CN111769437B - 布拉格光栅及其制备方法、分布反馈激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种布拉格光栅及其制备方法、分布反馈激光器，属于半导体激光器技术领域。布拉格光栅，设置于分布反馈激光器中，包括：依次形成的的折射率具有差异的下光栅波导层、中光栅波导层以及上光栅波导层，中光栅波导层的折射率低于下光栅波导层的折射率和上光栅波导层的折射率，下光栅波导层与中光栅波导层的掺杂类型相同，上光栅波导层的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反，用于在上光栅波导层形成反偏PN结，上光栅波导层沿分布反馈激光器的腔长方向间隔形成有多个凹槽，凹槽内填充有掩埋层，以平坦上光栅波导层。该布拉格光栅的耦合系数能够随分布反馈激光器的电流增加而升高，从而减少分布反馈激光器的腔损耗，进而拓展响应带宽。

Description

布拉格光栅及其制备方法、分布反馈激光器
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，具体而言，涉及一种布拉格光栅及其制备方法、分布反馈激光器。
背景技术
随着数据中心和光纤接入网的发展，对于低成本、高比特率通讯系统的需求越来越大。为了尽量降低成本，在此类系统中一般都采用直接调制半导体激光器(通常采用分布反馈激光器)作为光源以省去外调制器所带来的额外复杂性及相应费用。
在目前的分布反馈半导体激光器中，常规的光栅设计使得注入电流的增加会引起其耦合系数的下降(因为载流子流经窄带隙材料时根据Kramers-Kronig关系会导致其折射率比宽带隙材料有更大的下降，这样注入电流的增加会使得光栅折射率差减小)，而光栅耦合系数的下降致使光腔中的分布反馈降低，从而导致腔损耗加大，这样的微分腔损耗是正值，即使得其微分净增益较低，所以其驰豫振荡频率会随之降低，使得其小信号强度调制响应带宽更窄而不利于高速直接调制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种布拉格光栅及其制备方法、分布反馈激光器，该布拉格光栅的耦合系数能够随分布反馈激光器的电流增加而升高，从而减少分布反馈激光器的腔损耗，进而导致净微分增益增加而拓展响应带宽。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例的一方面，提供一种布拉格光栅，设置于分布反馈激光器中，包括：依次形成的折射率具有差异的下光栅波导层、中光栅波导层以及上光栅波导层，中光栅波导层的折射率低于下光栅波导层的折射率和上光栅波导层的折射率，下光栅波导层与中光栅波导层的掺杂类型相同，上光栅波导层的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反，用于在上光栅波导层形成反偏PN结，上光栅波导层沿分布反馈激光器的腔长方向间隔形成有多个凹槽，凹槽内填充有掩埋层，以平坦上光栅波导层。
可选地，布拉格光栅设置于分布反馈激光器的P侧，下光栅波导层和中光栅波导层为P型掺杂，上光栅波导层为N型掺杂。
可选地，布拉格光栅设置于分布反馈激光器的N侧，下光栅波导层和中光栅波导层为N型掺杂，上光栅波导层为P型掺杂。
可选地，掩埋层与中光栅波导层的材料相同。
可选地，掩埋层与上光栅波导层之间还形成有浸润层，浸润层与掩埋层的材料相同。
可选地，下光栅波导层和上光栅波导层均采用铟镓砷磷材料，中光栅波导层采用磷化铟材料。
本发明实施例的另一方面，提供一种分布反馈激光器，采用上述任意一项的布拉格光栅。
可选地，该分布反馈激光器包括N型衬底，以及依序形成于N型衬底上的N型缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、隔离层、布拉格光栅、P型隔离层、P型腐蚀停止层、P型上包层以及P型顶部覆盖层，其中，布拉格光栅的上光栅波导层背离N型衬底，且上光栅波导层为N型掺杂。
可选地，该分布反馈激光器包括N型衬底，以及依序形成于N型衬底上的N型缓冲层、布拉格光栅、下限制层、有源层、上限制层、隔离层、P型隔离层、P型腐蚀停止层、P型上包层、P型顶部覆盖层，其中，布拉格光栅的上光栅波导层背离N型衬底，且上光栅波导层为P型掺杂。
本发明实施例的又一方面，提供一种布拉格光栅的制备方法，包括：
依序形成下光栅波导层、中光栅波导层以及上光栅波导层，其中，下光栅波导层与中光栅波导层的掺杂类型相同，上光栅波导层的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反；
刻蚀上光栅波导层以在上光栅波导层上形成间隔设置的多个凹槽，其中，各凹槽沿分布反馈激光器的腔长方向排列；
