CN107046228A - 一种电吸收调制激光器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电吸收调制激光器及其制备方法。本发明提供的电吸收调制激光器包括SiO2‑Si‑Metal复合衬底、调制‑激光模块、绝缘层和金属电极层；所述SiO2‑Si‑Metal复合衬底具有夹心结构，包括分布于硅片两面的金属层和SiO2层；所述调制‑激光模块的总腔长为30～600μm，横截面直径为0.8～5μm，包括分布于一条直线上的调制区和激光区，具有量子阱结构；所述激光区包括两个法布里‑波罗腔；所述调制‑激光模块分布于SiO2层上表面，量子阱结构平行于复合衬底；所述绝缘层分布于SiO2层上表面，并且覆盖调制‑激光模块；所述金属电极层覆盖于绝缘层表面与调制区对应的部分，体积小，集成度高。

Description

一种电吸收调制激光器及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体微纳器件制备技术领域，特别涉及一种电吸收调制激光器及其制备方法。
背景技术
随着互联网及无线通信网络的快速发展，由传统分立器件构成的光网络***越来越复杂，随之带来的是能耗激增的问题。人们渴望将具有不同功能的半导体器件集成在同一个基片上，高度的集成化能简化***结构，带来更紧凑的封装方式，大大地降低能耗。
2004年以后，光子集成器件(PIC)发展迅速，成为目前光通信领域的研究热点，并且被欧美发达地区和国家定位为战略发展技术方向。半导体器件的集成代表了未来光通信网络的发展方向，能有效地解决通信容量紧张以及能耗激增的问题。
在微电子领域，芯片的集成度遵循摩尔定律：芯片的集成度(单个芯片上的晶体管数目)每两年翻一番，这个定律在电子芯片过去多年的发展进程中得到了验证。然而，光子集成芯片和传统的微电子集成芯片有很大的不同，对于光子集成器件，其线度目前远远大于微电子功能结构的尺寸，并且光电子器件种类繁多，包括激光器、调制器、放大器、滤波器、耦合器和复用器等需要不同设计的功能器件，因此，光电子器件的集成难度远远大于传统的微电子芯片。
在各种光电子器件中，半导体激光器是比较特殊的一类器件，作为光通信***的信源，它在众多光电子器件中具有重要地位。目前，现有技术中的电吸收调制激光器的激光模块一般为DFB激光器，其尺寸一般在100微米以上，并不能够满足人们对于激光器尺寸和集成度的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电吸收调制激光器及其制备方法。本发明提供的电吸收调制激光器尺寸小，集成度高。
本发明提供了一种电吸收调制激光器，包括SiO2-Si-Metal复合衬底、调制-激光模块、绝缘层和金属电极层；
所述SiO2-Si-Metal复合衬底具有夹心结构，包括分布于硅片两面的金属层和SiO2层；
所述调制-激光模块包括分布于一条直线上的调制区和激光区，具有量子阱结构，所述激光区包括两个法布里-波罗腔；所述调制-激光模块的总腔长为30～600μm，横截面直径为0.8～5μm；所述调制-激光模块分布于所述SiO2层的上表面，且量子阱结构平行于复合衬底；
所述绝缘层分布于所述SiO2层的上表面，并且覆盖所述调制-激光模块；
所述金属电极层覆盖于绝缘层表面与调制区对应的部分。
优选的，所述调制区的腔长为20～500μm。
优选的，所述调制区的光致发光光谱蓝移为10～50nm。
优选的，所述激光区的两个法布里-波罗腔的间距为60～300nm，两个法布里-波罗腔的腔长差不超过20μm。
优选的，所述调制区和激光区的间距为1～3μm。
本发明提供了一种上述技术方案所述电吸收调制激光器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将半导体纳米线转移至SiO2-Si-Metal复合衬底上的SiO2侧，得到衬底-纳米线复合结构；所述半导体纳米线的横截面直径为0.8～5μm，具有量子阱结构；
(2)在所述步骤(1)得到的衬底-纳米线复合结构的半导体纳米线表面做掩模，使掩模覆盖区域作为激光区部分，暴露部分作为调制区部分，然后对半导体纳米线进行表面处理，去除掩模后退火，得到基片；
(3)在所述步骤(2)得到的基片上涂覆绝缘材料，使绝缘材料覆盖半导体纳米线，得到绝缘层-纳米线-衬底复合结构；
(4)在所述步骤(3)得到的绝缘层-纳米线-衬底复合结构的绝缘层表面做掩模，使掩模覆盖激光区对应的部分，然后在绝缘层表面蒸镀金属，去除掩模得到金属电极层-绝缘层-纳米线-衬底复合结构；
(5)沿所述步骤(4)中的金属电极层边界进行第一刻蚀，使纳米线分为调制区与激光区；
(6)对所述步骤(5)中的激光区进行第二刻蚀，将激光区分为两个法布里-波罗腔，得到电吸收调制激光器。
