一种DFB激光器及其制作方法技术

本发明专利技术涉及激光器技术领域，提供了一种DFB激光器及其制作方法。制作方法包括在衬底上制作有缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，在腐蚀脊波导时，光刻出脊波导图形，脊波导图形包括矩形部分和锥形部分；锥形部分被设置在待制作激光器的出光面侧，其中，锥顶与出光面齐平，锥底与矩形部分衔接；在锥形部分中，其锥顶的宽度比锥底的宽度小0.3‑0.5um；同步腐蚀出对应矩形部分和锥形部分的矩形脊波导和锥形脊波导。本发明专利技术中锥头短波长光反射回来进入大光场限制因子区域的锥底，而锥底长波长光反射回来进入小光场限制因子区域的锥顶而更容易激射出来，克服常规的双纵模模式，有效提高激光器的单模成品率。

【技术实现步骤摘要】
一种DFB激光器及其制作方法
本专利技术涉及激光器
，特别是涉及一种DFB激光器及其制作方法。
技术介绍
硅基半导体是现代微电子产业的基石，但其发展已接近极限。而光电子技术则正处在高速发展阶段，现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备，但与硅微电子工艺不兼容，因此，将光电子技术和微电子技术集合起来，发展硅基光电子科学和技术意义重大。近年来，硅基光电子的研究在国内外不断取得引人注目的重要突破，世界各发达国家都把硅基光电子作为长远发展目标。随着硅基光子集成电路的日益发展与逐步商业化，将InP基大功率激光器代替硅基激光器与硅基光子芯片集成在一起具有很大的应用前景。目前大功率DFB激光器的难点在于在不同工作温度下(-45℃～85℃)，满足输出光功率的同时，边模抑制比(Side-modeSuppressionRatio，简写为SMSR)也必须达到要求。一般情况下，通过增加腔长和电流注入能提高光功率，但是在高温或者低温情况下输出光谱的SMSR都会有问题，也不能满足使用需求。因此在设计InP基大功率激光器的时候，必须从外延结构和工艺实施两方面同时着手。目前国内外公司和实验室对InP基1310nm大功率DFB激光器都有一些研究和报道，2007年，P.Doussiere等人报道了JDSU公司采用大光腔的设计制作的1.3um大功率DFB激光器。大光腔结构能减小串联电阻、热阻，还能减小输出光束的发散角从而提高光纤耦合效率。鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是兼顾不同工作温度时的光谱模式的条件下，如何尽量提高激光器的输出光功率，提高单模成品率。本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种DFB激光器的制作方法，在衬底上制作有缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，在腐蚀脊波导时，方法包括：光刻出脊波导图形，所述脊波导图形包括矩形部分和锥形部分；所述锥形部分被设置在待制作激光器的出光面侧，其中，锥顶与出光面齐平，锥底与矩形部分衔接；在所述锥形部分中，其锥顶的宽度比锥底的宽度小0.3-0.5um；同步腐蚀出对应矩形部分和锥形部分的矩形脊波导和锥形脊波导。优选的，所述锥形脊波导的锥底与矩形脊波导耦合的宽度Wr为1.4-2.5um，锥顶的宽度Wt比所述锥底的宽度Wr少0.3-0.5um；出光面锥形脊波导长度Lt为5-10um。优选的，所述在衬底上制作有缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，具体包括：在InP衬底1上生长N-InP缓冲层2；在N-InP缓冲层2上依次生长N-InAlAs层3和Al组分渐变的InAlGaAs层4，其中，所述N-InAlAs层3和InAlGaAs层4构成下限制层；在InAlGaAs层4上生长多量子阱有源层5；在多量子阱有源层5上依次生长Al组分渐变的InAlGaAs层6和P-InAlAs层7，其中，所述InAlGaAs层6和P-InAlAs层7构成了上限制层；在P-InAlAs层7依次生长P-InPspace层8、腐蚀停止层9、InP缓冲层10和光栅层11，采用全息法或者电子束曝光法制作光栅；掩埋并完成DFB激光器外延生长。优选的，所述N-InP缓冲层2厚度为500-800um，掺杂浓度为1*1018-3*1018cm-3。