CN104124611A - 基于重构-等效啁啾的单片集成注入锁定dfb激光器及阵列及其制造方法 - Google Patents

Abstract

基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，主激光器和从激光器制作在同一衬底上或集成在同一芯片上，主激光器和从激光器共用同一波导结构；主激光器和从激光器之间有电隔离区，保证主激光器和从激光器能够单独运转；主激光器和从激光器具有相同的材料外延结构，包括：n型衬底、n型缓冲层、波导层、应变多量子阱层、光栅材料层、p型波导层、p型限制层、p型欧姆接触层、绝缘层和正负电极；主、从激光器均为DFB激光器，主、从激光器的光栅均是使用重构-等效啁啾技术设计的取样光栅，利用主、从激光器中至少一个激光器的激射波长，然后通过调节主、从激光器的直流偏执电流对主、从激光器的波长进行微调。

Description

基于重构-等效啁啾的单片集成注入锁定DFB激光器及阵列及其制造方法

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及光纤通讯、光子集成以及其他光电信息处理。尤其涉及基于重构-等效啁啾的单片集成注入锁定DFB激光器及阵列及其制造方法。

背景技术

随着无线通信领域的新用户和新服务不断增多，现有通信系统面临的带宽和能耗压力越来越大，寻求新型的无线接入方式，实现移动网络“大容量、低能耗、低成本”的要求是通信领域亟需解决的技术难题。光载无线技术(ROF：Radio-Over-Fiber)具有大带宽、低损耗、抗干扰、泛在接入的特点，是解决移动通信带宽和能耗难题的理想方案，其中模拟调制的激光器发射模块是光载无线系统的核心器件。但是由于受到模拟调制激光器发射模块带宽窄、成本高、调制失真等因素的影响，光载无线技术在通信领域并没有得到广泛的应用。利用注入锁定技术能够提高模拟调制激光器调制带宽，降低调制失真，是解决模拟调制激光器模块对光载无线技术限制难题的理想方案。

早期，注入锁定技术是利用分离器件实现的，即实现注入锁定的两个激光器(一个是主激光器，另一个是从激光器)为相互独立封装的激光器，并且在两个激光器之间设有光隔离器以避免激光器间的相互串扰[1]。为了实现稳定的注入锁定，利用分离器件的注入锁定系统需要对主激光器和从激光器的波长、偏振态、注入功率比(注入到从激光器腔内的主激光器功率与从激光器腔内光功率之比)等参数进行精密控制，因此分离器件注入锁定系统需要含有复杂而精密的控制模块。分离器件的增多导致整个注入锁定系统体积庞大、结构复杂、稳定性低，而无法在实际中应用。

单片集成的注入锁定DFB激光器将主激光器和从激光器集成在同一芯片上，两个激光器共用同一波导，因此两个激光器之间不需要光学对准和偏振控制，这使激光器结构更紧凑，性能更稳定。美国加州大学伯克利分校首次实现了单片集成的注入锁定激光器，与单个激光器相比，该激光器在注入锁定条件下能够明显改善调制带宽和调制失真[2-3]。在单片集成条件下，为了实现稳定注入锁定，既需要保证主激光器和从激光器稳定单模运转，又需要对两个激光器的波长进行精确控制，这对光栅的制造工艺提出了非常苛刻的要求。利用普通全息曝光工艺无法满足以上需求。电子束曝光技术具有设计灵活，制造精度高等优点，是制造复杂精细光栅结构的有效方法。但是电子束曝光设备价格昂贵，刻写速度慢，制造过程非常耗时，无法满足批量生产的要求，另外单片集成注入锁定激光器尺寸较大(一般在1mm以上)，电子束曝光设备很难在保证大的刻写范围的同时保证高制造精度。因此，单片集成注入锁定DFB激光器需要新的制造工艺和技术的出现。

