DFB激光器外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种DFB激光器外延结构，其包括其包括自下而上依次层叠设置的衬底、光栅层、缓冲层、限制层、下波导层、量子阱、上波导层、上限制层、过渡层、腐蚀阻挡层、包层、势垒渐变层和欧姆接触层。本发明专利技术还涉及所述DFB激光器外延结构的制备方法。本发明专利技术提供的DFB激光器外延结构将光栅设置于N型层，由于N型半导体材料中，传输电流的载流子是电子，其具有比P型半导体载流子空穴更长的载流子寿命和输运长度，可以减小寄生电阻，提高DFB激光器的调制速率。

Epitaxy structure of DFB laser and its preparation method

The present invention relates to a DFB laser epitaxy structure, which comprises a substrate, grating layer, buffer layer, limiting layer, lower waveguide layer, quantum well, upper waveguide layer, upper limiting layer, transition layer, corrosion barrier layer, cladding layer, barrier gradient layer and ohmic contact layer. The invention also relates to a preparation method of the epitaxy structure of the DFB laser. The DFB laser epitaxy structure provided by the invention sets the grating in the N-type layer. Because the carrier of the transmission current in the N-type semiconductor material is an electron, it has a longer carrier lifetime and transport length than the P-type semiconductor carrier hole, which can reduce the parasitic resistance and improve the modulation rate of the DFB laser.

【技术实现步骤摘要】
DFB激光器外延结构及其制备方法
本专利技术涉及一种DFB激光器外延结构及其制备方法，尤其涉及一种N型光栅激光器外延结构及其制备方法。
技术介绍
光通信网络采用光作为信号传输的载体，相比于采用铜缆作为传输介质的电通信网络，信息互联的速度、容量和抗干扰能力得到显着提高，因而得到广泛应用。半导体激光器是光通信网络的主要光源，包括法布里-珀罗激光器(FP激光器)，分布反馈激光器(DFB)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)三种类型。其中，DFB激光器在半导体内部建立起布拉格光栅，依靠光的分布反馈实现单纵模的选择，具有高速、窄线宽及动态单纵模工作特性，且DFB激光器能在更宽的工作温度与工作电流范围内抑制普通FP激光器的模式跳变，极大地改善器件的噪声特性，在光通信领域具有广泛的应用。传统的DFB激光器需要经过两次外延生长，首先需要在生长完成量子阱的一次外延片基础上，采用光刻制备纳米级别的光栅，然后在光栅表面进行二次外延生长，形成接触层。这种DFB结构在低调制速率DFB激光器中得到广泛应用，但对于高速DFB激光器，要求DFB的光栅具有更强的光栅耦合效果；对此，常用的办法是增加光栅的厚度，但是，传统DFB外延结构中光栅位于P型层，光栅厚度的增加会导致寄生电阻和寄生电容急剧增加，从而影响DFB激光的调制速率。
技术实现思路
因此，有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新型DFB激光器外延结构及其制备方法，以提高传统DFB激光器的性能及应用范围。一种N型光栅DFB激光器外延结构，其包括自下而上依次层叠设置的衬底、光栅层、缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱、上波导层、上限制层、过渡层、腐蚀阻挡层、包层、势垒渐变层和欧姆接触层。一种N型光栅DFB激光器外延结构的制备方法，其具体包括以下步骤：步骤一，将一衬底放入MOCVD设备中，在所述衬底的表面依次外延生长光栅制作层、光栅保护层；步骤二，在所述光栅保护层的表面形成掩膜层；步骤三，刻蚀所述光栅制作层和所述光栅保护层，形成光栅层；步骤四，将步骤S3制备得到的结构放入MOCVD设备中，进行外延生长，直到生长得到的光栅掩埋层完全覆盖所述光栅层后，停止生长；步骤五，从MOCVD设备中取出步骤S4制备得到的结构，去除掩膜层；以及步骤六，将步骤S5制备得到的结构放入MOCVD设备中，在所述光栅层远离所述衬底的一侧依次生长缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱、上波导层、上限制层、过渡层、腐蚀阻挡层、包层、势垒渐变层和欧姆接触层，即形成完整的DFB外延结构。与现有技术相比，本专利技术提供的DFB激光器外延结构中光栅位于N型层，由于N型半导体材料中，传输电流的载流子是电子，其具有比P型半导体载流子空穴更长的载流子寿命和输运长度，可以减小寄生电阻，提高DFB激光器的调制速率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的DFB激光器外延结构的结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的制备方法步骤一所生长完成的外延结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的制备方法步骤二所生长完成的外延结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的制备方法步骤三所生长完成的外延结构示意图。图5为本专利技术实施例提供的制备方法步骤四所生长完成的外延结构示意图。图6为本专利技术实施例提供的制备方法步骤五所生长完成的外延结构示意图。以下将结合附图详细说明本专利技术提供的技术方案。符号说明N型光栅激光器外延结构10衬底101光栅层102光栅制作层1021缓冲层103光栅保护层1031光栅掩埋层1032下限制层104下波导层105量子阱106上波导层107上限制层108过渡层109腐蚀阻挡层110包层111势垒渐变层112第一势垒渐变层1121第二势垒渐变层1122欧姆接触层113掩膜层114第一掩膜层1141第二掩膜层1142具体实施方式以下将结合具体实施方式详细说明本专利技术所提供的N型光栅DFB激光器外延结构及其制备方法。请参见图1，本专利技术实施例提供一种N型光栅DFB激光器外延结构10，其包括自下而上依次层叠设置的衬底101、光栅层102、缓冲层103、下限制层104、下波导层105、量子阱106、上波导层107、上限制层108、过渡层109、腐蚀阻挡层110、包层111、势垒渐变层112和欧姆接触层113。所述光栅层102与所述衬底101之间可进一步设置有缓冲层，从而减少光栅层102中的缺陷密度，提高DFB外延结构的晶体质量。所述光栅层102与所述衬底101之间的缓冲层与所述缓冲层103可以相同，也可以不同。即，所述光栅层可以设置于所述衬底101与所述缓冲层103之间，也可以设置于所述缓冲层103中。所述势垒渐变层112包括第一势垒渐变层和第二势垒渐变层。本实施例中，所述衬底101为N-InP衬底，所述光栅层102为N-InGaAsP层，所述缓冲层103为InP层，所述限制层104为N-AlInAs层、所述下波导层105为非掺杂的折射率渐变的AlGaInAs层、所述量子阱106为6个周期的AlGaInAs层、所述上波导层107为非掺杂的折射率渐变的AlGaInAs层、所述限制层108为非掺杂的AlInAs层、所述过渡层109为P-InP层、所述腐蚀阻挡层110为波长1100nm的InGaAsP层、所述包层111为InP层，所述势垒渐变层112包括波长为1300nm的InGaAsP层和波长为1500nm的InGaAsP层，所述欧姆接触层113为InGaAs层。本专利技术实施例还提供一种所述DFB激光器外延结构10的制备方法，其具体包括以下步骤：步骤一，将一衬底101放入MOCVD设备中，在所述衬底101的表面依次外延生长光栅制作层1021、光栅保护层1031；步骤二，在所述光栅保护层1031远离所述光栅制作层1021的表面形成掩膜层114；步骤三，刻蚀光栅制作层1021和光栅保护层1031，形成光栅层102；步骤四，将步骤三制备得到的结构放入MOCVD设备中，进行外延生长，直到生长得到的光栅掩埋层1032完全覆盖所述光栅层102后，停止生长；步骤五，从MOCVD设备中取出步骤四制备得到的结构，去除掩膜层114；以及步骤六，将步骤五制备得到的结构放入MOCVD设备中，在所述光栅层102远离所述衬底101的一侧依次生长缓冲层103、限制层104、下波导层105、量子阱106、上波导层107、上限制层108、缓冲层109、腐蚀阻挡层110、包层111、势垒渐变层112和欧姆接触层113，即形成完整的DFB外延结构。以下将详细说明步骤S1～S6。步骤一中，将一衬底101放入MOCVD设备中，进行第一次外延生长，在所述衬底101的表面依次生长光栅制作层1021、光栅保护层1031，步骤一生长得到的外延结构如图2所示。优选地，在所述衬底101的表面依次外延生长缓冲层103、光栅制作层1021及光栅保护层1031，这样可以减少光栅制作层1021中的缺陷密度，提高DFB外延结构的晶体质量。步骤二中，在所述光栅保护层1031远离所述光栅制作层1021的表面形成掩膜层114，步骤二得到的结构如图3所示。所述掩膜层114的材料不限，优选的，所述掩膜层114包括第一掩膜层1141和第二掩膜层1142，采用双重掩膜可以减少外延层表层的悬挂键，提高量子阱有源区的生长质量。所述第一掩膜层1141和所述第二掩膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种N型光栅DFB激光器外延结构，其特征在于，包括自下而上依次层叠设置的衬底、光栅层、缓冲层、限制层、下波导层、量子阱、上波导层、上限制层、过渡层、腐蚀阻挡层、包层、势垒渐变层和欧姆接触层。

