一种激光器芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光通信芯片领域，尤其涉及一种混合掩埋异质结结构电吸收调制激光器芯片及其制造方法。

背景技术

近年来伴随着5G基建、数据中心以及AI大模型等应用场景的飞速发展，大数据时代对单波通信速率的需求不断提升，这促进了包括垂直腔面发射激光器(vertical cavitysurface emitting laser，VCSEL)、分布式反馈半导体激光器(distributed feedbacklaser，DFB)、电吸收调制激光器(electro-absorptionmodulated laser，EML)等多种类型高速半导体激光器的演进发展。其中EML激光器具有结构紧凑、低频率啁啾、高调制带宽、可实现信号高速率长距离传输等特点，在光通信不同领域都拥有广阔应用前景。

掩埋异质结结构(buried-heterostructure，BH)是激光二极管(laser diode，LD)、电吸收调制激光器(electro-absorption modulated laser，EML)等光电器件中典型的波导结构。BH结构具有较大的侧向材料折射率差，能够形成强的折射率导引，从而可以对载流子和光场进行更好的限制，同时BH结构具有更好的散热特性，因此BH结构激光器具有低的阈值电流、稳定的基横模工作、对称的远场发散角以及良好的温度特性等优点。根据波导的台面高度以及对应掩埋方案的不同，BH结构又可细分为覆盖台面异质结结构(capped-mesa buried heterostructure，CMBH)与深蚀刻台面掩埋异质结结构(etched-mesaburied heterostructure，EMBH)两种。CMBH结构能够实现更好的电隔离效果和更低的电阻有利于更高出光功率，EMBH结构具有更小的寄生电容有利于更高调制速率。BH EML激光器中分布反馈式(DFB)部分为出光作用，电吸收调制器(EAM)部分为高速调制作用。当前，两者均采用相同的BH结构(CMBH或者EMBH)，不能根据各自特点选用最佳结构，这就限制了EML芯片整体性能的进一步提升。

此外，EML激光器通常是端面出光。由于有源区横向和纵向材料等效折射率的不对称，导致出光端面的光场分布不对称且光场面积小，表现为光束具有较大的远场发散角且光斑形状不对称，这会导致后续的光纤耦合效率较低。这就需要采用昂贵的透镜来改善光束耦合效果，从而导致封装成本大幅增加。为了提升光束耦合效果，可以通过在出光端面增加模斑转换器(spot size converter，SSC)。为了有效降低垂直方向光束发散角，SSC需要具有非常厚的波导层(＞3um)。然而，基于EML所选择的工艺路线，综合考虑到制造成本问题，业界通常选择较薄的SSC波导层，这必然会一定程度影响SSC的模斑转换效果。

发明内容

本发明提出了一种激光器芯片及其制造方法，旨在解决现有技术中存在的上述问题。

一方面，本发明提供一种激光器芯片的制造方法，其特征在于：步骤1，在磷化铟衬底上生长DFB外延层；步骤2，DFB区域由介质膜覆盖保护，对DFB区域以外的区域刻蚀出EAM区域；步骤3，在被刻蚀区域生长EAM外延层，将DFB外延层与EAM外延层连接；步骤4，制备DFB光栅；步骤5，制备MESA(平顶)浅台面，浅台面在DFB，EAM及SSC区域具有不同宽度；步骤6，生长电流阻挡掩埋层。保留DFB和EAM区域浅台面表面保护介质膜，去除SSC区域的介质膜，在浅台面两侧生长电流阻挡掩埋层；步骤7，去除DFB与EAM区域的介质膜，在所有区域生长波导上覆盖层与接触层；步骤8，去除SSC区域接触层；步骤9，在EAM光波导区域刻蚀EAM深波导台面，深波导台面刻蚀穿过所有EAM有源层材料；步骤10，去除SSC区域的刻蚀掩模，保留DFB与EAM区域的刻蚀掩模；步骤11，在EAM深刻蚀波导台面两侧和SSC区域生长半绝缘(semi-insulating blocking，SI blocking)电流阻挡掩埋层。

优选的，在所述步骤1中，所述DFB外延层包括下波导层、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构、和上波导层。

优选的，在所述步骤3中，所述EAM外延层包括下波导层、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构、上波导层。

