CN110718854A - 一种波长可调谐半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及DFB半导体激光器技术领域，提供了一种波长可调谐半导体激光器，包括DFB激光器结构、波长调谐器结构以及隧道结结构，所述DFB激光器结构和所述波长调谐器结构通过所述隧道结结构集成，所述隧道结结构位于所述DFB激光器结构和所述波长调谐器结构之间，所述DFB激光器结构、所述隧道结结构以及所述波长调谐器结构沿高度方向叠设。本发明的一种波长可调谐半导体激光器，通过在高度方向叠设制作的方式，只需要一次外延生长即可得到可调谐激光器，简化了制作工艺，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及DFB半导体激光器技术领域，具体为一种波长可调谐半导体激光器。
背景技术
波长可调谐半导体激光器可广泛应用于光通信，光传感等领域，光通信领域一般要求调谐的波长涵盖C波段30nm的范围，而光传感领域比如可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)，一般只需要波长变化一到几纳米就可以了。传统可调谐激光器比如DBR，SGDBR，DFB阵列等调谐范围比较宽，但是制作工艺复杂，价格昂贵，而且波长的调谐不连续，不适应光传感领域。传统的DBR，SGDBR激光器一般都利用了半导体材料折射率随载流子的注入变化的机理，不过DBR(分布布拉格反射)都是放置在激光器的两端，属于水平堆叠方式，需要多次外延生长或者选择外延生长方法，制作工艺难度很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波长可调谐半导体激光器，通过在高度方向叠设制作的方式，只需要一次外延生长即可得到可调谐激光器，简化了制作工艺，降低了成本。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种波长可调谐半导体激光器，包括DFB激光器结构、波长调谐器结构以及隧道结结构，所述DFB激光器结构和所述波长调谐器结构通过所述隧道结结构集成，所述隧道结结构位于所述DFB激光器结构和所述波长调谐器结构之间，所述DFB激光器结构、所述隧道结结构以及所述波长调谐器结构沿高度方向叠设。
进一步，沿高度方向所述DFB激光器结构、所述隧道结结构以及所述波长调谐器结构依次叠设，所述DFB激光器结构制作在衬底上方。
进一步，沿高度方向所述波长调谐器结构上方依次制作有P型InP光限制层和P型InGaAs接触层。
进一步，沿高度方向所述波长调谐器结构、所述隧道结结构以及所述DFB激光器结构依次叠设，所述波长调谐器结构制作在衬底上。
进一步，沿高度方向所述DFB激光器结构上方依次制作有P型InP光限制层和P型InGaAs接触层。
进一步，所述DFB激光器结构包括沿高度方向依次制作的n型缓冲层、n型下限制层、下波导层、应变多量子阱层、上波导层、P型上限制层、P型光栅层以及P型光栅覆盖层。
进一步，所述DFB激光器结构包括沿高度方向依次制作的n型缓冲层、n型光栅层、n型光栅覆盖层、n型下限制层、下波导层、应变多量子阱层、上波导层以及P型上限制层。
进一步，所述隧道结结构包括沿高度方向依次制作的P+InP隧道结以及N+InP隧道结。
进一步，所述波长调谐器结构包括沿高度方向依次制作的n型InP波长调谐器、I型InGaAsP波长调谐器以及P型InP波长调谐器。
进一步，所述I型InGaAsP波长调谐器的吸收峰波长小于所述DFB激光器结构激射波长。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种波长可调谐半导体激光器，通过在高度方向叠设制作的方式，只需要一次外延生长即可得到可调谐激光器，简化了制作工艺，降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种波长可调谐半导体激光器的第一形态布局示意图；
图2为本发明实施例提供的一种波长可调谐半导体激光器的第二形态布局示意图；
图3为本发明实施例提供的一种波长可调谐半导体激光器的第三形态布局示意图；
图4为本发明实施例提供的一种波长可调谐半导体激光器的第四形态布局示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，本发明实施例提供一种波长可调谐半导体激光器，包括DFB激光器结构、波长调谐器结构以及隧道结结构，所述DFB激光器结构和所述波长调谐器结构通过所述隧道结结构集成，所述隧道结结构位于所述DFB激光器结构和所述波长调谐器结构之间，所述DFB激光器结构、所述隧道结结构以及所述波长调谐器结构沿高度方向叠设。现有技术中，也会利用半导体材料折射率随载流子的注入变化的机理对DFB激光器的波长进行调谐，但是其DBR都是放置在激光器的两端，这种水平布置的方式需要多次外延生长或选择外延生长的方式，会使得制作工艺难度很大，进而价格昂贵。而本实施例，通过隧道结结构，可以将DFB激光器结构和波长协调器结构垂直堆叠集成，再配合制作其他的结构后即可通过一次外延就制得本激光器，避免了传统可调谐DFB激光器水平集成需要多次外延的复杂制备工艺，进而极大地降低了成本。优选的，所述波长调谐器结构包括沿高度方向依次制作的n型InP波长调谐器、I型InGaAsP波长调谐器以及P型InP波长调谐器，其中，所述I型InGaAsP波长调谐器的吸收峰波长小于所述DFB激光器结构激射波长，可以避免吸收造成光的损耗，在较佳的实施例中比如DFB激射波长为1550nm，I层材料为1.1-1.3um之间的InGaAsP材料。
