^(qū)光柵，除去介質(zhì)掩膜，在平整的光柵面上連續(xù)外延生長緩沖層、MQW有源層和上掩埋層等層結(jié)構(gòu)，用光刻技術(shù)作出脊形波導(dǎo)激光器。
2.如權(quán)利要求1所述的電流調(diào)制增益耦合激光器，其特征在于p-InP襯底可選擇n型離子源例如Si，S，Se，Te，Sn作注入，形成反型注入島區(qū)22，亦可選擇中性質(zhì)子源例如He+，H+或過渡金屬Ti作注入，形成補(bǔ)償注入高阻島區(qū)32。
3.如權(quán)利要求1所述的電流調(diào)制增益耦合激光器，其特征在于n-InP襯底可選擇P型離子源例如Be，Zn，Mg，Cd作注入，形成反型注入島區(qū)42。
4.如權(quán)利要求1所述的電流調(diào)制增益耦合激光器，其特征在于外延掩埋層結(jié)構(gòu)中，在MQW有源層與襯底光柵界面之間生長有一層p-InP緩沖薄層23或33。
5.如權(quán)利要求1所述的電流調(diào)制增益耦合激光器，其特征在于外延掩埋層結(jié)構(gòu)中，在MQW有源層與襯底光柵界面之間生長有一層n-InP緩沖薄層43。
6.如權(quán)利要求1所述的電流調(diào)制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源層上的掩埋層25和35包括四元n型刻蝕終止層、n-InP覆蓋層和重?fù)诫sn型電極接觸層。
7.如權(quán)利要求1所述的電流調(diào)制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源層上的掩埋層45包括四元p型刻蝕終止層、p-InP覆蓋層和重?fù)诫sp型電極接觸層。
8.如權(quán)利要求1所述的電流調(diào)制增益耦合激光器，其特征在于MQW有源區(qū)的綜合應(yīng)變可以是壓應(yīng)變、張應(yīng)變或應(yīng)變補(bǔ)償材料，也可以是體材料。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電流調(diào)制增益耦合激光器,可直接制作在襯底上并具有平面光柵結(jié)構(gòu)的電流調(diào)制增益耦合分布反饋DFB激光器。適于制作含DFB的集成器。其結(jié)構(gòu)是在InP襯底上表面生長一層介質(zhì)膜,以介質(zhì)膜光柵圖形為掩體向襯底作選擇離子注入,在柵格間隙的襯底表面層內(nèi)形成離子注入?yún)^(qū)光柵,除去介質(zhì)掩膜,在平整的光柵面上連續(xù)外延生長緩沖層、MQW有源層和上掩埋層等層結(jié)構(gòu),用光刻技術(shù)作出脊形波導(dǎo)激光器。具有制作成本低、器件性能可靠等特點(diǎn)。
文檔編號H01S5/00GK2468193SQ0120440
公開日2001年12月26日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者朱洪亮, 王圩, 劉國利, 張子瑩 申請人:北京福創(chuàng)光電子股份有限公司