优选的，所述N-InAlAs层3厚度约为70-100nm，掺杂浓度为1*1017-3*1017cm-3；Al组分渐变层InAlGaAs层4厚度为50-70nm；P-InAlAs层7厚度约为50-80nm，掺杂浓度为1*1017-3*1017cm-3；Al组分渐变层InAlGaAs层6厚度为45-65nm。优选的，量子阱为AlGaInAs材料，量子阱数目5-9对。优选的，所述在衬底上制作有缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，具体包括：依次按照衬底层1-0，缓冲层1-1，第一渐变限制层1-2，第一波导层1-3，第二限制层1-4，第一量子阱垒层1-5，量子阱有源层1-6，第二量子阱垒层1-7，第二波导层1-8，腐蚀停止层1-9，光栅层1-10，第三渐变限制层1-11，欧姆接触层1-12的顺序生长，其中，衬底1-0，其为N型InP层；缓冲层1-1，其为N型InP层；第一渐变限制层1-2，其为N型InAlxGa1-xAs层，x＝0.5-0.1；第一波导层1-3，其为N型InP层；第二限制层1-4，其为N型InAl0.5Ga0.5As；第一量子阱垒层1-5，其为非掺杂Al0.3Ga0.7InAs层；量子阱有源层1-6，其为非掺杂10对6nm厚压应变AlGaInAs阱层；第二量子阱垒层1-7，其为非掺杂Al0.3Ga0.7InAs层；第二波导层1-8，其为P型Al0.5Ga0.5As层；腐蚀停止层1-9，其为N型InGaAsP层；光栅层1-10，其为P型Al0.5Ga0.5As层；第三渐变限制层1-11，其为P型AlxGa1-xAs层，x＝0.5-0.1；欧姆接触层1-12，其为P型InGaAs层。第二方面，本专利技术提供了一种DFB激光器，包括衬底、缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，具体包括：在InP衬底1上生长有N-InP缓冲层2；在N-InP缓冲层2上依次生长有N-InAlAs层3和Al组分渐变的InAlGaAs层4；在渐变层上生长有多量子阱有源层5；在多量子阱有源层5上依次生长有Al组分渐变的InAlGaAs层6和P-InAlAs层7；在P-InAlAs层7依次生长有P-InPspace层8、腐蚀停止层9；在所述腐蚀停止层9上的InP缓冲层10、光栅层11、P-InPspace层12和p-InGaAs欧姆接触层13上制作有脊波导结构；并且，所述脊波导的出光面侧制作成锥形脊波导，其中，锥形脊波导的锥底与矩形脊波导耦合的宽度Wr为1.4-2.5um，锥顶的宽度Wt比所述锥底的宽度Wr少0.3-0.5um；出光面锥形脊波导长度Lt为5-10um。优选的，在所述p-InGaAs欧姆接触层13上生长有复合膜14，并且，复合膜位于脊波导区域开设有导电槽，所述导电槽用于在所述复合膜14上表面生长金属层15时，实现脊波导上p-InGaAs欧姆接触层13与金属层15的电导通。第三方面，本专利技术还提供了一种DFB激光器，由下到上各层结构依次包括：衬底1-0，其为N型InP层；缓冲层1-1，其为N型InP层并形成于衬底1-0上；第一渐变限制层1-2，其为N型InAlxGa1-xAs层并形成于缓冲层1-1上，x＝0.5-0.1；第一波导层1-3，其为N型InP层并形成于第一渐变限制层1-2上；第二限制层1-4，其为N型InAl0.5Ga0.5As层并形成于第一波导层1-3上；第一量子阱垒层1-5，其为非掺杂Al0.3Ga0.7InAs层并形成于第二限制层1-4上；量子阱有源层1-6，其为非掺杂10对6nm厚压应变AlGaInAs阱层并形成于第一量子阱垒层1-5上；第二量子阱垒层1-7，其为非掺杂Al0.3Ga0.7InAs层并形成于量子阱有源层1-6上；第二波导层1-8，其为P型Al0.5Ga0.5As层并形成于第二量子阱垒层1-7上；生长腐蚀停止层1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DFB激光器的制作方法，在衬底上制作有缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，其特征在于，在腐蚀脊波导时，方法包括：光刻出脊波导图形，所述脊波导图形包括矩形部分和锥形部分；所述锥形部分被设置在待制作激光器的出光面侧，其中，锥顶与出光面齐平，锥底与矩形部分衔接；在所述锥形部分中，其锥顶的宽度比锥底的宽度小0.3‑0.5um；同步腐蚀出对应矩形部分和锥形部分的矩形脊波导和锥形脊波导。

