一種可調(diào)雙波長(zhǎng)分布反饋式半導(dǎo)體激光器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖通信、光電傳感以及其他光電信息處理。本 發(fā)明是一種兩個(gè)激射波長(zhǎng)可在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的分布反饋式半導(dǎo)體激光器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙波長(zhǎng)激光器在光電傳感、微波信號(hào)產(chǎn)生和光電信息處理等方面有著十分重要的 應(yīng)用。單一諧振腔的分布反饋式雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，幾何尺寸緊湊，操作方 便而深受歡迎。由于分布反饋半導(dǎo)體激光器的諧振腔通常小于1毫米，如果要在單一諧振 腔中得到雙波長(zhǎng)激射，那么諧振腔中將存在著激烈的模式競(jìng)爭(zhēng)。為在單一諧振腔中得到穩(wěn) 定的雙波長(zhǎng)激光輸出，最簡(jiǎn)單的做法是同時(shí)在激光器選頻光柵中不同位置引入兩個(gè)相移。 為克服制作真實(shí)相移光柵需要用到高精度的電子束刻寫設(shè)備造成的成本高昂，刻寫效率低 下問(wèn)題，南京大學(xué)陳向飛教授發(fā)明了重構(gòu)一等效啁嗽技術(shù)，用等效相移來(lái)代替真實(shí)相移。這 種方法大大降低了制作了相移時(shí)的加工精度要求，因而制作的難度和成本有很大的降低。 陳向飛課題組已經(jīng)用這種方法已經(jīng)制作了多種分布反饋式雙波長(zhǎng)取樣光柵激光器。
[0003] 雙波長(zhǎng)激光器在用來(lái)進(jìn)行光電傳感和產(chǎn)生微波信號(hào)時(shí)，通常是基于雙波長(zhǎng)激光器 激射的兩種波長(zhǎng)的激光，同時(shí)加載到同一光電探測(cè)器上產(chǎn)生拍頻信號(hào)的原理。上文提到的 雙相移（真實(shí)相移或等效相移）光柵制作的分布反饋式雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器，人們可以通 過(guò)改變其中引入相移的大小和位置，來(lái)改變激光器兩種波長(zhǎng)激光的波長(zhǎng)大小。但當(dāng)普通的 雙相移分布反饋式雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器中，由于引入相移的位置和大小是固定的，因而無(wú) 法精確調(diào)節(jié)其激射激光的波長(zhǎng)，當(dāng)然就無(wú)法精確控制其拍頻信號(hào)的頻率。由于無(wú)法調(diào)節(jié)激 光器的產(chǎn)生激光的波長(zhǎng)，這類雙波長(zhǎng)激光器的應(yīng)用范圍和性能就受到了很大的限制。
[0004] 為能夠調(diào)節(jié)上面所述雙相移分布反饋式雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器激射激光的波長(zhǎng)，有 人采用了加裝電加熱器或施加應(yīng)力裝置等特殊手段，試圖來(lái)調(diào)控激光器激射波長(zhǎng)的大小。 但這些方法要么難以加工和實(shí)施，要么效果并不理想。以給激光器加裝電加熱器為例，它 只能調(diào)節(jié)兩個(gè)激射波長(zhǎng)整體紅移或藍(lán)移，并不能調(diào)節(jié)兩個(gè)激射波長(zhǎng)的相向移動(dòng)或相反移動(dòng) (一個(gè)波長(zhǎng)藍(lán)移，另一波長(zhǎng)紅移）。所以到目前為止，雙相移分布反饋式雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光 器，并沒有得到廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中雙相移分布反饋式雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器存在的上述不足，為了能 夠?qū)す馄鞯膬蓚€(gè)激射波長(zhǎng)連續(xù)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，本發(fā)明提出了一種特殊方法，通過(guò)在上述激 光器光柵中兩個(gè)相移所在位置另增加獨(dú)立引出電極的方法，來(lái)調(diào)控激光器從三個(gè)電極注入 電流大?。ū壤﹣?lái)控制引入兩個(gè)相移的大小，進(jìn)而精細(xì)調(diào)節(jié)激光器兩個(gè)激射波長(zhǎng)的大小 和波長(zhǎng)間隔，為雙相移分布反饋式雙波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器的設(shè)計(jì)制造，提出一種新的結(jié)構(gòu)和 制作方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種可調(diào)雙波長(zhǎng)分布反饋式半導(dǎo)體激光器裝置，所述激光器裝置由三個(gè)反饋區(qū)和 位于三個(gè)反饋區(qū)之間的兩個(gè)相移區(qū)組成，沿著整個(gè)激光器其光柵結(jié)構(gòu)為普通均勻光柵或均 勻取樣光柵；三個(gè)反饋區(qū)的電極用導(dǎo)線連接在一起形成反饋區(qū)電極，兩個(gè)相移區(qū)電極各自 獨(dú)立引出，且反饋區(qū)電極與兩個(gè)相移區(qū)的電極相電隔離。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，沿著整個(gè)激光器的光柵結(jié)構(gòu)為帶有兩個(gè)等效相移的均 勻取樣光柵；在兩個(gè)相移區(qū)中間位置各設(shè)置有一個(gè)等效相移；通過(guò)改變反饋區(qū)電極和兩個(gè) 相移區(qū)電極的注入電流，調(diào)節(jié)在兩個(gè)相移區(qū)中間位置的等效相移大小，從而控制激光器激 射的兩種激光的波長(zhǎng)大小和波長(zhǎng)間隔大小。