优选的，所述步骤(1)中半导体纳米线的量子阱数量优选为3～5对。
优选的，所述步骤(2)中退火的温度为750～850℃，退火的时间为20～100s。
优选的，所述步骤(5)中第一刻蚀的宽度为1～3μm，第一刻蚀的深度为1～2μm。
优选的，所述步骤(6)中第二刻蚀的宽度为60～300nm，第二刻蚀的深度为1～2μm。
本发明提供的电吸收调制激光器包括SiO2-Si-Metal复合衬底、调制-激光模块、绝缘层和金属电极层；所述SiO2-Si-Metal复合衬底具有夹心结构，包括分布于硅片两面的金属层和SiO2层；所述调制-激光模块的总腔长为30～600μm，横截面直径为0.8～5μm，包括分布于一条直线上的调制区和激光区，具有量子阱结构；所述激光区包括两个法布里-波罗腔；所述调制-激光模块分布于所述SiO2层的上表面，且量子阱结构平行于复合衬底；所述绝缘层分布于所述SiO2层的上表面，并且覆盖所述调制-激光模块；所述金属电极层覆盖于绝缘层表面与调制区对应的部分。本发明提供的电吸收调制激光器中调制区在垂直于量子阱方向两侧施加电场，通过量子阱电吸收方式调制激光强度；激光器用光泵浦激励，采用解理面耦合的方式输出单模激光，所需激光器腔长短，体积小。实验结果表明，本发明提供的电吸收调制激光器横截面直径最低为0.8μm，最低腔长只有30μm，体积小，集成度高。
本发明在一根纳米线上集成激光器和调制器，制备方法简单易控，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1中半导体纳米线制备的示意图；
图2为本发明实施例1中半导体纳米线的外延结构图；
图3为本发明实施例1中电吸收调制激光器激光区掩模示意图；
图4为本发明实施例1中电吸收调制激光器调制区量子阱混杂示意图；
图5为本发明实施例1中电吸收调制激光器调制区上电极示意图；
图6为本发明实施例1中电吸收调制激光器的调制区截面图；
图7为本发明实施例1中电吸收调制激光器总结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种电吸收调制激光器，包括SiO2-Si-Metal复合衬底、调制-激光模块、绝缘层和金属电极层；
所述SiO2-Si-Metal复合衬底具有夹心结构，包括分布于硅片两面的金属层和SiO2层；
所述调制-激光模块包括分布于一条直线上的调制区和激光区，具有量子阱结构，所述激光区包括两个法布里-波罗腔；所述调制-激光模块的总腔长为30～600μm，横截面直径为0.8～5μm；所述调制-激光模块分布于所述复合衬底的SiO2面上，且量子阱结构平行于复合衬底；
所述绝缘层分布于所述复合衬底的SiO2面，并且覆盖所述调制-激光模块；
所述金属电极层覆盖于绝缘层表面与调制区对应的部分。
本发明提供的电吸收调制激光器包括SiO2-Si-Metal复合衬底，所述SiO2-Si-Metal复合衬底具有夹心结构，包括分布于硅片两面的金属层和SiO2层。本发明对所述硅片的厚度没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的硅片即可。在本发明中，所述硅片的电阻率优选不高于0.005Ω·cm。在本发明中，所述的SiO2层厚度优选为100～200nm，更优选为120～180nm，最优选为140～160nm。在本发明中，所述金属层的厚度优选为80～120nm，更优选为90～110nm。本发明对所述金属层的金属种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于电吸收调制激光器的电极金属即可。在本发明中，所述金属层的金属优选为铬或镍。
本发明对所述SiO2-Si-Metal复合衬底的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或按照本领域技术人员熟知的制备复合衬底的方法制备即可。在本发明中，所述SiO2-Si-Metal复合衬底的制备优选为：在包括SiO2层的硅片的硅面蒸镀金属，得到SiO2-Si-Metal复合衬底。本发明对所述包括SiO2层的硅片的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或按照本领域技术人员熟知的硅衬底的制备方法制备即可。在本发明中，所述蒸镀优选为热蒸镀。本发明对所述热蒸镀的温度没有特殊的限定，根据待蒸镀金属的熔点调整即可。
本发明提供的电吸收调制激光器包括调制-激光模块。在本发明中，所述调制-激光模块具有量子阱结构，优选为多量子阱结构。在本发明中，所述量子阱结构的数量优选为3～5对；在本发明的实施例中，所述量子阱结构的数量可具体为3、4或5对。
