[发明专利]一种DFB激光器的外延结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及DFB激光器制造技术领域，尤其是一种DFB激光器的外延结构及其制备方法。

背景技术

光通信网络采用光作为信号传输的载体，相比于采用铜缆作为传输介质的电通信网络，信息互联的速度、容量和抗干扰能力得到显着提高，因而得到广泛应用。半导体激光器是光通信网络的主要光源，包括法布里-珀罗激光器（FP激光器），分布反馈激光器（DFB）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）三种类型。其中，DFB激光器在半导体内部建立起布拉格光栅，依靠光的分布反馈实现单纵模的选择，具有高速、窄线宽及动态单纵模工作特性，且DFB激光器能在更宽的工作温度与工作电流范围内抑制普通FP激光器的模式跳变，极大地改善器件的噪声特性，在光通信领域具有广泛的应用。

光通信用的DFB激光器波长一般为1310 nm和1550 nm,一般采用InP为生长衬底，采用AlGaInAs或InGaAsP的量子阱为有源层。DFB光栅的制作一般采用全息光刻或电子束光刻的方法，在InGaAsP光栅层制作层上形成宽约200nm，高约40-50nm的光栅层,然后在光栅层上面生长二次外延层。由于光栅层中P的平衡蒸汽压较高，在光栅层上面进行二次外延层生长过程中，P会挥发出来并被载气带走，使In原子发生迁移，导致光栅层的厚度与组分发生变化。此外，晶格改变会导致器件表面形成高密度的点缺陷，从而恶化器件性能。

为了抑制P挥发被载气带走，防止光栅层在二次生长前的升温和高温生长过程中被刻蚀，现有技术中采用低温（通常生长温度不高于550°C）工艺生长二次外延层，以避免光栅受到刻蚀，但是通过低温生长的二次外延层材料质量较差，同样会影响DFB的性能。采用MOCVD生长DFB二次外延层的生长条件非常苛刻，导致DFB制作良率偏低，制作和应用成本居高不下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种DFB激光器的外延结构，其能防止光栅层被刻蚀，提升DFB激光器外延结构品质，降低DFB激光器的应用成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种DFB激光器的外延结构，包括InP衬底，在InP衬底上自下而上依次设置有缓冲层、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层、第二缓冲层、腐蚀阻挡层、包层和光栅层；在光栅层上面设置有二次外延层，所述二次外延层自下而上包括光栅包层、势垒渐变层和欧姆接触层，所述光栅包层自下而上包括光栅覆盖层和过渡层，所述光栅覆盖层厚度大于光栅层厚度。

优选所述光栅覆盖层厚度比光栅层厚度大2nm-6nm；

优选所述光栅覆盖层的平均生长速度为0.002 nm/s-0.003 nm/s，所述光栅覆盖层的生长温度为530-570°C；所述过渡层的平均生长速度为0.15 nm/s-0.55 nm/s，所述过渡层的生长温度为650-690°C。这样由于所述光栅覆盖层在低温、慢速下生长，可获得较好的晶体质量且保证光栅不会被刻蚀，而所述过渡层是在高温下且较快速生长，二次外延层的质量也能较好的得到保障。

优选所述光栅层的厚度为40 nm；光栅层中光栅周期为210nm；所述光栅覆盖层的厚度为42.3 nm。

优选所述缓冲层为InP层；所述下限制层为AlInAs层；所述下波导层为AlGaInAs层；所述有源层为AlGaInAs层；所述上波导层为AlGaInAs层；所述上限制层为AlInAs层；所述第二缓冲层为InP层，所述腐蚀阻挡层为波长1100nm 的InGaAsP层；所述包层为InP层，所述光栅层为波长1100nm InGaAsP层；所述光栅覆盖层为InP层，所述过渡层为InP层；所述势垒渐变层为InGaAsP层；所述欧姆接触层为InGaAs层。

进一步，所述势垒渐变层自下而上包括第一势垒渐变层和第二势垒渐变层，第一势垒渐变层由波长为1300nm的InGaAsP层构成，第二势垒渐变层由波长为1500nm的InGaAsP层构成。

本发明的外延结构由于二次外延层中的光栅包层包括有光栅覆盖层和过渡层，光栅覆盖层的厚度大于光栅层，光栅覆盖层可以给光栅层提供较好的保护作用，特别是让所述光栅覆盖层在低温、脉冲式且慢速下生长，能获得较好的晶体质量且保证光栅不会被刻蚀，而光栅覆盖层的厚度大于光栅层，利于对光栅过渡层采用不同条件的方式生长，确保光栅层不会被刻蚀，让所述过渡层在高温下且较快速生长，二次外延层的质量也能较好的得到保障。采用这种结构提升了DFB激光器外延结构品质，降低DFB激光器的应用成本。