一种半导体量子阱激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及光通信技术领域，具体涉及一种半导体量子阱激光器，其包括其外延结构包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、下限制层、有源层、上限制层和接触层；所述上保护层上设置有脊波导和若干刻蚀槽，所述刻蚀槽分布在脊波导上，所述刻蚀槽将所述脊波导分割成若干不连续的脊波导分段。本实用新型专利技术实现类似于啁啾，切趾或者相移光栅效应，来实现较窄的线宽输出，同时可以避免光栅制造，二次外延生长等复杂工艺，简化激光器的制备工艺。简化激光器的制备工艺。简化激光器的制备工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体量子阱激光器


[0001]本技术涉及光通信
，具体涉及一种半导体量子阱激光器。

技术介绍

[0002]在光通信等应用领域中，市场上所使用的半导体激光器主要是FP激光器(Fabry
‑
Perot半导体激光器，法布里
‑
珀罗半导体激光器)，DFB激光器(Distributed Feedback Laser半导体激光器，分布式反馈半导体激光器)，DBR激光器(distributed Bragg reflector半导体激光器，分布式布拉格反射半导体激光器)和外腔激光器。
[0003]半导体激光器的线宽特性决定着光纤通信系统的性能，随着光纤通信技术的高速发展，低于MHz量级的窄线宽半导体激光器的应用越来越广泛。此外，在激光雷达、光纤水听器、光纤测温及远距离的相干检测等需要精密测量的领域中，对半导体激光器线宽的要求都日益增高。
[0004]FP激光器的制作简单、成本低，但其难以实现单纵模激光，单纵模模式的DFB激光器虽然可以实现单纵模激光，且成本已降到可市场化的水平，但在制造过程中不仅存在光栅制造、二次外延生长的复杂工艺，还需要使用昂贵的设备，同时，DFB激光器的线宽通常在MHz量级，难以满足窄线宽的要求。DBR半导体激光器的制备工艺相对DFB较复杂，且线宽差异不大。
[0005]半导体外腔激光器可将线宽压窄至100kHz以下，但是其功率通常较低，光栅或者光纤光栅的制作难度较大、与半导体芯片的耦合难度较大，易受到振动等外界环境的影响。
[0006]为了实现FP激光器的单纵模输出，由爱尔兰的研究人员提出Slotted FP激光器，在一条波导上周期性地设置一系列刻蚀槽，通过对谐振腔的微扰来实现对激光器出射谱的调制，从而实现激光器的单模输出。激光器所有的槽宽都是1微米左右，刻蚀深度与脊型波导的高度一致，通过调节刻蚀槽的周期可以实现不同波长的输出，他们得到了一组具有不同出射波长的激光器阵列，该方法在含刻蚀槽脊型波导后面集成了一个电吸收调制器，可以得到类似于DBR的激光器；为了进一步降低FP激光器的线宽，有人提出将刻蚀深度增加至能隔断有源层的位置，该方法可以获得较窄的线宽，但是这种刻蚀深宽比至少达到4或以上的深刻蚀工艺难度较大，而且刻蚀截面的质量难以控制和保证。
[0007]为了从DFB激光器的角度降低线宽，2004年陈向飞等人提出重构等效啁啾(REC)技术。该技术与采样布拉格光栅类似，在均匀种子光栅的基础上，通过设计和制作特殊的更大周期采样结构，如在采样光栅形成
±
1级信道中形成等效相移、等效切趾等结构，可实现与真实相移光栅、切趾光栅等相同的对光的束缚和选择功能和效果。其优点在于采样周期在微米量级，简化了复杂光栅结构的制作工艺，同时提髙了对波长的控制精度，还可以将线宽压窄至低于MHz量级，但是该方法无法避免光栅制造，二次外延生长等难度较大，成本较高的复杂工艺。