形成掩埋层，以使掩埋层填充凹槽。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种布拉格光栅，可以设置于分布反馈激光器中。该布拉格光栅包括依次形成的折射率具有差异的下光栅波导层、中光栅波导层以及上光栅波导层。且中光栅波导层的折射率低于下光栅波导层的折射率和上光栅波导层的折射率。其中，下光栅波导层与中光栅波导层的掺杂类型相同，上光栅波导层的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反，使得该布拉格光栅在上光栅波导层处能够形成反偏PN结。并且，该布拉格光栅沿分布反馈激光器的腔长方向(即光场传播方向)在上光栅波导层上间隔形成多个凹槽，而该凹槽通过掩埋层填充，从而使该布拉格光栅中对应于具有凹槽的区域的等效折射率低于对应于没有凹槽的区域的等效折射率，由于凹槽为间隔设置，因此能够使该布拉格光栅沿激光器的腔长方向具有周期性交替定义的高折射率区以及低折射率区。在激光器处于正向偏置时，通过该布拉格光栅在上光栅波导层处形成的反偏PN结，能够阻止载流子的注入，而由于低折射率区的上光栅波导层被刻蚀去除(形成有凹槽)，因此低折射率区不会形成反偏PN结以阻止载流子注入，所以高折射率区的折射率因载流子注入被阻止而不会随激光器电流的变化而显著变化，反之低折射率区的折射率会因载流子注入而随激光器电流的增加而减小。从而使该布拉格光栅随着激光器电流的增加，其高折射率区和低折射率区之间的等效折射率差会相应增加。又由于光栅的耦合系数与其等效折射率差成正比，因此该布拉格光栅的耦合系数会随激光器电流的增加而增大。又由于分布反馈激光器的腔损耗随光栅的耦合系数增加而下降，因此采用该布拉格光栅的分布反馈激光器，随电流的增加其腔损耗随之降低，从而使分布反馈激光器能够获得负值的微分腔损耗，进而使其微分净增益在电流增加时得到了显著的增加，其驰豫振荡频率相应增加，最终响应带宽能够得到扩展，使其具有优异的高速直调性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的布拉格光栅的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的布拉格光栅的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的布拉格光栅的结构示意图之三；
图4为本发明实施例提供的分布反馈激光器的结构示意图之一；
图5为本发明实施例提供的分布反馈激光器的结构示意图之二；
图6为本发明实施例提供的布拉格光栅的制备方法的流程示意图；
图7为光栅等效折射率差与光栅耦合系数之间的关系图；
图8为光栅耦合系数与腔损耗之间的关系图；
图9为腔损耗与驰豫振荡频率之间的关系图。
图标：100-布拉格光栅；110-下光栅波导层；120-中光栅波导层；130-上光栅波导层；140-掩埋层；150-浸润层；201-N型衬底；202-N型缓冲层；203-下限制层；204-有源层；205-上限制层；206-隔离层；207-P型隔离层；208-P型腐蚀停止层；209-P型上包层；210-P型顶部覆盖层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种布拉格光栅100，设置于分布反馈激光器中，如图1和图2所示，包括：依次形成的折射率具有差异的下光栅波导层110、中光栅波导层120以及上光栅波导层130，中光栅波导层120的折射率低于下光栅波导层110的折射率和上光栅波导层130的折射率，下光栅波导层110与中光栅波导层120的掺杂类型相同，上光栅波导层130的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反，用于在上光栅波导层130形成反偏PN结，上光栅波导层130沿分布反馈激光器的腔长方向间隔形成有多个凹槽，凹槽内填充有掩埋层140(如图2所示)，以平坦上光栅波导层130。
其中，折射率具有差异的上光栅波导层130和中光栅波导层120以及下光栅波导层110的折射率，可以分别为高、低、次高，即该三层层级结构之间折射率相对高低对应为高折射率、低折射率以及次高折射率。当然，还可以分别为次高折射率、低折射率、高折射率等。当然，此处对上光栅波导层130和中光栅波导层120以及下光栅波导层110分别的折射率数值范围不做限定。只要中光栅波导层120的折射率低于下光栅波导层110的折射率和上光栅波导层130的折射率，且各层之间的折射率具有差异即可。
通常，为了能够使该布拉格光栅100的低折射率区的折射率随载流子注入而具有显著变化，可以将下光栅波导层110设置为折射率对载流子浓度变化相对敏感的材料。
并且，在实际应用中，中光栅波导层120还可以采用与上光栅波导层130之间具有较大刻蚀比的材料，以便于对上光栅波导层130通过刻蚀以形成凹槽来定义低折射率区时，刻蚀过程能够自终止于中光栅波导层120，从而避免因过刻蚀而对下光栅波导层110造成破坏，影响低折射率区随载流子注入而发生显著的折射率变化的效果。
