專利名稱：基于非對稱相移光柵的窄線寬dfb半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
窄線寬半導(dǎo)體激光器具有非常重要的應(yīng)用價值。(I)在前沿科學(xué)研究方面，可用于高精度光譜測量、量子/原子頻標(biāo)等領(lǐng)域；(2)在國防安全領(lǐng)域可用于激光雷達(dá)系統(tǒng)、激光通信、光電對抗、光電導(dǎo)航等；(3)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域、高速通信領(lǐng)域，高穩(wěn)定度窄線寬激光器是光纖高靈敏度光纖傳感系統(tǒng)和相干光通信系統(tǒng)的核心器件。半導(dǎo)體激光器相比于光纖激光器和YAG激光器具有可靠性高、壽命長、能耗低、體積小等優(yōu)點，非常有益于在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器相比于光纖激光器和YAG激光器具有可靠性高、壽命長、能耗低、體積小等優(yōu)點，非常有益于在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的窄線寬半導(dǎo)體激光器主要包括:法布里-珀羅(F-P)腔半導(dǎo)體激光器、分布反饋半導(dǎo)體激光器(DFB)、分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器(DBR)和外腔半導(dǎo)體激光器(ECDL)。其中，普通結(jié)構(gòu)的法布里-珀羅(F-P)腔半導(dǎo)體激光器中，利用解理而成的兩個面構(gòu)成諧振腔，簡單易做，然而這類激光器僅能在直流驅(qū)動下實現(xiàn)靜態(tài)單縱模工作，而在高速調(diào)制下不能保證單縱模工作，增益峰值、振蕩模式、工作頻率都會隨驅(qū)動電流、環(huán)境溫度等外部因素發(fā)生較大的變化。外腔半導(dǎo)體激光器以其窄線寬和靈活的波長調(diào)諧能力得到了廣泛的關(guān)注。但較長的外腔容易受到外界溫度變化、大氣變化、機(jī)械振動以及磁場的影響，導(dǎo)致激光頻率不穩(wěn)定。分布反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器用作光通信的光源，與一般其它半導(dǎo)體激光器的主要區(qū)別在于在半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部建立一個布拉格光柵，利用布拉格光柵來構(gòu)成諧振腔，選擇工作波長，可以實現(xiàn)動態(tài)單縱模工作，獲得穩(wěn)定的單一波長的激光。目前DFB半導(dǎo)體激光器的光柵結(jié)構(gòu)是在均勻分布DFB光柵的中心位置引入一個λ/4或λ/8相移,但是這種結(jié)構(gòu)受激光器效率的影響，輸出功率往往不高，且由于激光器解理面的不對稱性以及端面鍍膜的不對稱性，容易引起激光器發(fā)射波長的不穩(wěn)定性，無法滿足光通信系統(tǒng)中對激光器性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，其是基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，其可克服外部反射光對激光器內(nèi)部的影響，壓窄激光線寬，增加激光器的頻率穩(wěn)定性和增大輸出功率的效果。本發(fā)明提供一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器,包括:一緩沖層；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在緩沖層上；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在下包層上；
一光柵層，該光柵層制作在多量子阱有源層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在光柵層上；一包層，該包層制作在上波導(dǎo)層上；一接觸層，該接觸層制作在包層上；一 P電極，該P(yáng)電極制作在接觸層上；一 N電極，該N電極制作在緩沖層的背面。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中:圖1是本發(fā)明窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的局部放大示意圖，顯示光柵層4的端面示意圖；圖4是本發(fā)明窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器的典型光譜圖。
具體實施例方式請參閱圖1至圖4所示，本發(fā)明提供一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，包括:一緩沖層1、一下波導(dǎo)層2、一多量子講有源層3、一光柵層4、一上波導(dǎo)層
5、一包層6、一接觸層7, — P電極8和一 N電極9。其中:一緩沖層I，該緩沖層I的材料為選擇II1-V族化合物半導(dǎo)體材料、I1-VI族化合物半導(dǎo)體材料、IV-VI族化合物半導(dǎo)體材料或四元化合物半導(dǎo)體材料；對于InP緩沖層，厚度為200nm、摻雜濃度約lX1018cnT2。一下波導(dǎo)層2，該下波導(dǎo)層2制作在緩沖層I上，其厚度為IOOnm的非摻雜晶格匹配的InGaAsP材料。一多量子阱有源層3，該多量子阱有源層3制作在下包層2上，應(yīng)變InGaAsP多量子阱，具有7個量子阱，其中阱寬為8nm，I %的壓應(yīng)變，壘寬為10nm，采用晶格匹配材料，光熒光波長為1200nm。采用量子阱結(jié)構(gòu)增大微分增益，與普通的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)激光器相比，量子阱激光器具有低閾值、輸出功率大、調(diào)制速率高等特點，且在量子阱結(jié)構(gòu)中引入壓應(yīng)變或張應(yīng)變以增加微分增益，優(yōu)化阱和壘的層厚以減小載流子通過光限制層的輸運(yùn)時間及載流子從有源區(qū)中的逃逸。一光柵層4，該光柵層4制作在多量子阱有源層3上，厚度為70nm。所述的光柵層4是非對稱結(jié)構(gòu),相移為λ/4或λ/8,其中λ為激光器的輸出波長,將λ/4或λ/8相移相對光柵中心非對稱地放置，從此位置把原光柵看成2個長度分別為L1和L2的光柵段，即L1 Φ L2，如圖3所示。此類型設(shè)計中，在相移附近建立起非常強(qiáng)的激光振蕩強(qiáng)度，可以認(rèn)為，向左和向右傳輸?shù)墓鈭霰?個光柵段束縛在光柵內(nèi)發(fā)生相移的附近,并在形成的有效諧振腔內(nèi)振蕩。相移左側(cè)的光柵段L1可視為高反射率的全反鏡，右側(cè)的光柵段L2可視為低反射率的輸出鏡，則能從光柵段較短的一端獲得更大的激光功率輸出，且L1或L2與L的比值為