相关文献[4]和专利[5]提出了一种新的DFB激光器制造方法。文中提出，利用一种光纤布拉格光栅的设计技术-重构—等效啁啾(REC)技术来设计DFB半导体激光器。重构—等效啁啾(REC)技术最早被应用在光纤光栅的设计，可追溯到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)中提出的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。这种特殊的布拉格光栅是取样布拉格光栅，取样布拉格光栅具有多个反射峰，每个反射峰代表一个影子光栅，对应于一个傅里叶系数。在中心布拉格波长两侧的+1和-1级影子光栅，其作用与普通的布拉格光栅(非取样光栅)相同，因此利用复制取样结构可以形成复杂的+1和-1级影子光栅，以代替普通的布拉格光栅，+1和-1级影子光栅称为等效光栅。在普通布拉格光栅的作用频段上等效光栅可以完全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结构获得。由于取样周期一般远远大于光栅周期，因此重构-等效啁啾技术可以极大的简化具有特殊精细结构的布拉格光栅的制作程序，利用亚微米级精度实现了纳米级精度的制造。重构-等效啁啾技术已经用于若干特殊结构DFB半导体激光器及阵列的研制中[6-8]，并且重构-等效啁啾技术对DFB激光器波长具有更高的控制精度，目前波长控制精度可达±0.2nm，完全满足单片集成注入锁定技术对激光器波长控制精度的需要。同时，重构-等效啁啾技术的制作过程与传统全息曝光工艺完全兼容，再制造成本上具有电子束曝光技术无法比拟的优势，能够满足未来通信系统对低成本的要求。

参考文献

[1]X.J.Meng,T.Chau,et al.,"Improved intrinsic dynamic distortions in directlymodulated semiconductor lasers by optical injection locking"(光注入锁定技术对直接调制半导体激光器动态失真的改善),IEEE Trans.Microwave Theory Technique,1999,47(7):1172-1176；

[2]Jung T.,H.K.Sung,et al.,"Demonstration of monolithic optical injection lockingusing a two section DFB laser"(基于两段结构的单片集成注入锁定DFB激光器的研究),inConference on Lasers and Electro-Optics,2003；

[3]J.Thomas,H.E.Rolling,K.Y.Liou,H.K.Sung,D.Tishinin,W.T.Tsang,M.C.Wu,”Semiconductor Injection Locked Lasers and method”(注入锁定半导体激光器及其制造方法)，美国专利US20050023337A1

[4]Yitang Dai and Xiangfei Chen,"DFB semiconductor lasers based on reconstruction-equivalent-chirp technology"(基于重构—等效啁啾技术DFB半导体激光器),Optics Express,2007,15(5):2348-2353；

[5]陈向飞，“基于重构—等效啁啾技术制备半导体激光器的方法及装置”，中国发明专利CN200610038728.9，国际PCT专利US7873089B2；

[6]李静思，贾凌慧，陈向飞，“单片集成半导体激光器阵列的制造方法及装置”，中国发明专利CN100583679C；

[7]施跃春，陈向飞，李思敏，李静思，贾凌慧，刘盛春，“基于重构-等效啁啾和等效切趾的平面波导布拉格光栅及其激光器”，中国发明专利101750671A；

[8]Y.C.Shi,X.F.Chen,et al.,"Experimental demonstration of the three phase shiftedDFB semiconductor laser based on Reconstruction-Equivalent-Chirp technique"(基于重构-等效啁啾技术的三相移DFB激光器的实验研究),Optics Express,2012,20(16):17374-17379。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定激光器及其阵列。利用重构-等效啁啾技术设计和制作单片集成注入锁定激光器的复杂光栅结构，能够提高集成的主激光器和从激光器的单模特性和波长控制精度，从而提高单片集成注入锁定DFB激光器的稳定性。本发明的目的还在于提出基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器及阵列的制造工艺。

本发明的技术方案是：基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，实现注入锁定的主激光器和从激光器制作在同一衬底上或集成在同一芯片上，主激光器和从激光器共用同一波导结构；主激光器和从激光器之间有电隔离区，保证主激光器和从激光器能够单独运转；主激光器和从激光器具有相同的材料外延结构，包括：n型衬底、n型缓冲层、波导层、应变多量子阱层、光栅材料层、p型波导层、p型限制层、p型欧姆接触层、绝缘层和正负电极；主、从激光器均为DFB激光器，主、从激光器的光栅均是使用重构-等效啁啾技术设计的取样光栅，利用用重构-等效啁啾技术精确定位主、从激光器中至少一个激光器的激射波长，然后通过调节主、从激光器的直流偏执电流对主、从激光器的波长进行微调。

主激光器和从激光器使用两个相互独立的电极。主激光器和从激光器必须有一个激光器能够进行波长精细调节，用以满足注入锁定对频率失谐量(主激光器与从激光器的频率差)的要求。

