CN214899326U - 一种分布式反馈激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式反馈激光器，激光器包括：激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底以及位于衬底一侧的多层外延层，多层外延层包括中间外延层以及依次位于中间外延层远离衬底一侧的上光场限制层和上接触层；外延层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1‑x1‑y1N，其中，0≤x1≤1、0≤y1≤1，0≤(x1+y1)≤1；位于上接触层远离衬底一侧的第一类型欧姆接触金属层；其中，上光场限制层、上接触层和第一类型欧姆接触金属层形成脊形结构；脊形结构沿m方向延伸，脊形结构中，上接触层和部分上光场限制层的侧面均为III族氮化物半导体的m面；位于衬底远离外延层一侧的第二类型欧姆接触金属层。本实用新型解决了干法刻蚀脊形侧壁的非辐射复合和漏电以及激射波长不稳定的技术问题。

Description

一种分布式反馈激光器

技术领域

本实用新型实施例涉及激光器技术领域，尤其涉及一种分布式反馈激光器。

背景技术

III族氮化物半导体被称为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、发光效率高等优点；其发光波长涵盖从深紫外到近红外范围，可用于制作半导体发光器件，如发光二极管和激光器等。基于III族氮化物半导体的DFB激光器输出光谱非常窄，且其单模特性很好，在原子钟、激光雷达、传感测绘等领域具有非常重要的应用前景，因此备受关注，成为了国内外学术界和产业界的研究热点。

早期的III族氮化物半导体DFB激光器通常采用掩膜光栅，即在DFB激光器内部制作光栅，因此需要进行多次外延生长，不仅制备工艺复杂，成本较高，且二次外延生长界面容易产生碳、氧、硅等沾污，严重影响器件性能和可靠性。因此现有DFB激光器主要采用表面光栅，即脊形侧壁光栅结构，如图1所示，通过控制脊形条宽，形成有效折射率高低交替排列的光栅结构。通常为了保证 DFB激光器腔面的平整度，将激光器的脊形设置成沿着m面方向，即激光器的腔面为m面，这样脊形的侧壁即为a面。对于常规的(0001)面III族氮化物半导体材料，其化学稳定性好，耐酸碱，不易腐蚀，因此DFB激光器的脊形需通过干法刻蚀形成。而干法刻蚀不仅会导致界面粗糙造成光散色等，还会引入悬挂键等表面态和缺陷，这些表面态和缺陷不仅会成为非辐射复合中心，影响激光器的内量子效率；还会成为漏电通道，影响器件的可靠性和稳定性。现有技术中有学者研究采用强碱进行高温湿法腐蚀，以去除侧壁的干法刻蚀损伤。而强碱高温湿法腐蚀，不仅会将III族氮化物半导体a面的位错坑腐蚀出来形成漏电通道，还会将III族氮化物半导体a面腐蚀成锯齿状，大幅增加了DFB激光器的光散射损耗，因此这种湿法腐蚀技术没有被采用。

另外，由于III族氮化物半导体DFB激光器的工作波长很短且其有效折射率较小，因此其光栅周期很短，采用常规的光刻技术很难制备低阶光栅，因此多采用高阶光栅。而高阶光栅内含有多个激射模式，造成DFB激光器工作时模式不稳定，容易发生跳模，严重影响了III族氮化物半导体DFB激光器的模式稳定性和应用场景。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种分布式反馈激光器，以解决现有技术中采用干法刻蚀制备DFB激光器的脊形侧壁致界面粗糙造成光散色等、引入悬挂键等表面态和缺陷，引起的非辐射复合和漏电影响器件的可靠性和稳定性以及高阶光栅结构下激射波长不稳定的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种分布式反馈激光器，包括：

激光器外延结构，所述激光器外延结构包括衬底以及位于所述衬底一侧的多层外延层，多层所述外延层包括中间外延层以及依次位于所述中间外延层远离所述衬底一侧的上光场限制层和上接触层；所述外延层的材料包括 Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，0≤x1≤1、0≤y1≤1，0≤(x1+y1)≤1；

