二維光柵雙波長(zhǎng)dfb激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙波長(zhǎng)激光器在全光時(shí)鐘恢復(fù)和光載微波源上受到廣泛關(guān)注。該類器件目前主要分為三類:共腔型、串行型和并行型。其中，共腔和串行型具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，但是由于其中一個(gè)光腔的激射光會(huì)對(duì)另一個(gè)光腔有影響，導(dǎo)致雙波長(zhǎng)光腔不均勻，器件工作不穩(wěn)定。并行型是將兩個(gè)具有不同激射波長(zhǎng)的DFB激光器，經(jīng)光合波器實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)輸出。相對(duì)共腔和串行型，可以很好地避免兩個(gè)DFB激光器光腔之間的串?dāng)_，具有較高的工作穩(wěn)定性。雙波長(zhǎng)激光器主要的制作難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)兩個(gè)具有不同激射波長(zhǎng)的DFB激光器。迄今，研宄人員已經(jīng)提出了一些制作方案。例如，C.Zhang，et al.-(Optics Letters 2013，38:3050-3052)提出用選區(qū)上分別限制層外延生長(zhǎng)的方法，使不同DFB激光器的上分別限制層具有不同的厚度，從而實(shí)現(xiàn)激光器波導(dǎo)的模式折射率不同；M.Mohrle，et al.-(IeeeJournal of Selected Topics in Quantum Electronics 2001，7:217-223)提出在兩個(gè)DFB激光器米用不同的光柵周期；S.Nishikawa, et al.- (Applied Physics Letters 2004，85:4840-4841)提出在一個(gè)DFB激光器中引入1/4波長(zhǎng)相移結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)拍頻和外部注入信號(hào)的鎖定等等。這些方法主要是采用多次材料外延生長(zhǎng)、多次光柵制作或者使用昂貴的電子束曝光設(shè)備，一方面，器件的成本提高，另一方面，器件的制作工藝復(fù)雜，導(dǎo)致成品率下降。另外一種制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)改變兩個(gè)DFB激光器的波導(dǎo)的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的激射，但是，這種方法對(duì)波導(dǎo)光刻和刻蝕工藝要求非?？量?，導(dǎo)致器件制作難度大。
[0003]本發(fā)明采用二維光柵的方法制作雙波長(zhǎng)DFB激光器，只需要連續(xù)的兩次全息曝光即可制作出橫向和縱向周期不同的二維光柵，兩個(gè)DFB激光器的波導(dǎo)方向分別沿二維光柵的橫向和縱向，從而使得兩個(gè)DFB激光器具有不同的光柵周期，再通過(guò)光合波器的合波，實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)的同時(shí)輸出。相比其他的發(fā)明，本發(fā)明只需利用普通的光電子器件制備工藝，可極大地簡(jiǎn)化雙波長(zhǎng)激光器的制作工藝，降低成本。另外，二維光柵還具有抑制DFB激光器調(diào)模的作用，進(jìn)一步提高器件的工作穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，可以獲得穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)輸出，本發(fā)明公開的器件可以降低制作工藝的復(fù)雜度以及制作成本。
[0005]本發(fā)明提供一種二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，包括如下制作步驟:
[0006]步驟1:在襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、下分別限制層、多量子阱和上分別限制層；
[0007]步驟2:在上分別限制層上旋涂用于制作光柵的光刻膠；
[0008]步驟3:調(diào)整全息曝光的干涉條紋周期，進(jìn)行第一次全息曝光；
[0009]步驟4:調(diào)整全息曝光的干涉條紋周期，在垂直于上一次全息曝光的方向上，進(jìn)行第二次全息曝光；
[0010]步驟5:顯影，并刻蝕出光柵形貌；
[0011]步驟6:將一部分多量子阱和上分別限制層腐蝕掉，該腐蝕掉的部分為無(wú)源光合波器區(qū)，剩余的部分為有源激光器區(qū)；
[0012]步驟7:在有源區(qū)的上分別限制層和無(wú)源區(qū)的下分別限制層上外延生長(zhǎng)包層和接觸層；