在本发明中，所述调制-激光模块包括分布于一条直线上的调制区和激光区，所述激光区包括两个法布里-波罗腔。在本发明中，所述调制区的腔长优选为20～500μm，更优选为50～400μm，最优选为100～300μm。在本发明中，所述调制区的光致发光光谱蓝移优选为10～50nm，更优选为20～40nm。在本发明中，所述激光区的两个法布里-波罗腔的间距优选为60～300nm，更优选为100～200nm；所述两个法布里-波罗腔的腔长差优选不超过20μm，更优选为5～15μm。在本发明中，所述调制区和激光区的间距优选为1～3μm，更优选为1.5～2.5μm，最优选为2μm。
在本发明中，所述调制-激光模块的总腔长为30～600μm，优选为80～500μm，更优选为100～400μm，最优选为200～300μm；所述调制-激光模块的横截面直径为0.8～5μm，优选为1～4μm，更优选为2～3μm。在本发明中，所述调制-激光模块的横截面优选为梯形。
在本发明中，所述调制-激光模块优选具有与梯形底边平行分布的半导体-量子阱-半导体层状结构。在本发明中，所述调制激光模块中的半导体优选为GaN、InP和GaAs中的一种。在本发明中，当所述半导体为GaN时，所述量子阱优选为InGaN-GaN结构；当所述半导体为InP时，所述量子阱优选为InGaAs-InP结构；当所述半导体为GaAs时，所述量子阱优选为InGaAs-GaAs结构。
在本发明中，所述调制-激光模块分布于所述SiO2层的上表面，且量子阱结构平行于复合衬底。在本发明中，所述调制-激光模块与复合衬底之间优选通过范德瓦耳斯力结合。在本发明中，所述调制-激光模块中的量子阱结构平行于复合衬底，与使用时施加的电场垂直，调制区通过量子阱电吸收方式调制激光强度；激光区采用解理面耦合的方式输出单模激光，所需腔长短，体积小。
本发明提供的电吸收调制激光器包括绝缘层，所述绝缘层分布于所述SiO2层的上表面，并且覆盖所述调制-激光模块。本发明对所述绝缘层的厚度没有特殊的限定，以能够覆盖所述调制-激光模块为准。在本发明中，所述绝缘层的厚度优选为2～4μm，更优选为2.5～3.5μm。本发明对所述绝缘层的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的绝缘材料即可。在本发明中，所述绝缘层的材质优选为旋涂玻璃(SOG)或有机玻璃(PMMA)。
本发明提供的电吸收调制激光器包括金属电极层，所述金属电极层覆盖于绝缘层表面与调制区对应的部分。本发明对所述金属电极层的金属种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于电吸收调制激光器的电极金属即可。在本发明中，所述金属电极层的金属优选为银、铬或镍。在本发明中，所述金属电极层的厚度优选为80～120nm，更优选为90～110nm。
本发明还提供了上述技术方案所述电吸收调制激光器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将半导体纳米线转移至SiO2-Si-Metal复合衬底上的SiO2侧，得到衬底-纳米线复合结构；所述半导体纳米线的横截面直径为0.8～5μm，具有量子阱结构；
(2)在所述步骤(1)得到的衬底-纳米线复合结构的半导体纳米线表面做掩模，使掩模覆盖区域作为激光区部分，暴露部分作为调制区部分，然后对半导体纳米线进行表面处理，去除掩模后退火，得到基片；
(3)在所述步骤(2)得到的基片上涂覆绝缘材料，使绝缘材料覆盖半导体纳米线，得到绝缘层-纳米线-衬底复合结构；
(4)在所述步骤(3)得到的绝缘层-纳米线-衬底复合结构的绝缘层表面做掩模，使掩模覆盖激光区对应的部分，然后在绝缘层表面蒸镀金属，去除掩模得到金属电极层-绝缘层-纳米线-衬底复合结构；
(5)沿所述步骤(4)中的金属电极层边界进行第一刻蚀，使纳米线分为调制区与激光区；
(6)对所述步骤(5)中的激光区进行第二刻蚀，将激光区分为两个法布里-波罗腔，得到电吸收调制激光器。
本发明将半导体纳米线转移至SiO2-Si-Metal复合衬底上的SiO2侧，得到衬底-纳米线复合结构。在本发明中，所述半导体纳米线具有量子阱结构，优选为多量子阱结构。在本发明中，所述量子阱结构的数量优选为3～5对；在本发明的实施例中，所述量子阱结构的数量可具体为3、4或5对。
在本发明中，所述半导体纳米线的横截面直径为0.8～5μm，优选为1～4μm，更优选为2～3μm。在本发明中，所述半导体纳米线的横截面优选为梯形；所述量子阱结构优选与所述梯形的底边平行。在本发明中，所述半导体纳米线优选具有与梯形底边平行分布的半导体-量子阱-半导体层状结构。在本发明中，所述半导体纳米线的长度优选为100～1000μm，更优选为200～800μm，最优选为400～600μm。