位于所述上接触层远离所述衬底一侧的第一类型欧姆接触金属层；其中，所述上光场限制层、所述上接触层和所述第一类型欧姆接触金属层形成脊形结构；所述脊形结构沿m方向延伸；所述脊形结构中，所述上接触层和部分所述上光场限制层的侧面均为III族氮化物半导体的m面；所述m方向与所述衬底所在平面平行；

位于所述衬底远离所述外延层一侧的第二类型欧姆接触金属层。

可选的，所述脊形结构包括多个沿m方向依次连接的子脊形结构，所述m 方向与所述衬底所在平面平行；

所述子脊形结构包括沿所述m方向依次连接的第一子脊形结构、第二子脊形结构和第三子脊形结构；

沿a方向，所述第一子脊形结构的延伸宽度大于所述第二子脊形结构以及所述第三子脊形结构的延伸宽度；且沿所述m方向，所述第二子脊形结构在所述a方向上的延伸宽度逐渐减小，所述第三子脊形结构在所述a方向上的延伸宽度逐渐增大。

可选的，沿所述a方向，所述脊形结构的宽度D满足0＜D≤200μm；

沿所述a方向，所述第一子脊形结构的延伸宽度为D1，所述第二子脊形结构的延伸宽度为D2，所述第三子脊形结构的延伸宽度为D3，其中，0＜D1-D2 ≤100μm，0＜D1-D3≤100μm。

可选的，所述分布式反馈激光器还包括连接电极；

所述连接电极覆盖所述上光场限制层、所述上接触层、所述第一类型欧姆接触金属层的侧面以及所述第一类型欧姆接触金属层的上表面，且所述连接电极的厚度大于所述第一类型欧姆接触金属层的厚度。

可选的，所述中间外延层包括依次设置于所述衬底一侧的缓冲层、下光场限制层、下波导层、有源区以及上波导层或部分所述上光场限制层。

第二方面，一种分布式反馈激光器的制备方法，用于制备第一方面的分布式反馈激光器，包括：

制备激光器外延结构，所述激光器外延结构包括衬底以及位于所述衬底一侧的多层外延层，多层所述外延层包括中间外延层以及依次位于所述中间外延层远离所述衬底一侧的上光场限制层和上接触层；所述外延层的材料包括 Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，0≤x1≤1、0≤y1≤1，0≤(x1+y1)≤1；

在所述上接触层远离所述衬底一侧制备第一类型欧姆接触金属层；

刻蚀所述第一类型欧姆接触金属层、所述上接触层和所述上光场限制层形成脊形结构；所述脊形结构沿m方向延伸；所述脊形结构中，所述上接触层和部分上光场限制层的侧面均为m面；所述m方向与所述衬底所在平面平行；

在所述衬底远离所述外延层的一侧制备第二类型欧姆接触金属层；

对所述外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成分布式反馈激光器。

可选的，刻蚀所述第一类型欧姆接触金属层、所述上接触层和所述上光场限制层形成脊形结构，包括：

采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一类型欧姆接触金属层、所述上接触层和所述上光场限制层形成脊形结构；

