一種分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器及其制作方法，方法包括如下步驟：在一襯底上依次生長下波導(dǎo)層、多量子阱有源區(qū)、上波導(dǎo)層；獲得分布布拉格反饋區(qū)及相位區(qū)材料，其帶隙波長小于激光器發(fā)光波長；在反饋區(qū)制作光柵；在整個管芯表面生長包層和電接觸層材料；在反饋區(qū)、相位區(qū)及增益區(qū)的包層及電接觸層上制作倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)側(cè)壁為(111)A晶面；在電接觸層上刻蝕電隔離溝，同時對隔離溝進(jìn)行離子注入，在增益區(qū)和相區(qū)、相位區(qū)和反饋區(qū)之間實(shí)現(xiàn)電隔離。本發(fā)明在提高注入載流子濃度的同時保證反饋區(qū)具有較低的串聯(lián)電阻，有利于增大器件波長調(diào)諧范圍及提高波長調(diào)諧靈敏度。
【專利說明】一種分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可調(diào)諧激光器是光通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件。用可調(diào)諧激光器來代替固定波長的DFB激光器，就只需采購相同的可調(diào)諧激光器作為系統(tǒng)光源備份，使用時調(diào)節(jié)到相應(yīng)波長上即可，所以只需準(zhǔn)備少量數(shù)目的可調(diào)諧激光器節(jié)到相應(yīng)波長上即可。這樣便大大減少了所需激光器的種類以及采購的數(shù)量，簡化了管理，大大的節(jié)約了成本。另外，可調(diào)諧激光器還可用于可重建光分叉復(fù)用器、波長轉(zhuǎn)換和光路由以及包交換等多個方面。
[0003]擴(kuò)展波長調(diào)諧范圍及提高其波長調(diào)諧效率對可調(diào)諧激光器的應(yīng)用而言至關(guān)重要。達(dá)到這些目的一個簡單方法是減小激光器脊型波導(dǎo)的寬度，使注入到分布布拉格反饋區(qū)材料的載流子濃度增加，從而增大分布布拉格反饋區(qū)材料有效折射率的變化。然而，對傳統(tǒng)的采用直臺型脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(波導(dǎo)側(cè)壁與襯底表面夾角近90度)的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器而言，減小脊波導(dǎo)的寬度會減小器件P型金屬的接觸面積，使器件分布布拉格反饋區(qū)串聯(lián)電阻增加，器件工作時發(fā)熱量也明顯增加。由于分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的發(fā)光波長隨溫度的增加而增大，與電流注入引起波長縮短(激光器波長的主要調(diào)諧機(jī)制)的趨勢相反，所以器件電阻的增加會減小波長可調(diào)諧范圍，同時降低波長調(diào)諧效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器，以解決其因發(fā)光波長隨溫度的增加而增大所導(dǎo)致的波長調(diào)諧效率不高的問題。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明提出一種分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器，其在垂直方向上為疊層結(jié)構(gòu)，其自下至上依次包括襯底、下波導(dǎo)層、有源區(qū)層、上波導(dǎo)層、包層和電接觸層，在電接觸層上具有P面電極，并且，所述分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器在水平方向包括分布布拉格反饋區(qū)、相位區(qū)及增益區(qū)，在所述分布布拉格反饋區(qū)的上波導(dǎo)層中具有光柵，在所述分布布拉格反饋區(qū)、相位區(qū)及增益區(qū)的包層及電接觸層上具有倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)側(cè)壁為(Ill)A晶面，所述倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是一個在水平方向延伸的脊形柱，脊形柱的橫截面為倒梯形。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，在所述電接觸層的分布布拉格反饋區(qū)與相位區(qū)之間，以及相位區(qū)與增益區(qū)之間的區(qū)域具有電隔離溝，其用于各區(qū)間的電隔離。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，所述襯底是InP、GaAs、GaN或SiC襯底。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，所述光柵是均勻周期的分布布拉格光柵，或是取樣光柵，或是數(shù)字超模光柵及超結(jié)構(gòu)光柵。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，所述有源層包含兩個以上的量子阱。[0012]本發(fā)明還提出一種制作分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的方法包括如下步驟:S1、在一個襯底上依次生長下波導(dǎo)層、有源區(qū)層和上波導(dǎo)層；S2、利用量子阱混雜技術(shù)或?qū)由L技術(shù)獲得帶隙波長小于激光器發(fā)光波長的分布布拉格反饋區(qū)及相位區(qū)材料；S3、在所述分布布拉格反饋區(qū)的上波導(dǎo)層中制作光柵；S4、在所述上波導(dǎo)層表面生長包層和電接觸層；