本发明对所述半导体纳米线中半导体的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于制备激光器的半导体即可。在本发明中，所述半导体优选为GaN、InP和GaAs中的一种。在本发明中，当所述半导体为GaN时，所述量子阱优选为InGaN-GaN结构；当所述半导体为InP时，所述量子阱优选为InGaAs-InP结构；当所述半导体为GaAs时，所述量子阱优选为InGaAs-GaAs结构。
本发明对所述半导体纳米线的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备具有量子阱结构的纳米线的技术方案制备即可。本发明优选按照中国专利CN105118860 A中的技术方案制备得到硅衬底上的半导体纳米线。
得到硅衬底上的半导体纳米线后，本发明优选将所述半导体纳米线转移至SiO2-Si-Metal复合衬底上，得到衬底-纳米线复合结构。本发明对所述转移的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的纳米线转移的技术方案即可。在本发明中，所述转移优选包括以下步骤：将硅衬底上的半导体纳米线剥离至溶剂中，得到纳米线溶液；将所述纳米线溶液涂覆于SiO2-Si-Metal复合衬底上，得到衬底-纳米线复合结构。
在本发明中，所述剥离优选具体为：在硅衬底上的半导体纳米线表面加剥离液，静置后转移至溶剂中震荡。本发明对所述剥离液的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的剥离液即可。在本发明中，所述剥离液优选包括硝酸、氢氟酸和水；所述硝酸、氢氟酸和水的质量比优选为4～6:1.5～2.5:1，更优选为5:2:1。本发明对所述剥离液的用量没有特殊的限定，根据剥离情况进行调整即可。在本发明中，所述剥离液的量优选使衬底表面发白为止。
在本发明中，所述静置的时间优选为25～35min，更优选为28～32min。在本发明中，所述溶剂优选为醇类溶剂，更优选为异丙醇。在本发明的实施例中，所述异丙醇的纯度优选为99.8％。本发明对所述溶剂的用量没有特殊的限定，能够浸泡硅衬底即可。在本发明中，所述震荡优选为超声震荡，所述超声震荡的频率优选为20～60Hz，更优选为30～50Hz；所述超声震荡的时间优选为30～60s，更优选为40～50s。
得到纳米线溶液后，本发明优选将所述纳米线溶液涂覆于SiO2-Si-Metal复合衬底上，得到衬底-纳米线复合结构。本发明对所述涂覆的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆的技术方案即可。在本发明中，所述涂覆优选为旋涂；所述旋涂的速率优选为1000～3000r/min，更优选为1500～2500r/min。本发明优选在所述旋涂完成后进行干燥；所述干燥的温度优选为80～120℃，更优选为90～110℃；所述干燥的时间优选为30～120s，更优选为60～90s。在本发明中，所述涂覆使半导体纳米线按照梯形底边与衬底表面接触的方式置于复合衬底上。
得到衬底-纳米线复合结构后，本发明在所述衬底-纳米线复合结构的半导体纳米线表面做掩模，使掩模覆盖区域作为激光区部分，暴露部分作为调制区部分，然后对半导体纳米线进行表面处理，去除掩模后退火，得到基片。
本发明对所述掩模的制备的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备掩模制作的技术方案即可。本发明优选将光刻胶涂覆于衬底-纳米线复合结构的半导体纳米线表面，使掩模覆盖激光区部分，调制区部分暴露。在本发明中，所述涂覆优选为旋涂；所述旋涂优选依次包括慢速旋涂和快速旋涂。在本发明中，所述慢速旋涂的速率优选为550～650r/min，更优选为580～620r/min；慢速旋涂的时间优选为6～10s，更优选为7～9s；所述快速旋涂的速率优选为3500～4500r/min，更优选为3800～4200r/min；慢速旋涂的时间优选为25～35s，更优选为28～32s。在本发明中，所述掩模可以保护激光区在后续表面处理中不受影响。
掩模制作完成后，本发明对所述掩模后的半导体纳米线进行表面处理，然后去除掩模后退火，得到基片。在本发明中，所述表面处理优选为离子轰击。在本发明中，所述离子轰击的功率优选为600～1000W，更优选为700～900W；所述离子轰击的时间优选为10～15s，更优选为12～13s。本发明对所述表面处理的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的表面处理的装置即可。在本发明中，所述表面处理优选在感应耦合等离子体刻蚀机中进行。在本发明中，所述感应耦合等离子体刻蚀机中氩气的压力优选为6～10mTorr，更优选为6～9mTorr。在本发明中，所述表面处理使调制区表面产生大量缺陷。
