一种电加热混合腔DFB激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种电加热混合腔DFB激光器及其制作方法，其结构包括外延结构、负极金属、正极金属和加热电极金属，外延结构的正面设有脊波导；外延结构沿激光器腔长方向包括相移区和有源区，其中相移区靠近反射端面；有源区的外延结构包括有源层和光栅；相移区的外延结构不包括有源层和光栅而包括无源波导层；正极金属覆盖有源区脊波导的70％以上，加热电极金属覆设于相移区的脊波导上并与正极金属间隔设置。将有源区和无源相移区对接形成混合腔激光器，实现电流控制的快速且宽范围的激光器调谐，实现了精细的无跳模频率调谐的功能，有利于在调谐过程中保持输出功率稳定。于在调谐过程中保持输出功率稳定。于在调谐过程中保持输出功率稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种电加热混合腔DFB激光器及其制作方法


[0001]本专利技术属于激光器的
，具体涉及一种电加热混合腔DFB激光器及其制作方法。

技术介绍

[0002]采用调频连续波(FMCW)技术的激光雷达，具有同时测量距离和速度、抗环境光干扰能力强等优点，是激光雷达的重要发展方向。FMCW雷达需要窄线宽(约100kHz)、快速无跳模且宽调谐范围的激光器(约20GHz)，窄线宽半导体激光器体积小效率高，在FMCW雷达光源领域具有理想的应用前景。
[0003]常规窄线宽半导体激光器主要为：分布式反馈激光器(DFB)、分布布拉格反射激光器(DBR)和外腔半导体激光器(ECL)。窄线宽DFB因其外延及生产工艺较简单和成熟，具有大规模量产和低成本优势，但是其无跳模调谐范围一般比较小，难以满足宽调谐范围的需求。
[0004]现有加热技术对DFB激光器的整个腔进行加热，可以改变DFB光栅的周期和等效折射率，具有较大的调谐范围，但一方面容易出现跳模，调谐不稳定；另一方面产生了内量子效率降低、输出功率减小、阈值增加等负面影响。上述问题限制了其在FMCW激光器雷达上的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种电加热混合腔DFB激光器及其制作方法。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种电加热混合腔DFB激光器，包括外延结构、负极金属、正极金属和加热电极金属，外延结构的正面设有脊波导；外延结构沿激光器腔长方向包括相移区和有源区，腔长方向的一端为反射端面，其中相移区靠近反射端面；有源区的外延结构包括有源层和光栅；相移区的外延结构不包括有源层和光栅，包括无源波导层；正极金属覆盖有源区脊波导的70％以上，加热电极金属覆设于相移区的脊波导上，加热电极金属和正极金属间隔设置。
[0008]可选的，所述有源区的外延结构由下至上包括衬底、下包层、有源层和上包层，所述光栅设于上包层或下包层中；所述相移区的外延结构由下至上包括衬底、下包层、无源波导层和上包层，其中无源波导层与有源层相接。所述有源层和无源波导层的折射率大于所述下包层和上包层。
[0009]可选的，所述外延结构的正面还覆盖有钝化层，所述钝化层于所述脊波导上设有位于所述有源区的开口，所述正极金属通过所述开口与所述脊波导接触；所述加热电极金属与所述相移区的脊波导通过钝化层隔开。
[0010]可选的，所述有源区脊波导上方的开口和所述相移区上方的加热电极金属之间设置钝化层间隔区，用于隔开所述加热电极金属和正极金属；所述钝化层间隔区不小于3um。
[0011]可选的，所述加热电极金属的长度占所述相移区长度的70％以上，加热电极的电
阻大于50Ω；所述加热电极金属还包括正负引出端，所述正负引出端位于所述脊波导的一侧。
[0012]可选的，所述外延结构正面形成有两沟槽，两沟槽之间形成所述脊波导，所述加热电极金属覆盖所述两沟槽和脊波导的表面。
[0013]可选的，所述相移区占所述激光器的腔长的2％～20％；所述无源波导层的折射率与所述有源层的等效折射率差小于10％，所述无源波导层的光致发光波长小于激光器工作波长，所述无源波导层的材料带隙大于所述有源层的材料带隙。
[0014]可选的，所述钝化层为二氧化硅或氮化硅薄膜，厚度100nm
‑
1000nm；所述加热电极金属为铂或钛金属薄膜，厚度为100
‑
1000nm，宽度为5
‑
50um，。
[0015]一种上述电加热混合腔DFB激光器的制作方法，包括步骤：
[0016]1)于衬底上生长DFB激光器一次外延层，包括有源层和光栅形成层，定义出相移区和有源区，通过电子束曝光或全系曝光制作光栅图形，通过刻蚀于光栅形成层形成光栅；
[0017]2)腐蚀掉相移区的光栅形成层和有源层，进行二次外延对接生长无源波导层；
[0018]3)进行三次外延；
[0019]4)制作脊波导；
