可调谐激光器与光放大器的单片集成器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种可调谐激光器与光放大器的单片集成器件及其制作方法。该单片集成器件包括五段，依次为光放大器区（１９）、与光放大器区相邻的前取样光栅区（２０）、与前取样光栅区相邻的增益区（２１）、与增益区相邻的相区（２２），以及与相区相邻的后取样光栅区（２３）。本发明专利技术将取样光栅光栅分布布拉格反射激光器同半导体光放大器进行单片集成，有效的减小了器件尺寸，减小了功耗，提高了激光器功率并平衡各波长出光功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电集成
，特别涉及一种可调谐激光器与光放大器的 单片集成器件及其制作方法。
技术介绍
光网络正在向高速大容量、良好的扩展性和智能化的方向发展。提升光网络的容 量时，将更加注重光网络的灵活性和可扩展性，交换智能化和光电子器件集成化是降低运 营成本，以应对快速变化的市场环境。发展可调谐器件、多功能集成的光开关器件或组件将 是构建智能光网络的基石。密集波分复用(DWDM)系统的飞速发展带来了对相关器件的强烈需求。目前的 DWDM系统普遍已经达到32路波长复用，^ifinera利用铟磷基的单片集成技术实现了的 1.6TW40GX40路波长复用)光子集成回路(PIC)芯片。如果使用普通波长固定的激光 器就需要生产出如此多波长，生产工艺的控制要极其严格和烦琐，产品一致性要求非常之 高。为保证系统安全性要求做保护备份时，也需要同样多品种的同样数量的器件，系统设备 的成本及复杂度将很高。而波长可调激光器能够大大减轻DWDM系统在光源配置、备份和维 护上的巨大压力。可调谐激光器在实现波长灵活切换，避免阻塞，降低网络保护恢复成本，提高可靠 性等方面也起着无可代替的作用。基于磷化铟αηΡ)材料的宽带可调谐激光器具有纳秒级 的调谐速度，可以满足包交换的需求；还可以集成更多的电子或光电子器件，形成系统集成 芯片(SOC)以完成更复杂(如快速波长变换，波长信道的上传以及下传等)的功能，以满足 智能光网络的需求。可调谐激光器还可以用于基于WDM技术的光互连中，代替电缆完成计 算机之间或芯片之间的互连。传统的取样光栅光栅分布布拉格反射激光器在波长调谐的过程中由于注入电流 引起波导吸收系数的变化，其各个出光波长之间的光功率的变化可以达到6dB。本专利技术将取 样光栅光栅分布布拉格反射激光器同半导体光放大器进行单片集成可以有效的减小器件 尺寸，减小功耗，提高激光器功率并平衡各波长出光功率。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种可调谐激光器与光放大器的单片集成 器件及其制作方法，以减小器件尺寸，减小功耗，并提高激光器功率并平衡各波长出光功率。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种可调谐激光器与光放大器的单片集成器件， 该单片集成器件包括五段，依次为光放大器区19、与光放大器区相邻的前取样光栅区20、 与前取样光栅区相邻的增益区21、与增益区相邻的相区22，以及与相区相邻的后取样光栅区23。上述方案中，所述光放大器区19内具有脊形条，该脊形条为弧形脊形条25 ；所述 光放大器区19外具有脊形条，该脊形条为直条脊形条M。上述方案中，所述弧形脊形条25的一端与前取样光栅区20的直条脊形条M相连 接，另一端与前取样光栅区20的直条脊条M形成5 7度角，从而减小端面反射。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种制作可调谐激光器与光放大器的单片集成 器件的方法，该方法包括在η型InP衬底上依次外延生长外延层结构；在该外延层结构上淀积二氧化硅掩膜层；利用该二氧化硅掩膜层光刻制作注入保护图形；在外延片表面进行P离子注入，并腐蚀掉外延片表面剩下的二氧化硅掩膜；在外延片表面重新淀积二氧化硅掩膜；对外延片进行快速热退火；腐蚀掉二氧化硅掩膜、InP缓冲层和MGaAsP刻蚀停止层；利用掩膜光刻制作取样光栅光栅窗口 ；制作光栅，然后腐蚀掉残留的InP光栅掩膜层；在外延片上外延生长p-InP、p_InGaAsP刻蚀阻止层、上p_InP盖层和p-InGaAs接 触层；刻蚀该外延片制作脊形结构，并形成波导；利用光刻胶掩膜光刻，腐蚀掉p-hGaAs接触层，形成隔离沟，并进行He离子注入 使隔离沟成为高阻区，然后生长二氧化硅介质膜；在脊形条上开电极窗口，溅射P面上接触电极，光刻电极图形；减薄后，背面蒸发N 面下接触电极；解理出单条取样光栅分布布拉格反射激光器与半导体光放大器单片集成器件管 芯，在其前后出光面镀增透膜。