CN116131097A - 一种利用离子布植技术制备的rwg型dfb激光器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用离子布植技术制备的RWG型DFB激光器的制作方法，将三英寸InP半绝缘衬底放入MOCVD腔体中，进行700℃高温的进行烘烤，并在480℃时开始通入PH3，来去除衬底表面的氧化物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；步骤2：接着依次生长：N‑InP缓冲层、N‑InAlAs电子阻挡层、不掺杂InAlGaAs下波导层、InAlGaAs应变多量子阱和垒结构、不掺杂InAlGaAs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Basewaferd的生长；应用本技术方案可实现缩减制备工艺和流程。

Description

一种利用离子布植技术制备的RWG型DFB激光器的制作方法

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别是一种利用离子布植技术制备的RWG型DFB激光器的制作方法。

背景技术

分布反馈激光器(DFB)作为光通信用激光器中最重要的光源之一，其主要分为脊型波导(RWG)结构激光器和掩埋异质结(BH)结构激光器，两种结构激光器各有优点且各自也存在缺点。

光通信用激光器外延生长及芯片制造工艺复杂，其RWG-DFB l aser外延片制造工艺流程为例，制造流程依次包括：一次外延生长、光栅制作、二次外延生长、脊波导制作、欧姆接触、减薄、解理成条、解理成单个芯片、端面镀膜、解理成管芯等流程。

由于外延层质量和光电子器件性能很大程度上取决于衬底的选用及衬底质量，N-I nP衬底缺点，选用半绝缘掺Fe衬底。

掩埋异质结激光器外延生长及期间制备，存在自身设计缺陷，影响光纤耦合效率。

脊型波导将P型部分腐蚀掉，在脊两边沉积S iO2，形成折射率波导，以此将光限制在脊区。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用离子布植技术制备的RWG型DFB激光器的制作方法，实现缩减制备工艺和流程。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用离子布植技术制备的RWG型DFB激光器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：将三英寸InP半绝缘衬底放入MOCVD腔体中，进行700℃高温的进行烘烤，并在480℃时开始通入PH3，来去除衬底表面的氧化物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；

步骤2：接着依次生长：N-InP缓冲层、N-InAlAs电子阻挡层、不掺杂InAlGaAs下波导层、InAlGaAs应变多量子阱和垒结构、不掺杂InAlGaAs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Basewaferd的生长；

步骤3：然后密封好拿到黄光间，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Basewafer的P-InGaAsP光栅层；做完光栅层后再进行进腔前的预处理，将片子在氟化铵溶液中腐蚀5min左右；

步骤4：之后将片子用去离子水冲洗10min、氮气吹干，密封好快速放入准备好的MOCVD腔体的LoadLock，接着使用MOCVD完成光栅填补层、覆盖层、欧姆接触层、Cap层结构的生长，即：P-InP、P-InGaAsP、P-InGaAs、P-InP，完成光栅的Regrowth掩埋，最终完成材料的外延生长；

步骤5：完成材料的外延生长然后进行后续制备工艺，依次步骤脊波导制作，通过PECVD沉积200nm SiO2，通过光刻、刻蚀和腐蚀的方法形成SiO脊型结构，以SiO2为钝化层并在脊波导上进行开孔，然后使用离子布植机，从上到下依次进行He+离子布植，离子布植能量设定位350keV，离子布植剂量需要远小于掺杂量，然后继续进行后续工艺制备，及电子束蒸发Ti/Pt/Au P面金属、减薄衬底厚度至110±10微米，N面蒸发Ti/Pt/Au金属、在N2环境下进行400℃温度下合金120s，端面分别蒸镀反射率低于2％和高于95％的高透和高反膜，完成激光器芯片的制备。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、相比于现有的激光器来说，本发明关键点在于结构设计及外延制备流程，增加了最关键的部分是使用He+离子布植来改善激光器性能，缩减制备工艺和流程。

2、本发明选用掺Fe的半绝缘衬底，而非普通的掺S的N型衬底。

3、本发明主要是在芯片制备工艺过程中进行离子布植，利用高速的离子进行材料的破坏及改性，改变器件中电子走向，最终来改善激光器性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种利用离子布植技术制备的RWG型DFB激光器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：将三英寸InP半绝缘衬底放入MOCVD腔体中，进行700℃高温的进行烘烤，并在480℃时开始通入PH3，来去除衬底表面的氧化物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；