优选的，在所述步骤5中，所述DFB区域的浅台面定义DFB区域的实际波导宽度，所述EAM区域浅台面宽度大于实际波导宽度，所述SSC区域的浅台面宽度直接定义此区域的波导宽度，所述SSC区域的浅台面宽度可根据实际SSC的设计而定。

优选的，在所述步骤6中，所述电流阻挡层采用P-N blocking电流阻挡掩埋层、或者采用半绝缘(semi-insulating blocking，SI blocking)电流阻挡掩埋层。

优选的，所述P-N blocking电流阻挡掩埋层的P型掩埋层掺杂元素为Mg掺杂，或者所述P-N blocking电流阻挡掩埋层采用P-N-SI掩埋结构、或者在所述P-N blocking电流阻挡掩埋层与光波导侧壁之间插入扩散阻挡层。

优选的，所述半绝缘(semi-insulating blocking，SI blocking)电流阻挡掩埋层的掺杂元素为Ru掺杂、或者所述半绝缘(semi-insulating blocking，SI blocking)电流阻挡掩埋层的掺杂元素为Fe/Zn共掺杂、或者在所述半绝缘(semi-insulating blocking，SIblocking)电流阻挡掩埋层与光波导侧壁之间插入宽禁带层、或者控制光波导顶部两侧的掩埋层形貌以实现更窄的空穴注入通道。

优选的，在所述步骤6中，SSC区域的掩埋层生长包覆整个浅台面，形成SSC区域的波导上覆盖层，并形成SSC波导。

优选的，在所述步骤11中，所述半绝缘(semi-insulating blocking，SIblocking)电流阻挡掩埋层有较宽的厚度范围，所述掩埋层厚度可以和深波导台面平齐、也可以高于深波导顶部平面。

另一方面，本发明还提供一种激光器芯片，其特征在于：所述激光器芯片包括DFB区域、EAM区域和SSC区域；所述DFB区域为浅台面掩埋CMBH波导结构，波导两侧采用P-Nblocking或者半绝缘(semi-insulating blocking，SI blocking)电流阻挡掩埋层；所述EAM区域为深台面掩埋EMBH波导结构，深刻蚀波导台面两侧采用半绝缘(semi-insulatingblocking，SI blocking)电流阻挡掩埋层；所述SSC区域经过多次外延再生长，具有较厚的波导上覆盖层。

优选的，所述EAM区域深波导台面两侧的所述半绝缘(semi-insulatingblocking，SI blocking)电流阻挡掩埋层有较宽的厚度范围，掩埋层厚度可以与深波导台面平齐、也可以高于深波导台面。

优选的，所述SSC结构为EAM端面对接生长无源波导层，且为宽度渐变的taper波导。

优选的，所述SSC结构为EAM端面对接生长CMBH掩埋层、InP波导上覆盖层、EMBH半绝缘(SI)掩埋层等多层材料，为无波导的窗口结构。

优选的，所述SSC结构具有渐变taper形状的EAM光波导，无需刻蚀EAM材料，无需新增对接界面。

优选的，所述SSC结构的渐变taper波导可以延伸至出光端面，或者所述SSC结构的渐变taper波导未延伸至出光端面，在出光口附近为无波导的窗口结构。

本发明目的在于提供一种新的激光器芯片及其制造方法，使DFB与EAM分别具有最佳的混合BH结构，同时基于所发明的EML工艺路线获得厚波导层SSC，从而实现最优的光束发散角。本发明制造工艺简单稳定，可以进一步提升EML激光器的整体性能，实现更高带宽、更宽工作温度、更小光束发散角，同时有效降低了激光器制造成本与客户封装成本。

本发明中DFB部分采用MESA浅台面掩埋CMBH结构，使得其具有更好的电隔离特性、更低的金属电极接触电阻与宽温工作特性；EAM部分采用半绝缘(SI)掩埋深刻蚀波导的EMBH结构使得其具有更低的寄生电容与更好的高频特性。这一独特的混合BH掩埋结构使得EML激光器具有更优异的综合性能。同时，SSC区域采用宽度渐变taper波导或无波导窗口结构，可以在更短的长度实现光场模式大小转换，使得SSC方案更加简单易于制造。SSC结构经由CMBH掩埋层、InP上波导覆盖层、EMBH半绝缘(SI)掩埋层等多次生长自然形成较厚的上波导层覆盖层从而有利于实现更大的光场模斑。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。

