[發(fā)明專利]窄線寬分布反饋半導(dǎo)體激光器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010139459.5
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111313229B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫甲政;許博蕊;孫文惠;夏施君;袁海慶;祝寧華;班德超;劉澤秋;張晨煒;徐長達
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: H01S5/12
• 分類號: H01S5/12;H01S5/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種分布反饋半導(dǎo)體激光器，所述激光器自下而上依次包括N面電極層、襯底層、緩沖層、下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層、二次外延光柵層、刻蝕自停止層、包層、歐姆接觸層、鈍化層和P面電極層；包層和歐姆接觸層構(gòu)成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用垂直方向上下兩層光柵結(jié)構(gòu)，共同反饋選模。分布在有源區(qū)附近的二次外延光柵與光場高效耦合，實現(xiàn)頻率選擇和壓窄線寬。電極取樣光柵單一反射峰線寬窄，與波導(dǎo)內(nèi)光場充分耦合反饋，能夠進一步穩(wěn)定工作波長，提高邊模抑制比，減小線寬因子，有效壓窄激光線寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種窄線寬分布反饋半導(dǎo)體激光器及其制備方法。

背景技術(shù)

窄線寬激光器在相干光通信，激光雷達，密集波分復(fù)用，光纖傳感，精密光學(xué)測量，全息攝影等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。隨著近幾年光通信網(wǎng)絡(luò)和智能出行的快速發(fā)展，對于窄線寬激光器的需求日益凸現(xiàn)。其中，窄線寬半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、可直接電流驅(qū)動、光譜線寬窄、相干性好等優(yōu)勢,成為單縱模，波長穩(wěn)定，窄線寬激光器的理想光源。

窄線寬半導(dǎo)體激光器主要包括分布反饋半導(dǎo)體激光器，分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器，耦合腔半導(dǎo)體激光器，外腔反饋半導(dǎo)體激光器。其中分布反饋半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)簡單，工藝成熟，最易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但是一般的分布反饋半導(dǎo)體激光器的線寬在MHz量級，不能滿足高進制的相干光通信與高精度探測雷達等方面的應(yīng)用。因此有必要提出一種結(jié)構(gòu)簡單，工藝難度低，能夠?qū)崿F(xiàn)較大線寬壓縮效果的分布反饋半導(dǎo)體激光器。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種分布反饋半導(dǎo)體激光器及其制備方法，以期部分地解決上述技術(shù)問題中的至少之一。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的第一方面，提供了一種分布反饋半導(dǎo)體激光器，所述激光器自下而上依次包括N面電極層、襯底層、緩沖層、下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層、二次外延光柵層、刻蝕自停止層、包層、歐姆接觸層、鈍化層和P面電極層；包層和歐姆接觸層構(gòu)成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

其中，所述激光器還包括電極取樣光柵，所述二次外延光柵和電極取樣光柵具有相等的布拉格波長。

其中，所述二次外延光柵的光柵結(jié)構(gòu)包括一階布拉格均勻光柵或相移光柵，占空比在40％至60％之間。

其中，所述電極取樣光柵由歐姆接觸層、鈍化層和P面電極層構(gòu)成，鈍化層在脊波導(dǎo)上為空間周期性取樣光柵分布，使P面電極層與歐姆接觸層之間形成的歐姆接觸在脊波導(dǎo)上為取樣光柵結(jié)構(gòu)。

其中，所述電極取樣光柵的光柵階數(shù)在1至10之間，占空比在30％至70％之間，取樣長度在1um至10um之間，取樣周期為10um至60um之間。

其中，

所述襯底層的材料選用InP；

所述緩沖層的材料選用摻雜了Si的InP；

所述下波導(dǎo)層的材料選用InGaAsP；

所述有源層的材料選用InGaAsP，采用多量子阱結(jié)構(gòu)；

所述上波導(dǎo)層的材料選用InGaAsP；

所述二次外延光柵層的材料選用InGaAsP；

所述刻蝕自停止層的材料選用InGaAsP；

所述包層的材料選用InGaAs；

所述歐姆接觸層的材料選用InGaAsP。

其中，所述激光器的出光面鍍有增透膜，背光面鍍有增反膜。

其中，所述鈍化層的厚度在200nm至250nm之間。

其中，所述P面電極層的厚度在300nm至500nm之間。