一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，涉及半导体光电子器件技术领域。本发明专利技术提出的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器主要包括：N电极、N型InP衬底、N型InP缓冲层、下限制层、量子阱有源区、上限制层、光栅层、N型InP层、隧道结、P型InP盖层、P型接触层、P电极。本发明专利技术利用隧道结正偏时的微分负阻特性，在器件内部进行振荡调制，使激光器能直接发射光载微波，在降低相位噪声、减小功率损耗、简化器件结构的同时，实现高速调制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器
本专利技术涉及半导体光电子器件
，尤其涉及一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器。
技术介绍
微波信号在电子测量、时钟提取、民用通信、电子对抗、雷达等方面都有广泛的应用。在传统的微波信号产生方法中，介质振荡器在高纯频谱、低相位噪声以及可调谐等方面，表现得不尽人意。光电振荡器(Optoelectonicoscillators，OEO)采用光电反馈环路技术来获得高稳定、低噪声的微波信号，成为了一种新型的高质量微波信号源。OEO能够在光域中产生射频(RadioFrequency，RF)信号，具有一些优于传统电振荡器的优点，例如信号可在光纤中传播、以及可在光域中进行信号处理等。已经报道了几种能在频谱上产生纯净微波信号的OEO系统方案，所报告的OEO系统通常包含激光器、马赫-曾德尔调制器、放大器、滤光器、可调光延迟线和光电检测器。由此可见，OEO系统体积庞大且复杂、封装尺寸大、功率损耗高，以及这些实施方案中的RF放大器和掺铒光纤放大器都是主要的噪声元件。近年来，已经报道了将隧道二极管和激光器这两个分离器件混合集成在一起的微波振荡源，能在光域中生成RF信号，并在许多电路应用上得到了证实。但是，由两个分离器件混合集成的微波振荡源调制速率低，所报道的最高RF信号频率为1.4GHz。因此，目前的微波振荡源存在调制速率低、相位噪声高、功率损耗高、结构复杂的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，用于实现高速调制、降低相位噪声、减小功率损耗、简化器件结构。(二)技术方案本专利技术提供一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，该激光器自下而上依次为N电极1、N型InP衬底2、N型InP缓冲层3、下限制层4、量子阱有源区5、上限制层6和光栅层7，且各层宽度相同；光栅层7之上还自下而上依次包括P型InP盖层10和P型接触层11，P型InP盖层10和P型接触层11宽度相同，且小于光栅层7的宽度，其中：光栅层7与P型InP盖层10之间还自下而上依次包括N型InP层8和隧道结9；N型InP层8置于光栅层7上，与光栅层7宽度相同；隧道结9置于N型InP层8上，宽度与P型InP盖层10宽度相同；隧道结9、P型InP盖层10、P型接触层11构成脊形波导结构。其中，所述隧道结9、P型InP盖层10和P型接触层11构成脊形波导结构宽度为2～6μm。其中，所述隧道结9自下而上依次包括：重掺杂N型InP层和重掺杂P型InAlAs层；重掺杂N型InP层的厚度为8nm～15nm，掺杂元素为Si，掺杂浓度不小于1×1019cm-3；重掺杂P型InAlAs层的厚度为8nm～15nm，In组分为0.52，掺杂元素为C，掺杂浓度不小于1×1018cm-3。其中，所述N型InP层8的掺杂元素为Si，掺杂浓度在1018cm-3量级，厚度为80nm～200nm。其中，所述下限制层4和上限制层6均为带隙波长在1μm～1.2μm之间的InGaAsP材料。其中，所述量子阱有源区5包括量子阱层和势垒层；量子阱层与势垒层交错排布，量子阱有源区的最下层和最上层均为势垒层。其中，所述量子阱层是激射波长为1.55μm的InGaAsP材料，势垒层是带隙波长为1.2μm的InGaAsP材料；或所述量子阱层是激射波长为1.31μm的InGaAsP材料，势垒层是带隙波长为1.1μm的InGaAsP材料。其中，绝缘隔离层12，包覆于脊形波导结构侧面以及N型InP层8未被隧道结9覆盖的上表面；P电极13，包覆于绝缘隔离层12外表面及P型接触层11上表面。(三)有益效果本专利技术的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，其具有的积极效果在于：利用隧道结正偏时的微分负阻特性，在器件内部进行振荡调制，使激光器能直接发射光载微波，在降低相位噪声、减小功率损耗、简化器件结构的同时，实现高速调制。附图说明图1是本专利技术的一种具体实施例的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器的器件剖面示意图；图2是本专利技术的一种具体实施例的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器的量子阱有源区组成示意图；图3是本专利技术的一种具体实施例的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器的隧道结组成示意图；附图标记：1-N电极2-N型InP衬底3-N型InP缓冲层4-下限制层5-量子阱有源区6-上限制层7-光栅层8-N型InP层9-隧道结10-P型InP盖层11-P型接触层12-绝缘隔离层13--P电极；5.2、5.4、5.6-量子阱层5.1、5.3、5.5、5.7-势垒层9.1-重掺杂N型InP层9.2-重掺杂P型InAlAs层。