刻蚀所述第一类型欧姆接触金属层、所述上接触层和所述上光场限制层形成脊形结构之后，还包括：

采用碱性溶液对所述上接触层和所述上光场限制层的侧面进行湿法腐蚀。

可选的，所述碱性溶液包括氢氧化铵、氯化铵、氟化铵以及四甲基氢氧化铵中的至少一种。

可选的，刻蚀所述第一类型欧姆接触金属、所述上接触层和所述上光场限制层形成脊形结构之后，还包括：

在所述第一类型欧姆接触金属层远离所述衬底的一侧沉积绝缘层，所述绝缘层覆盖所述脊形结构的上表面以及所述脊形结构的侧面；

采用光刻和刻蚀技术，去除所述脊形结构上表面的所述绝缘层，暴露出所述第一类型欧姆接触金属层；

在所述绝缘层远离所述衬底一侧制备连接电极，所述连接电极至少覆盖暴露出的所述第一类型欧姆接触金属层。

可选的，制备激光器外延结构，包括：

提供衬底；

在所述衬底一侧制备缓冲层；

在所述缓冲层远离所述衬底的一侧制备下光场限制层；

在所述下光场限制层远离所述衬底的一侧制备下波导层；

在所述下波导层远离所述衬底的一侧制备有源区；

在所述有源区远离所述衬底的一侧制备上波导层；

在所述上波导层远离所述衬底的一侧制备上光场限制层；

在所述上光场限制层远离所述衬底的一侧制备上接触层。

本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器，在上光场限制层、上接触层和第一类型欧姆接触金属层形成的脊形结构中，脊形结构沿m方向延伸，得到上接触层和部分上光场限制层的侧面均为m面，当采用湿法腐蚀技术对m 面进行腐蚀时，可以将m面腐蚀成光滑陡直且平整的面，如此可以去除干法刻蚀方法引起的界面粗糙造成光散色等、引入悬挂键等表面态和缺陷损伤，减小激光器中的非辐射复合和漏电等技术问题，有效减少器件的阈值电流，提升器件性能和可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中的分布式反馈激光器的光栅结构俯视示意图；

图2本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器的光栅结构俯视示意图；

图3为图2所示的分布式反馈激光器的光栅结构截面示意图；

图4为图1所示的III族氮化物DFB激光器和图2所示的本实用新型实施例提供的DFB激光器的模式分布图；

图5本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器的制备方法流程示意图；

图6本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器的制备方法流程示意图。

以下为附图标记说明：

图2：100为第一子脊形结构，101为第二子脊形结构，102为第三子脊形结构；

图3：201为衬底，202为缓冲层，203为下光场限制层，204为下波导层， 205为有源区，206为上波导层，207为上光场限制层，208为上接触层，209为第一类型欧姆接触金属层，210为绝缘层，211为连接电极，212为第二类型欧姆接触金属层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本实用新型实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本实用新型的技术方案。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本实用新型的保护范围之内。

实施例

本实用新型实施例提供一种分布式反馈激光器。图2本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器的光栅结构俯视示意图，图3为图2所示的分布式反馈激光器的光栅结构截面示意图。如图2和图3所示，分布式反馈激光器包括：激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底201以及位于衬底201一侧的多层外延层，多层外延层包括中间外延层以及依次位于中间外延层远离衬底一侧的上光场限制层207和上接触层208；外延层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，0≤x1≤1、0≤y1≤1，0≤(x1+y1)≤1；位于上接触层208远离衬底201 一侧的第一类型欧姆接触金属层209；其中，上光场限制层207、上接触层208 和第一类型欧姆接触金属层209形成脊形结构；脊形结构沿m方向延伸；脊形结构中，上接触层208和部分上光场限制层207的侧面均为III族氮化物半导体的m面；m方向与衬底201所在平面平行；位于衬底远离外延层一侧的第二类型欧姆接触金属层212。

示例性的，如图3所示，本实用新型实施例提供的分布式反馈激光器包括激光器外延结构，外延结构作为激光器的主要发光结构，激光器外延结构包括衬底201以及在衬底201一侧生长的多层外延层，其中，衬底材料可以选用III 族氮化物材料，如：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、蓝宝石、SiC、Si 和SOI中的任意一种或两种以上的组合，采用III族氮化物做衬底可以制备III 族氮化物半导体DFB激光器。

多层外延层包括中间外延层，如图3所示，中间外延层包括缓冲层202、下光场限制层203、下波导层204、有源区205、上波导层206，以及依次位于中间外延层远离衬底201一侧的上光场限制层207和上接触层208。其中，外延层材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，满足x1、y1均大于或等于0，而小于或等于1，且 0≤(x1+y1)≤1，例如，材料GaN、InN、AlN，选择不同的外延层材料制备需要的分布式反馈激光器，使其外延层具有多种材料可选择。

继续参照图3，第一类型欧姆接触金属层209位于上接触层207远离衬底 201的一侧，第一类型欧姆接触金属层209可以为Ni、Ti、Pd、Pt、Au、Al、 TiN、ITO、AuGe、AuGeNi、ITO、ZnO、IGZO和石墨烯中的任意一种或两种以上的组合，具有导电的功能。

其中，在上光场限制层207、上接触层208和第一类型欧姆接触金属层209 形成的脊形结构中，m方向与衬底201所在平面平行，脊形结构沿m方向延伸，得到上接触层208和部分上光场限制层209的侧面均为m面，当采用湿法腐蚀技术对m面进行腐蚀时，可以将m面腐蚀成光滑陡直且平整的面，通过设置均为m面，可以有效提高脊形和光栅结构表面的腐蚀光滑度，激光器光栅结构稳定性高，即使在高阶光栅下，依然具有稳定的激射波长。

