分布反馈半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种分布反馈（DFB）半导体激光器。所述DFB半导体激光器包括光栅和输出光端面，该光栅位于条状波导的欧姆接触层和波导上限制层两侧，由周期性的半导体和绝缘材料构成；所述输出光端面为刻蚀形成的垂直于衬底表面的端面，所述DFB半导体激光器无需解离就可以进行端面镀膜。本发明专利技术还涉及上述DFB半导体激光器的制备方法，所述DFB半导体激光器在整个制备方法中只需要一次外延，通过刻蚀波导两侧的欧姆接触层和上限制层、并填充绝缘材料实现所述DFB半导体激光器的光栅，通过刻蚀波导两端的上限制层、有源层、下限制层和一部分衬底以及整个晶片镀膜实现DFB半导体激光器的输出光端面。

Distributed feedback semiconductor laser and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
分布反馈半导体激光器及其制备方法
本专利技术涉及一种半导体激光器及其制备方法，尤其涉及一种分布反馈（DFB）半导体激光器及其制备方法。
技术介绍
DFB半导体激光器是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，光栅分布在整个谐振腔中，利用光栅的选频特性对纵模进行选择，光波获得增益同时得到反馈。再加上横模结构的限制，从而实现纵模和横模的完全单模。由于光栅的选频特性，不同波长的激光的谐振腔损耗差别较大，因此在高速调制的情况下仍能保持完全单模状态，即动态单模。目前，人们普遍采用内置光栅的结构、多次外延的方法制作DFB半导体激光器。所谓外延，指的是利用晶体生长动力学原理在衬底晶体上按照其晶格生长单晶薄膜的过程。在光电子材料中常用的外延方法主要有液相外延（LPE）、分子束外延（MBE）以及金属有机化合物化学气相外延（MOVPE）等技术。传统的DFB半导体激光器，在制作光栅之前，首先在衬底上外延生长一次（一次外延）；光栅制作完毕之后再进行至少一次的外延（二次外延）；外延结束以后，再经过其它后部工艺，才能制作出DFB半导体激光器。外延工艺需要耗费大量原材料，加之设备昂贵，所以此工序成本较高。而且，由于外延的加热作用会使光栅变形，为保证光栅质量，需要对二次外延提出更加苛刻的工艺要求，二次外延的制作成本比一次外延更高。因此，高昂的制作成本，成为阻碍DFB半导体激光器应用的主要原因。为此，人们提出表面光栅的方法，即在激光器各层结构外延生长以后，在表面直接刻蚀光栅以实现单纵模。表面光栅DFB半导体激光器只需要一次外延，能有效降低制作成本，在未来的光纤通讯网络具有广泛的应用前景。然而，由于表面光栅距离有源层相对较远，纵模选择能力相对较弱。另外，DFB半导体激光器的两个输出端面会形成等效的Fabry–Pérot（FP）纵模，即使在纵模选择能力相对较强的传统DFB半导体激光器，为抑制FP模式，往往需要将DFB半导体激光器从衬底解理成多个长度为几百微米的激光器列，然后每列激光器装载到特殊的样品夹具上，放入真空镀膜设备对DFB半导体激光器端面镀光学膜。这种方式，不仅生产效率低下，而且，由于在镀抗反射膜之前已经将DFB半导体激光器从衬底解理开，该DFB半导体激光器制作完成以后已经是一个单独的分立器件，难以进行进一步的单片光子集成。而FP模式的干扰问题，对于纵模选择能力较弱表面光栅DFB半导体激光器尤为严重。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种只需一次外延、且可以在无需解离衬底的情况下有效抑制端面FP模式的DFB半导体激光器及其制备方法。一种DFB半导体激光器，所述DFB半导体激光器含有光栅和两个端面，所述光栅为表面光栅，所述端面为刻蚀形成的端面。所述光栅位于条状波导的欧姆接触层和波导上限制层的两侧，由周期性排列的半导体区域和绝缘填充区域构成，形成用于纵模选择的折射率耦合表面光栅和横模选择的脊波导。电流可以从所述光栅的半导体区域注入，而不从绝缘填充区域注入，形成含有增益耦合机制的表面光栅。所述DFB半导体激光器的刻蚀端面与衬底表面垂直。所述DFB半导体激光器的两个端面，可以在无需解离衬底的情况下镀抗反射膜。所述DFB半导体激光器的一个端面，可以在无需解离衬底的情况下镀抗反射膜；所述DFB半导体激光器的另一个端面，可以在无需解离衬底的情况下镀高反射膜。所述DFB半导体激光器的一个端面为对称的渐变尖锥面，该端面的对称轴和DFB半导体激光器的波导方向平行；所述DFB半导体激光器的另一个端面为平面，该平面与DFB半导体激光器的波导方向垂直。所述DFB半导体激光器的p、n电极为共面电极。一种DFB半导体激光器的制备方法，所述DFB半导体激光器在整个制备方法中只需要一次外延，通过刻蚀欧姆接触层和波导上限制层、以及填充绝缘材料来实现所述DFB半导体激光器的表面光栅，通过刻蚀形成所述DFB半导体激光器的两个端面。