在该布拉格光栅中，中光栅波导层120的厚度可以为10nm至50nm之间。示例地，可以是10nm、20nm、25nm、30nm、35nm、50nm等。使得通过相邻的低折射率区(对应于凹槽的区域)注入的载流子难以通过横向扩散进入高折射率区(对应于没有凹槽的区域)，又能够足以阻挡对上光栅波导层130的刻蚀，以避免刻蚀损坏下光栅波导层110。
示例地，下光栅波导层110和上光栅波导层130均采用铟镓砷磷材料，中光栅波导层120采用磷化铟材料。
当然，在本发明实施例中，下光栅波导层110、上光栅波导层130以及中光栅波导层120还可以设置为其他材料，此处不做限制。
如图2所示，可以通过在上光栅波导层130上形成整层掩埋层140，以利用掩埋层140将上光栅波导层130的凹槽填充补平，以平坦上光栅波导层130。
其中，掩埋层140可以采用与中光栅波导层120相同的材料，并且还可以采用相同的掺杂类型，此处不做限制。
示例地，掩埋层140可以采用磷化铟材料。
可选地，当掩埋层140仅位于上光栅波导层130所形成的凹槽内时，则其折射率可以设置为低于上光栅波导层130的折射率，以避免低折射率区的等效折射率高于或等于高折射率区的等效折射率。
本发明实施例提供的布拉格光栅100，可以设置于分布反馈激光器中。该布拉格光栅100包括依次形成的折射率具有差异的下光栅波导层110、中光栅波导层120以及上光栅波导层130。其中，下光栅波导层110与中光栅波导层120的掺杂类型相同，上光栅波导层130的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反，使得该布拉格光栅100在上光栅波导层130处能够形成反偏PN结。并且，该布拉格光栅100沿分布反馈激光器的腔长方向(即光场传播方向)在上光栅波导层130上间隔形成多个凹槽，而该凹槽通过掩埋层140填充，从而使该布拉格光栅100中对应于具有凹槽的区域的等效折射率低于对应于没有凹槽的区域的等效折射率，由于凹槽为间隔设置，因此能够使该布拉格光栅100沿激光器的腔长方向具有周期性交替定义的高折射率区以及低折射率区。在激光器处于正向偏置时，通过该布拉格光栅100在上光栅波导层130处形成的反偏PN结，能够阻止载流子的注入，而由于低折射率区的上光栅波导层130被刻蚀去除(形成有凹槽)，因此低折射率区不会形成反偏PN结以阻止载流子注入，所以高折射率区的折射率因载流子注入被阻止而不会随激光器电流的变化而显著变化，反之低折射率区的折射率会因载流子注入而随激光器电流的增加而减小。从而使该布拉格光栅100随着激光器电流的增加，其高折射率区和低折射率区之间的等效折射率差会相应增加。又由于光栅的耦合系数与其等效折射率差成正比(如图7所示)，因此该布拉格光栅100的耦合系数会随激光器电流的增加而增大。又由于分布反馈激光器的腔损耗随光栅的耦合系数增加而下降(如图8所示)，因此采用该布拉格光栅100的分布反馈激光器，随电流的增加其腔损耗随之降低，从而使分布反馈激光器能够获得负值的微分腔损耗，进而使其微分净增益在电流增加时得到了显著的增加，其驰豫振荡频率相应增加(由半导体激光器动态模型可知，如图9所示)，最终响应带宽能够得到扩展，使其具有优异的高速直调性能。
在实际应用中，根据该布拉格光栅100在分布反馈激光器中具体层级位置不同，其下光栅波导层110、中光栅波导层120以及上光栅波导层130分别对应的掺杂类型相应的有所不同。
示例地，依据下光栅波导层110与中光栅波导层120的掺杂类型相同，上光栅波导层130的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反。
该布拉格光栅100设置于分布反馈激光器的P侧时，下光栅波导层110和中光栅波导层120可以为P型掺杂，相应地上光栅波导层130为N型掺杂。
该布拉格光栅100设置于分布反馈激光器的N侧时，下光栅波导层110和中光栅波导层120可以为N型掺杂，相应地上光栅波导层130为P型掺杂。
可选地，如图3所示，掩埋层140与上光栅波导层130之间还形成有浸润层150，浸润层150与掩埋层140的材料相同。
通过设置浸润层150，能够减轻掩埋层140与上光栅波导层130之间的晶格失配和热失配，从而使掩埋层140能够更好的进行外衍生长。并且，利用浸润层150还可以对上光栅波导层130起到保护作用。
本发明实施例的另一方面，提供一种分布反馈激光器，采用上述的布拉格光栅100。
由于上述的布拉格光栅100，能够在分布反馈激光器处于正向偏置时，随着电流的增加，高折射率区的等效折射率保持相对稳定，而低折射率区的等效折射率会随之减小，从而其随着电流的增加，高折射率区和低折射率区之间的等效折射率差会相应增加，从而其耦合系数随之增加。因此采用上述布拉格光栅100的该分布反馈激光器，随电流的增加其腔损耗随之降低，从而使分布反馈激光器能够获得负值的微分腔损耗，进而使其微分净增益在电流增加时得到了显著的增加，其驰豫振荡频率相应增加，最终响应带宽能够得到扩展，使其具有优异的高速直调性能。
