[发明专利]一种基于双曝光工艺的DFB激光器和制作方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种基于双曝光工艺的DFB激光器和制作方法。

【背景技术】

普通结构的分布反馈(DFB)半导体激光器，如图1所示，光栅分布在整个谐振腔腔长度内。DFB激光器工作于动态单纵模状态下，在高速调制状态下可能会发生双模同时激射的现象，从而不能保持单模输出，而保持单纵模工作对于DFB激光器有着十分重要的意义，因为随着光纤通信向高速率长距离方向发展，光波群速度的色散影响和模分配噪声成为严重的问题。单模输出的DFB激光器可以大大限制激光器在高速调制时的动态谱线展宽，对输出电信号不产生调制畸变，激光器发光与输出脉冲电流之间的延迟时间小于比特率间隔，并且没有自持脉冲。在DFB激光器中存在两种基本的反馈方式，一种是折射率周期性变化引起的布拉格反射，即折射率耦合，另一种为增益周期性变化引起的分布反馈，即增益耦合。目前常用的DFB激光器多采用折射率耦合，折射率耦合DFB激光器在与布拉格波长相对称的位置上存在两个对称的损耗相同且最低的模式，也就是说其原理上是双模激射的，由于完全对称且均匀分布的周期光栅对称模式结构带来了两个主模的同时震荡。

为了将辐射功率集中到一个主模上扰动正、反行波反馈的对称性，往往采用在均匀分布的周期折射率光栅区引进一个四分之一波长相移，但此方法工艺较为繁琐且往往受限于设备。另外，因为这种相移的方式需要激光器谐振腔两端镀增透膜，两端输出功率相等且都效率比较低，此时激光器腔内的光场强度较高且改变剧烈，腔内位置相关的增益饱和，空间烧孔以及发热形成了非一致性的机制并导致激光器性能大幅下降。

【发明内容】

本发明实施例要解决的技术问题是常用的DFB激光器多采用折射率耦合，折射率耦合DFB激光器在与布拉格波长相对称的位置上存在两个对称的损耗相同且最低的模式，也就是说其原理上是双模激射的，由于完全对称且均匀分布的周期光栅对称模式结构带来了两个主模的同时震荡，从而降低了光场一致性和模式稳定性。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于双曝光工艺的DFB激光器，DFB激光器包括长度为L的有源增益区，其中，所述有源增益区内包含长度为Lg的布拉格光栅；

所述布拉格光栅位于所述有源增益区的中间区域，所述布拉格光栅所在区域相对于DFB激光器的出光面距离为L1，并且相对于DFB激光器的反光面距离为L2。

优选的，所述L1和L2的总长度与所述布拉格光栅区域的长度占比为10％-30％。

优选的，所述有源增益区长度L具体为250um，其中，布拉格光栅长度Lg具体为200um；所述布拉格光栅所在区域相对于DFB激光器的出光面距离为L1为25um；所述布拉格光栅所在区域相对于DFB激光器的反光面距离为L2为25um。

优选的，所述出光面的端面上镀有增透膜，所述增透膜的反射率小于等于0.5％；所述反光面的端面上镀有反射膜，所述反射膜的反射率大于等于90％。

第二方面，本发明还提供了一种基于双曝光工艺的DFB激光器制作方法，在衬底上外延生长缓冲层、下限制层、多量子阱和上限制层，在所述上限制层上生长腐蚀停止层和用于构成光栅结构的材料层；

在所述用于构成光栅结构的材料层上涂敷光刻胶，并按照光栅周期的设定进行全息相干曝光；

利用带有部分掩蔽的光刻掩膜板对完成所述全息相干曝光后的外延片进行第二轮曝光；其中，光刻掩膜板上掩蔽的区域为设置布拉格光栅的区域；

将完成上述两轮曝光的外延片，用显影剂进行显影；其中，被曝光部分溶于所述显影剂，显影完成后光刻胶中形成布拉格光栅图形。

将完成显影后的外延片置入腐蚀液中进行腐蚀，并在完成所述腐蚀过程后去除外延片表面的光刻胶；

在所述光栅层之上完成DFB激光器后续加工工艺。

优选的，所述用于构成光栅结构的材料层具体包括第一磷化铟InP层、四元光栅InGaAsP层和第二磷化铟InP层，则所述在所述用于构成光栅结构的材料层上涂敷光刻胶，并按照光栅周期的设定进行全息相干曝光，具体包括：

在生长有第一磷化铟InP层、四元光栅InGaAsP层和第二磷化铟InP层的外延片上进行涂胶，控制涂胶较厚度为100nm；

将外延片进行全息相干曝光，控制全息相干曝光时间使得未曝透的底胶厚度小于10nm。

优选的，所述将完成显影后的外延片置入腐蚀液中进行腐蚀，并在完成所述腐蚀过程后去除外延片表面的光刻胶，具体包括：