一種形成邊耦合分布反饋（DFB）和重構(gòu)等效啁啾（REC）等效相移的邊耦合半導(dǎo)體激光器及激光器陣列制備方法，邊耦合半導(dǎo)體激光器及激光器陣列從下到上結(jié)構(gòu)為：在n型磷化銦襯底材料上外延n型緩沖層、晶格匹配下波導(dǎo)層、多量子阱、光柵材料層、上波導(dǎo)層、歐姆接觸層。在外延片表面生長一層二氧化硅和薄金屬鉻層，用模板光刻技術(shù)，將設(shè)計(jì)好的采樣光柵圖案轉(zhuǎn)移到薄金屬鉻層上；將采樣光柵圖案從光刻膠轉(zhuǎn)移到二氧化硅層并去除殘余光刻膠；之后用光刻方式在光刻膠上曝光定義出脊條波導(dǎo)，隨后用濕法刻蝕先后去掉未被光刻膠遮蓋的鉻和二氧化硅，并暴露出脊條波導(dǎo)兩側(cè)壁和側(cè)部平面將被大范圍刻蝕的半導(dǎo)體表面；形成由三層材料構(gòu)成的掩膜版。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
單片集成邊耦合半導(dǎo)體激光器及多波長激光器陣列的制備 方法
本專利技術(shù)屬于光電子
，與分布反饋半導(dǎo)體激光器及激光器陣列有關(guān)，涉及 邊耦合分布反饋半導(dǎo)體激光器及激光器陣列的設(shè)計(jì)與制作，更具體而言，是基于即重構(gòu)一 等效啁啾和全息曝光制作光柵的邊耦合分布反饋半導(dǎo)體激光器的制造方法。
技術(shù)介紹
隨著信息通信技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖通信已經(jīng)開始由主干網(wǎng)逐步向個(gè)人、辦公室 和家庭延伸。光纖到樓，光纖到戶，光纖到桌的概念已經(jīng)行程并且開始實(shí)現(xiàn)。較之于高層主 干網(wǎng)系統(tǒng)，低層的光纖通信系統(tǒng)更為在意商品的成本價(jià)格。成本將成為市場成敗的關(guān)鍵。 通常情況下，光纖通信的光信號均有半導(dǎo)體激光器提供。半導(dǎo)體激光器是光纖通信技術(shù)的 核心。然而，獲得低成本高性能激光器器件及陣列仍舊是一個(gè)尚未完全解決的問題。分布 反饋(DFB)半導(dǎo)體半導(dǎo)體激光器由于體積小、可靠性高，是光纖通信光信號的重要元件。單 片集成模塊可提供容量大、體積小、成本低的通信核心設(shè)備，從而很大幅度降低封裝成本， 并實(shí)現(xiàn)高性能。單片集成模塊上的調(diào)制器、探測器響應(yīng)方式均為寬帶響應(yīng)，實(shí)際制造不涉及 波長概念，制造相對容易。因此單片集成多波長激光器陣列是實(shí)現(xiàn)高性能單片集成模塊的 最大難點(diǎn)之一。多波長分布反饋(DFB)激光器陣列是單片集成光纖傳輸模塊的核心。同時(shí) 在通信的許多領(lǐng)域都需要線寬窄、啁啾低、單模特性良好的DFB半導(dǎo)體激光器。單片集成 多波長激光器陣列要絕對保證每個(gè)激光器均為單模工作，這就需要每個(gè)激光器具有復(fù)雜結(jié) 構(gòu)。因此，盡管單片集成多波長DFB激光器陣列非常重要，但其技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度使其商品化非 常困難。制作低成本DFB激光器的有效手段是使用全息曝光技術(shù)形成DFB布拉格(Bragg) 光柵。全息曝光是一種成品率很高，成本非常低的光柵制作手段，因此在工業(yè)界被廣泛使 用。