一种分布反馈激光器阵列制造技术

本实用新型专利技术公开了一种分布反馈激光器阵列。它由制作在同一块半导体外延片上的多个平行排列的分布反馈激光器组成。半导体外延片至少包括上包层、有源层、间隔层、折射率控制层、下包层和衬底。有源层或者折射率控制层内含有形成分布反馈的布拉格光栅。折射率控制层之上各层形成分布反馈激光器的上台面。折射率控制层形成分布反馈激光器的导波结构，阵列中每个分布反馈激光器导波结构宽度不同。该分布反馈激光器阵列中的任一个分布反馈激光器由上电极、上台面、导波结构、衬底和下电极组成。不同宽度的导波结构实现每个分布反馈激光器在拥有相同周期的布拉格光栅的同时使激射波长有一定的偏移。该分布反馈激光器阵列可用作多波长激光器和可调谐激光器。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种分布反馈激光器阵列，尤其是涉及激射波长可调谐且可以多波长激射的一种分布反馈激光器阵列。
技术介绍
信息技术的普及与发展使对网络技术的要求越来越高，尤其对带宽的需求越来越大。密集波分复用和无源光网络等新一代技术的发展提出了对多波长光源的需求。多个分立的激光器固然能够满足对波长的需要，但是分立器件之间相互独立，每个器件的工作状况相差较大，导致光源设备的整体性能在稳定性、可靠性方面无法保证。在这样的背景下，可调谐激光器在具有了重大的优势。一类可调谐激光器通过注入电流或者通过加热等方式影响激光器的参数，从而改变激光器的激射波长；另一类采用多个不同激射波长的激光器集成的方式来实现激射波长的调谐。多个激光器集成的方式可以获得更大的调谐范围，更 紧凑的结构和更高的稳定性。分布反馈激光器具有发射功率大，高速调制时单模性能好等特点，已广泛作为光源应用在光通信、光传感等领域。分布反馈激光器阵列继承了单个分布反馈激光器的优点，同时实现了优越的可调谐性能，并且结构简单，可靠性高，稳定性好。分布反馈激光器阵列，由数个分布反馈激光器组成，其中每个激光器的激射波长相对上一个有一定的偏移。需要较小的波长变化时，可以通过注入电流、控制温度等方法对一个激光器的激射波长调谐；需要较大的波长变化时，可以选择激射另一个激光器。实现分布反馈激光器阵列的关键在于让不同的激光器的激射波长有一定的偏移。目前常采用的手段是改变光栅周期。采用电子束直写曝光的方法制作布拉格光栅可以精确控制光栅周期，但是由于电子束曝光技术速度较慢，其产能受到限制，难以满足大规模，低成本制作的要求。加拿大的Quantum Device公司阐述了利用相位掩模版来制作分布反馈激光器阵列的方法，然而，相位掩模版成本较高，大规模应用仍有问题。在国内，武汉邮科院利用新兴的纳米压印技术已经成功的制作出了 13个信道的分布反馈激光器阵列，不过纳米压印技术使用的硬掩模版制作分布反馈激光器时容易损坏有源层，该技术用于分布反馈激光器阵列的制作仍有不少问题有待解决。实现分布反馈激光器激射波长偏移的另一种方法是利用采样布拉格光栅技术。布拉格光栅I级干涉波长的位置与采样周期有关，只要抑制O级干涉波长谐振，令激光器在I级干涉波长激射，并通过控制采样周期，就可以控制激光器的激射波长。由于光栅的采样周期尺度在微米量级，因此采样光栅的制作可以采用全息曝光外加一次紫外光刻实现。不过到目前为止，根据主要研究该项技术的北京半导体所的朱洪亮研究小组、南京大学陈向飞教授的研究小组和韩国的电子与通讯研究的报道，所用该技术制作的分布反馈激光器阵列其波长可变范围仍然较小(不超过llnm)，难以满足实际的应用要求。此外，由于光栅采样所产生的I次干涉波长的激射阈值要高于O级，因此采样光栅的分布反馈激光器的阈值通常要高于一般的分布反馈激光器。还有ー类方法是光栅采用全息曝光制作周期固定的光栅，再通过波导结构的变化，改变波导等效折射率来实现波长偏移。美国Infinera公司利用选择性外延技术在不同区域一次性外延出不同厚度的有源层，从而实现对波导折射率的控制。不过，就目前报道的结果来看，这种方法波长偏移有限，一般不超过10nm，単一芯片难以满足实际应用的需要，需要封装多个芯片才能覆盖所需的波段，増加了芯片封装的复杂性和成本。综上所述，除了采用电子束等高精度曝光手段外，目前利用采样光栅等方法制作出的分布反馈激光器阵列其波长可变范围均十分有限。缺乏低成本高可靠性的分布反馈激光器阵列的制作手段。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
