带有集成光调制器的可调谐激光源制造技术

一种带有一个集成光调制器（２０）的可调谐激光源（１０）。激光源（１０）是一个包括一个在厚的低带隙的波导层（２２）顶面上的有源区的可宽调谐的半导体激光器，其中波导层（２２）与有源区都制作在一个Ｐ掺杂区与一个ｎ掺杂区之间，一个电吸收调制器（２０）集成在半导体激光器（１０）内，其中电吸收调制器（２０）与半导体激光器（１０）共用波导层（２２）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
参照的有关申请本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求由Thomas G.B.Mason.LarryA.Coldren与Gregory Fish于1999年9月3日提出的标题为“TUNABLELASER SOURCE WITH INTEGRATED OPTICAL MODULATOR”的美国临时专利申请系列号No.60/152432的优先权，在此引用其内容作为参考。关于联邦政府赞助的研究与开发的声明本专利技术在海军研究室根据Grant No.N00014-96-1-6014提供的政府支持下做成。政府在本专利技术中有一定的权利。
技术介绍
1、专利
本专利技术一般地涉及半导体激光器，尤其涉及带有集成光调制器的可调谐激光源。2、相关技术描述光学元件与激光器的现代应用使通信与数据传输更加有效与更加经济。半导体激光器的应用使光源的制造与封装更加经济，并减小整个器件的尺寸。然而，通信与数据传输系统的要求仍在增长。宽调谐激光器是各种各样的波长分割多路传输(WDM)与分组交换网络结构的基本元件。它们可用作长距离密集WDM通信系统中的替代源或用于进入网络的波长发送。它们也是应用实时延迟波束控制的下一代相控阵雷达系统的重要器件。为得到宽调谐范围，这些器件要求相当大的无源调谐元件。这使这些器件比常规的固定波长的激光器大4至5倍。然而，激光腔内有这样大量的无源材料降低了可通过直流电调制来开关它们的速度。而且，它们能传输数据的速率受限，使它们不适用于高带宽的应用。还有两个其它的因素使得难以使用这些器件来传输数据。取样光栅分布Bragg反射镜(SGDBR)激光器中的波长通过以光谐振腔在两个反射镜中定位一对反射峰来控制。当增益电流在宽电流范围内调制时，它会干扰这个定位，导致器件内状态不稳定，这是很不合乎数据传输需要的。为防止此状态不稳定，这类器件只能在窄输出功率范围内调制，这给它们的数据传输性能引入一个显著的消光比(extinction ratio)的损失。直接调制激光器的另一个问题是频率啁啾，它是当输出功率水平改变时发生的激光器振荡频率的移动。这在传输系统中是不合乎需要的，因为频率啁啾引起脉冲扩散，它限制数据可通过光纤或其它色散介质发送的最大距离。三种最成功的可宽调谐激光器类型是超结构光栅分布Bragg反射镜激光器(SSGDBR)、带有取样光栅反射镜的光栅辅助同向耦合器激光器(GCSR)与取样光栅DBR激光器(SGDBR)。所有这些器件能连续调谐大于40nm的范围。然而，SGDBR激光器与其它可宽调谐激光器设计有长的有源部分与十分大的光腔，这些因素把直接调制的带宽限制在3至4GHz之间。这使它们能在直接调制下用于OC-48数据传输系统，如果可容许一些波长啁啾的话。然而，这个带宽对于在10Gb/s下工作的大多数相控阵雷达系统或OC-192数据传输网络中的应用是不够的。在这些应用中，频繁地使用外部调制器对光载波施加一个射电频率(RF)信号或数据。即使对于长距离OC-48系统，也频繁地使用外部调制器使频率啁啾减至最小。然而，外部调制器显著地增加了光组件的成本与复杂性，这使那些需要大量可调谐激光器与调制器的系统可能价格过高。由于这个原因，要求单片集成一个高速调制器与一个可调谐激光器作为一个单个的半导体器件。专利技术概述为使上述的现有技术中的限制减至最小，并使当阅读与了解本说明时将变为清晰的其它限制减至最小，本专利技术公开一种关于带有集成光调制器的可调谐激光源的器件、方法与制成品。此可调谐激光器是一种可宽调谐半导体激光器，它包括一个在一个厚的、低带隙的波导层上面的有源区，其中波导层与有源区都制作在一个P掺杂区与一个n掺杂区之间。