相移多波长半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种相移多波长半导体激光器，半导体激光器技术领域，包括：至少一个激光单元，激光单元包括基底和脊形波导；脊形波导包括锥形光栅区（1）、宽直波导区（2）和窄直波导区（3）；锥形光栅区（1），包括N个表面高阶光栅区和N

【技术实现步骤摘要】
相移多波长半导体激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，尤其涉及一种相移多波长半导体激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术可将多个波长不同的载有信息的光信号耦合到单根光纤中进行传输，可实现同时传输多路信号，极大提升了信息传输容量，节约光纤资源，是扩展光通信网络带宽的核心技术。而多波长激光器作为WDM系统的光源，成为当前激光领域的重点研发方向。
[0003]目前最为常见的WDM系统多波长技术为将多个单波长激光器发出的光通过波长组合器或多路复用器进行组合。该方案受到多个单波长激光器的加工误差影响，需要实现精准控制每个单波长激光器的波长。目前主流的单模激光器为取样光栅结构激光器或分布式反馈结构激光器，而制造这些激光器需要昂贵的高精度光刻（如电子束光刻、全息曝光等）和复杂的再次外延生长步骤。因此，传统的多波长激光器不仅存在着难以实现多个波长的间隔均匀、紧凑分布，还存在着成本高、工艺复杂等问题。如何实现低成本、波长均匀紧凑的多波长半导体激光器，仍然是一个关键性的挑战。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种相移多波长半导体激光器及其制备方法，以解决上述技术问题。
[0005]本专利技术的一个方面提供了一种相移多波长半导体激光器，包括：至少一个激光单元，所述激光单元包括基底和脊形波导；所述脊形波导包括锥形光栅区、宽直波导区和窄直波导区；锥形光栅区，包括N个表面高阶光栅区和N
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1个λ/4相移区，所述N个表面高阶光栅区被所述N
‑
1个λ/4相移区等间距分隔开，所述N个表面高阶光栅区和所述λ/4相移区的宽度按照排列顺序由宽变窄，N为大于1的整数；宽直波导区，连接所述锥形光栅区宽端；窄直波导区，连接所述锥形光栅区窄端；其中，所述脊形波导上表面设有条形电注入窗口，所述窄直波导区为激光输出端。
[0006]根据本专利技术的实施例，所述λ/4相移区的宽度是所述表面高阶光栅的槽间距宽度的两倍。
[0007]根据本专利技术的实施例，当所述激光单元的数量大于1时，各所述激光单元的脊形波导相互平行排布在同一所述基底上。
[0008]根据本专利技术的实施例，不同所述脊形波导的锥形光栅区的锥度不同。
[0009]根据本专利技术的实施例，所述窄直波导区的宽度和长度满足单模稳定输出条件。
[0010]根据本专利技术的实施例，所述基底从下至上依次包括增益波导N型外延层、有源层和增益波导P型外延层，所述脊形波导在所述增益波导P型外延层的表面刻蚀形成。
[0011]根据本专利技术的实施例，还包括：二氧化硅绝缘层，覆盖在所述增益波导P型外延层
和所述脊形波导上，在与所述脊形波导相对的区域设有所述条形电窗口；P面金属，生长在所述二氧化硅绝缘层上及所述条形电窗口内，与所述脊形波导接触；N面金属，生长在所述增益波导N型外延层的下表面。
[0012]本专利技术另一方面提供了一种制备方法，应用于如第一方面任意一项所述的相移多波长半导体激光器，包括：在基底的增益波导P型外延层上生长二氧化硅掩膜层，以光刻胶作为掩膜刻蚀二氧化硅，形成二氧化硅掩膜；基于所述二氧化硅掩膜刻蚀所述增益波导P型外延层，在所述增益波导P型外延层的上表面形成至少一条脊形波导，每一所述脊形波导与所述基底均构成一个激光单元；其中，所述脊形波导包括锥形光栅区、宽直波导区和窄直波导区，所述锥形光栅区包括N个表面高阶光栅区和N
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1个λ/4相移区。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述制备方法还包括：调整所述二氧化硅掩膜，包括：调整所述表面高阶光栅的槽宽、槽间距、槽数和槽深，以调节所述脊形波导的输出中心激光波长；调节所述脊形波导中λ/4相移区的个数，以调节所述脊形波导输出激光的波长个数；和/或调节所述脊形波导中锥形光栅区的锥度，以调节所述脊形波导输出激光的波长间隔。
[0014]根据本专利技术的实施例，所述制备方法还包括：在所述增益波导P型外延层和所述脊形波导上生长二氧化硅绝缘层，光刻并刻蚀条形电窗口；在所述二氧化硅绝缘层上表面及所述条形电窗口内生长P面金属；将所述基底的增益波导N型外延层减薄磨抛，并生长N面金属；划片解理封装所述基底和所述脊形波导，制得该相移多波长半导体激光器。
[0015]在本专利技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本专利技术提供了一种相移多波长半导体激光器，通过在脊形波导的锥形光栅区制作表面高阶光栅，并以多个λ/4相移区间隔均匀地将其分隔开，每个激光器单元均可实现同时输出多个间隔均匀、紧凑的波长，进一步将多个激光器单元阵列排布则可实现更多波长输出。且本专利技术采用的表面高阶光栅只需普通光刻技术而无需昂贵的高精度光刻，且无需复杂的再次外延生长步骤，大大降低了多波长半导体激光器的制作成本，并简化了多波长半导体激光器的制备工艺。
