专利名称：相移电控制dfb半导体激光器装置及其利记博彩app
技术领域：
本发明属于光电子技术领域，涉及光纤通信、光子集成、光电传感以及其他光电信息处理。是一种基于改变两电极注入电流比例(大小)来控制引入相移大小的分布反馈式(DFB)半导体激光器及其阵列装置和利记博彩app。
背景技术：
作为信息传送的基础，光纤通信系统正在向高速化和网络化方向发展。经历前几年的爆炸性扩张以后，Internet已步入一个稳定发展期。互联网的速率与容量保持稳步增长，并且逐渐融合传统的电话网和有线电视网而成为一个统一的信息网络。能担当得起信息网络物理基础重任的，只有光纤通信系统。近年来出现的光子集成技术，顺应了时代的发展，正开启着一个全新的光网络时代。光子集成技术则被认为是光纤通信最前沿、最有前途的领域。在美国硅谷实验室中，英飞朗(Infinera)公司已经用磷化铟等材料制成了大量复杂的光电集成器件，使得光通信成本更低。对于有源光通信器件，无论是在光通信网络还是在光子集成芯片中，分布反馈式(DFB)半导体激光器因其良好的单模特性而受到青睐。早期的DFB半导体激光器，其折射率是被周期性地均匀调制的。这种激光器在布拉格波长两侧，对称地存在两个谐振腔损耗相同并且最低的模式，称之为两种模式简并。但如果在光栅的中心引入一个四分之一波长(λ/4)相移区，就可以消除双模简并。这种方法的最大优点在于其模式阈值增益差大，可以实现真正的动态单模工作，这是实现激光器单模工作的有效方法，在光通信系统中应用广泛。当然，λ/4相移的DFB半导体激光器本身也存在着一些缺陷。例如，在注入电流较大时，单模特性会因烧孔效应而被破坏，因而要使其保持单模特性，工作电流必须被限制在阈值附近。再者，如果激光器端面的增透膜有损坏，单模特性也会受到影响。此外，λ/4相移的DFB半导体激光器制造工艺也十分复杂，需要纳米精度的控制。这些因素综合起来，不仅导致现有市场上的激光器成本过高，还使其工作可靠性和稳定性受到了影响。为了得到单模特性更好的DFB激光器，研发人员提出了各种特殊结构，如啁啾结构，周期调制(Corrugation-pitch modulated, CPM)结构，多相移(Multiple phaseshift, MPS)结构，λ/8相移结构等。以CPM结构为例，由于它的相移是分布在激光器结构中心处的整个相移区上的，因而它整体上减少了相移所在位置光子的最大强度，对激光器的烧孔效应有较好的抑制作用，因而CPM结构的激光器能够获得更大的激射功率和更窄的线宽。虽然这些特殊结构都有效地改善了激光器的性能，但是由于光栅结构更复杂，使得它们的制造成本更高，必须使用电子束曝光技术(E-Beam lithography)制造,高昂的制造成本限制了这些激光器的大规模应用。此外，由于现在对光通信网络传输容量的需求急剧增长，密集波分复用(Densewavelength division multiplexing, WDM)系统复用的信道数越来越多,这种通信系统需要用不同激射波长的激光器作光源。为减少由此带来的能耗和维护成本急剧上升问题，光子集成(Photonic integration circuit, PIC)是必然的选择。ITU — T标准对激光器的激射波长提出了严格的要求，而实际的半导体激光器制作过程中，存在各种偶然因素使得激光器激射波长偏离这个要求。因而在制作多波长激光器阵列时，常采用波长调谐装置如热调谐或改变注入电流、以及多电极注入等方式，来控制激光器的激射波长严格对准ITU - T标准。这些波长调谐装置使得激光器的结构变得复杂，加工难度增大，它们也会导致多波长激光器阵列中各个激光器输出激光功率不均衡问题。如果在相移DFB激光器中，能够精确控制其相移的大小，那么激光器的激射波长将几乎在它的禁带范围内连续可调。这样，用整体的电热装置来实施初步调节，并用控制相移大小来精确控制DFB激光器芯片的激射波长满足ITU — T标准要求，就能实现多波长激光器阵列芯片激射波长的精细校准。