方案中的不足，本技术的目的在于提供结构简单、制作方便、低成本、高可靠性、调谐范围大的ー种分布反馈激光器阵列，同时易于合波器等无源波导集成。·本技术采用的技术方案是技术方案一它是由制作在同一块半导体外延片上的多个平行排列的分布反馈激光器构成；半导体外延片从上至下依次包括上包层、有源层、间隔层、折射率控制层、下包层和衬底，用于形成分布反馈的布拉格光栅设置在有源层或者折射率控制层中；布拉格光栅的周期在整块半导体外延片上保持一致；所有分布反馈激光器与布拉格光栅垂直；上包层、有源层和间隔层构成分布反馈激光器的上台面；折射率控制层形成导波结构；分布反馈激光器阵列中任意ー个分布反馈激光器均由一个上台面和其所对应的导波结构以及下包层、衬底和上电极、下电极共同构成。技术方案ニ它是由制作在同一块半导体外延片上的多个平行排列的分布反馈激光器构成；半导体外延片从上至下依次包括上包层、折射率控制层、间隔层、有源层、下包层和衬底，用于形成分布反馈的布拉格光栅设置在有源层或者折射率控制层中；布拉格光栅的周期在整块半导体外延片上保持一致；所有分布反馈激光器与布拉格光栅垂直；上包层构成分布反馈激光器的上台面；折射率控制层形成导波结构；分布反馈激光器阵列中任意ー个分布反馈激光器均由一个上台面和其所对应的导波结构以及下包层、衬底和上电极、下电极共同构成。以上两种技术方案中上台面和导波结构的宽度在不同的分布反馈激光器之间随激射波长的增加而递增的。折射率控制层折射率大于上包层(11)、下包层的折射率。与
技术介绍
相比，本技术具有的有益效果是通过引入折射率控制层，采用侧向湿法腐蚀或者选择性氧化等エ艺对其侧向腐蚀，形成不同宽度导波结构，从而影响等效折射率，进而使激射波长产生偏移的方法，可以获得足够的偏移量。导波结构宽度从O. 8微米变化到I. 6微米可以使激射波长偏移30纳米。采用分布反馈激光器阵列中每个分布反馈激光器有不同宽度导波结构的方式获得激射波长的偏移，不要求对分布反馈激光器阵列中每个分布反馈激光器的布拉格光栅周期做相应的改变，分布反馈激光器阵列中每ー个激光器采用相同周期的布拉格光栅，因此可以采用全息曝光的方法来制作，便于分布反馈激光器阵列的集成与制作，同时有利于封装，简化了エ艺，降低了成本，提高了成品率。此外，折射率控制层也有利于制作合波器等无源结构，利于耦合分布反馈激光器阵列中不同分布反馈激光器的输出，便于使用。附图说明图I是ー种分布反馈激光器阵列的半导体外延片结构的示意图。图2是ー种分布反馈激光器阵列的侧视图。图3是另ー种分布反馈激光器阵列的半导体外延片结构的示意图。图4是另ー种分布反馈激光器阵列的侧视图。图5是基膜等效折射率随导波结构宽度变化示意图。图6是激射波长偏移量随导波结构宽度变化示意图。图7是激射波长偏移量与间隔层厚度关系示意图。图中1、半导体外延片，2、分布反馈激光器；11、上包层，12、有源层，13、折射率控制层，14、间隔层，15、下包层，16、衬底，21、上台面，22、导波结构，23、上电极，24、下电极，121、布拉格光栅。具体实施方式以下结合附图和实例对本技术做进ー步说明。如图I所示，ー种分布反馈激光器阵列是由制作在同一块半导体外延片I上的多个平行排列的分布反馈激光器2构成；半导体外延片I从上至下依次包括上包层11、有源层12、间隔层14、折射率控制层13、下包层15和衬底16，用于形成分布反馈的布拉格光栅121设置在有源层12或者折射率控制层13中；布拉格光栅121的周期在整块半导体外延片I上保持一致。如图2所示，ー种分布反馈激光器阵列中的所有分布反馈激光器2与布拉格光栅121垂直；上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布反馈激光器阵列，其特征在于：它是由制作在同一块半导体外延片（1）上的多个平行排列的分布反馈激光器（2）构成；半导体外延片(1)？从上至下依次包括上包层(11)、有源层(12)？、间隔层（14）、折射率控制层（13）、下包层(15)和衬底(16)，用于形成分布反馈的布拉格光栅(121)设置在有源层(12)或者折射率控制层（13）中；布拉格光栅（121）的周期在整块半导体外延片（1）上保持一致；所有分布反馈激光器（2）与布拉格光栅(121)垂直；上包层（11）、有源层（12）和间隔层（14）构成分布反馈激光器（2）的上台面（21）；折射率控制层（13）形成导波结构（22）；分布反馈激光器阵列中任意一个分布反馈激光器（2）均由一个上台面(21)和其所对应的导波结构(22)以及下包层（15）、衬底(16)和上电极(23)、下电极(24)共同构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟剑俊，武林，王磊，何建军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：