CN105576502B - 高速垂直发射单片集成型直接调制dfb激光器及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器及其制作方法。本发明采用源增益区和无源波导区对接的模式形成了高质量的超短光学谐振腔结构，从而提高了高调制频率的直接调制DFB激光器的可靠性和光谱的质量。另外，本发明利用无源波导区形成的45度反射面实现激光的垂直发射，克服现有技术中由于激光器侧面出光而不能实现的发射高密度的并行光互联的技术问题。同时本发明利用折射率和增益耦合叠加的λ/4相移光栅配合脊型波导实现激光器良好的高速调制性能。另外，本发明利用单片集成工艺制作激光器，可以实现小尺寸、高度集成化以及高密度的光互联。

Description

高速垂直发射单片集成型直接调制DFB激光器及制作方法
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，更具体涉及一种垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器及其制作方法。
背景技术
光纤通讯是目前通讯网络的基本构成方式，针对日益增加的信息传输、信息交换速率和数量的需求，作为物理层面核心的激光器需要在信道调制速率、总信道带宽以及光谱性能等方面大幅提升。
中国的无线网络服务已经由4G向5G推进，在LTE(Long Term Evolution)通信网络中，采用直接强度调制的分布反馈激光器(即DFB激光器)需要在高频应用的指标上进行系统设计，优化激光器的弛豫振荡频率、阻尼系数、增益、啁啾以及RC常数等性能，并根据功耗和工作温度范围的要求提高激光器的特征温度。常规的高调制频率的激光器，特别是25Gbps直接调制的DFB激光器(25Gbps DML)，通常是侧面发光，为了提升高频调制所需的-3dB带宽，必须优化激光器的增益特性以及光学谐振腔体尺寸，这都需要超短光学谐振腔的结构。超短光学谐振腔的尺寸一般在120-160微米范围，根据InP这种化合物材料的特性，200微米以下的尺寸无法完成高质量的晶向解理，这使得25Gbps激光器无法简单形成超短光学谐振腔，从而影响激光器的可靠性、性能的低阈值增益以及光谱良率。
另外，针对全球的宽带建设，光纤到户(FTTX)是宽带接入的根本解决手段，下一代40G/100G堆叠无源光网络(PON)技术则在光纤接入网中引入了波分叠加的技术，在一根光纤中下行实现了4个波长的光的传播，此技术实现的关键就是光源，要求激光器能够实现高度集成化以及高密度的并行光互联。但是现有的25Gbps直接调制的DFB激光器通常是侧面发光，因此很难实现激光器的高度集成化以及高密度的并行光互联。
为解决现有25Gbps直接调制的DFB激光器的上述缺陷，可以采用有源区和无源区简单集成的方案，但是此方案很难避免区域界面反射以及无源区域损耗带来的光谱质量下降和阈值增益的提升。
另外为解决现有25Gbps直接调制的DFB激光器的上述缺陷，还可以采用DFB对接DBR反射段的方案，此方案虽然可以提升光谱质量，但因为工艺复杂且难以保证对接质量，激光器的良率降低，同时此方案限定了侧面出光的模式，无法实现激光器的高度集成化以及高密度的并行光互联。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何形成高质量的超短光学谐振腔的精确度，以及如何提高直接调制的DFB激光器的调制频率、高度集成化以及高密度的并行光互联。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高速垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器，所述激光器包括有源增益区以及与所述有源增益区通过对接生长形成的无源波导区；
其中，所述有源增益区与所述无源波导区的接触部位设置有缺口，并且所述缺口的由所述无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面。
优选地，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直方向的夹角为45度，使由所述前端面射出的激光的旋转90度。
优选地，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面的表面设置有高反射膜，所述前端面的表面和所述后端面的表面分别设置有增透膜层。
优选地，所述有源增益区包括有源层、设置于所述有源层上方的光栅层以及覆盖于所述光栅层表面的光栅覆盖层，其中所述光栅层包括第一层状结构以及第二层状结构，所述第一层状结构由高折射率材料形成，用于实现折射率耦合的布拉格分布反馈，所述第二层状结构由非掺杂的InP材料形成，用于实现增益耦合的布拉格分布反馈。