发明内容
针对现有技术中半导体激光器存在的上述不足，为提高DFB半导体激光器的单模特性，本发明提出了一种特殊的可调节相移大小的DFB激光器结构，即基于改变两电极注入电流比例(大小)来控制引入相移大小，进而精细调节激射波长的装置和方法，为DFB半导体激光器的设计制造，提出一种新的结构和利记博彩app。本发明的技术方案是:
一种相移电控制DFB半导体激光器装置，所述相移电控制DFB半导体激光器装置由两个侧边区和位于两个侧边区之间的一个相移区组成，沿着整个激光器其光栅结构为普通均匀光栅，两个侧边区的电极用导线连接在一起，且两个侧边区的电极与一个相移区的电极相电隔离。作为本发明的进一步改进，两个侧边区的电极与一个相移区的电极通过相距数十个微米的方式相电隔离。作为本发明的进一步改进，两个侧边区的电极与一个相移区的电极之间通过注入氦离子或者通过刻蚀电隔离沟的方式相电隔离。作为本发明的进一步改进，两个侧边区的长度不同。一种DFB半导体激光器单片集成阵列，所述DFB半导体激光器单片集成阵列由上述相移电控制DFB半导体激光器装置构成。一种PIC发射芯片模块，由激光监测器阵列、上述半导体激光器单片集成阵列、调制器阵列、功率均衡器阵列和复用器，通过选择区外延生长或对接生长技术，依次生长集成到同一外延晶片上。一种相移电控制DFB半导体激光器装置的利记博彩app，具体包括如下步骤:
(1)在η型InP衬底材料上依次外延η型InP缓冲层、IOOnm厚的非掺杂晶格匹配InGaAsP下限制层、应变InGaAsP多量子阱和IOOnm厚的ρ型晶格匹配InGaAsP上限制层；
(2)用普通双光束全息干涉曝光的方法，把均匀光栅图案转移到上限制层上的光刻胶上，然后施以材料刻蚀，在上限制层上部形成所需的均匀光栅结构；
(3)当光栅制作好后，再通过二次外延生长ρ型InP层和ρ型InGaAs欧姆接触层。在外延生长结束后，利用普通光刻结合化学湿法刻蚀，完成脊形波导的制作；
(4)用等离子体增强化学气相沉积法工艺，在脊形波导周围沉积一层300nm厚的SiO2层或有机物BCB绝缘层；
(5)接着利用光刻和化学湿法刻蚀，去除激光器脊形波导上方的SiO2层或有机物BCB绝缘层，露出其InGaAs欧姆接触层；
(6)用磁控溅射的方法，在整个激光器结构的上方分别镀上IOOnm厚的Ti和400nm厚的Au，结合光刻工艺和化学湿法刻蚀，在脊条上方露出InGaAs的欧姆接触层上形成T1-Au金属P电极；
(7)接着把整个激光器晶片减薄到150μ m后，在基底材料的下方蒸镀上500nm厚的Au-Ge-Ni合金作为η电极；
(8)接着把得到的激光器芯片的两个侧边区的P电极用金丝连接在一起引出，形成侧边区P电极，相移区的P电极也用金丝引出；从而形成双电极相移电控制DFB半导体激光器结构。8、一种DFB半导体激光器单片集成阵列的利记博彩app，具体包括如下步骤:
(1)准备一系列透光框位置不同的光刻板；
(2)把这些光刻板依次放置在制作本发明的DFB半导体激光器芯片的晶片上方，用控制双光束干涉的紫外光束入射角度大小的方法，每次把所需光栅周期的均匀光栅图案转移到上限制层上的光刻胶上；
