本發明專利技術公開了一種單片集成兩段式DFB半導體激光器及陣列，其中，該兩段式DFB半導體激光器包括：無源反射光柵區和DFB半導體激光器區；無源反射光柵區和DFB半導體激光器區共用同一段波導結構，并集成在同一襯底或同一芯片上；無源反射光柵區和DFB半導體激光器區具有相同的材料外延結構，外延結構依次包括：n型襯底、n型緩沖層、波導層、應變多量子阱層、光柵材料層、p型波導層、p型限制層、p型歐姆接觸層和絕緣層；外延結構外層還包括正負電極。該兩段式DFB半導體激光器利用無源反射光柵的反射特性和選頻特性可同時提高DFB半導體激光器的輸出效率和邊模抑制比。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光電子及光電信息處理
，具體地，涉及一種單片集成兩段式DFB半導體激光器及陣列。
技術介紹
近年光通信的信息容量呈現爆炸式的增長，而承載這個龐大網絡通訊的是光纖和各種光通訊器件組成的光纖網絡系統。目前，光網絡主要由各種分立的光子器件組成。它們由獨立的結構，獨立的封裝等制作方法實現。但是隨著光信息容量的進一步增加，目前這種光器件的組成形式將帶來很多問題。比如系統非常復雜而龐大，能耗大量增加，管理成本也迅速增加。這些問題導致了現有的網絡實現方法將很難進一步的維持下去。光子集成技術被普遍認為是解決該問題的主要方法，因而受到廣泛的關注和研究。多波長DFB(Distributed Feed Back，分布反饋)半導體激光器陣列芯片是應用于光子集成系統的理想光源，也是光子集成系統的核心器件。然而DFB半導體激光器陣列芯片在光子集成領域的的應用還受到波長控制精度、單模成品率、高制造成本等多方面因素的困擾[Koch,T.L.and Koren,U.\Semiconductor Photonic Integrated Circuits,\(半導體光子集成線路)IEEE J.Quantum Elect.27(3),641-653(1991)]。為了提高DFB半導體激光器陣列芯片的波長控制精度和單模成品率，DFB半導體激光器陣列芯片往往采用具有π相移的光柵結構，并在激光器兩端鍍抗反射膜(AR/AR，AR為抗反射，Anti－Reflection)[I.Orfanos,T.Sphicopoulos,A.Tsigopoulos,and C.Caroubalos,\Atractable above-threshold model,for the design of DFB and phase-shifted DFBlasers,\(一種應用于相移DFB半導體激光器設計的大于閾值的理論模型)IEEEJ.Quantum Elect.,27(4),946-956,(1991)]。這種結構主要有兩個問題：首先，具有π相移的光柵無法用傳統的光刻工藝制造，目前通常采用電子束曝光技術(EBL：E-beam lithography)制造，該技術可實現高精度的加工但是制造效率低，制造成本高[C.Vieu,F.Carcenac,A.Pépin,Y.Chen,M.Mejias,A.Lebib,L.Manin-Ferlazzo,L.Couraud,and H.Launois,\Electron beam lithography:
resolution limits and applications,\(電子束曝光的分辨率限制及應用)Appl.Surf.Sci.,164(1–4),111-117,(2000)]；其次，采用π相移光柵和AR/AR鍍膜的DFB半導體激光器，由于激光器兩端面輸出為對稱的，50％的激光輸出浪費掉了，激光器芯片輸出效率低下。激光器一端采用高反射膜另一端采用抗反射膜(HR/AR，HR為高反射，high-reflection)可以提高激光器的輸出效率，但是高反射膜(HR)一端引入的隨機相移會惡化激光器陣列的波長控制精度和單模成品率[T.Matsuoka,Y.Yoshikuni and H.Nagai,\Verification of the lightphase effect at the facet on DFB laser properties,\(端面相移對DFB激光器特性的影響的論證)IEEE J.Quantum Electron.,21(12),1880-1886,(1985)]。為了解決輸出效率低的問題，人們提出了許多具有復雜光柵結構的DFB半導體激光器，如非對稱相移光柵DFB半導體激光器和分布反射式DFB半導體激光器等[M.Usami,S.Akiba,and K.Utaka,\Asymmetricλ/4-shifted InGaAsP/InP DFBlasers,\(非對稱λ/4相移InGaAsP/InP DFB激光器)IEEE J.Quantum Electron.,23(6),815-821,(1987)；以及S.Jong-In,K.Komori,S.Arai,I.Arima,Y.Suematsu,and R.Somchai,\Lasing characteristics of 1.5μm GaInAsP-InPSCH-BIG-DR lasers,\(1.5微米GaInAsP-InP SCH-BIG-DR激光器的特性)IEEE J.Quantum Electron.,27(6),1736-1745,(1991)]，這些激光器同樣存在單模成品率低和制造成本高等缺點，困擾DFB半導體激光器陣列的問題還沒有得到解決。