CN111917000A - 具有微腔结构的分布式反馈激光器及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种具有微腔结构的分布式反馈激光器及制备方法，分布式反馈激光器包括P电极、P掺杂层、量子阱有源层、N掺杂层和N电极；P电极两侧分别设置有一个空气微孔波导阵列，空气微孔波导阵列由按照第一预设排布结构排布的多个第一空气微孔形成，每个第一空气微孔均贯穿P掺杂层、量子阱有源层和N掺杂层并在衬底上表面截止；分布式反馈激光器还包括微腔结构，微腔结构设置在P电极的正下方，微腔结构由按照第二预设排布结构排布的多个第二空气微孔形成，每个第二空气微孔均贯穿P掺杂层、量子阱有源层和N掺杂层，并在衬底上表面截止。本发明实施例利用光子晶体慢光效应设计超短激光谐振腔，从而降低芯片体积，提高芯片可集成性能。

Description

具有微腔结构的分布式反馈激光器及制备方法

技术领域

本发明涉及集成光电子器件领域，尤其涉及一种具有微腔结构的分布式反馈激光器及制备方法。

背景技术

分布式反馈激光器(DFB-LD)是在半导体激光器中建立布拉格光栅，依靠光栅的选模原理来获取特定激射波长的激光器。DFB激光器的光栅分布在整个激光器的谐振腔中，光波在反馈的同时可以获得增益。DFB-LD一般可以分为两种：增益耦合和折射率耦合，前者是把光栅结构刻制到有源区，使得有源区的增益周期性变化，从而对激光腔中的光导模产生反馈作用。后者是把光栅结构刻制在有源区上方，通过对有源区光导模倏逝场的作用而对激光腔的光导模产生反馈作用。但是，增益耦合的DFB-LD制造工艺复杂，制造成本较高，成品率较低。所以目前主要采用均匀光栅的折射率耦合，一般以III-V族半导体材料作为多量子阱结构有源层。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性(即光谱纯度)，它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边模抑制比(SMSR)，可高达40-50dB以上。DFB-LD芯片是目前10G、100G光纤通信网络，企业以太网，云计算中心以及第五代移动通信网络的核心器件，是当前国内外高速光纤传输网中信息传输载体的通用理想光源。

DFB-LD芯片凭其良好的单色性广泛应用于光纤通信，可调谐半导体激光吸收光谱技术，包括成分检测、医疗、大气测量、环境测量，原子光谱学，包括原子钟、磁力计，以及精密测量、夜视仪、同位素检测等领域。

然而，目前DFB-LD芯片存在一个问题：尺寸较大，因而不利于芯片集成，同时由于尺寸较大，使得器件成本也较高。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种具有微腔结构的分布式反馈激光器及制备方法。

具体地，本发明实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种具有微腔结构的分布式反馈激光器，包括：自顶向下依次设置的P电极、P掺杂层、量子阱有源层、N掺杂层、衬底和N电极；

所述P电极位于所述P掺杂层的表面中央位置，所述P电极两侧分别设置有一个空气微孔波导阵列，所述空气微孔波导阵列由按照第一预设排布结构排布的多个第一空气微孔形成，每个所述第一空气微孔均贯穿所述P掺杂层、所述量子阱有源层和所述N掺杂层，并在所述衬底上表面截止；

所述分布式反馈激光器还包括：微腔结构，所述微腔结构设置在所述P电极的正下方，所述微腔结构由按照第二预设排布结构排布的多个第二空气微孔形成，每个所述第二空气微孔均贯穿所述P掺杂层、所述量子阱有源层和所述N掺杂层，并在所述衬底上表面截止。

进一步地，所述第一预设排布结构至少包括三角晶格结构或四方晶格结构。

进一步地，所述第二预设排布结构是在所述第一预设排布结构的基础上去掉预设数量的空气微孔后形成的排布结构。

进一步地，所述微腔结构中第二空气微孔的大小和周期与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的大小和周期相同。

进一步地，所述微腔结构中第二空气微孔的大小与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的大小相同，所述微腔结构中第二空气微孔的周期与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的周期不同。