上述方案中，所述在η型InP衬底上依次外延生长外延层结构的步骤，包括采用 金属有机化合物化学气相淀积MOCVD方法在η型InP衬底上依次外延生长η_ΙηΡ缓冲层 (1)、InGaAsP 下限制层(2)、InGaAsP/InGaAsP 多量子阱(3)、InGaAsP 上限制层(4)、InP 光 栅掩膜层( 、InGaAsP刻蚀停止层(6)和InP注入缓冲层(7)。上述方案中，所述利用该二氧化硅掩膜层光刻制作注入保护图形的步骤中，在增 益区和光放大器区留下二氧化硅掩膜，腐蚀掉其余区域的二氧化硅掩膜。上述方案中，所述对外延片进行快速热退火的步骤，包括将外延片至于快速退火 炉中，在氮气保护环境下，在一定温度下进行一定时间的快速热退火。上述方案中，所述利用掩膜光刻制作取样光栅光栅窗口的步骤中，在制作光栅区 域腐蚀掉InP光栅掩膜层，其他区域留下InP光栅掩膜层。上述方案中，所述制作光栅是采用全息曝光技术和干湿法刻蚀技术实现的。上述方案中，所述在外延片上外延生长p-hP、p-hGaASP刻蚀阻止层、上p-InP盖 层和p-InGaAs接触层，是采用金属有机化合物化学气相淀积MOCVD方法实现的。上述方案中，所述刻蚀该外延片制作脊形结构并形成波导的步骤中，是利用干湿法刻蚀技术刻蚀该外延片至刻蚀阻止层，来制作脊形结构并形成波导。上述方案中，该方法通过磷离子注入和高温快速退火使取样分布布拉格光栅区及 相区的材料带隙波长进行蓝移80-200nm，从而降低波导吸收损耗。(三)有益效果本专利技术提供的，通过量子 阱混杂技术实现在光栅区和相区同增益区和放大区带隙波长的蓝移，通过弧形的放大器区 波导减小端面反射带来的影响，相对传统的取样光栅分布布拉格反射激光器具有以下优占.^ \\\ ·1、取样光栅分布布拉格反射激光器同半导体光放大器单片集成，有效的减小了器 件尺寸；2、取样光栅分布布拉格反射激光器同半导体光放大器单片集成，有效的减小了器 件功耗；3、取样光栅分布布拉格反射激光器同半导体光放大器单片集成，可以提供更高的 增益，提高出光功率；4、取样光栅分布布拉格反射激光器同半导体光放大器单片集成，可以有效的实现 各个波长间的功率平衡；5、采用标准的半导体器件制作工艺，重复性好，容易实现。 附图说明图1是依照本专利技术实施例的可调谐激光器与光放大器的单片集成器件的示意图；图2是依照本专利技术实施例的制作可调谐激光器与光放大器的单片集成器件的方 法流程图；图3是依照本专利技术实施例的量子阱外延结构的示意图；图4是依照本专利技术实施例的磷离子注入保护图形的示意图；图5是依照本专利技术实施例的制作取样光栅的示意图；图6是依照本专利技术实施例的制作光栅后接触生长结构的示意图；图7是依照本专利技术实施例的制作脊波导的示意图。具体实施例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，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1是依照本专利技术实施例的可调谐激光器与光放大器的单片集成器 件的示意图，该单片集成器件包括五段，依次为光放大器区19、与光放大器区相邻的前取样 光栅区20、与前取样光栅区相邻的增益区21、与增益区相邻的相区22，以及与相区相邻的 后取样光栅区23。其中，所述光放大器区19内具有脊形条，该脊形条为弧形脊形条25 ；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐激光器与光放大器的单片集成器件，其特征在于，该单片集成器件包括五段，依次为光放大器区（１９）、与光放大器区相邻的前取样光栅区（２０）、与前取样光栅区相邻的增益区（２１）、与增益区相邻的相区（２２），以及与相区相邻的后取样光栅区（２３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘扬，赵玲娟，朱洪亮，潘教清，王圩，
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：11[]