CN105406355B - 共腔双波长分布反馈激光器的制作方法 - Google Patents

共腔双波长分布反馈激光器的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105406355B
CN105406355B CN201510967950.6A CN201510967950A CN105406355B CN 105406355 B CN105406355 B CN 105406355B CN 201510967950 A CN201510967950 A CN 201510967950A CN 105406355 B CN105406355 B CN 105406355B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
grating
nanometers
lower floor
upper strata
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510967950.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105406355A (zh
Inventor
邓秋芳
朱洪亮
许俊杰
梁松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN201510967950.6A priority Critical patent/CN105406355B/zh
Publication of CN105406355A publication Critical patent/CN105406355A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105406355B publication Critical patent/CN105406355B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一种共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤1：在掺杂磷化铟衬底上制作下层光栅；步骤2：在下层光栅上外延生长下光栅覆盖层和有源区层；步骤3：在有源区层上制作上层光栅；步骤4：在上层光栅上外延生长掺杂磷化铟盖层和重掺杂欧姆接触层；步骤5：按标准激光器管芯工艺完成后续制作。本发明相比现有技术的双模DFB激光器，其主要区别为光栅的制作方式，是在共腔有源区的下层和上层制作出两套不同周期的DFB光栅，从而达到同时输出两个DFB波长的效果。

Description

共腔双波长分布反馈激光器的制作方法
技术领域
本发明涉及光电子器件领域，特别涉及一种共腔双波长分布反馈(DFB)激光器的制作方法。
背景技术
双波长激光器在太赫兹成像、毫米波产生、光学遥感、高速光数据传输、气体探测等领域具有广泛的应用前景。双模DFB半导体激光器体积小、频率可调、能实现双模功率一致、模式线宽窄、稳定性高且易实现集成化，由其构成的光学差频源可用于产生太赫兹光源。目前的双模DFB激光器结构主要有三种类型：多段式双模DFB激光器结构，Y波导双波长DFB激光器结构和共腔双波长激光器结构。其中多段式双模DFB激光器(IEEE J.ofSelected top.In Quantum Electronics，Vol.7(2)，PP.217-223.2001)实现拍频较难；Y波导双波长DFB激光器(Optics Communications，Vol.285(3)，pp 311-314，2012)虽然实现拍频比较容易，但是制备过程涉及有源/无源集成，工艺难度大且Y波导长度较长，导致光功率损耗大，输出功率低；在已报道的共腔结构双模DFB激光器中，共耦合波导结构(Jap.J.ofApplied Physics，Vol.43(2A)，PP.L136-L138，2004)工艺复杂，制作难度大；宽脊波导结构(IEEE J.of Selected top.ics In Quantum Electronics，Vol.14，PP.217-223，2008.)输出的两个纵模波长及间隔会随注入电流和温度改变，导致拍频光束不稳定；脊形侧面双光栅结构(IEEE Photonics Technology Letters，Vol.18(24)，PP.2563-2565，2006)中，两个输出波长随着电流和温度的改变按相同的方向和速率移动，两个DFB波长之间的间隔不会改变，拍频稳定性最佳。但需要在窄脊条上使用电子束直写的方法制备两个不同周期的光栅，工艺难度大，制作成本高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种共腔双波长DFB激光器的制作方法，相比现有技术的双模DFB激光器，其主要区别为光栅的制作方式，是在共腔有源区的下层和上层制作出两套不同周期的DFB光栅，从而达到同时输出两个DFB波长的效果。
本发明提供一种共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：在掺杂磷化铟衬底上制作下层光栅；
步骤2：在下层光栅上外延生长下光栅覆盖层和有源区层；
步骤3：在有源区层上制作上层光栅；
步骤4：在上层光栅上外延生长掺杂磷化铟盖层和重掺杂欧姆接触层；
步骤5：按标准激光器管芯工艺完成后续制作。
本发明提出的在激光器共腔有源区的下层和上层制作出两套不同周期的DFB光栅，并实现输出两个DFB波长的方案，与以往其他方法不同。可以采用电子束直写的方式实现，也可以采用全息曝光的方式完成。这种共腔双波长DFB激光器，相对于多段式和多个激光器组成的双波长源，具有体积小、工艺简单、稳定性高，且更易实现集成化的优点。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合实施例及附图对本发明进行进一步的描述，其中：