(3)在所有设计的均匀光栅转移到光刻胶上后施以材料刻蚀，在上限制层上部形成所需的多波长相移电控制DFB半导体激光器阵列对应的均匀光栅结构。本发明的有益效果是:
用电注入控制引入相移技术，就能在只需要用普通的双光束干涉技术形成的均匀光栅半导体激光器中，引入任意大小的相移，并通过改变引入相移的大小来精细调节激光器的激射波长。在引入相移大小合适的情况下，如在0.25 π 1.75 π时，既保证了激光器单模激射的实现，也使得结构相似的激光器(仅是光栅周期和引入相移不同)有相近的域值和激射特性。此外，本发明中的相移由于分布在整个相移区上，因而是一个渐变累积的相移，与突变的相移相比能更好地抑制相移激光器中常见的烧孔效应。
图1是均匀光栅结构示意 图2是CPM光栅结构示意 图3是本发明DFB半导体激光器的光栅和P电极分布示意 图4是相移电控制DFB半导体激光器结构示意 图5是相移电控制DFB半导体激光器阵列制作光栅所用光刻板剖面示意 图6是双紫外光束干涉制作DFB半导体激光器阵列均匀光栅示意图。图中:1、η-ΙηΡ基底；2、η_ΙηΡ缓冲层；3、下限制层；4、多量子阱有源层；5、上限制层；6、光棚层；7、ρ-ΙηΡ层；8、欧姆接触层。下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。本发明相移电控制DFB半导体激光器装置及其利记博彩app，是基于改变两电极注入电流比例(大小)来控制引入相移大小，进而精细调节激射波长的分布反馈式(DFB)半导体激光器的装置及制造方法。其基本原理如下:
1、电流注入引起半导体激光器材料有效折射率的改变当半导体激光器中注入电流时，由于能带填充(Bandj i 11 ing)、导带和价带间隙的收缩(Bandgap Shrinkage)和自由载流子等离子效应(Free carrier plasma effect)等的共同作用效果，激光器的有效折射率将减小。与此同时，电流注入引起的热效应也会导致激光器有效折射率升高。以通信网络中使用的多量子阱半导体激光器为例，其结构材料常见的有InP,InGaAsP或AlGaAsP等II1- V族化合物，注入自由电子浓度达1018cm_3有良好散热时，有效折射率减小能达到10 —2量级大小。当散热不好时，电流热效应会使激光器的实际工作温度明显升高，由电流热效应导致的有效折射率升高将占主导地位，可以导致激光器有效折射率随注入电流的升高而增大10 —3量级大小。2、光栅周期调制(CPM)结构激光器中相移的引入
图1和图2分别是均匀光栅结构和CPM光栅结构中的光栅示意图。在均匀光栅结构中，沿整个光栅纵向光栅周期Λ都
是相同的。在CPM结构中，其两侧边区域的光栅周期4是相同的，中间相移区的光栅周期
A2.与两侧边区域光栅周期？工相近但不相同；假设沿整个激光器纵向的有效折射率《故湘同，这时在整个光栅中引入的相移大小为:
权利要求
1.一种相移电控制DFB半导体激光器装置，所述相移电控制DFB半导体激光器装置由两个侧边区和位于两个侧边区之间的一个相移区组成，沿着整个激光器其光栅结构为普通均匀光栅，其特征在于:两个侧边区的电极用导线连接在一起，且两个侧边区的电极与一个相移区的电极相电隔离。
2.根据权利要求1所述的相移电控制DFB半导体激光器装置，其特征在于:两个侧边区的电极与一个相移区的电极通过相距数十个微米的方式相电隔离。
3.根据权利要求1所述的相移电控制DFB半导体激光器装置，其特征在于:两个侧边区的电极与一个相移区的电极之间通过注入氦离子或者通过刻蚀电隔离沟的方式相电隔离。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的相移电控制DFB半导体激光器装置，其特征在于:两个侧边区的长度不同。