进一步的，阵列中每个激光器的材料和结构构成与上述激光器相同，通过设置每个激光器取样光栅的取样周期精确控制每个激光器的波长，形成多通道的单片集成注入锁定激光器阵列。

进一步的，主、从激光器所采用的材料可以是III-V族化合物半导体材料(如GaAlAs/GaAs、InGaAs/InGaP、GaAsP/InGaP、InGaAsP/InP、InGaAsP/GaAsP等)，同时也可采用II-VI族化合物半导体材料、IV-VI族化合物半导体材料等各种三元化合物、四元化合物半导体材料；此外，本发明中的主、从激光器也可采用掺铝半导体材料(例如AlGaInAs)，用于制造无制冷、温度特性良好的半导体激光器件。

进一步的，主激光器和从激光器均为DFB激光器，主、从激光器可采用相同的光栅结构也可以采用不同的光栅结构。主、从激光器的光栅是基于重构-等效啁啾技术设计的等效的λ/4相移光栅、λ/8相移光栅、等效切趾光栅、周期节距调制CPM光栅、多相移MPS光栅以及以上几种光栅结构的有机组合；主、从激光器的光栅可以是上述几种光栅但不拘泥于上述几种光栅结构，在不脱离本发明原理的前提下，利用重构-等效啁啾技术对本发明中主、从激光器的光栅结构进行的改进和润饰也视为本发明的权利要求范围。

主、从激光器的相移/啁啾位置可以位于每一个激光器的中心，也可以位于偏离激光器中心±15％的区域内。主、从激光器的波长是由其等效光栅的布拉格波长决定，既由采样光栅的采样周期决定。通过设计主、从激光器采样光栅的采样周期，让主、从激光器输出波长相近，两者的波长差在±0.2nm范围内。通过调节主、从激光器的直流偏执电流对激光器波长进行精细调节。

主激光器和从激光器可以根据需要设计不同的腔长，主激光器腔长可以与从激光器腔长相同也可以大于从激光器腔长。主激光器和从激光器间存在有电隔离区域，利用干法刻蚀或湿法刻蚀技术去除掉电隔离区光栅结构和欧姆接触层，以实现主、从激光器间的电隔离，电隔离区的长度在10μm—80μm范围内。

基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器阵列，阵列中每个注入锁定激光器的主、从激光器可采用相同的光栅结构也可以采用不同的光栅结构。主、从激光器的光栅是基于重构-等效啁啾技术设计的等效的λ/4相移光栅、λ/8相移光栅、等效切趾光栅、周期节距调制CPM光栅、多相移MPS光栅以及以上几种光栅结构的有机组合；主、从激光器的光栅可以是上述几种光栅但不拘泥于上述几种光栅结构，在不脱离本发明原理的前提下，利用重构-等效啁啾技术对本发明中主、从激光器的光栅结构进行的改进和润饰也视为本发明的权利要求范围。

阵列中主、从激光器的相移/啁啾位置可以位于每一个激光器的中心，也可以位于偏离激光器中心±15％的区域内。主、从激光器通过设计采样光栅的采样周期精确定位主、从激光器间的波长差(频率失谐量)，并通过调节主、从激光器的直流偏置电流对频率失谐量进行微调。每个单片集成注入锁定激光器设置不同的采样周期，控制激光器的输出波长，实现多波长的激光器阵列。

进一步，阵列中主、从激光器均采用脊波导结构，主、从激光器可采用相同的腔长，也可采用不同的腔长结构；主、从激光器腔长不同时，主激光器腔长大于从激光器腔长；单片集成注入锁定激光器的两端面镀抗反射膜，抗反射膜的反射率<5％。

进一步的，制造方法中，首先在n型衬底材料上依次外延缓冲层、波导层、应变多量子阱层和光栅层；一次外延结束后，利用重构-等效啁啾技术在光栅层制造出具有等效光栅特性的取样光栅结构，并刻蚀掉电隔离区的光栅结构；之后进行二次外延，在完成光栅制作的一次外延片上依次外延p型P波导层、p型限制层和p型欧姆接触层；利用光刻技术制作主、从激光器的脊条结构，并在电隔离区刻蚀掉该区域的欧姆接触层；之后生产SiO₂绝缘层，刻蚀掉脊条上的绝缘层后在脊条上的欧姆接触层和n型衬底层上分别制作出激光器的正、负电极；之后在单片集成注入锁定激光器的两端镀抗反射膜。