具体实施方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术作进一步的详细说明。隧道二极管和激光器两个分离器件通过电路混合集成在一起的微波振荡源，能在光域中生成RF信号，但是，存在调制速率低、相位噪声高、功率损耗高、结构复杂的问题。本专利技术通过半导体外延工艺将隧道结与分布反馈(DistributedFeedback，DFB)激光器集成在一个器件上，避免了隧道结与DFB激光器之间的电路连接；利用隧道结正偏时的微分负阻特性，在器件内部进行振荡调制，使DFB激光器能直接发射光载微波，能在降低相位噪声、减小功率损耗、简化器件结构的同时，实现高速调制。图1是本专利技术的一种具体实施例的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器的器件剖面示意图。如图1所示，该用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，自下而上依次为N电极1、N型InP衬底2、N型InP缓冲层3、下限制层4、量子阱有源区5、上限制层6、光栅层7、N型InP层8、隧道结9、P型InP盖层10、P型接触层11、绝缘隔离层12和P电极13。N电极1、N型InP衬底2、N型InP缓冲层3、下限制层4、量子阱有源区5、上限制层6、光栅层7、N型InP层8各层宽度相同；N型InP层8上为隧道结9、P型InP盖层10和P型接触层11形成的脊形波导结构，脊形波导结构宽度为2～6μm，隧道结9、P型InP盖层10和P型接触层11各层宽度相同，且小于N型InP层8的宽度；绝缘隔离层12包覆于脊形结构侧面以及N型InP层8未被隧道结9覆盖的上表面；P电极13，包覆于绝缘隔离层12外表面及P型接触层11上表面。其中，隧道结9自下而上依次包括：重掺杂N型InP层和重掺杂P型InAlAs层；重掺杂N型InP层的厚度为8nm～15nm，掺杂元素为Si，掺杂浓度不小于1×1019cm-3；重掺杂P型InAlAs层的厚度为8nm～15nm，In组分为0.52，掺杂元素为C，掺杂浓度不小于1×1018cm-3。其中，N型InP层8的掺杂元素为Si，掺杂浓度在1018cm-3量级，厚度为80nm～200nm。其中，下限制层4和上限制层6均为带隙波长在1μm～1.2μm之间的InGaAsP材料。其中，量子阱有源区5包括量子阱层和势垒层；量子阱层与势垒层交错排布，量子阱有源区的最下层和最上层均为势垒层。其中，量子阱层是激射波长为1.55μm的InGaAsP材料，势垒层是带隙波长为1.2μm的InGaAsP材料；或量子阱层是激射波长为1.31μm的InGaAsP材料，势垒层是带隙波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，该激光器自下而上依次为N电极(1)、N型InP衬底(2)、N型InP缓冲层(3)、下限制层(4)、量子阱有源区(5)、上限制层(6)和光栅层(7)，且各层宽度相同；光栅层(7)之上还自下而上依次包括P型InP盖层(10)和P型接触层(11)，P型InP盖层(10)和P型接触层(11)宽度相同，且小于光栅层(7)的宽度，其中：光栅层(7)与P型InP盖层(10)之间还自下而上依次包括N型InP层(8)和隧道结(9)；N型InP层(8)置于光栅层(7)上，与光栅层(7)宽度相同；隧道结(9)置于N型InP层(8)上，宽度与P型InP盖层(10)宽度相同；隧道结(9)、P型InP盖层(10)、P型接触层(11)构成脊形波导结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，该激光器自下而上依次为N电极(1)、N型InP衬底(2)、N型InP缓冲层(3)、下限制层(4)、量子阱有源区(5)、上限制层(6)和光栅层(7)，且各层宽度相同；光栅层(7)之上还自下而上依次包括P型InP盖层(10)和P型接触层(11)，P型InP盖层(10)和P型接触层(11)宽度相同，且小于光栅层(7)的宽度，其中：光栅层(7)与P型InP盖层(10)之间还自下而上依次包括N型InP层(8)和隧道结(9)；N型InP层(8)置于光栅层(7)上，与光栅层(7)宽度相同；隧道结(9)置于N型InP层(8)上，宽度与P型InP盖层(10)宽度相同；隧道结(9)、P型InP盖层(10)、P型接触层(11)构成脊形波导结构。2.根据权利要求1所述的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，其中，所述隧道结(9)、P型InP盖层(10)和P型接触层(11)构成脊形波导结构宽度为2～6μm。3.根据权利要求2所述的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，其中，所述隧道结(9)自下而上依次包括：重掺杂N型InP层和重掺杂P型InAlAs层；重掺杂N型InP层的厚度为8nm～15nm，掺杂元素为Si，掺杂浓度不小于1×1019cm-3；重掺杂P型InAlAs层的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚节，周旭亮，王鹏飞，王梦琦，于红艳，李召松，李稚博，潘教青，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11