【技术特征摘要】
1.一种DFB激光器的制作方法，在衬底上制作有缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，其特征在于，在腐蚀脊波导时，方法包括：光刻出脊波导图形，所述脊波导图形包括矩形部分和锥形部分；所述锥形部分被设置在待制作激光器的出光面侧，其中，锥顶与出光面齐平，锥底与矩形部分衔接；在所述锥形部分中，其锥顶的宽度比锥底的宽度小0.3-0.5um；同步腐蚀出对应矩形部分和锥形部分的矩形脊波导和锥形脊波导。2.根据权利要求1所述的DFB激光器的制作方法，其特征在于，所述锥形脊波导的锥底与矩形脊波导耦合的宽度Wr为1.4-2.5um，锥顶的宽度Wt比所述锥底的宽度Wr少0.3-0.5um；出光面锥形脊波导长度Lt为5-10um。3.根据权利要求1所述的DFB激光器的制作方法，其特征在于，所述在衬底上制作有缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，具体包括：在InP衬底(1)上生长N-InP缓冲层(2)；在N-InP缓冲层(2)上依次生长N-InAlAs层(3)和Al组分渐变的InAlGaAs层(4)，其中，所述N-InAlAs层(3)和InAlGaAs层(4)构成下限制层；在InAlGaAs层(4)上生长多量子阱有源层(5)；在多量子阱有源层(5)上依次生长Al组分渐变的InAlGaAs层(6)和P-InAlAs层(7)，其中，所述InAlGaAs层(6)和P-InAlAs层(7)构成了上限制层；在P-InAlAs层(7)依次生长P-InPspace层(8)、腐蚀停止层(9)、InP缓冲层(10)和光栅层(11)，采用全息法或者电子束曝光法制作光栅；掩埋并完成DFB激光器外延生长。4.根据权利要求3所述的DFB激光器的制作方法，其特征在于，所述N-InP缓冲层(2)厚度为500-800um，掺杂浓度为1*1018-3*1018cm-3。5.根据权利要求3所述的DFB激光器的制作方法，其特征在于，所述N-InAlAs层(3)厚度约为70-100nm，掺杂浓度为1*1017-3*1017cm-3；Al组分渐变层InAlGaAs层(4)厚度为50-70nm；P-InAlAs层(7)厚度约为50-80nm，掺杂浓度为1*1017-3*1017cm-3；Al组分渐变层InAlGaAs层(6)厚度为45-65nm。6.根据权利要求3中所述的DFB激光器的制作方法，其特征在于，量子阱为AlGaInAs材料，量子阱数目5-9对。7.根据权利要求1中所述的DFB激光器的制作方法，其特征在于，所述在衬底上制作有缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、腐蚀停止层和光栅层，具体包括：依次按照衬底层(1-0)，缓冲层(1-1)，第一渐变限制层(1-2)，第一波导层(1-3)，第二限制层(1-4)，第一量子阱垒层(1-5)，量子阱有源层(1-6)，第二量子阱垒层(1-7)，第二波导层(1-8)，腐蚀停止层(1-9)，光栅层(1-10)，第三渐变限制层(1-11)，欧姆接触层(1-12)的顺序生长，其中，衬底(1-0)，其为N型InP层；缓冲层(1-1)，其为N型InP层；第一渐变限制层(1-2)，其为N型InAlxGa1-xAs层，x＝0.5-0.1；第一波导层(1-3)，其为N型InP层；第二限制层(1-4)，其为N型InAl0.5Ga0.5As；第一量子阱垒层(1-5)，其为非掺杂Al0.3Ga0.7InAs层；量子阱有源层(1-6)，其为非掺杂10对6nm厚压应变AlGaInAs阱层；第二量子阱垒层(1-7)，其为非掺杂Al0.3Ga0.7InAs层；第二波导层(1-8)，其为P型Al0.5Ga0.5As层；腐蚀停止层(1-9)，其为N型InGaAsP层；光栅层(1-10)，其为P型...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，刘应军，刘巍，王任凡，
申请(专利权)人：武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42