图1a为本发明实施例一的DFB/EAM/SSC单片集成混合BH EML的俯视平面图；

图1b为本发明的图1a沿波导方向AA`位置处的剖面图；

图2a为本发明图1a中DFB沿BB`位置的剖面图；

图2b为本发明图1a中EAM沿CC`位置的剖面图；

图3为本发明实施例一生长DFB外延层后沿图1a中AA`位置的剖面图；

图4为本发明实施例一刻蚀出EAM区域后沿图1a中AA`位置的剖面图；

图5为本发明实施例一生长EAM外延层后沿图1a中AA`位置的剖面图；

图6为本发明实施例一生长无源层后沿图1a中AA`位置的剖面图；

图7为本发明实施例一制备DFB光栅后沿图1a中AA`位置的剖面图；

图8a、图8b、图8c为本发明实施例一制备MESA浅台面后DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图9a、图9b、图9c为本发明实施例一生长电流阻挡层后DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图10a、图10b、图10c为本发明实施例一生长上覆盖层与接触层后DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图11a、图11b、图11c为本发明实施例一刻蚀EAM深波导台面后DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图12a、图12b、或图12c为本发明实施例一生长SI blocking掩埋层后DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图之一；

图13a、图13b、或图13c为本发明实施例一生长SI blocking掩埋层后DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图之二；

图14a为本发明实施例二的DFB/EAM/SSC单片集成混合BH EML的俯视平面图；

图14b为本发明的图14a沿波导方向AA`位置处的剖面图；

图15a为本发明图14a中DFB沿BB`位置的剖面图；

图15b为本发明图14a中EAM沿CC`位置的剖面图；

图16为本发明实施例二生长DFB外延层后沿图14a中AA`位置的剖面图；

图17为本发明实施例二刻蚀出EAM区域后沿图14a中AA`位置的剖面图；

图18为本发明实施例二生长EAM外延层后沿图14a中AA`位置的剖面图；

图19为本发明实施例二制备DFB光栅后沿图14a中AA`位置的剖面图；

图20a、图20b、图20c为本发明实施例二制备MESA浅台面后DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图21a、图21b、图21c为本发明实施例二生长电流阻挡层后DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图22a、图22b、图22c为本发明实施例二生长上覆盖层与接触层后DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图23a、图23b、图23c为本发明实施例二刻蚀EAM深波导台面后DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图24a、图24b、或图24c为本发明实施例二生长SI blocking掩埋层后DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图之一；

图25a、图25b、或图25c为本发明实施例二生长SI blocking掩埋层后DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图之二；

图26a为本发明实施例三的DFB/EAM/SSC单片集成混合BH EML的俯视平面图；

图26b为本发明的图26a沿波导方向AA`位置处的剖面图；

图27a为本发明图26a中DFB沿BB`位置的剖面图；

图27b为本发明图26a中EAM沿CC`位置的剖面图；

图28为本发明实施例三生长DFB外延层后沿图26a中AA`位置的剖面图；

图29为本发明实施例三刻蚀出EAM区域后沿图26a中AA`位置的剖面图；

图30为本发明实施例三生长EAM外延层后沿图26a中AA`位置的剖面图；

图31为本发明实施例三制备DFB光栅后沿图26a中AA`位置的剖面图；

图32a、图32b、图32c为本发明实施例三制备MESA浅台面后DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图33a、图33b、图33c为本发明实施例三生长电流阻挡层后DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图34a、图34b、图34c为本发明实施例三生长上覆盖层与接触层后DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图35a、图35b、图35c为本发明实施例三刻蚀EAM深波导台面后DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图；

图36a、图36b、图36c为本发明实施例三生长SI blocking掩埋层后DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图之一；

图37a、图37b、图37c为本发明实施例三生长SI blocking掩埋层后DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图之二。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的构思或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

