CN105207055A - 基于重构-等效啁啾的半边切趾取样光栅及dfb激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅及DFB激光器。所述取样光栅中含有通过重构-等效啁啾技术引入的相移，相移位于整个取样光栅中心的+/-5％区域范围内，相移被引入了除0级之外的所有影子光栅中；取样光栅中的切趾是通过先在衬底上制作金属镍为掩膜的取样光栅结构，再经过光刻和干法刻蚀这两步工艺的多次重复制作光栅齿深逐渐变化的取样光栅结构实现的，半边切趾是指只改变取样光栅一侧的光栅齿深变化，即DFB半导体激光器出光端一侧；等效相移区和另外一侧的光栅齿深均采用最大值。所述的DFB半导体激光器中含有上面制作的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅。

Description

基于重构-等效啁啾的半边切趾取样光栅及DFB激光器

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及光子集成，光通信以及其他很多光电信息处理。尤其涉及一种基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅及及DFB激光器。

背景技术

随着科技的进步和发展，人们的生活水平日益提高，人们之间的交流也变得越来越多，越来越广泛，很多比赛直播都开始采用高清技术，实时3D通信也已经被很多大企业提上了研发安排。大数据时代的来临对光子集成技术提出了迫切的需求，为了顺应时代发展，一个全新的光网络时代正在开启。美国的硅谷实验室中，英飞朗(Infinera)公司已经用磷化铟等材料支撑了大量复杂的光电集成器件，光通信的成本也因此变得更低，容量却变得更大。对于光通信中的有源器件，分布反馈式(DFB)半导体激光器因为良好的单模特性一直在光通信网络和光子集成芯片中受到青睐。早期的DFB激光器由于采用均匀的光栅折射率调制，会在布拉格波长两侧均匀的分布两个模式。为了消除这种双模式简并，提出了在DFB光栅层引入PI相移的方案，这种方案虽然很好的消除了激光器的双模式简并，使DFB激光器在光纤通信中得到了最广泛的应用，但是却加大了激光器制造的工艺难度，需要达到纳米精度的控制。所以，一般PI相移的DFB激光器都是通过电子束刻蚀(EBL)来完成的，但是电子束曝光技术(EBL)制造耗时长，成本高等特征限制了DFB半导体激光器的进一步发展。

文献(YitangDaiandXiangfeiChen,DFBsemiconductorlasersbasedonreconstructionequivalentchirptechnology(基于重构-等效啁啾技术的DFB半导体激光器)，OpticsExpress，2007，15(5)：2348-2353)和专利“基于重构-等效啁啾技术制备半导体激光器的方法及装置”(CN200610038728.9，国际PCT专利，申请号：PCT/CN2007/000601)提出了一种设计DFB半导体激光器的新的技术，通过重构-等效啁啾技术，将DFB半导体激光器的制造工艺从纳米精度提高到微米精度，避免了使用电子束曝光技术，只需要全息干涉和近场光刻就可以实现对于DFB半导体激光器的大批量制造。重构-等效啁啾技术的首次提出主要是被应用于光纤光栅的设计中，可追溯到2002年冯佳、陈向飞等人的专利“用于补偿色散和偏振模色散的具有新取样结构的布拉格光栅”(CN02103383.8，授权公告号：CN1201513)中提出的为实现所需要的等效光栅的周期啁啾，在取样布拉格光栅的取样周期中引入取样周期啁啾。更重要的是，该技术使用的工艺与当前的电子集成印刷技术可以实现非常完美的兼容。通过全息干涉，双光束干涉或者纳米压印制作均匀的种子光栅，再在此基础上，利用重构-等效啁啾技术设计的取样光刻版进行光刻取样，从而可以实现低成本的规模化生产。文献(JingsiLi，HuanWang，XiangfeiChen，ZuoweiYin，YuechunShi，YangqingLu，YitangDaiandHongliangZhu，Experimentaldemonstrationofdistributedfeedbacksemiconductorlasersbasedonreconstructionequivalentchirptechnology(基于重构-等效啁啾技术的DFB半导体激光器的实验验证)OpticsExpress,2009,17(7):5240-5245)是该技术制作的等效PI相移DFB半导体激光器的实验验证。

李静思、贾凌慧和陈向飞等人在中国发明专利“单片集成半导体激光器阵列的制造方法及装置”(申请号：200810156592.0)中指出，依据重构-等效啁啾技术只需要改变取样周期就可以在同一块晶片上实现制作不同激光器的激射波长的目的，这一特点对于低成本单片集成高性能DFB半导体激光器阵列的制备具有极其深远的意义。

