CN103532014A - 一种分布布拉格反馈可调谐激光器及其制作方法 - Google Patents

一种分布布拉格反馈可调谐激光器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布布拉格反馈可调谐激光器及其制作方法，方法包括如下步骤：在一衬底上依次生长下波导层、多量子阱有源区、上波导层；获得分布布拉格反馈区及相位区材料，其带隙波长小于激光器发光波长；在反馈区制作光栅；在整个管芯表面生长包层和电接触层材料；在反馈区、相位区及增益区的包层及电接触层上制作倒台浅脊波导结构，其波导侧壁为(111)A晶面；在电接触层上刻蚀电隔离沟，同时对隔离沟进行离子注入，在增益区和相区、相位区和反馈区之间实现电隔离。本发明在提高注入载流子浓度的同时保证反馈区具有较低的串联电阻，有利于增大器件波长调谐范围及提高波长调谐灵敏度。

Description

一种分布布拉格反馈可调谐激光器及其制作方法
技术领域
本发明涉及光电子器件领域，特别涉及一种分布布拉格反馈可调谐激光器的制作方法。
背景技术
可调谐激光器是光通信系统中必不可少的关键器件。用可调谐激光器来代替固定波长的DFB激光器，就只需采购相同的可调谐激光器作为系统光源备份，使用时调节到相应波长上即可，所以只需准备少量数目的可调谐激光器节到相应波长上即可。这样便大大减少了所需激光器的种类以及采购的数量，简化了管理，大大的节约了成本。另外，可调谐激光器还可用于可重建光分叉复用器、波长转换和光路由以及包交换等多个方面。
扩展波长调谐范围及提高其波长调谐效率对可调谐激光器的应用而言至关重要。达到这些目的一个简单方法是减小激光器脊型波导的宽度，使注入到分布布拉格反馈区材料的载流子浓度增加，从而增大分布布拉格反馈区材料有效折射率的变化。然而，对传统的采用直台型脊波导结构(波导侧壁与衬底表面夹角近90度)的分布布拉格反馈可调谐激光器而言，减小脊波导的宽度会减小器件P型金属的接触面积，使器件分布布拉格反馈区串联电阻增加，器件工作时发热量也明显增加。由于分布布拉格反馈可调谐激光器的发光波长随温度的增加而增大，与电流注入引起波长缩短(激光器波长的主要调谐机制)的趋势相反，所以器件电阻的增加会减小波长可调谐范围，同时降低波长调谐效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分布布拉格反馈可调谐激光器，以解决其因发光波长随温度的增加而增大所导致的波长调谐效率不高的问题。
(二)技术方案
本发明提出一种分布布拉格反馈可调谐激光器，其在垂直方向上为叠层结构，其自下至上依次包括衬底、下波导层、有源区层、上波导层、包层和电接触层，在电接触层上具有P面电极，并且，所述分布布拉格反馈可调谐激光器在水平方向包括分布布拉格反馈区、相位区及增益区，在所述分布布拉格反馈区的上波导层中具有光栅，在所述分布布拉格反馈区、相位区及增益区的包层及电接触层上具有倒台浅脊波导结构，其波导侧壁为(111)A晶面，所述倒台浅脊波导结构是一个在水平方向延伸的脊形柱，脊形柱的横截面为倒梯形。
根据本发明的一种具体实施方式，在所述电接触层的分布布拉格反馈区与相位区之间，以及相位区与增益区之间的区域具有电隔离沟，其用于各区间的电隔离。
根据本发明的一种具体实施方式，所述衬底是InP、GaAs、GaN或SiC衬底。
根据本发明的一种具体实施方式，所述光栅是均匀周期的分布布拉格光栅，或是取样光栅，或是数字超模光栅及超结构光栅。
根据本发明的一种具体实施方式，所述有源层包含两个以上的量子阱。