BH EML激光器中DFB部分工作时产生单模连续光输出，EAM部分则对DFB的光输出进行高速调制。EML激光器的DFB与EAM两部分均采用相同的BH结构(CMBH结构或者EMBH结构)，不能根据各自特点选用最佳结构，这就限制了EML芯片整体性能的进一步提升。

此外，EML激光器产生的调制光输出经由端面出光，由于有源区波导尺寸设计及周围材料折射率在水平和垂直方向上的分布差异，导致在输出端面的光场分布不对称且光场面积较小，表现为光束具有较大的远场发散角且光斑形状不对称，这会导致后续的光纤耦合效率较低，需要采用昂贵的透镜来改善光束耦合效果，从而导致封装成本大幅增加。为了提升耦光效果，当前主流方案是在出光端面增加模斑转换器(spot size converter，SSC)，形成DFB/EAM/SSC的单片集成EML，从而有效降低水平与垂直两个方向的光束发散角。

SSC存在不同的技术路线，比如水平方向波导宽度渐变的锥形结构(taper)，或者垂直方向波导层厚度渐变锥形结构(taper)，或者两者相结合的锥形(taper)方式。比如双波导结构，有源区光场通过第一波导宽度的taper将其挤压到下方第二波导层中，依靠第二波导层实现光斑尺寸转换；比如有源区出光端面通过butt-joint方式对接生长无源波导层，无源波导层中无需制备波导图形，使光场在其中自由传播实现更大的近场尺寸。

然而，这些SSC技术方案都存在各自的技术难点，比如垂直方向波导层厚度taper难以实现整片一致性、多批次稳定性的工艺控制；比如双波导结构中第二波导层会导致激光器性能发生一定程度的劣化；比如对接生长无源波导层，需要较厚的波导层来实现光场的传输放大，常规的激光器制造工艺很难满足此厚度需求，这必然会影响到SSC的模斑转换效果。另外，SSC技术方案中新增的对接界面也会存在界面反射、材料缺陷等潜在风险。

为解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种激光器及其制造方法，以提升激光器的综合性能。

在磷化铟(InP)衬底上：

步骤1，生长DFB外延层。DFB外延层主要包括下波导层、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构、上波导层等。上述各层材料可以在InGaAsP、InGaAlAs、InAlAs、InGaAs、InP等多种材料中选择。优选的，下波导层为N型掺杂，掺杂元素可以是Si、S、Sn等。优选的，上波导层为P型掺杂，掺杂元素可以是Zn、Mg等。

步骤2，刻蚀出EAM区域。DFB外延层完成后，取出外延片进行一系列工艺加工。DFB区域由介质膜(SiO2或者SiNx)覆盖保护，利用干法刻蚀或湿法腐蚀，或两者结合的方式对DFB区域以外的区域进行刻蚀。

步骤3，生长EAM外延层。在被刻蚀区域生长EAM外延层。EAM外延层主要包括下波导层、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构、上波导层等，上述各层材料可以有InGaAsP、InGaAlAs、InAlAs、InGaAs、InP等多种不同选择材料。下波导层为N型掺杂，掺杂元素可以是Si、S、Sn等。上波导层为P型掺杂，掺杂元素可以是Zn、Mg等。采用butt-joint外延对接技术将DFB外延层与EAM外延层连接起来

步骤4，制备DFB光栅。DFB光栅类型可以有均匀光栅、相移光栅以及CPM(Corrugation Pitch Modulated)光栅等不同类型。DFB光栅制造工艺可以采用电子束光刻或者全息光刻技术。

步骤5，制备MESA浅台面。利用干法刻蚀或湿法腐蚀，或两者结合的方式制备MESA浅台面。浅台面在DFB，EAM及SSC区域具有不同宽度。DFB区域的浅台面定义DFB区域的实际波导宽度。EAM区域浅台面宽度大于实际波导宽度，为后续定义EAM波导工艺留有空间。SSC区域的浅台面宽度直接定义此区域的波导宽度，其宽度可根据实际SSC的设计而定。

步骤6，生长电流阻挡层。保留DFB和EAM区域浅台面表面保护介质膜，去除SSC区域的介质膜，在浅台面两侧生长电流阻挡层。电流阻挡层可为P-Nblocking阻挡掩埋层，也可以采用半绝缘(semi-insulating，SI)blocking阻挡层。在SSC区域，掩埋层生长将包覆整个浅台面，从而形成SSC区域的第一次波导上覆盖层，并形成SSC波导。

