[發(fā)明專利]一種多結(jié)分布反饋半導(dǎo)體激光器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110636880.1
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113422295A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅毅;王健
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01S5/323
• 分類號: H01S5/323;H01S5/343;H01S5/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王萌

本申請?zhí)岢鲆环N多結(jié)分布反饋半導(dǎo)體激光器，包含襯底及在襯底表面上生長的激光器DFB?LD功能層；所述DFB?LD功能層中包含多個半導(dǎo)體PN結(jié)和光柵；所述多個半導(dǎo)體PN結(jié)之間上下分布并且相互電連接，且每個PN結(jié)的結(jié)區(qū)均有發(fā)光區(qū)；所述光柵位于所述任意一個半導(dǎo)體PN結(jié)或半導(dǎo)體PN結(jié)之間的連接層。該DFB?LD可以增加激光器的有效發(fā)光面積，改善波導(dǎo)截面橫向光場分布的對稱性，降低激光器的寄生電容參數(shù)，從而兼具高功率、高調(diào)制速率、高光纖耦合效率的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多結(jié)分布反饋半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)

高功率、高調(diào)制速率單模半導(dǎo)體激光器在民用和軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字光纖通信領(lǐng)域，高調(diào)制速率單模半導(dǎo)體激光器已經(jīng)成為必不可少的光源。近年來，高功率、高調(diào)制速率單模半導(dǎo)體激光器在微波光子、原子鐘等軍民兩用領(lǐng)域也獲得了廣泛的應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)數(shù)字光纖通信，微波光子、原子鐘、相干光通信等新的應(yīng)用場景對單模半導(dǎo)體激光器的性能，如功率特性等提出了新的要求。研究設(shè)計具有穩(wěn)定光輸出的高功率、高調(diào)制速率單模半導(dǎo)體激光器，以滿足微波光子、原子鐘、相干光通信等新的應(yīng)用場景的需求，將在我國軍事、工業(yè)、航天、通信等涉及到國家核心競爭力的諸多領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

鑒于高功率、高調(diào)制速率單模半導(dǎo)體激光器研發(fā)制造難度較大，目前只有極少數(shù)發(fā)達(dá)國家的研究單位能夠?qū)崿F(xiàn)。在提升半導(dǎo)體激光器單模特性方面，目前人們主要通過引入選頻裝置實現(xiàn)激光器單縱模工作，包括外置選頻裝置和內(nèi)藏選頻裝置的半導(dǎo)體激光器。然而，外置選頻裝置的半導(dǎo)體激光器，器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于高功率激光的輸出。如果將光柵等選頻裝置集成在半導(dǎo)體激光器內(nèi)部，構(gòu)成分布布拉格反射器型(DBR)或多結(jié)分布反饋型(DFB)半導(dǎo)體激光器，則可以簡化激光器的結(jié)構(gòu)，提高其穩(wěn)定性和可靠性。由于DBR激光器會因模式跳變而導(dǎo)致電流-光功率輸出曲線中出現(xiàn)周期性的非線性，而DFB激光器則能夠保持良好的線性輸出，有利于在保證單縱模條件下實現(xiàn)高功率激光輸出。再加上橫模結(jié)構(gòu)的限制，從而實現(xiàn)激光器單縱模和單橫模的完全單模工作。由于光柵的選頻特性，不同波長的激光的諧振腔損耗差別較大，因此在高速調(diào)制的情況下仍能保持完全單模狀態(tài)，即動態(tài)單模。

然而，傳統(tǒng)的DFB激光器很難實現(xiàn)100mW及以上的高輸出光功率，其中一個重要原因是其中一個重要原因是傳統(tǒng)的DFB激光器普遍采用單個PN結(jié)發(fā)光，輸出腔面的橫向光場分布受限，平均光功率密度過大，限制了激光器功率進(jìn)一步提高。此外，由于激光器外延生長方向的發(fā)光尺寸小于水平方向，激光器遠(yuǎn)場垂直發(fā)散角遠(yuǎn)大于水平發(fā)散角，最終輸出橢圓形的激光光斑，致使波導(dǎo)截面橫向光場分布的對稱性較差，影響光纖耦合。而高功率激光輸出需要增加外延生長方向上的尺寸，較厚的波導(dǎo)層會引入高階橫模激射，從而增大激光器的遠(yuǎn)場發(fā)散角，不利于光束質(zhì)量提高。另外，為實現(xiàn)高功率輸出，半導(dǎo)體激光器通常采用超過mm量級的腔長，器件寄生電容較大，不利于激光器高速調(diào)制。

發(fā)明內(nèi)容

本申請旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本申請的目的在于提出一種一種多結(jié)分布反饋半導(dǎo)體激光器，該DFB-LD可以增加激光器的有效發(fā)光面積，改善波導(dǎo)截面橫向光場分布的對稱性，降低激光器的寄生電容參數(shù)，從而兼具高功率、高調(diào)制速率、高光纖耦合效率的優(yōu)點。

為達(dá)到上述目的，本申請?zhí)岢龅囊环N多結(jié)分布反饋半導(dǎo)體激光器，包含襯底及在襯底表面上生長的激光器DFB-LD功能層；

所述DFB-LD功能層中包含多個半導(dǎo)體PN結(jié)和光柵；

所述多個半導(dǎo)體PN結(jié)之間上下分布并且相互電連接，且每個PN結(jié)的結(jié)區(qū)均有發(fā)光區(qū)；

所述光柵位于所述任意一個半導(dǎo)體PN結(jié)或相鄰兩個半導(dǎo)體PN結(jié)之間的連接層。

進(jìn)一步地，所述多個半導(dǎo)體PN結(jié)之間通過隧道結(jié)相互連接。

進(jìn)一步地，所述多個半導(dǎo)體PN結(jié)為兩個PN結(jié)，兩個PN采用共用一個P區(qū)或共用一個N區(qū)的方式連接。