5.一种DFB半导体激光器单片集成阵列，其特征在于:所述DFB半导体激光器单片集成阵列由权利要求1至4中任意一项所述的相移电控制DFB半导体激光器装置构成。
6.一种光子集成发射芯片模块，其特征在于:由激光监测器阵列、权利要求5所述的半导体激光器单片集成阵列、调制器阵列、功率均衡器阵列和复用器，通过选择区外延生长或对接生长技术，依次生长集成到同一外延晶片上。
7.一种相移电控制DFB半导体激光器装置的利记博彩app，具体包括如下步骤: (1)在η型InP衬底材料上依次外延η型InP缓冲层、IOOnm厚的非掺杂晶格匹配InGaAsP下限制层、应变InGaAsP多量子阱和IOOnm厚的ρ型晶格匹配InGaAsP上限制层； (2)用普通双光束全息干涉曝光的方法，把均匀光栅图案转移到上限制层上的光刻胶上，然后施以材料刻蚀，在上限制层上部形成所需的均匀光栅结构； (3)当光栅制作好后，再通过二次外延生长ρ型InP层和ρ型InGaAs欧姆接触层。
8.在外延生长结束后，利用普通光刻结合化学湿法刻蚀，完成脊形波导的制作； (4)用等离子体增强化学气相沉积法工艺，在脊形波导周围沉积一层300nm厚的SiO2层或有机物BCB绝缘层； (5)接着利用光刻和化学湿法刻蚀，去除激光器脊形波导上方的SiO2层或有机物BCB绝缘层，露出其InGaAs欧姆接触层； (6)用磁控溅射的方法，在整个激光器结构的上方分别镀上IOOnm厚的Ti和400nm厚的Au，结合光刻工艺和化学湿法刻蚀，在脊条上方露出的InGaAs欧姆接触层上形成T1-Au金属P电极； (7)接着把整个激光器晶片减薄到150μ m后，在基底材料的下方蒸镀上500nm厚的Au-Ge-Ni合金作为η电极； (8)接着把得到的激光器芯片的两个侧边区的P电极用金丝连接在一起引出，形成侧边区P电极，相移区的 P电极也用金丝引出；从而形成双电极相移电控制DFB半导体激光器结构。
9.一种DFB半导体激光器单片集成阵列的利记博彩app，具体包括如下步骤: (1)准备一系列透光框位置不同的光刻板； (2)把这些光刻板依次放置在制作本发明的DFB半导体激光器芯片的晶片上方，用控制双光束干涉的紫外光束入射角度大小的方法，每次把所需光栅周期的均匀光栅图案转移到上限制层上的光刻胶上； (3)在所有设计的均匀光栅转移到光刻胶上后施以材料刻蚀，在上限制层上部形成所需的多波长相移电控制DFB半导 体激光器阵列对应的均匀光栅结构。
全文摘要
本发明涉及一种相移电控制DFB半导体激光器装置，由两个侧边区和位于两个侧边区之间的一个相移区组成，沿着整个激光器其光栅结构为普通均匀光栅，两个侧边区的电极用导线连接在一起，且两个侧边区的电极与一个相移区的电极相隔离。通过改变侧边区、相移区注入电流以控制引入相移大小，来精细调节激光器的激射波长。在激光器工作电流保持不变的条件下，改变侧边区、相移区注入电流的比例就能改变引入相移的大小。在引入相移大小合适的情况下，既保证了激光器单模激射的实现，也使得结构相似的DFB激光器有相近的域值和激射特性。给激光器阵列产生激光的调制、耦合和传输带来了很大的方便，在光子集成发射芯片模块的研制中有很大的优越性。
文档编号H01S5/40GK103151702SQ20131007872
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者周亚亭, 王刚, 朱红 申请人:常州工学院