光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片及其制备方法，步骤如下：（1）在半绝缘衬底上生长所述激光器一次外延结构，采用全息方法制备均匀光栅，并进行光栅的再生长；（2）采用单层SiN做掩膜，形成脊型结构，并采用化学腐蚀方法形成脊波导，接着对脊波导的表面进行处理，在外延设备中依次完成电流阻挡层和最后生长；（3）在样品表面制备P型和N型电极，形成共面电极结构，接着对激光器进行后续工艺制备完成芯片制备工艺。本发明专利技术通过对外延结构、材料生长的表面处理、芯片结构等方面进行优化调整，来实现含Al材料掩埋结构激光器的制备，并有效改善激光器可靠性优化、优化载流子注入过程、改善发热和高温性能。

High linearity DFB laser chip with buried structure of optical communication credit and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片及其制备方法技术邻域：本专利技术涉及一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片及其制备方法，特别是通过对外延结构、材料生长的表面处理、芯片结构等方面进行优化调整，来实现含Al材料掩埋结构激光器的制备，并有效改善激光器可靠性优化、优化载流子注入过程、改善发热和高温性能。
技术介绍
：高线性DFB激光器广泛应用在有线电视、骨干网、空间光通信等领域，通常通过提高激光器的输出功率来改善激光器的线性度，一般采用InP/InGaAsP材料系并使用掩埋结构来制备高线性激光器，然而由于InGaAsP材料结构的特性，使得其高温的载流子限制能力相对较差；AlGaInAs材料由于其更大导带量子阱能级差和更低的价带量子阱能级差，使得高温下的电子限制效果更好，同时重空穴在量子阱中的分布更均匀，从而更加利于提高器件的高温性能；然而在常规应用上由于Al材料暴露空气中存在氧化和可靠性的问题，因此在实际应用中InP/AlGaInAs材料系一般采用脊型结构来制备波导，这也使得这种芯片存在了载流子横向限制能力差的问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片及其制备方法，该光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片及其制备方法通过对外延结构、材料生长的表面处理、芯片结构等方面进行优化调整，来实现含Al材料掩埋结构激光器的制备，并有效改善激光器可靠性优化、优化载流子注入过程、改善发热和高温性能。本专利技术光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片的制备方法，其特征在于：（1）在半绝缘衬底上生长所述激光器一次外延结构，采用全息方法制备均匀光栅，并进行光栅的再生长；（2）采用单层SiN做掩膜，形成脊型结构，并采用化学腐蚀方法形成脊波导，接着对脊波导的表面进行处理，在外延设备中依次完成电流阻挡层生长、去除SiN；接着完成最后生长；（3）在样品表面制备P型和N型电极，形成共面电极结构，接着对激光器进行后续工艺制备完成芯片制备工艺。进一步的，在步骤（1）中：将两英寸半绝缘InP衬底放入MOCVD腔体中，进行高温的烘烤，并通入PH3，来去除衬底表面的颗粒并改善表面生长质量；接着生长P-InP、N-InP和P-InP结构来进一步抑制电流向衬底的扩散；接着依次生长：N-InP缓冲层、N-InAlAs电子阻挡层、不掺杂AlGaInAs下波导层、AlGaInAs应变多量子阱和垒结构、不掺杂AlGaInAs上波导层、P-InAlAs电子阻挡层、P-InP间隔层、P-InGaAsP光栅层、P-InP保护层，完成一次再生长；接着在片子表面采用全息曝光和化学腐蚀的方法制备均匀光栅，光栅腐蚀深度穿透P-InGaAsP光栅层；接着生长光栅的覆盖层结构：P-InP、P-InGaAs、P-InP，完成光栅的掩埋再生长。