进一步地，所述第一空气微孔的截面形状至少包括圆形、椭圆形、正多边形或矩形。

进一步地，所述第二空气微孔的截面形状至少包括圆形、椭圆形、正多边形或矩形。

进一步地，两个空气微孔波导阵列中的空气微孔形成二维图形结构，所述二维图形结构形成二维平板光子晶体，所述二维平板光子晶体产生光子禁带，形成线缺陷光子晶体波导；

其中，沿线缺陷光子晶体波导方向去除所述二维图形结构中的部分列空气微孔，使得波导宽度变大；或，沿线缺陷光子晶体波导方向去除所述二维图形结构中的部分列空气微孔后，将所述P电极的两侧的图形拉开预设距离，改变两侧第一空气微孔的距离。

进一步地，所述空气微孔波导阵列的长边边长范围为5-100μm，短边边长范围为2-50μm。

第二方面，本发明实施例还提供了一种如上述第一方面所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器的制备方法，包括：

利用气相沉积法PECVD在衬底片上生长SiO₂层；

在SiO₂层的表面涂覆电子束胶；

利用电子束曝光的方法在所述电子束胶上制备所述空气微孔波导阵列和所述微腔结构的掩膜图形；

利用ICP干法刻蚀技术，将形成的掩膜图形刻蚀到SiO₂层上；

去掉刻蚀残留的电子束胶，完成掩膜图形转移和SiO₂硬掩膜的制备；

再进行一次ICP干法刻蚀，实现P掺杂层、N掺杂层、量子阱有源层、空气微孔波导阵列以及微腔结构的刻蚀，得到含有量子阱有源区的光子晶体波导，所述光子晶体波导中的空气微孔波导阵列由第一空气微孔按照第一预设排布结构排布形成；所述光子晶体波导中的微腔结构由第二空气微孔按照第二预设排布结构排布形成；

去除SiO₂层，并在所述P掺杂层远离所述量子阱有源层的一侧制备P电极，以及，在N掺杂层远离所述量子阱有源层的一侧制备N电极。

由上面技术方案可知，本发明实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器及制备方法，在P电极两侧分别设置有一个空气微孔波导阵列，所述空气微孔波导阵列由按照第一预设排布结构排布的多个第一空气微孔形成，每个所述第一空气微孔均贯穿所述P掺杂层、所述量子阱有源层和所述N掺杂层，并在所述衬底上表面截止。由此可见，本发明实施例通过特殊设计的深度刻蚀空气微孔结构，形成二维平板光子晶体，产生光子禁带，在完整的光子晶体中引入缺陷，利用光子禁带将光限制在缺陷中传播，形成线缺陷光子晶体波导。本发明实施例利用光子晶体波导中的异常色散使得其具有特殊的光增益特性，在光子带隙，缺陷模式产生的慢光效应可以增大单位传输距离的光增益，实现电泵浦方式激光的产生，易于实现增益超过损耗的激光激射条件，因而可以缩短传统DFB-LD激光器的谐振腔结构。此外，在此基础之上，本发明实施例还进一步引入了微腔结构，微腔结构设置在P电极的正下方，所述微腔结构由按照第二预设排布结构排布的多个第二空气微孔形成，每个所述第二空气微孔均贯穿所述P掺杂层、所述量子阱有源层和所述N掺杂层，并在所述衬底上表面截止。需要说明的是，在波导中引入微腔结构后，微腔结构会使其本身存在谐振频率，即其本征频率，这样微腔与波导缺陷模式的共振模式相交于微腔的本征频率处，相交频率处的缺陷模式可以同时通过光子晶体波导和微腔结构，就实现了微腔的共振选频机制。最终，在复合结构的传输谱中，只有共振频率处的光波可以通过微腔继续传播。带隙内其他频率的光波因微腔的滤波效应不能通过。其好处是这样的选模设计可以使得该超短腔DFB-LD输出激光模式更单一，更接近基模。本发明实施例利用光子晶体慢光效应设计缩短传统DFB-LD激光器芯片的谐振腔结构，可以缩小DFB-LD激光器芯片体积一倍以上，因此同一尺寸的晶圆可以生产超过一倍数量的DFB-LD激光器芯片，从而可以降低器件成本。此外，本发明实施例使得DFB-LD激光器芯片更易于后期集成，从而实现工艺更复杂、功能更多的有源光电器件的设计和制备。由此可见，本发明实施例利用光子晶体慢光效应设计超短激光谐振腔，从而可以降低芯片体积，进而可以降低器件成本并提高芯片可集成性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器的俯视图；