S5、在所述分布布拉格反饋區(qū)、相位區(qū)及增益區(qū)的包層及電接觸層上制作倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)側(cè)壁為(Ill)A晶面；S6、在所述電接觸層的分布布拉格反饋區(qū)與相位區(qū)之間及相位區(qū)與增益區(qū)之間的區(qū)域刻蝕電隔離溝，同時對隔離溝進(jìn)行離子注入，實(shí)現(xiàn)各區(qū)間的電隔離；S7、在所述增益區(qū)、相區(qū)和分布布拉格反饋區(qū)的電極接觸層上制作P面電極；S8、在所述襯底的底部制作N面電極，完成激光器的制作。
[0013](三)有益效果
[0014]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]通過采用側(cè)壁為(Ill)A晶面的倒臺型脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其下部寬度較小可有效提高分布布拉格反饋區(qū)載流子注入濃度，同時其上部寬度明顯大于下部寬度，P電極面積較大使分布布拉格反饋區(qū)具有較低的串聯(lián)電阻。由此本發(fā)明在提高可調(diào)諧激光器的分布布拉格反饋區(qū)注入載流子濃度的同時保證分布布拉格反饋區(qū)具有較低的串聯(lián)電阻，有利于增大器件波長調(diào)諧范圍及提高波長調(diào)諧靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的器件材料結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的器件倒臺波導(dǎo)結(jié)構(gòu)截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]圖1為本發(fā)明的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的器件材料結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的器件倒臺波導(dǎo)結(jié)構(gòu)截面圖。請參閱圖1，該激光器在垂直方向上為疊層結(jié)構(gòu)，其自下至上依次包括襯底4、下波導(dǎo)層5、有源區(qū)層6、上波導(dǎo)層7、包層8和電接觸層9，在電接觸層9上具有P面電極。其中有源層6包含2個以上的量子阱。
[0020]所述分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器在水平方向包括分布布拉格反饋區(qū)1、相位區(qū)2及增益區(qū)3。器件發(fā)光通過在增益區(qū)I注入大于閾值的電流實(shí)現(xiàn)。分布布拉格反饋區(qū)I的上波導(dǎo)層7中具有光柵，通過對光的反饋使器件單縱模工作，同時，電流注入該區(qū)，其材料的有效折能夠射率能夠發(fā)生改變，從而可以實(shí)現(xiàn)對器件波長的調(diào)諧。在相位區(qū)2注入電流可以實(shí)現(xiàn)對器件發(fā)光波長的微調(diào)。
[0021]如圖2所示，本發(fā)明的激光器在分布布拉格反饋區(qū)1、相位區(qū)2及增益區(qū)3的包層8及電接觸層9上具有倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)側(cè)壁為(Ill)A晶面。所述倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是一個在水平方向延伸的脊形柱，脊形柱的橫截面為倒梯形。
[0022]此外，在本發(fā)明的激光器在電接觸層9的分布布拉格反饋區(qū)I與相位區(qū)2之間及相位區(qū)2與增益區(qū)3之間的區(qū)域刻蝕有電隔離溝12，同時對隔離溝12進(jìn)行離子注入，實(shí)現(xiàn)各區(qū)間的電隔離。
[0023]通過采用側(cè)壁為(Ill)A晶面的倒臺型脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，脊波導(dǎo)s下部寬度較小可有效提高分布布拉格反饋區(qū)I的載流子注入濃度，同時脊波導(dǎo)s上部寬度明顯大于下部寬度，P電極13面積較大使分布布拉格反饋區(qū)具有較低的串聯(lián)電阻，均有利于增加器件的波長調(diào)諧范圍。
[0024]上述激光器的制造方法包括如下步驟:
[0025]S1、在一個襯底4上依次生長下波導(dǎo)層5、有源區(qū)層6和上波導(dǎo)層7。其中有源層6包含2個以上的量子阱。
[0026]其中所述襯底4是InP襯底，或是GaAs襯底，或是GaN襯底，或是SiC襯底；
[0027]S2、利用量子阱混雜技術(shù)或?qū)由L技術(shù)獲得帶隙波長小于激光器發(fā)光波長的分布布拉格反饋區(qū)I及相位區(qū)2材料。
[0028]在量子阱混雜技術(shù)中，在上波導(dǎo)層7上部生長InP緩沖層，通過P離子注入在分布布拉格反饋區(qū)I及相位區(qū)2的InP犧牲層中引入大量點(diǎn)缺陷，隨后快速熱退火使點(diǎn)缺陷向有源層6移動，促進(jìn)有源層6中量子阱及壘中元素互擴(kuò)散，使其發(fā)光波長變短。而激光器區(qū)3中由于沒有離子注入，有源層6中量子阱發(fā)光波長不變。在對接生長技術(shù)中，選擇性腐蝕掉分布布拉格反饋區(qū)I及相位區(qū)2中的有源層6的量子阱材料，之后對接生長短波長材料作為這兩個區(qū)測材料。
[0029]S3、在分布布拉格反饋區(qū)I的上波導(dǎo)層7中制作光柵10。