所述的制备方法，可以在无需解离衬底的情况下，对DFB半导体激光器两个端面进行光学镀膜。与现有技术相比，本专利技术提供的同时具有表面光栅和刻蚀端面的DFB半导体激光器，巧妙地解决了内置光栅DFB需要多次外延、而表面光栅纵模选择能力相对较弱、难以有效抑制FP模式、并且DFB半导体激光器都需要在解离后才能进行端面镀膜等诸多困难，兼有只需一次外延、在无需解离激光器的情况下对端面进行镀膜、便于单片光子集成、抑制FP模式等优点。附图说明图1为本专利技术提供的DFB半导体激光器的立体结构示意图。图2为图1的剖面结构示意图。图3为绝缘填充体、波导上限制层以及欧姆接触层组成的整体结构的结构示意图。主要元件符号说明DFB半导体激光器100衬底10缓冲层20第一缓冲层部分22第二缓冲层部分24下波导层30第一下波导层部分32第二下波导层部分34有源层40第一有源层部分42第二有源层部分44上波导层50第一上波导层部分52第二上波导层部分54波导上限制层60第一波导上限制层部分62第二波导上限制层部分64欧姆接触层70第一欧姆接触层部分72第二欧姆接触层部分74绝缘填充体80SiNx层82聚酰亚胺层84第一表面840第二表面842第三表面844第四表面846p型电极90n型电极92基底120光栅130第一端面140第二端面150介质层160如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的DFB半导体激光器作进一步的详细说明。请参见图1和图2，本专利技术提供一种DFB半导体激光器100，该DFB半导体激光器100包括一衬底10、一缓冲层20、一下波导层30、一有源层40、一上波导层50、一波导上限制层60、一欧姆接触层70和多个绝缘填充体80。所述衬底10具有一上表面和一与该上表面相对的下表面，所述缓冲层20、下波导层30、有源层40、上波导层50、波导上限制层60和欧姆接触层70依次层叠设置于所述衬底10的上表面。所述衬底10的材料为n型InP或者n型GaAs。所述缓冲层20由第一缓冲层部分22和第二缓冲层部分24组成，该第一缓冲层部分22和第二缓冲层部分24位于同一平面且形成连续的所述缓冲层20。所述第一缓冲层部分22具有相对的两个表面，该相对的两个表面的形状为对称的渐变尖锥曲面，且该相对的两个表面垂直于所述衬底10的上表面。所述第二缓冲层部分24具有一垂直于所述衬底10上表面的平面。所述第二缓冲层部分24的平面与所述第一缓冲层部分22的渐变尖锥曲面的尖端相对设置。所述缓冲层20的材料为n型InP或n型GaAs，所述n型InP的掺杂浓度约1×1018cm-3，所述n型GaAs的掺杂浓度约1×1018cm-3。所述下波导层30由第一下波导层部分32和第二下波导层部分34组成，该第一下波导层部分32和第二下波导层部分34位于同一平面且形成连续的所述下波导层30。所述第一下波导层部分32具有相对的两个表面，该相对的两个表面的形状为对称的渐变尖锥曲面，且该相对的两个表面垂直于所述衬底10的上表面。所述第二下波导层部分34具有一垂直于所述衬底10上表面的平面。所述第二下波导层部分34的平面与所述第一下波导层部分32的渐变尖锥曲面的尖端相对设置。所述下波导层30的材料为非掺杂晶格匹配InGaAsP或者非掺杂晶格匹配Ga1-xAlxA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DFB半导体激光器，包括光栅和两个端面，其特征在于：所述光栅为表面光栅，所述端面为刻蚀形成的端面。

【技术特征摘要】
1.一种DFB半导体激光器，包括光栅和两个端面，其特征在于：所述光栅为表面光栅，所述端面为刻蚀形成的端面。2.根据权利要求1所述的DFB半导体激光器，其特征在于：所述DFB半导体激光器包括一个条状波导的欧姆接触层和波导上限制层，所述光栅位于所述条形波导的欧姆接触层和波导上限制层的两侧，由周期性排列的半导体区域和绝缘填充区域构成，形成用于纵模选择的折射率耦合表面光栅和横模选择的脊波导。3.根据权利要求2所述的DFB半导体激光器，其特征在于：所述DFB半导体激光器在使用时，电流从所述光栅的半导体区域注入，而不从所述绝缘填充区域注入，形成含有增益耦合机制的表面光栅。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项权利要求所述的DFB半导体激光器，其特征在于：所述DFB半导体激光器进一步包括一衬底，该衬底具有一平行于DFB半导体激光器的波导方向的表面，所述端面与所述衬底的所述表面垂直。5.根据权利要求1所述的DFB半导体激光器，其特征在于：所述DFB半导体激光器进一步包括抗反射膜，所述端面在无需解离衬底的情况下镀所述抗反射膜。6.根据权利要求1所述的DFB半导体激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，罗毅，孙长征，熊兵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11