本发明还提出一种制作分布布拉格反馈可调谐激光器的方法包括如下步骤：S1、在一个衬底上依次生长下波导层、有源区层和上波导层；S2、利用量子阱混杂技术或对接生长技术获得带隙波长小于激光器发光波长的分布布拉格反馈区及相位区材料；S3、在所述分布布拉格反馈区的上波导层中制作光栅；S4、在所述上波导层表面生长包层和电接触层；S5、在所述分布布拉格反馈区、相位区及增益区的包层及电接触层上制作倒台浅脊波导结构，其波导侧壁为(111)A晶面；S6、在所述电接触层的分布布拉格反馈区与相位区之间及相位区与增益区之间的区域刻蚀电隔离沟，同时对隔离沟进行离子注入，实现各区间的电隔离；S7、在所述增益区、相区和分布布拉格反馈区的电极接触层上制作P面电极；S8、在所述衬底的底部制作N面电极，完成激光器的制作。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
通过采用侧壁为(111)A晶面的倒台型脊波导结构，其下部宽度较小可有效提高分布布拉格反馈区载流子注入浓度，同时其上部宽度明显大于下部宽度，P电极面积较大使分布布拉格反馈区具有较低的串联电阻。由此本发明在提高可调谐激光器的分布布拉格反馈区注入载流子浓度的同时保证分布布拉格反馈区具有较低的串联电阻，有利于增大器件波长调谐范围及提高波长调谐灵敏度。
附图说明
图1为本发明的分布布拉格反馈可调谐激光器的器件材料结构示意图；
图2为本发明的分布布拉格反馈可调谐激光器的器件倒台波导结构截面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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，对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明的分布布拉格反馈可调谐激光器的器件材料结构示意图。图2为本发明的分布布拉格反馈可调谐激光器的器件倒台波导结构截面图。请参阅图1，该激光器在垂直方向上为叠层结构，其自下至上依次包括衬底4、下波导层5、有源区层6、上波导层7、包层8和电接触层9，在电接触层9上具有P面电极。其中有源层6包含2个以上的量子阱。
所述分布布拉格反馈可调谐激光器在水平方向包括分布布拉格反馈区1、相位区2及增益区3。器件发光通过在增益区1注入大于阈值的电流实现。分布布拉格反馈区1的上波导层7中具有光栅，通过对光的反馈使器件单纵模工作，同时，电流注入该区，其材料的有效折能够射率能够发生改变，从而可以实现对器件波长的调谐。在相位区2注入电流可以实现对器件发光波长的微调。
如图2所示，本发明的激光器在分布布拉格反馈区1、相位区2及增益区3的包层8及电接触层9上具有倒台浅脊波导结构，其波导侧壁为(111)A晶面。所述倒台浅脊波导结构是一个在水平方向延伸的脊形柱，脊形柱的横截面为倒梯形。
此外，在本发明的激光器在电接触层9的分布布拉格反馈区1与相位区2之间及相位区2与增益区3之间的区域刻蚀有电隔离沟12，同时对隔离沟12进行离子注入，实现各区间的电隔离。
通过采用侧壁为(111)A晶面的倒台型脊波导结构，脊波导s下部宽度较小可有效提高分布布拉格反馈区1的载流子注入浓度，同时脊波导s上部宽度明显大于下部宽度，P电极13面积较大使分布布拉格反馈区具有较低的串联电阻，均有利于增加器件的波长调谐范围。
上述激光器的制作方法包括如下步骤：
S1、在一个衬底4上依次生长下波导层5、有源区层6和上波导层7。其中有源层6包含2个以上的量子阱。
其中所述衬底4是InP衬底，或是GaAs衬底，或是GaN衬底，或是SiC衬底；
S2、利用量子阱混杂技术或对接生长技术获得带隙波长小于激光器发光波长的分布布拉格反馈区1及相位区2材料。
在量子阱混杂技术中，在上波导层7上部生长InP缓冲层，通过P离子注入在分布布拉格反馈区1及相位区2的InP牺牲层中引入大量点缺陷，随后快速热退火使点缺陷向有源层6移动，促进有源层6中量子阱及垒中元素互扩散，使其发光波长变短。而激光器区3中由于没有离子注入，有源层6中量子阱发光波长不变。在对接生长技术中，选择性腐蚀掉分布布拉格反馈区1及相位区2中的有源层6的量子阱材料，之后对接生长短波长材料作为这两个区测材料。
S3、在分布布拉格反馈区1的上波导层7中制作光栅10。
