CN114512894A - 激光器的制作方法及激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种激光器的制作方法及激光器,制作方法包括:在衬底上依次划分第一分布式反馈DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;分别在第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,或者在调谐区域上制备选区介质掩膜条对;在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域,或者在第一DFB区域、制备有选区介质掩膜条对的调谐区域和第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分;去掉选区介质掩膜条对;通过该制作方法所制作的激光器可靠性高并能够增大激光器波长调谐范围。

Description

激光器的制作方法及激光器
技术领域
本发明实施例涉及但不限于通信领域,尤其涉及一种激光器的制作方法及激光器。
背景技术
近年来随着光通信领域信息传输量的急剧增加,可有效扩展通信容量的波分复用(WDM)系统迅速发展,可用于其中构建更有效通信系统的波长可调谐半导体激光器获得广泛关注,波长稳定性好、波长调谐范围大、结构紧凑、功耗低和高速运转的半导体激光器在光通信领域具有着重要的意义。
目前可调谐半导体激光器主要有DBR(Distributed Bragg Reflection,分布式布拉格反射镜)激光器和DFB(Distributed Feedback,分布式反馈)激光器两种。其中,结构紧凑的可调谐DFB激光器,虽然可以通过在相区注入电流改变激射波长,但是此种结构DFB集成激光器,中间相区为对接生长的体材料(不包含光栅),两侧的DFB区域的光栅端面的初始相位由光栅形状决定,容易跳模,且形状重复性差导致激射波长有较大变化。此外,相区的对接界面可能产生晶体缺陷,从而降低激光器的可靠性。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提出一种激光器的制作方法及激光器,通过该制作方法所制作的激光器可靠性高并能够增大激光器波长调谐范围。
第一方面,本发明实施例提供了一种激光器的制作方法,包括:
在衬底上依次划分第一分布式反馈DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
分别在所述第一DFB区域和所述第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对;
在制备有所述选区介质掩膜条对的第一DFB区域、所述调谐区域和制备有所述选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使所述调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离所述第一DFB区域和所述第二DFB区域的多量子阱层的组分;
去掉所述选区介质掩膜条对。
第二方面,本发明实施例提供了一种激光器的制作方法,包括:
在衬底上依次划分第一分布式反馈DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
在所述调谐区域上制备选区介质掩膜条对;
在所述第一DFB区域、制备有所述选区介质掩膜条对的所述调谐区域和所述第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使所述调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离所述第一DFB区域和所述第二DFB区域的多量子阱层的组分;
去掉所述选区介质掩膜条对。
第三方面,本发明实施例还提供了一种激光器,所述激光器通过如上述第一方面的制作方法制作得到,或者,所述激光器通过如上述第二方面的制作方法制作得到。
本发明实施例提出的一种激光器的制作方法及激光器,其中激光器的制作方法包括:在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;分别在第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,或者在调谐区域上制备选区介质掩膜条对;在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域,或者在第一DFB区域、制备有选区介质掩膜条对的调谐区域和第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分;去掉选区介质掩膜条对;该制作方法可以将激光器划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,在下分别限制层生长之前制备选区介质掩膜条对,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分,并在上分别限制层生长之后去掉选区介质掩膜条对,通过该制作方法所制作的激光器可靠性高并能够增大激光器波长调谐范围。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的激光器的制作方法的流程图;