【技术特征摘要】
1.一种N型光栅DFB激光器外延结构，其特征在于，包括自下而上依次层叠设置的衬底、光栅层、缓冲层、限制层、下波导层、量子阱、上波导层、上限制层、过渡层、腐蚀阻挡层、包层、势垒渐变层和欧姆接触层。2.如权利要求1所述的N型光栅DFB激光器外延结构，其特征在于，所述衬底为InP衬底。3.如权利要求1所述的N型光栅DFB激光器外延结构，其特征在于，进一步地，所述光栅层设置于所述N型缓冲层中。4.如权利要求1所述的N型光栅DFB激光器外延结构，其特征在于，所述光栅层为N-InGaAsP层，所述缓冲层为InP层，所述限制层为N-AlInAs层、所述下波导层为非掺杂的折射率渐变的AlGaInAs层、所述量子阱为6个周期的AlGaInAs层、所述上波导层为非掺杂的折射率渐变的AlGaInAs层、所述限制层为非掺杂的AlInAs层、所述过渡层为P-InP层、所述腐蚀阻挡层为波长1100nm的InGaAsP层、所述包层为InP层，所述势垒渐变层为InGaAsP层，所述欧姆接触层为InGaAs层。5.如权利要求1所述的N型光栅DFB激光器外延结构，其特征在于，所述势垒渐变层包括第一势垒渐变层和第二势垒渐变层，所述第一势垒层为1300nm的InGaAsP层，所述第二势垒渐变层为1500nm的InGaAsP层。6.一种N型光栅DFB激光器外延器的制备方法，其具体包括以下步骤：步骤一，将一衬底放入MOCVD设备中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：单智发，张永，
申请(专利权)人：全磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35