优选地，所述光栅层为λ/4相移的光栅层，并且所述光栅层形成所述光栅的刻蚀深度小于所述光栅层的厚度。
优选地，所述有源层包括交叉层叠的若干个非掺杂量子阱层和若干个势垒层，其中所述非掺杂量子阱层设置于所述有源层的表面。
优选地，所述有源增益区还包括脊型波导、与所述脊型波导的两端连接的两个电流阻挡层以及分别设置于所述电流阻挡层的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道。
优选地，所述无源波导区是InP层，所述有源层是AlGaInAs多量子阱有源层。
优选地，所述激光器还包括接触层，所述接触层覆盖于所述光栅覆盖层和所述无源波导区的表面。
一种高速垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器的制作方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在衬底基板的外延结构上生长有源增益区，其中有源增益区包括有源层、形成于所述有源层上方的光栅层以及覆盖于所述光栅层表面的光栅覆盖层；
S2、刻蚀所述光栅覆盖层的预定区域，其中刻蚀深度大于所述有源层、光栅层以及光栅覆盖层的总厚度；
S3、在所述预定区域形成无源波导区，完成有源增益区与无源波导区的对接生长，并在所述无源波导区和所述光栅覆盖层的上表面形成接触层；
S4、制作脊型波导、与所述脊型波导的两端连接的两个电流阻挡层以及分别位于所述电流阻挡层的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道；
S5、在有源增益区与所述无源波导区的接触部位形成缺口，并且所述缺口的由无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面；其中，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直方向的夹角为45度；
S6、在所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面的表面形成高反射膜，在所述前端面的表面和所述后端面的表面分别形成增透膜层。
(三)有益效果
本发明提供了一种高速垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器及其制作方法。本发明采用源增益区和无源波导区对接的模式形成了高质量的超短光学谐振腔结构，从而提高了高调制频率的直接调制DFB激光器的可靠性和光谱的质量。另外，本发明利用无源波导区形成的45度反射面实现激光的垂直发射，克服现有技术中由于激光器侧面出光而不能实现的发射高密度的并行光互联。同时本发明利用折射率和增益耦合叠加的λ/4相移光栅配合脊型波导实现激光器良好的高速调制性能，本发明利用单片集成工艺制作激光器可以实现小尺寸、高度集成化以及高密度的光互联。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器的侧视图；
图2是本发明的垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器的剖视图；
图3是本发明的垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器的俯视图；
图4是本发明中用于生成源增益区的外延层的结构示意图；
图5是本发明中有源增益区的结构示意图；
图6是本发明中对接生长的有源增益区和无源波导区的结构示意图；
图7A、图7B、图7C、图7D、图7E是本发明中生成脊型波导、电流阻挡层以及沟道的流程图；
图8是本发明中形成的无源波导区的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
一种垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器，如图1所示，所述激光器包括有源增益区以及与所述有源增益区通过对接生长形成的无源波导区18。其中，所述有源增益区与所述无源波导区的接触部位设置有缺口21，并且所述缺口21的由所述无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益区的与所述前端面相对的侧面(即激光器的解理面)形成超短光学谐振腔的后端面，从而形成超短光学谐振腔。优选地，前端面的表面设置有增透膜层6，所述后端面的表面设置有增透膜层5。其中增透膜层5、和增透膜层6均为反射率为0～5‰的增透膜，利用反应离子溅射方法制作形成。优选地，所述无源波导区是InP层18和p型接触覆盖层16构成，所述有源层是AlGaInAs多量子阱有源层。