本发明对所述掩模的去除的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的去除掩模的技术方案即可。本发明优选依次用丙酮、异丙醇和水洗涤去除掩模。本发明对所述洗涤的次数没有特殊的限定，使掩模完全去除即可。
在本发明中，所述退火的温度优选为700～900℃，更优选为750～850℃；所述退火的时间优选为20～100s，更优选为40～80s，最优选为50～70s。在本发明中，所述加热至退火温度的时间优选为30～50s，更优选为35～45s。在本发明中，所述退火优选在惰性气体保护下进行。在本发明中，所述退火使调制区表面的缺陷扩散至量子阱区，引起阱和垒部分原子相对扩散，导致阱层宽度减小，调制区材料带隙变宽至光致发光光谱蓝移为10～50nm，更优选为20～40nm。
得到基片后，本发明在所述基片上涂覆绝缘材料，使绝缘材料覆盖半导体纳米线，得到绝缘层-纳米线-衬底复合结构。在本发明中，所述绝缘材料优选为旋涂玻璃(SOG)或有机玻璃(PMMA)。本发明对所述绝缘材料的涂覆的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆的技术方案即可。在本发明中，所述绝缘材料的涂覆优选为旋涂；所述旋涂优选依次包括慢速旋涂和快速旋涂。在本发明中，所述慢速旋涂的速率优选为550～650r/min，更优选为580～620r/min；慢速旋涂的时间优选为6～10s，更优选为7～9s；所述快速旋涂的速率优选为2500～3500r/min，更优选为2800～3200r/min；慢速旋涂的时间优选为35～45s，更优选为38～42s。本发明对所述绝缘材料的涂覆量没有特殊的限定，能够覆盖半导体纳米线即可。
本发明优选在所述涂覆完成后进行热处理，得到绝缘层-纳米线-衬底复合结构。在本发明中，所述热处理的温度优选为180～220℃，更优选为190～210℃；所述热处理的时间优选为15～25min，更优选为18～22min。在本发明中，升温至所述热处理温度的时间优选为8～12min，更优选为9～11min。
得到绝缘层-纳米线-衬底复合结构后，本发明在所述绝缘层-纳米线-衬底复合结构的绝缘层表面做掩模，使掩模覆盖激光区对应的部分，然后在绝缘层表面蒸镀金属，去除掩模得到金属电极层-绝缘层-纳米线-衬底复合结构。
本发明对所述绝缘层表面的掩模的制备的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备掩模制作的技术方案即可。在本发明中，所述绝缘层表面的掩模的制备优选与上述技术方案所述半导体纳米线表面掩模的制备的技术方案相同。
本发明对所述蒸镀的金属的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于电极的金属即可。在本发明中，所述蒸镀的金属优选为银、铬或镍。在本发明中，所述蒸镀优选在真空条件下进行；所述真空度优选为2.5～3.5×10-4Pa，更优选为2.8～3.2×10- 4Pa。在本发明中，所述蒸镀优选为电子束蒸镀或热蒸镀。本发明对所述蒸镀的温度和时间没有特殊的限定，根据金属电极层的材质和厚度进行调整即可。
本发明对所述掩模的去除的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的去除掩模的技术方案即可。在本发明中，所述掩模的去除优选与上述技术方案所述去除掩模的操作相同。
得到金属电极层-绝缘层-纳米线-衬底复合结构后，本发明沿所述金属电极层边界进行第一刻蚀，使纳米线分为调制区与激光区。本发明对所述第一刻蚀的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的刻蚀的技术方案即可。在本发明中，所述第一刻蚀优选为聚焦离子束刻蚀。在本发明中，所述第一刻蚀的宽度优选为1～3μm，更优选为1.5～2.5μm，最优选为2μm；所述第一刻蚀的深度优选为1～2μm，更优选为1.2～1.5μm。在本发明中，所述调制区与激光区由一根半导体纳米线经刻蚀得到，与现有技术中一根纳米线或多根纳米线制作一个器件相比，集成度更高。
第一刻蚀完成后，本发明对所述激光区进行第二刻蚀，将激光区分为两个法布里-波罗腔(F-P腔)，得到电吸收调制激光器。本发明对所述第二刻蚀的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的刻蚀的技术方案即可。在本发明中，所述第二刻蚀优选为聚焦离子束刻蚀。在本发明中，所述第二刻蚀的宽度优选为60～300nm，更优选为100～200nm；所述第二刻蚀的深度优选为1～2μm，更优选为1.2～1.5μm。在本发明中，所述两个F-P腔的腔长差优选不超过20μm，更优选为5～15μm。
