带间级联激光器外延结构、激光器、芯片及制备方法

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种带间级联激光器外延结构、带间级联激光器及其制备方法和带间级联激光器芯片及其制备方法。

背景技术

带间级联激光器(Interband Cascade Laser，ICL)是3-4微米波段中红外半导体激光器，现有带间级联激光器采用的外延结构以GaSb为衬底，并采用InAs盖层，利用InAs盖层中易实现重掺杂的特性，保证顶部电极的欧姆特性。

但是，由于InAs盖层与GaSb衬底之间存在晶格失配，导致InAs盖层的临界厚度为10nm，这个厚度远小于表面光栅所需的厚度，因此带间级联激光器的表面光栅只能刻蚀在InAs/AlSb超晶格上包层中，具有工艺可控性低且成本高的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开的实施例提供了一种带间级联激光器外延结构、带间级联激光器及其制备方法和带间级联激光器芯片及其制备方法。

根据本公开的第一方面，提供了一种带间级联激光器外延结构，包括在衬底上依次生长的缓冲层、下超晶格包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上超晶格包层和盖层，所述盖层采用厚度大于10nm，且与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料。

根据本公开的实施例，所述衬底采用GaSb材料，所述盖层采用的与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料为GaSb材料。

根据本公开的实施例，所述盖层的厚度为100～500nm。

根据本公开的实施例，所述盖层的掺杂类型为n型掺杂，掺杂浓度为2×10

根据本公开的实施例，所述缓冲层采用与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的GaSb材料，所述缓冲层的厚度为100～500nm。

根据本公开的实施例，所述缓冲层的掺杂类型为n型掺杂，掺杂浓度为2×10

根据本公开的实施例，所述下超晶格包层的折射率和所述上超晶格包层的折射率小于所述有源层的折射率。

根据本公开的实施例，所述下超晶格包层的厚度为500～2000nm；所述上超晶格包层的厚度为500～2000nm。

根据本公开的实施例，所述下分别限制层的折射率和所述上分别限制层的折射率大于所述有源层的折射率。

根据本公开的实施例，所述下分别限制层的厚度为100～800nm；所述上分别限制层的厚度为100～800nm。

根据本公开的实施例，所述下分别限制层为n型掺杂，掺杂浓度为2×10

根据本公开的第二方面，提供了一种带间级联激光器，基于上述任一项所述的带间级联激光器外延结构制备而成，所述带间级联激光器包括：在衬底上依次生长的缓冲层、下超晶格包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上超晶格包层和第一光栅层，其中，所述第一光栅层是通过对所述带间级联激光器外延结构中的盖层刻蚀形成的，所述第一光栅层采用与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料。

根据本公开的实施例，所述衬底采用GaSb材料，所述第一光栅层采用的与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料为GaSb材料。

根据本公开的实施例，所述第一光栅层的周期为900～1300nm，深度为50～500nm。

根据本公开的第三方面，提供了一种带间级联激光器的制备方法，包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、下包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上包层和盖层，其中，所述盖层采用厚度大于10nm，且与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料；和对盖层进行腐蚀形成第一光栅层。

根据本公开的实施例，所述在衬底上依次外延生长缓冲层、下包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上包层和盖层的步骤中，所述外延生长缓冲层和盖层的温度范围为400～500℃，其余层外延生长的温度范围为350～400℃。

根据本公开的实施例，所述对盖层进行腐蚀形成第一光栅层的步骤中，采用湿法腐蚀或干法腐蚀。

根据本公开的第四方面，提供了一种带间级联激光器芯片，包括：上述任一项所述的带间级联激光器，其中，所述带间级联激光器的有源层、上分别限制层、上超晶格包层和第一光栅层形成脊型波导结构；底部电极，形成于所述带间级联激光器的衬底远离缓冲层的背面；介质绝缘层，形成于所述脊型波导结构的顶部和两侧侧壁，其中，所述脊型波导结构顶部的介质绝缘层的表面具有刻蚀形成的窗口；以及第二光栅层，形成于所述介质绝缘层表面的窗口中，与所述带间级联激光器的第一光栅层接触，所述第一光栅层和第二光栅层形成表面分布反馈光栅层。

