一种基于高阶表面光栅的单模激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高阶表面光栅的单模激光器。该激光器为脊波导结构，横向由覆盖层、芯层和衬底构成。在靠近激光器输出端的前段脊波导表面上刻蚀有窄槽宽的高阶布拉格光栅，该组光栅的刻蚀深度不穿透芯层，提供激光器在输出端光反馈；激光器另外一端的后段脊波导不包含光栅，该端端面为深刻蚀界面，提供激光器在该端的光反馈。本发明专利技术不需要材料的二次外延生长，制作工艺简便，因而降低了器件的制作成本，提高了器件的可靠性；通过引入窄槽宽的高阶表面光栅，降低了光栅的辐射损耗，提高了激光器性能；通过深刻蚀方法形成的激光器后端面易精确定位，避免了解理端面产生的腔长不确定的问题，保证激光器有良好的单模特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于高阶表面光栅的单模激光器。该激光器为脊波导结构，横向由覆盖层、芯层和衬底构成。在靠近激光器输出端的前段脊波导表面上刻蚀有窄槽宽的高阶布拉格光栅，该组光栅的刻蚀深度不穿透芯层，提供激光器在输出端光反馈；激光器另外一端的后段脊波导不包含光栅，该端端面为深刻蚀界面，提供激光器在该端的光反馈。本专利技术不需要材料的二次外延生长，制作工艺简便，因而降低了器件的制作成本，提高了器件的可靠性；通过引入窄槽宽的高阶表面光栅，降低了光栅的辐射损耗，提高了激光器性能；通过深刻蚀方法形成的激光器后端面易精确定位，避免了解理端面产生的腔长不确定的问题，保证激光器有良好的单模特性。【专利说明】-种基于高阶表面光栅的单模激光器
本专利技术设及半导体激光器
，尤其设及基于高阶表面光栅的单模激光器。
技术介绍
单模半导体激光器在光通信W及光学检测领域有着广泛的应用。传统单模半导体 激光器是分布反馈(Dist;r;LbutedFee化ack,DFB)激光器(Bissessu;r,H,Sta;rck,C,血ery, J.-Y,etal.Very narrow-1inewidth(70kHz) 1.55邮 strained MQW DFB lasers .Electronics Letters，1992，28( 11): 998-999 .)。运种激光器通常采用一阶的布拉格 (化agg)光栅来提供反馈。为了降低光栅的制作难度，运些光栅通常刻蚀在非常接近激光器 有源层的光限制层中并通过再生长的方式掩埋起来，所W制作过程通常包含一次或者多次 材料再生长过程。运种材料再生长过程通常会使得制作过程复杂化，进而降低了器件的可 靠性和成品率，使器件的制作成本大大增加。 现有高阶表面布拉格光栅DBR激光器化U Q，Abdullaev A，Nawrocka M，et al. Slotted Single Mode Lasers Integrated with a Semiconductor Optical Amplifier^].Photonics Technology Letters I 邸 E,2013,25(6) :564-567.)通过把高阶 光栅引入激光器脊波导的表面上，从而避免了材料的二次外延生长。运种光栅的槽宽通常 比较宽，约1微米，可W采用普通的光刻工艺来制作，但是它的缺点是损耗大，导致制备的激 光器阔值偏高、输出功率和斜率效率偏低。为了解决解理端面的位置的不确定的问题，该激 光器引入了两段电极的激光器结构，通过调谐后段的注入电流，来调谐激光器纵模波长使 其与反射谱峰值波长对准。但是，运种多电极结构使得激光器的电控制系统复杂化，不利于 它的实际应用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于高阶表面光栅的单模激光器。该 激光器无须二次外延生长制作简便，而且具有损耗低、单模成品率高W及成本低的优势。 所述激光器为脊波导结构，横向由覆盖层、忍层和衬底构成;在靠近激光器输出端 的脊区表面刻蚀有窄槽宽的高阶布拉格光栅，提供激光器输出端的光反馈;在激光器的另 一端脊波导区不包含光栅，该端的端面为深刻蚀端面，提供激光器在该端的光反馈。 所述光栅为布拉格反射光栅，其周期A按照W下公式计算：[000引其中，m是光栅级数，A是所述光栅所对应的布拉格波长，在该波长处光栅能产生最 高的反射，neff为波导的有效折射率。 