本發(fā)明涉及一種dfb激光器，特別涉及一種dfb激光器外延片及這種外延片的制備方法。

背景技術(shù)：

dfb激光器通過布拉格光柵選模，具有高速、窄線寬及動(dòng)態(tài)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(nèi)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(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。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。制作dfb激光器的需要經(jīng)過兩次外延生長，首先需要在一次外延的基礎(chǔ)上光刻制備納米級(jí)別的光柵，然后在光柵表面進(jìn)行二次外延生長，形成接觸層。dfb的二次外延生長一直是影響dfb良率和性能的關(guān)鍵技術(shù)。專利zl201610514060.4提出了一種采用脈沖氣流生長dfb激光器二次外延層的方法，二次外延的生長質(zhì)量得到極大的提高。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質(zhì)量較差。通過觀察可以看出dfb激光器外延片外延與內(nèi)部區(qū)域顏色具有明顯的差別。我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這是由于在外延生長過程中，用于生長激光器的磷化銦外延襯底在高溫下背面易受砷氣流的擴(kuò)散影響，導(dǎo)致襯底導(dǎo)熱不均勻造成的。此外，在光柵制作過程中，光柵的腐蝕液也會(huì)對(duì)襯底造成一定程度的刻蝕，影響襯底的平整度，從而惡化二次外延生長材料的質(zhì)量，這些都會(huì)影響dfb激光器的性能。因此有必要設(shè)計(jì)一種新的dfb激光器結(jié)構(gòu)來降低氣流背面擴(kuò)散導(dǎo)致及制作光柵過程中對(duì)襯底造成的影響，使dfb激光器外延片生產(chǎn)穩(wěn)定，提高dfb激光器外延生長的材料質(zhì)量，dfb激光器良率提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種降低氣流背面擴(kuò)散導(dǎo)致及制作光柵過程中對(duì)襯底造成的影響，使dfb激光器外延片生產(chǎn)穩(wěn)定，提高dfb激光器外延生長的材料質(zhì)量，dfb激光器良率提高的dfb激光器外延片。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種dfb激光器外延片，包括襯底，所述襯底的正面上依次沉積有緩沖層、限制層、下波導(dǎo)層、量子阱、上波導(dǎo)層、上限制層、緩沖層、腐蝕阻擋層、包層和蝕刻的光柵制作層，光柵制作層上依次生長有二次外延層、勢壘漸變層和歐姆接觸層，所述襯底的背面設(shè)有保護(hù)層。

優(yōu)選的，所述襯底為磷化銦襯底。

優(yōu)選的，所述保護(hù)層的厚度為20-200nm。

優(yōu)選的，所述磷化銦襯底背面的保護(hù)層為sinx、alo3、hfo2、hfsiox中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述磷化銦襯底背面的保護(hù)層的生長方式為原子層沉積（ald）、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（pecvd）、磁控濺射沉積（sputter）或電子束蒸發(fā)沉積（eb）。

本發(fā)明還公開了一種上述dfb激光器外延片的制備方法，其包括如下步驟：

1）在inp襯底背面生成一層保護(hù)層；

2）在反應(yīng)室內(nèi)，在inp襯底正面依次沉積緩沖層、限制層、下波導(dǎo)層、量子阱、上波導(dǎo)層、上限制層、緩沖層、腐蝕阻擋層、包層和光柵制作層；