根据本公开的实施例，所述第一光栅层的周期为900～1300nm，深度为50～500nm。

根据本公开的实施例，所述带间级联激光器的衬底采用GaSb材料，所述第一光栅层采用与所述衬底材料晶格匹配的GaSb材料。

根据本公开的实施例，所述衬底厚度为50～250μm。

根据本公开的实施例，所述底部电极采用的材料为GePtAu材料。

根据本公开的实施例，所述介质绝缘层的厚度为50～500nm。

根据本公开的实施例，所述第二光栅层采用的材料为Au材料，厚度为50～1000nm。

根据本公开的实施例，所述脊型波导结构的宽度为3～10μm。

根据本公开的第五方面，提供了一种带间级联激光器芯片的制备方法，包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、下包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上包层和盖层，其中，所述盖层采用厚度大于10nm，且与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料；对盖层进行腐蚀形成第一光栅层；刻蚀有源层、上分别限制层、上超晶格包层和第一光栅层，形成脊型波导结构；在所述脊型波导结构表面沉积介质绝缘层；刻蚀脊型波导结构顶部的介质绝缘层的表面，形成窗口，且在窗口中暴露出第一光栅层；以及在所述窗口中沉积第二光栅层。

根据本公开的实施例，所述在衬底上依次外延生长缓冲层、下包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上包层和盖层的步骤中，所述外延生长缓冲层和盖层的温度范围为400～500℃，其余层外延生长的温度范围为350～400℃。

根据本公开的实施例，所述对盖层进行腐蚀形成第一光栅层的步骤中，采用湿法腐蚀或干法腐蚀。

从上述技术方案可以看出，本公开提供的带间级联激光器外延结构、带间级联激光器及其制备方法和带间级联激光器芯片及其制备方法的有益效果如下：

1.本公开提供的带间级联激光器外延结构，通过采用与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料作为盖层，使得盖层的外延厚度不受晶格失配的限制，大大增加了盖层的厚度，该厚度完全满足在盖层中制备光栅的要求。

2.本公开提供的带间级联激光器，第一光栅层是通过对所述带间级联激光器外延结构中的盖层刻蚀形成的，所述第一光栅层采用与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料，光栅组成均匀，结构缺陷少。

3.本公开提供的带间级联激光器的制备方法，通过刻蚀盖层即可形成光栅，无需刻蚀超晶格包层，大大简化制备工艺，降低了成本。

4.本公开提供的带间级联激光器芯片，第一光栅层是通过对所述带间级联激光器外延结构中的盖层刻蚀形成的，光栅层侧壁均匀，结构缺陷少，稳定性高。

5.本公开提供的带间级联激光器芯片的制备方法，制备工艺简单，成本低，成品率高，对低成本高产量分布反馈ICL芯片的生产具有很大潜力。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器外延结构的示意图；

图2示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器的制备方法流程图；

图3示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的示意图；

图4示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的制备方法流程图；

图5示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的对称横电模式和反对称横电模式的电场强度分布图；

图6示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的对称横电模式和反对称横电模式的波导损耗与光栅深度的关系图；

图7示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的连续波输出功率-电压-电流性能图；以及

图8示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的连续波激光光谱。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。

现有带间级联激光器外延结构中，由于InAs盖层与GaSb衬底的晶格失配，导致InAs盖层的临界厚度为10nm，这个厚度远小于表面光栅所需的厚度，因此带间级联激光器的表面光栅只能刻蚀在InAs/A1Sb超晶格上包层中，或者穿过有源区刻蚀侧壁形成分布反馈光栅，光栅形貌不易控制，易产生缺陷，工艺难度高，存在工艺可控性低且成本高的问题。

