基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器制造技術

一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器，包括：一緩沖層；一下波導層，該下波導層制作在緩沖層上；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在下包層上；一光柵層，該光柵層制作在多量子阱有源層上；一上波導層，該上波導層制作在光柵層上；一包層，該包層制作在上波導層上；一接觸層，該接觸層制作在包層上；一P電極，該P電極制作在接觸層上；一N電極，該N電極制作在緩沖層的背面。本發明專利技術可以克服外部反射光對激光器內部的影響，壓窄激光線寬，增加激光器的頻率穩定性和增大輸出功率的效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于半導體
，特別涉及一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器。
技術介紹
窄線寬半導體激光器具有非常重要的應用價值。(I)在前沿科學研究方面，可用于高精度光譜測量、量子/原子頻標等領域；(2)在國防安全領域可用于激光雷達系統、激光通信、光電對抗、光電導航等；(3)在物聯網領域、高速通信領域，高穩定度窄線寬激光器是光纖高靈敏度光纖傳感系統和相干光通信系統的核心器件。半導體激光器相比于光纖激光器和YAG激光器具有可靠性高、壽命長、能耗低、體積小等優點，非常有益于在上述領域中的應用。半導體激光器相比于光纖激光器和YAG激光器具有可靠性高、壽命長、能耗低、體積小等優點，非常有益于在上述領域中的應用。傳統的窄線寬半導體激光器主要包括:法布里-珀羅(F-P)腔半導體激光器、分布反饋半導體激光器(DFB)、分布布拉格反射半導體激光器(DBR)和外腔半導體激光器(ECDL)。其中，普通結構的法布里-珀羅(F-P)腔半導體激光器中，利用解理而成的兩個面構成諧振腔，簡單易做，然而這類激光器僅能在直流驅動下實現靜態單縱模工作，而在高速調制下不能保證單縱模工作，增益峰值、振蕩模式、工作頻率都會隨驅動電流、環境溫度等外部因素發生較大的變化。外腔半導體激光器以其窄線寬和靈活的波長調諧能力得到了廣泛的關注。但較長的外腔容易受到外界溫度變化、大氣變化、機械振動以及磁場的影響，導致激光頻率不穩定。分布反饋(DFB)半導體激光器用作光通信的光源，與一般其它半導體激光器的主要區別在于在半導體激光器的內部建立一個布拉格光柵，利用布拉格光柵來構成諧振腔，選擇工作波長，可以實現動態單縱模工作，獲得穩定的單一波長的激光。目前DFB半導體激光器的光柵結構是在均勻分布DFB光柵的中心位置引入一個λ/4或λ/8相移,但是這種結構受激光器效率的影響，輸出功率往往不高，且由于激光器解理面的不對稱性以及端面鍍膜的不對稱性，容易引起激光器發射波長的不穩定性，無法滿足光通信系統中對激光器性能的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器，其是基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器，其可克服外部反射光對激光器內部的影響，壓窄激光線寬，增加激光器的頻率穩定性和增大輸出功率的效果。本專利技術提供一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器,包括:一緩沖層；一下波導層，該下波導層制作在緩沖層上；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在下包層上；一光柵層，該光柵層制作在多量子阱有源層上；一上波導層，該上波導層制作在光柵層上；一包層，該包層制作在上波導層上；一接觸層，該接觸層制作在包層上；一 P電極，該P電極制作在接觸層上；一 N電極，該N電極制作在緩沖層的背面。附圖說明為進一步說明本專利技術的
技術實現思路
，以下結合實施例及附圖對本專利技術作進一步的詳細說明，其中:圖1是本專利技術窄線寬DFB半導體激光器的立體結構示意圖；圖2是本專利技術窄線寬DFB半導體激光器的橫截面結構示意圖；圖3是圖2的局部放大示意圖，顯示光柵層4的端面示意圖；圖4是本專利技術窄線寬DFB半導體激光器的典型光譜圖。具體實施例方式請參閱圖1至圖4所示，本專利技術提供一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器，包括:一緩沖層1、一下波導層2、一多量子講有源層3、一光柵層4、一上波導層5、一包層6、一接觸層7, — P電極8和一 N電極9。其中:一緩沖層I，該緩沖層I的材料為選擇II1-V族化合物半導體材料、I1-VI族化合物半導體材料、IV-VI族化合物半導體材料或四元化合物半導體材料；對于InP緩沖層，厚度為200nm、摻雜濃度約lX1018cnT2。一下波導層2，該下波導層2制作在緩沖層I上，其厚度為IOOnm的非摻雜晶格匹配的InGaAsP材料。