DFB激光器的結(jié)構(gòu)組成

一、 縱向分層結(jié)構(gòu)（垂直于波導(dǎo)方向）

這種分層設(shè)計(jì)的核心目的是限制載流子和光場(chǎng)，讓注入的電流集中在有源區(qū)產(chǎn)生增益，同時(shí)讓光場(chǎng)局限在波導(dǎo)內(nèi)傳播，減少能量損耗。通常包含以下五層：

1.襯底

作為整個(gè)器件的支撐基底，選用與外延層晶格匹配的半導(dǎo)體材料，常見的有InP（銦磷）適配 1310nm/1550nm 通信波段的 InGaAsP 有源區(qū)，GaAs（砷化鎵）適配 850nm 波段的 AlGaAs 有源區(qū)。襯底一般為 N 型摻雜，為載流子傳輸提供通路。

2.下包層

位于襯底上方，采用 N 型重?fù)诫s的寬禁帶半導(dǎo)體材料，其折射率低于有源區(qū)和波導(dǎo)層。通過折射率差實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的垂直限制，防止光向襯底方向泄露；同時(shí)作為電流傳輸?shù)耐ǖ?，將電子輸送到有源區(qū)。

3.波導(dǎo)與光柵層

這是 DFB 激光器的核心功能層，分為兩個(gè)子結(jié)構(gòu)：

波導(dǎo)層：位于有源區(qū)附近，折射率略高于包層，用于引導(dǎo)光場(chǎng)沿器件長(zhǎng)度方向傳播，材料通常與有源區(qū)兼容。

布拉格光柵：通過電子束曝光、全息光刻或干法刻蝕等工藝，在波導(dǎo)層（或有源區(qū)表面）制作出周期性折射率變化的條紋結(jié)構(gòu)。光柵周期 Λ 由目標(biāo)輸出波長(zhǎng)決定，滿足布拉格條件。部分高性能 DFB 激光器會(huì)在光柵中間引入λ/4 相移，消除模式分裂，提升單縱模穩(wěn)定性。

4.有源區(qū)

光增益的產(chǎn)生區(qū)域，是激光器的 “發(fā)光核心”，采用量子阱（Quantum Well） 結(jié)構(gòu)（多為多量子阱 MQW），材料為窄禁帶半導(dǎo)體（如 InGaAsP、AlGaAs）。當(dāng)電流注入時(shí)，電子和空穴在有源區(qū)復(fù)合，通過自發(fā)輻射和受激輻射產(chǎn)生光子。有源區(qū)的厚度極薄（通常幾十納米），量子限制效應(yīng)可提升增益效率，降低閾值電流。

5.上包層

位于有源區(qū)上方，采用 P 型重?fù)诫s的寬禁帶半導(dǎo)體材料，折射率低于有源區(qū)和波導(dǎo)層，與下包層配合實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的垂直限制；同時(shí)作為電流通路，將空穴輸送到有源區(qū)。

6.接觸層

位于上包層頂部，采用高摻雜的半導(dǎo)體材料（如 InGaAs），降低金屬電極與半導(dǎo)體之間的接觸電阻，讓電流更高效地注入有源區(qū)。

二、 橫向功能模塊（沿波導(dǎo)長(zhǎng)度方向）

從器件的端面到另一端面，橫向可分為三個(gè)功能區(qū)域：

1.輸入輸出端面

器件的前后兩個(gè)端面，為了消除端面反射帶來的多縱模干擾，通常會(huì)鍍制抗反射（AR）涂層，將端面反射率降低到 0.1% 以下，避免形成 FP 諧振腔。

2.光柵區(qū)

覆蓋器件的大部分長(zhǎng)度，布拉格光柵分布在這個(gè)區(qū)域，提供分布式反饋，篩選出滿足布拉格條件的波長(zhǎng)光進(jìn)行振蕩放大。

3.電極

分為 P 極和 N 極：P 極制作在頂部接觸層表面，通常為條形電極（限制電流注入?yún)^(qū)域，提升增益效率）；N 極制作在襯底背面，為整個(gè)器件提供公共電極。當(dāng)在兩極之間施加正向電壓時(shí)，電流注入有源區(qū)，觸發(fā)受激輻射。