[发明专利]高阶光栅光电器件及其制造方法

说明书

一种高阶光栅光电器件，其包括两个或两个以上的单模半导体激光器，单模半导体激光器为叠层外延结构。波导层被构造为脊波导结构，在脊波导结构上形成有高阶光栅结构；在脊波导结构的脊顶上形成有欧姆接触层；在欧姆接触层的上表面的第一区域以及脊波导结构的侧面之上覆盖有绝缘层；在欧姆接触层的上表面的第二区域以及绝缘层之上覆盖有电极，其中第二区域为欧姆接触层的上表面中未覆盖绝缘层的区域。本发明能够利用紫外接触式光刻制造可实现密集波分复用的频率通道间隔均匀的半导体激光器阵列，从而大幅降低了可用于密集波分复用和芯片上并行光互连数据传输的光源的制造成本，并使其制造工艺得以简化。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及利用紫外接触式光刻产生的可实现密集波分复用的频率通道间隔均匀的高阶光栅光电器件及其制造方法。

背景技术

多波长半导体激光器阵列在实现光纤通信系统中的密集波分复用(DWDM)和芯片上光互连的数据传输中是必不可少的。作为DWDM系统和并行光互连中的核心元件，激光器阵列有望满足通信和数据传输网络中日益增长的带宽需求。小尺寸，高速度，高可靠性和低成本的单片可集成的激光器阵列势必推动高性能光互连网络和数据传输的发展。

到目前为止，已有一些方法实现了激光器阵列的制作，例如使用分布式反馈(DFB)激光器和垂直腔面发射激光器(VCSEL)。对于DFB激光器阵列，其可以实现稳定的高功率单纵模激光输出。但是考虑到对于这些DFB激光器阵列的制造工艺而言，EBL是一种点串行制造流程，由于耗时、昂贵，因此无法进行大批量生产。在使用选择性区域生长(SAG)制造工艺中，材料参数(例如厚度，成分和应力)的偏差不可避免的引起设计波长的偏移。同时在制造高性能DFB激光器阵列过程中，昂贵的掩埋材料及材料再生长的工艺步骤是不可避免的。VCSEL阵列可为数据传输应用提供低功耗和低成本的光源。但是对于VCSEL阵列，低输出功率和其相对较弱的横向模式控制能力限制了它的应用。同时，由于这些技术中涉及到的纳米级超微结构将采用高分辨率光刻技术，从而导致其制造成本非常昂贵。

最近，可以采用廉价的紫外接触式光刻工艺制造的激光器阵列被进行研究。与其他激光器阵列相比，高阶光栅激光器阵列由于其不需要采用二次材料生长和可以采用廉价的紫外接触式光刻而具有优于其他方法的成本优势。通过利用紫外接触式光刻工艺，可以显著地降低成本并为商业应用打下坚实的基础。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种利用紫外接触式光刻产生可以实现密集波分复用的频率通道间隔均匀的高阶光栅单模激光器阵列的方法，达到低成本制作可应用于DWDM和芯片上并行光互连数据传输的光源的目的。

一方面，本申请提供了一种高阶光栅光电器件，其包括两个或两个以上的单模半导体激光器，所述单模半导体激光器为叠层外延结构，其包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底之下的第一电极；形成于所述半导体衬底上表面与衬底同种极性掺杂的限制层；形成于所述与衬底同种极性掺杂的限制层之上的有源层；形成于所述有源层之上的与衬底异种极性掺杂的限制层；以及形成于所述与衬底异种极性掺杂的限制层之上的波导层。所述波导层被构造为脊波导结构，在所述脊波导结构上形成有高阶光栅结构；在所述脊波导结构的脊顶上形成有欧姆接触层；在所述欧姆接触层的上表面的第一区域以及所述脊波导结构的侧面之上覆盖有绝缘层；在所述欧姆接触层的上表面的第二区域以及所述绝缘层之上覆盖有第二电极，其中所述第二区域为所述欧姆接触层的上表面中未覆盖所述绝缘层的区域。所述高阶光栅光电器件是利用紫外接触式光刻产生的，并且能够产生频率通道间隔均匀的激光，从而实现密集波分复用。

可选的，所述脊波导结构上有两个以上的高阶光栅结构，且高阶光栅的阶数为大于1的整数；所述第一高阶光栅阶数分量被设定为使得所述高阶光栅宽度能够通过接触式紫外光刻实现；所述第二高阶光栅阶数分量被设定为使得所述高阶光栅结构之间的介质层的宽度能够通过接触式紫外光刻实现。