电吸收调制量子级联激光器集成芯片及制备方法技术

本公开涉及红外通信光电子器件技术领域，尤其涉及一种电吸收调制量子级联激光器芯片及制备方法。其中，该电吸收调制量子级联激光器芯片，包括：分布反馈量子级联激光器区，用于生成中远红外种子激光；电吸收量子级联调制器区，用于对中远红外种子激光进行调制，得到调制后的中远红外种子激光；量子级联光放大器区，用于对调制后的中远红外种子激光进行放大，得到放大调制后的中远红外种子激光。本公开提供的电吸收调制量子级联激光器芯片可以单片集成，并同时兼顾高调制速率与高输出功率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
电吸收调制量子级联激光器集成芯片及制备方法


[0001]本公开涉及红外通信光电子器件
，尤其涉及一种电吸收调制量子级联激光器集成芯片及制备方法。

技术介绍

[0002]量子级联激光器(Quantum Cascade Laser，QCL)是一种发射光谱在中远红外波段的半导体激光器，具有体积小、功耗低、波长可调谐、和响应速率高等优点。在激光通信系统中采用工作在中远红波段的光电子器件可有效降低大气效应对空间通信链路的影响。因此，QCL在空间通信方面具有独特的优势。
[0003]但是相关技术中，直接调制QCL中寄生电学效应会导致光功率提升与带宽增加存在矛盾，使得高调制速率与高输出功率难以兼顾。而异质、异构的中远红外光调制器与QCL难以单片集成。