技术实现思路

[0008]一种半导体量子阱激光器，其外延结构包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、下限制层、有源层、上限制层和接触层；
[0009]优选地，所述外延结构还包括：下波导层、上波导层、过渡层、下保护层、刻蚀阻挡层和上保护层；
[0010]所述下波导层位于下限制层和有源层之间，所述上波导层、过渡层自下而上依次位于有源层和上限制层之间，所述下保护层、刻蚀阻挡层和上保护层自下而上依次设置在上限制层和接触层之间；
[0011]作为一个实例地，所述外延结构包括自下而上依次设置衬底、缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、下保护层、刻蚀阻挡层、上保护层和接触层；
[0012]作为一个实例地，所述外延结构包括自下而上依次设置衬底、缓冲层、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、过渡层、上限制层和接触层；
[0013]所述上保护层上刻蚀或者腐蚀形成脊波导和若干刻蚀槽，所述刻蚀槽分布在脊波导上，所述刻蚀槽将所述脊波导分割成若干不连续的脊波导分段；
[0014]根据本技术，所述脊波导各分段之间的耦合系数，和/或脊波导各分段的长度，和/或刻蚀槽的宽度，和/或刻蚀槽的深度，沿谐振腔轴向呈切趾分布、啁啾分布或者相移分布。
[0015]优选地，所述脊波导各分段之间的耦合系数、脊波导各分段的长度、刻蚀槽的宽度、刻蚀槽的深度沿谐振腔轴向的分布，包含切趾分布、啁啾分布或者相移分布中的至少两种。
[0016]优选地，位于所述脊波导中部区域的脊波导各分段的长度呈啁啾分布或相移分布，优选地，位于两侧区域的脊波导各分段的长度等效切趾分布；
[0017]优选地，所述脊波导中部1/3范围内的脊波导各分段的长度呈啁啾分布或相移分布，位于两侧各1/3范围内的脊波导各分段的长度呈等效切趾分布；
[0018]优选地，位于所述脊波导中部区域的刻蚀槽的宽度和/或深度呈啁啾分布或相移分布，优选地，位于两侧区域的刻蚀槽的宽度呈等效切趾分布；
[0019]优选地，所述脊波导中部1/3范围内的刻蚀槽的宽度和/或深度呈啁啾分布或相移分布，位于两侧各1/3范围内的刻蚀槽的宽度和/或深度呈等效切趾分布；
[0020]优选地，位于所述脊波导中部区域内各分段之间的耦合系数呈啁啾分布或相移分布，优选地，位于两侧区域的耦合系数呈等效切趾分布；
[0021]优选地，所述脊波导中部1/3范围内各分段之间的耦合系数呈啁啾分布或相移分布，位于两侧各1/3范围内的耦合系数呈等效切趾分布；
[0022]优选地，脊波导各分段长度与刻蚀槽宽度之比大于1(即占空比大于0.5)，例如：脊波导各分段、刻蚀槽呈等效切趾分布，占空比在0.75
‑
0.95内变化。
[0023]优选地，所述脊波导各分段、刻蚀槽呈等效切趾分布，且为余弦分布。
[0024]所述切趾分布指具有特定函数分布状态的结构，常见有高斯分布、余弦分布、汉明函数分布，例如为余弦分布；所述啁啾分布指分布状态的周期成线性变化；所述相移分布结构指分布状态的周期存在相位突变的结构。
[0025]优选地，所述脊波导平行于脊方向的两侧设置有侧沟槽，所述侧沟槽的宽度为10
～20μm；
[0026]优选地，所述侧沟槽的深度和脊波导的高度一致；
[0027]根据本技术，所述脊波导的深度为1～2.6μm，脊宽为2～4μm；
[0028]优选地，所述刻蚀槽的宽度与脊波导长度的方向一致，从而实现将脊波导分割成若干脊波导分段，刻蚀槽长度与脊波导的宽度相同或不同；
[0029]优选地，所述刻蚀槽的宽度为0.5～2.5μm，深度为1～2μm，优选地，所述刻蚀槽的深宽比小于4；
[0030]优选地，所述刻蚀槽的底部位于N
‑
InP缓冲层、P
‑
InGaAsP上限制层或P
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InP下保护层；
[0031]优选地，所述脊波导的脊高度与所述刻蚀槽的深度相同或不同；优选地，不同所述刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体量子阱激光器，其特征在于，其外延结构包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、下限制层、有源层、上限制层和接触层；所述外延结构还包括：下波导层、上波导层、过渡层、下保护层、刻蚀阻挡层和上保护层；所述下波导层位于下限制层和有源层之间，所述上波导层、过渡层自下而上依次位于有源层和上限制层之间，所述下保护层、刻蚀阻挡层和上保护层自下而上依次设置在上限制层和接触层之间；所述上保护层上设置有脊波导和若干刻蚀槽，所述刻蚀槽分布在脊波导上，所述刻蚀槽将所述脊波导分割成若干不连续的脊波导分段。2.根据权利要求1所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导各分段之间的耦合系数，和/或脊波导各分段的长度，和/或刻蚀槽的宽度，和/或刻蚀槽的深度，沿谐振腔轴向呈切趾分布、啁啾分布或者相移分布。