一种窄线宽激光器的制作方法

本实用新型涉及光电技术领域，尤其涉及一种窄线宽激光器。

背景技术：

应用于光通信的高传输速率光模块对光源的线宽要求越来越高，为了得到线宽够窄同时能适用于光通信波段的激光器，目前采用的技术主要包括外腔激光器和硅光半导体激光器，虽然两种方案能实现超窄线宽，由于外腔激光器和硅光半导体激光器由多个部分组成，存在成本高、外部光学耦合器件稳定性差和集成度不够等诸多问题，不适合大规模用于实际光通信模块。集成度高，稳定性高的半导体激光器芯片，例如分布反馈布拉格激光器(dfb)和分布布拉格反射(dbr)激光器,也能够解决上述问题，但是由于半导体激光器的等效腔长较短，输出的线宽较大，不能满足光通信技术中的线宽要求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种窄线宽激光器，用以解决现有技术中线宽达不到光通信要求的缺陷，实现了激光器的窄线宽输出。

本实用新型提供了一种窄线宽激光器，制作于半导体外延片上，包括从下往上外延生长的背电极、inp衬底层、有源区下限制层、ingaasp有源区、有源区上限制层、inp层和ingaas接触层，所述ingaas接触层向下刻蚀有深沟槽阵列，每一个深沟槽的深度穿过所述ingaasp有源区，所述ingaas接触层上镀有金属电极。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以作出如下改进。

可选的，所述深沟槽阵列包括2-6个相同的深沟槽。

可选的，相邻两深沟槽中心之间的光程满足四分之一激光器中心波长的整数倍，且其中至少有一段光程为四分之一激光器中心波长的偶数倍。

可选的，每一个所述深沟槽的深度为4μm。

本实用新型提供的窄线宽激光器，采用深刻蚀槽可以减少光经过槽侧面时候的散射损耗，减少腔外损耗，输出线宽较窄，输出光能量密度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种窄线宽激光器的结构示意图；

图2为刻蚀的深沟槽在激光器的分布示意图；

图3为腐蚀成的台型激光器形貌示意图；

图4为表面电极排布图；

图5为本实用新型的一种窄线宽激光器的激光出射光谱图。

附图标记：

1、背电极，2、inp衬底，3、有源区下限制层，4、ingaasp有源区，5、有源区上限制层，6、p-inp层，7、n-inp层，8、inp覆盖层，9、ingaas接触层，10、表面电极，11、深沟槽。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

基于背景技术，本实用新型提供了一种窄线宽激光器，制作于半导体外延片上，参见图1，该窄线宽激光器包括从下往上外延生长的背电极1、inp衬底层2、有源区下限制层3、ingaasp有源区4、有源区上限制层5、inp覆盖层8和ingaas接触层9。ingaas接触层9向下刻蚀有深沟槽阵列，每一个深沟槽11的深度穿过ingaasp有源区4，ingaas接触层9上镀有金属电极10。

其中，深沟槽阵列包括2-6个相同的深沟槽11，相邻两深沟槽11中心之间的光程满足四分之一激光器中心波长的整数倍，且其中至少有一段光程为四分之一激光器中心波长的偶数倍。

通过游标效应可以实现单模输出，如图2所示是有三个深沟槽的激光器，三个深沟槽形成三个腔，这三段腔的波长间隔会存在微小差异，对于激光器中心波长λ来说，三段腔同时满足谐振条件，而其他波长不满足谐振条件，使得在一定自由光谱范围内仅激光器中心波长λ形成震荡，实现单模输出。

本实用新型采用深刻蚀槽可以减少光经过槽侧面时候的散射损耗，减少腔外损耗，输出线宽较窄，输出光能量密度高。

作为一种可能的实施方式，可参见图1和图3，ingaasp有源区4和有源区上限制层5的两侧二次外延生长有p-inp层6和n-inp层7，其中，p-inp层6和n-inp层7的折射率与ingaasp有源区4和有源区上限制层5的折射率差距大。

采用掩埋异质结的方式相当于在有源层中横向建立的类似异质结结构的折射率波导，具有着较大的折射率差。ingaasp有源区4的区域减少，对光场的限制作用增强，也减少了光传播的消耗，光场的空间分布稳定性高，从而提高了光能量密度，降低了泵浦阈值。

下面对本实用新型提供的窄线宽激光器的制作方法进行描述，其中，主要包括以下步骤：

步骤1：在n型inp衬底层2上面外延生长有源区下限制层3。

步骤:2：在有源区下限制层3上生长ingaasp的多量子阱mqw作为有源区，即ingaasp有源区4。

步骤3：在ingaasp有源区4上面外延生长一层有源区上限制层5。

步骤4：在有源区上限制层5沉积一层sio2，进行一次光刻，用sio2保护需要的波导图形，对其他部分采用hcl和h2so4分别对有源区上限制层5和ingaasp有源区4进行腐蚀液搭配，将外延片腐蚀成如图3所示结构示意图所示。

步骤5：进行二次外延生长，在台(图3中的结构称为台)的两侧生长p型inp层6和n型inp层7形成反向pn结对电子和载流子进行限制。

步骤6：去掉剩余的sio2，再生长一层inp覆盖层8和200～250nm的ingaas接触层9，使激光器的金属电极跟芯片实现良好的欧姆接触。

经过步骤6之后，激光器的外延生长部分完成，做二次光刻，进行深沟槽11的刻蚀，深刻槽11可以采用基于氩气、氢气、甲烷、氯气四种气体的刻蚀配方，配比为5：5：10：7，在60℃下得到侧壁光滑垂直的深刻蚀槽和深刻蚀反射面，刻蚀深度大约4μm要超过量子阱有源区。

制作完深刻槽后，进行三次光刻，在台的那条上面镀上金属电极10，上表面金属排布如图4所示，最后将整个外延片减薄做n面电极，解理后在两个断面上分别镀膜ar增透膜和hr高反膜。将镀膜完成的条解理单管后就可以进行后续的封装测试，其中，制作的窄线宽激光器的激光出射光谱图如图5所示，其中，横坐标为波长，nm；纵坐标是强度，单位dbm。

本实用新型提供的窄线宽激光器，采用深刻蚀槽可以减少光经过槽侧面时候的散射损耗，减少腔外损耗。采用掩埋异质结的方式相当于在有源层中横向建立的类似异质结结构的折射率波导，具有着较大的折射率差。有源区的区域减少，对光场的限制作用增强，也减少了光传播的消耗，光场的空间分布稳定性高，从而提高了光能量密度，降低了泵浦阈值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。