进一步的，在步骤（2）中：通过PECVD沉积400nmSiN，通过光刻、刻蚀和腐蚀的方法形成SiN脊型结构，接着在低温下采用溴素系腐蚀溶液对片子进行各向同性腐蚀，腐蚀深度至N-InP缓冲层；接着将片子在10%HF中腐蚀3min左右，之后将片子去离子水冲洗、氮气吹干，快速放入准备好的MOCVD腔体中；在生长之前依次将片子在三个温度点：450℃、550℃、650℃下高温烘烤，同时通入大量的AsH3/H2气体，温度梯度组合下的高温烘烤过程有效地去除了含Al材料表面的颗粒、脏污和氧化层结构并改善材料生长表面质量，这对于含Al掩埋结构激光器的可靠性改善是关键的一点；接着依次生长P-InP/N-InP/P-InP电流阻挡层形成载流子的横向限制作用；最后去除片子表面介质层，依次生长P-InP空间层、InGaAsP过渡层和P-InGaAs欧姆接触层，完成材料的外延生长。进一步的，在步骤（3）中：在样品的上表面制备P型和N型电极，形成共面电极，从而有效降低载流子注入路径，提高注入效率降低发热、改善高温特性；具体工艺过程为：在掩埋的脊型两侧采用溴素系腐蚀溶液腐蚀至N型InP缓冲层形成台面结构，台面一侧为沟槽，在沟槽一侧制备脊型开孔形成P面电极，在台面的另一侧制备N面电极，N/P型电极采用相同的Ti/Pt/Au金属，进一步降低成本；最后将制备好的芯片解离成bar条，腔面蒸镀高反和高透光学膜，完成芯片制备。本专利技术一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片的制备方法，其特征在于：首先在半绝缘InP衬底上生长P-N-PInP电子阻挡层、N-InP缓冲层、波导结构、应变AlGaInAs多量子阱以及光栅层；接着制备光栅并进行光栅掩埋再生长，采用单层SiN作为掩膜层制备形成脊型结构，接着采用溴素系腐蚀溶液进行脊型结构的腐蚀，腐蚀至衬底层，形成脊波导结构，脊波导上的SiN形成悬臂；将样品放置HF溶液中进行腐蚀，利用SiN腐蚀速率慢的特点来去除脊波导两侧的氧化物；接着将样品快速放至准备好的MOCVD腔体中进行电子阻挡结构再生长，在生长之前采用450℃、550℃、650℃进行片子的烘烤来去除片子表面，特别是含铝材料结构表面的颗粒脏污和氧化层，在烘烤时通入大量的AsH3/H2来抑制AlGaInAs材料中As的挥发；烘烤去除脏污和氧化层，同时改善了样品表面的生长质量，接着生长P-N-PInP电子阻挡层结构；采用HF溶液腐蚀去除样品表面SiN，采用并在MOCVD设备中最后生长P-InP空间层、P-InGaAsP过渡结构和P-InGaAs欧姆接触层完成外延生长；接着制备激光器的电极结构，在脊型结构一侧制备沟槽结构，在脊上开孔形成P面电极；而在脊型的另一侧腐蚀至N-InP缓冲层，制备N型电极，从而形成了N面电极，形成N面和P面电极共面的结构。本专利技术光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片，其特征在于：激光器芯片制作过程的初步结构，从下而上依次包括半绝缘InP衬底层、P-InP、N-InP、P-InP电流阻挡结构层和N-InP缓冲层，在N-InP缓冲层上方沿着生长顺序从下到上依次为：N-InAlAs电子阻挡层、AlGaInAs下波导层、AlGaInAs应变多量子阱和垒结构层、AlGaInAs上波导层、P-InAlAs电子阻挡层、P-InP间隔层、P-InGaAsP光栅层、P-InP层、P-InGaAs层和P-InP层；所述P-InP层上设有SiN介质层，所述N-InP缓冲层上部至P-InP层形成脊型波导结构；所述SiN介质层在脊型波导上形成悬臂结构。进一步的，上述激光器芯片制作过程成型前的结构，包括在初步结构上，在脊型波导结构旁侧从下而上依次生长P-InP电流阻挡层、N-InP电流阻挡层P-InP电流阻挡层，去除SiN介质层后，接着在P-InP电流阻挡层上依次生长P-InP空间层、InGaAsP过渡层和P-InGaAs欧姆接触层，在P-InGaAs欧姆接触层上形成台面结构，在台面设开孔，在台面及台面左侧形成P型电极；在台面右侧的区域开孔形成N型电极。本专利技术采用有效的表面处理工艺，并进一步的采用分步骤高温烘烤的工艺来进一步去除Al材料工艺过程以及暴露在空气中而形成的颗粒、脏污和氧化层，有效改善含Al材料掩埋结构激光器的可靠性问题；此外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片的制备方法，其特征在于：（1）在半绝缘衬底上生长所述激光器一次外延结构，采用全息方法制备均匀光栅，并进行光栅的再生长；（2）采用单层SiN做掩膜，形成脊型结构，并采用化学腐蚀方法形成脊波导，接着对脊波导的表面进行处理，在外延设备中依次完成电流阻挡层生长、去除SiN；接着完成最后生长；（3）在样品表面制备P型和N型电极，形成共面电极结构，接着对激光器进行后续工艺制备完成芯片制备工艺。/n