但傳統(tǒng)的全息曝光技術(shù)由于其本身形成原理，只能在大面積區(qū)域的平面上形成均勻一 維光柵，而不能制作非均勻一維或者二維結(jié)構(gòu)。并且全息曝光技術(shù)由于其機(jī)械精確性和光 學(xué)特性問題，只能在平面制作光柵結(jié)構(gòu)，而不能在非平面(例如側(cè)壁或者拐角)制作光柵結(jié) 構(gòu)。這使得全息曝光在其應(yīng)用上受到了一些局限。基于多波長分布反饋DFB光柵的半導(dǎo)體激光器一般可分為三種:1，具有3次或更 多次外延的掩埋異質(zhì)結(jié)(BH)結(jié)構(gòu)；2，具有兩次外延的脊條波導(dǎo)(RWG)結(jié)構(gòu)；3，只有一次外 延的邊耦合(LC)結(jié)構(gòu)。相比而言，邊耦合激光器只有I次外延，其成本較之于具有3次或 更多次外延的掩埋異質(zhì)結(jié)激光器或者具有2次外延的脊條波導(dǎo)激光器明顯更低。因此邊耦 合激光器在更為重視成本的底層光網(wǎng)絡(luò)中具有更大優(yōu)勢。所有基于全息曝光技術(shù)的均勻光柵都具有一些共同缺點(diǎn):首先，全息曝光技術(shù)很難做出單片集成的多波長陣列。全息曝光的光柵周期確定，因此無法很輕易的實(shí)現(xiàn)對于波 長的調(diào)整與控制。其次，基于傳統(tǒng)全息曝光技術(shù)制成的折射率稱合DFB激光器的Bragg光柵 是相對簡單的均勻結(jié)構(gòu)，因此，理論上全息曝光制成的激光器是具有兩個(gè)相互競爭的模式。 但在實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)榧す馄鲀蓚?cè)端面反射相位不同，可以實(shí)現(xiàn)單模激射。但由于反射相位 具有隨機(jī)性，其單模成品率不高；且高速調(diào)制時(shí)，其邊模抑制比(SMSR)小于20dB，不能滿足 高速光通信的需要。傳統(tǒng)全息曝光技術(shù)制成的單個(gè)DFB激光器成品率從原理上來講就比較 低，一般為20%左右。因此，基于全息曝光技術(shù)制作單片集成的半導(dǎo)體激光器陣列難度非常 大。2004年,一種新的DFB光柵技術(shù)，即重構(gòu)一等效啁啾(Reconstruction-equivalen t-chirp)技術(shù)(REC技術(shù))誕生。重構(gòu)一等效啁啾技術(shù)包括可以為DFB半導(dǎo)體激光器的提 供等效相移(等效相移技術(shù))。等效相移技術(shù)實(shí)際上是對均勻光柵做選擇性采樣，并提供相 移確保器件性能的方法。采樣圖形的尺寸在微米量級，可以通過普通光刻工藝實(shí)現(xiàn)，因此避 免了高成本的復(fù)雜工藝環(huán)節(jié)。通過把邊耦合激光器與等效相移技術(shù)結(jié)合，可以制作出高性 能低成本的半導(dǎo)體激光器和激光器陣列。這種基于等效相移技術(shù)的邊耦合激光器陣列不使 用電子束曝光，不需要二次及多次外延，但是能形成單片集成的多波長半導(dǎo)體激光器陣列。 從而在制造成本，可靠性，可集成性等方面具有很大優(yōu)勢。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于，使用普通全息曝光技術(shù)與即重構(gòu)一等效啁啾技術(shù)(等效相移 技術(shù))相結(jié)合，制作出具有等效相移的采樣一級光柵邊耦合半導(dǎo)體激光器及激光器陣列。