附图说明
[0016]为了更完整地理解本专利技术及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：图1示意性示出了根据本专利技术实施例相移多波长半导体激光器的激光器单元的立体结构示意图；图2示意性示出了根据本专利技术实施例相移多波长半导体激光器的激光器单元的脊形波导区俯视图；图3示意性示出了根据本专利技术实施例相移多波长半导体激光器单元的横截面图；图4示意性示出了根据本专利技术实施例相移多波长半导体激光器的多个激光器单元的阵列平行排布示意图；图5示意性示出了根据本专利技术实施例相移多波长半导体激光器的制备方法的流程示意图。
[0017]附图标记说明：1
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锥形光栅区；2
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宽直波导区；
3
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窄直波导区；4、5、6、7、8
‑
表面高阶光栅区；9、10、11、12
‑
λ/4相移区；13
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增益波导P型外延层；14
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有源层；15
‑
增益波导N型外延层；16
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表面高阶光栅槽深H16；17
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宽波导区长度W17；18
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窄波导区长度W18；19
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锥形光栅区长度W19；20
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宽波导区宽度W20；21
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窄波导区宽度W21；22
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表面高阶光栅槽宽W22；23
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表面高阶光栅槽间距W23；24
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λ/4相移区宽度W24；25
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二氧化硅绝缘层；26
‑
P面金属；27
‑
N面金属。
具体实施方式
[0018]以下，将参照附图来描述本专利技术的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相移多波长半导体激光器，其特征在于，包括：至少一个激光单元，所述激光单元包括基底和脊形波导；所述脊形波导包括锥形光栅区（1）、宽直波导区（2）和窄直波导区（3）；锥形光栅区（1），包括N个表面高阶光栅区和N
‑
1个λ/4相移区，所述N个表面高阶光栅区被所述N
‑
1个λ/4相移区分隔开，所述N个表面高阶光栅区和所述λ/4相移区的宽度按照排列顺序由宽变窄，N为大于1的整数；宽直波导区（2），连接所述锥形光栅区（1）宽端；窄直波导区（3），连接所述锥形光栅区（1）窄端；其中，所述脊形波导上表面设有条形电注入窗口，所述窄直波导区（3）为激光输出端。2.根据权利要求1所述的相移多波长半导体激光器，其特征在于，所述λ/4相移区的宽度是所述表面高阶光栅的槽间距宽度的两倍。3.根据权利要求1所述的相移多波长半导体激光器，其特征在于，当所述激光单元的数量大于1时，各所述激光单元的脊形波导相互平行排布在同一所述基底上。4.根据权利要求3所述的相移多波长半导体激光器，其特征在于，不同所述脊形波导的锥形光栅区（1）的锥度不同。5.根据权利要求1所述的相移多波长半导体激光器，其特征在于，所述窄直波导区（3）的宽度和长度满足单模稳定输出条件。6.根据权利要求1所述的相移多波长半导体激光器，其特征在于，所述基底从下至上依次包括增益波导N型外延层（13）、有源层（14）和增益波导P型外延层（15），所述脊形波导在所述增益波导P型外延层（15）的表面刻蚀形成。7.根据权利要求6所述的相移多波长半导体激光器，其特征在于，还包括：二氧化硅绝缘层（25），覆盖在所述增益波导P型外延层（15）和所述脊形波导上，在与所述脊形波导相对的区...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婉华，陈宁宁，王海玲，杜方岭，
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：