其中在n型衬底材料上依次外延n型InP缓冲层、非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层，应变InGaAsP多量子阱层、InGaAsP光栅材料层(至此为一次外延片)，制造完等效光栅后，二次外延p型晶格匹配InGaAsP波导层、p型InP限制层和p型InGaAs欧姆接触层。二次外延后利用光刻技术依次制作主、从激光器的脊波导和电隔离区，并在主、从激光器表面生长200nm—400nm厚的SiO₂绝缘层，腐蚀掉脊条上的SiO₂绝缘层，分别在脊条欧姆接触层和n型衬底上镀正负电极。器件的两端面镀有抗反射膜，反射率<5％。

基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，主、从激光器等效光栅的制造过程是：首先设计出等效光栅所需要的采样光栅掩膜版；然后利用全息曝光技术在一次外延片上制作出种子光栅结构，主、从激光器采用相同的种子光栅；最后利用掩膜版和传统光刻技术在种子光栅基础上制作出采样光栅结构。在制作采样光栅的过程中，利用光刻技术去除掉电隔离区的种子光栅。主、从激光器等效光栅制造过程可以参阅文献[5-8]

本发明的有益效果是：提出了基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器及阵列及其制造方法，将重构-等效啁啾技术引入单片集成注入锁定DFB激光器及阵列的光栅制造过程中。利用重构-等效啁啾技术可以根据器件的需要灵活方便的设计具有各种相移结构的复杂光栅，通过控制采样光栅周期能精确控制主、从激光器的波长差(频率失谐量)，从而提高单片集成注入锁定激光器的稳定性。重构-等效啁啾技术可以精确控制每一个单片集成注入锁定DFB激光器的波长，能够制造满足波分复用系统需要的单片集成注入锁定DFB激光器阵列。重构-等效啁啾技术在提高单片集成注入锁定激光器性能的同时也降低了激光器的制造难度和制造成本，更能满足激光器实用化的需求。

附图说明

图1单片集成注入锁定DFB激光器结构示意图；

图2单片集成注入锁定DFB激光器阵列结构示意图；

图3单片集成注入锁定DFB激光器中主、从激光器采用等效光栅示意图；图3(a)中主激光器1和从激光器2具有相同的腔长、并采用相同的光栅结构；图3(b)—(d)主激光器采用长腔结构，从激光器采用短腔结构，主激光器克服由长腔带来的空间烧空效应需要设计复杂的光栅结构，如等效切趾结构(图3(b))、周期节距调制结构CPM(图3(c))、多相移结构MPS(图3(d))；

图4制备单片集成注入锁定DFB激光器中主、从激光器光栅结构示意图；图4①一次外延片和全息曝光过程，图4②利用全息曝光技术制作出均匀的种子光栅；图4③利用重构-等效啁啾技术设计具有等效光栅相对应的取样图案的光刻掩膜版并进行普通光刻；图4④形成取样光栅19；

图5制备基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定激光器过程示意图。图5①N型InP衬底上完成一次外延；图5②利用重构-等效啁啾技术在一次外延片上完成等效光栅制备，并刻蚀掉电隔离区对应的光栅结构；图5③在完成光栅制备的一次外延片上利用MOCVD技术完成二次外延；图5④利用光刻技术制备激光器脊波导，并刻蚀掉电隔离区内的欧姆接触层；图5⑤激光器表面生长SiO₂绝缘层；图5⑥刻蚀掉脊波导上的SiO₂绝缘层，完成激光器电极的制备。.图中各个标示数字分别代表：1、主激光器；2、从激光器；3、电隔离区；4、n型衬底；5、n型InP缓冲层；6、非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层；7、应变InGaAsP多量子阱层；8、InGaAsP光栅材料层；9、p型晶格匹配InGaAsP波导层；10、p型InP限制层；11、p型InGaAs欧姆接触层；12、SiO₂绝缘层；13-1、主激光器正电极；13-2、从激光器正电极；14、负电极；15、一次外延片；16、光刻胶；17、含种子光栅的一次外延片；18、采样光栅掩膜版；19、含等效光栅的一次外延片；20、紫外激光。

