本发明涉及一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法及装置，所述方法包括以下步骤：S1、选择衬底，在衬底上依次生长覆盖缓冲层；S2、在缓冲层上依次生长下波导层、多量子阱层和上波导层；并分成激光器生长区域和电吸收调制器生长区域；S3、在上波导层上方依次生长停止层、包覆层和接触层；S4、在接触层上依次制作脊型波导、隔离区和接触条；S5、制作激光光栅；S6、制作P面电极、N面电极，并将衬底剪薄；S7、解条、镀膜。采用脊型波导结构，同时利用侧向耦合光栅进行选频和光反馈，进一步减少芯片制作成本。
1.一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选择衬底，在衬底上依次生长覆盖缓冲层；
S2、在缓冲层上依次生长下波导层、多量子阱层和上波导层，并分成激光器生长区域和电吸收调制器生长区域，利用反应离子刻蚀和化学腐蚀的方法去除掩膜图形以外的第一上波导层、多量子阱层、以及第一下波导层的部分，然后利用浓硫酸：过氧化氢：去离子水的体积比为3:1:1的选择性腐蚀液腐蚀去除第一下波导层的另外一部分，腐蚀停止在缓冲层上，接着采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法依次生长第二下波导层，应变多量子阱层，第二上波导层，此次生长的区域是电吸收调制器生长区域；
S3、在上波导层上方依次生长停止层、包覆层和接触层；
S4、在接触层上依次制作脊型波导、隔离区和接触条；
S6、制作P面电极、N面电极，并将衬底剪薄，P面电极和N面电极均位于接触条上方，P面电极和N面电分别位于激光器生长区域的一侧和电吸收调制器生长区域的一侧；
2.根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，在步骤S1中，所述衬底为磷化铟衬底，所述缓冲层为n型磷化铟材料，厚度为1～
3.根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，在步骤S2中，所述下波导层为n型铟镓砷磷材料，厚度为70～100nm；所述的多量子阱层为非掺杂的铟镓砷磷材料，厚度为70～120nm；所述的上波导层为p型的铟镓砷磷材料，厚度为70～100nm。
4.根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的停止层是非掺杂的的铟镓砷磷材料，厚度为10～20nm，所述的包覆层为p型铟磷材料，厚度为1.5～1.8um，所述的接触层为重掺杂的p型铟镓砷材料。
5.根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，在步骤S4中，所述脊型波导、隔离区和接触条采用光刻、反应离子刻蚀和湿法腐蚀的方法制作。
6.根据权利要求5所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，所述脊型波导采用光刻和刻蚀技术制作，形成宽度2um的通条，两边各有一条宽16um，深越位2um的沟槽，条宽方向的周期是250um；隔离区采用刻蚀或者是离子注入的方式形成高电阻区域；接触条通过在脊型波导上沉积厚度350nm SiO2，并采用光刻和刻蚀技术去除脊型波导台面上的SiO2，形成电注入窗口。
7.根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，所述步骤S5中，在激光生长区域，采用双光束干涉的方法制作侧向耦合光栅，光栅区域长度占整个激光器腔长的三分之二。
8.根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，所述步骤S6中，采用磁控溅射方法制作P面电极和N面电极。
9.根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，所述步骤S7中包括，在激光器一端镀高反膜，在电吸收调制器端镀增透膜。
10.一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成装置，其特征在于，所述装置采用权利要求1至9任一所述的方法集成制作。
电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及光电子器件领域，更具体的说，是涉及一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法及装置。
背景技术
[0002] 电吸收调制器由于具备低驱动工作电压、小尺寸，结构紧凑、易于集成等优良特性，使得其与半导体激光器集成形成紧凑、稳定的集成光源模块，在高速光通信系统中发挥着重要作用。电吸收调制分布反馈半导体激光器(EMLs)是大容量、长距离光通信系统的理想光源。