图2为本发明一实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器的剖视图；

图3为本发明一实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器的三维立体示意图；

图4为本发明一实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器的激光透过谱图；

图5为本发明一实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器经去除部分列微孔后的俯视图。

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。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。

图1示出了本发明实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器的俯视图；图2示出了本发明实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器的剖视图。图3示出了本发明实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器的三维立体示意图。如图1、图2和图3所示，本实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器，包括：自顶向下依次设置的P电极9、P掺杂层8、量子阱有源层3、N掺杂层5、衬底6和N电极7；

所述P掺杂层8、所述量子阱有源层3和所述N掺杂层5组成有源光子晶体波导层1；所述有源光子晶体波导层1中包括有两个空气微孔波导阵列4，所述P电极9位于所述P掺杂层8的表面中央位置，所述P电极9两侧分别设置有一个空气微孔波导阵列4，所述空气微孔波导阵列4由按照第一预设排布结构排布的多个第一空气微孔2形成，每个所述第一空气微孔2均贯穿所述P掺杂层8、所述量子阱有源层3和所述N掺杂层5，并在所述衬底6上表面截止；

所述分布式反馈激光器还包括：微腔结构10，所述微腔结构10设置在所述P电极9的正下方，所述微腔结构10由按照第二预设排布结构排布的多个第二空气微孔形成，每个所述第二空气微孔均贯穿所述P掺杂层8、所述量子阱有源层3和所述N掺杂层5，并在所述衬底6上表面截止。

如图1、图2和图3所示，本实施例提供的分布式反馈激光器，包括有源光子晶体波导层1，该有源光子晶体波导层1包括两个空气微孔波导阵列4，该空气微孔波导阵列4内的所有第一空气微孔2均贯穿P掺杂层8、量子阱有源层3及N掺杂层5。该空气微孔波导阵列4内的所有第一空气微孔2均具有相同的特定截面形状，本实施例以图1所示的圆形为例。所有第一空气微孔2按照激光器对应输出波长设计好的结构参数排布成二维图形结构，本实施例以图1所示的三角晶格为例，即该二维图形结构中，所有第一空气微孔2成阵列排布，并且所有第一空气微孔2半径相同，与其周边临近第一空气微孔2间晶格周期相同，从而使得所有第一空气微孔2在有源光子晶体波导层1上整体组成了一个矩形空气微孔波导阵列4，其长边边长范围为5-100μm、其短边边长范围为2-50μm，P电极9所处区域不设置光子晶体孔。

可理解的是，上述的第一空气微孔2的特定截面形状可以包括圆形、椭圆形、正多边形或矩形等。相对应的，上述的第一空气微孔2的结构参数包括内径、长轴长度、短轴长度、旋转角度或边长等。对应的空气微孔波导阵列4的特定二维形状为矩形，包括不同的长、短边边长、内涵光子晶体孔半径、晶格周期。

本实施例所述的P掺杂层8，量子阱有源层3、N掺杂层5、衬底6的总厚度超过1微米，在P掺杂层8上方沉积金属P电极9，且P电极9的位置在没有第一空气微孔2刻蚀的光子晶体波导区上方，即有源光子晶体波导层1平面上除去两个空气微孔波导阵列4以外区域，P电极9不能沉积到两侧的第一空气微孔2里，P电极9长度小于100微米，宽度与空气微孔波导阵列4中第一空气微孔2的半径及晶格周期相关。

如图1所示，本实施例除了在有源光子晶体波导层1中设置两个空气微孔波导阵列4之外，还在有源光子晶体波导层1中设置了微腔结构10，该微腔结构10由按照第二预设排布结构排布的多个第二空气微孔形成，每个所述第二空气微孔均贯穿所述P掺杂层8、所述量子阱有源层3和所述N掺杂层5，并在所述衬底6上表面截止。

