DFB激光器的結構組成

一、 縱向分層結構（垂直于波導方向）

這種分層設計的核心目的是限制載流子和光場，讓注入的電流集中在有源區產生增益，同時讓光場局限在波導內傳播，減少能量損耗。通常包含以下五層：

1.襯底

作為整個器件的支撐基底，選用與外延層晶格匹配的半導體材料，常見的有InP（銦磷）適配 1310nm/1550nm 通信波段的 InGaAsP 有源區，GaAs（砷化鎵）適配 850nm 波段的 AlGaAs 有源區。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 型重摻雜的寬禁帶半導體材料，其折射率低于有源區和波導層。通過折射率差實現光場的垂直限制，防止光向襯底方向泄露；同時作為電流傳輸的通道，將電子輸送到有源區。

3.波導與光柵層

這是 DFB 激光器的核心功能層，分為兩個子結構：

波導層：位于有源區附近，折射率略高于包層，用于引導光場沿器件長度方向傳播，材料通常與有源區兼容。

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

4.有源區

光增益的產生區域，是激光器的 “發光核心”，采用量子阱（Quantum Well） 結構（多為多量子阱 MQW），材料為窄禁帶半導體（如 InGaAsP、AlGaAs）。當電流注入時，電子和空穴在有源區復合，通過自發輻射和受激輻射產生光子。有源區的厚度極薄（通常幾十納米），量子限制效應可提升增益效率，降低閾值電流。

5.上包層

位于有源區上方，采用 P 型重摻雜的寬禁帶半導體材料，折射率低于有源區和波導層，與下包層配合實現光場的垂直限制；同時作為電流通路，將空穴輸送到有源區。

6.接觸層

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

二、 橫向功能模塊（沿波導長度方向）

從器件的端面到另一端面，橫向可分為三個功能區域：

1.輸入輸出端面

器件的前后兩個端面，為了消除端面反射帶來的多縱模干擾，通常會鍍制抗反射（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

覆蓋器件的大部分長度，布拉格光柵分布在這個區域，提供分布式反饋，篩選出滿足布拉格條件的波長光進行振蕩放大。

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（限制電流注入區域，提升增益效率）；N 極制作在襯底背面，為整個器件提供公共電極。當在兩極之間施加正向電壓時，電流注入有源區，觸發受激輻射。