3）將生長完的外延片從反應(yīng)室內(nèi)取出，采用全息光刻或電子束光刻的方式在光柵制作層上形成光柵；

4）將刻好光柵的外延片放入反應(yīng)室內(nèi)生成二次外延層。

優(yōu)選的，二次外延層的制備方法包括如下步驟：

a）反應(yīng)室升溫至520℃，在t1時(shí)間內(nèi)向反應(yīng)室內(nèi)通入tmin和dezn，生長inp形核層；

b）在t2時(shí)間內(nèi)關(guān)閉閥門，讓形核層原子遷移到其能量最低點(diǎn)；

c）在t3時(shí)間內(nèi)開啟閥門再次向反應(yīng)室通入tmin和dezn，生長一定厚度的外延層；

d）在t4時(shí)間內(nèi)關(guān)閉閥門，形成穩(wěn)定的外延層；

e）重復(fù)步驟a）至d）直至inp外延層厚度完全覆蓋光柵制作層；

f)將反應(yīng)室溫度升高到670℃，進(jìn)行二次外延的第二步生長。

g）生長完inp二次外延層后，再生長波長為1300nm和1500nm的ingaasp勢壘過渡層，以及ingaas歐姆接觸層，即形成完整的dfb的外延結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，在進(jìn)行二次外延層的制備時(shí)，反應(yīng)室內(nèi)保持900sccm的ph3氣體的保護(hù)。

優(yōu)選的，inp外延層厚度達(dá)到50nm時(shí)，將反應(yīng)室溫度升高到670℃，進(jìn)行二次外延的第二步生長。

優(yōu)選的，所述t1時(shí)間為3s、t2時(shí)間為3s、t3時(shí)間為3s、t4時(shí)間為3s。

如上所述，本發(fā)明的dfb激光器外延片及其制造方法具有以下有益效果：1）、通過在磷化銦襯底背面預(yù)先制作一層保護(hù)層，使外延生長的dfb激光器一次外延片質(zhì)量好，均勻性和一致性好；2）、通過在磷化銦襯底背面預(yù)先制作一層保護(hù)層，可穩(wěn)定dfb激光器外延片生產(chǎn)，提高dfb激光器生產(chǎn)良率；3）采用脈沖式氣流生長dfb二次外延層，外延層晶體質(zhì)量好，dfb器件性能好，管芯制作良率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為dfb二次外延層生長示意圖。

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

請(qǐng)參閱圖1、2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種dfb的外延結(jié)構(gòu)，包含一inp襯底01，在襯底背面預(yù)先制備一層保護(hù)層00，在襯底正面依次采用mocvd沉積緩沖層02、限制層03、下波導(dǎo)層04、量子阱05、上波導(dǎo)層06、上限制層07、緩沖層08、腐蝕阻擋層09、包層10、光柵制作層11，以及在光柵制作層刻蝕后，在其上依次生長的二次外延層12、勢壘漸變層13、14和歐姆接觸層15。

作為一種優(yōu)選方式，保護(hù)層的厚度為20-200nm。inp襯底背面的保護(hù)層為sinx、alo3、hfo2、hfsiox中的一種或幾種。inp襯底背面的保護(hù)層的生長方式為原子層沉積（ald）、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（pecvd）、磁控濺射沉積（sputter）或電子束蒸發(fā)沉積（eb）。

上述dfb的外延結(jié)構(gòu)的制備方法為先在inp襯底背面制作一層保護(hù)層，然后把襯底放入到mocvd設(shè)備中，生長dfb一次外延片到光柵制作層，然后取出外延片，旋涂光刻膠，利用全息光刻或電子束光刻的方法形成圖形，并采用化學(xué)濕法腐蝕的方法形成光柵，然后把制作完光柵的外延片再次放入到mocvd中進(jìn)行二次外延生長。二次外延工藝如下：首先，在ph3氣體的保護(hù)下，緩慢升溫至520℃，然后以脈沖的方式通入tmin作為源氣體生長inp，dezn作為inp的摻雜，當(dāng)生長的inp層厚度完全覆蓋光柵層后，升溫至正常外延生長溫度670℃，快速生長inp層及其它功能層。

