[發(fā)明專利]可調(diào)諧半導體激光器的制作方法及可調(diào)諧半導體激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710060300.9
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101227061A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 董雷;張瑞康
• 申請（專利權）人: 武漢光迅科技股份有限公司
• 主分類號: H01S5/12
• 分類號: H01S5/12;H01S5/125;H01S5/10;H01S5/22;H01S5/34
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮(zhèn)華

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于通訊的半導體激光器。特別是涉及一種性能高，制作自動化程度高的分布布拉格反射和取樣光柵分布布拉格反射的可調(diào)諧半導體激光器的制作方法及其可調(diào)諧半導體激光器。

背景技術

目前用于可調(diào)諧激光器的技術較多，主要有垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，外腔調(diào)諧技術，分布反饋布拉格激光器(DFB)陣列技術以及分布布拉格反射激光器(DBR)和取樣光柵分布布拉格反射激光器(SGDBR)技術等。其中VCSEL輸出功率低，且由于材料性能的限制，使其在長波長范圍(1310到1550nm)的研制很困難；外腔調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換速度慢，依賴機械調(diào)節(jié)方式來調(diào)諧波長，這會引起可靠性的降低，而且裝配復雜性相對其它半導體激光器也大大增加；陣列型激光器的主要限制在于各通道的合成以及由于1/N合成損耗造成的元件數(shù)N不能太多，各通道之間的竄擾也是這種激光器需要解決的問題。

而DBR以及SGDBR激光器由于其制作工藝相對簡單，單片調(diào)諧范圍大，且易與其它器件集成，因此倍受青睞。兩段式DBR的工作原理是固定有源區(qū)電流，通過改變光柵區(qū)電流強度利用自由載流子等離子體效應改變光柵區(qū)折射率，使光柵反射峰Bragg(布拉格)波長發(fā)生移動，從而改變輸出波長。三段式DBR激光器是在兩段式的基礎上，在有源區(qū)和光柵區(qū)中間加入相位區(qū)，通過改變相位區(qū)電流可以實現(xiàn)準連續(xù)調(diào)諧。

四段式SGDBR激光器是由美國Larry?A.Coldren在上世紀90年代初發(fā)明的，其專利號為US4,896,325。它的結構及取樣光柵結構如圖1所示，從輸出端到末端分別為前取樣光柵區(qū)3，有源區(qū)1，相位區(qū)2和后取樣光柵區(qū)4。其中，取樣光柵區(qū)3是將普通均勻光柵周期性的去除形成的特殊結構，從而能調(diào)制均勻光柵的單一反射峰形成梳狀反射譜，如圖2所示。對前、后取樣光柵區(qū)采用不同的取樣周期，使前、后取樣光柵的梳狀反射譜間隔不同，利用游標原理，改變前、后光柵區(qū)電流從而使反射峰的重合位置發(fā)生變化，因此較小的折射率變化即可以實現(xiàn)較大的波長改變。

但這些器件中，核心部分光柵的制作通常都是采用傳統(tǒng)濕法腐蝕的工藝，腐蝕深度淺，受環(huán)境和人為因素影響大，重復性差；干法刻蝕工藝雖然可以克服這些缺點，但其隨之帶來的刻蝕損傷會影響器件的光學性能從而限制了其應用；此外，由于制作這種類型的激光器需要做三次外延生長，因此對器件的質(zhì)量控制變得尤為困難，成品率很低。法國的Thedrez、Bruno等人曾申請美國專利US?7,254,154，利用光子晶體光柵制作出分布反饋布拉格(Distributed?Feedback?Bragg，DFB)激光器。但光子晶體光柵制作難度很大，離實用化還有一定距離。德國Würzburg大學和Max?Planck研究中心于2007年在IEEE?PHOTONICS?TECHNOLOGY?LETTERS、VOL.19，NO.5，P.264報道了制作垂直光柵的DFB激光器，但他們采用虛線量子阱技術，與目前實用的激光器制作技術差別很大。且光柵刻蝕穿過有源區(qū)，刻蝕中引起的側向損傷也會對激光器性能產(chǎn)生影響。目前垂直光柵仍僅用于DFB激光器，還沒有DBR和SGDBR激光器的相關報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種性能高，制作自動化程度高的分布布拉格反射和取樣光柵分布布拉格反射的可調(diào)諧半導體激光器的制作方法及其可調(diào)諧半導體激光器。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種可調(diào)諧半導體激光器的制作方法，包括具有如下工藝步驟：

1)在n型襯底上做外延生長，外延層結構由下至上依次為下波導層、多量子阱結構、上波導層、磷化銦層；

2)利用等離子增強化學氣相淀積系統(tǒng)在外延層生長二氧化硅介質(zhì)膜；

3)利用光刻制作分段圖形劃分出有源波導區(qū)和光柵區(qū)，先將光柵區(qū)上的二氧化硅介質(zhì)膜去除，再利用選擇性濕法腐蝕技術將無源區(qū)中材料全部腐蝕直到n型襯底；

4)利用金屬有機化學氣相淀積系統(tǒng)(MOCVD)對接生長無源波導部分，然后再去除有源波導區(qū)表面的的二氧化硅介質(zhì)膜和磷化銦層；

5)繼續(xù)依次生長脊波導磷化銦材料、低電阻率InGaAs三元層、生長二氧化硅介質(zhì)膜，在二氧化硅介質(zhì)膜上制作出脊波導以及光柵區(qū)脊波導上的光柵的圖形；

6)利用干法刻蝕設備進行深刻蝕一次制作完成脊波導以及光柵區(qū)脊波導上的光柵，并去除二氧化硅介質(zhì)膜；

7)再次生長二氧化硅介質(zhì)膜；

8)利用光刻工藝在有源波導區(qū)和光柵區(qū)分別開出窗口制作電極隔離溝；

9)制作激光器P面、N面電極。

所述的n型襯底為磷化銦襯底。