激光器及其制作方法技术

一种激光器及其制作方法，其激光器包括：衬底和双台脊波导；其中，双台脊波导，包括下台脊波导和上台脊波导；其中，下台脊波导，形成于所述衬底上，由下至上依次包括光斑放大层、第一间隔层、光栅层、第二间隔层和有源层；上台脊波导，形成于所述下台脊波导上，由下至上包括包层和盖层；所述上台脊波导包括两段楔形波导和一段直波导，所述两段楔形波导分别分布于所述直波导的两端。本发明专利技术实现大功率激光器的同时提高激光器与光纤的耦合效率，有效降低功耗和成本。

【技术实现步骤摘要】
激光器及其制作方法
本专利技术涉及光电子器件领域，尤其涉及一种激光器及其制作方法。
技术介绍
激光作为20世纪以来继计算机和半导体之后的又一伟大专利技术，具有亮度高、方向性好、相干强等优点。长距离、超长距离、高速、超高速、超大容量的光纤通信系统是现代信息社会发展的需要。无论是长途通信的干线网、广域网，还是短途通信的局域网、接入网、短途数据联接光交换等都需要大量的高性能、低成本的光电子器件来支撑光网络的功能。与其它激光器比，半导体激光器具有体积小，效率高、寿命长、可批量生产、可直接调制、可单片集成等优点，引起了国内外学者的广泛的研究。大功率半导体激光器因具有体积小、结构灵活、可靠性好、转换效率高、驱动简单、能直接调制等优点具有广泛应用。经过多年的探索取得了突破性进展，大功率半导体激光器已成为解决微波通信瓶颈、构建天际宽带网、实现对地观测海量数据实时传输的有效手段，具有巨大的民用和军用潜力。半导体有源器件不对称的外延结构和较大的折射率差，造成了有源器件端面具有小而椭圆的近场分布。当半导体有源器件的光直接耦合进入光纤或者光纤传输的光耦合进入半导体有源器件时，由于光纤和半导体有源器件的模场不匹配，耦合损耗可能高达10dB。借助透镜或者拉锥光纤可以提高他们之间的耦合效率，然而这些方案仍然具有模场不匹配的问题。这些方案只能改变模场的大小却不能改变模场的形状，同时对准容差小，这无疑增加了封装成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种激光器及其制作方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：作为本专利技术的一个方面，提供一种激光器，包括：衬底和双台脊波导；其中，双台脊波导，包括下台脊波导和上台脊波导；其中，下台脊波导，形成于所述衬底上，由下至上依次包括光斑放大层、第一间隔层、光栅层、第二间隔层和有源层；上台脊波导，形成于所述下台脊波导上，由下至上包括包层和盖层；所述上台脊波导包括两段楔形波导和一段直波导，所述两段楔形波导分别分布于所述直波导的两端。作为本专利技术的另一个方面，还提供一种激光器的制作方法，包括如下步骤：步骤1：在衬底正面依次外延生长光斑放大层、第一间隔层、光栅层、第二间隔层、有源层、包层和盖层；步骤2：将包层和盖层制作为上台脊波导，包括直波导和位于直波导两端的楔形波导；步骤3：将有源层、第二间隔层、光栅层、第一间隔层和光斑放大层制作为下台脊波导。从上述技术方案中可以看出，本专利技术相较于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：本专利技术采用上台脊波导和下台脊波导的双台脊波导结构；并且上台脊波导为中间直波导，两端楔形波导；上台脊波导中的楔形波导降低上台脊波导的有效折射率，在波导宽度逐渐变窄的过程中，光场逐渐从上台脊波导耦合进入宽度更大的下台脊波导，保证光从两端楔形波导下方的下台脊波导端面出射；由于光斑放大层的等效折射率小，对光的限制较弱，所以光斑尺寸得到放大，功率密度降低，提高了激光器光学灾变损伤(CatastrophicOpticalDamage，COD)的阈值，有利于激光器在大功率情况下工作；并且在减小远场发散角的同时可以保证激光器的单模操作；在光斑放大层和楔形波导的共同作用下，光场耦合到下台脊波导，减小了光场与有源层和p型包层的交叠，从而减小了损耗，增大了激光器的输出功率；同时激光器的远场发散角减小，提高了激光器与光纤的耦合效率，降低了封装成本；下台脊波导的光栅层具有布拉格光栅结构，在光传播方向上形成折射率调制，可以实现激光器的单纵模操作，同时为激光器的有源层提供较大的光反馈；光栅层制作在有源层下方，故有源层可以采用具有更大导带偏移量(ΔEc＝0.72ΔEg，其中，ΔEc指InP材料和InGaAlAs材料导带的能量差值；ΔEg指InP材料和InGaAlAs材料禁带宽度的能量差)的InGaAlAs材料，该材料对电子限制能力更强，有利于增大激光器的输出功率和调制带宽，同时有利于减小激光器的线宽；采用感应耦合等离子体刻蚀方法(InductivelyCoupledPlasma，ICP)刻蚀上台脊波导结构时，有源层的InGaAlAs材料可作为干法刻蚀的刻蚀停止层，保证干法刻蚀深度的均匀性。