[发明专利]一种半导体量子阱激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种半导体量子阱激光器及其制备方法，所述激光器包括其外延结构包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、下限制层、有源层、上限制层和接触层；所述上保护层上设置有脊波导和若干刻蚀槽，所述刻蚀槽分布在脊波导上，所述刻蚀槽将所述脊波导分割成若干不连续的脊波导分段。本发明实现类似于啁啾，切趾或者相移光栅效应，来实现较窄的线宽输出，同时可以避免光栅制造，二次外延生长等复杂工艺，简化激光器的制备工艺。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种半导体量子阱激光器及其制备方法。

背景技术

在光通信等应用领域中，市场上所使用的半导体激光器主要是FP激光器(Fabry-Perot半导体激光器，法布里-珀罗半导体激光器)，DFB激光器(Distributed FeedbackLaser半导体激光器，分布式反馈半导体激光器)，DBR激光器(distributed Braggreflector半导体激光器，分布式布拉格反射半导体激光器)和外腔激光器。

半导体激光器的线宽特性决定着光纤通信系统的性能，随着光纤通信技术的高速发展，低于MHz量级的窄线宽半导体激光器的应用越来越广泛。此外，在激光雷达、光纤水听器、光纤测温及远距离的相干检测等需要精密测量的领域中，对半导体激光器线宽的要求都日益增高。

FP激光器的制作简单、成本低，但其难以实现单纵模激光，单纵模模式的DFB激光器虽然可以实现单纵模激光，且成本已降到可市场化的水平，但在制造过程中不仅存在光栅制造、二次外延生长的复杂工艺，还需要使用昂贵的设备，同时，DFB激光器的线宽通常在MHz量级，难以满足窄线宽的要求。DBR半导体激光器的制备工艺相对DFB较复杂，且线宽差异不大。

半导体外腔激光器可将线宽压窄至100kHz以下，但是其功率通常较低，光栅或者光纤光栅的制作难度较大、与半导体芯片的耦合难度较大，易受到振动等外界环境的影响。

为了实现FP激光器的单纵模输出，由爱尔兰的研究人员提出Slotted FP激光器，在一条波导上周期性地设置一系列刻蚀槽，通过对谐振腔的微扰来实现对激光器出射谱的调制，从而实现激光器的单模输出。激光器所有的槽宽都是1微米左右，刻蚀深度与脊型波导的高度一致，通过调节刻蚀槽的周期可以实现不同波长的输出，他们得到了一组具有不同出射波长的激光器阵列，该方法在含刻蚀槽脊型波导后面集成了一个电吸收调制器，可以得到类似于DBR的激光器；为了进一步降低FP激光器的线宽，有人提出将刻蚀深度增加至能隔断有源层的位置，该方法可以获得较窄的线宽，但是这种刻蚀深宽比至少达到4或以上的深刻蚀工艺难度较大，而且刻蚀截面的质量难以控制和保证。

为了从DFB激光器的角度降低线宽，2004年陈向飞等人提出重构等效啁啾(REC)技术。该技术与采样布拉格光栅类似，在均匀种子光栅的基础上，通过设计和制作特殊的更大周期采样结构，如在采样光栅形成±1级信道中形成等效相移、等效切趾等结构，可实现与真实相移光栅、切趾光栅等相同的对光的束缚和选择功能和效果。其优点在于采样周期在微米量级，简化了复杂光栅结构的制作工艺，同时提髙了对波长的控制精度，还可以将线宽压窄至低于MHz量级，但是该方法无法避免光栅制造，二次外延生长等难度较大，成本较高的复杂工艺。

发明内容

一种半导体量子阱激光器，其外延结构包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、下限制层、有源层、上限制层和接触层；

优选地，所述外延结构还包括：下波导层、上波导层、过渡层、下保护层、刻蚀阻挡层和上保护层；

所述下波导层位于下限制层和有源层之间，所述上波导层、过渡层自下而上依次位于有源层和上限制层之间，所述下保护层、刻蚀阻挡层和上保护层自下而上依次设置在上限制层和接触层之间；

作为一个实例地，所述外延结构包括自下而上依次设置衬底、缓冲层、下限制层、有源层、上限制层、下保护层、刻蚀阻挡层、上保护层和接触层；