二维光栅双波长dfb激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种二维光栅双波长DFB激光器的制造方法。
【背景技术】
[0002]双波长激光器在全光时钟恢复和光载微波源上受到广泛关注。该类器件目前主要分为三类:共腔型、串行型和并行型。其中，共腔和串行型具有结构紧凑的优点，但是由于其中一个光腔的激射光会对另一个光腔有影响，导致双波长光腔不均匀，器件工作不稳定。并行型是将两个具有不同激射波长的DFB激光器，经光合波器实现双波长输出。相对共腔和串行型，可以很好地避免两个DFB激光器光腔之间的串扰，具有较高的工作稳定性。双波长激光器主要的制作难点在于如何实现两个具有不同激射波长的DFB激光器。迄今，研宄人员已经提出了一些制作方案。例如，C.Zhang，et al.-(Optics Letters 2013，38:3050-3052)提出用选区上分别限制层外延生长的方法，使不同DFB激光器的上分别限制层具有不同的厚度，从而实现激光器波导的模式折射率不同；M.Mohrle，et al.-(IeeeJournal of Selected Topics in Quantum Electronics 2001，7:217-223)提出在两个DFB激光器米用不同的光栅周期；S.Nishikawa, et al.- (Applied Physics Letters 2004，85:4840-4841)提出在一个DFB激光器中引入1/4波长相移结构，实现拍频和外部注入信号的锁定等等。这些方法主要是采用多次材料外延生长、多次光栅制作或者使用昂贵的电子束曝光设备，一方面，器件的成本提高，另一方面，器件的制作工艺复杂，导致成品率下降。另外一种制作工艺相对简单的方法是通过改变两个DFB激光器的波导的宽度来实现不同波长的激射，但是，这种方法对波导光刻和刻蚀工艺要求非常苛刻，导致器件制作难度大。
[0003]本发明采用二维光栅的方法制作双波长DFB激光器，只需要连续的两次全息曝光即可制作出横向和纵向周期不同的二维光栅，两个DFB激光器的波导方向分别沿二维光栅的横向和纵向，从而使得两个DFB激光器具有不同的光栅周期，再通过光合波器的合波，实现双波长的同时输出。相比其他的发明，本发明只需利用普通的光电子器件制备工艺，可极大地简化双波长激光器的制作工艺，降低成本。另外，二维光栅还具有抑制DFB激光器调模的作用，进一步提高器件的工作稳定性。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于提供一种二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，可以获得稳定的双波长输出，本发明公开的器件可以降低制作工艺的复杂度以及制作成本。
[0005]本发明提供一种二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，包括如下制作步骤:
[0006]步骤1:在衬底上依次外延生长缓冲层、下分别限制层、多量子阱和上分别限制层；
[0007]步骤2:在上分别限制层上旋涂用于制作光栅的光刻胶；
[0008]步骤3:调整全息曝光的干涉条纹周期，进行第一次全息曝光；
[0009]步骤4:调整全息曝光的干涉条纹周期，在垂直于上一次全息曝光的方向上，进行第二次全息曝光；
[0010]步骤5:显影，并刻蚀出光栅形貌；
[0011]步骤6:将一部分多量子阱和上分别限制层腐蚀掉，该腐蚀掉的部分为无源光合波器区，剩余的部分为有源激光器区；
[0012]步骤7:在有源区的上分别限制层和无源区的下分别限制层上外延生长包层和接触层；
[0013]步骤8:在有源区的接触层上刻蚀有源波导结构，在无源区的接触层上刻蚀无源波导结构，刻蚀深度大于包层和接触层的厚度；
[0014]步骤9:在有源区的波导上做电极，将衬底减薄，在减薄后的衬底背面制作电极，完成制备。
[0015]从上述技术方案可以发现，本发明具有以下有益效果:
[0016]利用两次全息曝光和一次材料刻蚀即可获得在垂直方向上具有不同周期的二维光栅，利用此二维光栅制作的两个DFB激光器具有不同的激射波长。通过合理地调节全息曝光的干涉条纹周期，可以方便地获得所需要的激射波长，进一步的波长调谐可以通过各个激光器的注入电流的控制来实现。此外，二维光栅还具有抑制DFB激光器的调模现象，提高了器件的工作稳定性和成品率。
【附图说明】
[0017]为进一步说明本发明的内容，以下结合实施例及附图对本发明进行进一步的描述，其中:
[0018]图1是本发明实施例的制作流程图；
[0019]图2是本发明实施例的第一次全息曝光的干涉条纹示意图；
[0020]图3是本发明实施例的第二次全息曝光的干涉条纹示意图；
[0021]图4是本发明实施例的二维光栅俯视图；
[0022]图5是本发明实施例的材料结构示意图；
[0023]图6是本发明实施例的器件波导分布的俯视图。
【具体实施方式】
[0024]实施例
[0025]请参阅I图所示，本发明提供一种二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，包括如下步骤:
[0026]步骤1:在衬底I上生长缓冲层2、下分别限制层3、多量子阱4以及上分别限制层5。衬底I的材料为InP、GaAs或GaN ；
[0027]步骤2:在晶片表面的上分别限制层5上旋涂用于全息曝光的光刻胶，并烘干；
[0028]步骤3:调整适当的全息曝光的干涉条纹周期A1，对晶片上旋涂的光刻胶进行曝光，干涉条纹沿X方向(图2);