带间级联激光器(ICL)是3-4微米波段中红外半导体激光器，现有最高性能的带间级联激光器以GaSb为衬底，从GaSb衬底开始为：GaSb缓冲层、InAs/AlSb超晶格下包层、GaSb下分别限制层、有源区、GaSb上分别限制层、InAs/AlSb超晶格上包层、InAs盖层。众所周知，半导体分布反馈激光器通常采用掩埋异质结构，其中衍射光栅位于有源区附近，然而ICL结构使用GaSb、GaInAs、InAs、A1Sb材料体系，无法进行二次外延生长制作掩埋异质结构，只能在脊波导表面或侧壁制作光栅。现有ICL结构使用InAs盖层，是因为InAs盖层中易实现重掺杂，以保证顶部电极的欧姆特性，但是InAs盖层与GaSb衬底晶格失配，临界厚度为10nm左右，这个厚度远小于表面光栅所需的厚度，因此现有技术的ICL表面光栅只能刻蚀在InAs/AlSb超晶格上包层中。如果采用侧壁光栅，需要深刻蚀到有源区以下，穿过上包层和有源区的超晶格结构，在上述光栅的刻蚀过程中，组成超晶格的两种材料与刻蚀剂的反应速率不同，造成侧壁形貌很难陡直平滑，此外，超晶格中的Al组分暴露会迅速氧化，光栅中侧壁组分不均匀产生大量结构缺陷，因此，形貌和组分的问题不仅造成工艺重复性和可控性差，最终还会造成光栅中的损耗较大。此外，在ICL结构的表面生长Ge层时，在Ge层和其上蒸镀的金属层中制作表面光栅，Ge层是多晶或非晶状态，与下面半导体材料的界面缺陷多，易剥落，损耗比较大。在ICL的脊波导两侧的下分别限制层上制作金属Cr光栅，避免了在超晶格中制作光栅，但是金属的损耗太大，器件的输出功率只有几毫瓦。在ICL脊波导两侧制作两个额外的脊，然后分别在上、下分别限制层中制作光栅，工艺非常复杂，器件的阈值电流较高。

基于上述问题，本公开的实施例提供了一种带间级联激光器外延结构，包括在衬底上依次生长的缓冲层、下超晶格包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上超晶格包层和盖层，所述盖层采用厚度大于10nm，且与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料。

图1示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器外延结构的示意图。

如图1所示，本公开实施例的带间级联激光器外延结构100包括在衬底101上依次生长的缓冲层102a、下超晶格包层103a、下分别限制层104a、有源层105、上分别限制层104b、上超晶格包层103b和盖层102b。其中，盖层102b采用厚度大于10nm，且与衬底101材料晶格匹配的单一成分的材料，使得盖层的外延厚度不再受晶格失配的限制。

示例性的，外延结构100可以包括：GaSb衬底101、GaSb缓冲层102a、InAs/AlSb超晶格下包层103a、GaSb下分别限制层104a、有源层105、GaSb上分别限制层104b、InAs/AlSb超晶格上包层103b、GaSb盖层102b，由于GaSb盖层与GaSb缓冲层对称，GaSb盖层的厚度不受限制，完全满足表面分布反馈光栅深度的要求。

根据本公开的实施例，所述衬底101采用GaSb材料，所述盖层102b采用的与所述衬底101材料晶格匹配的单一成分的材料为GaSb材料。

根据本公开的实施例，所述盖层102b的厚度为100～500nm，该厚度完全满足在盖层中制备光栅的要求。

根据本公开的实施例，所述盖层102b的掺杂类型为n型掺杂，掺杂浓度为2×10

根据本公开的实施例，所述缓冲层102a采用与所述衬底101材料晶格匹配的单一成分的GaSb材料，即缓冲层102a与盖层102b采用相同的材料，所述缓冲层102a的厚度为100～500nm，从而使得外延结构的有源层两侧依次对称设置缓冲层、包层、分别限制层和盖层，其中，所述缓冲层位于衬底上方，与衬底材料晶格匹配，对称地，所述盖层位于外延结构的最上方，与衬底材料匹配。

根据本公开的实施例，所述缓冲层102a的掺杂类型为n型掺杂，掺杂浓度为2×10

根据本公开的实施例，所述下超晶格包层103a的折射率和所述上超晶格包层103b的折射率小于所述有源层105的折射率。下超晶格包层103a和上超晶格包层103b对称地位于缓冲层102a上方和盖层102b下方，为应变补偿的超晶格材料，其折射率小于有源层105。

根据本公开的实施例，所述下超晶格包层103a的厚度为500～2000nm；所述上超晶格包层103b的厚度为500～2000nm。

根据本公开的实施例，所述下分别限制层104a的折射率和所述上分别限制层104b的折射率大于所述有源层105的折射率。下分别限制层104a和上分别限制层104b对称的位于有源区105的下方和上方，为相同的材料。

根据本公开的实施例，所述下分别限制层104a的厚度为100～800nm；所述上分别限制层104b的厚度为100～800nm。

根据本公开的实施例，所述下分别限制层104a为n型掺杂，掺杂浓度为2×10

本公开提供的带间级联激光器外延结构，通过采用与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料作为盖层，使得盖层的外延厚度不受晶格失配的限制，大C增加了盖层的厚度，该厚度完全满足在盖层中制备光栅的要求。