图2是本发明另一个实施例提供的激光器的制作方法的流程图;
图3是本发明另一个实施例提供的激光器的制作方法的流程图;
图4是本发明另一个实施例提供的激光器的制作方法的流程图;
图5是本发明另一个实施例提供的激光器的制作方法的流程图;
图6是本发明另一个实施例提供的激光器的制作方法的流程图;
图7是本发明一个实施例提供的激光器的俯视图;
图8是本发明另一个实施例提供的激光器的俯视图;
图9是本发明的第一实施例的激光器的制作过程的第一示意图;
图10是本发明的第一实施例的激光器的制作过程的第二示意图;
图11是本发明的第一实施例的激光器的制作过程的第三示意图;
图12是本发明的第一实施例的激光器的制作过程的第四示意图;
图13是本发明的第一实施例的激光器的制作过程的第五示意图;
图14是本发明的第二实施例的激光器的俯视图;
图15是本发明的第三实施例的激光器的制作过程的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,虽然在装置示意图中进行了功能模块划分,在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于装置中的模块划分,或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
本实施例提供了一种激光器的制作方法及激光器,其中激光器的制作方法包括:在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;分别在第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,或者在调谐区域上制备选区介质掩膜条对;在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域,或者在第一DFB区域、制备有选区介质掩膜条对的调谐区域和第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分;去掉选区介质掩膜条对;该制作方法可以将激光器划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,在下分别限制层生长之前制备选区介质掩膜条对,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分,并在上分别限制层生长之后去掉选区介质掩膜条对,通过该制作方法所制作的激光器可靠性高并能够增大激光器波长调谐范围。
下面结合附图,对本发明实施例作进一步阐述。
在一个实施例中,参照图1,图1为本发明实施例提供的激光器的制作方法的流程图,在一实施例中,激光器的制作方法包括但不限于如下步骤:
步骤S110,在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域。
在一实施例中,可以在衬底外延生长的平面上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,在激光器制作的过程中,基于衬底的外延生长根据划分后的三个区域进行。
步骤S120,分别在第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对。
在一实施例中,可以在外延生长下分别限制层之前,分别在第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对。
需要说明的是,制备选区介质掩膜条的条宽、间距和形状根据制作的激光器要求进行设定,本实施例对其不作具体限定。
在一实施例中,可以在第一DFB区域制备第一选区介质掩膜条对,第一选区介质掩膜条对制备有沿第一方向依次设置的第一选区介质掩膜条和第二选区介质掩膜条;在第二DFB区域制备第二选区介质掩膜条对,第二选区介质掩膜条对制备有沿第一方向依次设置的第三选区介质掩膜条和第四选区介质掩膜条;将第一选区介质掩膜条对和第二选区介质掩膜条对沿第二方向进行制备,第一方向垂直于第二方向。
例如,可以在第一DFB区域制备第一选区介质掩膜条对,第一选区介质掩膜条对可以是在第一方向上设置的两个大小相同、形状相同且平行的长方体;可以在第二DFB区域制备第二选区介质掩膜条对,第二选区介质掩膜条对可以是在第一方向上设置的两个条宽相同、形状相同、存在间距且平行的长方体;且第一选区介质掩膜条对和第二选区介质掩膜条对在第二方向上设置。
在一实施例中,可以在上述实施例的基础上,将第一选区介质掩膜条和第三选区介质掩膜条进行镜像对称设置;可以将第二选区介质掩膜条和第四选区介质掩膜条进行镜像对称设置。
需要说明的是,第一选区介质掩膜条对和第二选区介质掩膜条对可以是镜像对称设置,本实施例对其不作唯一限定。
在一实施例中,可以在上述实施例的基础上,将第一选区介质掩膜条、第二选区介质掩膜条、第三选区介质掩膜条以及第四选区介质掩膜条靠近调谐区域的一端制备为逐渐收窄的形状,在外延材料生长后,DFB区域和调谐区域的界面平滑过渡,可减小界面产生缺陷的可能性,避免界面缺陷所带来的可靠性问题。
例如:第一选区介质掩膜条、第二选区介质掩膜条、第三选区介质掩膜条以及第四选区介质掩膜条靠近调谐区域的一端可以制备为直角三角形的形状。
需要说明的是,选区介质掩膜条对的材料可以是二氧化硅,可以是氮氧化硅,本实施例对其不作具体限定。
步骤S130,在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分。
