CN104953468A - 四段式放大反馈混沌光发射激光器结构 - Google Patents
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Abstract
一种四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，包括：一衬底；一n-InP缓冲层制作在衬底上；一InGaAsP下限制层制作在n-InP缓冲层上；一多量子阱增益层制作在InGaAsP下限制层上；一InGaAsP上限制层制作在多量子阱有源层上；一p-InP盖层制作于InGaAsP上限制层上方，其上有一凸起的脊形；一p-InGaAs接触层制作于p-InP盖层的上方；一TiAu金属电极制作于p-InGaAs接触层的上方；一AuGeNi金属电极制作于衬底的下方，形成四段式放大反馈混动光发射激光器结构；该四段式放大反馈混动光发射激光器结构分为激光器区、相区、放大反馈区和透明区。本发明具有可单片集成、结构紧凑、稳定性好、制作工艺简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电集成技术领域，特别指一种用于混沌光发射的四段式放大反馈激光器结构。
背景技术
高速大容量以及提升数据的保密性是目前光纤通信网络发展的两个主要方向。密集波分复用技术和光时分复用技术的发射使得光纤通信的传输速率和容量得到了极大的提高。而在数据的保密性方面，目前采用的是基于公众密钥的软件加密技术。然而随着计算机计算能力的提升，该加密技术的安全性受到了严峻的考验。因此，寻找新的技术，构建更加保密的通信系统具有十分重要的意义。
现在用来代替公众密钥的保密通信技术主要有量子通信和混沌通信。量子通信很好的解决了通信系统的保密性问题，但是由于其传输速率极低，目前尚不能实用。混沌通信是一种在物理层面上利用硬件加密来实现数据加密的技术。混沌信号具有伪随机，长期不可预测，以及对初始状态极为敏感等特点。这些都为其在保密通信中的应用奠定了基础。混沌通信开始是在电通信系统中实现的，但由于电通信系统带宽低，衰减大，抗干扰能力差，很难实现高速大容量混沌通信。因此，利用可以发射混沌光的半导体激光器和光通信网络结合，搭建混沌光通信系统，既可以实现信号的物理层面加密，又可以实现高速大容量的传输。
基于磷化铟材料的半导体激光器是目前光通信系统的主要光源。它具有体积小，成本低，激射波长位于光通信波段，稳定性好等优点。因此，基于磷化铟半导体激光器的混沌光通信系统近年来被广泛研究。但一般的混沌光光源为半导体激光器外加光注入系统，光反馈系统或者光电延时反馈系统来实现。这些技术均需要外部光路来辅助，而且系统复杂，体积大，稳定性差，不利于实际应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有混沌光发射系统需要外部光路辅助，体积大，稳定性差等方面的不足，提出一种可单片集成，结构紧凑，稳定性好，制作工艺简单的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构。
本发明提供一种四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，包括：
一衬底，该衬底的材料为S掺杂n型InP；
一n-InP缓冲层，该n-InP缓冲层制作在衬底上；
一InGaAsP下限制层，该InGaAsP下限制层制作在n-InP缓冲层上；
一多量子阱增益层，该多量子阱增益层制作在InGaAsP下限制层上，该多量子阱增益层为有源波导和无源波导交替结构；
一InGaAsP上限制层，该InGaAsP上限制层制作在多量子阱有源层上，该InGaAsP上限制层的表面形成复耦合布拉格光栅结构，该复耦合布拉格光栅结构位于定义好的一部分有源波导之上；
一p-InP盖层，其制作于InGaAsP上限制层上方，该p-InP盖层的上表面纵向形成有一凸起的脊形；
一p-InGaAs接触层，该p-InGaAs接触层制作于p-InP盖层的上方，并覆盖整个凸起的脊形，在凸起的脊形上面的该p-InGaAs接触层上形成有不同区段的隔离沟；
一TiAu金属电极，该TiAu接触电极制作于p-InGaAs接触层的上方，该TiAu金属电极在p-InGaAs接触层上的隔离沟处为整体断开状，分为四段电极；