为减少P-N blocking电流阻挡层的漏电通道，可对其结构进行一系列优化。优选的，将P型掩埋层掺杂元素由典型的Zn掺杂改为Mg掺杂以减少扩散，或者采用P-N-SI掩埋结构、或者在P-N blocking与光波导侧壁之间插入扩散阻挡层等。

同样，为了减少半绝缘(SI)电流阻挡层的漏电通道，可对其结构进行一系列优化。优选的，将半绝缘(SI)掩埋层掺杂元素由典型的Fe掺杂改为Ru掺杂或者改为Fe/Zn共掺杂、或者在半绝缘(SI)blocking与光波导侧壁之间插入宽禁带层(InP/InGaP等)、或者控制光波导顶部两侧的掩埋层形貌实现更窄的空穴注入通道等。

步骤7，生长上覆盖层(upper cladding)与接触层。去除DFB与EAM区域的介质膜，在所有区域生长波导上覆盖层与接触层，本次在SSC区域生长的材料作为其第二次波导上覆盖层生长。上述各层材料可以有InGaAsP、InGaAs、InP等多种不同选择，接触层通常选择高掺杂的InGaAs材料。

步骤8，去除SSC区域接触层。在SSC区域通过光刻、干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺，去除前道工序所沉积的接触层。

步骤9，刻蚀EAM深波导台面。在EAM光波导区域利用干法刻蚀或湿法腐蚀、或两者结合的方式刻蚀EAM深波导台面，深波导台面将刻蚀穿过所有EAM有源层材料。

步骤10，去除SSC区域的刻蚀掩模，保留DFB与EAM区域的刻蚀掩模。

步骤11，生长半绝缘(semi-insulating blocking，SI blocking)电流阻挡掩埋层。在EAM深刻蚀波导台面两侧与SSC区域生长半绝缘(semi-insulating blocking，SIblocking)电流阻挡掩埋层，本次在S SC区域生长的材料作为其第三次波导上覆盖层生长。本次半绝缘掩埋层有较宽的厚度范围，掩埋层厚度可以和深波导台面平齐，也可以高于深波导顶部平面。SSC区域经过多次生长可自然的获得较厚波导上覆盖层。

经过以上工艺步骤，DFB区域形成CMBH掩埋波导结构，EAM区域形成EMBH掩埋波导结构，SSC区域形成有宽度渐变的taper波导形貌或者无波导形貌的出光结构，这就得到了具有混合BH结构与SSC单片集成EML的完整外延结构的激光器芯片晶圆。

实施例一

在实施例1中，图1a为DFB/EAM/SSC单片集成BHEML的俯视平面图，图1b为其沿波导方向AA`位置处的剖面图。图1a中DFB/EAM沿BB`/CC`位置的剖面图分别如图2a或图2b所示。DFB为图2a所示的CMBH结构，EAM为图2b所示的EMBH结构。其具体工艺流程如下：

在N型磷化铟(InP)衬底10上：

步骤1.1，生长DFB外延层。DFB外延层主要包括下波导层20、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构30、上波导层40等。此时，沿图1a中AA`位置的剖面图如图3所示。

步骤1.2，刻蚀出EAM区域。DFB外延层生长完成后，取出外延片进行一系列工艺加工，首先DFB区域由SiO2介质膜100覆盖保护，利用干法刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式对DFB区域以外的区域进行刻蚀。此时，沿图1a中AA`位置的剖面图如图4所示。

步骤1.3.1，生长EAM外延层。在被刻蚀区域生长EAM外延层。DFB区域因有介质膜覆盖无外延层沉积。EAM材料层主要包括下波导层21、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构31、上波导层41等。外延生长前采用稀释的HF溶液清洗外延片，以减少DFB材料与EAM材料butt-joint界面的缺陷密度，提高激光器性能与可靠性。此时，沿图1a中AA`位置的剖面图如图5所示。

步骤1.3.2，生长无源层。刻蚀掉SSC位置处的EAM外延层材料，生长无源层，主要包括下波导层22、无源波导层32、上波导层42等。此时，沿图1a中AA`位置的剖面图如图6所示。

