利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法
2023-09-17 08:52:20 1
專利名稱：利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法
技術領域：
本發明涉及光電子器件領域，特別涉及一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法。
背景技術：
多波長雷射器是現代波分復用(WDM)光通信系統的核心器件。由於具有結構緊湊，光學和電學連接損耗小，穩定性和可靠性高等優點，單片集成的多波長雷射器陣列在WDM系統中具有廣泛的應用前景。目前已經開發了多種單片集成多波長雷射器陣列的製作方法，包括採用電子束曝光技術、多步全息曝光技術、取樣光柵技術、選擇區域外延技術等多種。
上述技術中，採用選擇區域外延(SAG)技術製作單片集成多波長雷射器陣列具有工藝簡單的優點，受到越來越多的關注。已公開的利用SAG技術製作單片集成多波長雷射器陣列的方案包括以下主要步驟在襯底上製作SAG掩膜圖形、SAG生長雷射器有源區材料(包括上下分別限制層以及多量子阱層)、在上分別限制層上製作光柵、生長接觸層完成器件材料結構。在上述現有方案中，利用SAG技術改變包括上下分別限制層以及多量子阱層在內的材料層的厚度，使陣列的不同雷射器單元的材料具有不同的有效折射率，最終實現不同陣列單元不同的激射波長。這個方案的缺點是材料有效折射率隨厚度變化的同時，量子阱的發光波長也隨著材料厚度而變化。由於量子阱材料的發光波長對量子阱厚度十分敏感，隨著材料厚度的變化，量子阱發光波長的變化速度遠大於分布反饋雷射器布拉格波長的變化速度，這會導致一些陣列單元的布拉格波長偏離量子阱材料的增益峰值，導致其單模特性惡化。另外由於量子阱材料一般具有較大的應變，厚度的明顯增加會導致材料質量明顯下降。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法，在獲得不同陣列單元不同發光波長的同時對量子阱材料的發光性能不產生影響。為達到上述目的，本發明提供一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法，包括如下步驟步驟I :在襯底上外延生長下分別限制層及量子阱層；步驟2 :在量子阱層上製作選擇區域外延介質掩膜圖形；步驟3 :選擇區域外延生長上分別限制層，使不同的雷射器單元具有不同厚度的上分別限制層；步驟4 :去掉介質掩膜圖形；步驟5 :在上分別限制層上大面積製作光柵；步驟6 :在光柵7上生長接觸層，完成雷射器陣列的製備。
其中所述介質掩膜圖形以陣列單元間距為周期型成對出現，對應於不同陣列單元的介質掩膜對的間距或掩膜寬度漸變。本發明還提供一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法，包括如下步驟步驟I :在襯底上製作選擇區域外延介質掩膜圖形；步驟2 :選擇區域外延生長下分別限制層，使不同的雷射器單元具有不同厚度的下分別限制層；步驟3 :去掉介質掩膜圖形；步驟4 :在下分別限制層上外延生長量子阱層及上分別限制層；
步驟5 :在上分別限制層上大面積製作光柵；步驟6 :在光柵7上生長接觸層，完成雷射器陣列的製備。其中所述介質掩膜圖形以陣列單元間距為周期型成對出現，對應於不同陣列單元的介質掩膜對的間距或掩膜寬度漸變。上述方案中，利用選擇區域外延技術僅改變雷射器上分別限制層或下分別限制層的厚度，而其他材料層厚度不變，使陣列的不同雷射器單元的材料具有不同的有效折射率，進而使在各陣列單元具有相同周期光柵的條件下不同的陣列單元具有不同的發光波長。從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果利用SAG生長僅改變雷射器上分別限制層(或下分別限制層)厚度，在使DFB雷射器陣列不同單元具有不同發光波長的同時不影響量子阱材料的發光性能，有利於製作高質量多波長雷射器陣列。
為進一步說明本發明的內容，以下結合實施例及附圖對本發明進行進一步描述，其中圖I為本發明第一實施例的利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法流程圖；圖2為本發明第二實施例的利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法流程圖；圖3為本發明第一實施例的多波長分布反饋雷射器陣列的結構剖面圖；圖4為本發明第二實施例的多波長分布反饋雷射器陣列的結構剖面圖；圖5為本發明一種選擇區域外延所用的一種掩膜對間距不變、掩膜寬度漸變的介質掩膜圖形；圖6為本發明一種選擇區域外延所用的一種掩膜寬度不變、掩膜對間距漸變的介質掩膜圖形。