具体实施方式

本发明提供了一种基于重构-等效啁啾的单片集成注入锁定DFB激光器及阵列以及制造方法。下面根据说明书附图对本发明进行详细说明：

1、单片集成注入锁定DFB激光器及阵列结构

图1是基于重构-等效啁啾的单片集成注入锁定DFB激光器，该激光器在同一芯片上集成了主激光器1和从激光器2两个DFB激光器。为了保证主激光器1和从激光器2能够独立运转，在两个激光器直接间设计电隔离区3。主激光器1和从激光器2在材料结构上包括：

n型衬底4；n型InP缓冲层5；非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层6；应变InGaAsP多量子阱层7；InGaAsP光栅材料层8；p型晶格匹配InGaAsP波导层9；p型InP限制层10；p型InGaAs欧姆接触层11；SiO₂绝缘层12；主激光器正电极13-1；从激光器正电极13-2和负电极14。

主激光器1和从激光器2可根据不同的应用需求选择不同的腔长，两者腔长一般在300um-1000um之间。在需要大注入比和大调制带宽情况下，主激光器1可采用长腔长，而从激光器2采用短腔长。

图2是基于重构-等效啁啾的单片集成注入锁定DFB激光器阵列，阵列中的每个激光器结构和材料组成与图1所描述的单个激光器相同。激光器阵列通过改变InGaAsP光栅材料层8中采样光栅的采样周期控制激光器的输出波长，从而形成λ₁—λ_n的多么波长单片集成注入锁定DFB激光器阵列。

2、激光器波导光栅及基于重构-等效啁啾技术的光栅设计和制造方法

图3是不同结构的单片集成注入锁定DFB激光器采用的等效光栅情况。主、从激光器的等效光栅可以根据需求进行优化设计。图3(a)中主激光器1和从激光器2具有相同的腔长、并采用相同的光栅结构，光栅结构可采用λ/4相移结构、λ/8相移结构、等效切趾结构、周期节距调制结构CPM、多相移结构MPS或者是以上结构的有机组合。

特别的，为了提高从激光器2的调制特性，从激光器2采用短腔结构，此时从激光器腔长≤300μm，而主激光器1采用长腔结构，此时主激光器1的腔长>300μm。因此，从激光器2光栅采用简单的单相移结构，如λ/4相移结构、λ/8相移结构，而主激光器1为了克服由长腔带来的空间烧空效应需要设计复杂的光栅结构，如等效切趾结构(图3(b))、周期节距调制结构CPM(图3(c))、多相移结构MPS(图3(d))或者利用重构-等效啁啾技术设计的各种结构的有益组合。

采样光栅的等效光栅结构参数与激光器输出波长的关系表示如下：

${\mathrm{\&lambda;}}_{\&PlusMinus;1}=\frac{{2N}_{\mathrm{eff}}\mathrm{\&Lambda;}{\mathrm{\&lambda;}}_0}{2N_{\mathrm{eff}}\mathrm{\&Lambda;}\&PlusMinus;{\mathrm{\&lambda;}}_0}---\left(1\right)$

λ_±1是采样光栅的±1级等效光栅对应的布拉格波长，也是激光器的激射波长。N_eff是激光器的有效折射率，Λ是采样光栅的采样周期，λ₀＝2N_effΛ₀是种子光栅的布拉格波长，Λ₀是均匀种子光栅周期。在种子光栅周期Λ₀确定的情况下，改变采样光栅的采样周期Λ即可改变激光器的出射波长。

图3(b)中主激光器1采用等效切趾光栅结构，从激光器采用单相移结构。等效切趾是通过改变采样光栅的占空比来等效实现切趾效果。取样光栅的±1级等效光栅的折射率调制与种子光栅的折射率调制存在如下关系：

${\mathrm{\&Delta;n}}_{\&PlusMinus;1}=\mathrm{\&Delta;}{n}_s\frac{\sin \left(\mathrm{\&gamma;\&pi;}\right)}{\mathrm{\&pi;}}---\left(2\right)$

其中Δn_±1是取样光栅的±1级等效光栅的折射率调制，Δn_s是种子光栅的折射率调制，γ是取样占空比，γ∈[0 1]，γ＝0.5时±1级等效光栅的折射率调制深度最深，因此通过改变主激光器1中不同不同位置光栅处的取样光栅的取样占空比γ₁、γ₂即可形成不同的等效切趾结构。