在一实施例中,在制备完选区介质掩膜条对以后,可以在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,由于选区介质掩膜条对的作用,外延生长时生长源分子在不同材料表面的成核特性不同,使得选区介质掩膜条对对应的区域的材料组分发生变化,选区介质掩膜条对对应的区域的材料激射波长相应于大面积区域(即非选区介质掩膜条对对应的区域)出现红移现象;因此,只需要外延生长一次即可实现调谐区域与DFB区域(包括第一DFB区域和第二DFB区域)的有源层的带隙波长偏离,从而实现调谐区域的边界电流大于DFB区域的阈值电流,进而增大激光器的波长调谐范围。
步骤S140,去掉选区介质掩膜条对。
在一实施例中,在完成上分别限制层的生长以后,即完成选区介质掩膜条对对应的区域的材料组分发生变化之后,可以去掉选区介质掩膜条对,然后再继续外延成长。
需要说明的是,去掉选区介质掩膜条对的工艺可以是湿法腐蚀工艺,也可以是干法腐蚀工艺,本实施对其不作具体限定。
在一实施例中,通过采用上述步骤S110至步骤S140,可以在衬底外延生长的平面上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,分别在第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,在制备完选区介质掩膜条对以后,可以在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,去掉选区介质掩膜条对;由于选区介质掩膜条对的作用,外延生长时生长源分子在不同材料表面的成核特性不同,使得选区介质掩膜条对对应的区域的材料组分发生变化,选区介质掩膜条对对应的区域的材料激射波长相应于非选区介质掩膜条对对应的区域出现红移现象;因此,只需要外延生长一次即可实现调谐区域与DFB区域的有源层的带隙波长偏离,从而实现调谐区域的边界电流大于DFB区域的阈值电流,进而增大激光器的波长调谐范围。可以通过合理设计选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状,可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
需要说明的是,在去掉选区介质掩膜条对之后,还可以在上分别限制层上继续外延生长,并在生长完成以后设置电极,完成激光器的制作,对于继续生长的层数、种类本实施例不作具体限定。例如:在上分别限制层上继续外延生长盖层和接触层,然后采用一般半导体激光器工艺制备完成后续工艺,并采用刻蚀凹槽或者离子注入的方式制备DFB区域与波长调谐区域的电隔离。
需要说明的是,制作激光器的材料体系可以是铟镓砷磷/磷化铟材料体系,也可以是铟镓砷铝/磷化铟材料体系,本实施例对其不作具体限定。
需要说明的是,选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状可以根据实际制作情况制定,本实施例对其不作具体限定。
需要说明的是,通过对选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状制备,可以使得激光器的调谐区域材料增益峰偏离DFB区域材料增益峰30-80nm。若增益峰的偏移量太大,材料生长质量受影响,且过渡界面不够平缓,影响激光器的可靠性;若增益峰的偏移量太小,布拉格激射波长与调谐区域PL峰值波长偏移量过小,调谐区域的有源层边界电流与两个DFB部分的有源层的阈值电流差别较小,则不能有效增大激光器的调谐范围。
参照图2,在一实施例中,基于图1的实施例的激光器的制作方法进行拓展,制作方法包括但不限于如下步骤:
步骤S210,在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
步骤S220,在衬底上依次制备光栅层和盖层;
步骤S230,分别在盖层上的第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对;
步骤S240,在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分;
步骤S250,去掉选区介质掩膜条对。
在一实施例中,通过采用上述步骤S210至步骤S250,可以在衬底外延生长的平面上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,在衬底上依次制备光栅层和盖层,分别在盖层的第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,在制备完选区介质掩膜条对以后,可以在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,去掉选区介质掩膜条对。由于选区介质掩膜条对的作用,外延生长时生长源分子在不同材料表面的成核特性不同,使得选区介质掩膜条对对应的区域的材料组分发生变化,选区介质掩膜条对对应的区域的材料激射波长相应于非选区介质掩膜条对对应的区域出现红移现象;因此,只需要外延生长一次即可实现调谐区域与DFB区域的有源层的带隙波长偏离,从而实现调谐区域的边界电流大于DFB区域的阈值电流,进而增大激光器的波长调谐范围。可以通过合理设计选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状,可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