在本实施例中，微腔结构10的作用为：

在波导中引入微腔结构后，微腔结构会使其本身存在谐振频率，即其本征频率。这样微腔与波导缺陷模式的共振模式相交于微腔的本征频率处，相交频率处的缺陷模式可以同时通过光子晶体波导和微腔结构，就实现了微腔的共振选频机制。最终，在复合结构的传输谱中，只有共振频率处的光波可以通过微腔继续传播。带隙内其他频率的光波因微腔的滤波效应不能通过。其好处是这样的选模设计可以使得该超短腔DFB-LD输出激光模式更单一，更接近基模。

需要说明的是，在微腔结构和空气微孔波导阵列结构的传输谱中，只有确定频率处的光波可以通过微腔继续传播。按照本实施例制备的光子晶体波导结构最终实现的激光透过谱如图4所示。

可以看出在本实施例中，由于微腔结构提供了附加的选模机制，使得较宽的、易于实现电注入的光子晶体波导中的纵模特性相对无微腔的波导结构得到了改善，使慢光增强光增益的效应得以有效利用；并且，透射峰宽度和位置可以通过设计微腔结构和微腔周期值来调节，这有利于进一步实现可调控增益的FDB-LD芯片。

本实施例通过特殊设计的深度刻蚀光子晶体孔结构，形成二维平板光子晶体，产生光子禁带，在完整的光子晶体中引入缺陷，利用光子禁带将光限制在缺陷中传播，形成线缺陷光子晶体波导。利用光子晶体波导中的异常色散使得其具有特殊的光增益特性，在光子带隙，缺陷模式产生的慢光效应可以增大单位传输距离的光增益，实现电泵浦方式激光的产生，易于实现增益超过损耗的激光激射条件，因而可以缩短传统DFB-LD激光器的谐振腔结构。进一步地，在波导中引入微腔结构后，微腔结构会使其本身存在谐振频率，即其本征频率。这样微腔与波导缺陷模式的共振模式相交于微腔的本征频率处，相交频率处的缺陷模式可以同时通过光子晶体波导和微腔结构，就实现了微腔的共振选频机制。最终，在复合结构的传输谱中，只有共振频率处的光波可以通过微腔继续传播。带隙内其他频率的光波因微腔的滤波效应不能通过。其好处是这样的选模设计可以使得该超短腔DFB-LD输出激光模式更单一，更接近基模。

在本实施例中，所述有源光子晶体波导层中的两个空气微孔波导阵列4以及所述微腔结构形成光子晶体慢光波导结构超短腔，所述光子晶体慢光波导结构超短腔的长度小于100μm。