图3(c)中主激光器1采用周期节距调制(CPM)光栅结构，从激光器采用单相移结构。CPM光栅结构是在一定区域内选择一定数目的取样光栅，保证采样周期数目不变，增加或减小取样光栅的取样周期，使变化后的采样光栅比原来采样光栅长度增加或减少一定的长度，增加或减少的长度与CPM区域要等效形成的相移有关。图3(c)中CPM区的采样光栅周期与非CPM区的采样光栅周期存在关系如下：

${\mathrm{\&Lambda;}}_2={\mathrm{\&Lambda;}}_1\&PlusMinus;\frac{\mathrm{\&psi;}{\mathrm{\&Lambda;}}_1^2}{2\mathrm{\&pi;D}}---\left(3\right)$

Λ₂是CPM区采样周期，Λ₁＝Λ是非CPM区采样光栅的采样周期，ψ是等效相移，D是CPM区光栅长度。

图3(d)中主激光器1采用多相移(MPS)光栅结构，从激光器采用单相移结构。

图3列举了几种基于重构-等效啁啾技术的主激光器1和从激光器2的等效光栅情况，主激光器1和从激光器2的光栅结构可以是以上几种情况，但不拘泥于以上几种光栅结构，可以是基于重构-等效啁啾技术设计的其他复杂光栅结构也可以是以上几种光栅结构的有机组合。

图4是基于重构-等效啁啾技术的等效光栅制造过程，第一步，利用全息曝光技术在一次外延片15上制作出均匀的种子光栅17；第二步，利用重构-等效啁啾技术设计具有等效光栅相对应的取样图案的光刻掩膜版18；第三步，利用设计的取样光栅光刻掩膜版18进行普通曝光，把光刻掩膜版18上的取样图案复制到光刻胶16上，通过刻蚀技术将光刻胶16上的取样图案刻蚀到均匀种子光栅17上，形成取样光栅19。

3、基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器的制造方法及流程

图5描述了基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器的制造方法：首先利用金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD技术，在N型InP衬底4上依次外延200nm厚的n型InP缓冲层5(掺杂浓度约1.1×10¹⁸cm^-3)、100nm厚晶格匹配InGaAsP波导层6(无掺杂)、应变InGaAsP多量子阱层7(光荧光波长1.52μm，7个量子阱：阱宽8nm，0.5％压应变，垒宽10nm，晶格匹配材料)和50nm厚InGaAsP光栅层8，完成一次外延。之后利用重构-等效啁啾技术在光栅层制造所需的取样光栅结构，并利用光刻技术刻蚀掉电隔离区3对应的光栅结构。在取样光栅完成后，利用MOVCD技术二次外延100nm厚p型晶格匹配InGaAsP波导层9(掺杂浓度1.0×10¹⁷cm^-3)、1.7μm厚p型InP限制层10(掺杂浓度由3.0×10¹⁷cm^-3逐渐变化为2.0×10¹⁸cm^-3)和100nm厚的p型InGaAs欧姆接触层11(掺杂浓度>5.0×10¹⁸cm^-3)。

激光器采用脊波导结构，波导宽度在1.5μm—3μm间，波导高度1.6μm，主激光器1长度在400μm——1000μm，从激光器长度200μm—500μm。利用光刻技术刻蚀掉电隔离区3内的欧姆接触层11。之后再激光器表面生长200nm-400nm厚的SiO₂绝缘层12，脊条上的绝缘层12腐蚀掉，并在脊条和n型衬底4上分别镀上激光器的正、负电极13(13-1是主激光器正电极，13-2是从激光器正电极)和14。为了消除FP腔效应，在激光器两端面镀抗反射膜，反射率<5％。

本发明实施例并非限制要求保护的内容，在本发明技术方案基础的简单改进或等同物并没有超出本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，其特征是实现注入锁定的主激光器和从激光器制作在同一衬底上或集成在同一芯片上，主激光器和从激光器共用同一波导结构；主激光器和从激光器均为DFB激光器，主激光器和从激光器之间有电隔离区，保证主激光器和从激光器能够单独运转；主激光器和从激光器具有相同的材料外延结构，包括：n型衬底、n型缓冲层、波导层、应变多量子阱层、光栅材料层、p型波导层、p型限制层、p型欧姆接触层、绝缘层和正负电极；主、从激光器均为DFB激光器，主从激光器的光栅均是使用重构-等效啁啾技术设计的取样光栅，利用用重构-等效啁啾技术精确定位主、从激光器中至少一个激光器的激射波长，然后通过调节主、从激光器的直流偏执电流对主、从激光器的波长进行微调，用以满足注入锁定对频率失谐量的要求。