文獻[Yitang Dai and Xiangfei Chen,\DFB semiconductor lasers based onreconstruction-equivalent-chirp technology,\(基于重構—等效啁啾技術的DFB半導體激光器),Opt.Express,15(5)：2348-2353,(2007)]和專利[陳向飛，“基于重構—等效啁啾技術制備半導體激光器的方法及裝置”，中國專利技術專利CN200610038728.9，國際PCT專利US 7873089B2]提出了利用重構-等效啁啾(REC，Reconstruction algorithm and Equivalent Chirp)技術實現復雜結構的DFB半導體激光器。該技術可以用一步全息曝光和一步普通亞微米量級的接觸式曝光來等效實現納米級復雜光柵結構。重構-等效啁啾技術最大特點是能夠靈活、方便的制造各種復雜光柵結構，制作過程與傳統全息曝光工藝完全兼容，制造成本上非常低，并且對DFB半導體激光器波長具有非常高的控制精度。重構-等效啁啾技術已經用于若干特殊結構DFB半導體激光器及陣列的
研制中[Yuechun Shi,Xiangfei Chen,Yating Zhou,Simin Li,Linlin Lu,Rui Liuand Yijun Feng,\Experimental demonstration of eight-wavelength distributedfeedback semiconductor laser array using equivalent phase shift,\(基于等效相移的8波長DFB半導體激光器陣列的實驗研究)Opt.Lett.,37(167),3315-3317,(2012)；以及J.Li,S.Tang,W.J.,Y.Liu,X.Chen,and J.Cheng,\AnEight-Wavelength BH DFB Laser Array With Equivalent Phase Shifts for WDMSystems,\(面向WDM系統的基于等效相移的8通道BH DFB半導體激光器陣列)IEEE Photonic Tech.L.,26(16),1593-1596,(2014)]，在一定程度上解決了DFB半導體激光器陣本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種單片集成兩段式DFB半導體激光器，其特征在于，包括：無源反射光柵區和DFB半導體激光器區；所述無源反射光柵區和所述DFB半導體激光器區共用同一段波導結構，并集成在同一襯底或同一芯片上；所述無源反射光柵區無激光振蕩，用于為所述DFB半導體激光器區提供反射；所述無源反射光柵區和所述DFB半導體激光器區具有相同的材料外延結構，所述外延結構依次包括：n型襯底、n型緩沖層、波導層、應變多量子阱層、光柵材料層、p型波導層、p型限制層、p型歐姆接觸層和絕緣層；所述外延結構的距離n型襯底較近的一面設有負電極，距離絕緣層較近的一面設有正電極，且與所述正電極相對應的區域不存在絕緣層。
【技術特征摘要】
1.一種單片集成兩段式DFB半導體激光器，其特征在于，包括：無源反射光柵區和DFB半導體激光器區；所述無源反射光柵區和所述DFB半導體激光器區共用同一段波導結構，并集成在同一襯底或同一芯片上；所述無源反射光柵區無激光振蕩，用于為所述DFB半導體激光器區提供反射；所述無源反射光柵區和所述DFB半導體激光器區具有相同的材料外延結構，所述外延結構依次包括：n型襯底、n型緩沖層、波導層、應變多量子阱層、光柵材料層、p型波導層、p型限制層、p型歐姆接觸層和絕緣層；所述外延結構的距離n型襯底較近的一面設有負電極，距離絕緣層較近的一面設有正電極，且與所述正電極相對應的區域不存在絕緣層。2.根據權利要求1所述的兩段式DFB半導體激光器，其特征在于，所述兩段式DFB半導體激光器采用脊波導結構或者掩埋異質結的結構。3.根據權利要求1所述的兩段式DFB半導體激光器，其特征在于，還包括位于所述無源反射光柵區和所述DFB半導體激光器區之間的電隔離區；所述無源反射光柵區和所述DFB半導體激光器區具有相互獨立的注入電流，且所述無源反射光柵區的注入電流小于等于所述無源反射光柵區的透明電流。4.根據權利要求3所述的兩段式DFB半導體激光器，其特征在于，在所述p型歐姆接觸層中，與所述電隔離區相對應的p型歐姆接觸層被刻蝕掉。5.根據權利要求1所述的兩段式DFB半導體激光器，其特征在于，所述兩段式DFB半導體激光器的兩端面均鍍抗反射膜；或者，所述兩段式DFB半導體激光器的兩端面均不鍍膜，且兩端面采用彎曲波導結構，彎曲角度大于5°。6.根據權利要求1-5任一所述的兩段式DFB半導體激光器，其特征在于，無源反射光柵和DFB半導體激光器光柵均為采用重構-等效啁啾技術制作的取樣光柵；其中，所述無源反射光柵包括所述無源反射光柵區對應的光柵材料層，所述DFB半導體激光器光柵包括所述DFB半導體激光器區對應的光柵材料...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張云山，
申請(專利權)人：南京大學蘇州高新技術研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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