[發明專利]利用選擇區域外延技術制作激光器陣列的方法

在審

• 申請號: 201410510052.3
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104242059A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 梁松;朱洪亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及光電子器件領域，特別涉及一種利用選擇區域外延技術制作分布反饋激光器陣列的方法。

背景技術

多波長激光器是現代波分復用(WDM)光通信系統的核心器件。由于具有結構緊湊，光學和電學連接損耗小，穩定性和可靠性高等優點，單片集成的多波長激光器陣列在WDM系統中具有廣泛的應用前景。目前已經開發了多種單片集成多波長激光器陣列的制作方法，包括采用電子束曝光技術、多步全息曝光技術、取樣光柵技術、選擇區域外延技術等多種。

上述技術中，采用選擇區域外延(SAG)技術制作單片集成多波長激光器陣列具有工藝簡單的優點，受到越來越多的關注。已公開的利用SAG技術制作單片集成多波長激光器陣列的方案包括以下主要步驟：在襯底上制作SAG掩膜圖形、SAG生長激光器有源區材料(包括上下分別限制層以及多量子阱層)、在上分別限制層上制作光柵、生長接觸層完成器件材料結構。在上述現有方案中，利用SAG技術改變包括上下分別限制層以及多量子阱層在內的材料層的厚度，使陣列的不同激光器單元的材料具有不同的有效折射率，最終實現不同陣列單元不同的激射波長。由于MOCVD等外延技術在材料生長厚度控制方面具有極高的精度，采用SAG技術可以獲得波長間隔小于0.8nm的激光器陣列。相比之下，通過改變光柵周期的方式來制作的激光器陣列，即使使用電子束曝光技術，其波長間隔通常大于1nm。但是，已有SAG方案的缺點是材料有效折射率隨厚度變化的同時，量子阱的發光波長也隨著材料厚度而變化。由于量子阱材料的發光波長對量子阱厚度十分敏感，隨著材料厚度的變化，量子阱發光波長的變化速度遠大于分布反饋激光器布拉格波長的變化速度，這會導致一些陣列單元的布拉格波長偏離量子阱材料的增益峰值，導致其單模特性惡化。另外由于量子阱材料一般具有較大的應變，厚度的明顯增加會導致材料質量明顯下降。

為了解決這個問題，專利CN102820616B公開了一種方法，利用SAG技術僅改變激光器陣列中單元激光器下限制層或上限制層的厚度，使陣列的不同激光器單元的材料具有不同的有效折射率，最終實現不同陣列單元不同的激射波長。利用這個方法可避免對激光器量子阱材料的影響。然而，對采用這個方法制作的激光器陣列，陣列單元上限制層或下限制層的厚度單調改變，在激光器陣列波長跨度較大的情況下不同陣列單元限制層厚度差別較大，這會使激光器陣列單元的光學質量不均勻。限制層薄厚差別過大一方面會使激光器單元與光纖或者無源波導的耦合效率不均一，另一方也會影響激光器單元發光單模特性的一致性。另外，雖然限制層材料是體材料，過大的選擇區域外延生長厚度還是會惡化材料質量，使長波長激光器單元閾值明顯增加，發光效率下降。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種利用選擇區域外延技術制作激光器陣列的方法，在獲得不同陣列單元不同發光波長的同時可以保證陣列單元激光器光學性能的一致性。

本發明提供一種利用選擇區域外延技術制作激光器陣列的方法，包括如下步驟：

步驟1：在襯底上外延生長下分別限制層及量子阱層；

步驟2：在量子阱層上制作選擇區域外延介質掩膜圖形；

步驟3：選擇區域外延生長上分別限制層；

步驟4：去掉介質掩膜圖形；

步驟5：在上分別限制層上制作光柵，不同掩膜對間距或寬度變化周期內的激光器光柵周期不同；

步驟6：在光柵上生長接觸層。

本發明還提供一種利用選擇區域外延技術制作激光器陣列的方法，包括如下步驟：

步驟1：在襯底之上制作選擇區域外延介質掩膜圖形；

步驟2：選擇區域外延生長下分別限制層；

步驟3：去掉介質掩膜圖形；

步驟4：在下分別限制層上外延生長量子阱層及上分別限制層；

步驟5：在上分別限制層之上制作光柵，不同掩膜對間距或寬度變化周期內的激光器光柵周期不同；

步驟6：在光柵之上生長接觸層。

上述方案中，利用選擇區域外延技術周期性的改變激光器上分別限制層或下分別限制層的厚度，結合不同限制層厚度變化周期內的激光器光柵不同的周期實現陣列單元激光器不同的發光波長。

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：