[0029]步骤4:再次调整适当的全息曝光的干涉条纹周期A2，在与步骤3中全息曝光垂直方向对晶片上旋涂的光刻胶进行第二次全息曝光，干涉条纹沿Y方向(图3);显影，出现具有二维光栅形貌的光刻胶图形，光栅的横向(X方向)周期A1和纵向(Y方向)周期Λ 2不同；
[0030]步骤5:利用光刻胶掩膜，在上限制层5的表层刻蚀出二维光栅形貌6 (图4)，实现图形转移；普通DFB激光的激射波长(λ )由:
[0031]λ = 2*neff* Λ，
[0032]其中，neff是激光器波导结构的模式有效折射率，Λ为光栅的周期，决定，在二维光栅的两个垂直方向具有不同的周期，因此可以制作两个具有不同激射波长的DFB激光器。
[0033]步骤6:将一部分上分别限制层5和多量子阱4腐蚀掉，该腐蚀掉的部分为无源光合波器区P，剩余的部分为有源区Α。这样无源区波导的芯层是由下分别限制层3构成，由于下分别限制层材料的发光波长远小于激光器的工作波长，光可在其中低损耗的传输；
[0034]步骤7:在无源光合波器区P和有源激光器区A上表面外延生长掺杂渐变的包层7和重掺杂的接触层8 ；
[0035]步骤8:在有源激光器区A的接触层8上刻蚀有源波导al和a2，在无源光合波器区P的接触层8上刻蚀无源光合波器波导S1、s2、C和O，刻蚀深度大于包层7和接触层8的总厚度。无源光合波器区D的合波器c为多模干涉合波器或Y波导合波器；有源激光器区A的有源波导个数等于2，且有源波导al和a2分别沿X和Y方向；有源波导al和a2与无源光合波器c的连接处为45度的弯曲波导Si和s2，如图6所示；
[0036]步骤10:在有源激光器波导之间刻蚀隔离沟，起到隔离电串扰和热串扰的作用；在有源激光器波导al和a2上制作电极9 ;将衬底I减薄，在减薄的衬底I的背面制作电极10，完成制备。
[0037]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，包括以下步骤: 步骤1:在衬底上依次外延生长缓冲层、下分别限制层、多量子阱和上分别限制层； 步骤2:在上分别限制层上涂甩用于制作光栅的光刻胶； 步骤3:调整全息曝光的干涉条纹周期，进行第一次全息曝光； 步骤4:调整全息曝光的干涉条纹周期，在垂直上一次全息曝光的方向上，进行第二次全息曝光； 步骤5:显影，并刻蚀出光栅形貌； 步骤6:将一部分多量子阱和上分别限制层腐蚀掉，该腐蚀掉的部分为无源光合波器区，剩余的部分为有源激光器区； 步骤7:在有源区的上分别限制层和无源区的下分别限制层上外延生长包层和接触层； 步骤8:在有源区的接触层上刻蚀有源波导结构，在无源区的接触层上刻蚀无源波导结构，刻蚀深度大于包层和接触层的厚度； 步骤9:在有源区的波导上做电极，将衬底减薄，在减薄后的衬底背面制作电极，完成制备。2.根据权利要求1所述的二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，其中所述的衬底材料为 InP、GaAs 或 GaN。3.根据权利要求1所述的二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，其中所述的两次全息曝光的干涉条纹周期不同，两次全息曝光的干涉条纹方向相互垂直。4.根据权利要求1所述的二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，其中所述的光栅制作于全部有源区或部分有源区。5.根据权利要求1所述的二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，其中所述的无源合波器为多模干涉合波器或Y波导合波器。6.根据权利要求1所述的二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，其中所述有源区包含激光器个数等于2 ;—个激光器的波导方向垂直于第一次全息曝光的干涉条纹方向，另一个激光器的波导方向垂直于第二次全息曝光干涉条纹的方向。7.根据权利要求1所述的二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，其中所述有源区的波导与无源区的合波器通过一段45度弯曲的无源或者有源的波导连接。8.根据权利要求1所述的二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，其中所述的无源合波器区的波导芯层由下分别限制层构成。
【专利摘要】一种二维光栅双波长DFB激光器的制造方法，包括步骤1：在衬底上依次外延生长缓冲层、下分别限制层、多量子阱和上分别限制层；步骤2：在上分别限制层上涂甩光刻胶；步骤3：调整全息曝光的干涉条纹周期，进行第一次全息曝光；步骤4：调整全息曝光的干涉条纹周期，在垂直上一次全息曝光的方向上，进行第二次全息曝光；步骤5：显影，并刻蚀出光栅形貌；步骤6：将一部分多量子阱和上分别限制层腐蚀掉；步骤7：在有源区的上分别限制层和无源区的下分别限制层上外延生长包层和接触层；步骤8：在有源区的接触层上刻蚀有源波导结构，在无源区的接触层上刻蚀无源波导结构；步骤9：在有源区的波导上做电极，将衬底减薄，制作背面电极，完成制备。
【IPC分类】H01S5/34, H01S5/06, H01S5/12
【公开号】CN104917050
【申请号】CN201510270769
【发明人】韩良顺, 梁松, 许俊杰, 乔丽君, 朱洪亮
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月25日