一AuGeNi金属电极，该AuGeNi金属电极制作于衬底的下方，形成四段式放大反馈混动光发射激光器结构；
该四段式放大反馈混动光发射激光器结构分为激光器区、相区、放大反馈区和透明区。
本发明的有益效果是：具有可单片集成，结构紧凑，稳定性好，制作工艺简单的优点。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术特征，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明，其中：
图1为衬底上生长n-InP缓冲层后的结构示意图；
图2为缓冲层上生长InGaAsP下限值层后的结构示意图；
图3为InGaAsP下限制层上生长多量子阱增益层后的结构示意图；
图4为多量子阱增益层上生长InGaAsP上限值层后的结构示意图；
图5为InGaAsP上限值层上生长p-InP盖层后的结构示意图；
图6为p-InP盖层上方生长p-InGaAs接触层后的结构示意图；
图7为在p-InGaAs接触层上制作TiAu金属电极，在衬底下方制作AuGeNi金属电极后后的结构示意图；
具体实施方式
请参阅图1至图7，本发明提供一种四段式混沌光发射放大反馈激光器结构，包括：
一衬底1，该衬底1的材料为S掺杂n型InP，掺杂浓度约为1018cm-3；
一n-InP缓冲层2，该n-InP缓冲层2制作在衬底1上；
一InGaAsP下限制层3，该InGaAsP下限制层3制作在n-InP缓冲层2上，该层厚度为60纳米到150纳米之间，材料带隙波长在1.1微米到1.4微米之间，实现对有源区发射出激光的光限制；
一多量子阱增益层4，该多量子阱增益层4制作在InGaAsP下限制层3上，该多量子阱增益层4为有源波导5和无源波导6交替结构；所述的多量子阱增益层4的材料为InGaAsP；该多量子阱增益层4中，位于相区16的无源波导材料6的带隙波长同位于激光器区15，放大反馈区17，透明区18的有源波导材料5的带隙波长相比，蓝移量大于80nm，以降低波导损耗；所述有源波导5带隙波长为1.55微米左右，无源波导6带隙波长约为1.40微米到1.48微米；
一InGaAsP上限制层7，该InGaAsP上限制层7制作在多量子阱有源层4上，厚度为60纳米到150纳米之间，材料带隙波长在1.1微米到1.4微米之间；该InGaAsP上限制层7的表面形成复耦合布拉格光栅结构8，该复耦合布拉格光栅结构8位于定义好的一部分有源波导51之上；该复耦合光栅结构8为带有反型层9的光栅结构；该反型层9包含一n-InGaAsP层、一p-InGaAsP层和一p-InP层，在光栅区的部分区域形成电流阻挡，以实现复耦合光栅效果；所述反型层9的整体厚度为20纳米到80纳米；所述反型层9中，该n-InGaAsP层和p-InGaAsP层的带隙波长为1.15微米到1.35微米；该反型层9中，一p-InP层制作于上限制层7上，一p-InGaAsP层制作于p-InP层上方，一n-InGaAsP制作于一p-InGaAsP层上方；
一p-InP盖层10，其制作于InGaAsP上限制层7上方，该p-InP盖层10的厚度约为1.8微米；该p-InP盖层10的上表面纵向形成有一凸起的脊形101；该脊形101的宽度为2微米到4微米；
一p-InGaAs接触层11，该p-InGaAs接触层11制作于p-InP盖层10的上方，并覆盖整个凸起的脊形101；该p-InGaAs接触层11的厚度约为200纳米；所述凸起的脊形101上面，该p-InGaAs接触层11上形成有不同区段的隔离沟12；该隔离沟12的其宽度为5um-30um；该隔离沟12中注入有He离子，以实现各区段之间的电隔离；
一TiAu金属电极13，该TiAu接触电极13制作于p-InGaAs接触层11的上方，该TiAu金属电极13在p-InGaAs接触层11上的隔离沟12处为整体断开状，分为四段电极；该TiAu金属电极13包括一Ti层，厚度为10纳米到50纳米，一Au层，厚度为150纳米到300纳米；
一AuGeNi金属电极14，该AuGeNi金属电极14制作于衬底1的下方，形成四段式放大反馈混动光发射激光器结构；