需要说明的是,光栅层的光栅的周期可以为Λ,激光器的布拉格激射波长表示为λ=2neffΛ,其中neff为波导有效折射率,Λ为光栅周期,由光栅周期Λ和有效折射率neff共同确定的激射波长设计为在两个DFB区域有源层增益峰峰值处,则调谐区域的有源层增益峰与布拉格激射波长有一定的偏移量,从而可增大调谐区域的边界电流。
需要说明的是,光栅可以通过全息曝光进行制备,也可以通过电子束直写方式进行制备,本实施例对其不作具体限定。
需要说明的是,光栅可以是均匀光栅,也可以是相移光栅,本实施例对其不作具体限定。
参照图3,在一实施例中,基于图1的实施例的激光器的制作方法进行拓展,激光器的制作方法包括但不限于如下步骤:
步骤S310,在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
步骤S320,分别在衬底上的第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对;
步骤S330,在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分;
步骤S340,去掉选区介质掩膜条对;
步骤S350,在上分别限制层上制备光栅层。
在一实施例中,通过采用上述步骤S310至步骤S350,可以在衬底外延生长的平面上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,分别在衬底上的第一DFB区域和第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,在制备完选区介质掩膜条对以后,可以在制备有选区介质掩膜条对的第一DFB区域、调谐区域和制备有选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,去掉选区介质掩膜条对,在上分别限制层上制备光栅。由于选区介质掩膜条对的作用,外延生长时生长源分子在不同材料表面的成核特性不同,使得选区介质掩膜条对对应的区域的材料组分发生变化,选区介质掩膜条对对应的区域的材料激射波长相应于非选区介质掩膜条对对应的区域出现红移现象;因此,只需要外延生长一次即可实现调谐区域与DFB区域的有源层的带隙波长偏离,从而实现调谐区域的边界电流大于DFB区域的阈值电流,进而增大激光器的波长调谐范围。可以通过合理设计选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状,可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。激光器的制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
需要说明的是,在上分别限制层上制备光栅层可以是在上分别限制层上直接制备光栅,也可以是在上分别限制层上生长光栅层并在光栅层上制备光栅。
需要说明的是,光栅层的光栅的周期可以为Λ,激光器的布拉格激射波长表示为λ=2neffΛ,其中neff为波导有效折射率,Λ为光栅周期,由光栅周期Λ和有效折射率neff共同确定的激射波长设计为在两个DFB区域有源层增益峰峰值处,则调谐区域的有源层增益峰与布拉格激射波长有一定的偏移量,从而可增大调谐区域的边界电流。
需要说明的是,光栅可以通过全息曝光进行制备,也可以通过电子束直写方式进行制备,本实施例对其不作具体限定。
需要说明的是,光栅可以是均匀光栅,也可以是相移光栅,本实施例对其不作具体限定。
参照图4,在一实施例中,激光器的制作方法包括但不限于如下步骤:
步骤S410,在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
步骤S420,在调谐区域上制备选区介质掩膜条对;
在一实施例中,制备选区介质掩膜条对可以是两个条宽相同、形状相同、存在间距而且平行设置的长方体。
在一实施例中,选区介质掩膜条对靠近第一DFB区域的一端制备为逐渐收窄的形状;选区介质掩膜条对靠近第二DFB区域的一端制备为逐渐收窄的形状。在外延材料生长后,DFB区域和调谐区域的界面平滑过渡,可减小界面产生缺陷的可能性,避免界面缺陷所带来的可靠性问题。
需要说明的是,制备选区介质掩膜条的条宽、间距和形状根据制作的激光器要求进行设定,本实施例对其不作具体限定。
步骤S430,在第一DFB区域、制备有选区介质掩膜条对的调谐区域和第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分;
步骤S440,去掉选区介质掩膜条对。
在一实施例中,通过采用上述步骤S410至步骤S440,可以在衬底外延生长的平面上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,在调谐区域上制备选区介质掩膜条对,在制备完选区介质掩膜条对以后,可以在衬底上的第一DFB区域、制备有选区介质掩膜条对的调谐区域和第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,去掉选区介质掩膜条对。由于选区介质掩膜条对的作用,外延生长时生长源分子在不同材料表面的成核特性不同,使得选区介质掩膜条对对应的区域的材料组分发生变化,选区介质掩膜条对对应的区域的材料激射波长相应于非选区介质掩膜条对对应的区域出现红移现象;因此,只需要外延生长一次即可实现调谐区域与DFB区域的有源层的带隙波长偏离,从而实现调谐区域的边界电流大于DFB区域的阈值电流,进而增大激光器的波长调谐范围。可以通过合理设计选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状,可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
