波长可调谐电吸收调制分布反馈激光器和制作方法技术

本发明专利技术是在ＥＭＬ的激光器脊型波导的一侧制作一金属薄膜加热器，改变加热器的工作电流可以改变激光器的工作温度因而改变ＥＭＬ的波长；同时在ＤＦＢ激光器的后端加一段相位调制器，改变调相区的工作电流可以改变ＤＦＢ激光器的反馈光相位，进而改变ＤＦＢ激光器的阈值工作条件，可实现波长快速调谐的ＥＭＬ。该器件的结构简单，制作方法简单，调谐方法简单。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型的波长可调谐电吸收调制分布反馈激光器(分布反馈激光器〔DFB-LD〕与电吸收调制器〔EA modulator〕单片集成器件)的制作方法。电吸收调制DFB激光器已经成为长途干线高速光通讯系统采用的主要光源，因为该器件的尺寸小、成本低、低啁啾、驱动电压低等优点，使得该器件的研发得到极大的重视。但随着internet的发展，为解决网络传输速率的瓶颈，需采用波分复用(WDM)技术。在波分复用技术中，国际电信联盟(ITU)对复用信道的频率做了严格的要求，以便于不同厂商生产的设备可以兼容；同时对复用信道的频率间隔也做了严格的规范。为了符合WDM对信道的要求，要求EML的波长可调谐。目前，关于可调谐EML的公开报道有两种1、美国Bell实验室/Lucent公司的弯曲波导可调谐EML的结构如附图说明图1所示，DFB激光器的波导采用3段弯曲结构，在波导上制作均匀的Bragg光栅，由于光栅的等效周期与波导的倾角有关(倾角小于6°)，通过改变3段电极的电流，就可以改变激光器的Bragg光栅的等效周期，从而实现了可调谐的EML。见IEEE Photon.Tech.Lett.，vol.9，pp.563-565，1997，但该结构极复杂，生产成本高，而且非连续调谐的范围仅为4nm左右。2、法国电信的D.Delprat等在IEEE Photon.Tech.Lett.，vol.9，pp.898-900，1997上报道的DBR激光器与电吸收调制器的单片集成，但该结构输出光功率小，需要集成一个半导体光放大器，增加了制作的复杂程度。另外，为满足未来全光网络的应用，信道变换、上路、下路等，需要波长可快速调谐的EML。法国电信的可调谐EML采用的结构是可调谐分布Bragg反射(DBR)激光器与EA调制器的单片集成，如图2所示。其调谐的机理就是利用改变DBR区的注入电流，该区的有效折射率随之改变，因此DBR激光器实现了激射波长可调谐。本专利技术的目的是提供一种波长可调谐电吸收调制DFB激光器和制作方法。本专利技术的主要特点是制作波长可调谐电吸收调制DFB激光器方法包括以下步骤1.在条形绝缘介质膜覆盖的磷化铟(InP)衬底上，采用低压金属有机化合物气相淀积(LP-MOCVD)技术生长铟镓砷磷(InGaAsP)多量子阱(MQW)，由于介质膜的影响，在衬底上同时生长出能带带隙宽度不同的两种MQW，带隙宽的作为EA调制器，窄的作为DFB激光器和调相区；2.在DFB区域制作Bragg光栅，在EA调制器区制作减小光反馈的窗口，随后采用LP-MOCVD生长p-InP间隔层、p-InGaAsP刻蚀停止层、p-InP盖层、p+-InGaAs接触层；3.在调相区、激光器区域、调制器区域制作宽度在2微米左右的脊型波导条形，采用氦离子注入，在调相区、激光器、调制器之间形成高隔离电阻区；4.淀积绝缘介质膜，在调制器的压焊电极下淀积聚酰亚胺(polyimide)，并刻出调相区、激光器、调制器的电极窗口；5.采用带胶剥离(lift-off)技术，制作调相区和激光器的电极、调制器的高频电极，以及条形金属铂/钛(Pt/Ti)合金作为薄膜加热器；6.减薄，做N面电极；在器件的端面镀光学膜。本专利技术的波长可调谐电吸收调制DFB激光器包括衬底，在衬底上有脊形波导尺寸相同的调制器、激光器、调相器，在脊形波导的侧面分别有调制器电极、加热器电极、调相器电极。