[發明專利]一種采用表面高階光柵的直接調制半導體激光器

有效

• 申請號: 202010937703.2
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112003125B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 鄭婉華;馬丕杰;李晶;董風鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/22
• 分類號: H01S5/22;H01S5/12;H01S5/042
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供一種采用表面高階光柵的直接調制半導體激光器及其制備方法，包括：三層平板波導(1000)，包括至上而下的上波導層(1100)、芯層(1200)及下波導層(1300)，其中，上波導層(1100)為脊形，其脊背或脊側面上形成有表面高階光柵(1111)；金屬電極(2000)，包括上表面金屬(2100)和下表面金屬(2200)，上表面金屬(2100)形成在上波導層(1100)的上表面，下表面金屬(2200)形成在下波導層(1300)的下表面；電絕緣層(3000)，其形成在表面高階光柵(1111)凹槽表面以及上表面金屬(2100)和上波導層(1100)之間。本發明提供的采用表面高階光柵的直接調制半導體激光器可以使用普通的接觸式光刻制作，可以大幅度降低激光器的成本和提高激光器產量。

技術領域

本發明涉及半導體光電子器件技術領域，具體涉及一種采用表面高階光柵的直接調制半導體激光器及其制備方法。

背景技術

為了滿足人們日益增長的對更高帶寬的需求，越來越多的新技術應用于網絡通信中，其中光通信技術發揮了巨大作用。相比于電纜，光通信采用的光纖具有帶寬高、損耗低、成本低、重量輕、占空間小、抗干擾性好和保密性好等優點，已經在遠距離傳輸和數據中心的中短距離傳輸中取代了電纜。在光通信中，直接調制半導體激光器是不可或缺的光源，相比于電吸收和馬赫-曾德爾干涉儀，直接調制半導體激光器具有成本低、系統簡易、能量轉換效率高等優點。

以往的直接調制半導體激光器大多采用分布反饋布拉格反射鏡(DFB，一種一階光柵)結構，此外還有側向光柵(一般也是一階光柵)和垂直腔面發射激光器(VCSEL)。由于一階光柵對應周期很短(百納米量級)所以采用一階光柵的激光器需要精確度很高的光刻來制作，比如電子束曝光，這是一種耗時長，生產效率低的工藝。如果采用DFB結構，還需要二次外延，這又增加了成本，降低了生產效率。雖然側向光柵不需要二次外延，但是傳統的側向光柵還是一階的，這就無法避免使用電子束曝光。而VCSEL需要采用復雜的外延技術，尤其是C波段的VCSEL，其外延難度非常大。

綜上所述，人們迫切地需要一種低成本、生產效率高的直接調制半導體激光器。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述問題，本發明提供了一種采用表面高階光柵的直接調制半導體激光器，用于至少部分解決傳統方法耗時長、生產效率低等技術問題。

(二)技術方案

本發明一方面提供了一種采用表面高階光柵的直接調制半導體激光器，包括：三層平板波導1000，包括至上而下的上波導層1100、芯層1200及下波導層1300，其中，上波導層1100為脊形，其脊背或脊側面上形成有表面高階光柵1111；金屬電極2000，包括上表面金屬2100和下表面金屬2200，上表面金屬2100形成在上波導層1100的上表面，下表面金屬2200形成在下波導層1300的下表面；電絕緣層3000，其形成在表面高階光柵1111凹槽表面以及上表面金屬2100和上波導層1100之間。

進一步地，表面高階光柵1111可以設置于腔長任意位置，包括靠近前腔面、遠離前腔面。

進一步地，表面高階光柵1111的特征尺寸大于1微米。

進一步地，表面高階光柵1111制作方法包括接觸式光刻、電子束曝光制作。

進一步地，采用表面高階光柵的直接調制半導體激光器為單次外延器件。

進一步地，芯層1200的結構可以是量子阱、量子點、納米線。

進一步地，上表面金屬2100用于實現激光器P面的電注入，材料包括TiAu、TiPtAu等。

進一步地，下表面金屬2200用于N面實現歐姆接觸，材料包括TiAu、AuGeNi/Au等。