示例地，该分布反馈激光器可以为基于AlGaInAs-InGaAsP/InP材料体系的通信波段激光器。
如图4所示，当上述布拉格光栅100设置于该分布反馈激光器的P侧时，该分布反馈激光器具体可以包括N型衬底201，以及依序形成于N型衬底201上的N型缓冲层202、下限制层203、有源层204、上限制层205、隔离层206、布拉格光栅100、P型隔离层207、P型腐蚀停止层208、P型上包层209以及P型顶部覆盖层210，其中，布拉格光栅100的上光栅波导层130背离N型衬底201，且上光栅波导层130为N型掺杂。
如图5所示，当上述布拉格光栅100设置于该分布反馈激光器的N侧时，该分布反馈激光器具体可以包括N型衬底201，以及依序形成于N型衬底201上的N型缓冲层202、布拉格光栅100、下限制层203、有源层204、上限制层205、隔离层206、P型隔离层207、P型腐蚀停止层208、P型上包层209、P型顶部覆盖层210，其中，布拉格光栅100的上光栅波导层130背离N型衬底201，且上光栅波导层130为P型掺杂。
其中，上述分布反馈激光器中，衬底和缓冲层可以采用磷化铟材料，下限制层203、有源层204以及上限制层205可以采用铝镓铟砷化合物材料，隔离层206、P型隔离层207以及P型上包层209可以采用磷化铟材料，P型腐蚀停止层208可以采用铟镓砷磷化合物材料，P型顶部覆盖层210可以采用铟镓砷化合物材料。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的分布反馈激光器中的布拉格光栅100的具体实施方式和效果，可以参考前述布拉格光栅100实施例中的对应描述和解释，本发明中不再赘述。
本发明实施例的又一方面，提供一种布拉格光栅100的制备方法，该方法中所涉及的下光栅波导层110、中光栅波导层120以及上光栅波导层130等层级结构的具体实施和设置均与前述的布拉格光栅100相同或相似，此处不再赘述。以下，将对该方法进行说明。
如图6所示，该布拉格光栅100的制备方法可以包括：
S301：依序形成下光栅波导层110、中光栅波导层120以及上光栅波导层130，其中，下光栅波导层110与中光栅波导层120的掺杂类型相同，上光栅波导层130的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反。
S302：刻蚀上光栅波导层130以在上光栅波导层130上形成间隔设置的多个凹槽，其中，各凹槽沿分布反馈激光器的腔长方向排列；
S303：形成掩埋层140，以使掩埋层140填充凹槽。
其中，下光栅波导层110、中光栅波导层120以及上光栅波导层130的形成，可以通过外延生长工艺实现。例如，可以采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)和化学气相沉积(CVD)等。
并且，在分别对下光栅波导层110、中光栅波导层120以及上光栅波导层130进行掺杂时，可以采用直接向外延气源中引入对应类型的杂质源的方式直接外延形成，也可以采用先外延生产层级结构，再通过离子注入、扩散等方式将对应类型的杂质掺杂进相应层级。由于下光栅波导层110和中光栅波导层120的掺杂类型相同，并且两层级相邻，因此可以先外延生长下光栅波导层110和中光栅波导层120对应的层级结构之后，同时对两层级采用离子注入、扩散等方式进行对应类型的掺杂。
可以通过选区刻蚀去除上光栅波导层130的部分结构以形成间隔的多个凹槽，具体地，可以采用干法刻蚀和/或湿法刻蚀的工艺。例如，采用等离子刻蚀机通过感应耦合等离子体刻蚀法(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)选择性刻蚀上光栅波导层130，等离子体可以配置为反应性等离子体(RIE)、顺流等离子体(downstream)、直接等离子体(direction plasma)等。并且，通过调节刻蚀气氛，可以是刻蚀过程自终止于中光栅波导层120。
该方法可以通过在上光栅波导层130上形成掩埋层140，通过掩埋层140填充刻蚀上光栅波导层130形成的凹槽，以平坦上光栅波导层130。能够使该布拉格光栅100可以更加平坦良好的设置在分布反馈激光器的层级结构内。
并且还可以在上光栅波导层130上先形成浸润层150，然后在对浸润层150和上光栅波导层130同时进行刻蚀，以使上光栅波导层130上能够间隔形成凹槽。最后在通过形成掩埋层140以填充上述被刻蚀去除的部分(凹槽)，对该布拉格光栅100的表面进行平坦化处理。通过设置浸润层150，能够对上光栅波导层130起到保护作用，并更有利于掩埋层140的外延生长。