一多量子阱有源層3，該多量子阱有源層3制作在下包層2上，應變InGaAsP多量子阱，具有7個量子阱，其中阱寬為8nm，I %的壓應變，壘寬為10nm，采用晶格匹配材料，光熒光波長為1200nm。采用量子阱結構增大微分增益，與普通的雙異質結結構激光器相比，量子阱激光器具有低閾值、輸出功率大、調制速率高等特點，且在量子阱結構中引入壓應變或張應變以增加微分增益，優化阱和壘的層厚以減小載流子通過光限制層的輸運時間及載流子從有源區中的逃逸。一光柵層4，該光柵層4制作在多量子阱有源層3上，厚度為70nm。所述的光柵層4是非對稱結構,相移為λ/4或λ/8,其中λ為激光器的輸出波長,將λ/4或λ/8相移相對光柵中心非對稱地放置，從此位置把原光柵看成2個長度分別為L1和L2的光柵段，即L1 Φ L2，如圖3所示。此類型設計中，在相移附近建立起非常強的激光振蕩強度，可以認為，向左和向右傳輸的光場被2個光柵段束縛在光柵內發生相移的附近,并在形成的有效諧振腔內振蕩。相移左側的光柵段L1可視為高反射率的全反鏡，右側的光柵段L2可視為低反射率的輸出鏡，則能從光柵段較短的一端獲得更大的激光功率輸出，且L1或L2與L的比值為0.55-0.7，如果不滿足這個條件，將無法產生單縱模的激光輸出。當L1 > L2從相移光柵右端輸出的激光功率更大，而當L1 < L2從相移光柵左端輸出的激光功率更大。該光柵結構可以通過全息干涉曝光法、雙光束干涉法或納米壓印法制作出。該光柵層4的兩側為一斜面41 (參閱圖3所示)，且兩側的斜面41為平行結構，兩側斜面41的角度為6-12度。將光柵端面傾斜一定角度，其端面反射小，回損較大，能有效抑制回程反射光。所述的光柵層4兩側的斜面上鍍有增透膜，可以達到抑制外部反射光對激光器性能的影響?！喜▽?，該上波導層5制作在光柵層4上，二次外延P型晶格匹配InGaAsP波導層，光熒光波長為1200nm，摻雜濃度為I X 1017cm_2，DFB段該層的厚度為lOOnm，1700nm厚P型InP限制層，摻雜濃度為3 X IO17Cm-2逐漸變化為I X 1018cm_2，上波導層的主要作用在于降低界面散射損耗，提高耦合效率。光柵制作完成后，再通過二次外延生長P-1nP和P型InGaAsP包層6，，該包層6制作在上波導層5上，厚度為lOOnm，摻雜濃度為lX1019cm_2?？涛g形成脊形波導和接觸層7，該接觸層7制作在包層6上，InGaAs接觸層的厚度為lOOnm。脊形波導長度一般為數百微米量級，脊寬3微米，脊側溝寬為20微米，深為1.5微米。再通過等離子加強化學汽相沉積法，將脊形周圍填充SiO2或有機物BCB形成絕緣層。一接觸層7，該接觸層7制作在包層6上，InGaAs接觸層的厚度為IOOnm ；一 P電極8，該P電極8制作在接觸層7上；一 N電極9，該N電極9制作在緩沖層I的背面。圖4是本專利技術窄線寬DFB半導體激光器的典型光譜圖，輸出激光的中心波長為1550.38nm，具有較好的邊模抑制比。本專利技術的基于非對稱λ/4相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器可以克服外部反射光對激光器內部的影響，達到壓窄激光線寬，增加激光器的頻率穩定性和增大輸出功率的目的。以上說明對本專利技術而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離以下所附權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器，包括：一緩沖層；一下波導層，該下波導層制作在緩沖層上；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在下包層上；一光柵層，該光柵層制作在多量子阱有源層上；一上波導層，該上波導層制作在光柵層上；一包層，該包層制作在上波導層上；一接觸層，該接觸層制作在包層上；一P電極，該P電極制作在接觸層上；一N電極，該N電極制作在緩沖層的背面。

【技術特征摘要】
1.一種基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器,包括:一緩沖層；一下波導層，該下波導層制作在緩沖層上；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在下包層上；一光柵層，該光柵層制作在多量子阱有源層上；一上波導層，該上波導層制作在光柵層上；一包層，該包層制作在上波導層上；一接觸層，該接觸層制作在包層上；一 P電極，該P電極制作在接觸層上；一 N電極，該N電極制作在緩沖層的背面。2.根據權利要求1所述的基于非對稱相移光柵的窄線寬DFB半導體激光器，其中該緩沖層的材料為選擇II1-V族化合物半導體材料、I1-VI族化合物半導體材料、IV-VI族化合物半導體材料或四元化合物半導體材料。3.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉建國，郭錦錦，黃寧博，孫文惠，鄧曄，祝寧華，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：