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是:一種形成邊耦合分布反饋(DFB)和重構(gòu)等效啁啾(REC) 等效相移的邊耦合半導(dǎo)體激光器及激光器陣列從下到上的結(jié)構(gòu)為:在η型磷化銦襯底材 料上外延η型緩沖層、晶格匹配的下波導(dǎo)層、多量子阱、光柵材料層、上波導(dǎo)層、歐姆接觸 層。然后在外延η型緩沖層表面生長一層二氧化硅(如200-500nm)和一薄金屬鉻層(如 20-50nm)，用模板光刻技術(shù)，將設(shè)計(jì)好的采樣光柵圖案轉(zhuǎn)移到薄金屬鉻層上(圖1_1);之后 用光刻膠旋涂和全息曝光的方式在薄金屬鉻層制作采樣光柵圖案；并用濕法或干法刻蝕， 將采樣光柵圖案從光刻膠轉(zhuǎn)移到二氧化硅層并去除殘余光刻膠:由于金屬鉻具有對二氧化 硅極好的選擇性，二氧化硅被鉻金屬層覆蓋的部分不會被刻蝕，從而二氧化硅層形成采樣 光柵圖案(圖1-2);涂上光刻膠，之后用光刻方式在光刻膠上曝光定義出脊條波導(dǎo)(圖1-3)， 隨后用濕法或干法刻蝕先后去掉未被光刻膠遮蓋的鉻和二氧化硅，并暴露出脊條波導(dǎo)兩側(cè) 壁和側(cè)部平面將被大范圍刻蝕的半導(dǎo)體表面(圖1-4);在不去掉光刻膠的情況下，使用純氧 氣干法刻蝕，去掉一定厚度(200 - 500納米)的側(cè)壁光刻膠，之前被光刻膠遮蓋的脊條部分 二氧化硅光柵圖形暴露凸出；此時(shí)形成由三層材料構(gòu)成的掩膜版:有采樣光柵圖案的光刻 膠部分，掩蓋脊條中心區(qū)域；兩側(cè)壁暴露的二氧化硅光柵圖案采樣部分，作為側(cè)壁光柵的掩 膜版；兩側(cè)部暴露的鉻和二氧化硅非光柵采樣部分(圖1-5);此時(shí)應(yīng)用干法刻蝕對半導(dǎo)體材 料進(jìn)行腐蝕(圖1-6)。之后去掉兩側(cè)部的鉻、二氧化硅和光刻膠，形成帶有側(cè)壁采樣光柵和 等效相移的脊條(圖1-7)。后續(xù)工藝中，首先用PECVD生長一層電絕緣材料，絕緣材料為二氧化硅、氮化硅或氮硅化合物，之后在脊條頂部打開窗口(圖1-8)。之后生長一層金屬正電極，然后對襯底進(jìn) 行減薄，做背電極。解理后得到激光器器件(圖1-9)。制作激光器陣列時(shí)，相鄰激光器的采樣周期和等效相移發(fā)生變化，使得相鄰激光 器具有不同的激射波長。除光刻板設(shè)計(jì)外，其余制備工藝在不同波長的激光器中完全相同。量子阱材料是InP/InGaAsP材料體系。總體而言，本專利技術(shù)單片集成邊耦合半導(dǎo)體激光器及多波長激光器陣列的制備方 法，DFB光柵用全息曝光技術(shù)制作在半導(dǎo)體芯片表面。并通過普通光刻工藝制作出具有等 效相移的采樣光柵。通過可控的干法刻蝕，制作出三層疊加型掩膜。通過干法刻蝕，把光柵 和脊條兩邊的溝槽同時(shí)刻蝕到距離半導(dǎo)體芯片表面2微米左右深的位置，形成邊耦合采樣 光柵。刻蝕深度可以選擇在量子阱有緣層上方或者下方。然后完成后續(xù)工藝，制作成具有 等效相移的邊耦合半導(dǎo)體激光器。本專利技術(shù)有益效果是，使用普通全息曝光技術(shù)與即重構(gòu)一等效啁啾技術(shù)(等效相移 技術(shù))相結(jié)合，制作出具有等效相移的采樣一級光柵邊本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種形成邊耦合分布反饋（DFB）和重構(gòu)等效啁啾（REC）等效相移的邊耦合半導(dǎo)體激光器的制備方法，邊耦合半導(dǎo)體激光器及激光器陣列從下到上的結(jié)構(gòu)為：在n型磷化銦襯底材料上外延n型緩沖層、晶格匹配的下波導(dǎo)層、多量子阱、光柵材料層、上波導(dǎo)層、歐姆接觸層。