为了实现在泵浦功率不变的情况下，尽可能获得比较高的有效输出光功率，提高电注入效率，降低功耗，提出了很多具有复杂结构的DFB激光器，常见的DFB半导体激光器中引入不对称结构如：非对称相移和非对称耦合系数等(参见文献(S.Jong-In,K.Komori,S.Arai,I.Arima,Y.Suematsu,andR.Somchai,"Lasingcharacteristicsof1.5μmGaInAsP-InPSCH-BIG-DRlasers,"(1.5微米GaInAsP-InPSCH-BIG-DR激光器的特性)IEEEJ.QuantumElectron.,27(6),1736-1745,(1991))以及文献(M.Usami,S.Akiba,andK.Utaka,"Asymmetricλ/4-shiftedInGaAsP/InPDFBlasers,"(非对称λ/4相移InGaAsP/InPDFB激光器)IEEEJ.QuantumElectron.,23(6),815-821,(1987))，申请的专利有：(1)专利“基于重构-等效啁啾技术的非对称相移布拉格光栅及其激光器”(申请号：201310484338.4)中提出了相移位于腔长的60％～80％区域；(2)PI相移左右两段的光栅耦合系数不等，通过改变光栅结构的占空比来实现，专利“基于重构-等效啁啾和等效半边切趾的DFB半导体激光器及制备方法”(申请号：201410214717.6)提出通过改变半边取样光栅的占空比实现出光功率提高。

尽管通过改变取样光栅结构的占空比可以等效实现对于光栅结构的切趾效应，但是当占空比很低的时候，光栅线宽会由微米精度降低到纳米精度，增加了工艺制造的难度，这样利用重构-等效啁啾技术将无法制作得到需要的切趾效应。

此外，为了实现单个激光器在两个端面输出光功率不同，提出了在DFB半导体激光器的两端分别镀HR(高反射)/AR(抗反射)膜的结构，但是由于HR(高反射)膜会引入随机相位，破坏激光器的单模特性，所以需要提出新的结构来解决这一问题。

为了解决上述困难，本发明提出了通过改变光栅的齿深来实现对于光栅的切趾。通过制造金属镍为掩膜的取样光栅，之后再进行多次光刻和干法刻蚀工艺的重复，最后多进行一次干法刻蚀，再去掉金属镍掩膜，从而实现光栅结构中切趾段的光栅齿深的逐渐变化，该制作方案是“重构-等效啁啾”技术的另外一大优势。专利“两次及多次曝光采样布拉格光栅及制作方法”(申请号：200810234184.2)提出了两次及多次曝光采样布拉格光栅的制作方法。通过改变光栅的有效齿深，实现对于光栅结构的非对称切趾，从而改变等效相两侧的光栅反射率，提高激光器的单边出光功率。本发明提出的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器，即基于重构-等效啁啾的等效相移位于半导体激光器腔长的中心+/-5％的区域内，对等效相移区左侧，出光端方向进行切趾，切趾是通过先在衬底上制作金属镍为掩膜的取样光栅结构，再经过光刻和干法刻蚀工艺的多次重复进行，最后多进行一次干法刻蚀，再去掉金属镍掩膜，制造出光栅齿深逐渐变化的结构实现的，非切趾段的光栅齿深选用最大齿深。单边切趾对于提高DFB半导体激光器的一端出光功率具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是，实现单个半导体激光器在两个端面输出光功率不同，提高激光器在相同注入电流下的一端出光功率，而提出的一种基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器的制备方法，从而实现在注入电流不变的情况下，提高DFB半导体激光器的一端出光功率。

本发明提出的制备方法主要是通过下面的技术方案来实现的：基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅及其半导体激光器的制备方法，半导体激光器中的取样结构是基于重构-等效啁啾技术的取样布拉格光栅；取样光栅中的相移是通过重构-等效啁啾技术引入的等效相移，等效相移的位置位于激光器腔长的中心区域的+/-5％之间。根据重构-等效啁啾技术，可以知道，相移被移入了除了0级之外的所有影子光栅之中，其中，第m级影子光栅对应的光栅周期满足公式：

