CN101034788A - 基于重构－等效啁啾技术制备半导体激光器的方法及装置 - Google Patents

基于重构－等效啁啾技术制备半导体激光器的方法及装置 Download PDF

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Abstract

基于重构－等效啁啾技术制备分布反馈半导体激光器的方法，采用取样布拉格光栅结构，即分布反馈半导体激光器波导里的光栅是取样布拉格光栅，取样布拉格光栅含有对应普通布拉格光栅的等效光栅；分布反馈半导体激光器的激射波长在此取样布拉格光栅的等效光栅的作用带宽里，等效光栅由重构－等效啁啾技术(REC技术)来设计和制作，取样布拉格光栅具有多个影子光栅，影子光栅之间的波长间隔反比于取样周期和分布反馈半导体激光器波导的有效折射率。本发明易于实现的亚微米级精度上可以实现各种复杂的等效相移，即对应的等效光栅具有λ/4相移。这个等效相移与具有纳米、亚纳米精度的真实相移所起的作用一样。可以避免制作相移光栅的复杂工艺。

Description

基于重构-等效啁啾技术制备半导体激光器的方法及装置
                            技术领域
本发明属于光电子技术领域，与分布反馈半导体激光器有关，尤其涉及复杂分布反馈半导体激光器的设计与制作，更具体而言，是基于重构-等效啁啾技术制备分布反馈(DFB)半导体激光器的方法及装置。
                            背景技术
全球宽带需求的不断增长和追求“光纤到家”的目标理想，正成为持续驱动全球光纤产业成长的助力剂，这也带动了光通信半导体激光器产业的发展。由于宽频网路的日益普及和使用人数年成长率达到50％以上，家庭用户年成长率高达300％，所以对频宽的需求也日益增长，目前最便宜且最快速增加频宽的方法，是采用密集波分多路复用(DWDM)光传输系统，因此对半导体激光器的市场需求呈现爆发成长。半导体激光器作为光纤通信系统中的光源是关键元件，是整个系统的核心部分。光纤通信传输一般用单模光纤和单模半导体激光器。半导体激光器性能的好坏直接影响光通信传输的性能。高性能半导体激光器需要激光器的单模特性好，激光器工作时不会产生跳模，单色性好。实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，依靠光栅的选频原理来实现纵模选择，这种半导体激光器称为分布反馈(DFB)半导体激光器。DFB半导体激光器的特点在于光栅分布在整个谐振腔中，光波在反馈的同时获得增益。因为DFB半导体激光器的谐振腔具有明显的波长选择性，从而决定了它们的单色性优于一般的半导体激光器。一般DFB半导体激光器中存在的反馈方式，主要是折射率周期性变化引起的布拉格反射，即折射率耦合(Index-Coupling)。与依靠两个反射端面来形成谐振腔的FP半导体激光器相比，DFB半导体激光器可能激射的波长所对应的谐振腔损耗是不同的，也就是说DFB半导体激光器的谐振腔本身具有选择模式的能力。在端面反射为零的理想情况下，理论分析指出：折射率耦合DFB半导体激光器在与布拉格波长相对称的位置上存在两个谐振腔损耗相同且最低的模式，而增益耦合DFB半导体激光器恰好在布拉格波长上存在着一个谐振腔损耗最低的模式。也就是说，折射率耦合DFB半导体激光器原理上是双模激射的。
对于实际的DFB半导体激光器来说，光栅两端的端面是存在反射的，不仅反射率的强度不为零，而且两个端面的反射相位也不确定。这是由于实际器件制作中，端面位于光栅一个周期中的哪个位置是不可控制的。对于纯折射率耦合DFB半导体激光器来说，在相当一部分相位下，模式简并可以被消除，器件可以实现单模工作。最早的折射率耦合DFB半导体激光器就是通过这种方法实现单模激射的。但是由于反射相位具有随机性，这就导致了单模成品率问题。对于激光器端面无镀膜的情况，这一概率为20％～50％。另外，激光器端面镀膜对DFB半导体激光器的单模成品率有较大的影响，在DFB半导体激光器一个端面镀低反射膜，另一个端面镀高反射膜时，单模成品率可达50％。运用这种方法制作的DFB半导体激光器在静态工作时，其边模抑制比(SMSR)可大于40dB，而在高速调制时，其SMSR小于20dB，不能完全满足高速光通信的需要。在光栅的中心引入一个四分之一波长(λ/4)相移区，是消除双模简并，实现单模工作的有效方法。这种方法的最大优点在于它的模式的阈值增益差大，可以实现真正的动态单模工作【S.Akiba，M.Usami and K.Utaka，“1.5-μm λ/4-shiftedInGaAsP/InP DFB lasers(1.5-μm λ/4相移的InGaAsP/InP DFB激光器)，J.Lightwave Technol.Vol.5，pp.1564-1573，Nov.1987】。