[0013]步驟8:在有源區(qū)的接觸層上刻蝕有源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在無(wú)源區(qū)的接觸層上刻蝕無(wú)源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，刻蝕深度大于包層和接觸層的厚度；
[0014]步驟9:在有源區(qū)的波導(dǎo)上做電極，將襯底減薄，在減薄后的襯底背面制作電極，完成制備。
[0015]從上述技術(shù)方案可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]利用兩次全息曝光和一次材料刻蝕即可獲得在垂直方向上具有不同周期的二維光柵，利用此二維光柵制作的兩個(gè)DFB激光器具有不同的激射波長(zhǎng)。通過(guò)合理地調(diào)節(jié)全息曝光的干涉條紋周期，可以方便地獲得所需要的激射波長(zhǎng)，進(jìn)一步的波長(zhǎng)調(diào)諧可以通過(guò)各個(gè)激光器的注入電流的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，二維光柵還具有抑制DFB激光器的調(diào)模現(xiàn)象，提高了器件的工作穩(wěn)定性和成品率。
【附圖說(shuō)明】
[0017]為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述，其中:
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的制作流程圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的第一次全息曝光的干涉條紋示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的第二次全息曝光的干涉條紋示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的二維光柵俯視圖；
[0022]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的材料結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的器件波導(dǎo)分布的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例
[0025]請(qǐng)參閱I圖所示，本發(fā)明提供一種二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，包括如下步驟:
[0026]步驟1:在襯底I上生長(zhǎng)緩沖層2、下分別限制層3、多量子阱4以及上分別限制層5。襯底I的材料為InP、GaAs或GaN ；
[0027]步驟2:在晶片表面的上分別限制層5上旋涂用于全息曝光的光刻膠，并烘干；
[0028]步驟3:調(diào)整適當(dāng)?shù)娜⑵毓獾母缮鏃l紋周期A1，對(duì)晶片上旋涂的光刻膠進(jìn)行曝光，干涉條紋沿X方向(圖2);
[0029]步驟4:再次調(diào)整適當(dāng)?shù)娜⑵毓獾母缮鏃l紋周期A2，在與步驟3中全息曝光垂直方向?qū)闲康墓饪棠z進(jìn)行第二次全息曝光，干涉條紋沿Y方向(圖3);顯影，出現(xiàn)具有二維光柵形貌的光刻膠圖形，光柵的橫向(X方向)周期A1和縱向(Y方向)周期Λ 2不同；
[0030]步驟5:利用光刻膠掩膜，在上限制層5的表層刻蝕出二維光柵形貌6 (圖4)，實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移；普通DFB激光的激射波長(zhǎng)(λ )由:
[0031]λ = 2*neff* Λ，
[0032]其中，neff是激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的模式有效折射率，Λ為光柵的周期，決定，在二維光柵的兩個(gè)垂直方向具有不同的周期，因此可以制作兩個(gè)具有不同激射波長(zhǎng)的DFB激光器。
[0033]步驟6:將一部分上分別限制層5和多量子阱4腐蝕掉，該腐蝕掉的部分為無(wú)源光合波器區(qū)P，剩余的部分為有源區(qū)Α。這樣無(wú)源區(qū)波導(dǎo)的芯層是由下分別限制層3構(gòu)成，由于下分別限制層材料的發(fā)光波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于激光器的工作波長(zhǎng)，光可在其中低損耗的傳輸；
[0034]步驟7:在無(wú)源光合波器區(qū)P和有源激光器區(qū)A上表面外延生長(zhǎng)摻雜漸變的包層7和重?fù)诫s的接觸層8 ；
[0035]步驟8:在有源激光器區(qū)A的接觸層8上刻蝕有源波導(dǎo)al和a2，在無(wú)源光合波器區(qū)P的接觸層8上刻蝕無(wú)源光合波器波導(dǎo)S1、s2、C和O，刻蝕深度大于包層7和接觸層8的總厚度。無(wú)源光合波器區(qū)D的合波器c為多模干涉合波器或Y波導(dǎo)合波器；有源激光器區(qū)A的有源波導(dǎo)個(gè)數(shù)等于2，且有源波導(dǎo)al和a2分別沿X和Y方向；有源波導(dǎo)al和a2與無(wú)源光合波器c的連接處為45度的彎曲波導(dǎo)Si和s2，如圖6所示；