${\mathrm{\Λ}}_m=\frac{{\mathrm{\Λ}}_{0}P}{{\mathrm{m\Λ}}_0+P}$

上式中，P对应的是取样光栅的周期，Λ₀是指种子光栅的周期；

与此同时，可以求出第m级影子光栅对应的布拉格波长，满足下面的布拉格条件：

λ_m＝2n_effΛ_m

上式中，n_eff是指材料的有效折射率。

取样光栅中的半边切趾是通过先在衬底上制作金属镍为掩膜的取样光栅结构，再经过光刻和干法刻蚀这两步工艺的多次重复，最后多进行一次干法刻蚀，再去掉金属镍掩膜，在等效相移区出光端一侧制作光栅齿深逐渐变化的光栅结构，光栅齿深从相移区到出光端由深变浅，出光端最浅，非切趾段光栅采用最深光栅结构；

进一步的，光刻和干法刻蚀这两步工艺的重复进行是指通过在一块光刻版上制作n块取样光栅图形，先对于均匀种子光栅进行lift-off工艺，制备金属镍为掩膜的均匀子光栅，再对形成的金属镍为掩膜的均匀子光栅利用图5中a所示的光刻掩膜版进行取样光刻，制作取样结构，并将暴露在光刻胶外面的金属镍用硝酸洗掉，得到金属镍为掩膜的取样光栅结构；之后重新利用图5中b所示的光刻掩膜板进行光刻，并进行干法刻蚀，完成之后再进行图5中c光刻，并进行干法刻蚀，共进行n次光刻和干法刻蚀，完成之后利用氢氧化钾去除光刻胶，进行最后一次干法刻蚀，最后利用硝酸去除金属镍，从而制作得到光栅齿深逐渐变化的单边切趾光栅；

进一步的，可以近似用数学公式对切趾进行分析，图1所示是基于重构-等效啁啾的非对称相移光栅示意图，其中，“1”所示为制作光栅所用的材料衬底，“2”和H所示是刻蚀之后的光栅有效齿深；根据有效折射率的近似公式

n_eff(z)＝n₀+△n·cosz

式中，△n∝H，H是光栅的有效齿深，因此，我们可以得到：

△n_eff(z)∝H。

所以，通过改变光栅的有效齿深，可以实现对于DFB激光器的单边切趾效应。由于等效相移区右侧的光栅齿深全部采用最大值，而等效相移区左侧的光栅齿深则由最浅逐渐变化到最深，相移区光栅齿深和非切趾段光栅齿深保持一致从而导致等效相移区右侧的折射率调制强度大于光栅齿深逐渐变小的等效相移区左侧的光栅折射率调制强度的平均值，即等效相移区右侧的取样光栅的反射率大于等效相移区左侧光栅齿深逐渐变化的光栅的反射率，从而在反射率较低的一端可以获得较高的单边有效出光功率。

进一步的，制作取样光栅所用的材料衬底根据情况选用，包括二氧化硅、硅、SOI以及Ⅲ-Ⅴ族化合物等，制作过程中用到的光刻胶和紫外光固化胶也会根据情况的不同而会略有不同。

进一步的，一般将取样光栅的影子光栅的±1级信道作为DFB半导体激光器的激射信道，并且制作半导体激光器所用的材料的增益谱的中心与取样光栅设计的激射信道保持一致，从而可以保证只有目标信道的波长被激射，而零级信道的波长不会被激射。

更进一步的，在制作得到的DFB半导体激光器的两端均镀有抗反射膜，抗反射膜可以使激光器端面反射率小于0.5％，有效增大激光器的出光功率。

本发明提出的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器的制备方法，有效的利用了重构-等效啁啾技术在制作等效相移取样光栅方面的优势，并且实现了传统DFB激光器较难实现的光栅齿深渐变实现切趾的效果，利用单边切趾有效的提高了半导体激光器的单边出光功率，如图3所示，与非切趾DFB半导体激光器相比，激光器出光端的光强得到了显著提升，相移处的场强也得到了一定程度的减弱，可以有效降低大功率下的空间烧孔效应。优点在于：所述的DFB半导体激光器内取样光栅结构中的相移位置位于半导体激光器腔长的中心区域的+/-5％之间，等效相移区左侧，取样光栅出光端方向的光栅结构采用齿深逐渐变化的半边切趾，而等效相移区右侧的光栅齿深采用最大值，从而导致等效相移区左侧的光栅反射率小于等效相移区右侧的光栅反射率，因此，该半边切趾可以有效提高半导体激光器的单边出光功率。