需要说明的是,在去掉选区介质掩膜条对之后,还可以在上分别限制层上继续生长,并在生长完成以后设置电极,完成激光器的制作,对于继续生长的层数、种类本实施例不作具体限定
需要说明的是,制作激光器的材料体系可以是铟镓砷磷/磷化铟材料体系,也可以是铟镓铝砷/磷化铟材料体系,本实施例对其不作具体限定。
需要说明的是,选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状可以根据实际制作情况制定,本实施例对其不作具体限定。
需要说明的是,通过对选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状制备,可以使得激光器的调谐区域材料增益峰偏离DFB区域材料增益峰30-80nm。若增益峰的偏移量太大,材料生长质量受影响,且过渡界面不够平缓,影响激光器的可靠性;若增益峰的偏移量太小,布拉格激射波长与调谐区域PL峰值波长偏移量过小,调谐区域的有源层边界电流与两个DFB部分的有源层的阈值电流差别较小,则不能有效增大激光器的调谐范围。
参照图5,在一实施例中,基于图4的实施例的激光器的制作方法进行拓展,激光器的制作方法包括但不限于如下步骤:
步骤S510,在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
步骤S520,在衬底上依次制备光栅层和盖层;
步骤S530,在盖层上的调谐区域上制备选区介质掩膜条对;
步骤S540,在第一DFB区域、制备有选区介质掩膜条对的调谐区域和第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分;
步骤S550,去掉选区介质掩膜条对。
在一实施例中,通过采用上述步骤S510至步骤S550,可以在衬底外延生长的平面上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,在衬底上依次制备光栅层和盖层,在盖层上的调谐区域上制备选区介质掩膜条对,在制备完选区介质掩膜条对以后,可以在第一DFB区域、制备有选区介质掩膜条对的调谐区域和第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,去掉选区介质掩膜条对。由于选区介质掩膜条对的作用,外延生长时生长源分子在不同材料表面的成核特性不同,使得选区介质掩膜条对对应的区域的材料组分发生变化,选区介质掩膜条对对应的区域的材料激射波长相应于非选区介质掩膜条对对应的区域出现红移现象;因此,只需要外延生长一次即可实现调谐区域与DFB区域的有源层的带隙波长偏离,从而实现调谐区域的边界电流大于DFB区域的阈值电流,进而增大激光器的波长调谐范围。可以通过合理设计选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状,可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
需要说明的是,光栅层的光栅的周期可以为Λ,激光器的布拉格激射波长表示为λ=2neffΛ,其中neff为波导有效折射率,Λ为光栅周期,由光栅周期Λ和有效折射率neff共同确定的激射波长设计为在两个DFB区域有源层增益峰峰值处,则调谐区域的有源层增益峰与布拉格激射波长有一定的偏移量,从而可增大调谐区域的边界电流。
需要说明的是,光栅可以通过全息曝光进行制备,也可以通过电子束直写方式进行制备,本实施例对其不作具体限定。
需要说明的是,光栅可以是均匀光栅,也可以是相移光栅,本实施例对其不作具体限定。
参照图6,在一实施例中,基于图4的实施例的激光器的制作方法进行拓展,激光器的制作方法包括但不限于如下步骤:
步骤S610,在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
步骤S620,在衬底上的调谐区域上制备选区介质掩膜条对;
步骤S630,在调谐区域制备有选区介质掩膜条对的衬底上生长缓冲层;
步骤S640,在缓冲层上依次生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离第一DFB区域和第二DFB区域的多量子阱层的组分;
步骤S650,去掉选区介质掩膜条对;
步骤S660,在上分别限制层上制备光栅层。