[0036]步驟10:在有源激光器波導(dǎo)之間刻蝕隔離溝，起到隔離電串?dāng)_和熱串?dāng)_的作用；在有源激光器波導(dǎo)al和a2上制作電極9 ;將襯底I減薄，在減薄的襯底I的背面制作電極10，完成制備。
[0037]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，包括以下步驟: 步驟1:在襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、下分別限制層、多量子阱和上分別限制層； 步驟2:在上分別限制層上涂甩用于制作光柵的光刻膠； 步驟3:調(diào)整全息曝光的干涉條紋周期，進(jìn)行第一次全息曝光； 步驟4:調(diào)整全息曝光的干涉條紋周期，在垂直上一次全息曝光的方向上，進(jìn)行第二次全息曝光； 步驟5:顯影，并刻蝕出光柵形貌； 步驟6:將一部分多量子阱和上分別限制層腐蝕掉，該腐蝕掉的部分為無(wú)源光合波器區(qū)，剩余的部分為有源激光器區(qū)； 步驟7:在有源區(qū)的上分別限制層和無(wú)源區(qū)的下分別限制層上外延生長(zhǎng)包層和接觸層； 步驟8:在有源區(qū)的接觸層上刻蝕有源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在無(wú)源區(qū)的接觸層上刻蝕無(wú)源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，刻蝕深度大于包層和接觸層的厚度； 步驟9:在有源區(qū)的波導(dǎo)上做電極，將襯底減薄，在減薄后的襯底背面制作電極，完成制備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，其中所述的襯底材料為 InP、GaAs 或 GaN。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，其中所述的兩次全息曝光的干涉條紋周期不同，兩次全息曝光的干涉條紋方向相互垂直。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，其中所述的光柵制作于全部有源區(qū)或部分有源區(qū)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，其中所述的無(wú)源合波器為多模干涉合波器或Y波導(dǎo)合波器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，其中所述有源區(qū)包含激光器個(gè)數(shù)等于2 ;—個(gè)激光器的波導(dǎo)方向垂直于第一次全息曝光的干涉條紋方向，另一個(gè)激光器的波導(dǎo)方向垂直于第二次全息曝光干涉條紋的方向。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，其中所述有源區(qū)的波導(dǎo)與無(wú)源區(qū)的合波器通過(guò)一段45度彎曲的無(wú)源或者有源的波導(dǎo)連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，其中所述的無(wú)源合波器區(qū)的波導(dǎo)芯層由下分別限制層構(gòu)成。
【專利摘要】一種二維光柵雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，包括步驟1：在襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、下分別限制層、多量子阱和上分別限制層；步驟2：在上分別限制層上涂甩光刻膠；步驟3：調(diào)整全息曝光的干涉條紋周期，進(jìn)行第一次全息曝光；步驟4：調(diào)整全息曝光的干涉條紋周期，在垂直上一次全息曝光的方向上，進(jìn)行第二次全息曝光；步驟5：顯影，并刻蝕出光柵形貌；步驟6：將一部分多量子阱和上分別限制層腐蝕掉；步驟7：在有源區(qū)的上分別限制層和無(wú)源區(qū)的下分別限制層上外延生長(zhǎng)包層和接觸層；步驟8：在有源區(qū)的接觸層上刻蝕有源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在無(wú)源區(qū)的接觸層上刻蝕無(wú)源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；步驟9：在有源區(qū)的波導(dǎo)上做電極，將襯底減薄，制作背面電極，完成制備。
【IPC分類】H01S5/34, H01S5/06, H01S5/12
【公開號(hào)】CN104917050
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510270769
【發(fā)明人】韓良順, 梁松, 許俊杰, 喬麗君, 朱洪亮
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月25日