专利名称：半导体模式转换器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种新型的半导体光电子器件(激光器、放大器、探测器、调制器、超辐射发光管等，需要与单模光纤耦合的器件)的模式转换器(spot-size-converter，SSC)的利记博彩app。
由于半导体光电子器件有源区的截面为长方形，因此光场在其中的分布为椭圆形，这导致其远场(光场的空间分布)亦为椭圆形，即水平方向的发散角为0°～15°左右，而垂直方向的发散角可达30°甚至60°。当具有这样发散角的器件与直径只有几个微米的单模光纤(模式场为圆形)直接耦合时，由于光纤的光场模式与半导体器件的光场模式不匹配，有很大一部分的光不能耦合到光纤中(或相反)。因此为提高耦合效率，需要在半导体器件与光纤间插入一柱状透镜，实现半导体与光纤模式场的匹配。然而透镜的插入不仅增加了耦合的难度，增加了单个模块的成本，而且在集成光子器件中，阻碍了有源器件与波导、光纤等无源器件之间的耦合，降低了集成的规模。为此，需要在半导体器件中添加一模式转换器。目前，制作模式转换器的方式有两种横向波导宽度渐变窄及纵向波导厚度渐变薄。已有报道采用上述两种结构制作的模式转换器与激光器的集成器件，如1).Electron.Lett.，vol.31，1995，2102；2).Electron.Lett.，vol.31，1995，1838；3).IEEE Photon.Technol.Lett.，6，1994，1080。在采用横向波导宽度渐变窄的模式转换器中，采用的是刻蚀技术形成横向的尖劈，出光端面尖劈波导的宽度对解理要求严格，因此较麻烦；而在纵向波导厚度渐变薄的模式转换器中，采用的是选择外延技术，该技术利用生长速率在选择区内外的不同(选择区内外生长速率之比至少大于2，才能够实现传输损耗小的SSC)，在垂直方向形成厚度的楔形，因此该方法对材料的生长技术要求高，实现起来技术难度较大。
本发明的目的在于提供一种半导体模式转换器的利记博彩app，其特点是采用一种自对准的方式制作双波导结构—纵向波导厚度渐变薄的模式转换器。与通常的纵向波导厚度渐变薄模式转换器不同，本发明不采用选择外延方法，在平面衬底上通过自对准方式制作一段能量转换器即可将光场由有源区耦合到下部厚度较薄的波导中，光场经过下波导的模式变换，即可实现圆形或近圆形的远场模式。
本发明一种半导体模式转换器的利记博彩app包括以下步骤步骤1在磷化铟(InP)平面衬底上生长一层低折射率的下波导层(waveguide layer)；步骤2在波导上依次生长InP间隔层(space layer)、铟镓砷磷(InGaAsP)有源层(active layer)和InP盖层(cap layer)；步骤3在InP盖层上淀积一层介质膜(mask)；步骤4沿模式转换器的出光方向在介质膜上刻出图形，图形的长度与转换器的长度相当；步骤5采用选择腐蚀InP盖层，不腐蚀介质膜和InGaAsP有源层的腐蚀液刻蚀InP盖层，由于InP在腐蚀液中侧向的腐蚀速度较快，因此在介质膜下的InP盖层中形成一钻蚀的洞；步骤6采用选择腐蚀InGaAsP有源层，不腐蚀介质膜和InP盖层的腐蚀液刻蚀InGaAsP有源层，由于InGaAsP在钻蚀洞中的腐蚀速率较慢，因此在有源层的纵向上形成了一厚度渐变的楔形；步骤7腐蚀去掉介质膜后，重新长上InP盖层，包在InP盖层中的一段厚度渐变薄、长度较短的楔形InGaAsP有源区与InGaAsP下波导层一起构成了一个自对准方式的模式转换器。