在位于衬底201远离外延层一侧为第二类型欧姆接触金属层212，其中，第二类型欧姆接触金属包括上述实施例所述的欧姆接触金属材料，与第一类型欧姆接触金属层209形成相对欧姆接触电极，为后续激光器电连接制备做准备。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器，通过设置激光器外延结构，在上光场限制层、上接触层和第一类型欧姆接触金属层形成的脊形结构中，脊形结构沿m方向延伸，上接触层和部分上光场限制层的侧面均为m面，当采用湿法腐蚀技术对m面进行腐蚀时，可以将m面腐蚀成光滑陡直且平整的面，如此可以去除干法刻蚀方法引起的界面粗糙造成光散色等、引入悬挂键等表面态和缺陷损伤，减小激光器中的非辐射复合和漏电等技术问题，有效减少器件的阈值电流，提升器件性能和可靠性；与此同时，激光器光栅结构稳定性高，即使在高阶光栅下，依然具有稳定的激射波长。

可选的，继续参照图2，脊形结构包括多个沿m方向依次连接的子脊形结构，m方向与衬底所在平面平行；子脊形结构包括沿m方向依次连接的第一子脊形结构、第二子脊形结构和第三子脊形结构；沿a方向，第一子脊形结构的延伸宽度大于第二子脊形结构以及第三子脊形结构的延伸宽度；且沿m方向，第二子脊形结构在a方向上的延伸宽度逐渐减小，第三子脊形结构在a方向上的延伸宽度逐渐增大；a方向与衬底所在平面平行且与m方向相交。

示例性的，本实用新型实施例(如图2所示)区别于现有技术(如图1所示)，以III族氮化物半导体激光器光栅结构为例，脊形结构包括多个沿m方向依次连接的子脊形结构，形成激光器的光栅结构，当子脊形结构宽度改变可以实现光栅结构折射率的变化，得到需要的激光器光栅结构。具体的，如图2所示，沿与衬底所在平面平行的m方向，子脊形结构包括依次连接的第一子脊形结构100、第二子脊形结构101和第三子脊形结构102，其中，第一子脊形结构 100为宽脊形区，第二子脊形结构101为脊形宽度缓变区，第三子脊形结构102 为脊形宽度缓变区。具体的，在沿与衬底所在平面平行且与m方向相交的a方向，脊形结构的第一子脊形结构100(宽脊形区)的延伸宽度D1大于第二子脊形结构101(脊形宽度缓变区)的延伸宽度D2以及第三子脊形结构102(脊形宽度缓变区)的延伸宽度D3；且沿m方向，第二子脊形结构101(脊形宽度缓变区)在a方向上的延伸宽度D2逐渐减小，第三子脊形结构102(脊形宽度缓变区)在a方向上的延伸宽度D3逐渐增大，调整子脊形结构的延伸宽度实现激光器光栅结构折射率的改变。

可选的，沿a方向，脊形结构的宽度D满足0＜D≤200μm；沿a方向，第一子脊形结构的延伸宽度为D1，第二子脊形结构的延伸宽度为D2，第三子脊形结构的延伸宽度为D3，其中，0＜D1-D2≤100μm，0＜D1-D3≤100μm。

具体的，继续参照图2，为了进一步优化光栅结构，沿图2中a方向，可以对脊形结构的宽度进行限定，通过设置脊形结构的宽度D满足0＜D≤200μm，以及第一子脊形结构100的延伸宽度D1，第二子脊形结构101的延伸宽度D2，第三子脊形结构103的延伸宽度D3，满足：0＜D1-D2≤100μm，0＜D1-D3≤ 100μm。在实际制备中，宽脊形区100、脊形宽度从大到小的缓变区101、和脊形宽度从小到大的缓变区102的宽度均大于0，小于10μm，依此设置，可得到结构特殊的光栅结构，满足特殊需求的DFB光栅结构制备要求。