【技术特征摘要】
1.一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片的制备方法，其特征在于：（1）在半绝缘衬底上生长所述激光器一次外延结构，采用全息方法制备均匀光栅，并进行光栅的再生长；（2）采用单层SiN做掩膜，形成脊型结构，并采用化学腐蚀方法形成脊波导，接着对脊波导的表面进行处理，在外延设备中依次完成电流阻挡层生长、去除SiN；接着完成最后生长；（3）在样品表面制备P型和N型电极，形成共面电极结构，接着对激光器进行后续工艺制备完成芯片制备工艺。


2.如权利要求1所述一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中：将两英寸半绝缘InP衬底放入MOCVD腔体中，进行高温的烘烤，并通入PH3，来去除衬底表面的颗粒并改善表面生长质量；接着生长P-InP、N-InP和P-InP结构来进一步抑制电流向衬底的扩散；接着依次生长：N-InP缓冲层、N-InAlAs电子阻挡层、不掺杂AlGaInAs下波导层、AlGaInAs应变多量子阱和垒结构、不掺杂AlGaInAs上波导层、P-InAlAs电子阻挡层、P-InP间隔层、P-InGaAsP光栅层、P-InP保护层，完成一次再生长；接着在片子表面采用全息曝光和化学腐蚀的方法制备均匀光栅，光栅腐蚀深度穿透P-InGaAsP光栅层；接着生长光栅的覆盖层结构：P-InP、P-InGaAs、P-InP，完成光栅的掩埋再生长。


3.如权利要求1所述一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中：通过PECVD沉积400nmSiN，通过光刻、刻蚀和腐蚀的方法形成SiN脊型结构，接着在低温下采用溴素系腐蚀溶液对片子进行各向同性腐蚀，腐蚀深度至N-InP缓冲层；接着将片子在10%HF中腐蚀3min左右，之后将片子去离子水冲洗、氮气吹干，快速放入准备好的MOCVD腔体中；在生长之前依次将片子在三个温度点：450℃、550℃、650℃下高温烘烤，同时通入大量的AsH3/H2气体，温度梯度组合下的高温烘烤过程有效地去除了含Al材料表面的颗粒、脏污和氧化层结构并改善材料生长表面质量，这对于含Al掩埋结构激光器的可靠性改善是关键的一点；接着依次生长P-InP/N-InP/P-InP电流阻挡层形成载流子的横向限制作用；最后去除片子表面介质层，依次生长P-InP空间层、InGaAsP过渡层和P-InGaAs欧姆接触层，完成材料的外延生长。


4.如权利要求1所述一种光通信用掩埋结构高线性DFB激光器芯片的制备方法，其特征在于：在步骤（3）中：在样品的上表面制备P型和N型电极，形成共面电极，从而有效降低载流子注入路径，提高注入效率降低发热、改善高温特性；具体工艺过程为：在掩埋的脊型两侧采用溴素系腐蚀溶液腐蚀至N型InP缓冲层形成台面结构，台面一侧为沟槽，在沟槽一侧制备脊型开孔形成P面电极，在台面的另一侧制备N面电极，N/P型电极采用相同的Ti/Pt/Au金属，进一步降低成本；最后将制备好的芯片解离成b...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛正群，邓仁亮，李敬波，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