[0020]5)沉积金属于有源区的脊波导上和对应的金属打线区制作正极金属；
[0021]6)沉积金属于相移区的脊波导上制作加热电极金属；
[0022]7)沉积负极金属。
[0023]可选的，步骤4)和步骤5)之间，还包括于步骤4)形成的结构表面沉积钝化层并对脊波导之上的钝化层开口的步骤，所述开口位于所述有源区的脊波导上。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025]1)将有源区和无源相移区对接形成混合腔激光器，加热电极金属位于反射端面的相移区，利用电热功率加热无源波导引起折射率的变化来提供精细的无跳模频率调谐的功能，激光器的谐振频率主要由DFB光栅的周期和混合腔的腔长决定，实现电流控制的快速且宽范围的激光器调谐，提高DFB激光器的调谐范围和调谐速率，以期满足FMCW雷达应用；
[0026]2)只在反射端面附近引入加热电极金属，对有源区的结温影响较小，对阈值和斜效率影响较小；
[0027]3)相移区为无源结构，无增益效果作用；相移调谐过程中的相移区温升对整个腔的增益影响小，有利于在调谐过程中保持输出功率稳定。
附图说明
[0028]图1为实施例1的电加热混合腔DFB激光器的俯视结构示意图；
[0029]图2为图1中a
‑
a
’
方向的截面图；
[0030]图3为图1中b
‑
b
’
方向的截面图；
[0031]图4为实施例2的电加热混合腔DFB激光器的俯视结构示意图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释。本专利技术的各附图仅为示意以更容易了解本专利技术，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件
的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
[0033]实施例1
[0034]参考图1至图3，实施例1的电加热混合腔DFB激光器，包括外延结构1，钝化层2、正极金属3、加热电极金属4和负极金属5。其外延结构1沿腔长方向(图中标示为x方向)包括相移区A和有源区B。DFB激光器腔长方向的一端为反射端面HR，相移区A靠近反射端面HR。有源区B由下至上包括衬底11、下包层12、有源层13、上包层14和接触层15，上包层14内设有光栅16；相移区A由下至上包括衬底11、下包层12、无源波导层17和上包层14，无源波导层17与有源层13相接，相移区A的外延结构中不设置光栅。外延结构1的正面沿腔长方向(附图中显示为横向)形成有脊波导18。钝化层2覆盖于外延结构1表面，钝化层2于有源区的脊波导上设有开口。正极金属3设于有源区B，覆盖有源区脊波导18的70％以上并延伸至有源区脊波导一侧或两侧的钝化层2上(对应的金属打线区)，则正极金属3在脊波导上通过所述开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电加热混合腔DFB激光器，其特征在于：包括外延结构、负极金属、正极金属和加热电极金属，外延结构的正面设有脊波导；外延结构沿激光器腔长方向包括相移区和有源区，腔长方向的一端为反射端面，其中相移区靠近反射端面；有源区的外延结构包括有源层和光栅；相移区的外延结构不包括有源层和光栅，包括无源波导层；正极金属覆盖有源区脊波导的70％以上，加热电极金属覆设于相移区的脊波导上，加热电极金属和正极金属间隔设置。2.根据权利要求1所述的电加热混合腔DFB激光器，其特征在于：所述有源区的外延结构由下至上包括衬底、下包层、有源层和上包层，所述光栅设于上包层或下包层中；所述相移区的外延结构由下至上包括衬底、下包层、无源波导层和上包层，其中无源波导层与有源层相接，所述有源层和无源波导层的折射率大于所述下包层和上包层。3.根据权利要求1所述的电加热混合腔DFB激光器，其特征在于：所述外延结构的正面还覆盖有钝化层，所述钝化层于所述脊波导上设有位于所述有源区的开口，所述正极金属通过所述开口与所述脊波导接触；所述加热电极金属与所述相移区的脊波导通过钝化层隔开。4.根据权利要求3所述的电加热混合腔DFB激光器，其特征在于：所述有源区脊波导上方的开口和所述相移区上方的加热电极金属之间设置钝化层间隔区，用于隔开所述加热电极金属和正极金属；所述钝化层间隔区不小于3um。5.根据权利要求1所述的电加热混合腔DFB激光器，其特征在于：所述加热电极金属的长度占所述相移区长度的70％以上，加热电极的电阻大于50Ω；所述加热电极金属还包括正负引出端，所述正负引出端位于所述脊波导的一侧。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙维忠，程斌，丁振文，黄祝阳，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：