第二刻蚀完成后，本发明优选在按照所需腔长的长度将多余的半导体纳米线刻蚀掉，得到电吸收调制激光器。
本发明对所述电吸收调制激光器的使用方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的电吸收调制激光器的使用方式即可。本发明优选在所述电吸收调制激光器的金属电极层与复合衬底间施加电压，形成匀强电场进行工作。在本发明中，所述电压优选为-30～30V。在本发明中，所述匀强电场与电吸收调制激光器中的量子阱垂直，通过量子阱电吸收方式调制激光强度。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的电吸收调制激光器及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1:
S1.半导体纳米线的制备
在含150nm厚的二氧化硅掩膜层的硅片上，旋涂光刻正胶；采用设定间距的等间距条纹光刻板进行曝光，条纹间距5um；显影，去除被曝光的光刻正胶，剩下的光刻胶构成条纹图形；用BOE溶液刻蚀掉未被光刻胶覆盖的二氧化硅掩膜层；用KOH溶液湿法刻蚀没有掩膜层覆盖的硅，刻蚀深度为2um，使侧面露出Si面，最终形成梯形槽，相邻梯形槽的间距约5um；将刻蚀好图形的衬底，通过MOCVD生长纳米线，如图1所示；
GaN纳米线外延结构如图2所示，采用多量子阱结构，量子阱数量为3对，发光波长为450nm左右，纳米线直径约2um。
S2.SiO2-Si-Metal复合衬底的制备
在上表面150nm厚SiO2的低阻硅片的下表面蒸镀高熔点金属；用热蒸镀机，在硅片下表面蒸镀100nm厚Cr。
S3.半导体纳米线的转移
配制剥离液，配制比例为HNO3:HF:H2O＝5:2:1；将剥离液通过移液枪转移至生长好GaN纳米线的硅片上，等待30min，反复多次，至肉眼可见衬底表面发白；将该硅片转移至浓度99.8％异丙醇溶液中，超声震荡30s，至纳米线超声至异丙醇溶液里；将该溶液旋涂至复合衬底上。
S4.制作激光区掩模
在将光刻胶旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(4000r/min)30s，通过紫外曝光，显影液显影，在激光区留下光刻胶作掩模，如图3所示。
S5.表面处理
掩模后的产物放入感应耦合等离子体刻蚀机(ICP)中，抽真空，通入氩气，腔体内气压8mTorr，设定射频功率600w，设定轰击时间为10s；通过射频电场引导氩气产生氩离子和电子，将该基片置于负极区，则受到氩离子流的轰击，表面产生大量缺陷，通过调整ICP功率和处理时间，可调整表面缺陷数量，如图4所示；用丙酮冲洗去胶，依次用异丙醇，去离子水冲洗，并烘干。
S6.退火
表面处理完毕后的产物，放入快速退火炉中，通入氮气作保护气，40s内将温度由室温升至800℃，保持60s，自然冷却；表面缺陷扩散至量子阱区，引起阱和垒部分原子相对扩散，导致阱层宽度减小，调制区材料带隙变宽。
S7.绝缘层的制备
将SOG旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(3000r/min)40s；热处理，由室温10min内升至200℃，保持20min，自然降温，厚度为2.5um。
S8.制做激光区掩模
在将光刻胶旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(4000r/min)30s，通过紫外曝光，显影液显影，在激光区留下光刻胶作掩模。
S9.金属电极层的制备
使用热蒸镀机蒸镀Ag金属，100nm厚；用丙酮冲洗去胶，依次用异丙醇，去离子水冲洗，并烘干。
S10.第一刻蚀
用聚焦离子束沿蒸镀金属分界线做深刻蚀，即刻至量子阱以下将其分成两个区域，设定刻蚀宽度为2μm，深度为1.2μm；金属区为调制区，非金属区为激光区；
S11.第二刻蚀
将所述激光区用聚焦离子束刻蚀分成两段长短不一的F-P腔，腔长差不超过20μm，按所需腔长进行加工，并刻蚀掉激光区一端多余的部分；根据解理面耦合输出单模激光原理，计算得出所需两段谐振腔腔长，用聚焦离子束刻蚀分成两段长短不一的F-P腔，设定刻蚀槽宽度为60nm，深度为1.2μm，设定两个谐振腔腔长分别为10μm和20μm，加工去掉多余部分。
本实施例制备的电吸收调制激光器调制区上电极示意图、调制区截面图以及总结构图分别如图5、图6和图7所示。本实施例制备的电吸收调制激光器的截面直径为2um，调制区长度为50um，激光区长度为30um，总长度为80um。
实施例2:
S1.采用实施例1中制备的半导体纳米线。