3.根据权利要求2所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导各分段之间的耦合系数、脊波导各分段的长度、刻蚀槽的宽度中沿谐振腔轴向的分布，包含切趾分布、啁啾分布或者相移分布中的至少两种。4.根据权利要求3所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，位于所述脊波导中部区域的脊波导各分段的长度呈啁啾分布或相移分布。5.根据权利要求3所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，位于所述脊波导两侧区域的脊波导各分段的长度等效切趾分布。6.根据权利要求3所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导中部1/3范围内的脊波导各分段的长度呈啁啾分布或相移分布，位于两侧各1/3范围内的脊波导各分段的长度呈等效切趾分布。7.根据权利要求3所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，位于所述脊波导中部区域的刻蚀槽的宽度呈啁啾分布或相移分布。8.根据权利要求3所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，位于所述脊波导两侧区域的刻蚀槽的宽度呈等效切趾分布。9.根据权利要求7或8所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导中部1/3范围内的刻蚀槽的宽度呈啁啾分布或相移分布，位于两侧各1/3范围内的刻蚀槽的宽度呈等效切趾分布。10.根据权利要求3所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，位于所述脊波导中部区域内各分段之间的耦合系数呈啁啾分布或相移分布。11.根据权利要求3所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，位于所述脊波导两侧区域的耦合系数呈等效切趾分布。12.根据权利要求10或11所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导中部1/3范围内各分段之间的耦合系数呈啁啾分布或相移分布，位于两侧各1/3范围内的耦合系数呈等效切趾分布。13.根据权利要求2所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导分段长度与刻蚀槽宽度之比为大于1。14.根据权利要求13所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导各分段、刻
蚀槽呈等效切趾分布。15.根据权利要求14所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导各分段、刻蚀槽呈等效切趾分布，且为余弦分布。16.根据权利要求1至3任一项所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导平行于脊方向的两侧设置有沟槽，所述沟槽的宽度为10～20μm。17.根据权利要求16所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述沟槽的深度和脊波导的高度一致。18.根据权利要求16所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述脊波导的深度为1～2.6μm，脊宽为2～4μm。19.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述刻蚀槽的宽度与脊波导长度的方向一致，所述刻蚀槽将脊波导分割成若干脊波导分段。20.根据权利要求19所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述刻蚀槽与脊波导的宽度相同或不同。21.根据权利要求19所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述刻蚀槽的宽度为0.5～2.5μm，深度为1～2μm。22.根据权利要求19所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述刻蚀槽的深宽比小于4。23.根据权利要求19所述的半导体量子阱激光器，其特征在于，所述刻蚀槽的底部位于N
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【专利技术属性】
技术研发人员：林琦，林中晞，赵晓凡，朱振国，钟杏丽，苏辉，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：新型
国别省市：