一种多结分布式反馈激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多结分布式反馈激光器及其制备方法，其中多结分布式反馈激光器包括：衬底；至少两层的有源发光层，位于衬底的同一侧；至少两层的有源发光层沿第一方向层叠设置，第一方向为垂直于衬底的方向；相邻两层的有源发光层之间设置有一层隧道结光栅，隧道结光栅包括沿第二方向依次交替设置的隧道结部和填充部；其中，位于隧道结光栅两侧的有源发光层通过隧道结部电连接；隧道结光栅可使其两侧的有源层在第二方向上形成周期分布的载流子注入，从而具备增益耦合光栅的效果，第二方向与第一方向垂直。本发明专利技术实施例提供的技术方案实现了提高DFB激光器的单模良率的同时，提高激光器的量子效率和可靠性。高激光器的量子效率和可靠性。高激光器的量子效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种多结分布式反馈激光器及其制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及激光器
，尤其涉及一种多结分布式反馈激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]分布式反馈（Distributed Feedback Laser，DFB）激光器，属于侧面发射的半导体激光器，具有较好的单色性(即光谱纯度)，以及较高的边模抑制比(SMSR)，广泛应用于光通信、光互连、光存储高功率的应用、工业切割、测距、Lidar、医疗等领域。
[0003]目前，DFB 激光器的光栅通常有两种耦合方式，一种是折射率耦合光栅， 一种是增益耦合光栅。折射率耦合光栅和发光区之间可以插入间隔层，形成掩埋光栅结构，从而减少光栅刻蚀对发光区的破坏，进而可获得高的量子效率和可靠性。但是折射率耦合均匀光栅会有双模激射的问题，进而降低了DFB激光器的单模良率。增益耦合均匀光栅可以获得稳定的单模激射，但一般需要将光栅制作在发光区，这样会造成对发光区的破坏，进而影响激光器的量子效率和可靠性。因此如何解决DFB激光器单模良率低的同时，解决激光器的量子效率低可靠性差的问题，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种多结分布式反馈激光器及其制备方法，以提高DFB激光器的单模良率的同时，提高激光器的量子效率和可靠性。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种多结分布式反馈激光器，包括：衬底；至少两层的有源发光层，位于所述衬底的同一侧；至少两层的有源发光层沿第一方向层叠设置，所述第一方向为垂直于所述衬底的方向；相邻两层的有源发光层之间设置有一层隧道结光栅，所述隧道结光栅包括沿第二方向依次交替设置的隧道结部和填充部；其中，位于所述隧道结光栅两侧的有源发光层通过所述隧道结部电连接；所述隧道结光栅可形成位于其两侧的有源层的周期性分段式载流子注入，以用为增益耦合光栅，所述第二方向与所述第一方向垂直。
[0006]可选的，所述隧道结部的折射率和所述填充部的折射率相同。
[0007]可选的，所述隧道结部的折射率和所述填充部的折射率不同，所述隧道结光栅还复用为折射率耦合光栅。
[0008]可选的，所述有源发光层包括：有源层以及位于所述有源层相对两侧的上包覆层和下包覆层；相对于所述上包覆层，所述下包覆层较靠近于所述衬底；其中，所述上包覆层的掺杂离子的类型和下包覆层的掺杂离子的类型相反。
[0009]可选的，所述隧道结部包括：
沿所述第一方向层叠设置的第一隧道结子层和第二隧道结子层；相对于所述第二隧道结子层，所述第一隧道结子层较靠近于所述衬底；其中，所述第一隧道结子层的掺杂离子的类型和第二隧道结子层的掺杂离子的类型相反；每一隧道结子层的掺杂离子的类型和与其接触的包覆层的掺杂离子的类型相同；所述填充部的掺杂离子的类型和与其接触的上包覆层和下包覆层中的一层的掺杂离子的类型相同；所述隧道结部的掺杂离子的浓度大于填充部的掺杂离子的浓度。
[0010]可选的，所述衬底的材料包括N型InP；所述下包覆层的材料包括 N型InP，有源层的材料包括InGaAsP 或 AlGaInAs，所述上包覆层的材料包括 P型InP；所述隧道结光栅中的填充部的材料包括N型InP；所述隧道结光栅中的隧道结部包括P型InGaAsP的第一隧道结子层和N型InGaAsP 的第二隧道结子层，或者，P型InP的第一隧道结子层和N型InP 的第二隧道结子层。
[0011]可选的，多结分布式反馈激光器还包括：缓冲层，所述缓冲层与所述有源层位于所述衬底的同一侧；所述缓冲层覆盖所述衬底，所述缓冲层的材料与所述衬底的材料相同；盖层，所述盖层位于所述隧道结光栅远离所述衬底的一侧，并覆盖所述隧道结光栅远离所述衬底一侧的表面；所述盖层的材料与所述填充部的材料以及所述第二隧道结子层的材料相同。
[0012]可选的，多结分布式反馈激光器还包括：脊波导结构，所述脊波导结构位于距离所述衬底最远的有源发光层远离所述衬底的一侧。