作为本发明实施例的优化方案，沿高度方向所述DFB激光器结构、所述隧道结结构以及所述波长调谐器结构依次叠设，所述DFB激光器结构制作在衬底上方。在本实施例中，为本激光器的第一种堆叠形式，即从下往上，依次将衬底、DFB激光器结构、隧道结结构以及波长调谐器结构竖直叠放集成，优选的，沿高度方向所述波长调谐器结构上方依次制作有P型InP光限制层和P型InGaAs接触层，即再在波长调谐器结构上依次制作P型InP光限制层和P型InGaAs接触层后，就能够完成本激光器集成。
在上述这种堆叠形式中，本激光器的具体形态由DFB激光器结构的组成来定。
实施例一：
例如，请参阅图1，第一种形态是当DFB激光器结构包括沿高度方向依次制作的n型缓冲层、n型下限制层、下波导层、应变多量子阱层、上波导层、P型上限制层、P型光栅层以及P型光栅覆盖层时，在这种形态中，n型缓冲层为n型InP缓冲层，n型下限制层为n型AllnAs下限制层，下波导层为AlxGayIn1-x-yAs下波导层，应变多量子阱层为AlGaInAs/AlGaInAs应变多量子阱层，上波导层为AlxGayIn1-x-yAs上波导层，P型上限制层包括P型AllnAs上限制层和P型InP上限制层，P型光栅层为P型InGaAsP光栅层，P型光栅覆盖层为P型InP覆盖层。因此，本激光器中，沿高度方向，由下至上，依次为衬底100、n型缓冲层101、n型下限制层102、下波导层103、应变多量子阱层104、上波导层105、P型AllnAs上限制层106、P型InP上限制层107、P型光栅层108、P型光栅覆盖层109、P+InP隧道结110、N+InP隧道结111、n型InP波长调谐器112、I型InGaAsP波长调谐器113、P型InP波长调谐器114、P型InP光限制层115以及P型InGaAs接触层116。
实施例二：
再如，请参阅图2，第二种形态是当所述DFB激光器结构包括沿高度方向依次制作的n型缓冲层、n型光栅层、n型光栅覆盖层、n型下限制层、下波导层、应变多量子阱层、上波导层以及P型上限制层时。因此，本激光器中，沿高度方向，由下至上，依次为衬底120、n型缓冲层121、n型光栅层122、n型光栅覆盖层123、n型下限制层124、下波导层125、应变多量子阱层126、上波导层127、P型AllnAs上限制层128、P型InP上限制层129、P+InP隧道结130、N+InP隧道结131、n型InP波长调谐器132、I型InGaAsP波长调谐器133、P型InP波长调谐器134、P型InP光限制层135以及P型InGaAs接触层136。
上述实施例一和实施例二的两种形态的激光器均能够利用半导体材料折射率随载流子的注入变化的机理对DFB激光器的波长进行调谐，并且只需要进行一次外延。
作为本发明实施例的优化方案，沿高度方向所述波长调谐器结构、所述隧道结结构以及所述DFB激光器结构依次叠设，所述波长调谐器结构制作在衬底上。在本实施例中，为本激光器的第二种堆叠形式，即从下往上，依次将衬底、DFB激光器结构、隧道结结构以及波长调谐器结构竖直叠放集成，优选的，沿高度方向所述波长调谐器结构上方依次制作有P型InP光限制层和P型InGaAs接触层，即再在波长调谐器结构上依次制作P型InP光限制层和P型InGaAs接触层后，就能够完成本激光器集成。
而对应这种形式也具有两种形态，两种形态也是有DFB激光器的结构而定。
实施例三；
例如，请参阅图3，第三种形态是当DFB激光器结构包括沿高度方向依次制作的n型缓冲层、n型下限制层、下波导层、应变多量子阱层、上波导层、P型上限制层、P型光栅层以及P型光栅覆盖层时，在这种形态中，n型缓冲层为n型InP缓冲层，n型下限制层为n型AllnAs下限制层，下波导层为AlxGayIn1-x-yAs下波导层，应变多量子阱层为AlGaInAs/AlGaInAs应变多量子阱层，上波导层为AlxGayIn1-x-yAs上波导层，P型上限制层包括P型AllnAs上限制层和P型InP上限制层，P型光栅层为P型InGaAsP光栅层，P型光栅覆盖层为P型InP覆盖层。因此，本激光器中，沿高度方向，由下至上，依次为衬底140、n型InP波长调谐器141、I型InGaAsP波长调谐器142、P型InP波长调谐器143、P+InP隧道结144、N+InP隧道结145、n型缓冲层146、n型下限制层147、下波导层148、应变多量子阱层149、上波导层150、P型AllnAs上限制层151、P型InP上限制层152、P型光栅层153、P型光栅覆盖层154、P型InP光限制层155以及P型InGaAs接触层156。
