一种波长可调谐的半导体激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种波长可调谐的半导体激光器，包括：由下至上形成的下分离限制层、下波导层、有源层、上波导层和上分离限制层；其中，下波导层、有源层和上波导层构成半导体激光器的光限制层中心区域，下分离限制层和上分离限制层构成半导体激光器的包层；上波导层或下波导层包括脊波导和微腔，微腔位于脊波导的一侧。本实用新型专利技术提供的波长可调谐的半导体激光器，利用电调制脊波导的饱和吸收区产生的增益杠杆效应，能够增大半导体激光器的3dB带宽，实现高速调制。本实用新型专利技术提出的半导体激光器还利用半导体激光器侧边上的微腔结构，实现对半导体激光器波长的选择性输出。

【技术实现步骤摘要】
一种波长可调谐的半导体激光器
本技术属于半导体激光器
，具体涉及一种波长可调谐的半导体激光器。
技术介绍
高速半导体激光器是长距离、大容量光纤通信系统的关键器件，其在高速信号处理系统、高速波分复用系统中也占有非常重要的地位。近年来，为了满足人们对高速激光器的广泛需求，各大企业和研究机构开展了大量的相关研究，相继报道了多种结构和设计的高速半导体激光器，如P掺杂应变量子阱激光器、分布反馈式(DFB)激光器、应变补偿多量子阱激光器、分布反射式(DBR)激光器等。当前，微腔半导体激光器因其具有高品质因子、低激射阈值以及易于平面工艺制备和二维光集成等优势，在光通讯、光互连以及光集成等方面有着广泛的应用前景。但是，目前的微腔半导体激光器不具备波长可调谐的功能。
技术实现思路
为了解决上述半导体激光器不具备波长可调谐功能的技术问题，本技术提供一种波长可调谐的半导体激光器，一种波长可调谐的半导体激光器，包括：由下至上形成的下分离限制层、下波导层、有源层、上波导层和上分离限制层；其中，下波导层、有源层和上波导层构成半导体激光器的光限制层中心区域，下分离限制层和上分离限制层构成半导体激光器的包层；上波导层或下波导层包括脊波导和微腔，微腔位于脊波导的一侧。在某些实施例中，所述微腔为环形微腔或圆盘形微腔。在某些实施例中，环形微腔为圆环形谐振腔，圆环形谐振腔内外边界呈轴对称，且内外边界的中心重合，刻蚀深度相同。在某些实施例中，所述脊波导包括增益区、电隔离区和饱和吸收区；增益区、电隔离区和饱和吸收区位于同一脊条上且共线排列，电隔离区对增益区和饱和吸收区进行电隔离；微腔设置在增益区沿长度方向的任意位置。在某些实施例中，增益区的长度大于电隔离区和饱和吸收区的总长度，电隔离区的长度大于等于饱和吸收区的长度。在某些实施例中，增益区和饱和吸收区的上方设置有平面电极，增益区的电极和饱和吸收区的电极之间相互独立不相连。在某些实施例中，微腔与脊波导直接相连，或者在微腔与脊波导之间加入侧边电隔离区进行电隔离。在某些实施例中，侧边电隔离区的宽度为0.5～1.5um。在某些实施例中，在微腔与脊波导之间加入侧边电隔离区时，微腔上方设置有平面电极，环形微腔的电极与增益区的电极和饱和吸收区的电极之间相互独立不相连。在某些实施例中，有源层采用应变量子阱和应变量子垒交替混合的多层量子阱结构；应变量子阱的总厚度为8～12nm，应变量子垒的总厚度为8～12nm。本技术的有益效果：本技术提供的波长可调谐的半导体激光器，利用电调制脊波导的饱和吸收区产生的增益杠杆效应，能够增大半导体激光器的3dB带宽，实现高速调制。本技术提出的半导体激光器还利用半导体激光器侧边上的微腔结构，实现对半导体激光器波长的选择性输出。本技术提出的半导体激光器能够满足对高速、大容量光通信的信号源的需要，满足GPON/EPON等光网络对高速调制激光器光源的需求。附图说明图1是本技术提出的波长可调谐的半导体激光器的结构示意图；图2是本技术提出的波长可调谐的半导体激光器包括的波导层的一种结构示意图；图3是本技术提出的波长可调谐的半导体激光器包括的波导层的另一种结构示意图；图4是本技术提出的波长可调谐的半导体激光器包括的波导层的再一种结构示意图；图5是本技术提出的波长可调谐的半导体激光器包括的波导层的又一种结构示意图；具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本技术并不局限于附图和以下实施例，相关附图作为示意图不应该被认为严格反映几何尺寸的比例关系，也不应该作为限制本技术的适用范围。本技术提供的一种波长可调谐的半导体激光器，包括：有源层、波导层和分离限制层；其中，波导层位于有源层和分离限制层之间；波导层包括脊波导和微腔，微腔位于脊波导的一侧。波导层采用脊波导结构与微腔结构相结合的方式，脊波导结构利用电泵浦吸收区产生增益杠杆效应，实现高速调制；通过对微腔结构几何结构参数(如半径等)的设计或电流注入的方式，实现特定工作波长的选择性输出。因此，本技术提出的半导体激光器为波长可调谐的高速半导体激光器。