基于本公开提供的带间级联激光器外延结构，本公开的实施例还提供了一种带间级联激光器，所述带间级联激光器包括：在衬底上依次生长的缓冲层、下超晶格包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上超晶格包层和第一光栅层，其中，所述第一光栅层是通过对所述带间级联激光器外延结构中的盖层刻蚀形成的，所述第一光栅层采用与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料。由于第一光栅层是通过对所述带间级联激光器外延结构中的盖层刻蚀形成的，第一光栅层是直接刻蚀盖层得到的，因此，第一光栅层采用与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料，光栅组成均匀，结构缺陷少。

根据本公开的实施例，所述衬底采用GaSb材料，所述第一光栅层采用的与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料为GaSb材料。

根据本公开的实施例，所述第一光栅层的周期为900～1300nm，深度为50～500nm。

本公开提供的带间级联激光器，第一光栅层是通过对所述带间级联激光器外延结构中的盖层刻蚀形成的，所述第一光栅层采用与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料，光栅组成均匀，结构缺陷少。

图2示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器的制备方法流程图。

如图2所示，本公开实施例的带间级联激光器的制备方法包括步骤S101-S102。

在步骤S101中，在衬底上依次外延生长缓冲层、下包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上包层和盖层，其中，所述盖层采用厚度大于10nm，且与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料。

根据本公开的实施例，所述在衬底上依次外延生长缓冲层、下包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上包层和盖层的步骤中，所述外延生长缓冲层和盖层采用高温生长，温度范围为400～500℃，其余层外延生长采用低温生长，温度范围为350～400℃。

在步骤S102中，对盖层进行腐蚀形成第一光栅层。由于通过刻蚀盖层即可形成第一光栅层，无需刻蚀超晶格包层，大大简化制备工艺，降低了成本。

根据本公开的实施例，所述对盖层进行腐蚀形成第一光栅层的步骤中，采用湿法腐蚀或干法腐蚀。由于带间级联激光器的外延结构中采用新的晶格匹配材料作为盖层，能够生长无缺陷且厚度足够的盖层，对单一组分材料进行刻蚀形成光栅的技术，避免了现有技术中对InAs/A1Sb超晶格进行刻蚀时，两种不同材料刻蚀性能差别产生的光栅侧壁不均匀的问题，此外，由于现有技术光栅的刻蚀均采用电子束曝光形成掩膜中光栅图形，然后采用干法进行刻蚀，以尽可能减小侧壁的不均匀性，但是仍然无法避免InAs/A1Sb超晶格材料中Al组分暴露造成的快速氧化问题，成品率很难得到保证，因此工艺成本高。根据本公开的实施例，对单一组分盖层的刻蚀除了采用干法刻蚀，还可以采用成本更低且侧壁更光滑的湿法刻蚀，同时盖层中不含有活泼的Al元素，避免了现有技术中A1组分暴露快速氧化的问题。

本公开提供的带间级联激光器的制备方法，通过刻蚀盖层即可形成光栅，无需刻蚀超晶格包层，大大简化制备工艺，降低了成本。

基于本公开提供的带间级联激光器，本公开的实施例还提供了一种带间级联激光器芯片，图3示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的示意图。

如图3所示，本公开的实施例提供的带间级联激光器芯片，包括：上述任一项所述的带间级联激光器，其中，带间级联激光器包括在衬底101上依次生长的缓冲层102a、下超晶格包层103a、下分别限制层104a、有源层105、上分别限制层104b、上超晶格包层103b和第一光栅层202b，其中，所述带间级联激光器的有源层105、上分别限制层104b、上超晶格包层103b和第一光栅层202b形成脊型波导结构210；

底部电极201a，形成于所述带间级联激光器的衬底101远离缓冲层102a的背面；

介质绝缘层106，形成于所述脊型波导结构210的顶部和两侧侧壁，其中，所述脊型波导结构210顶部的介质绝缘层106的表面具有刻蚀形成的窗口；以及

第二光栅层201b，形成于所述介质绝缘层106表面的窗口中，与所述带间级联激光器的第一光栅层202b接触。第二光栅层201b201b同时作为顶部金属电极。

其中，所述第一光栅层202b和第二光栅层201b形成表面分布反馈光栅层211。其中，所述分布反馈光栅层211的光栅可选的为一级、二级、三级或更高级衍射光栅，所述分布反馈光栅层211的光栅包括均匀光栅、具有相移的光栅或采样光栅，可以根据实际情况进行选择，本公开的实施例对此不做限定。