实施例四：
再如，请参阅图4，第四种形态是当所述DFB激光器结构包括沿高度方向依次制作的n型缓冲层、n型光栅层、n型光栅覆盖层、n型下限制层、下波导层、应变多量子阱层、上波导层以及P型上限制层时。因此，本激光器中，沿高度方向，由下至上，依次为衬底160、n型InP波长调谐器161、I型InGaAsP波长调谐器162、P型InP波长调谐器163、P+InP隧道结164、N+InP隧道结165、n型缓冲层166、n型光栅层167、n型光栅覆盖层168、n型下限制层169、下波导层170、应变多量子阱层171、上波导层172、P型AllnAs上限制层173、P型InP上限制层174、P型InP光限制层175以及P型InGaAs接触层176。
上述两种形态的激光器均能够利用半导体材料折射率随载流子的注入变化的机理对DFB激光器的波长进行调谐，并且只需要进行一次外延。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1-图4，所述隧道结结构包括沿高度方向依次制作的P+InP隧道结以及N+InP隧道结。在本实施例中，隧道结结构分为P+InP隧道结和N+InP隧道结，在第一种形态和第二种形态中，P+InP隧道结分别制作在P型光栅覆盖层和P型上限制层上，n型InP波长调谐器生长在N+InP隧道结上，在第三种形态和第四种形态中，P+InP隧道结均制作在P型InP波长调谐器上，n型缓冲层生长在N+InP隧道结。优选的，P+型材料还可以是AlGaInAs或者InGaAsP，N+型材料还可以是AlGaInAs或者InGaAsP材料。
以上所述实施例也适用于InGaAsP，InGaAs，AlGaAs等DFB量子阱激光器。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：包括DFB激光器结构、波长调谐器结构以及隧道结结构，所述DFB激光器结构和所述波长调谐器结构通过所述隧道结结构集成，所述隧道结结构位于所述DFB激光器结构和所述波长调谐器结构之间，所述DFB激光器结构、所述隧道结结构以及所述波长调谐器结构沿高度方向叠设。
2.如权利要求1所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：沿高度方向所述DFB激光器结构、所述隧道结结构以及所述波长调谐器结构依次叠设，所述DFB激光器结构制作在衬底上方。
3.如权利要求2所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：沿高度方向所述波长调谐器结构上方依次制作有P型InP光限制层和P型InGaAs接触层。
4.如权利要求1所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：沿高度方向所述波长调谐器结构、所述隧道结结构以及所述DFB激光器结构依次叠设，所述波长调谐器结构制作在衬底上。
5.如权利要求4所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：沿高度方向所述DFB激光器结构上方依次制作有P型InP光限制层和P型InGaAs接触层。
6.如权利要求1所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：所述DFB激光器结构包括沿高度方向依次制作的n型缓冲层、n型下限制层、下波导层、应变多量子阱层、上波导层、P型上限制层、P型光栅层以及P型光栅覆盖层。
7.如权利要求1所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：所述DFB激光器结构包括沿高度方向依次制作的n型缓冲层、n型光栅层、n型光栅覆盖层、n型下限制层、下波导层、应变多量子阱层、上波导层以及P型上限制层。
8.如权利要求1所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：所述隧道结结构包括沿高度方向依次制作的P+InP隧道结以及N+InP隧道结。
9.如权利要求1所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：所述波长调谐器结构包括沿高度方向依次制作的n型InP波长调谐器、I型InGaAsP波长调谐器以及P型InP波长调谐器。
10.如权利要求9所述的一种波长可调谐半导体激光器，其特征在于：所述I型InGaAsP波长调谐器的吸收峰波长小于所述DFB激光器结构激射波长。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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