进一步地，所述微腔为环形微腔或圆盘形微腔。微腔的腔体可以采用光刻掩模湿法刻蚀或反应离子刻蚀方法形成。所述脊波导包括增益区、电隔离区和饱和吸收区；增益区、电隔离区和饱和吸收区位于同一脊条上且共线排列，电隔离区对增益区和饱和吸收区进行电隔离；微腔设置在增益区沿长度方向的任意位置；在半导体激光器工作时，增益区上加正向电流形成增益，饱和吸收区上加调制电流信号。增益区的长度大于电隔离区和饱和吸收区的总长度，以保证足够的增益。电隔离区的长度大于等于饱和吸收区的长度，以提供足够的电隔离。电隔离区采用干湿法腐蚀或者离子注入方法形成，以保证半导体激光器的隔离区阻值在几百到几千欧姆。进一步地，环形微腔可以为圆环形谐振腔，圆环形谐振腔内外边界呈轴对称，且内外边界的中心重合，刻蚀深度相同。增益区和饱和吸收区的上方设置有平面电极，增益区的电极和饱和吸收区的电极之间相互独立不相连。在半导体激光器工作时，增益区上加正向电流形成增益，饱和吸收区上加调制电流信号。本技术提出的半导体激光器利用电调制脊波导的饱和吸收区产生的增益杠杆效应，能够增大半导体激光器的3dB带宽，实现高速调制。本技术提出的半导体激光器还利用半导体激光器侧边上的微腔结构，实现对半导体激光器波长的选择性输出。在本技术的实施例中，微腔与脊波导可以直接相连，也可以在微腔与脊波导之间加入侧边电隔离区进行电隔离。优选地，侧边电隔离区的宽度为0.5～1.5um。当微腔与脊波导之间存在侧边电隔离区时，在微腔上方也可以设置平面电极，微腔的电极与增益区的电极和饱和吸收区的电极之间相互独立不相连。在微腔上可以加正向电流形成增益，形成的环腔驻波电场分布，通过消逝波耦合的方式与脊波导内形成的直腔驻波电场相互作用，通过调节注入到微腔上的电流实现对半导体激光器波长的小范围调节。有源层采用应变量子阱和应变量子垒交替混合的多层量子阱结构。优选地，有源层采用InGaAsP或AlInGaAs同一种材料不同组分生长或两种材料交替生长形成光增益区，即形成InGaAsP-InGaAsP或InGaAsP-AlInGaAs或AlInGaAs-AlInGaAs体系的光增益区。应变量子阱的总厚度为8～12nm，应变量子垒的总厚度为8～12nm，应变量子阱和应变量子垒的应变值均在1％～1.2％之间。半导体激光器的上述各层结构可以通过光刻、腐蚀、生长介质绝缘层、开电极窗口、溅射金属芯片结构等现有工艺形成，半导体激光器的其他层结构相较于现有技术未作明确的改进，上述内容在本文中不作过多描述。实施例1：本实施例提供的一种波长可调谐的半导体激光器，如图1所示，包括：由下至上形成的下电极1、衬底2、下分离限制层3、下波导层4、有源层5、上波导层6、上分离限制层7、盖层8、电流隔离层9、上电极10。下波导层4、有源层5和上波导层6构成半导体激光器的光限制层中心区域，下分离限制层3和上分离限制层7构成半导体激光器的包层。有源层5采用应变量子阱和应变量子垒交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波长可调谐的半导体激光器，其特征在于，包括：由下至上形成的下分离限制层、下波导层、有源层、上波导层和上分离限制层；其中，下波导层、有源层和上波导层构成半导体激光器的光限制层中心区域，下分离限制层和上分离限制层构成半导体激光器的包层；上波导层或下波导层包括脊波导和微腔，微腔位于脊波导的一侧。

【技术特征摘要】
1.一种波长可调谐的半导体激光器，其特征在于，包括：由下至上形成的下分离限制层、下波导层、有源层、上波导层和上分离限制层；其中，下波导层、有源层和上波导层构成半导体激光器的光限制层中心区域，下分离限制层和上分离限制层构成半导体激光器的包层；上波导层或下波导层包括脊波导和微腔，微腔位于脊波导的一侧。2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述微腔为环形微腔或圆盘形微腔。3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，环形微腔为圆环形谐振腔，圆环形谐振腔内外边界呈轴对称，且内外边界的中心重合，刻蚀深度相同。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述脊波导包括增益区、电隔离区和饱和吸收区；增益区、电隔离区和饱和吸收区位于同一脊条上且共线排列，电隔离区对增益区和饱和吸收区进行电隔离；微腔设置在增益区沿长度方向的任意位置。5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：林中晞，林琦，徐玉兰，陈景源，钟杏丽，朱振国，薛正群，苏辉，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：新型
国别省市：福建,35