一种可调双波长分布反馈式半导体激光器装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电子技术领域，涉及光纤通信、光电传感以及其他光电信息处理。本 发明是一种两个激射波长可在一定范围内连续可调的分布反馈式半导体激光器装置。
【背景技术】
[0002] 双波长激光器在光电传感、微波信号产生和光电信息处理等方面有着十分重要的 应用。单一谐振腔的分布反馈式双波长半导体激光器由于结构简单，几何尺寸紧凑，操作方 便而深受欢迎。由于分布反馈半导体激光器的谐振腔通常小于1毫米，如果要在单一谐振 腔中得到双波长激射，那么谐振腔中将存在着激烈的模式竞争。为在单一谐振腔中得到稳 定的双波长激光输出，最简单的做法是同时在激光器选频光栅中不同位置引入两个相移。 为克服制作真实相移光栅需要用到高精度的电子束刻写设备造成的成本高昂，刻写效率低 下问题，南京大学陈向飞教授发明了重构一等效啁嗽技术，用等效相移来代替真实相移。这 种方法大大降低了制作了相移时的加工精度要求，因而制作的难度和成本有很大的降低。 陈向飞课题组已经用这种方法已经制作了多种分布反馈式双波长取样光栅激光器。
[0003] 双波长激光器在用来进行光电传感和产生微波信号时，通常是基于双波长激光器 激射的两种波长的激光，同时加载到同一光电探测器上产生拍频信号的原理。上文提到的 双相移（真实相移或等效相移）光栅制作的分布反馈式双波长半导体激光器，人们可以通 过改变其中引入相移的大小和位置，来改变激光器两种波长激光的波长大小。但当普通的 双相移分布反馈式双波长半导体激光器中，由于引入相移的位置和大小是固定的，因而无 法精确调节其激射激光的波长，当然就无法精确控制其拍频信号的频率。由于无法调节激 光器的产生激光的波长，这类双波长激光器的应用范围和性能就受到了很大的限制。
[0004] 为能够调节上面所述双相移分布反馈式双波长半导体激光器激射激光的波长，有 人采用了加装电加热器或施加应力装置等特殊手段，试图来调控激光器激射波长的大小。 但这些方法要么难以加工和实施，要么效果并不理想。以给激光器加装电加热器为例，它 只能调节两个激射波长整体红移或蓝移，并不能调节两个激射波长的相向移动或相反移动 (一个波长蓝移，另一波长红移）。所以到目前为止，双相移分布反馈式双波长半导体激光 器，并没有得到广泛的应用。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中双相移分布反馈式双波长半导体激光器存在的上述不足，为了能 够对激光器的两个激射波长连续地进行调节，本发明提出了一种特殊方法，通过在上述激 光器光栅中两个相移所在位置另增加独立引出电极的方法，来调控激光器从三个电极注入 电流大小（比例）来控制引入两个相移的大小，进而精细调节激光器两个激射波长的大小 和波长间隔，为双相移分布反馈式双波长半导体激光器的设计制造，提出一种新的结构和 制作方法。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种可调双波长分布反馈式半导体激光器装置，所述激光器装置由三个反馈区和 位于三个反馈区之间的两个相移区组成，沿着整个激光器其光栅结构为普通均匀光栅或均 匀取样光栅；三个反馈区的电极用导线连接在一起形成反馈区电极，两个相移区电极各自 独立引出，且反馈区电极与两个相移区的电极相电隔离。
[0008] 作为本发明的进一步改进，沿着整个激光器的光栅结构为带有两个等效相移的均 匀取样光栅；在两个相移区中间位置各设置有一个等效相移；通过改变反馈区电极和两个 相移区电极的注入电流，调节在两个相移区中间位置的等效相移大小，从而控制激光器激 射的两种激光的波长大小和波长间隔大小。
