[發明專利]一種帶有DBR光柵結構的852nm窄線寬邊發射激光器及其制備方法

在審

• 申請號: 201610028798.X
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105552714A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 關寶璐;劉儲;李建軍;江孝偉;潘冠中;李鵬濤;劉振揚;楊嘉煒;徐晨
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/125
• 分類號: H01S5/125;H01S5/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于半導體光電子技術領域，涉及一種帶有DBR光柵結構的852nm窄線寬邊發射激光器及其制備方法。

背景技術

半導體激光器具有體積小、重量輕、功率高、轉化效率高、可靠性高等優點，應用范圍廣泛。邊發射激光器是一種利用半導體材料自然解理面作為諧振腔，利用脊型波導結構限制光子運動，其出光方向平行于襯底的半導體激光器。激射波長為852nm的窄線寬邊發射激光器可以用于銫(Cs)原子鐘，該原子鐘是目前準確度最高，穩定性最好的原子鐘之一。

分布式布拉格反射鏡(DistributedBraggReflection)光柵結構，由兩種具有折射率差異的結構交替排列成周期結構，再根據光柵周期(Λ)、占空比(f)、光柵深度(d)以及光柵總長度(L)，實現對單一波長的篩選功能，達到壓窄激光線寬的目的。

因為銫原子鐘對于波長的嚴格需求，所以我們提出一種將DBR光柵結構與852nm邊發射激光器相結合的概念與方法，實現窄線寬激光的激射。

發明內容

本發明的目的在于提供一種帶有DBR光柵結構的852nm窄線寬邊發射激光器和其制作方法，能夠應用于銫原子鐘的控制方面。DBR光柵表面使用氮化硅保護層隔離，避免光柵中鋁組分被氧化帶來的問題。

一種帶有DBR光柵結構的852nm窄線寬邊發射激光器，使用電子束直寫曝光的方法制作DBR光柵結構，嚴格要求與邊發射激光器的有源區脊型臺對準，同時使用氮化硅薄層作為保護層覆蓋于光柵表面。

所述邊發射激光器用于激射852nm附近波長的激光。

所述DBR光柵用于對激光進行濾波篩選，以實現激光的單波長窄線寬。

所述一種帶有DBR光柵結構的852nm窄線寬邊發射激光器由兩部分組成。一部分為脊型光波導結構的邊發射激光器有源增益區，該部分在5微米寬的脊型臺面上通過3微米寬的電極窗口進行電泵浦，實現852nm范圍激光的激射；另一部分為DBR光柵結構，與前一部分相似的是對光柵結構同樣制作5微米寬的限制脊型臺，并嚴格與有源區脊型臺對準。光柵結構中各參數為：光柵周期260納米，光柵占空比67％，光柵深度50納米，光柵總長度520微米。

如圖1和圖2所示，一種帶有DBR光柵結構的852nm窄線寬邊發射激光器，該激光器包括p型金屬電極(12)、有源區脊型臺(3)、氮化硅隔離層(11)、脊型限制光柵(10)、n-GaAs襯底(9)、n型金屬電極(13)。

脊型限制光柵(10)與有源區脊型臺(3)嚴格對準于一條直線上。P型金屬電極(12)覆蓋于有源區脊型臺(3)上，其余部分用氮化硅隔離層(11)覆蓋，起到電隔離和保護脊型限制光柵(10)的作用；有源區脊型臺(3)與脊型限制光柵(10)設置在漸變組分AlGaAs波導層(4)之上，其余每層材料依次生長在n-GaAs襯底(9)上面，n-GaAs襯底(9)下面濺射n型金屬電極(13)。

如圖3至圖6所示，n型金屬電極(13)、p型金屬電極(12)、氮化硅隔離層(11)、脊型DBR光柵(10)、n-GaAs襯底(9)、n-AlGaAs過渡層(8)、n-AlGaAs限制層(7)、漸變組分AlGaAs波導層(6)、InAlGaAs量子阱有源區(5)、漸變組分AlGaAs波導層(4)、p-AlGaAs限制層(3)、p-AlGaAs過渡層(2)、p-GaAs電極接觸層(1)。

本發明還提供一種帶有DBR光柵結構的852nm窄線寬邊發射激光器的制備方法，包括：

采用金屬有機物化學氣相淀積(MOCVD)在n-GaAs襯底上依次生長n-AlGaAs過渡層，n-AlGaAs限制層，漸變組分AlGaAs波導層，InAlGaAs量子阱有源區，漸變組分AlGaAs波導層，p-AlGaAs限制層，p-AlGaAs過渡層，p-GaAs電極接觸層；

首先利用光刻和選擇性濕法腐蝕相結合的方法制作有源區脊型臺，然后使用等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)生長氮化硅，起到電學隔離作用；

然后利用光刻和選擇性濕法腐蝕相結合的方法在氮化硅層開出光柵區域的窗口，為后續制作光柵結構做準備；

利用電子束直寫曝光和干法刻蝕相結合的方法，在光柵區域窗口中制作符合參數要求的脊型DBR光柵結構；

光柵制作完成后，再生長一薄層氮化硅，起到保護光柵的作用；

利用光刻和剝離相結合的方法，在有源區脊型臺上開出電極窗口，制作形成p型金屬電極；

襯底襯底，濺射n型金屬電極；