共腔雙波長(zhǎng)分布反饋激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種共腔雙波長(zhǎng)分布反饋(DFB)激光器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙波長(zhǎng)激光器在太赫茲成像、毫米波產(chǎn)生、光學(xué)遙感、高速光數(shù)據(jù)傳輸、氣體探測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。雙模DFB半導(dǎo)體激光器體積小、頻率可調(diào)、能實(shí)現(xiàn)雙模功率一致、模式線寬窄、穩(wěn)定性高且易實(shí)現(xiàn)集成化，由其構(gòu)成的光學(xué)差頻源可用于產(chǎn)生太赫茲光源。目前的雙模DFB激光器結(jié)構(gòu)主要有三種類型:多段式雙模DFB激光器結(jié)構(gòu)，Y波導(dǎo)雙波長(zhǎng)DFB激光器結(jié)構(gòu)和共腔雙波長(zhǎng)激光器結(jié)構(gòu)。其中多段式雙模DFB激光器(IEEE J.0fSelected top.1n Quantum Electronics, Vol.7 (2), PP.217-223.2001)實(shí)現(xiàn)拍頻較難；丫波導(dǎo)雙波長(zhǎng) DFB 激光器(Optics Communicat1ns, Vol.285 (3), pp 311-314，2012)雖然實(shí)現(xiàn)拍頻比較容易，但是制備過(guò)程涉及有源/無(wú)源集成，工藝難度大且Y波導(dǎo)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，導(dǎo)致光功率損耗大，輸出功率低；在已報(bào)道的共腔結(jié)構(gòu)雙模DFB激光器中，共耦合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(Jap.J.0f Applied Physics，Vol.43 (2A)，PP.L136-L138，2004)工藝復(fù)雜，制作難度大；寬脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(IEEE J.0f Selected top.1cs In Quantum Electronics, Vol.14，PP.217-223，2008.)輸出的兩個(gè)縱模波長(zhǎng)及間隔會(huì)隨注入電流和溫度改變，導(dǎo)致拍頻光束不穩(wěn)定；脊形側(cè)面雙光棚■結(jié)構(gòu)(IEEE Photonics Technology Letters，Vol.18 (24)，PP.2563-2565，2006)中，兩個(gè)輸出波長(zhǎng)隨著電流和溫度的改變按相同的方向和速率移動(dòng)，兩個(gè)DFB波長(zhǎng)之間的間隔不會(huì)改變，拍頻穩(wěn)定性最佳。但需要在窄脊條上使用電子束直寫的方法制備兩個(gè)不同周期的光柵，工藝難度大，制作成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種共腔雙波長(zhǎng)DFB激光器的制造方法，相比現(xiàn)有技術(shù)的雙模DFB激光器，其主要區(qū)別為光柵的制作方式，是在共腔有源區(qū)的下層和上層制作出兩套不同周期的DFB光柵，從而達(dá)到同時(shí)輸出兩個(gè)DFB波長(zhǎng)的效果。
[0004]本發(fā)明提供一種共腔雙波長(zhǎng)分布反饋激光器的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0005]步驟1:在摻雜磷化銦襯底上制作下層光柵；
[0006]步驟2:在下層光柵上外延生長(zhǎng)下光柵覆蓋層和有源區(qū)層；
[0007]步驟3:在有源區(qū)層上制作上層光柵；
[0008]步驟4:在上層光柵上外延生長(zhǎng)摻雜磷化銦蓋層和重?fù)诫s歐姆接觸層；
[0009]步驟5:按標(biāo)準(zhǔn)激光器管芯工藝完成后續(xù)制作。
[0010]本發(fā)明提出的在激光器共腔有源區(qū)的下層和上層制作出兩套不同周期的DFB光柵，并實(shí)現(xiàn)輸出兩個(gè)DFB波長(zhǎng)的方案，與以往其他方法不同。可以采用電子束直寫的方式實(shí)現(xiàn)，也可以采用全息曝光的方式完成。這種共腔雙波長(zhǎng)DFB激光器，相對(duì)于多段式和多個(gè)激光器組成的雙波長(zhǎng)源，具有體積小、工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高，且更易實(shí)現(xiàn)集成化的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]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:
[0012]圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
[0013]圖2、3、4、5、6為依照本發(fā)明第一實(shí)施例的各步驟結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2、3、4、7、8、9為依照本發(fā)明第二實(shí)施例的各步驟結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖10、11、12、13、14、為依照本發(fā)明第三實(shí)施例的各步驟結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖10、11、12、15、16、17為依照本發(fā)明第四實(shí)施例的各步驟結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]請(qǐng)參閱圖1-圖6所示，本發(fā)明提供一種共腔雙波長(zhǎng)分布反饋激光器的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0019]步驟1:在摻雜磷化銦襯底1上利用電子束直寫或全息曝光的方式直接制作周期為Λ i的下層光柵2，下層光柵2為直接在未做任何處理的干凈摻雜磷化銦襯底1上刻蝕形成；摻雜磷化銦襯底1為η型摻雜；共腔雙波長(zhǎng)分布反饋激光器的一個(gè)激射波長(zhǎng)λ1 =
，周期Ai由激射波長(zhǎng)λ i確定；如圖2所示，圖2是在摻雜磷化銦襯底1上刻蝕形成下層光柵2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]步驟2:在下層光柵2上外延生長(zhǎng)下光柵覆蓋層3和有源區(qū)層4，所述下光柵覆蓋層3為不摻雜的四元銦鎵砷磷層3a和磷化銦層3b ;四元銦鎵砷磷層3a的厚度為10納米至80納米，通過(guò)外延技術(shù)填充在下層光柵2的凹區(qū)內(nèi)；磷化銦層3b的厚度為100納米至200納米；下光柵覆蓋層3如圖3所示，四元銦鎵砷磷層3a填充在下層光柵2的凹區(qū)內(nèi)，磷化銦層3b覆蓋在四元銦鎵砷磷層3a上；所述有源區(qū)層4包含:一下分別限制層4a和依次制作
[0021]在其上的多量子阱層4b和上分別限制層4c ;下分別限制層4a和上分別限制層4b的材料為與摻雜磷化銦襯底1晶格匹配的四元銦鎵砷磷或銦鎵鋁砷，厚度為50納米至200納米；多量子阱層4b的結(jié)構(gòu)為銦鎵砷磷/磷化銦或銦鎵鋁砷/磷化銦，阱的個(gè)數(shù)為3至6個(gè)，皇的個(gè)數(shù)為4至7個(gè)；有源區(qū)層4的光熒光峰值波長(zhǎng)為1.1微米至1.8微米；有源區(qū)層結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。
[0022]步驟3:在有源區(qū)層4的上分別限制層4c上利用電子束直寫或全息曝光的方式直接制作周期為Λ2的上層光柵5，上層光柵5為直接在上分別限制層4c上向下刻蝕形成；共腔雙波長(zhǎng)分布反饋激光器的另一個(gè)激射波長(zhǎng)λ2= 2nrffA2，周期Λ2由激射波長(zhǎng)λ 2確定；如圖5所示，圖5是在上分別限制層4c上刻蝕形成上層光柵5的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中所述下層光柵2和上層光柵5，其起伏高度為10納米至80納米；所述共腔雙波長(zhǎng)分布反饋激光器，指在相同的器件結(jié)構(gòu)和諧振腔內(nèi)，能夠同時(shí)輸出兩束不同波長(zhǎng)的分布反饋激光的器件；兩束激光波長(zhǎng)在1.1微米和1.8微米之間，兩束激光之間的波長(zhǎng)差可在幾納米和60納米之間選擇，完全取決于所需應(yīng)用。
[0024]步驟4:在上層光柵5上依次外延生長(zhǎng)摻雜磷化銦蓋層6和重?fù)诫s歐姆接觸層7 ;摻雜磷化銦蓋層6的摻雜類型為p型摻雜，厚度為1.5微米；摻雜磷化銦蓋層6的摻雜濃度隨著生長(zhǎng)厚度由低到高增加，最高摻雜濃度達(dá)到10ls/cm3;重?fù)诫s歐姆歐姆接觸層7是與與襯底晶格匹配的銦鎵砷三元材料，厚度為200納米；摻雜濃度大于K^/cm3。
[0025]步驟5:按標(biāo)準(zhǔn)激光器管芯工藝完成后續(xù)制作，獲得共腔雙波長(zhǎng)分布反饋激光器。
[0026]實(shí)施例2
[0027]請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖7、圖