在本实施例中，需要说明的是，传统DFB激光器腔长在200μm以上，本实施例的腔长能够控制在100μm以下，因此可以至少缩短一半的腔长，同时产率提升至少一倍。

由上面技术方案可知，本发明实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器，在P电极两侧分别设置有一个空气微孔波导阵列，所述空气微孔波导阵列由按照第一预设排布结构排布的多个第一空气微孔形成，每个所述第一空气微孔均贯穿所述P掺杂层、所述量子阱有源层和所述N掺杂层，并在所述衬底上表面截止。由此可见，本发明实施例通过特殊设计的深度刻蚀空气微孔结构，形成二维平板光子晶体，产生光子禁带，在完整的光子晶体中引入缺陷，利用光子禁带将光限制在缺陷中传播，形成线缺陷光子晶体波导。本发明实施例利用光子晶体波导中的异常色散使得其具有特殊的光增益特性，在光子带隙，缺陷模式产生的慢光效应可以增大单位传输距离的光增益，实现电泵浦方式激光的产生，易于实现增益超过损耗的激光激射条件，因而可以缩短传统DFB-LD激光器的谐振腔结构。此外，在此基础之上，本发明实施例还进一步引入了微腔结构，微腔结构设置在P电极的正下方，所述微腔结构由按照第二预设排布结构排布的多个第二空气微孔形成，每个所述第二空气微孔均贯穿所述P掺杂层、所述量子阱有源层和所述N掺杂层，并在所述衬底上表面截止。需要说明的是，在波导中引入微腔结构后，微腔结构会使其本身存在谐振频率，即其本征频率，这样微腔与波导缺陷模式的共振模式相交于微腔的本征频率处，相交频率处的缺陷模式可以同时通过光子晶体波导和微腔结构，就实现了微腔的共振选频机制。最终，在复合结构的传输谱中，只有共振频率处的光波可以通过微腔继续传播。带隙内其他频率的光波因微腔的滤波效应不能通过。其好处是这样的选模设计可以使得该超短腔DFB-LD输出激光模式更单一，更接近基模。本发明实施例利用光子晶体慢光效应设计缩短传统DFB-LD激光器芯片的谐振腔结构，可以缩小DFB-LD激光器芯片体积一倍以上，因此同一尺寸的晶圆可以生产超过一倍数量的DFB-LD激光器芯片，从而可以降低器件成本。此外，本发明实施例使得DFB-LD激光器芯片更易于后期集成，从而实现工艺更复杂、功能更多的有源光电器件的设计和制备。由此可见，本发明实施例利用光子晶体慢光效应设计超短激光谐振腔，从而可以降低芯片体积，进而可以降低器件成本并提高芯片可集成性能。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，第一空气微孔组合排布成特殊二维图形结构，第一空气微孔尺寸及排布根据DFB-LD芯片工作波长设计不同的结构、长度、周期、结构参数，其排布结构包括但不仅限于三角晶格或四方晶格结构。在本实施例中，在波导结构中引入微腔结构，进而引入微腔选频机制，从而可以改善光子晶体波导中模式传输特性。对于微腔结构中第二空气微孔的排布方式，可以是在第一空气微孔排布方式的基础上，去掉一定数量的空气微孔形成的点缺陷微腔，第二空气微孔尺寸、排布可以根据选频要求设计。需要说明的是，在一种实现方式中，所述微腔结构中第二空气微孔的大小和周期与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的大小和周期相同。在另一种实现方式中，所述微腔结构中第二空气微孔的大小与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的大小相同，所述微腔结构中第二空气微孔的周期与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的周期不同。需要说明的是，第二空气微孔也是一种波导选模结构，周期不同所选模结果不同。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述第一预设排布结构至少包括三角晶格结构或四方晶格结构。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述第二预设排布结构可以跟第一预设排布结构类似，比如为三角晶格结构或四方晶格结构，也可以是在第一预设排布结构的基础上去掉预设数量的空气微孔后形成的排布结构。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述第一空气微孔的截面形状至少包括圆形、椭圆形、正多边形或矩形。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述第二空气微孔的截面形状至少包括圆形、椭圆形、正多边形或矩形。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，还可以形成具有不同宽度的缺陷波导，具体来说，两个空气微孔波导阵列中的空气微孔形成二维图形结构，所述二维图形结构形成二维平板光子晶体，所述二维平板光子晶体产生光子禁带，形成线缺陷光子晶体波导；其中，沿线缺陷光子晶体波导方向去除所述二维图形结构中的部分列第一空气微孔，使得波导宽度变大；或，沿线缺陷光子晶体波导方向去除所述二维图形结构中的部分列空气微孔后，将所述P电极的两侧的图形拉开预设距离，改变两侧第一空气微孔的距离。

举例来说，沿线缺陷光子晶体波导方向去掉特殊二维图形结构中的部分列空气微孔，去掉列数包括但不仅限于1列或3列；或者去掉1列后，将两侧图形拉开不同的距离，改变两侧第一空气微孔的距离。

在本实施例中，利用光子晶体波导中的异常色散使得其具有特殊的光增益特性，在光子带隙，缺陷模式产生的慢光效应可以增大单位传输距离的光增益，易于实现增益超过损耗的激光激射条件，因而可以缩短传统DFB-LD激光器的谐振腔结构。此外，在此基础之上，本实施例还进一步在原有微孔波导阵列的基础上，减少若干列微孔形成光子晶体缺陷波导(如减少1列微孔，形成W1光子晶体缺陷波导，减少3列微孔，形成W3光子晶体缺陷波导)，由于经过这样处理得到的波导宽度较大，存在多个波导模式，使前向波和后向波产生强烈的耦合，使原本相交点处的色散曲线分裂并形成平坦区，进而产生了慢光效应，即光在传输方向上反复前后振荡前行。本实施例的优势在于光子晶体波导因基模与高阶模式耦合产生了微带隙效应，存在基模的慢光区。本实施例的波导的传输谱上产生了微带隙的滤波特性。相比其他频段，慢光使光增益产生了明显的增强，波导的增益谱上产生了增益双峰，此外，可以通过设计光子晶体波导色散关系来实现对增益谱的调控。