本发明实施例提供布拉格光栅100的制备方法，首先依序形成下光栅波导层110、中光栅波导层120以及上光栅波导层130，并使下光栅波导层110与中光栅波导层120的掺杂类型相同，上光栅波导层130的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反。从而使上光栅波导层130处能够形成反偏PN结。然后刻蚀去除上光栅波导层130的部分区域，以间隔形成凹槽，其中，各凹槽沿分布反馈激光器的腔长方向排列，从而能够在该布拉格光栅100内定义有沿分布反馈激光器的腔长方向周期性交替的低折射率区与高折射率区。从而使通过该方法制成的布拉格光栅100，其耦合系数能够随激光器的电流增加而增大，从而使采用该方法制成的布拉格光栅100的分布反馈激光器，随电流的增加其腔损耗随之降低，从而使分布反馈激光器能够获得负值的微分腔损耗，进而使其微分净增益在电流增加时得到了显著的增加，其驰豫振荡频率相应增加，最终响应带宽能够得到扩展，使其具有优异的高速直调性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种布拉格光栅，设置于分布反馈激光器中，其特征在于，包括：依次形成的折射率具有差异的下光栅波导层、中光栅波导层以及上光栅波导层，所述中光栅波导层的折射率低于所述下光栅波导层的折射率和所述上光栅波导层的折射率，所述下光栅波导层与所述中光栅波导层的掺杂类型相同，所述上光栅波导层的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反，用于在所述上光栅波导层形成反偏PN结，所述上光栅波导层沿分布反馈激光器的腔长方向间隔形成有多个凹槽，所述凹槽内填充有掩埋层，以平坦所述上光栅波导层。
2.如权利要求1所述的布拉格光栅，其特征在于，所述布拉格光栅设置于所述分布反馈激光器的P侧，所述下光栅波导层和所述中光栅波导层为P型掺杂，所述上光栅波导层为N型掺杂。
3.如权利要求1所述的布拉格光栅，其特征在于，所述布拉格光栅设置于所述分布反馈激光器的N侧，所述下光栅波导层和所述中光栅波导层为N型掺杂，所述上光栅波导层为P型掺杂。
4.如权利要求1所述的布拉格光栅，其特征在于，所述掩埋层与所述中光栅波导层的材料相同。
5.如权利要求1所述的布拉格光栅，其特征在于，所述掩埋层与所述上光栅波导层之间还形成有浸润层，所述浸润层与所述掩埋层的材料相同。
6.如权利要求1所述的布拉格光栅，其特征在于，所述下光栅波导层和所述上光栅波导层均采用铟镓砷磷材料，所述中光栅波导层采用磷化铟材料。
7.一种分布反馈激光器，其特征在于，采用如权利要求1至6任一项所述的布拉格光栅。
8.如权利要求7所述的分布反馈激光器，其特征在于，包括N型衬底，以及依序形成于所述N型衬底上的N型缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、隔离层、所述布拉格光栅、P型隔离层、P型腐蚀停止层、P型上包层以及P型顶部覆盖层，其中，所述布拉格光栅的上光栅波导层背离所述N型衬底，且所述上光栅波导层为N型掺杂。
9.如权利要求7所述的分布反馈激光器，其特征在于，包括N型衬底，以及依序形成于所述N型衬底上的N型缓冲层、所述布拉格光栅、下限制层、有源层、上限制层、隔离层、P型隔离层、P型腐蚀停止层、P型上包层、P型顶部覆盖层，其中，所述布拉格光栅的上光栅波导层背离所述N型衬底，且所述上光栅波导层为P型掺杂。
10.一种布拉格光栅的制备方法，其特征在于，包括：
依序形成下光栅波导层、中光栅波导层以及上光栅波导层，其中，所述下光栅波导层与所述中光栅波导层的掺杂类型相同，所述上光栅波导层的掺杂类型与相邻层级的掺杂类型相反,用于在所述上光栅波导层形成反偏PN结；
刻蚀所述上光栅波导层以在所述上光栅波导层上形成间隔设置的多个凹槽，其中，各所述凹槽沿分布反馈激光器的腔长方向排列；
形成掩埋层，以使所述掩埋层填充所述凹槽。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111769437B (zh) * 2020-07-21 2021-09-21 厦门市三安集成电路有限公司 布拉格光栅及其制备方法、分布反馈激光器
CN112332215A (zh) * 2020-11-02 2021-02-05 北京工业大学 一种带有衍射光学元件vcsel芯片结构及制备方法
US11187852B1 (en) * 2021-01-28 2021-11-30 Globalfoundries U.S. Inc. Bragg gratings with silicide-coated segments
CN115207775B (zh) * 2022-09-15 2023-10-13 日照市艾锐光电科技有限公司 一种基于沟道波导衬底的半导体激光器及其制备方法