[0003] EMLs是集成分布反馈激光器和电吸收调制器的单片集成器件，EMLs的单个器件的外延结构设计，不同功能外延材料的单片生长，以及集成器件的波导类型是影响器件性能的三个最主要方面。集成不同功能器件与同一衬底片的技术被称为单片集成技术，目前，常用的单片集成技术有选择区域生长法(Selective Area Growth，SAG)、量子阱混杂法(Quantum Well Intermixing)以及对接耦合方法(Butt-Joint)等。从文献报道中可以看出，选择区域生长法和对接生长是国际上应用比较多的方法，SAG外延次数少，制作工艺简单，是制作EMLs的一种主流技术；而对接生长方法具有独立优化激光器和调制器的优势，目前报道的性能优异的EMLs多采用对接生长方法制作的。EMLs主要有脊波导(RWG)和掩埋异质结(BH)结构，RWG结构制作简单，成本低，被广泛的应用。BH结构比起RWG结构，由于其整个有源区都被包围在宽带隙的材料之中，它可以同时解决空穴泄露和光波倏逝尾吸收的问题。任何水平方向的泄露路径均被反偏PN结的耗尽区所阻断。BH结构的EML具有更小的阈值电流和更好的温度特性；同时侧向折射率差形成的波导效应可以增强光场的控制，提高光束的远场质量。但BH结构增加了一次MOCVD掩埋生长过程，增加了芯片制作成本。
发明内容
[0004] 有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法及装置，集成器件采用脊型波导结构，同时利用侧向耦合光栅进行选频和光反馈，进一步减少芯片制作成本。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0006] 一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，包括以下步骤：
[0007] S1、选择衬底，在衬底上依次生长覆盖缓冲层；
[0008] S2、在缓冲层上依次生长下波导层、多量子阱层和上波导层；并分成激光器生长区域和电吸收调制器生长区域；
[0009] S3、在上波导层上方依次生长停止层、包覆层和接触层；
[0010] S4、在接触层上依次制作脊型波导、隔离区和接触条；
[0011] S5、制作激光光栅；
[0012] S6、制作P面电极、N面电极，并将衬底剪薄；
[0013] S7、解条、镀膜。
[0014] 作为优选的，在步骤S1中，所述衬底为磷化铟衬底，所述缓冲层为n型磷化铟材料，厚度为1～1.2um。
[0015] 作为优选的，在步骤S2中，所述下波导层为n型铟镓砷磷材料，厚度为70～100nm；所述的多量子阱层为非掺杂的铟镓砷磷材料，厚度为70～120nm；所述的上波导层为p型的铟镓砷磷材料，厚度为70～100nm。
[0016] 作为优选的，在步骤S3中，所述的停止层是非掺杂的的铟镓砷磷材料，厚度为10～20nm，所述的包覆层为p型铟磷材料，厚度为1.5～1.8um，所述的接触层为重掺杂的p型铟镓砷材料。5、根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，在步骤S4中，所述脊型波导、隔离区和接触条采用光刻、反应离子刻蚀和湿法腐蚀的方法制作。
[0017] 作为优选的，所述脊型波导采用光刻和刻蚀技术制作，形成宽度2um的通条，两边各有一条宽16um，深越位2um的沟槽，条宽方向的周期是250um；隔离区采用刻蚀或者是离子注入的方式形成高电阻区域；接触条通过在脊型波导上沉积厚度350nm SiO2，并采用光刻和刻蚀技术去除脊型波导台面上的SiO2，形成电注入窗口。
[0018] 作为优选的，所述步骤S5中，在激光生长区域，采用双光束干涉的方法制作侧向耦合光栅，光栅区域长度占整个激光器腔长的三分之二。
[0019] 作为优选的，所述步骤S6中，采用磁控溅射方法制作P面电极和N面电极。
[0020] 作为优选的，所述步骤S7中包括，在激光器一端镀高反膜，在电吸收调制器端镀增透膜。
[0021] 一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成装置，所述装置采用上述的方法集成制作。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够有效的单片集成不同带隙的材料，部分侧向耦合光栅为激光器提供选頻和光反馈，比起掩埋光栅，侧向耦合光栅可以减少一次掩埋生长的过程，进一步减少芯片制作成本。同时部分光栅平坦激光器腔内的光场分布，优化器件性能。
附图说明
[0023] 图1为本发明实施例的方法流程图；
[0024] 图2为本发明实施例装置结构层次示意图；
[0025] 图3为本发明实施例装置结构框图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法及装置作进一步说明。
[0027] 以下是本发明所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法及装置的最佳实例，并不因此限定本发明的保护范围。
[0028] 图1示出了一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，包括以下步骤：
[0029] S1、选择衬底，在衬底上依次生长覆盖缓冲层；
[0030] S2、在缓冲层上依次生长下波导层、多量子阱层和上波导层；并分成激光器生长区域和电吸收调制器生长区域；
[0031] S3、在上波导层上方依次生长停止层、包覆层和接触层；
