论文部分内容阅读
光电子技术和光电子器件是现代信息的基础技术与基础设施，广泛应用于通信网络，新能源，医疗器械，信息存储等方面。特别是直接调制的高速1.3μm半导体激光器在光纤通讯方面起着非常重要的作用。本文主要研究设计了基于InP衬底的InGaAsP(1310nm)半导体激光器与背光探测器(Monitoring photo-diode，MPD)的单片集成。采用了深、浅刻蚀的两种工艺，引入了10μm的隔离槽将半导体激光器与背光探测器集成一体。研究比较了半导体激光器与背光探测器相同比例(5∶1)下几种不同腔长、不同吸收区长度下器件的特性。浅刻蚀下设计了300μm+60μm、400μm+80μm、500μm+100μm的结构;深刻蚀下设计了400μm+80μm、500μm+100μm的结构。分析了浅刻蚀下300μm、400μm、500μm腔长的激光器与背光探测器的集成性能特性。其得到在阈值电流处三种腔长的激光器结构都有一个阈值跃变，并且阈值电流都很大，分别达到52mA，42mA，32mA。探测端的暗电流也在微安量级，通过测试分析了Ⅰ-Ⅴ特性，拟合得到的串扰电阻才20欧姆左右。 深刻蚀下采用氢气和甲烷在隔离区进一步刻蚀，制作了400μm、500μm腔长结构的集成芯片。实验结果表明，在阈值电流处的跃变都消除了，并且阈值电流都降低了分别为20.01mA，17.62mA，并且斜率效率在阈值电流后特别稳定，分别为0.112mA/mW和0.136mA/mW。出光功率在连续电流下可达9mW和11mW。激光器呈现完好的激射模式。探测端测得暗电流都在百纳暗以内，分别为0.02μA，0.05μA。并在激光器激射后采取多个点测得其光电流，得到较好的线性相应。 本文还介绍了半导体工艺的主要流程，包括解离，镀胶，光刻，清洗，腐蚀，等离子刻蚀(Reactive Ion etching，RIE)，P/N镀金，镀膜，减薄，解个等。由于半导体制作工艺复杂繁多，每一个细小的步骤都会对器件的性能造成影响，所以工艺的精确在很大程度上决定着器件性能的好坏。对本文研究的光电集成器件，由于同时需要获得稳定的半导体激光器输出，并利用背光探测器监测激光器性能，工艺精度显得尤为重要。