λ/4DFB半导体激光器可以用来做直接调制激光器。直接调制DFB半导体激光器的最大优点是在高速调制(2.5Gbit/s～10Gbit/s)的情况下仍能保持动态单模，非常适合高速短距离的光纤通信系统，如局域网。目前商业应用的直接调制DFB半导体激光器能够达到阈值电流5mA左右，在2.5Gbit/s调制速率下能传输上百公里。调制速率为10Gbit/s的直接调制DFB半导体激光器正成为新的研发热点。例如日本三菱公司2000年报道的应用于10Gbit/s局域网传输的直接调制DFB半导体激光器，工作波长为1.3μm，在P型衬底上采用掩埋结构，光栅为λ/4相移结构。通过降低电极面积和激光器腔长(腔长为200μm)，来提高调制带宽。并且通过提高耦合系数来保证器件的高温特性。在25℃～70℃的范围内，调制带宽都在10GHz以上，在标准单模光纤中传输距离超过20km。
对于DFB半导体激光器，布拉格光栅的质量是非常关键的，直接影响了DFB半导体激光器的质量，也决定了DFB半导体激光器的品质。除了λ/4DFB半导体激光器，具有复杂布拉格光栅结构可以提高DFB半导体激光器的性能【S.Nilsson，T.Kjellberg，T.Klinga，R.Schatz，J.Wallin，K.Streubel，“Improved spectralcharacteristics of MQW-DFB lasers by incorporation of multiple phase-shifts”(采用多相移技术提高发射光谱的MQW-DFB半导体激光器)，J.Lightwave Technol.Vol.13，pp.434-441，Mar.1995；以及Nong Chen，Y.Nakano，K.Okamoto，K.Tada，G.I.Morthier，R.G.Baets，“Analysis，fabrication，and characterization of tunable DFBlasers with chirped gratings(带有啁啾光栅的DFB激光器的分析、制作和特性)，IEEE.Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，vol.3，pp.541-546，April 1997】。在半导体加工工艺中，光栅属于制作难度很高的结构。然而光栅结构的好坏，又是器件性能至关重要的决定因素，一旦光栅参数在制作过程中出现偏差，无法进行微调修补。此外，非均匀光栅的制作不能用相对简单、成本低廉的全息曝光制作光栅方法，而需要电子束曝光或者其他复杂的制作工艺。四分之一波长相移属于非均匀光栅，因此λ/4相移DFB半导体激光器存在成本高，成本率低，制作方法复杂的问题。
在半导体波导上制作复杂布拉格光栅成为制造高性能DFB半导体激光器的关键。2002年冯佳、陈向飞等人在中国发明专利“用于补偿色散和偏振模弥散的具有新取样结构的布拉格光栅”(CN02103383.8，授权公告号：CN1201513)中提出了通过引入取样布拉格光栅的取样周期啁啾(CSP)来获得所需要的等效的光栅周期啁啾(CGP)的方法。提出等效啁啾最早的文献可参考Xiangfei Chenet.al，“Analytical expression of sampled Bragg gratings with chirp in the samplingperiod and its application in dispersion management design in a WDM system”(带有取样周期啁啾的取样布拉格光栅的分析表达式和它在波分复用系统色散管理的应用)，IEEE Photonics Technology Letters， 12，pp.1013-1015，2000。