需要说明的是上述激光器可以是25Gbps垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器，但是本专利对激光器的调制频率不做限定。
上述激光器采用源增益区和无源波导区对接的模式形成了高质量的超短光学谐振腔结构，例如可以形成160微米的高质量超短光学谐振腔，从而提高了高调制频率的直接调制DFB激光器的可靠性和光谱的质量。
进一步地，如图1所示，所述缺口21的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直方向的夹角为45度的反射面4，使由所述前端面射出的激光的旋转90度。优选地，该45度侧面的表面设置有高反射膜7，从而实现了激光器的垂直出光，克服现有技术中由于激光器侧面出光而不能实现的发射高密度的并行光互联。其中高反射膜7为99％以上的反射膜，利用反应离子溅射制作形成。
进一步地，如图1、4、5所示，所述有源增益区包括有源层2、设置于所述有源层上方的光栅层3以及覆盖于所述光栅层3表面的光栅覆盖层15，其中所述光栅层3包括第一层状结构31以及第二层状结构32，所述第一层状结构31由高折射率材料形成，例如P-InGaAsP，用于实现折射率耦合的布拉格分布反馈，所述第二层状结构32由非掺杂的InP材料形成，例如I-InP，用于实现增益耦合的布拉格分布反馈。第一层状结构31以及第二层状结构32实现了有源增益区功能。优选地，利用E-beam电子束曝光、等离子干法刻蚀及化学腐蚀等方法制作带有λ/4相移的“浮云”式光栅层3，即光栅层3进行部分刻蚀，而不是将光栅层3刻蚀到底。
如图2、7A、7B、7C、7D、7E所示，所述有源增益区还包括脊型波导8、与所述脊型波导8的两端连接的两个电流阻挡层22以及分别设置于所述电流阻挡层22的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道10。其中，利用等离子深刻蚀方法制作脊型波导8，两侧掩埋生长出掺Fe半绝缘的电流阻挡层22，在外侧刻蚀出达到n-InP层的深双沟10，从而抑制泄露通道的电流并加强散热效果。同时利用折射率和增益耦合叠加的λ/4相移光栅配合脊型波导能够实现激光器良好的高速调制性能。
上述激光器的全部工艺在衬底1上单片集成，从而可以制作小尺寸、高度集成化以及高密度的光互联的激光器。优选地，衬底1的材料为InP或GaAs，例如衬底1的材料为n+-InP。
如图1、2、3所示在激光器的N面接触制作高频调制所需要的图形电极11，P面接触制作高频调制所需要的填充平面型图形电极12。
进一步地，所述有源层包括交叉层叠的若干个非掺杂量子阱层和若干个势垒层，其中所述非掺杂量子阱层设置于所述有源层的表面。其中非掺杂量子阱层采用外延生长的方法形成10组AlGaInAs材料系的应变补偿量子阱结构，并在势垒层中间进行～1017/cm3水平的调制掺杂。
进一步地，如图6、8所示，所述激光器还包括接触层16，所述接触层覆盖于所述光栅覆盖层15和所述无源波导区的表面。
进一步地，上述缺口21采用等离子深刻蚀和化学腐蚀的方法制作形成。
综上，上述激光器由有源增益区和无源波导区组成，有源增益区采用AlGaInAs材料系的多周期量子阱设计，同时利用λ/4相移光栅实现光场的分布式反馈；有源增益区和无缘波导区采用butt-joint对接技术，实现有源区的超短光学谐振腔。无源波导区利用等离子深刻蚀和化学腐蚀工艺，制作45度反射腔面，实现垂直方向的出光。即激光器纵向结构由在InP衬底上外延生长的AlGaInAs多量子阱有源区、对接生长的无源波导区以及刻蚀的45度反射腔面区等组成，激光器横向由BH有源波导区、掩埋成长的半绝缘注入隔离区以及深刻蚀的双沟泄露电流抑制及散热区构成。其中核心工艺有MOCVD晶体生长、介质沉积、光栅制作、等离子深刻蚀、化学腐蚀、金属蒸发和腔面光学镀膜等。本发明的激光器的主要特点为前端利用超短光学谐振腔的相移DFB区域并利用深刻蚀形成出光腔面，即前端面，再利用化学湿法腐蚀形成45度的反射面，芯片采用特殊深刻蚀和化学腐蚀工艺实现了单片集成，工作波长为1310nm波段，采用25Gbps高速直接幅度调试的工作方式，激光由垂直PN结面方向出光，适用于高速光互联应用中的阵列或集成光源。
对应于上述激光器本发明还公开了一种垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器的制作方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在衬底基板的外延结构上生长有源增益区，其中有源增益区包括有源层、形成于所述有源层上方的光栅层以及覆盖于所述光栅层表面的光栅覆盖层；
