一种DFB半导体激光器芯片制造技术

本发明专利技术提出一种DFB半导体激光器芯片，所述芯片的制备方法依次包括以下步骤；A1、在衬底层上通过MOCVD外延生长N‑InP缓冲层、N‑InAlAs电子阻挡层、AlGaInAs下波导层、AlGaInAs多量子阱层、AlGaInAs上波导层、P‑InAlAs电子阻挡层、P‑InP空间层、P‑InGaAsP光栅层，完成材料基片生长；A2、制备1/2光栅，生长InP间隔层、InGaAsP腐蚀停止层、InP空间层、InGaAsP过渡层、P+‑InGaAs欧姆接触层；A3、进行后续制备工艺，完成激光器芯片制备；本发明专利技术通过制造工艺的优化，使得制备的芯片具有低垂直发散角、载流子限制效率高的特点。

A DFB Semiconductor Laser Chip

【技术实现步骤摘要】
一种DFB半导体激光器芯片
本专利技术涉及芯片制造
，尤其是一种DFB半导体激光器芯片。
技术介绍
在半导体激光器中由于DFB激光器具有单模输出、窄线宽等特点，非常适合做长距离和高速率的光通信传输，大量应用在光纤骨干网、PON、数据中心、WDM、手机基站等领域。然而常规激光器由于温度特性，在高温下激光器出光趋向饱和，同时由于常规的激光器发散角较大，影响到耦合效率，因此在高温下需要通更大的电流以满足实际应用的要求，这提高了器件在应用阶段的能耗、降低了器件的可靠性。本专利技术通过采用多层电子阻挡层的结构来改善载流子的限制，并通过降低波导层厚度来降低发散角，从而有效优化器件的高温特性和耦合特性，提高了器件的性能。
技术实现思路
本专利技术提出一种DFB半导体激光器芯片，通过制造工艺的优化，使得制备的芯片具有低垂直发散角、载流子限制效率高的特点。本专利技术采用以下技术方案。一种DFB半导体激光器芯片，所述芯片的制备方法依次包括以下步骤；A1、在衬底层上通过MOCVD外延生长N-InP缓冲层、N-InAlAs电子阻挡层、AlGaInAs下波导层、AlGaInAs多量子阱层、AlGaInAs上波导层、P-InAlAs电子阻挡层、P-InP空间层、P-InGaAsP光栅层，完成材料基片生长；A2、制备1/2光栅，生长InP间隔层、InGaAsP腐蚀停止层、InP空间层、InGaAsP过渡层、P+-InGaAs欧姆接触层；A3、进行后续制备工艺，完成激光器芯片制备。在步骤A1中的衬底为N-InP衬底，在N-InP衬底上，通过MOCVD依次生长N-InP缓冲层、多层N-InAlAs电子阻挡薄层、AlGaInAs下波导层、AlGaInAs多量子阱层、AlGaInAs上波导层、多层P-InAlAs电子阻挡薄层、P-InP空间层、P-InGaAsP光栅层，完成材料基片生长。所述多层N-InAlAs电子阻挡薄层、多层P-InAlAs电子阻挡薄层均为用于改善芯片的载流子限制能力从而提高载流子的利用率的电子阻挡薄层；所述AlGaInAs下波导层、AlGaInAs上波导层均为用于降低波导以扩展光斑、降低光在垂直方向的发散角的波导层。所述多层N-InAlAs电子阻挡薄层经三次重复生长成型；所述多层P-InAlAs电子阻挡薄层经三次重复生长成型。所述AlGaInAs下波导层、AlGaInAs上波导层厚度范围均为15~30nm。在制备光栅时，先采用全息曝光的方法制备均匀光栅，再以光刻工艺去除靠近激光器芯片靠近背光面的1/2光栅。所述以光刻工艺去除部分光栅的方法，用于改善因芯片端面随机光栅相位影响激光器出光模式的问题。采用常规光刻工艺以SiO2为掩膜去除芯片靠近背光面区域一半的光栅；然后对芯片表面进行清洗放入外延炉中进行再生长，依次生长30nm低掺杂P-InP间隔层、15nm低掺杂P-InGaAsP腐蚀停止层、1800nmP-InP空间层、50nmP-InGaAsP过渡层、250nmP+-InGaAs欧姆接触层，完成材料的再生长工艺。所述后续制备工艺依次为制备激光器的脊型波导结构、在脊波导上开孔、蒸发芯片P面金属、芯片N面进行减薄、蒸发N面金属、合金、解离成激光器bar条、进行腔面镀膜。在所述后续制备工艺中，依次步骤为形成脊波导、以SiO2为钝化层并在脊波导上进行开孔、电子束蒸发Ti/Pt/AuP面金属、减薄N面至厚度为110微米、N面蒸发Ti/Pt/Au金属、在N2氛围390℃温度下合金55s；解离成激光器bar条，取腔长为250微米并在出光和背光端面分别蒸镀反射率低于2%和高于90%的高透和高反膜，完成激光器芯片的制备。本专利技术在外延结构上采用多层的电子阻挡薄层来提高载流子的限制效率，并调整波导厚度来降低芯片垂直发散角；优化材料的掺杂分布来降低芯片的光损耗。进一步的采用部分光栅来改善激光器端面光栅的相位问题，从而提高了DFB激光器的性能。本专利技术在两英寸InP衬底片上，通过MOCVD生长外延结构，采用多层的P/NInAlAs电子阻挡薄层来改善载流子的限制效率，并调整掺杂和波导结构厚度来降低垂直发散角和光损耗；接着采用1/2光栅来改善芯片背光面的随机相位反射问题，采用常规的工艺制备脊型波导结构激光器，制备的芯片具有低垂直发散角、载流子限制效率高的特点。现有技术下，激光器由于解离时在芯片的端面会留下随机的光栅相位，这些相位会影响激光器的出光模式，从而影响激光器的良率，本专利技术采用部分光栅可以有效改善这个问题。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：附图1是本专利技术所述芯片的外延结构示意图；图中：1-N-InP衬底；2-N-InP缓冲层；3-N-InAlAs电子阻挡层；4-AlGaInAs下波导层；5-AlGaInAs多量子阱层；6-AlGaInAs上波导层；7-P-InAlAs电子阻挡层；8-P-InP空间层；9-P-InGaAsP光栅层；10-InP间隔层；11-InGaAsP腐蚀停止层；12-InP空间层；13-InGaAsP过渡层；14-P+-InGaAs欧姆接触层。具体实施方式如图1所示，一种DFB半导体激光器芯片，所述芯片的制备方法依次包括以下步骤；A1、在衬底层上通过MOCVD外延生长N-InP缓冲层2、N-InAlAs电子阻挡层3、AlGaInAs下波导层4、AlGaInAs多量子阱层5、AlGaInAs上波导层6、P-InAlAs电子阻挡层7、P-InP空间层8、P-InGaAsP光栅层9，完成材料基片生长；A2、制备1/2光栅，生长InP间隔层10、InGaAsP腐蚀停止层11、InP空间层12、InGaAsP过渡层13、P+-InGaAs欧姆接触层14；A3、进行后续制备工艺，完成激光器芯片制备。在步骤A1中的衬底为N-InP衬底1，在N-InP衬底上，通过MOCVD依次生长N-InP缓冲层、多层N-InAlAs电子阻挡薄层、AlGaInAs下波导层、AlGaInAs多量子阱层、AlGaInAs上波导层、多层P-InAlAs电子阻挡薄层、P-InP空间层、P-InGaAsP光栅层，完成材料基片生长。所述多层N-InAlAs电子阻挡薄层、多层P-InAlAs电子阻挡薄层均为用于改善芯片的载流子限制能力从而提高载流子的利用率的电子阻挡薄层；所述AlGaInAs下波导层、AlGaInAs上波导层均为用于降低波导以扩展光斑、降低光在垂直方向的发散角的波导层。所述多层N-InAlAs电子阻挡薄层经三次重复生长成型；所述多层P-InAlAs电子阻挡薄层经三次重复生长成型。所述AlGaInAs下波导层、AlGaInAs上波导层厚度范围均为15~30nm。在制备光栅时，先采用全息曝光的方法制备均匀光栅，再以光刻工艺去除靠近激光器芯片靠近背光面的1/2光栅。所述以光刻工艺去除部分光栅的方法，用于改善因芯片端面随机光栅相位影响激光器出光模式的问题。采用常规光刻工艺以SiO2为掩膜去除芯片靠近背光面区域一半的光栅；然后对芯片表面进行清洗放入外延炉中进行再生长，依次生长30nm低掺杂P-InP间隔层、15nm低掺杂P-InGaAsP腐蚀停止层、1800nmP-InP空间层、50nmP-InGaAsP过渡层、250nmP+-InGaA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DFB半导体激光器芯片，其特征在于：所述芯片的制备方法依次包括以下步骤；A1、在衬底层上通过MOCVD外延生长N‑InP缓冲层、N‑InAlAs电子阻挡层、AlGaInAs下波导层、AlGaInAs多量子阱层、AlGaInAs上波导层、P‑InAlAs电子阻挡层、P‑InP空间层、P‑InGaAsP光栅层，完成材料基片生长；A2、制备1/2光栅，生长InP间隔层、InGaAsP腐蚀停止层、InP空间层、InGaAsP过渡层、P+‑InGaAs欧姆接触层；A3、进行后续制备工艺，完成激光器芯片制备。