这种等效啁啾技术的特点是采用亚微米精度就可制作具有所需要的等效啁啾的布拉格光栅。这种特殊布拉格光栅是取样布拉格光栅，取样布拉格光栅有多个反射峰，每个反射峰对应一个傅立叶系数，+1和-1级的傅立叶系数分别对应离中心布拉格波长最近的两个反射峰，分别在中心波长的左边(较短的波长)和右边(较长的波长)。每个反射峰代表一个影子光栅(ghost grating)，+1和-1级傅立叶系数对应的反射峰分别代表傅立叶系数＝+1或-1的影子光栅。在+1或-1的影子光栅所起的作用同普通布拉格光栅(非取样布拉格光栅)一样。因此使用+1或-1级的影子光栅来代替普通布拉格光栅。采用复杂取样周期的分布形成复杂的+1或-1级的影子光栅。当然其他级(傅立叶系数＝±2，±3，...，)的影子光栅具有复杂特性，但是因为这些影子光栅的调制强度较低，一般采用最强的复杂特性影子光栅，即傅立叶系数＝±1)的影子光栅。无论采用那个影子光栅，我们只能选择一个影子光栅来代替普通布拉格光栅。
为方便起见，这个用来代替普通布拉格光栅的影子光栅这里称为等效光栅。等效光栅可以同所需要的普通布拉格光栅性能一样，在普通布拉格光栅的作用波段上等效光栅完全可以代替普通布拉格光栅。等效光栅的复杂特性可以通过改变取样光栅的取样周期分布获得，取样周期一般要远远大于光栅周期，因此可以极大的简化了特殊布拉格光栅(等效光栅)的制作，具有很大的成本优势和技术特色，以此可以方便的设计具有不同光学响应的等效光栅，而不要更换模板。同时，这项技术在易于实现的亚微米级精度上可以实现各种复杂的等效光栅啁啾，而这个等效光栅啁啾与真实的具有亚纳米精度的复杂光栅啁啾所起的作用一样。啁啾光栅是指光栅常数(折射率调制的周期)不均匀被称之为啁啾光栅。
等效啁啾技术完全保证如一阶等效啁啾、二阶等效光栅啁啾、高阶等效光栅啁啾等可以相互独立得到。戴一堂、陈向飞等人在中国发明专利“DS-OCDMA系统编码解码所用的采样光纤光栅及其制作方法”【CN200410009546.X，公开号：CN 1588150】和文献Yitang Dai，Xiangfei Chen et.al，“Equivalent phase shift in afiber Bragg grating achieved by changing the sampling period”(采用改变光纤布拉格光栅中布拉格取样周期得到等效相移)，IEEE Photon.Tech.Lett.，vol.16，pp.2284-2286，2004中提出了等效相移概念。更进一步，戴一堂、陈向飞等人在中国发明专利中“一种基于光纤光栅的多信道滤波器制作方法”(CN200410083938.0，)提出一种设计和制作具有任意物理可实现滤波特性的等效光栅的方法和技术。这种技术是一种结合重构技术和等效啁啾技术的新技术，这里我们称这种设计和制作技术叫重构-等效啁啾技术，简称REC技术，可参考文献：Yitang Dai，Xiangfei Chen et.al，“Sampled Bragg grating with desiredresponse in one channel by use of a reconstruction algorithm and equivalent chirp”(采用重构和等效啁啾方法、可以在一个信道内得到预定响应的取样布拉格光栅)，Opt.Lett.，vol.29，1333-1335，2004。使用REC技术，可以在物理可实现范围内，使用亚微米精度的普通实验平台上设计和制作出各种所需要的复杂特性等效光栅。在等效光栅所在的作用带宽里，等效光栅可以完全代替普通布拉格光栅，它们的光学响应相同；或者复杂光学响应的普通布拉格光栅可以被相应的等效光栅所代替，而它们的光学响应相同。用来代替DFB半导体激光器中的通布拉格光栅的等效光栅可以使用等效啁啾技术，等效相移技术设计和制作。更为复杂的等效光栅可以用REC技术设计和制作。需要说明的，等效啁啾和等效相移技术是REC技术的特例。
                        发明内容