[0032] S4、在接触层上依次制作脊型波导、隔离区和接触条；
[0033] S5、制作激光光栅；
[0034] S6、制作P面电极、N面电极，并将衬底剪薄；
[0035] S7、解条、镀膜。
[0036] 在本实施例中，在步骤S1中，所述衬底为磷化铟衬底，所述缓冲层为n型磷化铟材料，厚度为1～1.2um。
[0037] 作为优选的，在步骤S2中，所述下波导层为n型铟镓砷磷材料，厚度为70～100nm；所述的多量子阱层为非掺杂的铟镓砷磷材料，厚度为70～120nm；所述的上波导层为p型的铟镓砷磷材料，厚度为70～100nm。
[0038] 作为优选的，在步骤S3中，所述的停止层是非掺杂的的铟镓砷磷材料，厚度为10～20nm，所述的包覆层为p型铟磷材料，厚度为1.5～1.8um，所述的接触层为重掺杂的p型铟镓砷材料。5、根据权利要求1所述的电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成方法，其特征在于，在步骤S4中，所述脊型波导、隔离区和接触条采用光刻、反应离子刻蚀和湿法腐蚀的方法制作。
[0039] 作为优选的，所述脊型波导采用光刻和刻蚀技术制作，形成宽度2um的通条，两边各有一条宽16um，深越位2um的沟槽，条宽方向的周期是250um；隔离区采用刻蚀或者是离子注入的方式形成高电阻区域；接触条通过在脊型波导上沉积厚度350nm SiO2，并采用光刻和刻蚀技术去除脊型波导台面上的SiO2，形成电注入窗口。
[0040] 作为优选的，所述步骤S5中，在激光生长区域，采用双光束干涉的方法制作侧向耦合光栅，光栅区域长度占整个激光器腔长的三分之二。
[0041] 作为优选的，所述步骤S6中，采用磁控溅射方法制作P面电极和N面电极。
[0042] 作为优选的，所述步骤S7中包括，在激光器一端镀高反膜，在电吸收调制器端镀增透膜。
[0043] 如图2至图3所示，本实施例还提供了一种电吸收调制器和侧向耦合光栅激光器单片集成装置，所述装置采用上述的方法集成制得。
[0044] 在本实施例中，具体的，在N型磷化铟(InP)衬底1上，采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法依次生长InP缓冲层2，厚度1um。晶格匹配的铟镓砷磷(InGaAsP)第一下波导层3，厚度为100nm。应变多量子阱层4，厚度为115nm，包含了7个量子阱和8个垒层，量子阱和垒层的厚度分别为5nm和10nm。晶格匹配的InGaAsP第一上波导层5，厚度为90nm。晶格匹配的InGaAsP光栅层6，厚度为50nm。
[0045] 具体的，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在外延片表面生长200nm的SiO2掩膜层，并采用光刻及刻蚀技术制作掩膜图形，制作的SiO2掩膜图形为长650μm，宽25μm的周期条形，沿条长方向的图形周期为1000μm，条宽方向的图形周期为250μm。SiO2掩膜的图形区就是图2所示的A部分，是激光器所在的区域。然后利用反应离子刻蚀和化学腐蚀的方法去除掩膜图形以外的第一上波导层5、多量子阱层4、以及第一下波导层3的部分，然后利用浓硫酸：过氧化氢：去离子水的体积比为3:1:1的选择性腐蚀液腐蚀去除第一下波导层3的另外一部分，腐蚀停止在N型磷化铟(InP)缓冲层2上。接着采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法依次生长第二下波导层6，厚度80nm，应变多量子阱层7，厚度156nm，包含10个量子阱及11个垒，阱和垒的厚度分别为9nm和6nm。P型铟镓砷磷第二上波导层8，厚度
90nm，此次生长的区域是图2所示的B部分，定义为电吸收调制器所在的区域。
[0046] 采用氢氟酸溶液去除SiO2掩膜图形，利用MOCVD依次生长P型铟镓砷磷刻蚀停止层9，厚度10nm，P型磷化铟包覆层10，厚度1.5um。厚度为100nm的P-InGaAs接触层11。
[0047] 采用采用光刻和刻蚀技术，依次制作脊型波导、隔离区、接触条。其中脊型波导是采用光刻和刻蚀技术制作的，宽度2um的通条，两边各有一条宽16um，深越位2um的沟槽，条宽方向的周期是250um，隔离区是利用刻蚀或者是离子注入的方式形成的高电阻区域。接触条是首先在首先在脊型波导上沉积厚度350nm SiO2 12，采用光刻和刻蚀技术去除脊型波导台面上的SiO2，形成电注入窗口。
[0048] 采用双光束干涉的方法，制作侧向耦合光栅，光栅区域长度占整个激光器腔长的三分之二。光栅周期依据器件的发射波长来确定，深度1.5um。
[0049] P面电极14是利用磁控溅射的方法制作的厚度为40nm/100nm/250nm的Ti/Pt/Au层。剪薄是利用抛光技术将厚度约350um的晶片剪薄至110um左右。N面电极13是利用磁控溅射的方法制作的厚度为40nm/100nm的Pt/Au层。
[0050] 最后在激光器端镀反射率95％的高反膜，调制器端镀反射率5％的增透膜，完成芯片的制作，如图3所示。
[0051] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