此外，利用该方法制备的DFB半导体激光器还有下面的优点：(1)克服了利用取样占空比变化实现单边切趾效应提高出光功率所面临的当取样占空比变得比较低时，光栅制造难度加大，即使利用重构-等效啁啾技术，取样占空比的变化范围也会受到很大的限制；(2)克服了通过在DFB半导体激光器的一个端面镀高反射膜(HR)，另一个端面镀增透膜(AR)的方法来提高半导体激光器单边出光功率所面临的高反射膜容易带来随机相位导致多模现象；(3)本发明所述的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器，可以在相同的电注入情况下，输出更高的有效光功率，有效提高泵浦功率的利用率，合理提高半导体激光器的性能，节约能源。

本发明所述的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器的制备方法，合理的利用了重构-等效啁啾技术的优点，提出了一种简单的，容易实现的，设计灵活，成本较低的改变半导体激光器两端输出激光功率比例的制作方案，有效的提高了DFB半导体激光器的单边出光功率。

附图说明

图1为基于重构-等效啁啾的等效相移光栅示意图；

图2为基于重构-等效啁啾的半边切趾取样光栅示意图；

图3为基于重构-等效啁啾的对称相移非切趾和半边切光栅DFB半导体激光器腔内光强分布对比图；

图4为利用全息干涉制备的均匀种子光栅示意图；

图5为多次近场光刻使用的光刻版示意图：a、制作取样光栅结构的光刻版示意图；b、第二次光刻使用光刻版示意图；c、第三次光刻使用光刻版示意图；d、最后一次光刻使用光刻版示意图。

图中各个标示数字分别代表：1、使用的材料衬底；2、刻蚀的光栅齿深；3、未刻蚀的光栅齿深；4、光刻胶或者紫外光固化胶。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

基于重构-等效啁啾的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器的制备方法，半边切趾取样光栅的制备方法如下：

(1)利用全息干涉、双光束干涉或者纳米压印，制作均匀的种子光栅，如图4所示，图中“1”所示为制作光栅所用的材料衬底，“4”所示为光刻胶或紫外光固化胶，种子光栅的周期一般根据设计需求和衬底材料的折射率来定，之后进行lift-off工艺，制作金属镍为掩膜的均匀种子光栅。

(2)设计并制作光刻所需要的光刻版(掩膜版)，如图5所示。这里需要指出的是，图5是以光刻胶为正胶进行的示例说明，a中有金属掩膜的地方对应有光栅区，没有金属掩膜的地方对应无光栅区；b-d中有金属掩膜的地方对应显影之后光刻胶剩余的地方，没有金属掩膜的地方对应晶片上金属镍为掩膜的取样光栅露出来的区域，负胶反之。a-d分别对应不同的光刻过程，第一次光刻之后利用硝酸去除露在光刻胶外面的金属镍，完成金属镍为掩膜的取样光栅的制造，不进行干法刻蚀；之后重新匀胶进行第二次光刻，光刻之后进行干法刻蚀，完成之后重新匀胶进行光刻，光刻工艺之间需要利用对准标记进行套刻，取样光栅的周期根据设计者的需要确定，通常为1-50μm之间。

(3)利用(2)中制作好的光刻版，对(1)中制作好的金属镍为掩膜的均匀种子光栅进行光刻取样，首先使用a所示的掩膜板，光刻制作取样光栅结构，并利用硝酸去除曝光区域的金属镍，从而制作得到金属镍为掩膜的取样光栅结构，利用氢氧化钾去除光刻胶；再利用b所示的光刻版进行光刻，并进行干法刻蚀，之后再利用c所示的掩膜版进行光刻，完成之后进行干法刻蚀，重复n次以上过程，n可以随机设定，n一般设定在4-10之间。需要注意的是在完成最后一次干法刻蚀之后，利用氢氧化钾去除光刻胶之后，需要再次进行一次短时间的干法刻蚀，之后再利用硝酸去除金属镍，最后可以在晶片上制作得到相应的半边切趾取样光栅，如图2所示,图中“1”所示为使用的材料衬底，“2”所示为光栅刻蚀的齿深，“3”所示未为刻蚀的光栅齿深，图中“H”“H₁””H₂”分别是光栅各部分的刻蚀齿深。。

基于重构-等效啁啾的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器的制备方法，含该半边切趾取样光栅的DFB半导体激光器的制备方法如下：