图1为本发明的方法流程图。
图2、3、4、5、6为依照本发明第一实施例的各步骤结构示意图。
图2、3、4、7、8、9为依照本发明第二实施例的各步骤结构示意图。
图10、11、12、13、14、为依照本发明第三实施例的各步骤结构示意图。
图10、11、12、15、16、17为依照本发明第四实施例的各步骤结构示意图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1-图6所示，本发明提供一种共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：在掺杂磷化铟衬底1上利用电子束直写或全息曝光的方式直接制作周期为Λ1的下层光栅2，下层光栅2为直接在未做任何处理的干净掺杂磷化铟衬底1上刻蚀形成；掺杂磷化铟衬底1为n型掺杂；共腔双波长分布反馈激光器的一个激射波长λ1＝2neffΛ1，周期Λ1由激射波长λ1确定；如图2所示，图2是在掺杂磷化铟衬底1上刻蚀形成下层光栅2的结构示意图。
步骤2：在下层光栅2上外延生长下光栅覆盖层3和有源区层4，所述下光栅覆盖层3为不掺杂的四元铟镓砷磷层3a和磷化铟层3b；四元铟镓砷磷层3a的厚度为10纳米至80纳米，通过外延技术填充在下层光栅2的凹区内；磷化铟层3b的厚度为100纳米至200纳米；下光栅覆盖层3如图3所示，四元铟镓砷磷层3a填充在下层光栅2的凹区内，磷化铟层3b覆盖在四元铟镓砷磷层3a上；所述有源区层4包含：一下分别限制层4a和依次制作
在其上的多量子阱层4b和上分别限制层4c；下分别限制层4a和上分别限制层4b的材料为与掺杂磷化铟衬底1晶格匹配的四元铟镓砷磷或铟镓铝砷，厚度为50纳米至200纳米；多量子阱层4b的结构为铟镓砷磷/磷化铟或铟镓铝砷/磷化铟，阱的个数为3至6个，垒的个数为4至7个；有源区层4的光荧光峰值波长为1.1微米至1.8微米；有源区层结构示意图如图4所示。
步骤3：在有源区层4的上分别限制层4c上利用电子束直写或全息曝光的方式直接制作周期为Λ2的上层光栅5，上层光栅5为直接在上分别限制层4c上向下刻蚀形成；共腔双波长分布反馈激光器的另一个激射波长λ2＝2neffΛ2，周期Λ2由激射波长λ2确定；如图5所示，图5是在上分别限制层4c上刻蚀形成上层光栅5的结构示意图。
其中所述下层光栅2和上层光栅5，其起伏高度为10纳米至80纳米；所述共腔双波长分布反馈激光器，指在相同的器件结构和谐振腔内，能够同时输出两束不同波长的分布反馈激光的器件；两束激光波长在1.1微米和1.8微米之间，两束激光之间的波长差可在几纳米和60纳米之间选择，完全取决于所需应用。
步骤4：在上层光栅5上依次外延生长掺杂磷化铟盖层6和重掺杂欧姆接触层7；掺杂磷化铟盖层6的掺杂类型为p型掺杂，厚度为1.5微米；掺杂磷化铟盖层6的掺杂浓度随着生长厚度由低到高增加，最高掺杂浓度达到1018/cm3；重掺杂欧姆欧姆接触层7是与与衬底晶格匹配的铟镓砷三元材料，厚度为200纳米；掺杂浓度大于1019/cm3。
步骤5：按标准激光器管芯工艺完成后续制作，获得共腔双波长分布反馈激光器。
实施例2
请参阅图1、图2、图3、图4、图7、图8、图9所示，本发明提供一种共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，该方法包括如下步骤：
该实施例2与实施例1基本相同，不同之处为：在有源区层4上制作上层光栅时，先在有源区层4的上分别限制层4c上依次外延生长磷化铟间隔层4d和四元铟镓砷磷层4e，在四元铟镓砷磷层4e上向下刻蚀，形成上层光栅5a；磷化铟间隔层4d的材料不掺杂，厚度为100纳米至200纳米，四元铟镓砷磷层4e的材料不掺杂，厚度为10纳米至80纳米；在四元铟镓砷磷层4e上向下刻蚀形成上层光栅5a，刻蚀深度达磷化铟间隔层4d。
实施例3
请参阅图1、图10、图11、图12、图13、图14所示，本发明提供一种共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，该方法包括如下步骤：
该实施例3与实施例1基本相同，不同之处为：在掺杂磷化铟衬底1上制备下层光栅时，
先生长一层磷化铟缓冲层1a和四元铟镓砷磷层1b，在四元铟镓砷磷层1b上向下刻蚀，形成下层光栅2a，刻蚀深度到达磷化铟缓冲层1a的表面，所述磷化铟缓冲层1a是指掺杂类型和掺杂浓度与衬底一致的磷化铟材料层，厚度为300纳米至2微米；四元铟镓砷磷层1b为带隙波长为1.1微米至1.4微米的不掺杂四元铟镓砷磷材料，厚度为10纳米至80纳米。
实施例4
请参阅图1、图10、图11、图12、图15、图16、图17所示，本发明提供一种共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，该方法包括如下步骤：
该实施例4与实施例1基本相同，不同之处为：
在掺杂磷化铟衬底1上制备下层光栅时，先生长一层磷化铟缓冲层1a和四元铟镓砷磷层1b，在四元铟镓砷磷层1b上向下刻蚀，形成下层光栅2a，刻蚀深度到达磷化铟缓冲层1a的表面，所述磷化铟缓冲层1a是指掺杂类型和掺杂浓度与衬底一致的磷化铟材料层，厚度为300纳米至2微米；四元铟镓砷磷层1b为带隙波长为1.1微米至1.4微米的不掺杂四元铟镓砷磷材料，厚度为10纳米至80纳米。
在有源区层4上制作上层光栅时，先在有源区层4的上分别限制层4c上依次外延生长磷化铟间隔层4d和四元铟镓砷磷层4e，在四元铟镓砷磷层4e上向下刻蚀，形成上层光栅5a；磷化铟间隔层4d的材料不掺杂，厚度为100纳米至200纳米，四元铟镓砷磷层4e的材料不掺杂，厚度为10纳米至80纳米；在四元铟镓砷磷层4e上向下刻蚀形成上层光栅5a，刻蚀深度达磷化铟间隔层4d。
实施例5
该实施例5与实施例1基本相同，不同之处为：掺杂磷化铟衬底为p型掺杂，重掺杂欧姆接触层为n型掺杂。