本发明的目的在于提供一种基于使用普通全息曝光方法结合普通微米半导体工艺技术制作高性能复杂结构的DFB半导体激光器。本发明的目的还在于利用等效啁啾技术、等效相移技术和更为广泛的重构-等效啁啾技术(REC技术)设计和制作的等效光栅来代替DFB半导体激光器结构里的普通布拉格光栅。
本发明的技术方案是：基于重构-等效啁啾技术制备半导体激光器的方法，采用取样布拉格光栅结构，即半导体激光器波导里的光栅是取样布拉格光栅，取样布拉格光栅含有对应普通布拉格光栅的等效光栅，半导体激光器的激射波长在此取样布拉格光栅的等效光栅的作用带宽里，等效光栅由重构-等效啁啾技术(REC技术)来设计和制作，取样布拉格光栅具有多个影子光栅，影子光栅之间的波长间隔反比于取样周期和半导体激光器波导的有效折射率。上述DFB半导体激光器中的取样布拉格光栅的取样周期小于10μm，大于1μm。
所述激光器中的等效光栅由等效相移方法来设计和制作。在离所述激光器中取样光栅中心的±15％区域内，有一个取样周期是发生突然变化的，变化后的周期是原周期的1.4到1.6倍或0.4到0.6倍，，而其它的取样周期保持恒定。
所述激光器中分布反馈结构采用侧向耦合光栅结构，位于脊波导的两侧光栅结构的半导体激光器只需要一次材料外延生长，而后制作侧向耦合光栅和光波导结构；脊波导的两侧InGaAsP光栅材料层以下述方法制备：先制备含有等效光栅所需要的取样周期分布的掩模板，掩模板的取样周期为2-8微米，每个取样的周期的占空比为0.4-0.6；通过取样掩模板和全息干涉曝光的方法制作出光栅结构。
本发明所述的基于重构-等效啁啾技术制备半导体激光器，半导体激光器的结构是，在n型衬底材料上由外延n型InP缓冲层、非掺杂晶格匹配的InGaAsP波导层、应变InGaAsP多量子阱、InGaAsP光栅材料层、二次外延p型晶格匹配InGaAsP波导层和p型InP限制层和p型InGaAs欧姆接触层顺次构成；InGaAsP光栅材料层的光栅是取样布拉格光栅，含有用作激光激射的等效光栅。DFB段的表面采用200-400nm厚的SiO2绝缘层，脊上的SiO2被腐蚀掉和金属电极连接；器件的两端均有抗反镀膜，镀膜后反射率小于1％。
半导体激光器的改进是，在n型衬底材料上顺次有外延n型InP缓冲层、非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层、应变InGaAsP多量子阱，InGaAsP波导层、p型InP限制层、P型InGaAs欧姆接触层；半导体激光器采用侧向耦合光栅耦合结构，含有等效光栅的取样布拉格光栅位于脊波导的两侧。DFB段的表面采用200-400nm厚的SiO2绝缘层，脊上的SiO2被腐蚀掉和金属电极连接；器件的两端均有抗反镀膜，镀膜后反射率小于1％。
半导体激光器的具体结构是，器件n型衬底材料上外延n型InP缓冲层的厚度180-220nm；非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层厚80-120nm；应变InGaAsP多量子阱，5-10个量子阱，每个阱阱宽7-9nm，0.5％压应变，垒宽8-12nm；p型晶格匹配InGaAsP波导层厚80-120nm；p型InP限制层厚1.5-2.0微米和P型InGaAs欧姆接触层厚80-120nm。激光器采用脊波导结构，长度为300-900微米，脊宽分别为2-4微米，脊两侧沟宽15-25微米，深1.5微米。
本发明的特殊DFB半导体激光器波导里的光栅是取样布拉格光栅，具有多个影子光栅。但是取样光栅的取样周期很小，一般要小于10微米，半导体激光器波导的有效折射率一般是3.1到3.7之间。如果取样周期为10微米，半导体激光器波导的有效折射率是3.7，那么取样光栅的影子之间波长间隔大于30nm。影子光栅之间的波长间隔反比于取样周期和半导体激光器波导的有效折射率。如果取样布拉格光栅的光栅周期为4微米，半导体激光器波导的有效折射率为典型值为3.3，那么影子光栅之间的波长间隔约为91nm。