附图说明图1为本专利技术实施例1的激光器制作方法流程示意图；图2为本专利技术实施例1的步骤1形成的层结构示意图；图3为本专利技术实施例1的步骤2形成的层结构示意图；图4为本专利技术实施例1的步骤3形成的层结构示意图；图5为本专利技术实施例1的步骤4形成的层结构示意图；图6为本专利技术实施例1的步骤5形成的层结构立体示意图；图7为本专利技术实施例1的激光器示意图。上述附图中，附图标记含义如下：1：n型InP衬底；2：n型InP缓冲层；3：光斑放大层；4、6：InP间隔层；5：InGaAsP光栅层；7：InGaAlAs有源层；8：P型InP包层；9：P型InGaAs盖层；10、11：SiO2层；12：Ti/Au正面电极层；13：Au/AuGeNi背面电极层。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。作为本专利技术的一个方面，提供一种激光器，包括：衬底和双台脊波导；其中，双台脊波导，包括下台脊波导和上台脊波导；其中，下台脊波导，形成于衬底上，由下至上依次包括光斑放大层、第一间隔层、光栅层、第二间隔层和有源层；上台脊波导，形成于下台脊波导上，由下至上包括包层和盖层；上台脊波导包括两段楔形波导和一段直波导，两段楔形波导分别分布于直波导的两端。在本专利技术的实施例中，激光器还包括正面电极层和背面电极层；其中，正面电极层，形成于上台脊波导上；背面电极层，形成于衬底的背面。在本专利技术的实施例中，激光器还包括缓冲层；缓冲层形成于衬底与光斑放大层之间。在本专利技术的实施例中，两段楔形波导以直波导为中心对称或者非对称设置；楔形波导与直波导相接触的端面与直波导的端面匹配贴合。其“匹配贴合”指楔形波导与直波导相接触的端面与直波导的端面在宽度和高度上均相同。在本专利技术的其他实施例中，激光器的上台脊波导还可以为一段楔形波导和一段直波导的组合，但是由于光栅层的光栅的反射作用，楔形波导对应的下台脊波导仅有很弱的光出射，大部分光将会从上台脊波导的直波导端出射，上台脊波导的直波导端无法放大光斑尺寸，进而降低远场发散角的能力弱于两段楔形波导结构的激光器。在本专利技术的实施例中，下台脊波导可以为直波导，但并不局限于此，还可以为楔形波导或者梯形波导；只要下台脊波导的最小宽度大于上台脊波导的最大宽度即可。但是，出于实际加工工艺的考虑，本专利技术的优选实施例的下台脊波导采用直波导。在本专利技术的实施例中，楔形波导沿远离直波导方向宽度逐渐缩小。在本专利技术的实施例中，直波导沿长度方向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器，其特征在于，包括：衬底和双台脊波导；其中，/n双台脊波导，包括下台脊波导和上台脊波导；其中，/n下台脊波导，形成于所述衬底上，由下至上依次包括光斑放大层、第一间隔层、光栅层、第二间隔层和有源层；/n上台脊波导，形成于所述下台脊波导上，由下至上包括包层和盖层；所述上台脊波导包括两段楔形波导和一段直波导，所述两段楔形波导分别分布于所述直波导的两端。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光器，其特征在于，包括：衬底和双台脊波导；其中，
双台脊波导，包括下台脊波导和上台脊波导；其中，
下台脊波导，形成于所述衬底上，由下至上依次包括光斑放大层、第一间隔层、光栅层、第二间隔层和有源层；
上台脊波导，形成于所述下台脊波导上，由下至上包括包层和盖层；所述上台脊波导包括两段楔形波导和一段直波导，所述两段楔形波导分别分布于所述直波导的两端。


2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述两段楔形波导以所述直波导为中心对称或者非对称设置；
所述楔形波导的与所述直波导相接触的端面与所述直波导的端面匹配贴合；
所述楔形波导沿远离直波导方向宽度逐渐缩小；
所述直波导沿长度方向上宽度不变。


3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述下台脊波导为直波导、楔形波导或者梯形波导。


4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述光斑放大层为远场缩减层或者稀释波导层。


5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括正面电极层和背面电极层；其中，
正面电极层，形成于所述上台脊波导上；
背面电极层，形成于所述衬底的背面。


6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述光栅层的光栅为布拉格光栅结构，所述光栅制作于光栅层的全部区域或者部分区域。

【专利技术属性】
技术研发人员：剌晓波，梁松，唐强，刘云龙，张立晨，朱旭愿，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11