进一步，还可以设置第一子脊形结构100与第二子脊形结构101、第二子脊形结构101与第三子脊形结构102、第三子脊形结构102与第一子脊形结构100 之间的夹角均为60°或120°，即所有的脊形结构侧壁对应的面均为III族氮化物半导体的m面，一方面有利于湿法腐蚀光栅结构表面光滑，另一方面提高激光器模式的稳定性。

示例性的，图4为图1所示的III族氮化物DFB激光器和图2所示的本实用新型实施例提供的DFB激光器的模式分布图，图4中直线A为现有技术获得的激光波长范围，虚线B为本实用新型实施例提供的DFB激光器的波长范围，虚线C为激光器的模式分布。如图1、图2和4所示，与现有技术中DFB激光器的脊形为宽脊形和窄脊形交替排列相比，本实用新型提出的DFB激光器的脊形包含宽脊形区100、脊形宽度从大到小的缓变区101和脊形宽度从小到大的缓变区102，脊形宽度的变化形成了DFB激光器有效折射率的变化。即本实用新型提出的DFB激光器的光栅不是常规的两个折射率材料交替排列而成，而是通过折射率缓变形成，这样光栅结构的高反射率区变窄，如图4所示，远小于现有常规DFB激光器的高反射率区宽度。对于常规DFB激光器，通常采用高阶光栅结构，其高反射率区包含多个模式，使激光器激射模式不稳定，容易跳模；而本实用新型提出的光栅结构，高反射率区变窄，如图4所示，在400nm-430nm 波长范围内，采用本实用新型实施例提供的光栅结构的激光器波长更窄，内部仅包含一个模式，因此激光器的激射模式非常稳定，即使在高阶光栅下，依然能实现输出稳定的激射波长。

可选的，继续参照图3，分布式反馈激光器还包括连接电极211；连接电极 211覆盖上光场限制207、上接触层208、第一类型欧姆接触金属层209的侧面以及第一类型欧姆接触金属层209的上表面，且连接电极的厚度大于第一类型欧姆接触金属层209的厚度。

示例性的，由于脊形结构的宽度在μm量级以及欧姆接触电极相对较薄，不利于实际的生产电连接，通过沉积金属的方法制备厚度大于第一类型欧姆接触金属层的连接电极211，使其覆盖上光场限制207、上接触层208、第一类型欧姆接触金属层209的侧面以及第一类型欧姆接触金属层209的上表面，形成加厚的连接电极211，方便激光器制备。

本实用新型实施例提供一种分布式反馈激光器的制备方法，用于制备上述实施例所示的分布式反馈激光器。图5本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器的制备方法流程示意图，如图5所示，分布式反馈激光器的制备方法包括：

S101、制备激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底以及位于衬底一侧的多层外延层，多层外延层包括中间外延层以及依次位于中间外延层远离衬底一侧的上光场限制层和上接触层；外延层的材料包括Al_x1In_y1Ga₁-x1-y1N，其中，0 ≤x1≤1、0≤y1≤1，0≤(x1+y1)≤1。

具体的，制备激光器外延结构，如图3所示，在衬底201材料一侧依次生长制备多层外延层，包括缓冲层202、下光场限制层203、下波导层204、有源区205、上波导层206、上光场限制层207和上接触层208，外延层的材料包括 Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N材料，满足条件：x1、y1均大于或等于0，而小于或等于1，0 ≤(x1+y1)≤1。

S102、在上接触层远离衬底一侧制备第一类型欧姆接触金属层。

具体的，清洗外延结构，如图3所示，在外延片结构的上接触层207远离衬底201一侧沉积第一类型欧姆接触金属，第一类型欧姆接触金属包括Pt/Au，并进行空气气氛中的快速热退火，以形成较好的欧姆接触，最终在上接触层208 远离衬底201一侧制备得到第一类型欧姆接触金属层209，形成外延结构的欧姆接触电极。

S103、刻蚀第一类型欧姆接触金属层、上接触层和上光场限制层形成脊形结构；脊形结构沿m方向延伸；脊形结构中，上接触层和部分上光场限制层的侧面均为m面；m方向与衬底所在平面平行。

