CN105428997B - 单纵模且波长可调谐的多段式fp激光器 - Google Patents

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Abstract

一种单纵模且波长可调谐的多段式FP激光器，包括：衬底和沿着所述衬底外延方向依次制作的外延层，其中在所述外延层的部分区域从p型接触层向下刻蚀至p型盖层，形成一中间高、两边低的脊型波导结构，所述脊型波导中的p型接触层上形成有一隔离沟；TiAu电极制作于所述脊型波导上方，覆盖整个凸起的脊型波导，该TiAu电极在所述隔离沟处整体断开，分为两段电极。本发明的多段式FP激光器采用复合腔选模机制，无需光栅制作就可实现单纵模且波长可调谐的激光输出，降低了工艺的复杂性，同时保证了成品率和出光功率。

Description

单纵模且波长可调谐的多段式FP激光器
技术领域
本发明涉及半导体激光器领域，更具体地涉及一种单纵模且波长可调谐的多段式法布里－珀罗(FP)激光器。
背景技术
单纵模可调谐半导体激光器因其体积小，集成度高，光束质量好，可大规模生产等优势，已成为光纤通信网络、光信息处理系统、光纤传感等领域中不可替代的光源。在波分复用通信系统(WDM)中，波长可调谐单纵模激光器可以代替一系列固定波长的激光器作为传输光源，很大程度上降低了光源配置和维护的复杂度，从而降低了整个系统的成本。其次，在气体探测领域，可调谐激光器更容易对准气体吸收峰，从而提高器件的成品率，降低成本。
目前，人们所研制的单纵模可调谐激光器主要有外腔激光器和单片集成激光器。其中，外腔激光器通过外部滤波的方法实现模式选择和调谐，主要包括微机电系统光栅、光纤布拉格光栅以及外部可调谐滤波器。外腔激光器以其窄线宽、大范围可调谐等优势受到了广泛的关注。然而，该类型激光器存在体积较大，不易于集成，调谐速度较慢等缺点，限制了其在众多领域的应用。单片集成激光器以其结构紧凑，易于集成的优势，成为目前人们研究的热点。该类型激光器通过集成布拉格光栅进行选模，包括分布布拉格反射激光器(DBR)，取样光栅布拉格反射激光器(SGDBR)等。通过优化光栅和器件结构，其可以实现高边摸抑制比，大范围可调谐的激光输出。然而，该器件通常需要高精度的光栅制作，而且需要多次材料外延，使得工艺较为复杂，降低了器件的成品率。此外，光栅的引入会增加内部损耗，影响出光功率。
因此，目前一个迫切的问题就是：解决单片集成可调谐激光器由于光栅制作导致的工艺复杂，成品率降低，影响出光功率等方面的缺点，提出一种不需要光栅制作的，结构新颖简单的单纵模可调谐激光器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服目前单纵模可调谐激光器由于光栅制作导致的工艺复杂，影响成品率及出光功率等方面的缺点，提出一种基于复合腔选模机制的单纵模可调谐多段式FP激光器。
为实现上述目的，本发明提出了一种单纵模且波长可调谐的多段式法布里－珀罗激光器，包括：
衬底和沿着所述衬底外延方向依次制作的外延层，其中，
在所述外延层的部分区域从p型接触层向下刻蚀至p型盖层，形成一中间高、两边低的脊型波导结构，其中所述脊型波导中的p型接触层上形成有一隔离沟；
TiAu电极，其制作于所述脊型波导上方，覆盖整个凸起脊型波导，所述TiAu电极在所述隔离沟处整体断开，分为两段电极；
下电极，其制作于所述衬底下方。
根据本发明的一种具体实施方式，外延层包括：缓冲层、有源层、上限制层、p型盖层和p型接触层。
根据本发明的一种具体实施方式，缓冲层为InP缓冲层，所述上限制层为InGaAsP上限制层，所述p型盖层为p型InP盖层，所述p型接触层为p型InGaAs接触层。
根据本发明的一种具体实施方式，两段电极分别对应于有源区和相区；所述相区的带隙波长相对于有源区蓝移量为80-120nm。
根据本发明的一种具体实施方式，有源区对应的有源层材料是多量子阱材料；所述有源区的长度为200微米至2毫米。
根据本发明的一种具体实施方式，相区一端的端面反射率为0.1％-10％。
根据本发明的一种具体实施方式，所述相区一端的端面为有弯曲角度的端面。
根据本发明的一种具体实施方式，所述相区一端的端面镀覆有增透膜。
根据本发明的一种具体实施方式，所述隔离沟中离子注入有He离子。
根据本发明的一种具体实施方式，所述隔离沟的宽度为5-50微米。
基于上述技术方案可知，本发明的多段式FP激光器具有如下有益效果：
(1)通过设置隔离沟，形成FP腔增益区集成无源相区的结构，实现一种结构新颖简单的单纵模波长可调谐激光器。无需制作光栅，提高成品率和出光功率，具有结构紧凑，低成本，易于实现等优点；
(2)通过相区的带隙波长相对于有源区蓝移80-120纳米，以减小该区域的光场损耗和实现有效的相位控制；
(3)通过在隔离沟中离子注入有He离子，实现高隔离电阻；
(4)通过在相区一个端面形成弯曲角度或者镀覆增透膜，使端面反射率为0.1％-10％，从而减小端面反射。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术特征，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明，其中：