改变取样周期的分布不会造成中心波长的影子光栅(对应傅立叶系数级数＝0，折射率调制强度在所有影子光栅中最大)的复杂滤波特性。一般取+1或-1级的影子光栅作为等效光栅，它们的折射率调制系数是除中心波长的影子光栅外最大的。影子光栅之间的波长间隔比较重要。如果半导体激光器的激光腔的增益不随波长改变，那么带有取样布拉格光栅的激射波长可能发生在0级影子光栅、或者+1级影子光栅，或者-1级影子光栅。因为这些影子光栅的折射率调制是最大的三个，是激射阈值最低的三个影子光栅。半导体激光器的激光腔的增益实际是随波长变化的，在激光器波长上增益最大，随着偏离激光器波长，增益衰减得很快，典型值为12nm左右就下降到一半，因此如果取样布拉格光栅的光栅周期为6微米，半导体激光器波导的有效折射率＝3.3，影子光栅之间的波长间隔为60nm。激光器波长一定选择在等效光栅的带宽范围内。如果激光器波长选择在+1级影子光栅带宽内，即等效光栅为+1级影子光栅，那么其他影子光栅，如0级影子光栅，-1级的影子光栅的激射阈值要比等效光栅大的多。同样的，如果激光器波长选择在-1级影子光栅带宽内，即等效光栅为-1级影子光栅，那么其他影子光栅，如0级影子光栅，+1级的影子光栅的激射阈值要比等效光栅大的多。因此在激光器正常工作范围，激光器激射只能发生在等效光栅上。
本发明基于REC技术的λ/4 DFB半导体激光器的具体的结构是：取样布拉格光栅中某一位置的取样周期发生突然变化，而其它的取样周期保持不变，就可以使取样布拉格光栅的某些反射峰的达到与相移光栅相似的效果。这种与布拉格光栅相移相对应的特性称为等效相移。更广泛的，如果取样布拉格光栅多个位置的取样周期发生突然变化，那么该取样布拉格光栅的某些反射峰就会产生与存在这多个相移点的均匀光栅相似的等效相移。特别是如果取样布拉格光栅中心的一个取样周期改变为其原长度的1.5倍或原长度的0.5倍，而其它的取样周期保持不变，就可以使取样光栅的奇数级反射峰发生等效π-相移【参见Dianjie Jiang，Xiangfei Chen et.al“A novel distributed feedback fiber laser based on equivalentphase shift(一种基于等效相移的新型分布反馈光纤激光器)”，IEEE Photon.Tech.Lett.，16，2598(2004)；以及陈向飞等“分布反馈式光波导激光器”，CN200410042789.3】。
DFB半导体激光器制作过程中，材料的外延生长的工艺复杂，较昂贵，为了避免制作内置布拉格光栅，从而减少外延的次数，可采用侧向耦合光栅。基于侧向耦合光栅的DFB半导体激光器是一种新型DFB半导体激光器。为了减小光栅的制作难度，本发明提出基于等效光栅的DFB半导体激光器采用侧向耦合光栅耦合结构，含有等效光栅的取样布拉格光栅位于脊波导的两侧。这种光栅结构的半导体激光器只需要一次材料外延生长，而后制作侧向耦合光栅和光波导结构。为了减小端面反射率对自脉动特性的影响以及提高DFB半导体激光器的功率，激光器两端至少一段采用抗反镀膜，抗反镀膜后的端面反射率范围在10-5到10％之间。
本发明的特点是：与等效啁啾类似，本发明易于实现的亚微米级精度上可以实现各种复杂的等效相移，即对应的等效光栅具有λ/4相移。这个等效相移与具有纳米、亚纳米精度的真实相移所起的作用一样。具有λ/4相移的等效光栅可以避免制作相移光栅的复杂工艺，使制作工艺有非常好的重复性、稳定性，可以得到很高的成品率，从而使得制作成本大大降低，使用它制作出的激光器性能优良、稳定，有着很大的实用潜力。而等效啁啾和等效相移技术是REC技术的特例。
                        附图说明
图1基于内置光栅的普通DFB半导体激光器结构示意图。
1-1.N电极；1-2.衬底和下包层；1-3.下波导层；1-4.多量子阱有源层；1-5.光栅层；1-6.上波导层；1-7.上包层；1-8.波导；1-9.欧姆接触层；1-10.P电极
图2基于侧面耦合光栅的普通DFB半导体激光器结构示意图
2-1.N电极；2-2.衬底和下包层；2-3.下波导层；2-4.多量子阱有源层；2-5.上波导层；2-6.上包层；2-7.布拉格光栅；2-8.波导；2-9.欧姆接触层；2-10.P电极
图3普通DFB半导体激光器中光栅结构示意图。
3-1.有源层；3-2.布拉格光栅；3-3.激光器长度
图4取样布拉格光栅的光谱示意图
