[发明专利]一种DFB激光器外延片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种DFB激光器，特别涉及一种DFB激光器外延片及这种外延片的制备方法。

背景技术

DFB激光器通过布拉格光栅选模，具有高速、窄线宽及动态单纵模工作特性，且DFB激光器能在更宽的工作温度与工作电流范围内抑制普通FP激光器的模式跳变，极大地改善器件的噪声特性，在光通信领域具有广泛的应用。光通信用的DFB激光器波长一般为1310 nm和1550 nm,一般采用InP为生长衬底，采用AlGaInAs或InGaAsP的量子阱为有源层。制作DFB激光器的需要经过两次外延生长，首先需要在一次外延的基础上光刻制备纳米级别的光栅，然后在光栅表面进行二次外延生长，形成接触层。DFB的二次外延生长一直是影响DFB良率和性能的关键技术。专利ZL 201610514060.4提出了一种采用脉冲气流生长DFB激光器二次外延层的方法，二次外延的生长质量得到极大的提高。然而，在DFB激光器芯片良率依然不高。

DFB激光器良率不高的原因主要是DFB外延片最外圈的材料质量较差。通过观察可以看出DFB激光器外延片外延与内部区域颜色具有明显的差别。我们通过实验发现，这是由于在外延生长过程中，用于生长激光器的磷化铟外延衬底在高温下背面易受砷气流的扩散影响，导致衬底导热不均匀造成的。此外，在光栅制作过程中，光栅的腐蚀液也会对衬底造成一定程度的刻蚀，影响衬底的平整度，从而恶化二次外延生长材料的质量，这些都会影响DFB激光器的性能。因此有必要设计一种新的DFB激光器结构来降低气流背面扩散导致及制作光栅过程中对衬底造成的影响，使DFB激光器外延片生产稳定，提高DFB激光器外延生长的材料质量，DFB激光器良率提高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种降低气流背面扩散导致及制作光栅过程中对衬底造成的影响，使DFB激光器外延片生产稳定，提高DFB激光器外延生长的材料质量，DFB激光器良率提高的DFB激光器外延片。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种DFB激光器外延片，包括衬底，所述衬底的正面上依次沉积有缓冲层、限制层、下波导层、量子阱、上波导层、上限制层、缓冲层、腐蚀阻挡层、包层和蚀刻的光栅制作层，光栅制作层上依次生长有二次外延层、势垒渐变层和欧姆接触层，所述衬底的背面设有保护层。

优选的，所述衬底为磷化铟衬底。

优选的，所述保护层的厚度为20-200nm。

优选的，所述磷化铟衬底背面的保护层为SiNx、AlO3、HfO2、HfSiOx中的一种或几种。

优选的，所述磷化铟衬底背面的保护层的生长方式为原子层沉积（ALD）、等离子增强化学气相沉积（PECVD）、磁控溅射沉积（Sputter）或电子束蒸发沉积（EB）。

本发明还公开了一种上述DFB激光器外延片的制备方法，其包括如下步骤：

1）在InP衬底背面生成一层保护层；

2）在反应室内，在InP衬底正面依次沉积缓冲层、限制层、下波导层、量子阱、上波导层、上限制层、缓冲层、腐蚀阻挡层、包层和光栅制作层；

3）将 生长完的外延片从反应室内取出，采用全息光刻或电子束光刻的方式在光栅制作层上形成光栅；

4）将刻好光栅的外延片放入反应室内生成二次外延层。

优选的，二次外延层的制备方法包括如下步骤：

a）反应室升温至520℃，在t ₁时间内向反应室内通入TMIn和DeZn，生长InP形核层；

b）在t ₂时间内关闭阀门，让形核层原子迁移到其能量最低点；

c）在t ₃时间内开启阀门再次向反应室通入TMIn和DeZn，生长一定厚度的外延层；

d）在t₄时间内关闭阀门，形成稳定的外延层；

e）重复步骤a）至d）直至InP外延层厚度完全覆盖光栅制作层；

f)将反应室温度升高到670℃，进行二次外延的第二步生长。

g）生长完InP二次外延层后，再生长波长为1300 nm和1500nm的InGaAsP势垒过渡层，以及InGaAs欧姆接触层，即形成完整的DFB的外延结构。

优选的，在进行二次外延层的制备时，反应室内保持900sccm的PH₃气体的保护。

优选的，InP外延层厚度达到50nm时，将反应室温度升高到670℃，进行二次外延的第二步生长。