[發明專利]一種高性能DFB激光外延片制備方法

在審

• 申請號: 202011509480.6
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112636168A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李洪雨;張永;單智發;姜偉;陳陽華
• 申請（專利權）人: 全磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01S5/12
• 分類號: H01S5/12;C09K13/04
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 劉計成

本發明公開了一種高性能DFB激光外延片制備方法，其包括如下步驟：首先在InP襯底上由下至上依次沉積生長緩沖層、限制層、下波導層、量子阱層、上波導層、上限制層、緩沖層、腐蝕阻擋層、InP包層、光柵層和InP帽層，然后勻膠曝光顯影后，分兩次用蝕刻液對外延片進行腐蝕，第一次腐蝕會刻蝕過光柵層并保留一定厚度的光柵層，然后去除光刻膠，第二次采用選擇性蝕刻液蝕刻掉剩余的光柵層，最后在外延片上進行二次生長，由下至上依次生長的InP層、勢壘漸變層和歐姆接觸層。采用兩種蝕刻溶液進行光柵蝕刻，通過第一次蝕刻到光柵層的位置，去除表面光刻膠掩膜，第二次蝕刻使用具有選擇性腐蝕的溶液腐蝕掉剩余的光柵層，提高了光柵蝕刻的均勻性以及光柵占空的均勻性，提升了DFB激光器的性能。

技術領域

本發明涉及光通信領域，特別涉及一種用于光通信領域的高性能DFB激光器外延片的制備方法。

背景技術

光通信網絡采用光作為信號傳輸的載體，相比于采用銅纜作為傳輸介質的電通信網絡，信息互聯的速度、容量和抗干擾能力得到顯著提高，因而得到廣泛應用。半導體激光器是光通信網絡的主要光源，包括法布里-珀羅激光器(FP激光器)，分布反饋激光器(DFB)和垂直腔面發射激光器(VCSEL)三種類型。其中，DFB激光器在半導體內部建立起布拉格光柵，依靠光的分布反饋實現單縱模的選擇，具有高速、窄線寬及動態單縱模工作特性，且DFB激光器能在更寬的工作溫度與工作電流范圍內抑制普通FP激光器的模式跳變，極大地改善器件的噪聲特性，在光通信領域具有廣泛的應用。

分布反饋式激光器(DFB)采用折射率周期性變化的光柵調制，具有良好的單縱模特性，邊模抑制比可達30dB以上，在光纖通信網絡和光纖傳感器中得到廣泛的應用。制作DFB激光器的需要經過兩次外延生長，首先需要在一次外延的基礎上光刻制備納米級別的光柵，然后在光柵表面進行二次外延生長，形成接觸層。光通信用的DFB激光器波長一般為1310nm和1550nm，一般采用InP為生長襯底，采用AlGaInAs或InGaAsP的量子阱為有源層。DFB光柵的制作一般采用全息光刻或電子束光刻的方法，在InGaAsP(波長1100nm)光柵制作層上形成寬約200nm，高約40nm的光柵，然后在此基礎上進行二次外延生長InP包層，以及InGaAsP(波長1300nm，1500nm)勢壘過渡層、InGaAs歐姆接觸層等。

傳統光柵的制作方法：在外延片上旋涂光刻膠或PMMA，通過全息曝光或E-beam曝光獲得圖形，然后通過濕法蝕刻或用RIE進行干法蝕刻，將光柵圖形轉移到外延片表面上。但傳統的蝕刻方法都有缺點，采用溴酸溶液進行濕法蝕刻，但該溶液對InP/InGaAsP沒有選擇性，光柵深度難以控制，蝕刻均勻性較差，產品良率極低。發明專利201310008696.8使用一種HCL、H3PO4和H2O組成的蝕刻液腐蝕掉一層InP層，再用H2SO4、H2O2和水組成的腐蝕液腐蝕掉InGaAsP，最后去除光刻膠，得到激光器用光柵；但HCL、H3PO4和H2O組成的蝕刻液只能蝕刻InP，具有明顯的各向異性，腐蝕后InP呈現倒梯形，影響產品的二次外延生長。因此有必要對現有DFB激光器的制造方法做進一步的改進。

發明內容

為克服上述現有技術中的不足，本專利公開了一種能準確控制光柵的蝕刻形貌以及均勻性，提高產品良率的高性能DFB激光外延片制備方法。

一種高性能DFB激光外延片制備方法，其特征在于，其包括如下步驟：1)在InP襯底上由下至上依次沉積生長緩沖層、限制層、下波導層、量子阱層、上波導層、上限制層、緩沖層、腐蝕阻擋層、InP包層、光柵層和InP帽層，形成一次外延片結構；2)在外延片上涂光刻膠，利用全息光刻的方法形成光刻膠掩膜；3)用蝕刻液對外延片進行腐蝕，蝕刻掉外延片表層的InP帽層及部分光柵層，仍保留一定厚度的光柵層；4)去除外延片表面的光刻膠掩膜；5)采用蝕刻液蝕刻掉剩余的光柵層；6)在外延片上進行二次生長，由下至上依次生長的二次外延層、勢壘漸變層和歐姆接觸層。

優選的，在步驟3)中所使用的蝕刻液為飽和溴水、HBr和H2O組成的蝕刻液，其中飽和溴水:HBr:H2O的體積比為1:8:300-1:8:800。