4-1.+3级反射峰，代表+3级影子光栅；4-2.+2级反射峰，代表+2级影子光栅；4-3.+1级反射峰，代表+1级影子光栅；4-4.0级反射峰，代表0级影子光栅；4-5.-1级反射峰，代表-1级影子光栅；4-6.-2级反射峰，代表-2级影子光栅；4-7.-3级反射峰，代表-3级影子光栅；
图5基于等效光栅的DFB半导体激光器中光栅结构示意图
5-1.有源层；5-2.取样布拉格光栅；5-3.取样布拉格光栅中的一个取样；5-4.一个光栅取样中的光栅结构；5-5.激光器长度
                        具体实施方式
下面分别就基于内置等效光栅和侧向耦合等效光栅的DFB激光器进行描述
【实例1】工作波长在1550nm波段内的基于侧向耦合等效光栅的DFB半导体激光器；
如图1所示，器件的外延材料描述如下：首先在n型衬底材料上一次外延n型InP缓冲层(厚度200nm、掺杂浓度约1.1×1018cm-2)、100nm厚非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层、应变InGaAsP多量子阱(光荧光波长1.52微米，7个量子阱：阱宽8nm，0.5％压应变，垒宽10nm，晶格匹配材料)、70nm厚的InGaAsP光栅材料层。使用普通微电子工艺制作含有等效光栅所需要的取样周期分布的掩模板，掩模板的取样周期为4微米，每个取样的周期的占空比为0.5。在掩模板的中心取样周期发生突然变化，周期为2微米，其他取样周期仍然是4微米。接下来通过取样掩模板和全息干涉曝光的方法制作出光栅结构、然后二次外延100nm厚p型晶格匹配InGaAsP波导层(掺杂浓度约1.1×1017cm-2，DFB段该层的厚度为100nm)、1.7微米厚p型InP限制层(掺杂浓度从3.5×1017cm-2逐渐变化为1×1018cm-2)和100nm厚的p型InGaAs欧姆接触层(掺杂浓度大于1×1019cm-2)。
激光器采用脊波导结构，长度为400微米，脊宽分别为3微米，脊两侧沟宽20微米，深1.5微米。DFB段的表面采用300nm厚的SiO2绝缘层，脊上的SiO2被腐蚀掉和金属电极连接。器件的两端均有抗反镀膜，镀膜后反射率小于1％。激光器的阈值电流典型值为16mA，边模抑制比达到40dB以上。
【实例2】工作波长在1550nm波段内的基于侧向耦合等效光栅的DFB半导体激光器
如图2所示，器件的外延材料过程如下：首先在n型衬底材料上顺次一次外延n型InP缓冲层(厚度200nm、掺杂浓度约1.1×1018cm-2)、100nm厚非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层、应变InGaAsP多量子阱(光荧光波长1.52微米，7个量子阱，每个阱阱宽8nm，0.5％压应变，垒宽10nm，晶格匹配材料)、100nm厚p型晶格匹配InGaAsP波导层(掺杂浓度约1.1×1017cm-2)、1.7微米厚p型InP限制层(掺杂浓度从3×1017cm-2逐渐变化为1×1018cm-2)和100nm厚的P型InGaAs欧姆接触层(掺杂浓度大于1×1019cm-2)。激光器采用脊波导结构，长度为400微米，脊宽分别为3微米，脊两侧沟宽20微米，深1.5微米。DFB段的表面采用300nm厚的SiO2绝缘层，脊上的SiO2被腐蚀掉和金属电极连接。器件的两端均有抗反镀膜，镀膜后反射率小于1％。
器件结构的制作方法如下：沉积厚度约400nm的SiNx，SF6等离子体刻蚀掉200nm的SiNx，从而形成电注入条形保护区。使用普通微电子工艺制作含有等效光栅所需要的取样周期分布的掩模板，掩模板的取样周期为4微米，每个取样的周期的占空比为0.5。在掩模板的中心取样周期发生突然变化，周期为2微米，其他取样周期仍然是4微米。通过取样掩模板和全息干涉曝光的方法制作出光栅结构。SF6等离子体刻蚀形成SiNx掩模。利用Cl2/BCl3/CH4等离子体刻蚀制作光栅和波导结构。SF6等离子体刻蚀掉电注入区域以外的SiNx掩模，利用湿法腐蚀液腐蚀掉电注入区域以外的欧姆接触层。沉积厚度约2微米SiO2作为绝缘层，光刻腐蚀掉电注入区域顶部的SiO2；蒸镀Cr/Au合金作为p电极。减薄衬底厚度至约100微米；蒸镀Au/Ge/Ni合金作为n电极。光器的阈值电流典型值为27mA，边模抑制比达到40dB以上。