根据本公开的实施例，所述第一光栅层的周期为900～1300nm，深度为50～500nm。

根据本公开的实施例，所述带间级联激光器的衬底101采用GaSb材料，所述第一光栅层202b采用与所述衬底101材料晶格匹配的GaSb材料。

根据本公开的实施例，所述衬底101厚度为50～250μm。

根据本公开的实施例，所述底部电极201a采用的材料为GePtAu材料。

根据本公开的实施例，所述介质绝缘层106的厚度为50～500nm。

根据本公开的实施例，所述第二光栅层201b采用的材料为Au材料，厚度为50～1000nm。

根据本公开的实施例，所述脊型波导结构210的宽度为3～10μm。

本公开提供的带间级联激光器芯片，第一光栅层是通过对所述带间级联激光器外延结构中的盖层刻蚀形成的，光栅层侧壁均匀，结构缺陷少，稳定性高。

图4示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的制备方法流程图。

如图4所示，本公开实施例的带间级联激光器芯片的制备方法流程包括步骤S201-S206。

在步骤S201中，在衬底上依次外延生长缓冲层、下包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上包层和盖层，其中，所述盖层采用厚度大于10nm，且与所述衬底材料晶格匹配的单一成分的材料。

根据本公开的实施例，所述在衬底上依次外延生长缓冲层、下包层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、上包层和盖层的步骤中，所述外延生长缓冲层和盖层采用高温生长，温度范围为400～500℃，其余层外延生长采用低温生长，温度范围为350～400℃。

在步骤S202中，对盖层进行腐蚀形成第一光栅层。其中，在盖层表面沉积第一掩膜层，对第一掩膜层进行曝光、显影，再对暴露的盖层进行腐蚀，腐蚀到设计的深度，范围是50～450nm，位于盖层中，得到第一光栅层。所述第一掩膜层中包含第一光栅层的图形，通过所述第一光栅层的图形选择性刻蚀盖层材料形成光栅结构，所述选择性刻蚀盖层材料的方法可以是湿法刻蚀或干法刻蚀。其中，所述第一掩膜层中的光栅图形，可选的采用全息曝光方法、利用光刻板接触式或非接触式曝光方法、或电子束曝光方法形成。

在步骤S203中，刻蚀有源层、上分别限制层、上超晶格包层和第一光栅层，形成脊型波导结构。在所述第一光栅层表面沉积第二掩膜层，所述第二掩膜层中包含脊型波导图形，通过所述脊型波导图形刻蚀未被第二掩膜层覆盖的第一光栅层、上超晶格包层和有源层，直到下分别限制层，形成脊型波导结构。

在步骤S204中，在所述脊型波导结构表面沉积介质绝缘层。除去第二掩膜层，在脊波导结构上方和两侧沉积绝缘层，所述沉积介质绝缘层的方法可选的为等离子体增强的化学气相沉积、原子层沉积、或磁控溅射。所述介质绝缘层可以采用SiO

在步骤S205中，刻蚀脊型波导结构顶部的介质绝缘层的表面，形成窗口，且在窗口中暴露出第一光栅层。除去第二掩膜层，在所述绝缘层表面沉积第三掩膜层，其中包含窗口图形，对所述第三掩膜层下面的介质绝缘层进行刻蚀，暴露出盖层材料。

在步骤S206中，在所述窗口中沉积第二光栅层。除去第三掩膜层，在所述窗口中沉积Au层，形成顶部金属电极，所述顶部金属电极的材料为Au，所述沉积方法可选的为电子束蒸发或磁控溅射。

根据本公开的实施例，所述带间级联激光器芯片的制备方法还包括：研磨衬底背面并抛光，在所述衬底背面沉积GeAuPtAu层，形成底部金属电极。

根据本公开的实施例，所述带间级联激光器芯片的制备方法还包括：对所述带间级联激光器芯片进行解理，形成前腔面和后腔面，其中所述前腔面与所述后腔面是相对腔面；在所述前腔面上可选地沉积多层介质减反膜或不沉积任何介质膜；以及在所述后腔面上可选地沉积高反膜或不沉积任何高反膜。