实施例6
该实施例6与实施例2基本相同，不同之处为：掺杂磷化铟衬底为p型掺杂，重掺杂欧姆接触层为n型掺杂。
实施例7
该实施例7与实施例3基本相同，不同之处为：掺杂磷化铟衬底为p型掺杂，重掺杂欧姆接触层为n型掺杂。
实施例8
该实施例8与实施例4基本相同，不同之处为：掺杂磷化铟衬底为p型掺杂，重掺杂欧姆接触层为n型掺杂。
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进一步详细说明，所应理解的是，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 (6)

1.一种共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：在掺杂磷化铟衬底上制作下层光栅；
步骤2：在下层光栅上外延生长下光栅覆盖层和有源区层，所述有源区层包含：一下分别限制层和依次生长在其上的多量子阱层和上分别限制层；下分别限制层和上分别限制层的材料为与掺杂磷化铟衬底晶格匹配的四元铟镓砷磷或铟镓铝砷，厚度为50纳米至200纳米；多量子阱层的结构为铟镓砷磷/磷化铟或铟镓铝砷/磷化铟，阱的个数为3至6个，垒的个数为4至7个；有源区层的光荧光峰值波长为1.1微米至1.8微米；
步骤3：在有源区层上制作上层光栅，所述的上层光栅为在有源区层上再连续生长不掺杂的磷化铟间隔层和四元铟镓砷磷层，在四元铟镓砷磷层上向下刻蚀，形成上层光栅；磷化铟间隔层为100纳米至200纳米，四元铟镓砷磷层为10纳米至80纳米，所述上、下层光栅的周期不同；
步骤4：在上层光栅上外延生长掺杂磷化铟盖层和重掺杂欧姆接触层；
步骤5：按标准激光器管芯工艺完成后续制作。
2.根据权利要求1所述的共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，其中所述下层光栅为在掺杂磷化铟衬底上直接向下刻蚀，形成下层光栅。
3.根据权利要求1所述的共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，其中所述下层光栅为在掺杂磷化铟衬底上生长一层磷化铟缓冲层和四元铟镓砷磷层，在四元铟镓砷磷层上向下刻蚀，形成下层光栅；其中磷化铟缓冲层是指掺杂类型和掺杂浓度与衬底一致的磷化铟材料层，厚度为300纳米至2微米；四元铟镓砷磷层为带隙波长为1.1微米至1.4微米的不掺杂四元铟镓砷磷材料，厚度为10纳米至80纳米。
4.根据权利要求1所述的共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，其中所述下光栅覆盖层为不掺杂的四元铟镓砷磷层和磷化铟层；四元铟镓砷磷层的厚度为10纳米至80纳米，通过外延技术填充在下层光栅的凹区内；磷化铟层的厚度为100纳米至200纳米。
5.根据权利要求1所述的共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，其中所述的上层光栅为在有源区层上面直接向下刻蚀，形成上层光栅。
6.根据权利要求1所述的共腔双波长分布反馈激光器的制备方法，其中所述下层光栅和上层光栅，其起伏高度为10纳米至80纳米。
CN201510967950.6A 2015-12-22 2015-12-22 共腔双波长分布反馈激光器的制作方法 Active CN105406355B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510967950.6A CN105406355B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 共腔双波长分布反馈激光器的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510967950.6A CN105406355B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 共腔双波长分布反馈激光器的制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105406355A CN105406355A (zh) 2016-03-16
CN105406355B true CN105406355B (zh) 2018-06-29

Family

ID=55471682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510967950.6A Active CN105406355B (zh) 2015-12-22 2015-12-22 共腔双波长分布反馈激光器的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105406355B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108110614A (zh) * 2017-12-20 2018-06-01 中国工程物理研究院电子工程研究所 内嵌布拉格光栅的GaN基DFB激光器及其制备方法
WO2019228426A1 (en) * 2018-05-30 2019-12-05 Huawei Technologies Co., Ltd. Laser chip design
CN111313229B (zh) * 2020-03-03 2021-09-28 中国科学院半导体研究所 窄线宽分布反馈半导体激光器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1765037A (zh) * 2004-02-16 2006-04-26 安立股份有限公司 波长可变半导体激光器和使用该激光器的气体检测器