0.55-0.7，如果不滿足這個條件，將無法產(chǎn)生單縱模的激光輸出。當(dāng)L1 > L2從相移光柵右端輸出的激光功率更大，而當(dāng)L1 < L2從相移光柵左端輸出的激光功率更大。該光柵結(jié)構(gòu)可以通過全息干涉曝光法、雙光束干涉法或納米壓印法制作出。該光柵層4的兩側(cè)為一斜面41 (參閱圖3所示)，且兩側(cè)的斜面41為平行結(jié)構(gòu)，兩側(cè)斜面41的角度為6-12度。將光柵端面傾斜一定角度，其端面反射小，回?fù)p較大，能有效抑制回程反射光。所述的光柵層4兩側(cè)的斜面上鍍有增透膜，可以達(dá)到抑制外部反射光對激光器性能的影響。—上波導(dǎo)層5，該上波導(dǎo)層5制作在光柵層4上，二次外延P型晶格匹配InGaAsP波導(dǎo)層，光熒光波長為1200nm，摻雜濃度為I X 1017cm_2，DFB段該層的厚度為lOOnm，1700nm厚P型InP限制層，摻雜濃度為3 X IO17Cm-2逐漸變化為I X 1018cm_2，上波導(dǎo)層的主要作用在于降低界面散射損耗，提高耦合效率。光柵制作完成后，再通過二次外延生長P-1nP和P型InGaAsP包層6，，該包層6制作在上波導(dǎo)層5上，厚度為lOOnm，摻雜濃度為lX1019cm_2?？涛g形成脊形波導(dǎo)和接觸層7，該接觸層7制作在包層6上，InGaAs接觸層的厚度為lOOnm。脊形波導(dǎo)長度一般為數(shù)百微米量級，脊寬3微米，脊側(cè)溝寬為20微米，深為1.5微米。再通過等離子加強(qiáng)化學(xué)汽相沉積法，將脊形周圍填充SiO2或有機(jī)物BCB形成絕緣層。一接觸層7，該接觸層7制作在包層6上，InGaAs接觸層的厚度為IOOnm ；一 P電極8，該P(yáng)電極8制作在接觸層7上；一 N電極9，該N電極9制作在緩沖層I的背面。圖4是本發(fā)明窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器的典型光譜圖，輸出激光的中心波長為1550.38nm，具有較好的邊模抑制比。本發(fā)明的基于非對稱λ/4相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器可以克服外部反射光對激光器內(nèi)部的影響，達(dá)到壓窄激光線寬，增加激光器的頻率穩(wěn)定性和增大輸出功率的目的。以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器,包括:一緩沖層；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在緩沖層上；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在下包層上；一光柵層，該光柵層制作在多量子阱有源層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在光柵層上；一包層，該包層制作在上波導(dǎo)層上；一接觸層，該接觸層制作在包層上；一 P電極，該P(yáng)電極制作在接觸層上；一 N電極，該N電極制作在緩沖層的背面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，其中該緩沖層的材料為選擇II1-V族化合物半導(dǎo)體材料、I1-VI族化合物半導(dǎo)體材料、IV-VI族化合物半導(dǎo)體材料或四元化合物半導(dǎo)體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，其中該多量子阱有源層和上波導(dǎo)層之間的光柵層的兩側(cè)為一斜面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，其中所述的光柵層兩側(cè)的斜面為平行結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，其中所述的光柵層兩側(cè)的斜面上鍍有增透膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，其中所述的光柵層是非對稱結(jié)構(gòu)，其相移為λ/4或λ/8, λ為激光器的輸出波長。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器,其中光柵層兩側(cè)斜面的角度為6-12度。
全文摘要
一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導(dǎo)體激光器，包括一緩沖層；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在緩沖層上；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在下包層上；一光柵層，該光柵層制作在多量子阱有源層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在光柵層上；一包層，該包層制作在上波導(dǎo)層上；一接觸層，該接觸層制作在包層上；一P電極，該P(yáng)電極制作在接觸層上；一N電極，該N電極制作在緩沖層的背面。本發(fā)明可以克服外部反射光對激光器內(nèi)部的影響，壓窄激光線寬，增加激光器的頻率穩(wěn)定性和增大輸出功率的效果。
文檔編號H01S5/12GK103078250SQ20131001936
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者劉建國, 郭錦錦, 黃寧博, 孫文惠, 鄧曄, 祝寧華 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所