一种高性能DFB激光器外延片及其制造方法技术

一种高性能DFB激光器外延片，包括自下而上依次层叠设置的衬底、下缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱、上波导层、上限制层、上缓冲层、腐蚀阻挡层、包层、光栅制作层、二次外延层、势垒渐变层和欧姆接触层；所述光栅制作层设置于所述二次外延层中。本发明专利技术提出了一种高性能DFB激光器外延片及其制造方法，可以有效抑制激光器的空间烧孔效应，提升DFB激光器的边模抑制比，优化其光谱模式，提高了DFB激光器的产品良率，制造成本低。制造成本低。制造成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能DFB激光器外延片及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种激光器外延片及其制造方法，具体涉及一种高性能DFB激光器外延片及其制造方法。

技术介绍

[0002]光通信网络采用光作为信号传输的载体，相比于采用铜缆作为传输介质的电通信网络，信息互联的速度、容量和抗干扰能力得到显着提高，因而得到广泛应用。半导体激光器是光通信网络的主要光源，包括法布里
‑
珀罗激光器（FP激光器），分布反馈激光器（DFB）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）三种类型。其中，DFB激光器在半导体内部建立起布拉格光栅，依靠光的分布反馈实现单纵模的选择，具有高速、窄线宽及动态单纵模工作特性，且DFB激光器能在更宽的工作温度与工作电流范围内抑制普通FP激光器的模式跳变，极大地改善器件的噪声特性，在光通信领域具有广泛的应用。
[0003]光通信用的DFB激光器波长一般为1310 nm和1550 nm，一般采用InP为生长衬底，采用AlGaInAs或InGaAsP的量子阱为有源层。DFB光栅的制作一般采用全息光刻或电子束光刻的方法，在InGaAsP（波长1100nm）光栅制作层上形成宽约200nm，高约40 nm的光栅，然后在此基础上进行二次外延生长InP包层，以及InGaAsP（波长1300 nm，1500 nm）势垒过渡层、InGaAs欧姆接触层等。
[0004]传统光栅分布在整个谐振腔内，因此会有两种模式随机分布，双峰效果明显，波长稳定性差。
[0005]专利技术专利CN201710632079.3，利用双曝光法制备非对称光栅，先用全息相干曝光的方式在用紫外光刻机进行曝光，两次曝光完成后，使用显影剂进行显影，再使用腐蚀液对光栅区和非光栅区同时进行蚀刻，然后去除光刻胶掩膜；但光栅区和非光栅区与溶液接触的面积相差较大，两个位置在蚀刻时，蚀刻速率有明显差异，两区域无法同时达到刚好蚀刻完全的状态，非光栅区有蚀刻过深的问题，二次外延后，将影响到器件的可靠性，全息曝光的均匀性受光路影响较大，不易实现大尺寸均匀性好的光栅，对DFB激光器良率影响较大。
[0006]因此，我们又设计了一种高性能DFB激光器外延片及其制造方法。
[0007]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本专利技术的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供的技术方案是：一种高性能DFB激光器外延片，包括自下而上依次层叠设置的衬底01、下缓冲层02、下限制层03、下波导层04、量子阱05、上波导层06、上限制层07、上缓冲层08、腐蚀阻挡层09、包层10、光栅制作层11、二次外延层14、势垒渐变层和欧姆接触层17；所述光栅制作层11设置于所述二次外延层14中所述光栅制作层11制作时，将外延片水平放置在光刻版下方d^2
⁄
λ距离处进行曝光。
[0009]优选的技术方案为：所述光栅制作层11在所述二次外延层14中呈非对称光栅结构。
[0010]优选的技术方案为：所述光栅制作层（11）分为右侧的光栅区和左侧的非光栅区。
[0011]优选的技术方案为：所述衬底01为InP衬底，所述下缓冲层02为N
‑
InP层，所述下限制层03为N
‑
AlInAs层，所述下波导层04为非掺杂的折射率渐变的AlGaInAs层，所述量子阱05为6个周期的AlGaInAs层，所述上波导层06为非掺杂的折射率渐变的AlGaInAs层，所述上限制层07为非掺杂的AlInAs层，所述上缓冲层08为P
‑
InP层，所述腐蚀阻挡层09为波长为1100nm的InGaAsP层，所述包层10为InP层，所述光栅制作层11为波长为1100nm的InGaAsP层，所述二次外延层14为InP层，所述势垒渐变层为InGaAsP层，所述欧姆接触层17为InGaAs层。
[0012]优选的技术方案为：所述势垒渐变层包括第一势垒渐变层15和第二势垒渐变层16，所述第一势垒层为1300nm的InGaAsP层，所述第二势垒渐变层为1500nm的InGaAsP层。