根据本公开的实施例，所述对盖层进行腐蚀形成第一光栅层的步骤中，采用湿法腐蚀或干法腐蚀。

本公开提供的带间级联激光器芯片的制备方法，制备工艺简单，成本低，成品率高，对低成本高产量分布反馈ICL芯片的生产具有很大潜力。

下面将结合实施例及相关实验，对本公开实施例的带间级联激光器芯片的制备方法和性能详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种带间级联激光器芯片的制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，在衬底101上外延生长100的外延结构：

根据本公开的实施例，衬底101可以选用高掺杂的n型GaSb材料。缓冲层102a和盖层102b的厚度范围是200nm，n型掺杂浓度是2×10

第二步，在盖层102b中制作第一光栅层202b：

在盖层102b表面沉积第一掩膜层，对掩膜层进行曝光、显影，再对暴露的盖层102b进行腐蚀，腐蚀到设计的深度50nm，位于盖层102b中，得到GaSb第一光栅层202b。

根据本公开的实施例，第一掩膜层曝光采用接触掩模版曝光，盖层102b的腐蚀采用湿法腐蚀。

第三步，制作脊波导结构：

在GaSb第一光栅层202b的表面沉积第二掩膜层，对掩膜层进行曝光、显影，再对暴露的半导体材料进行腐蚀，腐蚀到下分别限制层104a，得到脊波导结构210。

第四步，沉积介质绝缘层106和第二光栅层201b：

在脊波导结构210上沉积介质绝缘层106，所述介质绝缘层106采用SiO

第五步，沉积底部金属电极：

从衬底101背面研磨以减薄衬底至50微米的厚度范围，抛光研磨面，在上面沉积Au底部电极201a。

第六步，形成分布带间级联激光器芯片：

进行解理、烧结、引线，得到带间级联激光器芯片，其中解理的腔长满足耦合强度约为1的要求。

在本实施例中，对采用本实施例提供的制备方法制备的带间级联激光器芯片进行表征结果如下：

需要说明的是，本公开的实施例以二级分布反馈ICL芯片作为非限制性示例。可以设想的是，本发明的一些实施例中，波导结构可适用于一级、三级等其它级分布反馈ICL芯片。

图5示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的对称横电模式和反对称横电模式的电场强度分布图

对本实施例的带间级联激光器芯片，执行了表面二级分布反馈光栅，计算了所述二级分布反馈光栅的对称横电模式电场分布和反对称横电模式的电场分布。如图5所示，低频对称横电模式的强度极大值位于Au层正下方，与Au层交叠更高，模式损耗更大；相比之下，高频反对称横电模式的节点(强度为0)位于Au层正下方，模式交叠较小，其模式损耗低于对称横电模式。

图6示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的对称横电模式和反对称横电模式的波导损耗与光栅深度的关系图。

分布反馈带间级联激光器的光学模式受分布反馈光栅层的调制，针对所述波导结构进行模拟，计算了各级光栅模式的波导损耗和耦合系数。具体的模式损耗由光栅深度和光栅占空比决定，耦合系数由两种模式频率和损耗的差别决定，计算了25％占空比下所述二级分布反馈光栅两种横电模式的损耗与光栅深度的关系。如图6所示，反对称横电模式的损耗不随光栅深度增加发生明显变化，保持在4cm

图7示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的连续波输出功率-电压-电流性能图。

测试了GaSb盖层和Au接触层中形成二级分布反馈光栅的带间级联激光器芯片在不同注入电流和不同热沉温度下的连续波光-电流-电压性能曲线，如图7所示，40℃的热沉温度下，输出功率达到14mW，45℃的热沉温度下，输出功率达到8mW。

图8示意性示出了本公开实施例的带间级联激光器芯片的连续波激光光谱。

测试了带间级联激光器芯片在不同注入电流下和不同热沉温度下的峰值波长，如图8所示，在不同热沉温度下，跨越整个注入电流范围，激光器以单个波长产生激光，没有发生跳模，因此，本公开实施例的带间级联激光器芯片除了在制作工艺方面具有优于其它装置的低成本优点外，在单模稳定性、动态范围和输出功率方面也具有优于其它装置的优点。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。