一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及激光器技术领域，提供了一种基于侧向P‑I‑N结构的电吸收激光器及其制造方法。其中，调制器和激光器生长于同一衬底上，激光器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成；调制器的量子阱区是由一个或者多个量子阱侧向叠加生长而成，其中，调制器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱宽度和激光器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱叠加高度相同；调制器的P电极接触层和N电极接触层位于调制器的量子阱区的左右两侧，与调制器的量子阱区构成侧向P‑I‑N结构。本发明专利技术的调制器采用侧向P‑I‑N结构，其供电方式为侧向供电，避免了衬底参与到电流注入过程，因此，可以有效的减少寄生电容的产生，改善调制带宽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器
，特别是涉及一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器及其制造方法。
技术介绍
随着云计算，智能家居，虚拟现实VR，大数据等先进技术日益发展与普及，对数据传输网络容量的要求日益增加，因此对光网络系统的大容量和低功率损耗提出的更高的要求。在10G-40km、10G-80km、40G-2km SMF传输系统中采用电吸收可调制激光器(Electroabsorption Modulated Distributed Feedback Laser，简写为：EML)作为主要的信号源，由于Kramers-Kronig色散的原因，EML芯片在折射率的改变与EA调制器的吸收损耗上很难找到平衡点，因此很难达到低的寄生参数(长距离传输所需的条件)、低损耗(输出光功率高)。为了克服这些缺点，现有的方式是在分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser，简写为：DFB)和电吸收(Electro Absorption，简写为：EA)调制器两个部分进行两端调制，但是这种方式有一种很明显的缺点，因为现有技术采用的是激光器和调制器均采用垂直生长量子阱的方式实现增益信号的衔接，而现有技术中在不同实现场景中，对于两者生长量子阱所用材料、生长层数上会有不同的需求，这样会给匹配过程带来极大的困难，由此带来的严苛的制造工艺给普通的厂商提出了较高生产门槛。另一方面，传统的调制器由于是采用垂直P-I-N结构，如图1所示，其供电方式为垂直供电，由于衬底会参与到电流注入过程中去，因此，会造成不可忽视的寄生电容的产生，而影响到调制带宽。还有一方面，现有技术中采用的垂直P-I-N结构，带来了可能存在的调制器中量子阱整体高度和激光器中量子阱整体高度两者之间的不同，从而提高了整个EML的有效电阻，对于EML的长时间高功率工作造成较大的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是对于激光器和调制器两者生长量子阱所用材料或者生长层数上会有不同的需求，这样会给匹配过程带来极大的困难，由此带来的严苛的制造工艺降低了成品率和生产效率。本专利技术进一步要解决的技术问题是传统的调制器由于是采用垂直P-I-N结构，其供电方式为垂直供电，由于衬底会参与到电流注入过程中去，因此，会造成不可忽视的寄生电容的产生，而影响到调制带宽。本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器，由调制器和激光器构成，所述调制器和激光器生长于同一衬底上，具体的：激光器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成；调制器的量子阱区是由一个或者多个量子阱侧向叠加生长而成，其中，调制器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱宽度和激光器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱叠加高度相同；调制器的P电极接触层和N电极接触层位于所述调制器的量子阱区的左右两侧，与所述调制器的量子阱区构成侧向P-I-N结构。优选的，所述衬底为n-InP，其中，所述激光器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有掺杂InP层、下限制层；其中，调制器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有非掺杂InP层和下限制层；所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长有上限制层和上波导层；其中，所述掺杂InP层、下限制层、激光器的量子阱区、上限制层和上波导层在所述衬底上被腐蚀成台面结构；所述非掺杂InP层、下限制层、调制器的量子阱区、上限制层和上波导层在所述衬底上被腐蚀成台面结构。优选的，还包括激光放大器，所述激光放大器和所述调制器以及激光器同样生长于同一衬底上，具体的：激光放大器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成，其中，所述激光放大器的量子阱区和激光器的量子阱区由同一生长过程形成。第二方面，本专利技术提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，在衬底上完成下限制层的外延生长，所述制造方法包括：在激光器区域生长一层或者多层量子阱，构成激光器的量子阱区；在调制器区域生长一层辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同；使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同；在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料；光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料；在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。优选的，在衬底上完成下限制层的外延生长之前，所述方法还包括：在衬底上外延生长InP层；用掩蔽材料掩蔽调制器区域；针对激光器区域的InP层，利用热扩散工艺掺杂形成n-InP层；去除所述掩蔽材料，以便在所述激光器区域的n-InP层和调制器区域的InP层上外延生长下限制层。