所述光栅参数按照W下公式计算： A =ds+dw 其中，ds是光栅在单个周期内的槽宽度，dw是光栅在单个周期内的非槽区宽度，ns 是槽区波导的有效折射率，nw是非槽区波导的有效折射率，ms为槽宽相对槽区1/4有效波长 的阶数。 所述的高阶表面光栅的刻蚀深度较浅，不穿透波导忍层。 所述的高阶表面光栅的槽宽阶数为小于等于5的整数，即ms《5, W减小损耗。 所述高阶表面光栅的占空比大于80%，W增大反射和透射。 所述的高阶表面光栅的槽深、光栅级数和长度可W根据所需要的反射、透射和损 耗进行自定义调节。 所述的激光器非光栅区长度可W根据所需要的激光器性能自定义调节。 所述的光栅区与非光栅区的波导采用相同的忍层结构。 所述的激光器的非输出端端面通过深刻蚀的方法形成，刻蚀透过忍层，深入衬底， 该端面可W生长高反膜来增大反射，高反膜的反射率可达90 %。。 所述的激光器输出端的光反馈完全由靠近该端的高阶表面光栅提供，激光器输出 端的端面采用小角度弯曲波导或水平倾斜的端面端，用于避免来自该端的反射。 所述的激光器输出端的端面的反射率小于1 %。 所述的激光器只包含一个电极覆盖光栅区和非光栅区。 本专利技术通过引入高阶表面光栅来提供激光器输出端的光反馈，使激光器制作无需 二次外延，简化了工艺流程;采用窄槽宽的高阶光栅有效地减小了光栅的损耗，降低了激光 器的阔值增益，提高了激光器斜率效率;通过深刻蚀方法来构造激光器非输出端的反射端 面，能够精确定位激光器端面的位置，避免了解理端面产生的腔长不确定的问题，便于精准 控制激光器的激射波长，并保证激光器良好的单模特性;单一电极设计，简化了电路控制系 统。【附图说明】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术的技术方案作进一步具体说明。 图1为本专利技术的槽宽为V4ns的高阶表面光栅激光器的结构侧视图。 图2为布拉格波长A=I.3微米时计算的长150微米的高阶表面光栅的损耗随槽宽、 非槽区宽度的变化关系。 图3为高阶表面光栅激光器激射光谱示意图。 图4为计算的槽宽为V4ns的高阶表面光栅的反射谱和透射谱。 图5为计算的槽宽为V4ns、光栅占空比为97%、槽深1.65微米、光栅长度为150微 米、激光器腔长250微米、偏置电流为IOOmA时，高阶表面光栅激光器腔内的(A)载流子密度 分布和(B)光子密度分布。 图6为该高阶表面光栅激光器的输出光功率随着输入电流的变化关系曲线。【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术的基于高阶表面光栅的单模激光器为脊波导结构，横向自上而 下包括电极接触层1、覆盖层2、刻蚀停止层3、上光限制层4、量子阱层5、下光限制层6和衬底 7,其中上光限制层4、量子阱层5和下光限制层6构成了波导忍层。在靠近激光器输出端的脊 区表面上刻蚀有窄槽宽的高阶布拉格光栅8,该端面锻有增透膜9;激光器另一端面经深刻 蚀形成10。 光栅为布拉格反射光栅，其周期A按照W下公式计算： 其中，m是光栅级数，A是所述光栅所对应的布拉格波长，在该波长处光栅能产生最 高的反射，neff为波导的有效折射率。 高阶表面光栅的槽宽和非槽区宽度按照W下公式计算：[00；3 引 其中，ds是光栅在单个周期内的槽宽度，dw是光栅在单个周期内的非槽区宽度，ns 是槽区波导的有效折射率，nw是非槽区波导的有效折射率，ms为槽宽相对槽区1/4有效波长 的阶数，槽宽阶数为小于等于5的整数，即ms《5。光栅的刻蚀深度较浅，不穿透波导忍层。 激光器在输出端的反馈完全来自于靠近该段的脊区表面上的高阶布拉格光栅来 提供，激光器制作时无需二次生长，工艺较〇!^激光器更为简单。为了降低光栅的福射损 耗，就必须减小光栅槽的宽度。通过数值仿真模拟光栅各结构参数对光栅提供的反射、透射 和损耗的影响，发现槽宽阶数越本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高阶表面光栅的单模激光器，其特征在于，所述激光器为脊波导结构，横向由覆盖层、芯层和衬底构成；在靠近激光器输出端的前段脊波导表面上刻蚀有高阶布拉格光栅，该端端面镀有增透膜；激光器的另一端后段脊波导不包含光栅，该端的端面为深刻蚀端面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆巧银，孙伟，国伟华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42