專利名稱：利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法。
背景技術(shù)：
多波長激光器是現(xiàn)代波分復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng)的核心器件。由于具有結(jié)構(gòu)緊湊，光學(xué)和電學(xué)連接損耗小，穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點，單片集成的多波長激光器陣列在WDM系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前已經(jīng)開發(fā)了多種單片集成多波長激光器陣列的制作方法，包括采用電子束曝光技術(shù)、多步全息曝光技術(shù)、取樣光柵技術(shù)、選擇區(qū)域外延技術(shù)等多種。
上述技術(shù)中，采用選擇區(qū)域外延(SAG)技術(shù)制作單片集成多波長激光器陣列具有工藝簡單的優(yōu)點，受到越來越多的關(guān)注。已公開的利用SAG技術(shù)制作單片集成多波長激光器陣列的方案包括以下主要步驟在襯底上制作SAG掩膜圖形、SAG生長激光器有源區(qū)材料(包括上下分別限制層以及多量子阱層)、在上分別限制層上制作光柵、生長接觸層完成器件材料結(jié)構(gòu)。在上述現(xiàn)有方案中，利用SAG技術(shù)改變包括上下分別限制層以及多量子阱層在內(nèi)的材料層的厚度，使陣列的不同激光器單元的材料具有不同的有效折射率，最終實現(xiàn)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(fā)光波長也隨著材料厚度而變化。由于量子阱材料的發(fā)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(fā)光波長的變化速度遠(yuǎn)大于分布反饋激光器布拉格波長的變化速度，這會導(dǎo)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(dǎo)致其單模特性惡化。另外由于量子阱材料一般具有較大的應(yīng)變，厚度的明顯增加會導(dǎo)致材料質(zhì)量明顯下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法，在獲得不同陣列單元不同發(fā)光波長的同時對量子阱材料的發(fā)光性能不產(chǎn)生影響。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法，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 :在量子阱層上制作選擇區(qū)域外延介質(zhì)掩膜圖形；步驟3 :選擇區(qū)域外延生長上分別限制層，使不同的激光器單元具有不同厚度的上分別限制層；步驟4 :去掉介質(zhì)掩膜圖形；步驟5 :在上分別限制層上大面積制作光柵；步驟6 :在光柵7上生長接觸層，完成激光器陣列的制備。
其中所述介質(zhì)掩膜圖形以陣列單元間距為周期型成對出現(xiàn)，對應(yīng)于不同陣列單元的介質(zhì)掩膜對的間距或掩膜寬度漸變。本發(fā)明還提供一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法，包括如下步驟步驟I :在襯底上制作選擇區(qū)域外延介質(zhì)掩膜圖形；步驟2 :選擇區(qū)域外延生長下分別限制層，使不同的激光器單元具有不同厚度的下分別限制層；步驟3 :去掉介質(zhì)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制作光柵；步驟6 :在光柵7上生長接觸層，完成激光器陣列的制備。其中所述介質(zhì)掩膜圖形以陣列單元間距為周期型成對出現(xiàn)，對應(yīng)于不同陣列單元的介質(zhì)掩膜對的間距或掩膜寬度漸變。上述方案中，利用選擇區(qū)域外延技術(shù)僅改變激光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，使陣列的不同激光器單元的材料具有不同的有效折射率，進(jìn)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(fā)光波長。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果利用SAG生長僅改變激光器上分別限制層(或下分別限制層)厚度，在使DFB激光器陣列不同單元具有不同發(fā)光波長的同時不影響量子阱材料的發(fā)光性能，有利于制作高質(zhì)量多波長激光器陣列。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，其中圖I為本發(fā)明第一實施例的利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法流程圖；圖2為本發(fā)明第二實施例的利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法流程圖；圖3為本發(fā)明第一實施例的多波長分布反饋激光器陣列的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖4為本發(fā)明第二實施例的多波長分布反饋激光器陣列的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖5為本發(fā)明一種選擇區(qū)域外延所用的一種掩膜對間距不變、掩膜寬度漸變的介質(zhì)掩膜圖形；圖6為本發(fā)明一種選擇區(qū)域外延所用的一種掩膜寬度不變、掩膜對間距漸變的介質(zhì)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(fā)明提供一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法(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上制作選擇區(qū)域外延介質(zhì)掩模圖形4(圖5)或5(圖6)。