技术实现思路

[0004]本公开提供了一种电吸收调制量子级联激光器集成芯片及制备方法，主要目的在于提供一种可以单片集成，并同时兼顾高调制速率与高输出功率的电吸收调制量子级联激光器集成芯片。
[0005]根据本公开的一方面，提供了一种电吸收调制量子级联激光器集成芯片，包括：
[0006]分布反馈量子级联激光器区，用于生成中远红外种子激光；
[0007]电吸收量子级联调制器区，用于对所述中远红外种子激光进行调制，得到调制后的中远红外种子激光；
[0008]量子级联光放大器区，用于对所述调制后的中远红外种子激光进行放大，得到放大调制后的中远红外种子激光。
[0009]可选的，所述分布反馈量子级联激光器区、所述电吸收量子级联调制器区和所述量子级联光放大器区在水平方向依次排列，并且两两之间通过隔离槽进行电隔离；
[0010]所述分布反馈量子级联激光器区、所述电吸收量子级联调制器区和所述量子级联光放大器区均为脊型结构。
[0011]可选的，所述分布反馈量子级联激光器区、所述电吸收量子级联调制器区和所述量子级联光放大器区均包括由下至上依次层叠设置的第一电极金属层、衬底层、下波导层、下限制层、有源区层、上限制层、上波导层、欧姆接触高掺杂半导体层、绝缘层、第二电极金属层。
[0012]可选的，所述分布反馈量子级联激光器区中的上限制层包括掩埋型分布反馈光栅。
[0013]可选的，所述量子级联光放大器区的目标端面镀光学减反膜，所述分布反馈量子级联激光器区的目标端面镀光学高反膜。
[0014]根据本公开的另一方面，提供了一种电吸收调制量子级联激光器集成芯片制备方
法，包括：
[0015]对第一外延片样品的第一区域进行刻蚀，得到第二外延片样品，其中，所述第二外延片样品为脊型结构；
[0016]在所述第二外延片样品的第二区域进行刻蚀，得到第三外延片样品，其中，所述第三外延片样品包括分布反馈量子级联激光器区、电吸收量子级联调制器区和量子级联光放大器区；
[0017]对所述第三外延片样品进行解离，得到电吸收调制量子级联激光器集成芯片。
[0018]可选的，在所述对第一外延片样品的第一区域进行刻蚀，得到第二外延片样品之前，还包括：
[0019]在衬底层的上表面依次外延生长下波导层、下限制层、有源区层、上限制层；
[0020]在所述上限制层的第三区域中制备掩埋型分布反馈光栅；
[0021]在制备有掩埋型分布反馈光栅的上限制层的上表面依次外延生长上波导层、欧姆接触高掺杂半导体层，得到所述第一外延片样品。
[0022]可选的，所述对第一外延片样品的第一区域进行刻蚀，得到第二外延片样品，包括：
[0023]在所述第一外延片样品的上表面沉积第一掩膜层；
[0024]对沉积第一掩膜层的第一外延片样品的第一区域进行刻蚀，得到所述第二外延片样品。
[0025]可选的，所述对所述第二外延片样品的第二区域进行刻蚀，得到第三外延片样品，包括：
[0026]在所述第二外延片样品中所述脊型结构的两侧分别外延生长半绝缘填充层；
[0027]在所述半绝缘填充层的上表面沉积绝缘介质薄膜，得到第四外延片样品；
[0028]在所述第四外延片样品的第二区域刻蚀隔离槽，得到所述第三外延片样品。
[0029]可选的，所述对所述第三外延片样品进行解离，得到电吸收调制量子级联激光器集成芯片，包括：
[0030]在所述第三外延片样品的下表面制备第一电极金属层，并分别在所述第三外延片样品的上表面和引线辅助区制备第二电极金属层，得到第五外延片样品；
[0031]对所述第五外延片样品进行解离，得到所述电吸收调制量子级联激光器集成芯片。
[0032]在本公开一个或多个实施例中，通过分布反馈量子级联激光器区生成中远红外种子激光；电吸收量子级联调制器区对中远红外种子激光进行调制，得到调制后的中远红外种子激光；量子级联光放大器区对调制后的中远红外种子激光进行放大，得到放大调制后的中远红外种子激光。因此，通过将分布反馈量子级联激光器功能区、电吸收量子级联调制器功能区、量子级联光放大器功能区集成在一个芯片上，三个功能区各司其职，可以解决调制带宽和激光功率之间的矛盾，可以同时兼顾高调制速率与高输出功率。
[0033]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0034]附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
[0035]图1示出本公开实施例提供的第一种电吸收调制量子级联激光器集成芯片的结构示意图；
[0036]图2示出本公开实施例提供的第二种电吸收调制量子级联激光器集成芯片的结构示意图；
[0037]图3示出本公开实施例提供的量子级联激光材料的工作原理图；
[0038]图4示出本公开实施例提供的第一种电吸收调制量子级联激光器集成芯片制备方法的流程示意图；
[0039]图5示出本公开实施例提供的第二种电吸收调制量子级联激光器集成芯片制备方法的流程示意图；
[0040]图6示出本公开实施例提供的一种第六外延片样品的制备流程图；
[0041]图7示出本公开实施例提供的一种掩埋型分布反馈光栅的制备流程图；
[0042]图8示出本公开实施例提供的一种第一外延片样品的制备流程图；
[0043]图9示出本公开实施例提供的一种第二外延片样品的制备流程图；
[0044]图10示出本公开实施例提供的一种第七外延片样品的制备流程图；
[0045]图11示出本公开实施例提供的一种量子级联光放大器区的结构示意图。
具体实施方式
[0046]以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电吸收调制量子级联激光器集成芯片，其特征在于，包括：分布反馈量子级联激光器区，用于生成中远红外种子激光；电吸收量子级联调制器区，用于对所述中远红外种子激光进行调制，得到调制后的中远红外种子激光；量子级联光放大器区，用于对所述调制后的中远红外种子激光进行放大，得到放大调制后的中远红外种子激光。2.根据权利要求1所述的电吸收调制量子级联激光器集成芯片，其特征在于，所述分布反馈量子级联激光器区、所述电吸收量子级联调制器区和所述量子级联光放大器区在水平方向依次排列，并且两两之间通过隔离槽进行电隔离；所述分布反馈量子级联激光器区、所述电吸收量子级联调制器区和所述量子级联光放大器区均为脊型结构。3.根据权利要求1所述的电吸收调制量子级联激光器集成芯片，其特征在于，所述分布反馈量子级联激光器区、所述电吸收量子级联调制器区和所述量子级联光放大器区均包括由下至上依次层叠设置的第一电极金属层、衬底层、下波导层、下限制层、有源区层、上限制层、上波导层、欧姆接触高掺杂半导体层、绝缘层、第二电极金属层。4.根据权利要求3所述的电吸收调制量子级联激光器集成芯片，其特征在于，所述分布反馈量子级联激光器区中的上限制层包括掩埋型分布反馈光栅。5.根据权利要求1所述的电吸收调制量子级联激光器集成芯片，其特征在于，所述量子级联光放大器区的目标端面镀光学减反膜，所述分布反馈量子级联激光器区的目标端面镀光学高反膜。6.一种电吸收调制量子级联激光器集成芯片制备方法，其特征在于，包括：对第一外延片样品的第一区域进行刻蚀，得到第二外延片样品，其中，所述第二外延片样品为脊型结构；在所述第二外延片样品的第二区域进行刻蚀，得到第三外延片样品，其中，所述第三外延片样品包括分布反馈量子级联激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊岐，鹿希雨，杨科，刘峰奇，张锦川，翟慎强，卓宁，刘舒曼，王利军，
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：