在本实施例中，参见图5，本实施例的空气微孔波导阵列4列数减少一列，相应的P电极9宽度增加，例如在三角晶格的光子晶体中去掉一列第一空气微孔后，形成图5所示的缺陷波导，由于经过这样处理得到的波导宽度较大，存在多个波导模式，使前向波和后向波产生强烈的耦合，使原本相交点处的色散曲线分裂并形成平坦区，进而产生了慢光效应，即光在传输方向上反复前后振荡前行。

在本实施例中，例如去掉一列空气孔的W1波导，或在此基础上改变两侧空气孔距离(200nm-3000nm)的光子晶体缺陷波导，在布里渊区边界或光子带隙频段内形成慢光模式。

在本实施例的优势在于波导宽度增大，光子晶体波导因基模与高阶模式耦合产生了微带隙效应，存在基模的慢光区。本实施例的波导的传输谱上产生了微带隙的滤波特性。相比其他频段，慢光使光增益产生了明显的增强，波导的增益谱上产生了增益双峰。可以通过设计光子晶体波导色散关系来实现对增益谱的调控。需要说明的是，图5显示的是在图1的基础上两侧各去除1列的情况，也即图5中P电极9两侧各剩3列空气孔。但在实际应用中，为保证可以有足够的周期结构形成光子带隙，优选地，P电极9两侧排布的微孔的列数一般不低于4列，因此，这就需要要求图1中P电极9两侧排布的微孔的列数在5列以上。

本发明另一实施例提供了如上述实施例提供的具有微腔结构的分布式反馈激光器的制备方法，该方法包括如下处理过程：

步骤101：利用气相沉积法PECVD在衬底片上生长SiO₂层；

步骤102：在SiO₂层的表面涂覆电子束胶；

步骤103：利用电子束曝光的方法在所述电子束胶上制备所述空气微孔波导阵列和所述微腔结构的掩膜图形；

步骤104：利用ICP干法刻蚀技术，将形成的掩膜图形刻蚀到SiO₂层上；

步骤105：去掉刻蚀残留的电子束胶，完成掩膜图形转移和SiO₂硬掩膜的制备；

步骤106：再进行一次ICP干法刻蚀，实现P掺杂层、N掺杂层、量子阱有源层、空气微孔波导阵列以及微腔结构的刻蚀，得到含有量子阱有源区的光子晶体波导，所述光子晶体波导中的空气微孔波导阵列由第一空气微孔按照第一预设排布结构排布形成；所述光子晶体波导中的微腔结构由第二空气微孔按照第二预设排布结构排布形成；

步骤107：去除SiO₂层，并在所述P掺杂层远离所述量子阱有源层的一侧制备P电极，以及，在N掺杂层远离所述量子阱有源层的一侧制备N电极。

在本实施例中，所述量子阱有源层可以为InGaAsP材料的量子阱有源层。

在本实施例提供的分布式反馈激光器中，整个光子晶体有源波导结构制备工艺是在含有量子阱有源区的III-V族半导体外延片上进行的。

具体的，其生长方式包括：利用PECVD技术在InP衬底片上生长上厚度200-300nm的SiO₂层；在SiO₂的表面甩上约200nm厚的电子束胶Zep520A；利用电子束曝光的方法在电子束胶上制作掩膜图形；利用ICP干法刻蚀技术，将形成的电子束胶掩膜图形刻蚀到SiO₂层上；去掉上一步刻蚀残留的电子束胶，完成图形转移和SiO₂硬掩膜的制备；再进行一次ICP干法刻蚀，实现InP材料的P掺杂层8和N掺杂层5及InGaAsP材料的量子阱有源层3的刻蚀，至此制备出含有量子阱有源区的InP光子晶体波导，波导中(光子晶体)空气微孔波导阵列4由第一空气微孔2规则排布而成，波导中的微腔结构10由第二空气微孔排布形成；去除SiO₂层；最后经减薄、溅射等工艺制备N电极7及P电极9。