图1为本发明实施例一的单纵模且波长可调谐的多段式FP激光器；
图2为本发明实施例二的单纵模且波长可调谐的多段式FP激光器。
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。
实施例一：
请参阅图1，为本发明提出的单纵模且波长可调谐的多段式FP激光器，包括：
一衬底1，该衬底1的材料为硫掺杂n型InP，掺杂浓度约为1018cm-3，厚度为400-600微米。
一InP缓冲层2，制作于衬底1上方；
一InGaAsP下限制层3，制作于InP缓冲层2上方，用于构成垂直方向(图中x方向)的光子和载流子限制，厚度为50-300纳米；
一有源层4，位于InGaAsP下限制3层上方，该层用于将电能转化为光能，该层材料可以是多量子阱材料，也可以是体材料，厚度为20-200纳米；
一InGaAsP上限制层5，位于有源层4上方，该层用于构成垂直方向(图中x方向)的光子和载流子限制，厚度为50-300纳米；
一p型InP盖层6，位于InGaAsP上限制层5上方，用于形成光传输波导，厚度为1-2微米；
一p型InGaAs接触层7，位于p型InP盖层6上方，该层用于形成金属电极和半导体之间的欧姆接触，该层厚度为100-300纳米；
一脊型波导8，凸起脊型波导结构，其为从p型InGaAs接触层向下刻蚀至p型InP盖层形成的脊型外表面结构，该脊型波导8中的p型InGaAs接触层7上形成一隔离沟81，该隔离沟81中可以通过He离子注入实现高隔离电阻，该隔离沟81的宽度为5-50微米；
一TiAu电极9制作于脊型波导8上方，该TiAu电极9覆盖整个凸起的脊型波导8，该TiAu电极9包括一Ti层，厚度为10-50纳米，一Au层，厚度为150-300纳米，该TiAu电极9在隔离沟81处整体断开，分为两段电极，该两段TiAu电极分别对应于有源区10和相区11；
一AuGeNi电极12制作于衬底下方；
本发明所提出的多段式FP激光器，如图1所示，该激光器的由有源区10和相区11构成，其中相区11的带隙波长相对于有源区10蓝移量为80-120纳米，以减小该区域的光场损耗和实现有效的相位控制；其中有源区10对应的有源层4材料是多量子阱材料，长度为200微米到2毫米；其中相区11对应的有源层4材料是多量子阱材料，或是体材料，长度为20微米到1毫米；其中相区11端面镀有增透膜，使其端面反射率为0.1％-10％。
实施例二：
请参阅图2，一种采用弯曲波导结构的单纵模且波长可调谐的多段式FP激光器，包括：
一衬底1，该衬底1的材料为硫掺杂n型InP，掺杂浓度约为1018cm-3，厚度为400-600微米。
一InP缓冲层2，制作于衬底1上方；
一InGaAsP下限制层3，制作于InP缓冲层2上方，用于构成垂直方向(图中x方向)的光子和载流子限制，厚度为50-300纳米；
一有源层4，位于InGaAsP下限制3层上方，该层用于将电能转化为光能，该层材料可以是多量子阱材料，也可以是体材料，厚度为20-200纳米；
一InGaAsP上限制层5，位于有源层4上方，该层用于构成垂直方向(图中x方向)的光子和载流子限制，厚度为50-300纳米；
一p型InP盖层6，位于InGaAsP上限制层5上方，用于形成光传输波导，厚度为1-2微米；
一p型InGaAs接触层7，位于p型InP盖层6上方，该层用于形成金属电极和半导体之间的欧姆接触，该层厚度为100-300纳米；
一脊型波导8，凸起脊型波导结构，其为从p型InGaAs接触层向下刻蚀至p型InP盖层形成的脊型外表面结构，该脊型波导8中的p型InGaAs接触层7上形成一隔离沟81，该隔离沟81中可以通过He离子注入实现高隔离电阻，该隔离沟81的宽度为5-50微米；该隔离沟将脊型波导8分为两段8a和8b，其中8a为直波导，8b为有一定弯曲角度的弯曲波导，其弯曲角度为3-30度，该弯曲波导可以减小端面反射，使端面反射率为0.1％-10％；
一TiAu电极9制作于脊型波导8上方，该TiAu电极9覆盖整个凸起的脊型波导8，该TiAu电极9包括一Ti层，厚度为10-50纳米，一Au层，厚度为150-300纳米，该TiAu电极9在隔离沟81处整体断开，分为两段电极；其中一段TiAu电极位于弯曲波导8a上，对应于相区11，另一段位于直波导8b上，对应于有源区10；
一AuGeNi电极12制作于衬底下方；
该采用弯曲波导结构的单纵模且波长可调谐的多段式FP激光器，如图2所示，该激光器的由有源区10和相区11构成，其中相区11的带隙波长相对于有源区10蓝移量为80-120纳米，以减小该区域的光场损耗和实现有效的相位控制；其中有源区10对应的有源层4材料是多量子阱材料，长度为200微米到2毫米；其中相区11对应的有源层4材料是多量子阱材料，或是体材料，长度为20微米到1毫米。该采用弯曲波导结构的多段式FP激光器采用弯曲波导降低和控制端面的反射率，使该端面反射率与有源区和相区的界面反射率匹配，取代了端面镀膜，从而简化了工艺。
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)

