[发明专利]一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法，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。本发明在InP衬底上实现了激光光源、MMI波导、探测器的单片集成，可以实现对MMI输出端干涉光纤的监控和调控，同时单片集成减小了器件整体的体积和封装成本，有利于进一步的集成化。

技术领域

本发明涉及光源和探测技术领域，特别是一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法。

背景技术

在相干探测中，本振激光器的相对强度噪声、光电二极管的散粒噪声、电路的热噪声等对相干解调灵敏度的影响仍然无法解除；采用平衡探测器的相干探测技术，比通常的直接探测技术光探测器的接收灵敏度高约20dB，显著消除了接收机噪声和电子线路噪声对微弱光信号检测的影响。

目前，国内还未有成型的InP基平衡探测芯片；而且国外相关的报道也主要集中在波导和探测器的集成。本发明在已有的基础上，进一步进行集成，实现单片上光源、波导和探测器的集成，有效降低了整体器件的体积和封装成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种单片集成的平衡探测器芯片及其制备方法，在InP衬底上实现了激光光源、MMI波导、探测器的单片集成，减小了器件整体的体积和封装成本，有利于进一步的集成化。

本发明采用以下方案实现：一种单片集成的平衡探测器芯片，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，所述电隔离层采用填充的BCB胶。

本发明还提供了一种基于上文所述的单片集成的平衡探测器芯片的制备方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。