具体的，对激光器外延结构进行涂胶等方法，利用步进式光刻技术制备得到DFB光栅图形和脊形结构，进一步利用光刻胶做掩膜，采用反应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制备得到激光器的脊形和光栅结构。具体的，如图3所示，通过干法刻蚀上光场限制层207、上接触层208和第一类型欧姆接触金属层209制备形成DFB激光器的脊形结构，通过控制脊形结构的宽度等得到需要的光栅结构。具体的，m方向与衬底201所在平面平行，脊形结构沿m方向延伸，在脊形结构中，刻蚀得到上接触层和部分上光场限制层的侧面均为m面，通过设置均为m面，可以有效提高脊形和光栅结构表面的腐蚀光滑度，激光器光栅结构稳定性高，即使在高阶光栅下，依然具有稳定的激射波长。

S104、在衬底远离外延层的一侧制备第二类型欧姆接触金属层。

示例性的，如图3所示，进一步，对制备得到的外延机构进行减薄、研磨和抛光，在衬底远离外延层的一侧沉积金属制备第二类型欧姆接触金属层212，使其与第一类型欧姆接触金属层209相对设置，制备成欧姆接触电极对。

S105、对外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成分布式反馈激光器。

具体的，根据激光器生产的需要，进一步对外延结构进行合理的划片、解理、镀膜以及裂片工艺，制备得到需要的分布式反馈激光器。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器的制备方法，通过刻蚀方法得到的第一类型欧姆接触金属层、上接触层和上光场限制层形成脊形结构中，脊形结构沿m方向延伸，在脊形结构中，得到上接触层和部分上光场限制层的侧面均为m面，设置均为m面，当采用湿法腐蚀技术对m面进行腐蚀时，可以将m面腐蚀成光滑陡直且平整的面，可以有效提高脊形和光栅结构表面的腐蚀光滑度，激光器光栅结构稳定性高，即使在高阶光栅下，依然具有稳定的激射波长。

可选的，图6本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器的制备方法流程示意图，如图6所示，分布式反馈激光器的制备方法包括：

S201、制备激光器外延结构，激光器外延结构包括衬底以及位于衬底一侧的多层外延层，多层外延层包括中间外延层以及依次位于中间外延层远离衬底一侧的上光场限制层和上接触层；外延层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，0 ≤x1≤1、0≤y1≤1，0≤(x1+y1)≤1。

S202、在上接触层远离衬底一侧制备第一类型欧姆接触金属层。

S203、采用干法刻蚀工艺刻蚀第一类型欧姆接触金属层、上接触层和上光场限制层形成脊形结构；脊形结构沿m方向延伸；脊形结构中，上接触层和部分上光场限制层的侧面均为m面，m方向与衬底所在平面平行。

示例性的，对外延结构进行涂胶等工艺，利用步进式光刻技术制备DFB光栅图形和脊形结构，再通过光刻胶做掩膜，采用干法刻蚀技术制备激光器的脊形和光栅结构，脊形结构沿m方向延伸，刻蚀得到上接触层和部分上光场限制层的侧面均为m面。

S204、采用碱性溶液对上接触层和上光场限制层的侧面进行湿法腐蚀。

具体的，采用湿法腐蚀技术，采用氢氧化铵溶液进行湿法腐蚀，将干法刻蚀制备的激光器脊形和光栅结构m面侧壁进行湿法腐蚀，由于m面的设置，可以得到光滑陡直且平整的面，效提高脊形和光栅结构表面的腐蚀光滑度，可以去除干法刻蚀损伤引起的非辐射复合和漏电等问题，减小激光器中的非辐射复合和漏电等，进而有效减少器件的阈值电流，提升器件性能和可靠性。

可选的，碱性溶液包括氢氧化铵、氯化铵、氟化铵以及四甲基氢氧化铵中的至少一种。

示例性的，本实施例中制备DFB激光器的湿法腐蚀溶液可以选用氨基碱性溶液，包括氢氧化铵、氯化铵、氟化铵以及四甲基氢氧化铵中的至少一种，具体的，采用四甲基氢氧化铵弱碱性溶液对III族氮化物半导体进行湿法腐蚀，不仅可以将III族氮化物半导体的干法刻蚀损伤去除，还可以将m面腐蚀成光滑、陡直且平整的面；此外氨基弱碱性溶液不会与衬底、外延层及金属发生剧烈的反应，从而可以用于DFB激光器的制备。