一个电吸收调制器集成在半导体激光器内，其中电吸收调制器与半导体激光器共用波导层。附图简述现在参看附图其中相同的参考数字表示相应的部分附图说明图1是一个表示根据本专利技术的一个优选实施例的带有一个集成电吸收调制器的可宽调谐半导体激光器的结构的透视图；图2表示一个根据本专利技术的优选实施例的激光器与调制器的剖视图；图3A与3B是表示根据本专利技术的优选实施例的宽波长调谐的调谐曲线的图；图4A、4B与4C表示根据本专利技术的优选实施例的调制器中的Franz-Keldysh效应；图5是一个表示根据本专利技术的优选实施例的集成激光器与调制器器件在50nm调谐范围内的起始试验的响应曲线的图；与图6A与6B是表示根据本专利技术的优选实施例的制作过程中采用的步骤的流程图。专利技术详述在下面对优选实施例的描述中，参考构成本说明一部分的附图，在这些附图中通过表示一个可实践本专利技术的具体实施例来说明本专利技术。应了解可采用其它的实施例并可作结构改变而不离开本专利技术的范围。概述本专利技术提供一种用于产生带有一个可制作在单个半导体芯片上的集成光调制器的可调谐激光器的简单而有效的方法。此激光器能迅速地在一个宽波长范围内调谐，从而使它能在从波长分割多路传输光纤通信至相控阵雷达的各种应用中使用。将调制器与激光器集成提供了一种用于调制激光器输出的强度而不扰动它的模式稳定性或引入高水平的频率啁啾的高度合乎需要的方法。它还使能达到比在单独使用激光器情况下更高的调制频率。器件结构图1是一个表示根据本专利技术的一个优选实施例的带有一个集成电吸收调制器的可宽调谐的半导体激光器的结构的透视图。激光器10是一个四部分埋置脊取样光栅分布Bragg反射镜(SGDBR)激光器。激光器10的四个独立部分组成调谐部分而包括一个取样光栅后反射镜部分12，一个相位控制部分14，一个增益部分16，与一个取样光栅前反射镜部分18。一个电吸收(EA)调制器20同激光器10的后反射镜部分12、相控部分14、增益部分16与前反射镜部分18共用一个公共的波导22，其中设计波导管22以提供激光器10中高指数调谐效率与调制器20中好的反偏压消光。通常，器件的顶部接偏置电压而底部接地。当增益部分16上的偏置电压高于光激射阈限时，产生激光器10的输出。图2表示一个根据本专利技术的优选实施例的集成的激光器10与调制器22器件的剖视图。此器件包括一个n掺杂区24，一个厚的低带隙的波导层26(构成图1中表示的波导管22)，一个抗反射涂层28，一个阻止刻蚀层30，一个有源区32，一个P掺杂区34，一个P+接触层36，与金属接触38。N掺杂区24与P掺杂区34通常是不同的掺杂类型。虽然本实施例中采用磷化铟(InP)，掺杂区24与34及有源区32可以是任何激光产生材料。而且，n掺杂区24与P掺杂区34的位置可颠倒而不违背本专利技术的范围。通过侧面构图波导层26或在其上面的层34使成为一个条状几何图形以形成一个侧向波导管22。本专利技术的一个关键设计要素是单个公共波导管22用于激光器10中的调谐部分12、14、16与18及用于调制器20。此侧向波导管22结构可构成为一个埋置的脊，或其它类型的侧向波导管22结构，例如一个简单的脊。P掺杂区34包括在波导管22的上面与旁边的质子注入40，它们是起到隔离器的阻断作用的阻断结，使阻断激光器10中的侧向电流泄漏，并提供激光器10中的各部分之间的隔离，使减小调制器20的寄生结电容，并提供与调制器20的隔离。有源区32包括提供激光器10输出的偏移多重量子阱(offset multiplequantum wells)(MQW)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐激光源包括：一个可宽调谐的半导体激光器，包括一个在厚的、低带隙的波导层顶部上的有源区，其中波导层与有源区都制作在一个ｐ掺杂区与一个ｎ掺杂区之间；与一个集成在半导体激光器内的电吸收调制器，其中电吸收调制器与半导体激光器共用波导层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯高登贝克马森，拉里A克尔德伦，格里高里非什，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]