[发明专利]一种高性能DFB激光外延片制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能DFB激光外延片制备方法，其包括如下步骤：首先在InP衬底上由下至上依次沉积生长缓冲层、限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、缓冲层、腐蚀阻挡层、InP包层、光栅层和InP帽层，然后匀胶曝光显影后，分两次用蚀刻液对外延片进行腐蚀，第一次腐蚀会刻蚀过光栅层并保留一定厚度的光栅层，然后去除光刻胶，第二次采用选择性蚀刻液蚀刻掉剩余的光栅层，最后在外延片上进行二次生长，由下至上依次生长的InP层、势垒渐变层和欧姆接触层。采用两种蚀刻溶液进行光栅蚀刻，通过第一次蚀刻到光栅层的位置，去除表面光刻胶掩膜，第二次蚀刻使用具有选择性腐蚀的溶液腐蚀掉剩余的光栅层，提高了光栅蚀刻的均匀性以及光栅占空的均匀性，提升了DFB激光器的性能。

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别涉及一种用于光通信领域的高性能DFB激光器外延片的制备方法。

背景技术

光通信网络采用光作为信号传输的载体，相比于采用铜缆作为传输介质的电通信网络，信息互联的速度、容量和抗干扰能力得到显着提高，因而得到广泛应用。半导体激光器是光通信网络的主要光源，包括法布里-珀罗激光器(FP激光器)，分布反馈激光器(DFB)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)三种类型。其中，DFB激光器在半导体内部建立起布拉格光栅，依靠光的分布反馈实现单纵模的选择，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。

分布反馈式激光器(DFB)采用折射率周期性变化的光栅调制，具有良好的单纵模特性，边模抑制比可达30dB以上，在光纤通信网络和光纤传感器中得到广泛的应用。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。光通信用的DFB激光器波长一般为1310nm和1550nm，一般采用InP为生长衬底，采用AlGaInAs或InGaAsP的量子阱为有源层。DFB光栅的制作一般采用全息光刻或电子束光刻的方法，在InGaAsP(波长1100nm)光栅制作层上形成宽约200nm，高约40nm的光栅，然后在此基础上进行二次外延生长InP包层，以及InGaAsP(波长1300nm，1500nm)势垒过渡层、InGaAs欧姆接触层等。

传统光栅的制作方法：在外延片上旋涂光刻胶或PMMA，通过全息曝光或E-beam曝光获得图形，然后通过湿法蚀刻或用RIE进行干法蚀刻，将光栅图形转移到外延片表面上。但传统的蚀刻方法都有缺点，采用溴酸溶液进行湿法蚀刻，但该溶液对InP/InGaAsP没有选择性，光栅深度难以控制，蚀刻均匀性较差，产品良率极低。发明专利201310008696.8使用一种HCL、H3PO4和H2O组成的蚀刻液腐蚀掉一层InP层，再用H2SO4、H2O2和水组成的腐蚀液腐蚀掉InGaAsP，最后去除光刻胶，得到激光器用光栅；但HCL、H3PO4和H2O组成的蚀刻液只能蚀刻InP，具有明显的各向异性，腐蚀后InP呈现倒梯形，影响产品的二次外延生长。因此有必要对现有DFB激光器的制造方法做进一步的改进。

发明内容

为克服上述现有技术中的不足，本专利公开了一种能准确控制光栅的蚀刻形貌以及均匀性，提高产品良率的高性能DFB激光外延片制备方法。

一种高性能DFB激光外延片制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：1)在InP衬底上由下至上依次沉积生长缓冲层、限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、缓冲层、腐蚀阻挡层、InP包层、光栅层和InP帽层，形成一次外延片结构；2)在外延片上涂光刻胶，利用全息光刻的方法形成光刻胶掩膜；3)用蚀刻液对外延片进行腐蚀，蚀刻掉外延片表层的InP帽层及部分光栅层，仍保留一定厚度的光栅层；4)去除外延片表面的光刻胶掩膜；5)采用蚀刻液蚀刻掉剩余的光栅层；6)在外延片上进行二次生长，由下至上依次生长的二次外延层、势垒渐变层和欧姆接触层。

优选的，在步骤3)中所使用的蚀刻液为饱和溴水、HBr和H2O组成的蚀刻液，其中饱和溴水:HBr:H2O的体积比为1:8:300-1:8:800。