其中所述光栅10是均匀周期的分布布拉格光栅，或是取样光栅，或是数字超模光栅及超结构光栅。
S4、在上波导层7表面依次生长包层8和电接触层9。
S5、在分布布拉格反馈区1、相位区2及增益区3的包层8及电接触层9上制作倒台浅脊波导结构，其波导侧壁为(111)A晶面s。
S6、在电接触层9的分布布拉格反馈区1与相位区2之间及相位区2与增益区3之间的区域刻蚀电隔离沟12，同时对隔离沟12进行离子注入，实现各区间的电隔离。
S7、在增益区3、相区2和分布布拉格反馈区1的电极接触层9上制作P面电极13。
S8、在衬底4的底部制作N面电极11，完成激光器制作。
衬底4可先进行减薄。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分布布拉格反馈可调谐激光器，其在垂直方向上为叠层结构，其自下至上依次包括衬底(4)、下波导层(5)、有源区层(6)、上波导层(7)、包层(8)和电接触层(9)，在电接触层(9)上具有P面电极(13)，并且，所述分布布拉格反馈可调谐激光器在水平方向包括分布布拉格反馈区(1)、相位区(2)及增益区(3)，在所述分布布拉格反馈区(1)的上波导层(7)中具有光栅，其特征在于：
在所述分布布拉格反馈区(1)、相位区(2)及增益区(3)的包层(8)及电接触层(9)上具有倒台浅脊波导结构，其波导侧壁为(111)A晶面，所述倒台浅脊波导结构是一个在水平方向延伸的脊形柱，脊形柱的横截面为倒梯形。
2.如权利要求1所述的分布布拉格反馈可调谐激光器，其特征在于，在所述电接触层(9)的分布布拉格反馈区(1)与相位区(2)之间，以及相位区(2)与增益区(3)之间的区域具有电隔离沟(12)，其用于各区间的电隔离。
3.如权利要求1所述的分布布拉格反馈可调谐激光器，其特征在于，所述衬底(4)是InP、GaAs、GaN或SiC衬底。
4.如权利要求1所述的分布布拉格反馈可调谐激光器，其特征在于，所述光栅是均匀周期的分布布拉格光栅，或是取样光栅，或是数字超模光栅及超结构光栅。
5.如权利要求1所述的分布布拉格反馈可调谐激光器，其特征在于，所述有源层(6)包含两个以上的量子阱。
6.一种制作分布布拉格反馈可调谐激光器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在一个衬底(4)上依次生长下波导层(5)、有源区层(6)和上波导层(7)；
S2、利用量子阱混杂技术或对接生长技术获得带隙波长小于激光器发光波长的分布布拉格反馈区(1)及相位区(2)材料；
S3、在所述分布布拉格反馈区(1)的上波导层(7)中制作光栅(10)；
S4、在所述上波导层(7)表面生长包层(8)和电接触层(9)；
S5、在所述分布布拉格反馈区(1)、相位区(2)及增益区(3)的包层(8)及电接触层(9)上制作倒台浅脊波导结构，其波导侧壁为(111)A晶面(s)；
S6、在所述电接触层(9)的分布布拉格反馈区(1)与相位区(2)之间及相位区(2)与增益区(3)之间的区域刻蚀电隔离沟(12)，同时对隔离沟(12)进行离子注入，实现各区间的电隔离；
S7、在所述增益区(3)、相区(2)和分布布拉格反馈区(1)的电极接触层(9)上制作P面电极(13)；
S8、在所述衬底(4)的底部制作N面电极(11)，完成激光器的制作。
7.如权利要求6所述的制作分布布拉格反馈可调谐激光器的方法，其特征在于，所述衬底(4)是InP、GaAs、GaN或SiC衬底。
8.如权利要求6所述的制作分布布拉格反馈可调谐激光器的方法，其特征在于，所述光栅是均匀周期的分布布拉格光栅，或是取样光栅，或是数字超模光栅及超结构光栅。
9.如权利要求6所述的制作分布布拉格反馈可调谐激光器的方法，其特征在于，所述有源层(6)包含两个以上的量子阱。
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