可以参考文献中国发明专利(取样光栅分布布拉格反射半导体激光器的制作方法，申请号：200810116039.4)中的制作步骤。

基于重构-等效啁啾的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器的结构为：n电极、n型InP衬底材料、外延n型InP缓冲层、非掺杂晶格匹配InGaAsP下限制层、应变InGaAsP多量子阱有源层、非掺杂晶格匹配InGaAsP上限制层、基于重构-等效啁啾技术的等效半边切趾取样光栅、二次外延生长的p型InP层和p型InGaAs的欧姆接触层和p电极。

由于本实验室为微波光子学实验室，本发明提出的基于重构-等效啁啾的半边切趾取样光栅的DFB半导体激光器制备也主要用于光通信，所以下面将就1550nm这一通讯波段的含该取样光栅的DFB半导体激光器做具体说明。

制备DFB半导体激光器所需要的外延材料一般是通过MOVPE(化学气相沉淀法)技术生长，具体步骤为：在n型衬底材料依次生长上一次外延n型InP缓冲层(厚度200nm、掺杂浓度约1.1×10¹⁸cm^-3)、非掺杂晶格匹配InGaAsP波导层(下波导层、厚度为100nm)、应变晶格匹配InGaAsP多量子阱(光荧光波长1520nm，共7个量子阱：阱宽8nm，0.5％压应变，垒宽10nm)和非掺杂晶格匹配InGaAsP(上波导层，厚度为100nm)。

完成一次外延后，利用上面提到的基于重构-等效啁啾的非对称相移和切趾取样光栅制备方法在上波导层形成所需激光器的光栅结构。

完成所需取样光栅的制作后，进行二次外延生长，二次外延是在取样光栅上依次生长p型InP(厚度为120nm，掺杂浓度0.3×10¹⁸cm^-3)、p型InGaAsP(厚度为10nm，掺杂浓度为0.5×10¹⁸cm^-3)、P型InP(厚度为2300nm，掺杂浓度大于0.5×10¹⁸cm^-3)、p型InGaAs(厚度为200nm，掺杂浓度1×10¹⁹cm^-3)。

完成上面的二次外延之后，开始制备脊形波导和接触层，脊波导的长度一般为DFB半导体激光器的长度，脊条宽度为2μm，脊条两边双沟的宽度为20μm，脊条深度为1.8μm。

完成脊形波导的制作后，通过PECVD(等离子加强化学气相沉积法)，在脊形波导周围填充SiO₂或有机物BCB形成绝缘层。之后制作Ti-Au金属电极。至此，基于重构-等效啁啾的非对称相移和切趾取样光栅的DFB半导体激光器制备完成。

对于本发明提出的基于重构-等效啁啾的半边切趾取样光栅及其DFB半导体激光器的制备方法，也可以用于单片集成DFB半导体激光器阵列的制备。单片集成DFB半导体激光器阵列的制备已经在中国发明专利“单片集成半导体激光器阵列的制造方法及装置”(CN200810156592.0)进行了详细的分析，这里将不再赘述。

本发明提出的基于重构-等效啁啾的非对称相移和切趾取样光栅的制备方法也可以用于DFB光纤激光器、光纤滤波器、硅基滤波器、玻璃基滤波器的制备。所述的lift-off工艺也可以用除了金属镍之外的其他金属，也包括二氧化硅等半导体材料。所述的干法刻蚀工艺在一定的情况下也可以利用湿法腐蚀来完成。

以上所述只是本发明的优选方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅，其特征在于：所述取样光栅是基于重构-等效啁啾技术设计的对应于普通布拉格光栅的取样光栅结构，取样光栅结构中含有对应于普通布拉格光栅的等效光栅，取样光栅结构中的相移通过重构-等效啁啾技术引入，相移区位于整个取样光栅中心的+/-5％区域范围内，取样光栅结构中的切趾是通过光栅齿深逐渐变化的光栅结构实现的，半边切趾是指只改变取样光栅中等效相移一侧的光栅齿深变化。

2.根据权利要求1所述的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅，其特征在于：所述的取样光栅结构中的相移是通过重构-等效啁啾技术引入的，相移区位于整个取样光栅中心的+/-5％区域范围内，相移一般是PI相移，相移被引入除零级之外的全部影子光栅中，取样光栅周期由设计的影子光栅来确定，公式为：

