一种短腔长面发射激光器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及光电子器件领域，提供了一种短腔长面发射激光器的制造方法，包括以下步骤：S1，选择衬底，在所述衬底上生长缓冲层；S2，在所述缓冲层上方生长中间层；同时，在所述缓冲层上制作光栅层，所述光栅层位于所述中间层的相对两侧；所述中间层包括向上依次生长的下波导层、多量子阱层以及上波导层；所述中间层对接激光器增益区域，两个所述光栅层分别对接无源波导生长区域；S3，在所述上波导层上方依次生长停止层、包覆层以及接触层；S4，制作脊型波导、隔离区和接触条；S5，制作P面电极、N面电极，并将所述衬底剪薄；S6，解条、解个。本发明专利技术在增益区域两侧各集成一段无源波导区域，解决了由腔长小所造成的工艺困难的问题。

A short cavity long surface emitting laser and its manufacturing method

The invention relates to the field of optoelectronic devices, provides a method for manufacturing short cavity surface emitting laser, which comprises the following steps: S1, selection of substrate, growth of buffer layer on the substrate; in S2, the buffer layer growth above the middle layer; at the same time, making the grating layer on the buffer layer, the the grating layer is located on the opposite sides of the middle layer; the intermediate layer to sequentially growth waveguide layer, a multi quantum well layer and the waveguide layer; the intermediate layer of butt laser gain region, two of the grating layer respectively docking passive waveguide growth region; S3 waveguide layer in order to grow stop layer, coating layer and the contact layer on the upper; S4, making ridge waveguide, isolation and contact; S5, P, N surface electrode surface electrode, and the substrate is thin; S6 solution, a solution. In the invention, a passive waveguide region is integrated on both sides of the gain area, which solves the problem of difficult process caused by the small size of the cavity.

