[发明专利]一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种单片集成的平衡探测器芯片，其特征在于，包括N-InP衬底、分别设置于N-InP衬底上的激光器外延结构与探测器外延结构、以及设置于激光器外延结构与探测器外延结构相邻区域的电隔离层。

2.根据权利要求1所述的一种单片集成的平衡探测器芯片，其特征在于，所述激光器外延结构自下而上依次包括第一N-InP缓冲层、无掺杂InGaAsP下波导层、InGaAsP压应变多量子阱、无掺杂InGaAsP上波导层、第一P-InP间隔层、P-InGaAsP腐蚀停止层、第二P-InP间隔层、激光器区域P-InGaAsP光栅、第一P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层以及P-InGaAs重掺杂层。

3.根据权利要求1所述的一种单片集成的平衡探测器芯片，其特征在于，所述探测器外延结构自下而上依次包括第二N-InP缓冲层、N-InP空间层、非掺杂InGaAsP吸收层、第二P-InP空间层以及P-InGaAs欧姆接触层。

4.根据权利要求1所述的一种单片集成的平衡探测器芯片，其特征在于，所述电隔离层采用填充的BCB胶。

5.一种基于权利要求1-4任一条所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：在衬底上生长InGaAsP应变量子阱外延结构；

步骤S2：在InGaAsP应变量子阱外延结构上制备局部光栅，并完成光栅的掩埋再生长，进而完成激光器结构的外延生长；

步骤S3：在激光器外延结构的表面生长SiO₂层，形成选择生长区域，在选择生长区域生长探测器结构，完成外延生长；

步骤S4：对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀形成电隔离，并制备包括波导结构、P面金属在内的结构，完成芯片的制备。

6.根据权利要求5所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S1具体为：在N-InP衬底上依次生长第一N-InP缓冲层、无掺杂InGaAsP下波导层、InGaAsP压应变多量子阱、无掺杂InGaAsP上波导层、第一P-InP间隔层、P-InGaAsP腐蚀停止层、第二P-InP间隔层、P-InGaAsP光栅层，完成基片外延结构生长。

7.根据权利要求6所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S2具体为：在基片外延结构上通过光刻和全息曝光的方法去除激光器以外区域的光栅结构，并在溴素系溶液里低温搅拌腐蚀形成均匀光栅，并接着生长第一P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层和P-InGaAs重掺杂层，完成激光器结构的外延生长。

8.根据权利要求5所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S3具体为：在激光器外延结构表面通过PECVD生长SiO₂，通过包括光刻、腐蚀在内的方法去除生长区域表面的SiO₂，并通过RIE刻蚀将生长区域的激光器外延结构刻蚀至衬底，采用溴素系腐蚀液对刻蚀表面进行腐蚀修复；在选择区域生长前，将片子放到外延炉中进行630℃、10min的烘烤，去除片子表面脏污，并使表面发生质量输运，改善片子表面生长质量；接着在选择生长区域生长探测器外延结构。

9.根据权利要求8所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述生长探测器外延结构具体为：自下而上依次生长第二N-InP缓冲层、N-InP空间层、非掺杂InGaAsP吸收层、第二P-InP空间层、P-InGaAs欧姆接触层，完成探测器结构生长。

10.根据权利要求5所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，其特征在于，步骤S4具体为：通过RIE对激光器和探测器相邻区域进行刻蚀，刻蚀至衬底，并采用溴素系腐蚀液进行腐蚀修复，接着采用PECVD沉积SiO₂，通过包括光刻、刻蚀、腐蚀在内的方法形成激光器脊型波导和2×2结构的MMI波导；去除SiO₂，PECVD再沉积SiO₂钝化层，并通过包括光刻，刻蚀、腐蚀在内的方法在激光器脊型波导、MMI波导和探测器表面进行开孔，通过电子束蒸发沉积P面金属，并对激光器和探测器相邻刻蚀区域进行BCB填充进一步改善电隔离特性，接着进行减薄和N面金属工艺，并通过合金形成欧姆接触；解离成bar条，并对两端的腔面进行高反和高透光学膜的蒸镀，完成芯片的制备。