在一实施例中,通过采用上述步骤S610至步骤S660,可以在衬底外延生长的平面上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域,在衬底的调谐区域上制备选区介质掩膜条对,在制备完选区介质掩膜条对以后,可以在调谐区域制备有选区介质掩膜条对的衬底上的第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域依次外延生长缓冲层、下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,去掉选区介质掩膜条对,在上分别限制层上制备光栅。由于选区介质掩膜条对的作用,外延生长时生长源分子在不同材料表面的成核特性不同,使得选区介质掩膜条对对应的区域的材料组分发生变化,选区介质掩膜条对对应的区域的材料激射波长相应于非选区介质掩膜条对对应的区域出现红移现象;因此,只需要外延生长一次即可实现调谐区域与DFB区域的有源层的带隙波长偏离,从而实现调谐区域的边界电流大于DFB区域的阈值电流,进而增大激光器的波长调谐范围。可以通过合理设计选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状,可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
需要说明的是,光栅层的光栅的周期可以为Λ,激光器的布拉格激射波长表示为λ=2neffΛ,其中neff为波导有效折射率,Λ为光栅周期,由光栅周期Λ和有效折射率neff共同确定的激射波长设计为在两个DFB区域有源层增益峰峰值处,则调谐区域的有源层增益峰与布拉格激射波长有一定的偏移量,从而可增大调谐区域的边界电流。
需要说明的是,光栅可以通过全息曝光进行制备,也可以通过电子束直写方式进行制备,本实施例对其不作具体限定。
需要说明的是,光栅可以是均匀光栅,也可以是相移光栅,本实施例对其不作具体限定。
根据上述实施例中的激光器的制作方法进行细化举例说明,具体如下:
实施例一,如图7所示,图7为激光器的俯视图,在一实施例中,可以将激光器划分为三个区域(包括第一DFB区域A1、第二DFB区域A2和调谐区域T1),可以将第一DFB区域A1和第二DFB区域A2分隔设置在激光器的两侧,将调谐区域T1设置在第一DFB区域A1和第二DFB区域A2的中间;可以在衬底910上的第一DFB区域A1和第二DFB区域A2中分别制备选区介质掩膜条对,选区介质掩膜条对包括第一选区介质掩膜条对和第二选区介质掩膜条对,其中第一选区介质掩膜条对制备有沿第一方向制备的第一介质掩膜条710和第二介质掩膜条720,第二DFB区域制备第二选区介质掩膜条对,第二选区介质掩膜条对制备有沿第一方向制备的第三介质掩膜条730和第四介质掩膜条740,将第一选区介质掩膜条对和第二选区介质掩膜条对沿第二方向进行制备,第一方向可以垂直于第二方向;制作激光器时,可以在制备有选区介质掩膜条对的衬底的第一DFB区域A1、调谐区域T1和第二DFB区域A2进行一次外延生长有源层(包括下分别限制层930、多量子阱层940以及上分别限制层950)。通过合理制备选区介质掩膜条对可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域T1的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。半导体激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
需要说明的是,可以将第一介质掩膜条710和第三介质掩膜条730进行镜像对称制备,将第二介质掩膜条720和第四介质掩膜条740进行镜像对称制备。
需要说明的是,参照图8,可以将第一介质掩膜条710、第二介质掩膜条720、第三介质掩膜条730以及第四介质掩膜条740靠近调谐区域的一端制备为逐渐收窄的形状,可以在选区介质掩膜条对上进行一次外延生长后,能够进一步使第一DFB区域A1和调谐区域T1的界面平滑过渡,以及使第二DFB区域A2和调谐区域T1的界面平滑过渡,可以更好降低界面产生缺陷情况,减少出现界面缺陷所带来的可靠性问题。
参照图9,基于上述图7所示的结构,在一实施例中,在衬底910的第一DFB区域A1和第二DFB区域A2上制备选区介质掩膜条对之后,清洗外延片,之后可以在MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,金属有机化合物化学气相沉淀)设备中进行第一次外延生长,可以在制备有选区介质掩膜条对的衬底910上依次外延生长缓冲层920、下分别限制层930、多量子阱层940以及上分别限制层950。衬底910可以是InP(磷化铟),分别限制层(下分别限制层930和上分别限制层950)以及多量子阱层940为InGaAsP四元材料,由于介质掩膜条的作用,选区介质掩膜条对所在生长窗口的InGaAsP四元材料会由于厚度增强和富铟的共同作用下出现波长红移的现象,即选区介质掩膜条对影响的区域的材料自发辐射的波长大于大面积区域的波长。在本实施例的结构中,第一DFB区域A1和第二DFB区域A2的自发辐射的波长大于中间调谐区域的波长,当激光器的布拉格激射的波长对应于DFB区域材料的PL(PhotoLuminescence,光致发光)峰值的波长时,调谐区域的PL峰值波长必然与布拉格激射波长有一定的偏移,因而调谐区域T1的有源层的边界电流大于第一DFB区域A1和第二DFB区域A2部分中的每个有源层的阈值电流,从而增大激光器的调谐范围。第一DFB区域A1和第二DFB区域A2的有源层与调谐区域T1的有源层的带隙波长的偏移量由介质掩膜条的图形的尺寸决定(包括介质掩膜条的间距和介质掩膜条的宽度),通过合理设计介质掩膜条对的尺寸,可以控制第一DFB区域A1、第二DFB区域A2和调谐区域T1的带隙波长的偏移量在30纳米-80纳米之间。如果带隙波长的偏移量太大,材料生长质量会受到影响,且过渡界面会不够平缓,会影响器件的可靠性;如果带隙波长的偏移量太小,布拉格激射波长与调谐区域PL峰值波长偏移量过小,调谐区域有源层边界电流与两个DFB部分的有源层的阈值电流差别较小,不能有效增大激光器的调谐范围。