然后在外延片表面生長一層二氧化硅和一薄金屬鉻層，用模板光刻技術(shù)，將設(shè)計(jì)好的采樣光柵圖案轉(zhuǎn)移到薄金屬鉻層上；之后用光刻膠旋涂和全息曝光的方式在薄金屬鉻層制作采樣光柵圖案；并用濕法或干法刻蝕，將采樣光柵圖案從光刻膠轉(zhuǎn)移到二氧化硅層并去除殘余光刻膠：由于金屬鉻具有對二氧化硅極好的選擇性，二氧化硅被鉻金屬層覆蓋的部分不會被刻蝕，從而二氧化硅層形成采樣光柵圖案；涂上光刻膠，之后用光刻方式在光刻膠上曝光定義出脊條波導(dǎo)，隨后用濕法或干法刻蝕先后去掉未被光刻膠遮蓋的鉻和二氧化硅，并暴露出脊條波導(dǎo)兩側(cè)壁和側(cè)部平面將被大范圍刻蝕的半導(dǎo)體表面；在不去掉光刻膠的情況下，使用純氧氣干法刻蝕，去掉側(cè)壁光刻膠，之前被光刻膠遮蓋的脊條部分二氧化硅光柵圖形暴露凸出；此時(shí)形成由三層材料構(gòu)成的掩膜版：有采樣光柵圖案的光刻膠部分，掩蓋脊條中心區(qū)域；兩側(cè)壁暴露的二氧化硅光柵圖案采樣部分，作為側(cè)壁光柵的掩膜版；兩側(cè)部暴露的鉻和二氧化硅非光柵采樣部分；此時(shí)應(yīng)用干法刻蝕對半導(dǎo)體材料進(jìn)行腐蝕。之后去掉兩側(cè)部的鉻、二氧化硅和光刻膠，形成帶有側(cè)壁采樣光柵和等效相移的脊條。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種形成邊耦合分布反饋(DFB)和重構(gòu)等效啁啾(REC)等效相移的邊耦合半導(dǎo)體 激光器的制備方法，邊耦合半導(dǎo)體激光器及激光器陣列從下到上的結(jié)構(gòu)為:在η型磷化銦 襯底材料上外延η型緩沖層、晶格匹配的下波導(dǎo)層、多量子阱、光柵材料層、上波導(dǎo)層、歐姆 接觸層。然后在外延片表面生長一層二氧化硅和一薄金屬鉻層，用模板光刻技術(shù)，將設(shè)計(jì)好 的采樣光柵圖案轉(zhuǎn)移到薄金屬鉻層上；之后用光刻膠旋涂和全息曝光的方式在薄金屬鉻層 制作采樣光柵圖案；并用濕法或干法刻蝕，將采樣光柵圖案從光刻膠轉(zhuǎn)移到二氧化硅層并 去除殘余光刻膠:由于金屬鉻具有對二氧化硅極好的選擇性，二氧化硅被鉻金屬層覆蓋的 部分不會被刻蝕，從而二氧化硅層形成采樣光柵圖案；涂上光刻膠，之后用光刻方式在光刻 膠上曝光定義出脊條波導(dǎo)，隨后用濕法或干法刻蝕先后去掉未被光刻膠遮蓋的鉻和二氧化 硅，并暴露出脊條波導(dǎo)兩側(cè)壁和側(cè)部平面將被大范圍刻蝕的半導(dǎo)體表面；在不去掉光刻膠 的情況下，使用純氧氣干法刻蝕，去掉側(cè)壁光刻膠，之前被光刻膠遮蓋的脊條部分二氧化娃 光柵圖形暴露凸出；此時(shí)形成由三層材料構(gòu)成的掩膜版:有采樣光柵圖案的光刻膠部分， 掩蓋脊條中心區(qū)域；兩側(cè)壁暴露的二氧化硅光柵圖案采樣部分，作為側(cè)壁光柵的掩膜版； 兩側(cè)部暴露的鉻和二氧化硅非光柵采樣部分；此時(shí)應(yīng)用干法刻蝕對半導(dǎo)體材料進(jìn)行腐蝕。 之后去掉兩側(cè)部的鉻、二氧化硅和光刻膠...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李靜思，唐松，李思敏，
申請(專利權(quán))人：南京威寧銳克信息技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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