US7130124B2 (en) * 2003-04-30 2006-10-31 Tri Quint Semiconductor, Inc. Average pitch gratings for optical filtering applications
CN102403651A (zh) * 2011-11-15 2012-04-04 南京大学 一种多波长分布反馈式半导体激光器装置及其制作方法
CN102651535A (zh) * 2012-05-17 2012-08-29 中国科学院半导体研究所 一种制作双波长分布反馈集成激光器的方法
CN103311807A (zh) * 2013-06-09 2013-09-18 中国科学院半导体研究所 多波长激光器阵列芯片的制作方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6845117B2 (en) * 2001-11-02 2005-01-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and optical fiber amplifier using the device or module
JP5287460B2 (ja) * 2009-04-17 2013-09-11 富士通株式会社 半導体レーザ
KR101381235B1 (ko) * 2010-08-31 2014-04-04 한국전자통신연구원 이중 모드 반도체 레이저 및 이를 이용한 테라헤르츠파 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7130124B2 (en) * 2003-04-30 2006-10-31 Tri Quint Semiconductor, Inc. Average pitch gratings for optical filtering applications
CN1765037A (zh) * 2004-02-16 2006-04-26 安立股份有限公司 波长可变半导体激光器和使用该激光器的气体检测器
CN102403651A (zh) * 2011-11-15 2012-04-04 南京大学 一种多波长分布反馈式半导体激光器装置及其制作方法
CN102651535A (zh) * 2012-05-17 2012-08-29 中国科学院半导体研究所 一种制作双波长分布反馈集成激光器的方法
CN103311807A (zh) * 2013-06-09 2013-09-18 中国科学院半导体研究所 多波长激光器阵列芯片的制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dual-Wavelength InA1GaAs-InP Laterally Coupled Distributed Feedback Laser;Francesca Pozzi;《IEEE Photo Technology Letters》;20061215;正文第1节 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105406355A (zh) 2016-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106410607B (zh) 有源光相控阵光子集成芯片及其制备方法
CN100546135C (zh) 可调谐半导体激光器的制作方法及可调谐半导体激光器
CN104769467B (zh) 半导体装置
JP2547001B2 (ja) 半導体構造の製造方法
CN1945365B (zh) 由单步mocvd制造的掩埋异质结构器件
CN102684069B (zh) 基于倏逝场耦合及周期微结构选频的混合硅单模激光器
CN106953235A (zh) 单模GaSb基半导体激光器及其制备方法
CN105720479B (zh) 一种具有光束扩散结构的高速半导体激光器
CN103199436B (zh) 基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置
JPS61179588A (ja) リツジ導波路半導体素子
CN105406355B (zh) 共腔双波长分布反馈激光器的制作方法
CN103259190A (zh) 一种垂直耦合结构的半导体环形激光器及其制备方法
CN103199435B (zh) 超低发散角倾斜光束的单纵模人工微结构激光器
CN108736316A (zh) 制作垂直腔面发射激光器的方法及垂直腔面发射激光器
CN106711761A (zh) 一种dfb半导体激光器制备方法及制得的激光器
CN105576502B (zh) 高速垂直发射单片集成型直接调制dfb激光器及制作方法
CN107611776A (zh) 一种增益耦合分布反馈半导体激光器及其制作方法
CN108054634A (zh) 一种窄线宽半导体激光器
KR20100072048A (ko) 복사 방출 소자의 제조 방법 및 복사 방출 소자
CN105140779B (zh) 基于重构-等效啁啾技术的备份型半导体激光器
CN105071219B (zh) 一种可调双波长分布反馈式半导体激光器装置
CN103606816B (zh) 单片集成边耦合半导体激光器及多波长激光器阵列的制备方法
CN103515842A (zh) 一种纳米压印制备多波长硅基混合激光器阵列的方法
CN104917050B (zh) 二维光栅双波长dfb激光器的制作方法
CN107706741B (zh) 一种增益耦合分布反馈激光器串联线阵结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant