窄线宽半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种窄线宽半导体激光器及其制备方法，涉及半导体光芯片技术领域，主要目的是降低窄线宽激光器的制备难度和成本，并提高其结构稳定性。本发明专利技术的主要技术方案为：该窄线宽半导体激光器包括DFB增益区、深刻蚀光栅区和无源波导区；DFB增益区的端面为第一解理面，第一解理面上设置有高透射介质膜；深刻蚀光栅区包括衬底和在衬底上由下至上依次生长的N型包层、光栅波导层和P型包层；深刻蚀光栅区包括多个光栅，多个光栅沿激光器腔体的长度方向间隔排布；无源波导区包括衬底和在衬底上由下至上依次生长的N型包层、无源波导层和P型包层；无源波导区的端面为第二解理面，第二解理面上设置有高反射介质膜。二解理面上设置有高反射介质膜。二解理面上设置有高反射介质膜。

【技术实现步骤摘要】
窄线宽半导体激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光芯片
，具体而言，涉及一种窄线宽半导体激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]窄线宽激光器在相干光通信、气体探测以及激光雷达等领域有广泛的应用，随着应用技术的提升，器件商对窄线宽激光器的线宽有了越来越高的要求。
[0003]目前，对于常规的DFB半导体激光器，即分布式反馈激光器，由于注入电流噪声、温度噪声以及电光转换过程的起伏噪声等影响，其线宽通常在200kHz以上。若想要获得窄线宽指标，通常的做法是在激光器的一端设置滤波片和反射镜，或者设置标准具，以实现通过光波频率和反射率的关系为DFB激光器提供反馈，从而得到窄线宽指标。
[0004]然而，无论采用上述哪种方式来压缩DFB激光器的线宽，都需要提供稳定的空间光路和价格高昂的耦合设备，导致得到的窄线宽激光器的成本较高，制备难度较高，且结构稳定性较差。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种窄线宽半导体激光器及其制备方法，主要目的是降低窄线宽激光器的制备难度和成本，并提高其结构稳定性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术实施例提供了一种窄线宽半导体激光器，包括激光器腔体，还包括：
[0008]沿所述激光器腔体的长度方向依次排布的DFB增益区、深刻蚀光栅区和无源波导区；所述DFB增益区的端面为第一解理面，所述第一解理面上设置有高透射介质膜；
[0009]所述深刻蚀光栅区包括衬底和在所述衬底上由下至上依次生长的N型包层、光栅波导层和P型包层；所述深刻蚀光栅区包括多个光栅，多个所述光栅沿所述激光器腔体的长度方向间隔排布；
[0010]所述无源波导区包括所述衬底和在所述衬底上由下至上依次生长的所述N型包层、无源波导层和所述P型包层；所述无源波导区的端面为第二解理面，所述第二解理面上设置有高反射介质膜。
[0011]进一步地，所述DFB增益区包括所述衬底和在所述衬底上由下至上依次生长的所述N型包层、有源波导层、P型掩埋光栅层、所述P型包层和接触电极。
[0012]进一步地，所述光栅波导层的厚度大于或等于所述有源波导层的厚度；
[0013]所述光栅波导层的折射率与所述有源波导层的折射率一致。
[0014]进一步地，所述有源波导层包括多个量子阱，所述量子阱的数量为3
‑
5个，所述量子阱的厚度小于或等于6纳米。
[0015]进一步地，所述DFB增益区的量子阱增益峰值比光栅布拉格大20
‑
50纳米。
[0016]进一步地，所述光栅的刻蚀深度到达所述N型包层。
[0017]进一步地，所述无源波导区的长度大于1厘米。
[0018]进一步地，所述光栅波导层和无源波导层的材料相同且为同一层。
[0019]另一方面，本专利技术实施例提供了一种窄线宽半导体激光器的制备方法，包括：
[0020]在衬底上依次外延生长N型包层、下波导层、量子阱有源区和上波导层，并制作掩埋光栅结构；
[0021]去除深刻蚀光栅区和无源波导区的所述下波导层、量子阱有源区和上波导层，并在所述深刻蚀光栅区和无源波导区外延生长光栅波导层和无源波导层；
[0022]在DFB增益区、深刻蚀光栅区和无源波导区外延生长P型包层；
[0023]对深刻蚀光栅区进行刻蚀，形成半导体
‑
空气光栅结构；
[0024]在所述DFB增益区、深刻蚀光栅区和无源波导区沉积绝缘介质膜材料，再沉积P面电极金属材料；
[0025]对所述衬底进行减薄，并沉积N面电极金属材料，完成热处理和合金化；