S205、在衬底远离外延层的一侧制备第二类型欧姆接触金属层。

S206、对外延结构进行划片、解理、镀膜以及裂片工艺，形成分布式反馈激光器。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种分布式反馈激光器的制备方法，通过采用碱性溶液对刻蚀方法得到的m面进行湿法腐蚀，m面被腐蚀成光滑陡直且平整的面，如此可以去除干法刻蚀方法引起的界面粗糙造成光散色等、引入悬挂键等表面态和缺陷损伤，减小激光器中的非辐射复合和漏电等技术问题，有效减少器件的阈值电流，提升器件性能和可靠性；与此同时，激光器光栅结构稳定性高，即使在高阶光栅下，依然具有稳定的激射波长。

可选的，为了进一步保护脊形结构，在分布式反馈激光器的制备方法中，刻蚀第一类型欧姆接触金属、上接触层和上光场限制层形成脊形结构之后，还包括：

在第一类型欧姆接触金属层远离衬底的一侧沉积绝缘层，绝缘层覆盖脊形结构的上表面以及脊形结构的侧面。

采用光刻和刻蚀技术，去除脊形结构上表面的绝缘层，暴露出第一类型欧姆接触金属层。

在绝缘层远离衬底一侧制备连接电极，连接电极至少覆盖暴露出的第一类型欧姆接触金属层。

具体的，绝缘层采用的绝缘介质膜为SiO₂、SiN_x、SiON、Al₂O₃、AlON、 SiAlON、TiO₂、Ta₂O₅、ZrO₂、HfO₂、Si和多晶硅等材料中的任意一种或两种以上的组合。如图3所示，采用沉积金属的方式在第一类型欧姆接触金属层209 远离衬底201的一侧沉积绝缘层210，使绝缘层210覆盖脊形结构的上表面以及脊形结构的侧面。进一步，采用光刻和刻蚀技术，去除脊形结构上表面的绝缘层210，暴露出第一类型欧姆接触金属层209，进一步在绝缘层210远离衬底201 一侧制备连接电极211，使脊形结构的上表面用于电连接，其侧面具有电绝缘性，同时起到保护脊形结构的作用。其中，连接电极211至少覆盖暴露出的第一类型欧姆接触金属层209，设置连接电极211的为加厚电极，有利于第一类型欧姆接触金属层209与激光器其他器件电连接以及电路点焊等工艺设计。

可选的，参照图3，制备激光器外延结构，包括：

提供衬201.

在衬底一侧制备缓冲层202。

在缓冲层202远离衬底201的一侧制备下光场限制层203。

在下光场限制层203远离衬底201的一侧制备下波导层204。

在下波导层204远离衬底201的一侧制备有源区205。

在有源区205远离衬底201的一侧制备上波导层206。

在上波导层206远离衬底201的一侧制备上光场限制层207。

在上光场限制层207远离衬底201的一侧制备上接触层208。

示例性的，提供衬底材料，可以为GaN、AlN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、蓝宝石、SiC、Si和SOI中的任意一种或两种以上的组合，沿远离衬底201一侧的方向，制备外延结构。具体的，在缓冲层202远离衬底201的一侧制备下光场限制层203，在下光场限制层203远离衬底201的一侧制备下波导层204，在下波导层204远离衬底201的一侧制备有源区205，在有源区205远离衬底201 的一侧制备上波导层206，在上波导层206远离衬底201的一侧制备上光场限制层207，在上光场限制层207远离衬底201的一侧制备上接触层209。DFB激光器的外延层材料为Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，x1、y1均大于或等于0，而小于或等于1，且满足：0≤(x1+y1)≤1。

作为一个可行的实施方案，列举一个具体的实施例，基于上述实施例提供的制备方法制备氮化镓GaN基近紫外DFB激光器，如图2-6所示，具体的制备方法如下所示：

提供GaN衬底201材料，在GaN衬底201上生长III族氮化物半导体激光器结构，具体包含1μm的n-GaN缓冲层201、1.5μm的n-AlGaN下光场限制层202、0.1μm的n-InGaN下波导层203、InGaN/GaN多量子阱有源区205、0.1 μm的p-InGaN上波导层206、0.8μm的p-AlGaN上光场限制层207和20nm 的p-GaN上接触层208。