掩膜圖形4或5中介質(zhì)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〈…<1掩膜圖形5(圖6)中掩膜寬度不變而掩膜對間距逐漸減小，即掩膜Mp M2、M3至Mn的間距滿足O1 > O2 > O3 >··> 0N。介質(zhì)掩膜材料為SiO2或Si3N4 ；步驟3 :選擇區(qū)域外延生長上分別限制層6，使不同的激光器單元具有不同厚度的上分別限制層6 ；步驟4 :去掉介質(zhì)掩膜圖形4或5 ;步驟5 :在上分別限制層6上大面積制作光柵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(fā)明還提供一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法(第二實施例)，包括如下步驟步驟I:在襯底I之上制作選擇區(qū)域外延介質(zhì)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(zhì)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〈…< WN。掩膜圖形5(圖6)中掩膜寬度不變而掩膜對間距逐漸減小，即掩膜M1, M2, M3至Mn的間距滿足O1 > O2 > O3 >··> 0N。介質(zhì)掩膜材料為SiO2或Si3N4 ；步驟2 :選擇區(qū)域外延生長下分別限制層2，使不同的激光器單元具有不同厚度的下分別限制層2 ；步驟3 :去掉介質(zhì)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之上大面積制作光柵7 ；步驟6 :在光柵7之上生長接觸層8。在SAG生長中，反應(yīng)物在介質(zhì)掩模對之間的部分容易形核，而在介質(zhì)掩模上面不能形核。除了在半導(dǎo)體表面上存在控制材料生長的反應(yīng)物垂直濃度梯度外，還存在著從掩模對上方排斥過來的側(cè)向濃度梯度。這樣就使得掩模對之間的選擇生長區(qū)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(zhì)掩膜進(jìn)行SAG生長時，圖3中陣列單元激光器由CpC2、C3至Cn上分別限制層6的厚度逐漸增加，圖4中陣列單元激光器由由Cp C2, C3至Cn下分別限制層2的厚度逐漸增加，即h < t2 < t3〈…< tN，這使得陣列中單元激光器材料的有效折射率(neff)有如下關(guān)系neffl < neff2 < neff3〈…< neffN。由λ = 2neffA,其中，λ為分布反饋激光器的發(fā)光波長，A為光柵的周期，可知，陣列激光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(fā)光波長，即
<入3<吣< λ Ν，從而得到多波長激光器陣列。由于SAG生長在量子阱層生長之后進(jìn)行，所以僅有上分別限制層的厚度發(fā)生變化，避免了 SAG生長對包括多量子阱在內(nèi)的其他材料
層質(zhì)量的影響。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法，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 :在量子阱層上制作選擇區(qū)域外延介質(zhì)掩膜圖形； 步驟3 :選擇區(qū)域外延生長上分別限制層，使不同的激光器單元具有不同厚度的上分別限制層； 步驟4:去掉介質(zhì)掩膜圖形； 步驟5 :在上分別限制層上大面積制作光柵； 步驟6 :在光柵7上生長接觸層，完成激光器陣列的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法，其中所述介質(zhì)掩膜圖形以陣列單元間距為周期型成對出現(xiàn)，對應(yīng)于不同陣列單元的介質(zhì)掩膜對的間距或掩膜寬度漸變。
3.一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法，包括如下步驟 步驟I :在襯底上制作選擇區(qū)域外延介質(zhì)掩膜圖形； 步驟2 :選擇區(qū)域外延生長下分別限制層，使不同的激光器單元具有不同厚度的下分別限制層； 步驟3:去掉介質(zhì)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制作光柵； 步驟6 :在光柵7上生長接觸層，完成激光器陣列的制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法，其中所述介質(zhì)掩膜圖形以陣列單元間距為周期型成對出現(xiàn)，對應(yīng)于不同陣列單元的介質(zhì)掩膜對的間距或掩膜寬度漸變。
全文摘要
一種利用選擇區(qū)域外延技術(shù)制作分布反饋激光器陣列的方法，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在量子阱層上制作選擇區(qū)域外延介質(zhì)掩膜圖形；步驟3選擇區(qū)域外延生長上分別限制層，使不同的激光器單元具有不同厚度的上分別限制層；步驟4去掉介質(zhì)掩膜圖形；步驟5在上分別限制層上大面積制作光柵；步驟6在光柵7上生長接觸層，完成激光器陣列的制備。本發(fā)明在獲得不同陣列單元不同發(fā)光波長的同時對量子阱材料的發(fā)光性能不產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者梁松, 張燦, 朱洪亮, 王圩 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所