对传输不同波长的光，采用不同组份的波导层；对于1.3微米波段的器件，波导层的荧光峰的波长＜1.2微米；对于1.55微米波段的器件，波导层的荧光峰的波长＜1.35微米。
波导层的厚度控制在0.05～0.3微米，从而实现对远场垂直方向发散角的精确控制，实现圆形或近圆形的远场图样。
间隔层的厚度控制在5纳米～0.5微米，从而实现对模式转换器耦合长度的控制；间隔层薄，耦合长度短；间隔层厚，耦合长度长。
盖层的厚度控制在0.1～2微米，从而实现对有源层楔形长度的控制。
介质膜可选用氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、或光刻胶。
采用盐酸+磷酸，比例为1～10∶1，室温下应用或盐酸+水，比例为3～12∶1，0℃下应用，这两种腐蚀液均腐蚀磷化铟，不腐蚀介质膜和铟镓砷磷，刻蚀磷化铟盖层，在盖层中形成侧向的腐蚀洞。
采用硫酸+双氧水+水，比例为2～10∶1∶1，50℃至室温使用，腐蚀液腐蚀铟镓砷磷，不腐蚀介质膜和磷化铟，刻蚀铟镓砷磷有源层，利用有源层在钻蚀洞下的腐蚀速率较慢，在有源层的纵向上形成了一厚度的楔形。
为进一步说明本发明的内容和特征，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，其中
图1是制作半导体模式转换器所采用的结构示意图；图2是模式转换器的示意图。
请参阅图1和图2，在(001)晶向的InP衬底1上，采用金属有机化合物气相外延(MOVPE)方法生长厚度在0.05～0.3微米的低折射率的波导层2(对于用在1.3微米波段的器件，波导层的荧光峰的波长＜1.2微米；应用在1.55微米波段的器件，波导层的荧光峰的波长＜1.35微米)；随后在波导层2上生长厚度大于5纳米的InP间隔层3、有源层4和厚度大于0.1微米的InP盖层5；在InP盖层5上淀积氮化硅(SiNx)、二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)或光刻胶等介质膜6；上述结构如图1所示。沿SSC出光方向(即〔110〕方向)在介质膜6上刻出宽度在30～500微米的窗口图形；采用盐酸+磷酸(比例1～10∶1，室温下应用)腐蚀液(腐蚀InP，不腐蚀介质膜和InGaAsP)或盐酸+水的(比例3～12∶1，0℃下应用)腐蚀液，刻蚀InP盖层5，由于InP在腐蚀液中的侧向腐蚀速度较快，因此在介质膜6下的InP盖层5中形成一个的钻蚀洞；采用硫酸+双氧水+水(比例2～10∶1∶1，50℃至室温使用)腐蚀液(腐蚀InGaAsP，不腐蚀介质膜和InP)刻蚀InGaAsP有源层4，由于InGaAsP在钻蚀洞下的腐蚀速率较慢，因此有源层4在纵向上形成了一厚度渐变薄的楔形4-1；去掉介质膜6后，采用MOVPE重新生长InP盖层5，则包在InP盖层5中的厚度渐变薄、长度较短的楔形InGaAsP有源区4-1与InGaAsP下波导层2一起构成了一个自对准方式的模式转换器，SSC最终的结构如图2所示。
本发明采用该方法制作的模式转换器具有以下优点1.模式转换器中的下波导厚度可以精确控制，因此远场的发散角可控；2.模式转换器的耦合长度可由下波导与有源区之间的InP间隔层的厚度控制；3.外延工艺与常规外延工艺兼容，不需特别的技术；4.有源层与下波导之间的能量转换效率高；5.自对准模式转换器的制作工艺简单；6.该模式转换器与其它与其集成的光电子器件之间的耦合效率高。