2.根据权利要求1所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，其特征是阵列中每个激光器的材料和结构构成与上述激光器相同，通过设置每个激光器取样光栅的的取样周期精确控制每个激光器的波长，形成多通道的单片集成注入锁定激光器阵列。

3.根据权利要求1或2所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，其特征是主、从激光器所采用的材料是包括GaAlAs/GaAs、InGaAs/InGaP、GaAsP/InGaP、InGaAsP/InP、InGaAsP/GaAsP的III-V族化合物半导体材料，采用II-VI族化合物半导体材料、IV-VI族化合物半导体材料等各种三元化合物、四元化合物半导体材料；或采用掺铝半导体材料。

4.根据权利要求1或2所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，其特征是主、从激光器采用相同的光栅结构或相异的光栅结构；主、从激光器的光栅是基于重构-等效啁啾技术的等效的λ/4相移光栅、λ/8相移光栅、等效切趾光栅、周期节距调制CPM光栅、多相移MPS光栅或以上几种光栅结构的组合。

5.根据权利要求1或2所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，其特征是主、从激光器的相移/啁啾位置位于每一个激光器的中心，或位于偏离激光器中心±15％的区域内；主、从激光器的波长是由其等效光栅的布拉格波长决定，既由采样光栅的采样周期决定；通过设计主、从激光器采样光栅的采样周期，让主、从激光器输出波长相近，两者的波长差在±0.2nm；通过调节主、从激光器的直流偏执电流对激光器波长进行精细调节。

6.根据权利要求1或2所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，其特征是主激光器和从激光器根据需要设计不同的腔长，主激光器腔长与从激光器腔长相同或大于从激光器腔长；主激光器和从激光器间存在有电隔离区域，电隔离区域的长度在10μm—80μm范围内。

7.根据权利要求1或2所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，其特征是主、从激光器均采用脊波导结构，主、从激光器采用相同的腔长，或采用不同的腔长结构；主、从激光器腔长不同时，主激光器腔长大于从激光器腔长；单片集成注入锁定激光器的两端面镀抗反射膜，抗反射膜的反射率<5％。

8.根据权利要求1至7之一所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器制造方法，其特征是首先在n型衬底材料上依次外延缓冲层、波导层、应变多量子阱层和光栅层；一次外延结束后，利用重构-等效啁啾技术在光栅层制造出具有等效光栅特性的取样光栅结构，并刻蚀掉电隔离区的光栅结构；之后进行二次外延，在完成光栅制作的一次外延片上依次外延p型P波导层、p型限制层和p型欧姆接触层；利用光刻技术制作主、从激光器的脊条结构，并在电隔离区刻蚀掉该区域的欧姆接触层；之后生产SiO₂绝缘层，刻蚀掉脊条上的绝缘层后在脊条上的欧姆接触层和n型衬底层上分别制作出激光器的正、负电极；之后再单片集成注入锁定激光器的两端镀抗反射膜。

9.根据权利要求8所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器制造方法，其特征是其中在n型衬底材料上依次外延n型InP缓冲层、非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层，应变InGaAsP多量子阱层、InGaAsP光栅材料层至此为一次外延片，制造完等效光栅后，二次外延p型晶格匹配InGaAsP波导层、p型InP限制层和p型InGaAs欧姆接触层。二次外延后利用光刻技术依次制作主、从激光器的脊波导和电隔离区，并在主、从激光器表面生长200nm—400nm厚的SiO₂绝缘层，腐蚀掉脊条上的SiO₂绝缘层，分别在脊条欧姆接触层和n型衬底上镀正负电极。器件的两端面镀有抗反射膜，反射率<5％。

10.根据权利要求8所述的基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器制造方法，其特征是基于重构-等效啁啾技术的单片集成注入锁定DFB激光器，主、从激光器等效光栅的制造过程是：首先设计出等效光栅所需要的采样光栅掩膜版；然后利用全息曝光技术在一次外延片上制作出种子光栅结构，主、从激光器采用相同的种子光栅；最后利用掩膜版和传统光刻技术在种子光栅基础上制作出采样光栅结构；在制作采样光栅的过程中，利用光刻技术去除掉电隔离区的种子光栅。