优选的，所述完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面之前，所述方法还包括：所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长上限制层和上波导层。优选的，在所述激光器为DFB激光器时，所述方法还包括：利用电子束在激光器区域的上波导层上刻蚀出光栅；在所述激光器区域和调制器区域的上波导层上外延生长光栅保护层。第三方面，本专利技术提供了一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，所述电吸收激光器由激光器、调制器和激光放大器串联而成，所述制造方法包括：在激光器区域、调制器区域和激光放大器区域上同时垂直生长一层或者多层量子阱；在所述激光器区域和激光放大器区域上的量子阱表面制作掩膜，并刻蚀掉调制器区域内的量子阱区；在调制器区域填充一辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同，所述辅助材料的长度为激光器的量子阱区与激光放大器的量子阱区之间距离；使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同；在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料；光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料；其中，第一层材料和第二层材料组合形成一个量子阱；在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。优选的，在进行所述量子阱生长之前，所述方法还包括：在衬底上外延生长InP层；用掩蔽材料掩蔽调制器区域；针对激光器区域和激光放大器区域的InP层，利用热扩散工艺掺杂形成n-InP层；去除所述掩蔽材料，以便在所述激光器区域的n-InP层、调制器区域的InP层和激光放大器区域的n-InP层上外延生长下限制层。优选的，所述完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面之前，所述方法还包括：所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长上限制层和上波导层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出并设计了一种调制器的量子阱区结构，其采用侧向堆叠的方式，与常规的激光器中的垂直生长而成的量子阱区相比，两者的量子阱阵列排列方式相互间垂直，从而克服了现有技术中对于两者生长量子阱所用材料、生长层数上会有不同的需求，这样会给匹配过程带来极大的困难，由此带来的严苛的制造工艺降低了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于侧向P‑I‑N结构的电吸收激光器，由调制器和激光器构成，其特征在于，所述调制器和激光器生长于同一衬底上，具体的：激光器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成；调制器的量子阱区是由一个或者多个量子阱侧向叠加生长而成，其中，调制器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱宽度和激光器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱叠加高度相同；调制器的P电极接触层和N电极接触层位于所述调制器的量子阱区的左右两侧，与所述调制器的量子阱区构成侧向P‑I‑N结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器，由调制器和激光器构成，其特征在于，所述调制器和激光器生长于同一衬底上，具体的：激光器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成；调制器的量子阱区是由一个或者多个量子阱侧向叠加生长而成，其中，调制器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱宽度和激光器的量子阱区在垂直方向上的各量子阱叠加高度相同；调制器的P电极接触层和N电极接触层位于所述调制器的量子阱区的左右两侧，与所述调制器的量子阱区构成侧向P-I-N结构。2.根据权利要求1所述的电吸收激光器，其特征在于，所述衬底为n-InP，其中，所述激光器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有掺杂InP层、下限制层；其中，调制器的量子阱区与所述衬底n-InP之间从下到上依次生长有非掺杂InP层和下限制层；所述激光器的量子阱区和所述调制器的量子阱区之上生长有上限制层和上波导层；其中，所述掺杂InP层、下限制层、激光器的量子阱区、上限制层和上波导层在所述衬底上被腐蚀成台面结构；所述非掺杂InP层、下限制层、调制器的量子阱区、上限制层和上波导层在所述衬底上被腐蚀成台面结构。3.根据权利要求1所述的电吸收激光器，其特征在于，还包括激光放大器，所述激光放大器和所述调制器以及激光器同样生长于同一衬底上，具体的：激光放大器的量子阱区是由一个或者多个量子阱垂直叠加生长而成，其中，所述激光放大器的量子阱区和激光器的量子阱区由同一生长过程形成。4.一种基于侧向P-I-N结构的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，在衬底上完成下限制层的外延生长，所述制造方法包括：在激光器区域生长一层或者多层量子阱，构成激光器的量子阱区；在调制器区域生长一层辅助材料，所述辅助材料的高度和激光器的量子阱区垂直高度相同；使用光刻在所述辅助材料中，刻出一条或者多条凹槽，所述凹槽的宽度和调制器中所要生成的量子阱的第一层相同、所述凹槽的长度和高度与所述辅助材料的长度和高度分别相同；在所述一条或者多条凹槽中生长各量子阱的第一层材料；光刻各第一层材料之间的辅助材料，并生长各量子阱的第二层材料；在后续完成激光器区域和调制器区域的腐蚀操作并形成台面后，在所述调制器区域的台面两侧分别生长形成P型电极和N型电极。5.根据权利要求4所述的电吸收激光器的制造方法，其特征在于，在衬底上完成下限制层的外延生长之前，所述方法还包括：在衬底上外延生长InP层；用掩蔽材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：万枫，熊永华，岳爱文，王任凡，曾笔鉴，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42