S2.SiO2-Si-Metal复合衬底的制备
在上表面含150nm厚SiO2的低阻硅片的下表面蒸镀高熔点金属；用热蒸镀机，在硅片下表面蒸镀100nm厚Ni。
S3.半导体纳米线的转移
配制剥离液，配制比例为HNO3:HF:H2O＝5:2:1；将剥离液通过移液枪转移至生长好GaN纳米线的硅片上，等待30min，反复多次，至肉眼可见衬底表面发白；将该硅片转移至浓度99.8％异丙醇溶液中，超声震荡60s，至纳米线超声至异丙醇溶液里；将该溶液旋涂至复合衬底上。
S4.激光区掩模的制备
在将光刻胶旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(4000r/min)30s，通过紫外曝光，显影液显影，在激光区留下光刻胶作掩模。
S5.表面处理
掩模后的产物放入感应耦合等离子体刻蚀机(ICP)中，抽真空，通入氩气，腔体内气压8mTorr，设定射频功率600w，设定轰击时间为15s；通过射频电场引导氩气产生氩离子和电子，将该基片置于负极区，则受到氩离子流的轰击，表面产生大量缺陷，通过调整ICP功率和处理时间，可调整表面缺陷数量；用丙酮冲洗去胶，依次用异丙醇，去离子水冲洗，并烘干。
S6.退火
将表面处理完毕的产物放入快速退火炉中，通入氮气作保护气，40s内将温度由室温升至800℃，保持100s，自然冷却；表面缺陷扩散至量子阱区，引起阱和垒部分原子相对扩散，导致阱层宽度减小，调制区材料带隙变宽。
S7.绝缘层的制备
将SOG旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(3000r/min)40s；热处理，由室温10min内升至200℃，保持20min，自然降温，厚度为2.5um。
S8.制做激光区掩模
在将光刻胶旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(4000r/min)30s，通过紫外曝光，显影液显影，在激光区留下光刻胶作掩模。
S9.金属电极层的制备
使用热蒸镀机蒸镀Ag金属，100nm厚；用丙酮冲洗去胶，依次用异丙醇，去离子水冲洗，并烘干。
S10.第一刻蚀
用聚焦离子束沿蒸镀金属分界线做深刻蚀，即刻至量子阱以下将其分成两个区域，设定刻蚀宽度为2.5μm，深度为1.2μm；金属区为调制区，非金属区为激光区。
S11.第二刻蚀
将所述激光区用聚焦离子束刻蚀分成两段长短不一的F-P腔，腔长差不超过20μm，按所需腔长进行加工，并刻蚀掉激光区一端多余的部分；根据解理面耦合输出单模激光原理，计算得出所需两段谐振腔腔长，用聚焦离子束刻蚀分成两段长短不一的F-P腔，设定刻蚀槽宽度为150nm，深度为1.2μm，设定两个谐振腔腔长分别为50μm和55μm，加工去掉多余部分。
本实施例制备的电吸收调制激光器的截面直径为2um，调制区长度为150um，激光区长度为105um，总长度为255um。
实施例3:
S1.半导体纳米线的制备
按照实施例1的方法制备GaN纳米线，量子阱数量为3对，发光波长为450nm左右，纳米线直径为3um。
S2.SiO2-Si-Metal复合衬底的制备
在上表面含150nm厚SiO2的低阻硅片的下表面蒸镀高熔点金属；用热蒸镀机，在硅片下表面蒸镀100nm厚Cr。
S3.半导体纳米线的转移
配制剥离液，配制比例为HNO3:HF:H2O＝5:2:1；将剥离液通过移液枪转移至生长好GaN纳米线的硅片上，等待30min，反复多次，至肉眼可见衬底表面发白；将该硅片转移至浓度99.8％异丙醇溶液中，超声震荡40s，至纳米线超声至异丙醇溶液里；将该溶液旋涂至目标衬底上。
S4.制做激光区掩模
在将光刻胶旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(4000r/min)30s，通过紫外曝光，显影液显影，在激光区留下光刻胶作掩模。
S5.表面处理
将掩模后的产物放入感应耦合等离子体刻蚀机(ICP)中，抽真空，通入氩气，腔体内气压8mTorr，设定射频功率1000w，设定轰击时间为10s；通过射频电场引导氩气产生氩离子和电子，将该基片置于负极区，则受到氩离子流的轰击，表面产生大量缺陷，通过调整ICP功率和处理时间，可调整表面缺陷数量；用丙酮冲洗去胶，依次用异丙醇，去离子水冲洗，并烘干。
S6.退火
将表面处理完毕的产物放入快速退火炉中，通入氮气作保护气，40s内将温度由室温升至800℃，保持20-100s，自然冷却；表面缺陷扩散至量子阱区，引起阱和垒部分原子相对扩散，导致阱层宽度减小，调制区材料带隙变宽。
S7.绝缘层的制备
将SOG旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(3000r/min)30s；热处理，由室温10min内升至200℃，保持20min，自然降温，厚度为3.5um。