[0013]可选的，多结分布式反馈激光器还包括：介电层，所述介电层覆盖所述脊波导结构的侧壁以及部分的有源发光层；第一电极层，所述第一电极层位于所述脊波导结构远离所述衬底的一侧；第二电极层，所述第二电极层位于所述衬底远离所述有源层的一侧。
[0014]可选的，不同位置的隧道结光栅的光栅周期相同。
[0015]第二方面，本专利技术实施例提供了一种多结分布式反馈激光器的制备方法，该方法包括：提供衬底；在所述衬底的同一侧形成至少两层的有源发光层；至少两层的有源发光层沿第一方向层叠设置，所述第一方向为垂直于所述衬底的方向；并在相邻的两层有源发光层之间形成一层隧道结光栅；所述隧道结光栅包括沿第二方向依次交替设置的隧道结部和填充部；其中，位于所述隧道结光栅两侧的有源层通过所述隧道结部电连接；所述隧道结光栅可形成位于其两侧的有源层的周期性分段式载流子注入，以用为增益耦合光栅，所述第二方向与所述第一方向垂直。
[0016]本专利技术实施例提供了一种多结分布式反馈激光器及其制备方法，其中多结分布式反馈激光器包括：衬底；至少两层的有源发光层，位于衬底的同一侧；至少两层的有源层发光层沿第一方向层叠设置，第一方向为垂直于衬底的方向；相邻两层的有源发光层之间设
置有一层隧道结光栅，隧道结光栅包括沿第二方向依次交替设置的隧道结部和填充部；其中，位于隧道结光栅两侧的有源发光层通过隧道结部电连接；隧道结光栅为位于其两侧的有源发光层的共用，形成沿第二方向周期分布的分段式载流子注入，用作为增益耦合光栅，进而具备增益耦合光栅的效果，第二方向与第一方向垂直。本专利技术实施例提供的技术方案通过设置至少两层的有源发光层，并在相邻的两个独立发光的有源发光层中间，引入隧道结光栅，采用隧道结光栅作为电流注入通道，使电流只能从隧道结部流通，进而对发光区形成分段的载流子注入，形成增益耦合效果，使得DFB激光器可获得较高的单模良率，无需将光栅制作在有源层处，避免造成对发光区的破坏，进而保证了激光器的量子效率和可靠性；另外，通过至少两层的有源发光层的串联，可成倍的增加DFB激光器的光功率密度，提高激光器的输出功率，实现提高DFB激光器的单模良率的同时，提高激光器的量子效率和可靠性。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例提供的一种多结分布式反馈激光器的结构剖面图；图2是本专利技术实施例提供的一种具有增益耦合效果的隧道结光栅的结构剖面图；图3是本专利技术实施例提供的一种具有增益耦合效果和折射耦合效果的隧道结光栅的结构剖面图；图4是本专利技术实施例提供的另一种多结分布式反馈激光器的结构剖面图；图5是图4所示结构的YZ截面的结构剖面图；图6是本专利技术实施例提供的一种多结分布式反馈激光器的制备方法的流程图；图7是本专利技术实施例提供的另一种多结分布式反馈激光器的制备方法的流程图；图8是本专利技术实施例提供的一种多结分布式反馈激光器的制备方法中步骤S210对应的结构剖面图；图9是本专利技术实施例提供的一种多结分布式反馈激光器的制备方法中步骤S220对应的结构剖面图；图10是本专利技术实施例提供的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多结分布式反馈激光器，其特征在于，包括：衬底；至少两层的有源发光层，位于所述衬底的同一侧；至少两层的有源发光层沿第一方向层叠设置，所述第一方向为垂直于所述衬底的方向；相邻两层的有源发光层之间设置有一层隧道结光栅，所述隧道结光栅包括沿第二方向依次交替设置的隧道结部和填充部；其中，位于所述隧道结光栅两侧的有源发光层通过所述隧道结部电连接；所述隧道结光栅可形成位于其两侧的有源层的周期性分段式载流子注入，以用为增益耦合光栅；其中，所述第二方向与所述第一方向垂直。2.根据权利要求1所述的多结分布式反馈激光器，其特征在于，所述隧道结部的折射率和所述填充部的折射率相同。3.根据权利要求1所述的多结分布式反馈激光器，其特征在于，所述隧道结部的折射率和所述填充部的折射率不同，所述隧道结光栅还复用为折射率耦合光栅。4.根据权利要求1所述的多结分布式反馈激光器，其特征在于，所述有源发光层包括：有源层以及位于所述有源层相对两侧的上包覆层和下包覆层；相对于所述上包覆层，所述下包覆层较靠近于所述衬底；其中，所述上包覆层的掺杂离子的类型和下包覆层的掺杂离子的类型相反。5.根据权利要求4所述的多结分布式反馈激光器，其特征在于，所述隧道结部包括：沿所述第一方向层叠设置的第一隧道结子层和第二隧道结子层；相对于所述第二隧道结子层，所述第一隧道结子层较靠近于所述衬底；其中，所述第一隧道结子层的掺杂离子的类型和第二隧道结子层的掺杂离子的类型相反；每一隧道结子层的掺杂离子的类型和与其接触的包覆层的掺杂离子的类型相同；所述填充部的掺杂离子的类型和与其接触的上包覆层和下包覆层中的一层的掺杂离子的类型相同；所述隧道结部的掺杂离子的浓度大于填充部的掺杂离子的浓度。6.根据权利要求5所述的多结分布式反馈激光器，其特征在于，所述衬底的材料包括N型InP；所述下包覆层的材料包括 N型InP，有源层的材料包括InG...

【专利技术属性】
技术研发人员：李善文，李辉杰，牛守柱，李含轩，
申请(专利权)人：常州纵慧芯光半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：