步骤1.4，采用电子束光刻制备DFB光栅。此时，沿图1a中AA`位置的剖面图如图7所示。

步骤1.5，制备MESA浅台面。其中，DFB部分的浅台面宽度较窄(1um-3um)，直接定义该区域的光波导宽度。EAM部分的浅台面宽度较宽(＞3um)，SSC部分的浅台面具有渐变宽度taper形状，渐变taper波导延伸至出光端面。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图8a、图8b、图8c所示。

步骤1.6，生长电流阻挡层。保留DFB和EAM区域浅台面表面保护介质膜100，去除SSC区域的介质膜100，在浅台面两侧生长P-N blocking电流阻挡掩埋层51/52，在SSC全部区域生长的掩埋层作为其波导上覆盖层。P-Nblocking电流阻挡层相比半绝缘(SI)blocking电流阻挡层具有更好的电隔离效果。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图9a、图9b、图9c所示。

步骤1.7，生长上覆盖层与接触层。去除DFB与EAM区域的介质膜100，在所有区域生长掺Zn的P型InP波导上覆盖层50与InGaAs接触层60，DFB区域形成CMBH波导。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图10a、图10b、图10c所示。

步骤1.8，去除SSC区域接触层。在SSC区域通过光刻、干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺，去除前道工序所沉积的接触层。

步骤1.9，刻蚀EAM深波导台面。在EAM浅台面区域刻蚀出最终的深波导台面图案。优选的，波导宽度1um-3um，深波导台面刻蚀穿过EAM区域所有外延层材料。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图11a、图11b、图11c所示。

步骤1.10，去除SSC区域的刻蚀掩模，保留DFB与EAM区域的刻蚀掩模。

步骤1.11，生长半绝缘(SI)blocking掩埋层。在EAM深刻蚀波导台面两侧与SSC区域生长半绝缘(SI)blocking掩埋层53，掩埋层生长厚度可以高于深刻蚀波导台面。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图12a、图12b、或图12c所示。出于生产成本考虑，此掩埋层也可以只把深波导周围两侧长平即可。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图1a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图13a、图13b、图13c所示。

SSC区域经过多次外延生长可自然获得较厚的波导上覆盖层。SSC区域随着渐变taper波导宽度变窄，光模场将逐渐变大，较厚的SSC波导上覆盖层可以允许更大的光模场大小，从而实现模斑转换。此时EAM区域形成EMBH波导，结合DFB区域的CMBH波导，就得到具有混合BH掩埋结构与SSC单片集成EML的完整外延结构晶圆。

步骤1.12，后续工艺。在晶圆表面沉积一层介质膜，之后再去除DFB区域与EAM区域光波导表面的介质膜，露出InGaAs接触层60，然后在InGaAs接触层60与介质膜上方形成P型金属电极层90。之后将InP衬底10背面减薄抛光至90～150μm，镀上N型金属电极层91。晶圆经过切割后在有出光一端镀上抗反射镀膜层，另一端镀上高反射镀膜层。

至此，工艺完成，得到改善性能的混合BH掩埋结构激光器芯片。该芯片结构如图1a、图1b所示。

实施例二

在实施例1中，SSC区域采用了对接无源波导方案，增加了外延生长成本。在本实施例2中，SSC区域刻蚀去掉EAM材料后，无需生长无源波导层，这就降低了外延复杂度。

图14a为本实施例2的DFB/EAM/SSC单片集成EML的俯视平面图，图14b为其沿波导方向AA`位置处的剖面图。图14a中DFB/EAM分别沿BB`/CC`位置的剖面图如图15所示，DFB为如图15a所示的CMBH结构，EAM为如图15b所示的EMBH结构。其具体工艺流程如下：

在N型磷化铟(InP)衬底10上：

步骤2.1，生长DFB外延层。DFB外延层主要包括下波导层20、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构30、上波导层40等。此时，沿图14a中AA`位置的剖面图如图16所示

步骤2.2，刻蚀出EAM区域。DFB外延完成后，取出外延片进行一系列工艺加工。DFB区域由SiO2介质膜100覆盖保护，利用干法刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式对DFB区域以外的区域进行刻蚀。此时，沿图14a中AA`位置的剖面图如图17所示。