在本实施例中，需要说明的是，微腔结构10可在空气微孔波导阵列4的电子束曝光时同时成型，在不增加工艺复杂度的前提下得到带有微腔结构的激光器。

此外，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本发明中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，包括：自顶向下依次设置的P电极、P掺杂层、量子阱有源层、N掺杂层、衬底和N电极；

所述P电极位于所述P掺杂层的表面中央位置，所述P电极两侧分别设置有一个空气微孔波导阵列，所述空气微孔波导阵列由按照第一预设排布结构排布的多个第一空气微孔形成，每个所述第一空气微孔均贯穿所述P掺杂层、所述量子阱有源层和所述N掺杂层，并在所述衬底上表面截止；

所述分布式反馈激光器还包括：微腔结构，所述微腔结构设置在所述P电极的正下方，所述微腔结构由按照第二预设排布结构排布的多个第二空气微孔形成，每个所述第二空气微孔均贯穿所述P掺杂层、所述量子阱有源层和所述N掺杂层，并在所述衬底上表面截止。

2.根据权利要求1所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，所述第一预设排布结构至少包括三角晶格结构或四方晶格结构。

3.根据权利要求2所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，所述第二预设排布结构是在所述第一预设排布结构的基础上去掉预设数量的空气微孔后形成的排布结构。

4.根据权利要求1所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，所述微腔结构中第二空气微孔的大小和周期与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的大小和周期相同。

5.根据权利要求1所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，所述微腔结构中第二空气微孔的大小与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的大小相同，所述微腔结构中第二空气微孔的周期与所述空气微孔波导阵列中第一空气微孔的周期不同。

6.根据权利要求1所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，所述第一空气微孔的截面形状至少包括圆形、椭圆形、正多边形或矩形。

7.根据权利要求1所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，所述第二空气微孔的截面形状至少包括圆形、椭圆形、正多边形或矩形。

8.根据权利要求1所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，两个空气微孔波导阵列中的空气微孔形成二维图形结构，所述二维图形结构形成二维平板光子晶体，所述二维平板光子晶体产生光子禁带，形成线缺陷光子晶体波导；

其中，沿线缺陷光子晶体波导方向去除所述二维图形结构中的部分列空气微孔，使得波导宽度变大；或，沿线缺陷光子晶体波导方向去除所述二维图形结构中的部分列空气微孔后，将所述P电极的两侧的图形拉开预设距离，改变两侧第一空气微孔的距离。

9.根据权利要求1所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器，其特征在于，所述空气微孔波导阵列的长边边长范围为5-100μm，短边边长范围为2-50μm。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的具有微腔结构的分布式反馈激光器的制备方法，其特征在于，包括：

利用气相沉积法PECVD在衬底片上生长SiO₂层；

在SiO₂层的表面涂覆电子束胶；

利用电子束曝光的方法在所述电子束胶上制备所述空气微孔波导阵列和所述微腔结构的掩膜图形；

利用ICP干法刻蚀技术，将形成的掩膜图形刻蚀到SiO₂层上；

去掉刻蚀残留的电子束胶，完成掩膜图形转移和SiO₂硬掩膜的制备；

再进行一次ICP干法刻蚀，实现P掺杂层、N掺杂层、量子阱有源层、空气微孔波导阵列以及微腔结构的刻蚀，得到含有量子阱有源区的光子晶体波导，所述光子晶体波导中的空气微孔波导阵列由第一空气微孔按照第一预设排布结构排布形成；所述光子晶体波导中的微腔结构由第二空气微孔按照第二预设排布结构排布形成；

去除SiO₂层，并在所述P掺杂层远离所述量子阱有源层的一侧制备P电极，以及，在N掺杂层远离所述量子阱有源层的一侧制备N电极。

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