[发明专利]一种采用表面高阶光栅的直接调制半导体激光器

说明书

本发明提供一种采用表面高阶光栅的直接调制半导体激光器及其制备方法，包括：三层平板波导(1000)，包括至上而下的上波导层(1100)、芯层(1200)及下波导层(1300)，其中，上波导层(1100)为脊形，其脊背或脊侧面上形成有表面高阶光栅(1111)；金属电极(2000)，包括上表面金属(2100)和下表面金属(2200)，上表面金属(2100)形成在上波导层(1100)的上表面，下表面金属(2200)形成在下波导层(1300)的下表面；电绝缘层(3000)，其形成在表面高阶光栅(1111)凹槽表面以及上表面金属(2100)和上波导层(1100)之间。本发明提供的采用表面高阶光栅的直接调制半导体激光器可以使用普通的接触式光刻制作，可以大幅度降低激光器的成本和提高激光器产量。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，具体涉及一种采用表面高阶光栅的直接调制半导体激光器及其制备方法。

背景技术

为了满足人们日益增长的对更高带宽的需求，越来越多的新技术应用于网络通信中，其中光通信技术发挥了巨大作用。相比于电缆，光通信采用的光纤具有带宽高、损耗低、成本低、重量轻、占空间小、抗干扰性好和保密性好等优点，已经在远距离传输和数据中心的中短距离传输中取代了电缆。在光通信中，直接调制半导体激光器是不可或缺的光源，相比于电吸收和马赫-曾德尔干涉仪，直接调制半导体激光器具有成本低、系统简易、能量转换效率高等优点。

以往的直接调制半导体激光器大多采用分布反馈布拉格反射镜(DFB，一种一阶光栅)结构，此外还有侧向光栅(一般也是一阶光栅)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)。由于一阶光栅对应周期很短(百纳米量级)所以采用一阶光栅的激光器需要精确度很高的光刻来制作，比如电子束曝光，这是一种耗时长，生产效率低的工艺。如果采用DFB结构，还需要二次外延，这又增加了成本，降低了生产效率。虽然侧向光栅不需要二次外延，但是传统的侧向光栅还是一阶的，这就无法避免使用电子束曝光。而VCSEL需要采用复杂的外延技术，尤其是C波段的VCSEL，其外延难度非常大。

综上所述，人们迫切地需要一种低成本、生产效率高的直接调制半导体激光器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本发明提供了一种采用表面高阶光栅的直接调制半导体激光器，用于至少部分解决传统方法耗时长、生产效率低等技术问题。

(二)技术方案

本发明一方面提供了一种采用表面高阶光栅的直接调制半导体激光器，包括：三层平板波导1000，包括至上而下的上波导层1100、芯层1200及下波导层1300，其中，上波导层1100为脊形，其脊背或脊侧面上形成有表面高阶光栅1111；金属电极2000，包括上表面金属2100和下表面金属2200，上表面金属2100形成在上波导层1100的上表面，下表面金属2200形成在下波导层1300的下表面；电绝缘层3000，其形成在表面高阶光栅1111凹槽表面以及上表面金属2100和上波导层1100之间。

进一步地，表面高阶光栅1111可以设置于腔长任意位置，包括靠近前腔面、远离前腔面。

进一步地，表面高阶光栅1111的特征尺寸大于1微米。

进一步地，表面高阶光栅1111制作方法包括接触式光刻、电子束曝光制作。

进一步地，采用表面高阶光栅的直接调制半导体激光器为单次外延器件。

进一步地，芯层1200的结构可以是量子阱、量子点、纳米线。

进一步地，上表面金属2100用于实现激光器P面的电注入，材料包括TiAu、TiPtAu等。

进一步地，下表面金属2200用于N面实现欧姆接触，材料包括TiAu、AuGeNi/Au等。