如图10所示,外延生长之后在上分别限制层950上制备周期为Λ的光栅1010,激光器的布拉格激射的波长可以表示为λ=2neffΛ,其中neff为波导有效折射率,Λ为光栅1010的周期,由光栅1010的周期和有效折射率共同确定的激射波长设计为在第一DFB区域A1和第二DFB区域A2的有源层的增益峰峰值处,则调谐区域T1的有源层的增益峰与布拉格激射波长有一定的偏移量,从而可增大调谐区域的边界电流。
需要说明的是,可以在上分别限制层上直接制备光栅,也可以是在上分别限制层上生长光栅层并在光栅层制备光栅,本实施例对其不作具体限定。
如图11所示,在完成光栅1010制备后,可以在继续外延生长P型盖层1110和接触层1120,然后可以按照一般激光器的工艺流程,制备波导结构,并生长绝缘介质层,开窗口以后可以制备P面金属;
如图12所示,第一DFB区域A1、第二DFB区域A2和调谐区域T1各有制备一个电极1210,且三个区域之间的重掺杂接触层被刻蚀掉以实现彼此的电隔离。工作时,可以将第一DFB区域A1和第二DFB区域A2的电极1210连接在一起并加载偏置电流,调谐区域T1上方的电极1210单独加载调谐电流;激光器的芯片会减薄,如图13所示,可以在衬底910下制备N面的电极1310,完成整个激光器的制备。
实施例二,如图14所示,选区介质掩膜条对1410也可以制备在中间的调谐区域,如图10所示,此时外延生长时,多量子阱层940中的阱的个数、厚度和成分参数按照在非大面积区域内(第一DFB区域A1和第二DFB区域A2)DFB激光器材料结构的要求生长,由于介质掩膜条的厚度增加和富铟的共同作用,多量子阱层940中的调谐区域的材料组分和多量子阱层940中的第一DFB区域A1以及第二DFB区域A2中的材料组分不同,调谐区域的自发辐射的波长大于DFB区域的波长,布拉格激射波长设计为DFB区域有源层PL峰峰值处时,波长调谐区域的有源层PL峰峰值与激射波长有一定的偏移量,同样可以实现调谐区域的有源层边界电流大于DFB区域的有源层阈值电流的目的。其余的生长制备步骤同实施例一相同,此处不再赘述。通过合理制备选区介质掩膜条对1410可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域上的有源层与调谐区域T1的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。半导体激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
实施例三,如图15所示,选区介质掩膜条对可以制备在第一DFB区域A1以及第二DFB区域A2,光栅制备为N面光栅1510,可以将N面光栅1510制备在有源层的下方,那么激光器的制作方法可以包括如下步骤:可以将激光器划分为三个区域(包括第一DFB区域A1、第二DFB区域A2和调谐区域T1),可以将第一DFB区域A1和第二DFB区域A2分隔设置在激光器的两侧,将调谐区域T1设置在第一DFB区域A1和第二DFB区域A2的中间,在衬底910上生长光栅层和InP盖层,然后制备特定周期的N面光栅1510,再在已经制备N面光栅1510的外延片的第一DFB区域A1以及第二DFB区域A2上制备选区介质掩膜条对,再依次外延生长下分别限制层930、多量子阱层940、上分别限制层950以及P型InP盖层和重掺杂接触层,其余的生长制备步骤同实施例一相同,此处不再赘述。通过合理制备选区介质掩膜条对可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域T1的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。半导体激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
实施例四,选区介质掩膜条对可以制备在调谐区域T1,光栅制备为N面光栅1510,本实施例的激光器的制作方法可以将N面光栅1510制备在有源层的下方(与实施例三中N面光栅1510的激光器的制作方法相同,这里不再赘述),且选区介质掩膜条对制备在中间的调谐区域(与实施例二中选区介质掩膜条对的激光器的制作方法相同,这里不再赘述),其余的外延生长以及器件制作方法与实施例一相同,此处不再赘述。通过合理制备选区介质掩膜条对可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域T1的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷。半导体激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
本发明的另一实施例还提供了一种激光器,通过上述实施例中的制作方法制作得到,可以通过合理设计选区介质掩膜条对的条宽、间距和形状,可以控制带隙波长的偏离量,且可以保证DFB区域的有源层与调谐区域的有源层平滑过渡,不产生可能带来可靠性问题的界面缺陷;激光器的整体制作方法简单,仅仅增加了选区介质掩膜条对的制备,能够很好的控制激光器的制备成本。