[0026]以DFB增益区的端面和无源波导区的端面作为解理面进行解理以对应形成第一解理面和第二解理面，然后在所述第一解理面镀高透射介质膜，以及在所述第二解理面镀高反射介质膜。
[0027]进一步地，所述对深刻蚀光栅区进行刻蚀，形成半导体
‑
空气光栅结构，包括：
[0028]利用光刻和干法刻蚀去除所述深刻蚀区的部分区域的所述P型包层和光栅波导层，形成所述半导体
‑
空气光栅结构。
[0029]借由上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0030]本专利技术实施例提供的窄线宽半导体激光器中，无源波导区的端面设置有高反射介质膜，并且，深刻蚀光栅区的光栅波导层和空气构成的光栅结构可以实现较高的反射率，使得无源波导区的两端均存在高反射特性，在DFB增益区工作时，DFB增益区发出的激光可以在无源波导区往返振荡，从而使得深刻蚀光栅区和无源波导区构成FP滤波器，且该FP滤波器能够向DFB增益区输出反馈信号，该反馈信号可以稳定DFB增益区的激光波长，从而实现压缩激光器的线宽的目的，相比于现有技术，本专利技术实施例提供的技术方案中DFB增益区的反馈信号由片上波导提供，无需耦合设备、外部空间光路和光学元件，降低了窄线宽激光器的制备难度和成本，且提高了其结构稳定性。
附图说明
[0031]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0032]图1为本专利技术实施例提供的一种窄线宽半导体激光器的截面结构示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例提供的一种窄线宽半导体激光器的俯视结构示意图；
[0034]图3为本专利技术实施例提供的一种窄线宽半导体激光器的FP过滤器的反射率和激光波长之间关系的曲线图。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的优选实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。
[0036]在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
[0037]如图1和图2所示，本专利技术实施例提供了一种窄线宽半导体激光器，具体为一种单片集成的窄线宽半导体激光器，包括激光器腔体，还包括沿激光器腔体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽半导体激光器，包括激光器腔体，其特征在于，还包括：沿所述激光器腔体的长度方向依次排布的DFB增益区、深刻蚀光栅区和无源波导区；所述DFB增益区的端面为第一解理面，所述第一解理面上设置有高透射介质膜；所述深刻蚀光栅区包括衬底和在所述衬底上由下至上依次生长的N型包层、光栅波导层和P型包层；所述深刻蚀光栅区包括多个光栅，多个所述光栅沿所述激光器腔体的长度方向间隔排布；所述无源波导区包括所述衬底和在所述衬底上由下至上依次生长的所述N型包层、无源波导层和所述P型包层；所述无源波导区的端面为第二解理面，所述第二解理面上设置有高反射介质膜。2.根据权利要求1所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述DFB增益区包括所述衬底和在所述衬底上由下至上依次生长的所述N型包层、有源波导层、P型掩埋光栅层、所述P型包层和接触电极。3.根据权利要求2所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述光栅波导层的厚度大于或等于所述有源波导层的厚度；所述光栅波导层的折射率与所述有源波导层的折射率一致。4.根据权利要求2所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述有源波导层包括多个量子阱，所述量子阱的数量为3
‑
5个，所述量子阱的厚度小于或等于6纳米。5.根据权利要求1所述的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述DFB增益区的量子阱增益峰值比光栅布拉格大20
‑
50纳米。6.根据权利要求1所述的窄线宽半导体激光器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏思航，周志强，刘永康，
申请(专利权)人：武汉敏芯半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：