下面結(jié)合一具體實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述：

首先，在電導(dǎo)率為2-8x¹⁰18cm^-2的inp襯底背面采用原子層沉積方法制作20nmhfsiox保護(hù)層，清洗后放入到aixtron公司的mocvd系統(tǒng)中生長。生長時(shí)，反應(yīng)室壓力為50mbar，生長溫度為670℃，以h2為載氣，三甲基銦（tmin）、三甲基鎵（tmga）、三甲基鋁（tmal）、二乙基鋅（dezn）、硅烷（sih4）、砷烷（ash3）和磷烷（ph3）等為反應(yīng)源氣體，依次生長n-inp緩沖層，n-alinas限制層、非摻雜的折射率漸變的algainas下波導(dǎo)層、6個(gè)周期的algainas量子阱、非摻雜的折射率漸變的algainas上波導(dǎo)層、非摻雜的alinas限制層、p-inp過渡層、波長為1100nm的ingaasp腐蝕阻擋層、inp包層以及波長為1100nm的ingaasp光柵制作層。ingaasp光柵制作層的厚度為40nm。然后取出生長完的外延片，采用全息光刻或電子束光刻的方式形成光柵，光柵周期為210nm,深度為40nm。外延片清洗后，然后再次放入到mocvd外延爐中，生長二次外延層。

首先，在900sccm的ph3氣體的保護(hù)下，反應(yīng)室緩慢升溫至520℃，然后將tmin、dezn一起以脈沖的方式通入到mocvd反應(yīng)室內(nèi)慢速生長inp，所謂脈沖生長方法，就是tmin、dezn氣源是采用脈沖間隔的方式時(shí)斷時(shí)續(xù)的進(jìn)行供氣，脈沖間隔時(shí)間可控。如圖2所示，如在t1=3s的時(shí)間內(nèi)通入tmin和dezn，生長inp形核層；在t2=3s的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉閥門，讓形核層原子有足夠的時(shí)間遷移到其能量最低點(diǎn)；在t3=60s內(nèi)開啟閥門再次通入tmin和dezn，生長一定厚度的外延層；在t4=3s時(shí)間內(nèi)關(guān)閉閥門，形成穩(wěn)定的外延層。t4時(shí)間后進(jìn)入到下一個(gè)循環(huán)，即重復(fù)上述步驟直至inp層厚度完全覆蓋光柵層。圖中的脈沖開、脈沖關(guān)實(shí)質(zhì)上就是閥門的開和關(guān)。

脈沖式生長方法中，一直保持ph3的高分壓比(900sccm)，有利于減少升溫過程中p的揮發(fā)，先以短脈沖通入tmin、dezn，在襯底上形成一層非常薄的形核層并使之形成穩(wěn)定態(tài)，減少堆垛層錯(cuò)和空位，然后在形核層基礎(chǔ)上生長一定厚度的外延層，可顯著降低半導(dǎo)體外延層缺陷密度。采用這種脈沖氣流生長inp外延層厚度50m后,反應(yīng)室溫度升高到670℃，進(jìn)行二次外延的第二步生長，此時(shí)tmin、dezn應(yīng)連續(xù)供氣，使inp層快速生成（如圖2所示）。生長完inp二次外延層后，再生長波長為1300nm和1500nm的ingaasp勢壘過渡層，以及ingaas歐姆接觸層等，即形成完整的dfb的外延結(jié)構(gòu)。

外延層生長完成后，可利用光刻與刻蝕工藝，形成脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，然后在脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上蒸鍍正面電極，并將inp襯底減薄，在減薄的inp襯底背面蒸鍍背面電極；在管芯一端蒸鍍高反射薄膜（95%反射率），另一端蒸鍍低反射膜（10%反射率），即完成dfb激光器芯片的制作。

本發(fā)明的dfb激光器外延片及其制造方法具有以下有益效果：1）、通過在磷化銦襯底背面預(yù)先制作一層保護(hù)層，使外延生長的dfb激光器一次外延片質(zhì)量好，均勻性和一致性好；2）、通過在磷化銦襯底背面預(yù)先制作一層保護(hù)層，可穩(wěn)定dfb激光器外延片生產(chǎn)，提高dfb激光器生產(chǎn)良率；3）采用脈沖式氣流生長dfb二次外延層，外延層晶體質(zhì)量好，dfb器件性能好，管芯制作良率高。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。