本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器,如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明并不局限于上述实施方式,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (14)

1.一种激光器的制作方法,包括:
在衬底上依次划分第一分布式反馈DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
分别在所述第一DFB区域和所述第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对;
在制备有所述选区介质掩膜条对的第一DFB区域、所述调谐区域和制备有所述选区介质掩膜条对的第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使所述调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离所述第一DFB区域和所述第二DFB区域的多量子阱层的组分;
去掉所述选区介质掩膜条对。
2.根据权利要求1所述的激光器的制作方法,其特征在于,所述分别在所述第一DFB区域和所述第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,包括:
在所述第一DFB区域制备第一选区介质掩膜条对,所述第一选区介质掩膜条对制备有沿第一方向依次设置的第一选区介质掩膜条和第二选区介质掩膜条;
在所述第二DFB区域制备第二选区介质掩膜条对,所述第二选区介质掩膜条对制备有沿第一方向依次设置的第三选区介质掩膜条和第四选区介质掩膜条;
将所述第一选区介质掩膜条对和第二选区介质掩膜条对沿第二方向进行制备,所述第一方向垂直于第二方向。
3.根据权利要求2所述的激光器的制作方法,其特征在于,所述分别在所述第一DFB区域和所述第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,还包括:
将所述第一选区介质掩膜条和所述第三选区介质掩膜条进行镜像对称设置;
将所述第二选区介质掩膜条和所述第四选区介质掩膜条进行镜像对称设置。
4.根据权利要求3所述的激光器的制作方法,其特征在于,所述分别在所述第一DFB区域和所述第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,还包括:
将所述第一选区介质掩膜条、所述第二选区介质掩膜条、所述第三选区介质掩膜条以及所述第四选区介质掩膜条靠近所述调谐区域的一端制备为逐渐收窄的形状。
5.根据权利要求1所述的激光器的制作方法,其特征在于,在所述在衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域之后,所述方法还包括:在衬底上依次制备光栅层和盖层。
6.根据权利要求5所述的激光器的制作方法,其特征在于,所述分别在所述第一DFB区域和所述第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对,包括:
分别在所述盖层上的所述第一DFB区域和所述第二DFB区域上制备选区介质掩膜条对。
7.根据权利要求1所述的激光器的制作方法,其特征在于,在所述去掉所述选区介质掩膜条对之后,所述方法还包括:在所述上分别限制层上制备光栅层。
8.一种激光器的制作方法,包括:
在衬底上依次划分第一分布式反馈DFB区域、调谐区域和第二DFB区域;
在所述调谐区域上制备选区介质掩膜条对;
在所述第一DFB区域、制备有所述选区介质掩膜条对的所述调谐区域和所述第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,以使所述调谐区域的多量子阱层的组分分别偏离所述第一DFB区域和所述第二DFB区域的多量子阱层的组分;
去掉所述选区介质掩膜条对。
9.根据权利要求8所述的激光器的制作方法,其特征在于,所述在所述第一DFB区域、制备有所述选区介质掩膜条对的所述调谐区域和所述第二DFB区域依次外延生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层,包括:
在所述调谐区域制备有所述选区介质掩膜条对的所述衬底上生长缓冲层;
在所述缓冲层上依次生长下分别限制层、多量子阱层以及上分别限制层。
10.根据权利要求8所述的激光器的制作方法,其特征在于,所述在所述调谐区域上制备选区介质掩膜条对,包括:
所述选区介质掩膜条对靠近所述第一DFB区域的一端制备为逐渐收窄的形状;
所述选区介质掩膜条对靠近所述第二DFB区域的一端制备为逐渐收窄的形状。
11.根据权利要求8所述的激光器的制作方法,其特征在于,在所述衬底上依次划分第一DFB区域、调谐区域和第二DFB区域之后,所述方法还包括:在衬底上依次制备光栅层和盖层。
12.根据权利要求11所述的激光器的制作方法,其特征在于,在所述调谐区域上制备选区介质掩膜条对,包括:
在所述盖层上的所述调谐区域上制备选区介质掩膜条对。
13.根据权利要求8所述的激光器的制作方法,其特征在于,在所述去掉所述选区介质掩膜条对之后,所述方法还包括:在所述上分别限制层上制备光栅层。
14.一种激光器,其特征在于,所述激光器通过如权利要求1至7任意一项所述的制作方法制作得到;或者,所述激光器通过如权利要求8至13任意一项所述的制作方法制作得到。
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