清洗外延片，在外延片表面沉积欧姆接触金属Pt/Au以形成第一类欧姆接触金属层209，并进行空气气氛中的快速热退火，以形成较好的欧姆接触。

进行涂胶，利用步进式光刻技术制备DFB光栅图形和脊形结构，如图2所示。

利用光刻胶做掩膜，采用反应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制备激光器的脊形和光栅结构。

采用氢氧化铵溶液进行湿法腐蚀，对干法刻蚀制备的激光器脊形和光栅结构m侧壁进行腐蚀。

在激光器外延片表面生长200nm的二氧化硅SiO₂绝缘钝化膜，钝化器件侧壁。

剥离脊形上表面方的绝缘钝化膜，暴露出第一类型欧姆接触金属层209。

采用光刻、沉积和剥离技术，在激光器外延片上方形成加厚电极211，电极材料可以为Cr/Au。

对外延片进行减薄、研磨和抛光，随后在GaN衬底201背面制备第二类型欧姆接触电极212，欧姆金属材料可以为为Cr/Pt/Au，如图3所示。

进行划片、解理、镀膜和裂片，形成激光器管芯。

通过采用干法刻蚀和湿法腐蚀结合的制备方式，制备得到氮化镓GaN基近紫外DFB激光器，得到的这种激光器的脊形侧壁光滑陡直平整且无干法刻蚀损伤，可以大幅降低器件的阈值电流，有效提升器件的稳定性和可靠性；此外，这种DFB激光器结构的模式稳定性非常好，即使在高阶光栅下，依然具有稳定的激射波长，满足高要求的实际应用需求。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，本实用新型的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种分布式反馈激光器，其特征在于，包括：

激光器外延结构，所述激光器外延结构包括衬底以及位于所述衬底一侧的多层外延层，多层所述外延层包括中间外延层以及依次位于所述中间外延层远离所述衬底一侧的上光场限制层和上接触层；所述外延层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，0≤x1≤1、0≤y1≤1，0≤(x1+y1)≤1；

位于所述上接触层远离所述衬底一侧的第一类型欧姆接触金属层；其中，所述上光场限制层、所述上接触层和所述第一类型欧姆接触金属层形成脊形结构；所述脊形结构沿m方向延伸；所述脊形结构中，所述上接触层和部分所述上光场限制层的侧面均为III族氮化物半导体的m面；所述m方向与所述衬底所在平面平行；

位于所述衬底远离所述外延层一侧的第二类型欧姆接触金属层。

2.根据权利要求1所述的分布式反馈激光器，其特征在于，所述脊形结构包括多个沿所述m方向依次连接的子脊形结构；

所述子脊形结构包括沿所述m方向依次连接的第一子脊形结构、第二子脊形结构和第三子脊形结构；

沿a方向，所述第一子脊形结构的延伸宽度大于所述第二子脊形结构以及所述第三子脊形结构的延伸宽度；且沿所述m方向，所述第二子脊形结构在所述a方向上的延伸宽度逐渐减小，所述第三子脊形结构在所述a方向上的延伸宽度逐渐增大；所述a方向与所述衬底所在平面平行且与所述m方向相交。

3.根据权利要求2所述的分布式反馈激光器，其特征在于，沿所述a方向，所述脊形结构的宽度D满足0＜D≤200μm；

沿所述a方向，所述第一子脊形结构的延伸宽度为D1，所述第二子脊形结构的延伸宽度为D2，所述第三子脊形结构的延伸宽度为D3，其中，0＜D1-D2 ≤100μm，0＜D1-D3≤100μm。

4.根据权利要求1所述的分布式反馈激光器，其特征在于，所述分布式反馈激光器还包括连接电极；

所述连接电极覆盖所述上光场限制层、所述上接触层、所述第一类型欧姆接触金属层的侧面以及所述第一类型欧姆接触金属层的上表面，且所述连接电极的厚度大于所述第一类型欧姆接触金属层的厚度。

5.根据权利要求1所述的分布式反馈激光器，其特征在于，所述中间外延层包括依次设置于所述衬底一侧的缓冲层、下光场限制层、下波导层、有源区以及上波导层或部分所述上光场限制层。

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