步骤2.3，生长EAM外延层。在被刻蚀区域生长EAM外延层，DFB区域有介质膜覆盖无外延层沉积。EAM外延层主要包括下波导层21、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构31、上波导层41等。外延层生长前采用稀释的HF溶液清洗外延片，以减少DFB材料与EAM材料butt-joint界面的缺陷密度，提高激光器性能与可靠性。此时，沿图14a中AA`位置的剖面图如图18所示。

步骤2.4，采用电子束光刻制备DFB光栅。此时，沿图14a中AA`位置的剖面图如图19所示。

步骤2.5，制备MESA浅台面。其中DFB部分的浅台面宽度较窄(1um-3um)，直接定义该区域的光波导宽度，EAM部分的浅台面宽度较宽(＞3um)，SSC区域则整体刻蚀无需制备波导图案。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图20a、图20b、和图20c所示。

步骤2.6，生长电流阻挡层。保留DFB和EAM区域浅台面表面保护介质膜100，在浅台面两侧生长P-N blocking电流阻挡掩埋层51/52，在SSC全部区域生长掩埋层作为其出光窗口。P-N blocking电流阻挡层相比半绝缘(SI)blocking电流阻挡层具有更好的电隔离效果。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图21a、图21b、图21c所示。

步骤2.7，生长上覆盖层与接触层。去除DFB与EAM区域的介质膜100，在所有区域生长掺Zn的P型InP波导上覆盖层50与InGaAs接触层60，DFB区域形成CMBH波导。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图22a、图22b、图22c所示。

步骤2.8，去除SSC区域接触层。SSC区域通过光刻、干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺，去除前道工序所沉积的接触层。

步骤2.9，刻蚀EAM深波导台面。在EAM浅台面区域刻蚀出最终的深波导台面图案(波导宽度1um-3um)，深波导台面刻蚀穿过EAM区域所有外延层材料。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图23a、图23b、图23c所示。

步骤2.10，去除SSC区域的刻蚀掩模，保留DFB与EAM区域的刻蚀掩模。

步骤2.11，生长半绝缘(SI)blocking掩埋层。在EAM深刻蚀波导台面两侧与SSC区域生长半绝缘(SI)blocking掩埋层53，掩埋层生长厚度可以高于深刻蚀波导台面。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图24a所示、图24b所示、图24c所示。出于生产成本考虑，此掩埋层也可以只把深波导两侧长平即可。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图14a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图25a、图25b、图25c所示。

SSC区域经过多次外延生长可自然获得较厚的波导上覆盖层。光场进入到SSC区域中，在出光窗口中传播，光模场将逐渐变大，较厚的SSC波导上覆盖层可以允许更大的光模场大小，从而实现模斑转换。此时EAM区域形成EMBH波导，结合DFB区域的CMBH波导，就得到具有混合BH掩埋结构与SSC单片集成EML的完整外延结构晶圆。

步骤2.12，后续工艺。在晶圆表面沉积一层介质膜，之后再去除DFB区域与EAM区域光波导表面的介质膜，露出InGaAs接触层60，然后在InGaAs接触层60与介质膜上方形成P型金属电极层90。之后将InP衬底10背面减薄抛光至90～150μm，镀上N型金属电极层91。晶圆经过切割后在有出光一端镀上抗反射镀膜层，另一端镀上高反射镀膜层。

至此，工艺完成，得到改善性能的混合BH掩埋结构激光器芯片。该芯片结构如图14a、图14b所示。

实施例三

在实施例1与实施例2中SSC区域都采用了对接方案，新增的对接界面带来潜在的界面反射等风险。

在本实施例3中，SSC区域无需刻蚀EAM材料，因此避免了新增对接界面，降低了激光器的潜在界面反射等风险。图26a为本实施例3的DFB/EAM/SSC单片集成EML的俯视平面图，图26b为其沿波导方向AA`位置处的剖面图。图27所示为图26a中DFB/EAM分别沿BB`/CC`位置的剖面图，DFB为图27a所示的CMBH结构，EAM为图27b所示的EMBH结构。其具体工艺流程如下：