1.一种单纵模且波长可调谐的多段式法布里-珀罗激光器，所述激光器为基于复合腔选模机制的激光器，包括衬底和沿着所述衬底外延方向依次制作的外延层，其特征在于：
在所述外延层的部分区域从p型接触层向下刻蚀至p型盖层，形成一中间高、两边低的脊型波导结构，其中所述脊型波导中的p型接触层上形成有一隔离沟；
TiAu电极，其制作于所述脊型波导上方，覆盖整个凸起脊型波导，所述TiAu电极在所述隔离沟处整体断开，分为两段电极，所述两段电极分别对应于有源区和相区，所述相区的带隙波长相对于有源区蓝移量为80-120nm；
下电极，其制作于所述衬底下方；且
所述激光器不包括光栅。
2.根据权利要求1所述的多段式法布里-珀罗激光器，其特征在于，所述外延层包括：缓冲层、有源层、上限制层、p型盖层和p型接触层。
3.根据权利要求2所述的多段式法布里-珀罗激光器，其特征在于，所述缓冲层为InP缓冲层，所述上限制层为InGaAsP上限制层，所述p型盖层为p型InP盖层，所述p型接触层为p型InGaAs接触层。
4.根据权利要求1所述的多段式法布里-珀罗激光器，其特征在于，所述有源区对应的有源层材料是多量子阱材料；所述有源区的长度为200微米至2毫米。
5.根据权利要求1所述的多段式法布里-珀罗激光器，其特征在于，所述相区一端的端面反射率为0.1％-10％。
6.根据权利要求1所述的多段式法布里-珀罗激光器，其特征在于，所述相区一端的端面为有弯曲角度的端面。
7.根据权利要求1所述的多段式法布里-珀罗激光器，其特征在于，所述相区一端的端面镀覆有增透膜。
8.根据权利要求1所述的多段式法布里-珀罗激光器，其特征在于，所述隔离沟中离子注入有He离子。
9.根据权利要求1所述的多段式法布里-珀罗激光器，其特征在于，所述隔离沟的宽度为5-50微米。
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