CN117117624B (zh) * 2023-08-21 2024-07-19 重庆师范大学 一种分布式悬浮颗粒增益模块及激光器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105576502A (zh) * 2016-02-18 2016-05-11 武汉光安伦光电技术有限公司 高速垂直发射单片集成型直接调制dfb激光器及制作方法
CN106848835A (zh) * 2016-12-22 2017-06-13 华中科技大学 一种基于表面光栅的dfb激光器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2715251B1 (fr) * 1994-01-20 1996-04-05 Christophe Kazmierski Structure semiconductrice à réseau de diffraction virtuel.
FR2716303B1 (fr) * 1994-02-11 1996-04-05 Franck Delorme Laser à réflecteurs de Bragg distribués, accordable en longueur d'onde, à réseaux de diffraction virtuels activés sélectivement.
JP3714430B2 (ja) * 1996-04-15 2005-11-09 シャープ株式会社 分布帰還型半導体レーザ装置
US6072812A (en) * 1997-08-01 2000-06-06 Lucent Technologies Inc. Distributed feedback laser with loss coupling
US6580740B2 (en) * 2001-07-18 2003-06-17 The Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device having selective absorption qualities
US7349456B2 (en) * 2005-10-07 2008-03-25 Agilent Technologies, Inc. Gain-coupled distributed quantum cascade laser
WO2008053672A1 (fr) * 2006-10-31 2008-05-08 Anritsu Corporation Composant optique à semiconducteur, laser à semiconducteur utilisant le composant optique à semiconducteur et transpondeur optique utilisant le laser à semiconducteur
CN101001001A (zh) * 2006-12-20 2007-07-18 武汉光迅科技股份有限公司 低成本dfb激光器制作方法
CN103746288B (zh) * 2013-12-23 2017-07-14 南京大学 基于叠印啁啾结构的dfb半导体激光器及激光器阵列
JP6331997B2 (ja) * 2014-11-28 2018-05-30 三菱電機株式会社 半導体光素子
CN104993375A (zh) * 2015-06-24 2015-10-21 华中科技大学 一种短腔长的分布反馈激光器
CN106340806A (zh) * 2016-11-14 2017-01-18 北京青辰光电科技有限公司 一种波长为650nm的分布反馈半导体激光器的制作方法
CN107611776B (zh) * 2017-10-13 2020-06-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种增益耦合分布反馈半导体激光器及其制作方法
CN110658576A (zh) * 2019-10-12 2020-01-07 长春理工大学 一种亚波长光栅及其制备方法
CN111769437B (zh) * 2020-07-21 2021-09-21 厦门市三安集成电路有限公司 布拉格光栅及其制备方法、分布反馈激光器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105576502A (zh) * 2016-02-18 2016-05-11 武汉光安伦光电技术有限公司 高速垂直发射单片集成型直接调制dfb激光器及制作方法
CN106848835A (zh) * 2016-12-22 2017-06-13 华中科技大学 一种基于表面光栅的dfb激光器

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