[0013]本专利技术还提供了一种高性能DFB激光器外延片的制造方法，包括以下步骤：步骤一：把InP衬底01放入到MOCVD设备中，进行第一次外延生长；在所述衬底01的上表面依次生长下缓冲层02、下限制层03、下波导层04、量子阱05、上波导层06、上限制层07、上缓冲层08、腐蚀阻挡层09、包层10、光栅制作层11；第一次外延生长到所述光栅制作层11的Cap层；步骤二：取出上述外延片，在第一次外延表面形成光刻胶掩膜层12；步骤三：对上述外延片利用Talbot效应进行曝光、显影，形成非对称光栅结构；步骤四：对上述外延片进行蚀刻，将光刻胶上的图形转移到外延片上；步骤五：去除光刻胶掩膜，得到带有光栅结构的一次外延片；步骤六：把制作完光栅的一次外延片再次放入到MOCVD设备中进行二次外延生长；在所述光栅制作层11的上表面依次生长二次外延层14、第一势垒渐变层15、第二势垒渐变层16和欧姆接触层17，即形成完整的DFB外延结构。
[0014]优选的技术方案为：在步骤二中，先在外延片表面旋涂光刻胶掩膜，进行匀胶处理、烘烤；选取碱性显影，常温显影10~12s，在外延片表面形成与光刻版1:1完全一致的光刻胶掩膜。
[0015]优选的技术方案为：在步骤三中，光栅曝光的光源为短波单色紫外光源，波长200~280nm，曝光距离d^2
⁄
λ，通过微调曝光距离进行光栅占空的调整，d为均匀光栅的光栅周期，λ为紫外光源的波长。
[0016]优选的技术方案为：在步骤四中，光栅蚀刻液反应温度为
‑
20℃到
‑
10℃。
[0017]优选的技术方案为：外延层生长完成后，利用光刻与刻蚀工艺，形成非对称光栅结构后，然后在非对称光栅结构上蒸镀正面电极，并将InP衬底减薄，在减薄的InP 衬底背面蒸镀背面电极。
[0018]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有的优点是：1. 可以有效抑制激光器的空间烧孔效应，提升DFB激光器的边模抑制比，优化其光谱模式，提高了DFB激光器的产品良率，制造成本低。
[0019]2.光栅占空比可通过曝光距离的微调任意调节。
[0020]3.使用EBL制备的光栅光刻版，光栅的周期、形貌和占空可以得到精确的控制，利
用Talbot效应，可将光栅光刻版图的设计1:1的复制到外延片上，使得外延片上的光栅周期、形貌和占空可以得到精准的控制，性能优于全息曝光的外延片。
[0021]4.该制造方法利用的曝光方式为非接触式曝光，EBL制备的光栅光刻版寿命可以极大的延长，外延片的生产成本可以得到极大的降低。
附图说明
[0022]图1为DFB外延结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能DFB激光器外延片，其特征在于：包括自下而上依次层叠设置的衬底（01）、下缓冲层（02）、下限制层（03）、下波导层（04）、量子阱（05）、上波导层（06）、上限制层（07）、上缓冲层（08）、腐蚀阻挡层（09）、包层（10）、光栅制作层（11）、二次外延层（14）、势垒渐变层和欧姆接触层（17）；所述光栅制作层（11）设置于所述二次外延层（14）中；所述光栅制作层（11）制作时，将外延片水平放置在光刻版下方d^2
⁄
λ距离处进行曝光。2.根据权利要求1所述的一种高性能DFB激光器外延片，其特征在于：所述光栅制作层（11）在所述二次外延层（14）中呈非对称光栅结构。3.根据权利要求1所述的一种高性能DFB激光器外延片，其特征在于：所述光栅制作层（11）分为右侧的光栅区和左侧的非光栅区。4.根据权利要求1所述的一种高性能DFB激光器外延片，其特征在于：所述衬底（01）为InP衬底，所述下缓冲层（02）为N
‑
InP层，所述下限制层（03）为N
‑
AlInAs层，所述下波导层（04）为非掺杂的折射率渐变的AlGaInAs层，所述量子阱（05）为6个周期的AlGaInAs层，所述上波导层（06）为非掺杂的折射率渐变的AlGaInAs层，所述上限制层（07）为非掺杂的AlInAs层，所述上缓冲层（08）为P
‑
InP层，所述腐蚀阻挡层（09）为波长为1100nm的InGaAsP层，所述包层（10）为InP层，所述光栅制作层（11）为波长为1100nm的InGaAsP层，所述二次外延层（14）为InP层，所述势垒渐变层为InGaAsP层，所述欧姆接触层（17）为InGaAs层。5.根据权利要求1所述的一种高性能DFB激光器外延片，其特征在于：所述势垒渐变层包括第一势垒渐变层（15）和第二势垒渐变层（16），所述第一势垒层为1300nm的InGaAsP层，所述第二势垒渐变层为1500nm的InGaAsP层。6.一种高性能DFB激光器外延片的制造方法，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪雨，张双翔，张永，单智发，
申请(专利权)人：全磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：