[发明专利]侧向复合光栅DFB激光器结构及应用

说明书

一种侧向复合光栅DFB激光器结构及应用，该侧向复合光栅DFB激光器结构包括N面电极层；N型波导层，设置在N面电极层上；有源层，设置在N型波导层上；P型波导层，设置在有源层上，包括未刻蚀P型波导层、脊波导和高阶表面侧向光栅，脊波导和高阶表面侧向光栅均设置在未刻蚀P型波导层上，高阶表面侧向光栅设置在脊波导两侧，狭槽区域设置在高阶表面侧向光栅与脊波导的连接处；以及P面电极层，设置在脊波导上。本发明通过在高阶表面侧向光栅与脊波导的连接处附近引入狭槽进行电隔离，可以减少电注入时侧向光栅造成的载流子泄漏，从而降低激光器的阈值电流密度，提高斜率效率，有利于实现窄线宽和高功率激光输出。

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，尤其涉及一种侧向复合光栅DFB激光器结构及应用。

背景技术

稳定的窄线宽高功率的激光源在通信、传感和计量学等领域有着广泛应用，而DFB半导体激光器因其器件紧凑、高效率和低制造成本，成为理想的解决方案。

对于传统的DFB激光器，其光栅是在有源区附近被刻蚀出来，然后被上部外延材料掩埋，最后在剩余的顶部外延层上继续生长结构。这涉及工艺中断，使表观结构暴露于空气和其他污染源，并在靠近有源区的晶体结构中产生一些缺陷，影响所制造器件的性能，降低了器件的成品率和可靠性。而且二次外延是一个复杂、昂贵且耗时的过程，需要在每个过程之前仔细清洁样品，最终增加了器件的生产成本。

已经有研究人员尝试将光栅制作在激光器脊波导的两侧，通过调控光场的倏逝波从而实现选模，形成侧向耦合DFB激光器。表面光栅可以与波导的制造同时完成，这种结构避免了嵌入式光栅结构所需的二次外延步骤，允许在外延生长结束后再进行器件处理，从而简化了制造过程，降低了生产成本。对于表面侧向光栅结构，光栅区和电流注入区发生分离，因而限制了电注入的载流子与易产生缺陷的波导界面之间的相互作用。这些特性使得器件更稳定，性能更好，可靠性更高，在与其它功能器件集成时更为简单，在未来规模化集成中具有潜在优势。

但是现有的侧向耦合DFB激光器比具有传统掩埋光栅的DFB激光器的阈值电流密度更高，斜率效率更低，主要原因是：表面光栅直接制作在脊波导两侧，空间上仍然是连通的，从P面电极层进行电注入时，载流子通过脊波导向两侧的表面光栅区域扩散，造成了大量的载流子侧向泄漏，从而提高了激光的阈值电流密度，降低了斜率效率。此外，当前大部分公开报道的侧向耦合DFB激光器为低阶光栅，存在模式简并和单模特性不稳定等问题。虽然可以采用普通标准光刻的方法来制备高阶表面光栅，但是这种大尺寸的侧向光栅会加剧上述的载流子泄漏现象，难以同时实现高功率激光。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种侧向复合光栅DFB激光器结构及应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种侧向复合光栅DFB激光器结构，包括：

N面电极层；

N型波导层，设置在N面电极层上；

有源层，设置在N型波导层上；

P型波导层，设置在有源层上，包括未刻蚀P型波导层、脊波导和高阶表面侧向光栅，脊波导和高阶表面侧向光栅均设置在未刻蚀P型波导层上，高阶表面侧向光栅设置在脊波导两侧，狭槽区域设置在高阶表面侧向光栅与脊波导的连接处；以及

P面电极层，设置在脊波导上。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的侧向复合光栅DFB激光器结构在半导体激光器技术领域的应用。

基于上述技术方案可知，本发明的侧向复合光栅DFB激光器结构及应用相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：