[0030]其中所述光柵10是均勻周期的分布布拉格光柵，或是取樣光柵，或是數(shù)字超模光柵及超結(jié)構(gòu)光柵。
[0031]S4、在上波導(dǎo)層7表面依次生長包層8和電接觸層9。
[0032]S5、在分布布拉格反饋區(qū)1、相位區(qū)2及增益區(qū)3的包層8及電接觸層9上制作倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)側(cè)壁為(Ill)A晶面S。
[0033]S6、在電接觸層9的分布布拉格反饋區(qū)I與相位區(qū)2之間及相位區(qū)2與增益區(qū)3之間的區(qū)域刻蝕電隔離溝12，同時對隔離溝12進(jìn)行離子注入，實(shí)現(xiàn)各區(qū)間的電隔離。
[0034]S7、在增益區(qū)3、相區(qū)2和分布布拉格反饋區(qū)I的電極接觸層9上制作P面電極13。
[0035]S8、在襯底4的底部制作N面電極11，完成激光器制作。
[0036]襯底4可先進(jìn)行減薄。
[0037]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器，其在垂直方向上為疊層結(jié)構(gòu)，其自下至上依次包括襯底(4)、下波導(dǎo)層(5)、有源區(qū)層(6)、上波導(dǎo)層(7)、包層(8)和電接觸層(9)，在電接觸層(9)上具有P面電極(13)，并且，所述分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器在水平方向包括分布布拉格反饋區(qū)(I)、相位區(qū)(2)及增益區(qū)(3)，在所述分布布拉格反饋區(qū)(I)的上波導(dǎo)層(7)中具有光柵，其特征在于: 在所述分布布拉格反饋區(qū)(I)、相位區(qū)(2)及增益區(qū)(3)的包層(8)及電接觸層(9)上具有倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)側(cè)壁為(Ill)A晶面，所述倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是一個在水平方向延伸的脊形柱，脊形柱的橫截面為倒梯形。
2.如權(quán)利要求1所述的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器，其特征在于，在所述電接觸層(9)的分布布拉格反饋區(qū)⑴與相位區(qū)(2)之間，以及相位區(qū)⑵與增益區(qū)(3)之間的區(qū)域具有電隔離溝(12)，其用于各區(qū)間的電隔離。
3.如權(quán)利要求1所述的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述襯底(4)是InP, GaAs, GaN 或 SiC 襯底。
4.如權(quán)利要求1所述的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述光柵是均勻周期的分布布拉格光柵，或是取樣光柵，或是數(shù)字超模光柵及超結(jié)構(gòu)光柵。
5.如權(quán)利要求1所述的分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述有源層(6)包含兩個以上的量子阱。
6.一種制作分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、在一個襯底(4)上依次生長下波導(dǎo)層(5)、有源區(qū)層(6)和上波導(dǎo)層(7)； 52、利用量子阱混雜技術(shù)或?qū)由L技術(shù)獲得帶隙波長小于激光器發(fā)光波長的分布布拉格反饋區(qū)(I)及相位區(qū)⑵材料； 53、在所述分布布拉格反饋區(qū)(I)的上波導(dǎo)層(7)中制作光柵(10)； 54、在所述上波導(dǎo)層(7)表面生長包層(8)和電接觸層(9)； 55、在所述分布布拉格反饋區(qū)(I)、相位區(qū)(2)及增益區(qū)(3)的包層(8)及電接觸層(9)上制作倒臺淺脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)側(cè)壁為(Ill)A晶面(s)； 56、在所述電接觸層(9)的分布布拉格反饋區(qū)(I)與相位區(qū)(2)之間及相位區(qū)(2)與增益區(qū)(3)之間的區(qū)域刻蝕電隔離溝(12)，同時對隔離溝(12)進(jìn)行離子注入，實(shí)現(xiàn)各區(qū)間的電隔離； 57、在所述增益區(qū)(3)、相區(qū)(2)和分布布拉格反饋區(qū)(I)的電極接觸層(9)上制作P面電極(13)； 58、在所述襯底(4)的底部制作N面電極(11)，完成激光器的制作。
7.如權(quán)利要求6所述的制作分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的方法，其特征在于，所述襯底(4)是 InP、GaAs, GaN 或 SiC 襯底。
8.如權(quán)利要求6所述的制作分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的方法，其特征在于，所述光柵是均勻周期的分布布拉格光柵，或是取樣光柵，或是數(shù)字超模光柵及超結(jié)構(gòu)光柵。
9.如權(quán)利要求6所述的制作分布布拉格反饋可調(diào)諧激光器的方法，其特征在于，所述有源層(6)包含兩個以上的量子阱。
【文檔編號】H01S5/22GK103532014SQ201310529374
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】梁松, 張燦, 于立強(qiáng), 趙玲娟, 朱洪亮, 吉晨, 王圩 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所