采用该方法制作的可调谐电吸收调制DFB激光器具有以下优点加热器采用Pt/Ti/Au/W/Ni等合金，其阻值可以由不同材料的厚度、宽度、长度来决定，因此可根据要求方便地改变对加热器的阻值；EML的激射波长随加热器的功率基本是线性变化，因此易于把EML的波长调到ITU的信道；由于调相区位于DFB激光器的后端，因此光经端面反馈后，光程的变化是在普通单通型调相器的两倍，因此调相区的长度可以较短，可以减小调谐电流；在调相器区，由于折射率随载流子变化速度非常快，因此可实现波长快速调谐的EML；EA调制器采用脊型波导结构，寄生电容可以做的很小，因此可以达到10Gbit/s甚至更高的传输速率；该器件的结构简单，制作方法简单，调谐方法简单。图1是现有技术波长可调谐电吸收调制DFB激光器示意图。图中1是弯曲波导DFB激光器的后(Ib)、中(Ic)、前(If)电极，2是EA调制器，3是出光面。图2是现有技术波长可调谐电吸收调制DFB激光器示意图。图中1是EA调制器，2是Bragg反射器，3是有源增益区，4是聚酰亚胺，5是N型磷化铟，6是多量子阱，7是P型磷化铟，8是P型铟镓砷，9是金属。图3是制作可调谐电吸收调制DFB激光器所采用的掩膜结构示意图；图4是波长可调谐电吸收调制DFB激光器所采用的结构示意图。下面结合附图详述本专利技术。我们制作的可调谐EML不仅在结构上与上述两种结构不同，而且调谐机理也不同。首先，弯曲波导EML为实现高速调制，采用了掺铁高阻磷化铟(厚3微米)掩埋条形结构，不仅制作复杂、成本高，而且对可靠性有影响；而法国电信采用的是低介电常数聚酰亚胺掩埋脊型波导结构，其导热性差；其次，弯曲波导EML为实现波长可调谐、减少不必要的传输损耗，需要精确的设计波导的尺寸和倾斜角度，对制作的容差要求严格，而且从试验的结果看，调谐范围仅为准连续的3.5纳米；法国电信的EML存在的问题较大，一是Bragg反射器的插损大，二是效率低，三是DBR激光器的输出光功率低。我们的单脊条形可调谐EML可以克服上述困难。在结构上，采用单脊条形结构，即激光器、调制器、调相器及隔离区的结构尺寸完全一致；隔离采用氦离子注入，隔离电阻大于100千欧姆；为实现EAM的高频调制，在EAM的压焊电极下淀积聚酰亚胺(polyimide)，调制速率可高达10GHz；上述的结构特点保证了该器件在制作上具有采用的工艺简单、可重复性高、制作的容差大、外延次数少，因此较Lucent和法国电信的可调谐EML，该器件的成本低，可靠性高。从调谐特性看采用热调谐与相调谐结合的方法实现波长调谐。热调谐 利用改变激光器一侧的薄膜加热器的功率，改变激光器有源区的工作温度，实现了波长的调谐，虽然调谐速度慢，但有较大的调谐范围，而且波长随加热器的功率是近线性的变化关系，易于波长精确的调谐，且制作简单；相调谐通过改变EML的激光器一端的相位，可实现EML波长的快速调谐，适于波长快速切换应用。比较Lucent和法国电信的可调谐EML，我们的可调谐EML具有调谐范围大，器件结构简单，制作方法简便，调谐方法简单等优点。本专利技术的一个实施例如下。如图4所示，在衬底1上有一脊形波导，在脊形波导的侧面分别有调制器电极15、激光器电极16、加热器电极17、调相器电极19。激光器11、调相器19、调制器10采用相同的脊型波导结构结构。激光器11的长度为200-600微米，调相器(19)的长度为50-300微米，调制器(10)的长度为100-300微米。加热器电阻为7-30欧姆。激光器(11)、调相器(19)、调制器(10)之间的间隔区长度为20-80微米。下面结合附图描述本专利技术的方法。如图3所示，在(001)晶向的磷化铟(InP)衬底1上，淀积一层厚度在50nm～400nm的介质膜2(SiO2，SiNx，Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型波长可调谐电吸收调制ＤＦＢ激光器，包括衬底，其特征在于在衬底上有一个直条脊形波导，在脊形波导的侧面分别有调制器电极、加热器电极、激光器电极、调相器电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国利，王圩，张静媛，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]