具體實施例方式請參閱圖I、圖3、圖5及圖6所示，本發明提供一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法(第一實施例)，包括如下步驟步驟I :在襯底I上外延生長下分別限制層2及量子阱層3，襯底I是GaAs襯底、InP襯底、GaN襯底、SiC襯底、Si襯底，或其他III-V、II-VI族材料襯底；步驟2:在量子阱層3上製作選擇區域外延介質掩模圖形4(圖5)或5(圖6)。掩膜圖形4或5中介質掩膜對的周期與陣列單元的周期(圖3)相同，均為S。掩膜圖形4(圖5)中掩膜對的間距不變，掩膜寬度逐漸增加，即掩膜MpM2J3至Mn的寬度滿足W1 < W2 < W3〈… O2 > O3 >··> 0N。介質掩膜材料為SiO2或Si3N4 ；步驟3 :選擇區域外延生長上分別限制層6，使不同的雷射器單元具有不同厚度的上分別限制層6 ；步驟4 :去掉介質掩膜圖形4或5 ;步驟5 :在上分別限制層6上大面積製作光柵7 ； 步驟6 :在光柵7上生長接觸層8。請再參閱圖2、圖4、圖5及圖6所示,本發明還提供一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法(第二實施例)，包括如下步驟步驟I:在襯底I之上製作選擇區域外延介質掩膜圖形4(圖5)或5(圖6)。襯底I是GaAs襯底、InP襯底、GaN襯底、SiC襯底、Si襯底，或其他III-V、II-VI族材料襯底。掩膜圖形4或5中介質掩膜對的周期與陣列單元的周期(圖4)相同，均為S。掩膜圖形4(圖5)中掩膜對的間距不變，掩膜寬度逐漸增加，即掩膜Mp M2' M3至Mn的寬度滿足W1< W2 < W3〈… O2 > O3 >··> 0N。介質掩膜材料為SiO2或Si3N4 ；步驟2 :選擇區域外延生長下分別限制層2，使不同的雷射器單元具有不同厚度的下分別限制層2 ；步驟3 :去掉介質掩膜圖形4或5 ;步驟4 :在下分別限制層2上外延生長量子阱層3及上分別限制層6 ；步驟5 :在上分別限制層6之上大面積製作光柵7 ；步驟6 :在光柵7之上生長接觸層8。在SAG生長中，反應物在介質掩模對之間的部分容易形核，而在介質掩模上面不能形核。除了在半導體表面上存在控制材料生長的反應物垂直濃度梯度外，還存在著從掩模對上方排斥過來的側向濃度梯度。這樣就使得掩模對之間的選擇生長區域的材料厚度增力口，同時材料厚度增加的量隨著掩模對寬度的增加而增加，隨著掩膜間距的減小也增加。這使得在使用如圖5或圖6所示的介質掩膜進行SAG生長時，圖3中陣列單元雷射器由CpC2、C3至Cn上分別限制層6的厚度逐漸增加，圖4中陣列單元雷射器由由Cp C2, C3至Cn下分別限制層2的厚度逐漸增加，即h < t2 < t3〈…< tN，這使得陣列中單元雷射器材料的有效折射率(neff)有如下關係neffl < neff2 < neff3〈…< neffN。由λ = 2neffA,其中，λ為分布反饋雷射器的發光波長，A為光柵的周期，可知，陣列雷射器單元上或下分別限制層厚度的逐漸變化使得不同的陣列單元具有不同的發光波長，即
<入3<唚< λ Ν，從而得到多波長雷射器陣列。由於SAG生長在量子阱層生長之後進行，所以僅有上分別限制層的厚度發生變化，避免了 SAG生長對包括多量子阱在內的其他材料
層質量的影響。
以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並 不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法，包括如下步驟 步驟I:在襯底上外延生長下分別限制層及量子阱層； 步驟2 :在量子阱層上製作選擇區域外延介質掩膜圖形； 步驟3 :選擇區域外延生長上分別限制層，使不同的雷射器單元具有不同厚度的上分別限制層； 步驟4:去掉介質掩膜圖形； 步驟5 :在上分別限制層上大面積製作光柵； 步驟6 :在光柵7上生長接觸層，完成雷射器陣列的製備。
2.根據權利要求I所述的利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法，其中所述介質掩膜圖形以陣列單元間距為周期型成對出現，對應於不同陣列單元的介質掩膜對的間距或掩膜寬度漸變。
3.一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法，包括如下步驟 步驟I :在襯底上製作選擇區域外延介質掩膜圖形； 步驟2 :選擇區域外延生長下分別限制層，使不同的雷射器單元具有不同厚度的下分別限制層； 步驟3:去掉介質掩膜圖形； 步驟4 :在下分別限制層上外延生長量子阱層及上分別限制層； 步驟5 :在上分別限制層上大面積製作光柵； 步驟6 :在光柵7上生長接觸層，完成雷射器陣列的製備。
4.根據權利要求3所述的利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法，其中所述介質掩膜圖形以陣列單元間距為周期型成對出現，對應於不同陣列單元的介質掩膜對的間距或掩膜寬度漸變。
全文摘要
一種利用選擇區域外延技術製作分布反饋雷射器陣列的方法，包括如下步驟步驟1在襯底上外延生長下分別限制層及量子阱層；步驟2在量子阱層上製作選擇區域外延介質掩膜圖形；步驟3選擇區域外延生長上分別限制層，使不同的雷射器單元具有不同厚度的上分別限制層；步驟4去掉介質掩膜圖形；步驟5在上分別限制層上大面積製作光柵；步驟6在光柵7上生長接觸層，完成雷射器陣列的製備。本發明在獲得不同陣列單元不同發光波長的同時對量子阱材料的發光性能不產生影響。
文檔編號H01S5/40GK102820616SQ20121031923
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月31日 優先權日2012年8月31日
發明者梁松, 張燦, 朱洪亮, 王圩 申請人:中國科學院半導體研究所