[發(fā)明專利]一種外延結(jié)構(gòu)及其光柵結(jié)構(gòu)制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510848139.6
• 申請(qǐng)日: 2015-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105429003B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仇伯倉(cāng);胡海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳瑞波光電子有限公司;深圳清華大學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H01S5/343
• 分類號(hào): H01S5/343
• 代理公司: 深圳市威世博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44280
• 代理人: 李慶波

本發(fā)明公開(kāi)了一種外延結(jié)構(gòu)及其光柵結(jié)構(gòu)的制造方法。該外延結(jié)構(gòu)包括襯底以及沿第一方向疊層設(shè)置于襯底上的波導(dǎo)層，其中在垂直于第一方向的第二方向上，波導(dǎo)層劃分為量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)以及量子阱混雜抑制區(qū)，其中量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)和量子阱混雜抑制區(qū)在第二方向上的一定區(qū)域交替排列，以利用量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)和量子阱混雜抑制區(qū)的折射率在第二方向上周期性變化形成光柵結(jié)構(gòu)。通過(guò)上述方式，交替排列的量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)和量子阱混雜抑制區(qū)形成光柵結(jié)構(gòu)，避免采用復(fù)雜的二次外延制造工藝，降低制造成本；避免二次外延制造工藝對(duì)器件的可靠性及性能的影響；并實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵周期的方便有效的調(diào)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無(wú)需二次外延，具有光柵結(jié)構(gòu)的外延結(jié)構(gòu)及其光柵結(jié)構(gòu)制備方法。

背景技術(shù)

目前，半導(dǎo)體激光已經(jīng)廣泛用于國(guó)計(jì)民生的各個(gè)方面，包括日用電子產(chǎn)品、工業(yè)加工、光纖通訊、醫(yī)療、科學(xué)研究與國(guó)防應(yīng)用等。

半導(dǎo)體激光器按照其是否有波長(zhǎng)鎖定功能通?？煞譃镈FB/DBR激光器和F-P腔(法布里一珀羅腔)激光器。F-P腔激光由于光場(chǎng)在其縱向自由震蕩，因而輸出波長(zhǎng)會(huì)隨工作電流、環(huán)境溫度等變化而變化。DFB/DBR激光器內(nèi)具有布拉格光柵結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行波長(zhǎng)選擇，因而輸出光的波長(zhǎng)可以被鎖定在設(shè)定的位置上。目前大多數(shù)DFB激光中的DFB結(jié)構(gòu)(DFB：分布式反饋布拉格)采用二次外延來(lái)實(shí)現(xiàn)。其工藝流程：1)在襯底上形成一次外延結(jié)構(gòu)；2)第一次外延完成后，利用全息曝光或者電子束曝光來(lái)定義光柵結(jié)構(gòu)；3)通過(guò)刻蝕工藝形成光柵結(jié)構(gòu)；4)二次外延完成材料生長(zhǎng)。

目前所面臨的問(wèn)題是：二次外延工藝需要經(jīng)過(guò)曝光和刻蝕等前期工藝流程，工藝復(fù)雜，制造成本高、器件的可靠性以及性能也會(huì)因多次工藝而受到影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種外延結(jié)構(gòu)及其光柵結(jié)構(gòu)制備方法，能夠控制生長(zhǎng)在外延層內(nèi)的波導(dǎo)層材料的光學(xué)性質(zhì)，使得波導(dǎo)層的折射率在波導(dǎo)方向上產(chǎn)生周期性的變化，從而形成光柵結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供了一種外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)包括襯底以及沿第一方向疊層設(shè)置于所述襯底上的波導(dǎo)層，其中在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述波導(dǎo)層劃分為量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)以及量子阱混雜抑制區(qū)，其中所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)和量子阱混雜抑制區(qū)在所述第二方向上的一定區(qū)域交替排列，以利用所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)和量子阱混雜抑制區(qū)的折射率在所述第二方向上周期性變化形成光柵結(jié)構(gòu)。

其中，所述波導(dǎo)層為由至少兩種不同折射率的材料交替形成的超晶格疊層結(jié)構(gòu)，所述超晶格疊層結(jié)構(gòu)經(jīng)量子阱混雜工藝處理形成所述量子阱混雜抑制區(qū)和所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)，其中所述量子阱混雜抑制區(qū)內(nèi)的所述至少兩種不同的材料的混雜程度小于所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)內(nèi)的所述至少兩種不同的材料的混雜程度。

其中，所述波導(dǎo)層為由Al_xGa_1-xAs和Al_yGa_1-yAs兩種材料交替形成的超晶格疊層結(jié)構(gòu)；其中0≤x≤1,0≤y≤1,y＜x。

其中，所述外延結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括依次設(shè)置于所述波導(dǎo)層一側(cè)的第一P型包層，以及依次設(shè)置于所述波導(dǎo)層另一側(cè)的第二P型包層、第一限制層、量子阱層、第二限制層和N型包層，所述第一P型包層和第二P型包層分別與所述波導(dǎo)層相鄰設(shè)置。

其中，所述第一限制層的折射率與所述第二限制層的折射率相同，且所述第一限制層和第二限制層的折射率介于所述至少兩種不同折射率的材料的最高折射率和最低折射率之間，所述第一限制層和第二限制層的折射率為對(duì)應(yīng)層的平均折射率。

其中，所述第一限制層和所述第二限制層分別為由單一折射率材料形成的分別限制異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。

其中，所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)和量子阱混雜抑制區(qū)的交替排列的區(qū)域靠近所述外延結(jié)構(gòu)的腔面設(shè)置，所述交替排列的區(qū)域以外的其他區(qū)域遠(yuǎn)離所述外延結(jié)構(gòu)的腔面設(shè)置。