步骤2：接着依次生长：N-InP缓冲层、N-InAlAs电子阻挡层、不掺杂InAlGaAs下波导层、InAlGaAs应变多量子阱和垒结构、不掺杂InAlGaAs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Basewaferd的生长；

步骤3：然后密封好拿到黄光间，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Basewafer的P-InGaAsP光栅层；做完光栅层后再进行进腔前的预处理，将片子在氟化铵溶液中腐蚀5min左右；

步骤4：之后将片子用去离子水冲洗10min、氮气吹干，密封好快速放入准备好的MOCVD腔体的LoadLock，接着使用MOCVD完成光栅填补层、覆盖层、欧姆接触层、Cap层结构的生长，即：P-InP、P-InGaAsP、P-InGaAs、P-InP，完成光栅的Regrowth掩埋，最终完成材料的外延生长；

步骤5：完成材料的外延生长然后进行后续制备工艺，依次步骤脊波导制作，通过PECVD沉积200nm SiO2，通过光刻、刻蚀和腐蚀的方法形成SiO脊型结构，以SiO2为钝化层并在脊波导上进行开孔，然后使用离子布植机，从上到下依次进行He+离子布植，离子布植能量设定位350keV，离子布植剂量需要远小于掺杂量，然后继续进行后续工艺制备，及电子束蒸发Ti/Pt/Au P面金属、减薄衬底厚度至110±10微米，N面蒸发Ti/Pt/Au金属、在N2环境下进行400℃温度下合金120s，端面分别蒸镀反射率低于2％和高于95％的高透和高反膜，完成激光器芯片的制备。

目前相对于脊型波导结构激光器来说，存在设计缺陷，功耗大，没有对电流有任何限制作用，能够有效到达有源层的载流子相对较少。相比较于掩埋异质结激光器来说，涉及到选择性区域生长，材料生长比较复杂，难以制备出符合设计要求的激光器。本申请提案，完全避开了脊型波导结构激光器和掩埋异质结激光器的缺陷，用相对简单的结构设计及制备工艺，其激光器性能完全可以媲美目前制造繁琐且复杂的掩埋异质结激光器。

Claims (1)

1.一种利用离子布植技术制备的RWG型DFB激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将三英寸InP半绝缘衬底放入MOCVD腔体中，进行700℃高温的进行烘烤，并在480℃时开始通入PH3，来去除衬底表面的氧化物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；

步骤2：接着依次生长：N-InP缓冲层、N-InAlAs电子阻挡层、不掺杂InAlGaAs下波导层、InAlGaAs应变多量子阱和垒结构、不掺杂InAlGaAs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Basewaferd的生长；

步骤3：然后密封好拿到黄光间，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Basewafer的P-InGaAsP光栅层；做完光栅层后再进行进腔前的预处理，将片子在氟化铵溶液中腐蚀5min左右；

步骤4：之后将片子用去离子水冲洗10min、氮气吹干，密封好快速放入准备好的MOCVD腔体的LoadLock，接着使用MOCVD完成光栅填补层、覆盖层、欧姆接触层、Cap层结构的生长，即：P-InP、P-InGaAsP、P-InGaAs、P-InP，完成光栅的Regrowth掩埋，最终完成材料的外延生长；

步骤5：完成材料的外延生长然后进行后续制备工艺，依次步骤脊波导制作，通过PECVD沉积200nm SiO2，通过光刻、刻蚀和腐蚀的方法形成SiO脊型结构，以SiO2为钝化层并在脊波导上进行开孔，然后使用离子布植机，从上到下依次进行He+离子布植，离子布植能量设定位350keV，离子布植剂量需要远小于掺杂量，然后继续进行后续工艺制备，及电子束蒸发Ti/Pt/Au P面金属、减薄衬底厚度至110±10微米，N面蒸发Ti/Pt/Au金属、在N2环境下进行400℃温度下合金120s，端面分别蒸镀反射率低于2％和高于95％的高透和高反膜，完成激光器芯片的制备。