${\mathrm{\Λ}}_m=\frac{{\mathrm{\Λ}}_{0}P}{{\mathrm{m\Λ}}_0+P}$

上面的式子中，P是指取样光栅的取样周期，Λ₀是指种子光栅的周期，Λ_m是指第m级影子光栅周期，对应的激射波长满足：

λ_m＝2n_effΛ_m

上式中的n_eff是指材料的有效折射率。

3.根据权利要求1所述的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅，其特征在于：所述的半边切趾是基于有效折射率的近似公式：

n_eff(z)＝n₀+△n·cosz

式中，△n∝H，H是光栅的齿深，因此，我们可以得到：

△n_eff(z)∝H。

半边切趾是指光栅的齿深在相移区左侧部分逐渐变深，相移区右侧部分的光栅齿深最大，因此相移区左侧的光栅反射率小于相移区右侧的光栅反射率。

4.根据权利要求3所述的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅，其特征在于：所述的取样光栅中的切趾段光栅齿深的变化的制作过程是先制作均匀的种子光栅，再通过lift-off工艺制作金属镍为掩膜的均匀种子光栅，之后通过光刻，去除暴露在光刻胶外面的金属镍光栅，得到金属镍为掩膜的取样光栅结构，再通过光刻和干法刻蚀的多次重复制作取样光栅左侧的光栅齿深逐渐变大的取样光栅结构，光刻和干法刻蚀的重复次数根据设计需求来定，一般n满足大于1、小于10。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅，其特征在于：所述的非对称相移和切趾取样光栅制作所需要的种子光栅通过全息干涉曝光、双光束干涉或纳米压印制作得到，种子光栅的周期均匀，取样布拉格光栅的取样周期相同，切趾段的种子光栅齿深和取样光栅齿深同步变化。

6.一种半边切趾的DFB半导体激光器，其特征在于：所述DFB半导体激光器中光栅结构是基于权利要求1～5中任一项所述的基于重构-等效啁啾技术的半边切趾取样光栅制备得到，激光器腔内的取样光栅是基于重构-等效啁啾技术设计的对应于普通布拉格光栅的取样光栅，取样光栅中含有基于重构-等效啁啾技术的等效相移，相移位置在半导体激光器的腔长中间部分的+/-5％区域之间，在激光器出光一端引入切趾光栅，切趾光栅通过逐渐改变光栅的齿深来实现。

7.根据权利要求6所述的DFB半导体激光器，其特征在于：所述的DFB半导体激光器的取样光栅的周期是由设计的激射波长对应的第m级影子光栅的周期Λ_m和种子光栅的周期Λ₀，对应的公式是：

$P=\frac{{\mathrm{m\Λ}}_m{\mathrm{\Λ}}_0}{{\mathrm{\Λ}}_0-{\mathrm{\Λ}}_m}$

上式中Λ_m是由激射波长λ_m决定的，对应的公式是：

${\mathrm{\Λ}}_m=\frac{{\mathrm{\λ}}_m}{2n_{eff}}$

上式中n_eff是指材料的有效折射率。

8.根据权利要求6所述的半边切趾DFB半导体激光器，其特征在于：取样光栅中的切趾只存在取样光栅中等效相移区的左侧，即出光端一侧，切趾段光栅齿深由左到右逐渐变大，靠近出光端部分的光栅齿深最浅，相移部分光栅齿深和非切趾段光栅齿深最大，从而等效相移区右侧的光栅反射率大于等效相移区左侧的光栅反射率，反射率较低的一端因此获得较大的有效输出功率。

9.根据权利要求8所述的半边切趾DFB半导体激光器，其特征在于：所述的取样光栅中的切趾是通过先在衬底上制作金属镍为掩膜的取样光栅结构，再经过光刻和干法刻蚀这两步工艺的重复进行制作光栅齿深逐渐变化的光栅结构达到切趾效应的，取样光栅和种子光栅的齿深变化保持一致。

10.根据权利要求7所述的半边切趾DFB半导体激光器，其特征在于：所述的影子光栅的m级为+1或者-1，选用的半导体材料的增益谱的中心位于激射信道对应的布拉格波长处，尽可能远离零级信道，保证只有设计的目标信道波长被激射。

11.根据权利要求6-10中任一项所述的半边切趾DFB半导体激光器，其特征在于：所述的DFB半导体激光器两端都镀上抗反射膜，抗反射膜的反射率小于0.5％。