Claims (10)

1、基于重构-等效啁啾技术制备分布反馈半导体激光器的方法，其特征在于采用取样布拉格光栅结构，即分布反馈半导体激光器波导里的光栅是取样布拉格光栅，取样布拉格光栅含有对应普通布拉格光栅的等效光栅；分布反馈半导体激光器的激射波长在此取样布拉格光栅的等效光栅的作用带宽里，等效光栅由重构-等效啁啾技术来设计和制作，取样布拉格光栅具有多个影子光栅，影子光栅之间的波长间隔反比于取样周期和分布反馈半导体激光器波导的有效折射率。
2、根据权利要求1所述的基于重构-等效啁啾技术制备分布反馈半导体激光器的方法，其特征在于所述分布反馈半导体激光器中的取样布拉格光栅的取样周期小于10μm，大于1μm。
3、根据权利要求1所述的基于重构-等效啁啾技术制备分布反馈半导体激光器的方法，其特征在于所述激光器中的等效光栅由等效啁啾和等效相移方法来设计和制作。
4、根据权利要求1或2所述的基于重构-等效啁啾技术制备分布反馈半导体激光器的方法，其特征在于：在离所述激光器中取样光栅中心的±15％区域内，有一个取样周期是发生突然变化的，变化后的周期是原周期的1.4到1.6倍或0.4到0.6倍，而其它的取样周期保持恒定。
5、根据权利要求1～4所述的基于重构-等效啁啾技术制备分布反馈半导体激光器的方法，其特征在于：所述的激光器的两端至少一端采用抗反镀膜，抗反镀膜后的端面反射率范围在10-5到10％之间。
6、根据权利要求1～5所述的基于重构-等效啁啾技术制备分布反馈半导体激光器的方法，其特征在于所述激光器中光栅结构以下述方法制备，先制备含有等效光栅所需要的取样周期分布的掩模板，掩模板的取样周期为2-8微米，每个取样的周期的占空比为0.4-0.6；通过取样掩模板和全息干涉曝光的方法制作出取样光栅结构。
7、根据权利要求1～6所述的基于重构-等效啁啾技术制备分布反馈半导体激光器的方法，其特征在于所述激光器中分布反馈结构采用侧向耦合光栅结构，其光栅位于脊波导的两侧。
8、基于重构-等效啁啾技术制备的分布反馈半导体激光器，其特征是分布反馈半导体激光器的结构是，在n型衬底材料上由外延n型InP缓冲层、非掺杂晶格匹配的InGaAsP波导层、应变InGaAsP多量子阱、InGaAsP光栅材料层、二次外延p型晶格匹配InGaAsP波导层和p型InP限制层和p型InGaAs欧姆接触层顺次构成；InGaAsP光栅材料层的光栅是取样布拉格光栅，含有用作激光激射的等效光栅。分布反馈段的表面采用200-400nm厚的SiO2绝缘层，脊上的SiO2被腐蚀掉和金属电极连接；器件的两端均有抗反镀膜，镀膜后反射率小于1％。
9、根据权利要求8所述的基于重构-等效啁啾技术制备半导体激光器，其特征是在n型衬底材料上顺次有外延n型InP缓冲层、非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层、应变InGaAsP多量子阱，InGaAsP波导层、p型InP限制层、P型InGaAs欧姆接触层；半导体激光器采用侧向耦合光栅耦合结构，含有等效光栅的取样布拉格光栅位于脊波导的两侧。分布反馈段的表面采用200-400nm厚的SiO2绝缘层，脊上的SiO2被腐蚀掉和金属电极连接；器件的两端均有抗反镀膜，镀膜后反射率小于1％。
10、根据权利要求8或9所述的基于重构-等效啁啾制备半导体激光器，其特征是器件n型衬底材料上外延n型InP缓冲层的厚度180-220nm；非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层厚80-120nm；应变InGaAsP多量子阱，5-10个量子阱，每个阱阱宽7-9nm，0.5％压应变，垒宽8-12nm；p型晶格匹配InGaAsP波导层厚80-120nm；p型InP限制层厚1.5-2.0微米和P型InGaAs欧姆接触层厚80-120nm。激光器采用脊波导结构，长度为300-900微米，脊宽分别为2-4微米，脊两侧沟宽15-25微米，深1.5微米。
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