【技术特征摘要】
1.一种DFB半导体激光器芯片，其特征在于：所述芯片的制备方法依次包括以下步骤；A1、在衬底层上通过MOCVD外延生长N-InP缓冲层、N-InAlAs电子阻挡层、AlGaInAs下波导层、AlGaInAs多量子阱层、AlGaInAs上波导层、P-InAlAs电子阻挡层、P-InP空间层、P-InGaAsP光栅层，完成材料基片生长；A2、制备1/2光栅，生长InP间隔层、InGaAsP腐蚀停止层、InP空间层、InGaAsP过渡层、P+-InGaAs欧姆接触层；A3、进行后续制备工艺，完成激光器芯片制备。2.根据权利要求1所述的一种DFB半导体激光器芯片，其特征在于：在步骤A1中的衬底为N-InP衬底，在N-InP衬底上，通过MOCVD依次生长N-InP缓冲层、多层N-InAlAs电子阻挡薄层、AlGaInAs下波导层、AlGaInAs多量子阱层、AlGaInAs上波导层、多层P-InAlAs电子阻挡薄层、P-InP空间层、P-InGaAsP光栅层，完成材料基片生长。3.根据权利要求2所述的一种DFB半导体激光器芯片，其特征在于：所述多层N-InAlAs电子阻挡薄层、多层P-InAlAs电子阻挡薄层均为用于改善芯片的载流子限制能力从而提高载流子的利用率的电子阻挡薄层；所述AlGaInAs下波导层、AlGaInAs上波导层均为用于降低波导以扩展光斑、降低光在垂直方向的发散角的波导层。4.根据权利要求2所述的一种DFB半导体激光器芯片，其特征在于：所述多层N-InAlAs电子阻挡薄层经三次重复生长成型；所述多层P-InAlAs电子阻挡薄层经三次重复生长成型。5.根据权利要求2所述的一种DFB半导体激光器芯片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛正群，吴林福生，杨重英，陆绿，苏辉，
申请(专利权)人：福建中科光芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35