S8.制做激光区掩模
在将光刻胶旋涂于衬底上，旋涂时间慢速(600r/min)9s，快速(4000r/min)30s，通过紫外曝光，显影液显影，在激光区留下光刻胶作掩模。
S9.金属电极层的制备
使用热蒸镀机蒸镀Ag金属，100nm厚；用丙酮冲洗去胶，依次用异丙醇，去离子水冲洗，并烘干。
S10.第一刻蚀
用聚焦离子束沿蒸镀金属分界线做深刻蚀，即刻至量子阱以下将其分成两个区域，设定刻蚀宽度为2μm，深度为2μm；金属区为调制区，非金属区为激光区。
S11.第二刻蚀
将所述激光区用聚焦离子束刻蚀分成两段长短不一的F-P腔，腔长差不超过20μm，按所需腔长进行加工，并刻蚀掉激光区一端多余的部分；根据解理面耦合输出单模激光原理，计算得出所需两段谐振腔腔长，用聚焦离子束刻蚀分成两段长短不一的F-P腔，设定刻蚀槽宽度为60nm，深度为1.2μm，设定两个谐振腔腔长分别为200μm和220μm，加工去掉多余部分。
本实施例制备的电吸收调制激光器的截面直径为3um，调制区长度为200um，激光区长度为420um，总腔长为620um。
由以上实施例可以看出，本发明提供的电吸收调制激光器腔长短，体积小，集成度高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电吸收调制激光器，包括SiO2-Si-Metal复合衬底、调制-激光模块、绝缘层和金属电极层；
所述SiO2-Si-Metal复合衬底具有夹心结构，包括分布于硅片两面的金属层和SiO2层；
所述调制-激光模块包括分布于一条直线上的调制区和激光区，具有量子阱结构，所述激光区包括两个法布里-波罗腔；所述调制-激光模块的总腔长为30～600μm，横截面直径为0.8～5μm；所述调制-激光模块分布于所述SiO2层的上表面，且量子阱结构平行于复合衬底；
所述绝缘层分布于所述SiO2层的上表面，并且覆盖所述调制-激光模块；
所述金属电极层覆盖于绝缘层表面与调制区对应的部分。
2.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器，其特征在于，所述调制区的腔长为20～500μm。
3.根据权利要求1或2所述的电吸收调制激光器，其特征在于，所述调制区的光致发光光谱蓝移为10～50nm。
4.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器，其特征在于，所述激光区的两个法布里-波罗腔的间距为60～300nm，两个法布里-波罗腔的腔长差不超过20μm。
5.根据权利要求1所述的电吸收调制激光器，其特征在于，所述调制区和激光区的间距为1～3μm。
6.权利要求1～5任意一项所述电吸收调制激光器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将半导体纳米线转移至SiO2-Si-Metal复合衬底上的SiO2侧，得到衬底-纳米线复合结构；所述半导体纳米线的横截面直径为0.8～5μm，具有量子阱结构；
(2)在所述步骤(1)得到的衬底-纳米线复合结构的半导体纳米线表面做掩模，使掩模覆盖区域作为激光区部分，暴露部分作为调制区部分，然后对半导体纳米线进行表面处理，去除掩模后退火，得到基片；
(3)在所述步骤(2)得到的基片上涂覆绝缘材料，使绝缘材料覆盖半导体纳米线，得到绝缘层-纳米线-衬底复合结构；
(4)在所述步骤(3)得到的绝缘层-纳米线-衬底复合结构的绝缘层表面做掩模，使掩模覆盖激光区对应的部分，然后在绝缘层表面蒸镀金属，去除掩模得到金属电极层-绝缘层-纳米线-衬底复合结构；
(5)沿所述步骤(4)中的金属电极层边界进行第一刻蚀，使纳米线分为调制区与激光区；
(6)对所述步骤(5)中的激光区进行第二刻蚀，将激光区分为两个法布里-波罗腔，得到电吸收调制激光器。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中半导体纳米线的量子阱数量为3～5对。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中退火的温度为750～850℃，退火的时间为20～100s。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中第一刻蚀的宽度为1～3μm，第一刻蚀的深度为1～2μm。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中第二刻蚀的宽度为60～300nm，第二刻蚀的深度为1～2μm。
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