权利要求
1.一种半导体模式转换器的利记博彩app，包括以下步骤步骤1在磷化铟平面衬底上生长一层低折射率的下波导层；步骤2在波导上依次生长磷化铟间隔层、铟镓砷磷有源层和磷化铟盖层；步骤3在磷化铟盖层上淀积一层介质膜；步骤4沿模式转换器的出光方向在介质膜上刻出图形，图形的长度与转换器的长度相当；步骤5采用选择腐蚀磷化铟，不腐蚀介质膜和铟镓砷磷的腐蚀液刻蚀磷化铟盖层，由于磷化铟在腐蚀液中侧向的腐蚀速度较快，因此在介质膜下形成一钻蚀的洞；步骤6采用选择腐蚀铟镓砷磷，不腐蚀介质膜和磷化铟的腐蚀液刻蚀铟镓砷磷有源层，由于铟镓砷磷在钻蚀洞中的腐蚀速率较慢，因此有源层在纵向上形成了一厚度渐变的梯形；步骤7腐蚀去掉介质膜后，重新长上磷化铟盖层，包在磷化铟中的一段厚度渐变薄、长度较短的铟镓砷磷有源区与铟镓砷磷下波导层一起构成了一个自对准方式的模式转换器。
2.根据权利要求1所述的半导体模式转换器的利记博彩app，其特征在于对传输不同波长的光，采用不同组份的波导层；对于1.3微米波段的器件，波导层的荧光峰的波长＜1.2微米；对于1.55微米波段的器件，波导层的荧光峰的波长＜1.35微米。
3.根据权利要求1所述的半导体模式转换器的利记博彩app，其特征在于波导层的厚度控制在0.05～0.3微米，从而实现对远场垂直方向发散角的精确控制，实现圆形或近圆形的远场图样。
4.根据权利要求1所述的半导体模式转换器的利记博彩app，其特征在于间隔层的厚度控制在5纳米～0.5微米，从而实现对模式转换器耦合长度的控制；间隔层薄，耦合长度短；间隔层厚，耦合长度长。
5.根据权利要求1所述的半导体模式转换器的利记博彩app，其特征在于盖层的厚度控制在0.1～2微米，从而实现对有源层楔形长度的控制。
6.根据权利要求1所述的半导体模式转换器的利记博彩app，其特征在于介质膜可选用氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、或光刻胶。
7.根据权利要求1所述的半导体模式转换器的利记博彩app，其特征在于采用盐酸+磷酸，比例为1～10∶1，室温下应用或盐酸+水，比例为3～12∶1，0℃下应用，这两种腐蚀液均腐蚀磷化铟，不腐蚀介质膜和铟镓砷磷，刻蚀磷化铟盖层，在盖层中形成侧向的腐蚀洞。
8.根据权利要求1所述的半导体模式转换器的利记博彩app，其特征在于采用硫酸+双氧水+水，比例为2～10∶1∶1，50℃至室温使用，腐蚀液腐蚀铟镓砷磷，不腐蚀介质膜和磷化铟，刻蚀铟镓砷磷有源层，利用有源层在钻蚀洞下的腐蚀速率较慢，在有源层的纵向上形成了一厚度的楔形。
全文摘要
一种半导体模式转换器的利记博彩app,1、在磷化铟衬底上生长下波导层;2、在波导上生长磷化铟间隔层、铟镓砷磷有源层和磷化铟盖层;3、在磷化铟盖层上淀积一层介质膜;4、沿模式转换器的出光方向在介质膜上刻出图形;5、采用选择腐蚀磷化铟;6、采用选择腐蚀铟镓砷磷;7、腐蚀去掉介质膜后,重新长上磷化铟盖层,包在磷化铟中的一段厚度渐变薄、长度较短的铟镓砷磷有源区与铟镓砷磷下波导层一起构成了一个自对准方式的模式转换器。
文档编号H01L33/00GK1343030SQ0012475
公开日2002年4月3日 申请日期2000年9月13日 优先权日2000年9月13日
发明者刘国利, 王圩, 朱洪亮, 董杰 申请人:中国科学院半导体研究所