[發(fā)明專利]單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010976458.6
• 申請(qǐng)日: 2020-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN112072471B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭強(qiáng)強(qiáng);張錦川;程鳳敏;劉峰奇;劉俊岐;卓寧;王利軍;劉舒曼;王占國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01S5/40
• 分類號(hào): H01S5/40;H01S5/065;H01S5/125
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

1.一種單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)，其中，包括形成于襯底上，脊型的陣列直條區(qū)、分布布拉格反射區(qū)和光束組合區(qū)；

陣列直條區(qū)，形成呈陣列結(jié)構(gòu)的多個(gè)解離腔；

分布布拉格反射區(qū)，與所述陣列直條區(qū)結(jié)合形成呈陣列結(jié)構(gòu)的多個(gè)完整諧振腔，其中，所述分布布拉格反射區(qū)包括多個(gè)呈陣列結(jié)構(gòu)的分布布拉格反射單元，各個(gè)所述分布布拉格反射單元的二級(jí)光柵的周期不同；

光束組合區(qū)，用于將所述呈陣列結(jié)構(gòu)的多個(gè)完整諧振腔耦合集成，實(shí)現(xiàn)光束多波長(zhǎng)連續(xù)同軸輸出；

其中，所述陣列直條區(qū)、分布布拉格反射區(qū)和光束組合區(qū)由下至上依次包括：下波導(dǎo)層、下限制層、有源層、上限制層、上波導(dǎo)層和歐姆接觸層；

在所述上限制層對(duì)應(yīng)所述分布布拉格反射區(qū)刻蝕形成二級(jí)光柵。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)，其中，在所述歐姆接觸層的陣列直條區(qū)與分布布拉格反射區(qū)之間，以及分布布拉格反射區(qū)與光束組合區(qū)之間的區(qū)域形成電隔離溝，用于各區(qū)間的電隔離。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底的材料為InP，摻雜濃度為1×10¹⁷~3×10¹⁷ cm^-3；

所述下波導(dǎo)層的材料為n型摻雜的InP，摻雜濃度為2×10¹⁶~4×10¹⁶ cm^-3，厚度為1~3μm；

所述下限制層為n型摻雜的InGaAs，摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3，厚度為200nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)，其中，所述有源層由20~60個(gè)周期的InGaAs/InAlAs疊層依次堆疊構(gòu)成，所述有源層對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)為4~12μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)，其中，所述上限制層為n型摻雜的InGaAs，摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3，厚度為300nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)，其中，所述上限制層對(duì)應(yīng)所述分布布拉格反射區(qū)的區(qū)域，二級(jí)光柵刻蝕深度為120~150nm，二級(jí)光柵占空比不等于50%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)，其中，所述上波導(dǎo)層為n型摻雜的InP，所述上波導(dǎo)層在靠近所述上限制層的3.4μm厚度的上波導(dǎo)層的摻雜濃度為1~3×10¹⁶cm^-3，靠近所述歐姆接觸層的0.2μm厚度的上波導(dǎo)層的摻雜濃度線性漸變，整體厚度為3.6μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)，其中，所述歐姆接觸層為n型摻雜的InP，摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3，厚度為0.5μm。

9.一種單片集成多波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器陣列結(jié)構(gòu)的制作方法，其中，包括以下步驟：

在襯底上依序生長(zhǎng)下波導(dǎo)層、下限制層、有源層、上限制層、預(yù)備上波導(dǎo)層和預(yù)備歐姆接觸層；

腐蝕掉所述預(yù)備歐姆接觸層和預(yù)備上波導(dǎo)層，并在所述上限制層上生長(zhǎng)掩膜層；

通過光刻和濕法腐蝕形成圖案化的掩膜層，以所述圖案化的掩膜層作掩膜，在所述上限制層的裸露區(qū)域制作二級(jí)光柵；

除去所述圖案化的掩膜層，二次外延生長(zhǎng)上波導(dǎo)層和歐姆接觸層；

通過光刻和濕法腐蝕，制作脊型結(jié)構(gòu)，其中腐蝕深度超過所述有源層；

通過光刻和濕法腐蝕，在所述脊型結(jié)構(gòu)上對(duì)應(yīng)所述二級(jí)光柵的兩側(cè)制作電隔離溝，其中腐蝕深度超過所述歐姆接觸層；形成脊型的陣列直條區(qū)、分布布拉格反射區(qū)和光束組合區(qū)，完成制作，其中，所述分布布拉格反射區(qū)包括多個(gè)呈陣列結(jié)構(gòu)的分布布拉格反射單元，各個(gè)所述分布布拉格反射單元的二級(jí)光柵的周期不同。