该四段式放大反馈混动光发射激光器结构分为激光器区15、相区16、放大反馈区17和透明区18；该激光器区15，放大反馈区17，透明区18为有源波导结构，相区16为无源波导结构，该激光器区15用于在电流注入下提供激光输出，相区16用于调节激光器区15输出激光的相位，放大反馈区17用于将激光器区15输出的激光经放大后通过透明区18后端面反馈回激光器区，以实现自注入，从而调节激光器区工作状态，实现混沌光输出，透明区18用于调节整体器件的长度，实现更好的混沌光发射状态。
其中激光器区15，放大反馈区17，透明区18为有源波导结构，相区16为无源波导结构。
其中该激光器区15的长度为200um600um；该相区16的长度为50um-500um；该放大反馈区17的长度为100um-500um。该透明区18的长度为0um-600um。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，包括：
一衬底，该衬底的材料为S掺杂n型InP；
一n-InP缓冲层，该n-InP缓冲层制作在衬底上；
一InGaAsP下限制层，该InGaAsP下限制层制作在n-InP缓冲层上；
一多量子阱增益层，该多量子阱增益层制作在InGaAsP下限制层上，该多量子阱增益层为有源波导和无源波导交替结构；
一InGaAsP上限制层，该InGaAsP上限制层制作在多量子阱有源层上，该InGaAsP上限制层的表面形成复耦合布拉格光栅结构，该复耦合布拉格光栅结构位于定义好的一部分有源波导之上；
一p-InP盖层，其制作于InGaAsP上限制层上方，该p-InP盖层的上表面纵向形成有一凸起的脊形；
一p-InGaAs接触层，该p-InGaAs接触层制作于p-InP盖层的上方，并覆盖整个凸起的脊形，在凸起的脊形上面的该p-InGaAs接触层上形成有不同区段的隔离沟；
一TiAu金属电极，该TiAu接触电极制作于p-InGaAs接触层的上方，该TiAu金属电极在p-InGaAs接触层上的隔离沟处为整体断开状，分为四段电极；
一AuGeNi金属电极，该AuGeNi金属电极制作于衬底的下方，形成四段式放大反馈混动光发射激光器结构；
该四段式放大反馈混动光发射激光器结构分为激光器区、相区、放大反馈区和透明区。
2.根据权利要求1所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中激光器区，放大反馈区，透明区为有源波导结构，相区为无源波导结构。
3.根据权利要求1所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中所述的多量子阱增益层的材料为InGaAsP；该多量子阱增益层中，位于相区的无源波导材料的带隙波长同位于激光器区，放大反馈区，透明区的有源波导材料的带隙波长相比，蓝移量大于80nm，以降低波导损耗。
4.根据权利要求1所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中在InGaAsP上限制层上形成的复耦合光栅结构为带有反型层的光栅结构，其中反型层包含一n-InGaAsP层、一p-InGaAsP层和一p-InP层，在光栅区的部分区域形成电流阻挡，以实现复耦合光栅效果。
5.根据权利要求1所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中在p-InGaAs接触层上形成的隔离沟，其宽度为5um-30um。
6.根据权利要求5所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中在p-InGaAs接触层上形成的隔离沟中注入有He离子，以实现各区段之间的电隔离。
7.根据权利要求1所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中激光器区的长度为200um-600um。
8.根据权利要求1所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中相区的长度为50um-500um。
9.根据权利要求1所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中放大反馈区的长度为100um-500um。
10.根据权利要求1所述的四段式放大反馈混沌光发射激光器结构，其中透明区的长度为0um-600um。
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