在N型磷化铟(InP)衬底10上：

步骤3.1，生长DFB外延层。DFB外延层主要包括下波导层20、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构30、上波导层40等。此时，沿图26a中AA`位置的剖面图如图28所示。

步骤3.2，刻蚀出EAM区域。DFB外延完成后，取出外延片进行一系列工艺加工.DFB区域由SiO2介质膜100覆盖保护，利用干法刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式对DFB区域以外的区域进行刻蚀。此时，沿图26a中AA`位置的剖面图如图29所示。

步骤3.3，生长EAM外延层。在被刻蚀区域生长EAM外延层，DFB区域有介质膜覆盖无外延层沉积。EAM外延层主要包括下波导层21、由量子阱与势垒层组成的多量子阱有源区结构31、上波导层41等。外延层生长前采用稀释的HF溶液清洗外延片，以减少DFB材料与EAM材料butt-joint界面的缺陷密度，提高激光器性能与可靠性。此时，沿图26a中AA`位置的剖面图如图30所示。

步骤3.4，采用电子束光刻制备DFB光栅。此时，沿图26a中AA`位置的剖面图如图31所示。

步骤3.5，制备MESA浅台面。其中DFB部分的浅台面宽度较窄(1um-3um)，直接定义该区域的光波导宽度。EAM部分的浅台面宽度较宽(＞3um)，SSC部分的浅台面具有渐变宽度taper形状，渐变taper波导未延伸至出光端面，在出光口附近为无波导的窗口结构。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图32a、图32b、图32c所示。

步骤3.6，生长电流阻挡层。保留DFB和EAM区域浅台面表面保护介质膜100，去除SSC渐变光波导上方的介质膜100，在浅台面两侧生长P-Nblocking电流阻挡掩埋层51/52，在SSC全部区域生长掩埋层作为其波导上覆盖层。P-N blocking电流阻挡层相比半绝缘(SI)blocking电流阻挡层具有更好的电隔离效果。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图33a、图33b、图33c所示。

步骤3.7，生长上覆盖层与接触层。去除DFB与EAM区域的介质膜100，在所有区域生长掺Zn的P型InP波导上覆盖层50与InGaAs接触层60，DFB区域形成CMBH波导。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图34a、图34b、图34c所示。

步骤3.8，去除SSC区域接触层。SSC区域通过光刻、干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺，去除前道工序所沉积的接触层。

步骤3.9，刻蚀EAM深波导台面。在EAM浅台面区域刻蚀出最终的深波导台面图案(波导宽度1um-3um)，深波导台面刻蚀穿过EAM区域所有外延层材料。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图35a、图35b、图35c所示。

步骤3.10，去除SSC区域的刻蚀掩模，保留DFB与EAM区域的刻蚀掩模。

步骤3.11，生长半绝缘(SI)blocking掩埋层。在EAM深刻蚀波导台面两侧与SSC区域生长半绝缘(SI)blocking掩埋层53，掩埋层生长厚度可以高于深刻蚀波导台面。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图36a、图36b、图36c所示。出于生产成本考虑，此掩埋层也可以只把深波导两侧长平即可。此时，DFB、EAM、SSC区域沿图26a中BB`/CC`/DD`位置的剖面图分别如图37a、图37b、图37c所示。

SSC区域经过多次外延生长可自然获得较厚的波导层上覆盖层。SSC区域随着渐变taper宽度变窄，光模场逐渐变大，较厚的SSC波导层可以允许更大的光模场大小，从而实现模斑转换。此时EAM区域形成EMBH波导，结合DFB区域的CMBH波导，就得到具有混合BH结构与SSC单片集成EML的完整外延结构晶圆。

步骤3.12，后续工艺。在晶圆表面沉积一层介质膜，之后再去除DFB区域与EAM区域光波导表面的介质膜，露出InGaAs接触层60，然后在InGaAs接触层60与介质膜上方形成P型金属电极层90。之后将InP衬底10背面减薄抛光至90～150μm，镀上N型金属电极层91。晶圆经过切割后在有出光一端镀上抗反射镀膜层，另一端镀上高反射镀膜层。

至此，工艺完成，得到改善性能的混合BH掩埋结构激光器芯片。该芯片结构如图26a、图26b所示。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。