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，沿著整個(gè)激光器的光柵結(jié)構(gòu)為普通均勻光柵；通過(guò)改 變反饋區(qū)電極和兩個(gè)相移區(qū)電極的注入電流，兩個(gè)相移區(qū)中間位置各形成一個(gè)大小可以調(diào) 節(jié)的真實(shí)相移，從而獲得穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)激射并控制兩種激光的波長(zhǎng)大小和波長(zhǎng)間隔大小。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，沿著整個(gè)激光器的光柵結(jié)構(gòu)為均勻取樣光柵；通過(guò)改 變反饋區(qū)電極和兩個(gè)相移區(qū)電極的注入電流，兩個(gè)相移區(qū)中間位置各形成一個(gè)大小可以調(diào) 節(jié)的等效相移，從而來(lái)獲得穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)激射并調(diào)節(jié)兩種激光的波長(zhǎng)大小和波長(zhǎng)間隔大 小。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，沿著整個(gè)激光器的光柵結(jié)構(gòu)為帶有兩個(gè)真實(shí)相移的普 通均勻光柵；在兩個(gè)相移區(qū)中間位置各設(shè)置有一個(gè)真實(shí)相移；通過(guò)改變反饋區(qū)電極和兩個(gè) 相移區(qū)電極的注入電流，調(diào)節(jié)在兩個(gè)相移區(qū)中間位置的真實(shí)相移大小，從而調(diào)節(jié)激光器激 射的兩種激光的波長(zhǎng)大小和波長(zhǎng)間隔大小。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，兩個(gè)相移區(qū)中間位置各有一個(gè)等效31相移，且兩個(gè)相 移區(qū)長(zhǎng)度相同。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，兩個(gè)相移區(qū)中間位置各有一個(gè)真實(shí)31相移，且兩個(gè)相 移區(qū)長(zhǎng)度相同。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，三個(gè)反饋區(qū)的電極與兩個(gè)相移區(qū)的電極通過(guò)相間隔的 方式相電隔離。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，三個(gè)反饋區(qū)的電極與兩個(gè)相移區(qū)的電極通過(guò)注入氦離 子或者通過(guò)刻蝕電隔離溝的方式相電隔離。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，第一反饋區(qū)和第三反饋區(qū)的長(zhǎng)度不同。
[0017] -種可調(diào)雙波長(zhǎng)分布反饋式半導(dǎo)體激光器裝置的制造方法，具體包括如下步驟：
[0018] (1)在N型InP襯底材料上依次外延N型InP緩沖層、100nm厚的非摻雜晶格匹配 InGaAsP下限制層、應(yīng)變InGaAsP多量子阱和100nm厚的P型晶格匹配InGaAsP上限制層；
[0019] ⑵光柵圖案的制作方法
[0020] ①用普通雙光束全息干涉曝光的方法，把均勻光柵圖案轉(zhuǎn)移到上限制層上的光刻 膠上，然后施以材料刻蝕，在上限制層上部形成所需的均勻光柵結(jié)構(gòu)；
[0021] ②用高精度電子束刻寫的方法，把帶有兩個(gè)需要的真實(shí)相移的均勻光柵圖案刻錄 到上限制層上的光刻膠上，然后施以材料刻蝕，在上限制層上部形成所需的雙真實(shí)相移均 勾光柵結(jié)構(gòu)；
[0022] ③用取樣光刻板結(jié)合雙光束全息干涉曝光的方法，把均勻取樣光柵圖案轉(zhuǎn)移到 上限制層上的光刻膠上，然后施以材料刻蝕，在上限制層上部形成所需的均勻取樣光柵結(jié) 構(gòu)；
[0023] ④用取樣光刻板結(jié)合雙光束全息干涉曝光的方法，把帶有兩個(gè)需要的等效相移的 均勻取樣光柵圖案轉(zhuǎn)移到上限制層上的光刻膠上，然后施以材料刻蝕，在上限制層上部形 成所需的帶有雙等效相移的均勻取樣光柵結(jié)構(gòu)；
[0024] (3)當(dāng)光柵制作好后，再通過(guò)二次外延生長(zhǎng)P型InP層和P型InGaAs歐姆接觸層。 在外延生長(zhǎng)結(jié)束后，利用普通光刻結(jié)合化學(xué)濕法刻蝕，完成脊形波導(dǎo)的制作；
[0025] (4)用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法工藝，在脊形波導(dǎo)周圍沉積一層300nm厚的 SiOjl或有機(jī)物BCB絕緣層；
[0026] (5)接著利用光刻和化學(xué)濕法刻蝕，去除激光器脊形波導(dǎo)上方的SiOjl或有機(jī)物 BCB絕緣層，露出其InGaAs歐姆接觸層；
[0027] (6)用磁控濺射的方法，在整個(gè)激光器結(jié)構(gòu)的上方分別鍍上100nm厚的Ti和 400nm厚的Au，結(jié)合光刻工藝和化學(xué)濕法刻蝕，在脊條上方露出InGaAs的歐姆接觸層上形 成Ti-Au金屬P電極；
[0028] (7)接著把整個(gè)激光器晶片減薄到150 y m后，在基底材料的下方蒸鍍上500nm厚 的Au-Ge-Ni合金作為N電極；
[0029] (8)接著把得到的激光器芯片的三個(gè)反饋區(qū)的P電極用金絲連接在一起引出，形 成反饋區(qū)P電極，兩個(gè)相移區(qū)的P電極也各自用金絲引出；從而形成三