[0009] 作为本发明的进一步改进，沿着整个激光器的光栅结构为普通均匀光栅；通过改 变反馈区电极和两个相移区电极的注入电流，两个相移区中间位置各形成一个大小可以调 节的真实相移，从而获得稳定的双波长激射并控制两种激光的波长大小和波长间隔大小。
[0010] 作为本发明的进一步改进，沿着整个激光器的光栅结构为均匀取样光栅；通过改 变反馈区电极和两个相移区电极的注入电流，两个相移区中间位置各形成一个大小可以调 节的等效相移，从而来获得稳定的双波长激射并调节两种激光的波长大小和波长间隔大 小。
[0011] 作为本发明的进一步改进，沿着整个激光器的光栅结构为带有两个真实相移的普 通均匀光栅；在两个相移区中间位置各设置有一个真实相移；通过改变反馈区电极和两个 相移区电极的注入电流，调节在两个相移区中间位置的真实相移大小，从而调节激光器激 射的两种激光的波长大小和波长间隔大小。
[0012] 作为本发明的进一步改进，两个相移区中间位置各有一个等效31相移，且两个相 移区长度相同。
[0013] 作为本发明的进一步改进，两个相移区中间位置各有一个真实31相移，且两个相 移区长度相同。
[0014] 作为本发明的进一步改进，三个反馈区的电极与两个相移区的电极通过相间隔的 方式相电隔离。
[0015] 作为本发明的进一步改进，三个反馈区的电极与两个相移区的电极通过注入氦离 子或者通过刻蚀电隔离沟的方式相电隔离。
[0016] 作为本发明的进一步改进，第一反馈区和第三反馈区的长度不同。
[0017] -种可调双波长分布反馈式半导体激光器装置的制造方法，具体包括如下步骤：
[0018] (1)在N型InP衬底材料上依次外延N型InP缓冲层、100nm厚的非掺杂晶格匹配 InGaAsP下限制层、应变InGaAsP多量子阱和100nm厚的P型晶格匹配InGaAsP上限制层；
[0019] ⑵光栅图案的制作方法
[0020] ①用普通双光束全息干涉曝光的方法，把均匀光栅图案转移到上限制层上的光刻 胶上，然后施以材料刻蚀，在上限制层上部形成所需的均匀光栅结构；
[0021] ②用高精度电子束刻写的方法，把带有两个需要的真实相移的均匀光栅图案刻录 到上限制层上的光刻胶上，然后施以材料刻蚀，在上限制层上部形成所需的双真实相移均 勾光栅结构；
[0022] ③用取样光刻板结合双光束全息干涉曝光的方法，把均匀取样光栅图案转移到 上限制层上的光刻胶上，然后施以材料刻蚀，在上限制层上部形成所需的均匀取样光栅结 构；
[0023] ④用取样光刻板结合双光束全息干涉曝光的方法，把带有两个需要的等效相移的 均匀取样光栅图案转移到上限制层上的光刻胶上，然后施以材料刻蚀，在上限制层上部形 成所需的带有双等效相移的均匀取样光栅结构；
[0024] (3)当光栅制作好后，再通过二次外延生长P型InP层和P型InGaAs欧姆接触层。 在外延生长结束后，利用普通光刻结合化学湿法刻蚀，完成脊形波导的制作；
[0025] (4)用等离子体增强化学气相沉积法工艺，在脊形波导周围沉积一层300nm厚的 SiOjl或有机物BCB绝缘层；
[0026] (5)接着利用光刻和化学湿法刻蚀，去除激光器脊形波导上方的SiOjl或有机物 BCB绝缘层，露出其InGaAs欧姆接触层；
[0027] (6)用磁控溅射的方法，在整个激光器结构的上方分别镀上100nm厚的Ti和 400nm厚的Au，结合光刻工艺和化学湿法刻蚀，在脊条上方露出InGaAs的欧姆接触层上形 成Ti-Au金属P电极；
[0028] (7)接着把整个激光器晶片减薄到150 y m后，在基底材料的下方蒸镀上500nm厚 的Au-Ge-Ni合金作为N电极；
[0029] (8)接着把得到的激光器芯片的三个反馈区的P电极用金丝连接在一起引出，形 成反馈区P电极，两个相移区的P电极也各自用金丝引出；从而形成三