【技术实现步骤摘要】
一种短腔长面发射激光器及其制造方法
本专利技术涉及光电子器件领域，具体为一种短腔长面发射激光器及其制造方法。
技术介绍
光网络的系统升级无一不得益于光器件的升级，作为光器件的核心部件，激光器的性能制约着整个系统的性能，能够实现单通道波特率25Gb/s甚至更好速率的激光器被迫切的需求。目前高速调制的激光器主要有两种方案，第一种是分布反馈激光器单片集成电吸收调制器(EMLs)，EMLs不受频率啁啾特性的影响，具有比较好的消光比和清晰的眼图，非常适合长距离的传输系统。但是制作工艺比较复杂，同时功耗相对较大。Neophotonics最早于于2009年发布了25GEML，其发射光功率可以达到6.5dBm，35℃下动态消光比(ER)达到7.6dB。另外一种方案是直接调制半导体激光器(DML)，对激光器的驱动电流进行直接高速调制，并且DML一般有较高的出光功率，低功耗、低成本并且适合小型化封装。对于DML的设计和优化主要从两个方面注入，首先是提高芯片本身的张弛振荡频率fr，其次是通过制造工艺优化和封装设计优化的方式减小RC。其中减小RC的方式比较直接，制作工艺方面可以在电极下面填充低介电常数的材料，减小电极pad的面积等；在封装设计上可以减小金丝条线的长度等。优化fr的方案上，多从芯片的结构设计入手，一般的原则是减小阈值电流、腔长、量子阱的个数及厚度、减小有源区宽度，同时提高光场限制因子和微分增益。但是，这些参量的设计往往是相互关联的，例如减小腔长能够提高fr但却减小了功率输出，减小量子阱个数的同时也使得光场限制因子变小，因此对于这些参量的优化设计往往需要作权衡。从目前主流高速DML的方案设计可以看出，为了30GHz以上的直接调制3dB带宽，减小激光器增益区域至200um以下是主选方案。而腔长小于200um的芯片制作，对于后工艺的诸多工序都是不小的挑战，例如剪薄和巴条解理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种短腔长面发射激光器及其制造方法，通过在增益区域两侧各集成一段无源波导区域，解决了由腔长小所造成的工艺困难的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种短腔长面发射激光器的制造方法，包括以下步骤：S1，选择衬底，在所述衬底上生长缓冲层；S2，在所述缓冲层上方生长中间层；同时，在所述缓冲层上制作光栅层，所述光栅层位于所述中间层的相对两侧；所述中间层包括向上依次生长的下波导层、多量子阱层以及上波导层；所述中间层对接激光器增益区域，两个所述光栅层分别对接无源波导生长区域；S3，在所述上波导层上方依次生长停止层、包覆层以及接触层；S4，制作脊型波导、隔离区和接触条；S5，制作P面电极、N面电极，并将所述衬底剪薄；S6，解条、解个。进一步，在步骤S2中，制作所述光栅层采用电子束曝光的方法。进一步，在步骤S2中，所述激光增益区域的制作方法具体为：采用等离子体增强化学气相沉积法，在外延片表面生长SiO2掩膜层，并采用光刻及刻蚀技术制作掩膜图形；每一所述无源波导生长区域的制作方法具体为：采用金属有机物化学气相淀积方法制作。进一步，所述光栅层为布拉格光栅，其周期Λ按以下公式确定，其中，m是光栅级数，λb为布拉格波长。进一步，沿腔体的长度方向，激光在折射率不连续的位置反射时，所述布拉格光栅的波长具有最大反射系数。进一步，在两个所述无源波导生长区域制作一阶光栅，即m＝1，所述一阶光栅为所述光栅层；在所述激光器增益区域制作二阶光栅，即m＝2，所述二阶光栅为所述中间层。进一步，在无电流注入情况下，当每一所述无源波导生长区域和所述激光器增益区域有效折射率相等时，所述二阶光栅的周期为所述一阶光栅的两倍，所述一阶光栅的周期根据器件的发射波长确定。进一步，在步骤S4中，所述脊型波导、隔离区和接触条采用光刻、反应离子刻蚀和湿法腐蚀的方法制作。进一步，所述步骤S6中，采用磁控溅射方法制作P面电极和N面电极。本专利技术实施例提供另一种技术方案：一种短腔长面发射激光器，所述激光器采用上述的方法制作。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用脊型波导结构，在增益区各集成一段无源波导区域，在无源波导区域制造高反射系数的一阶光栅用作光反馈，在增益区制造二阶光栅，进行选頻和光反馈，并用以产生垂直于表面的光矢量，实现面发射；在较短的增益区长度下，集成无源波导，保证激光器具有较高fr以得到大的高速直调3dB带宽，同时规避了工艺制作中由于超短腔长带来的风险；制作的光栅均为侧向耦合光栅，减少了常规的光栅掩埋步骤，进一步减少了芯片制造成本，同时能够避免光栅掩埋可能引入的生长缺陷，为芯片的可靠性和一致性提供了保障；将DBR反射镜用作高反射膜，减少了镀膜工艺，相应地减小芯片制作成本；本激光器的制作工艺和常规边发射激光器制作工艺兼容，提高设备的利用率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种短腔长面发射激光器的制造方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种短腔长面发射激光器的结构层次示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种短腔长面发射激光器的结构示意图；附图标记中：1-衬底；2-缓冲层；3-下波导层；4-多量子阱层；5-上波导层；6-光栅层；7-停止层；8-覆盖层；9-接触层；A-激光器增益区域；B-无源波导生长区域。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1、图2以及图3，本专利技术实施例提供一种短腔长面发射激光器的制造方法，包括以下步骤：S1，选择衬底1，在所述衬底1上生长缓冲层2；S2，在所述缓冲层2上方生长中间层；同时，在所述缓冲层2上制作光栅层6，所述光栅层6位于所述中间层的相对两侧；所述中间层包括向上依次生长的下波导层3、多量子阱层4以及上波导层5；所述中间层对接为激光器增益区域，两个所述光栅层6分别对接无源波导生长区域；S3，在所述上波导层5上方依次生长停止层7、包覆层以及接触层；S4，制作脊型波导、隔离区和接触条；S5，制作P面电极、N面电极，并将所述衬底1剪薄；S6，解条、解个。在本实施例中，在衬底1上采用金属有机物化学气相淀积方法依次生长缓冲层2、晶格匹配的下波导层3、多应变量子阱层、晶格匹配的上波导层5以及晶格匹配的光栅层6，其中，衬底1和缓冲层2均采用N型磷化铟，下波导层3、上波导层5以及光栅层6均均采用铟镓砷磷，缓冲层2的厚度为1um，下波导层3的厚度为100nm，多量子阱层4的厚度为115nm，它包括有7个量子阱和8个垒层，每个阱和每个垒的厚度分别为5nm和10nm，上波导层5的厚度为90nm，光栅层6的厚度为50nm。两个光栅层6设在中间层两侧，将本激光器分为三部分，分别对应到图1中的A区域和B区域，A区域为激光器增益区域，两个B区域均为无源波导生长区域，这两个无源波导区域集成在增益区域上。能够解决了由腔长小所造成的工艺困难的问题。优化上述方案，在步骤S2中，制作光栅层6采用电子束曝光的方法。得到的光栅层6为侧向耦合光栅。能够减小芯片的制造成本，同时提高芯片的可靠性。作为本专利技术实施例的优化方案，在步骤S2中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短腔长面发射激光器的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，选择衬底，在所述衬底上生长缓冲层；S2，在所述缓冲层上方生长中间层；同时，在所述缓冲层上制作光栅层，所述光栅层位于所述中间层的相对两侧；所述中间层包括向上依次生长的下波导层、多量子阱层以及上波导层；所述中间层对接激光器增益区域，两个所述光栅层分别对接无源波导生长区域；S3，在所述上波导层上方依次生长停止层、包覆层以及接触层；S4，制作脊型波导、隔离区和接触条；S5，制作P面电极、N面电极，并将所述衬底剪薄；S6，解条、解个。

【技术特征摘要】
1.一种短腔长面发射激光器的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，选择衬底，在所述衬底上生长缓冲层；S2，在所述缓冲层上方生长中间层；同时，在所述缓冲层上制作光栅层，所述光栅层位于所述中间层的相对两侧；所述中间层包括向上依次生长的下波导层、多量子阱层以及上波导层；所述中间层对接激光器增益区域，两个所述光栅层分别对接无源波导生长区域；S3，在所述上波导层上方依次生长停止层、包覆层以及接触层；S4，制作脊型波导、隔离区和接触条；S5，制作P面电极、N面电极，并将所述衬底剪薄；S6，解条、解个。2.如权利要求1所述的一种短腔长面发射激光器的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，制作所述光栅层采用电子束曝光的方法。3.如权利要求1所述的一种短腔长面发射激光器的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，所述激光增益区域的制作方法具体为：采用等离子体增强化学气相沉积法，在外延片表面生长SiO2掩膜层，并采用光刻及刻蚀技术制作掩膜图形；每一所述无源波导生长区域的制作方法具体为：采用金属有机物化学气相淀积方法制作。4.如权利要求1所述的一种短腔长面发射激光器的制造方法，其特征在于：所述光栅层为布拉格光栅，其周期Λ按以下公式确定，

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，李鸿建，韩宇，
申请(专利权)人：武汉华工正源光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42