S2、刻蚀所述光栅覆盖层的预定区域，其中刻蚀深度大于所述有源层、光栅层以及光栅覆盖层的总厚度；
S3、在所述预定区域形成无源波导区，完成有源增益区与无源波导区的对接生长；并在所述无源波导区和所述有源增益区光栅覆盖层的上表面形成接触层；
S4、在所述有源增益区制作脊型波导、与所述脊型波导的两端连接的两个电流阻挡层以及分别位于所述电流阻挡层的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道；
S5、在有源增益区与所述无源波导区的接触部位形成缺口，并且所述缺口的由无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面；其中，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直方向的夹角为45度；
S6、在所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面的表面形成高反射膜，在所述前端面的表面和所述后端面的表面分别形成增透膜层。
上述步骤S1中，外延结构示意图如图4所示。它由在n+-InP衬底1上的高掺杂n-InP过渡层13、高掺杂的p/n-AlInAs电子阻挡层9、低掺杂的p/n-AlGaInAs渐变分别限制层17、调制掺杂的应变补偿AlGaInAs多量子阱有源层2、低掺杂的p-InP多镀层14、高掺杂的p-InGaAsP高折射率光栅层3、本征的p-InP光栅覆盖层15和高掺杂P+-InP接触层16构成。
外延层次的工艺参数为：n+-InP衬底1，掺杂浓度为2～8×1018/cm3，厚度为300微米；高浓度掺杂n-InP过渡层13，浓度为1×1017/cm3，厚度为0.5微米；高掺杂的p/n-AlInAs电流阻挡层9，浓度分p/n型均为1×1018/cm3，厚度为0.05微米；低掺杂的p/n-AlGaInAs渐变分别限制层17，浓度分别为p型2×1015/cm3、n型5×1015/cm3，厚度为0.045微米；调制掺杂的应变补偿AlGaInAs多量子阱有源层2，包括10组压应变1.2％的非掺杂量子阱层，厚度为5～5.5纳米，11组张应变0.3％的势垒层，厚度7～7.5纳米，势垒层中间3纳米p型掺杂，浓度为～2×1017/cm3；低掺杂的p-InP过度层(space layer)13,浓度为1～5×1017/cm3，厚度为50纳米；p掺杂的InGaAsP折射率导引光栅层3，浓度为1～3×1018/cm3，厚度为23～25纳米，波长为Q1.2；不掺杂的InP增益导引光栅覆盖层15，p型浓度＜1×1016/cm3，厚度为5～10纳米；高掺杂的P+-InP接触层16，浓度为1～1.5×1018/cm3，厚度为0.1微米。
上述步骤S1中，如图5所示，形成的光栅层采用“浮云”式的结构，光栅整体结构在激光器有源层的上方，高折射率的InGaAsP光栅层31(即上述第一结构层)主要根据有效折射率差来实现折射率耦合的布拉格分布反馈，非掺杂的InP层32(即上述第二结构层)主要根据注入电流在势垒效应下的电流微扰效应来实现增益耦合的布拉格分布反馈。激光器在掩膜的保护下，利用电子束曝光(E-beam)方式进行光栅的光刻工艺，矢量运动地扫描形成160微米超短光学谐振腔中心的λ/4相移结构33，缺级尺寸根据光栅节距Λ/2确定，～100纳米；在光栅结构曝光、显影完成后，利用等离子刻蚀把掩膜层下方的光栅层31、32进行干法刻蚀，工艺使用RIE低功率条件，实现光栅结构深度40nm，占空比1:1；在去掉表面掩膜层后，利用化学腐蚀液进行物理损伤层的去除以及光栅微结构的表面平滑，以优化MOCVD掩埋生长中的表面质量和可靠性，采用0℃环境中的低浓度含溴(Br)溶液进行浸泡化学腐蚀，实现光栅结构深度50nm，占空比4:6。光栅结构完成后，进行MOCVD的光栅掩埋生长，生成光栅覆盖层15。
图6是本发明中对接生长的有源增益区和无源波导区的结构示意图。激光器在有源增益区，由InP衬底层1、多量子阱有源层2、光栅层3及光栅覆盖层15组成。在对接之前，首先进行刻蚀(即步骤S2)：利用100～200nm的SiNx作为掩膜层进行RIE的等离子干法刻蚀，采用低能量和聚合物去除的程序，刻蚀深度为有源层2、光栅层3及光栅覆盖层15总厚度+50nm；采用低浓度非选择性的含溴化学腐蚀液及低浓度选择性(四元材料AlGaInAs和二元材料InP)的含硫化学腐蚀液进行两次化学湿法腐蚀，刻蚀深度为源层2、光栅层3及光栅覆盖层15总厚度+200nm，形成对接界面。之后进行对接生长：利用MOCVD进行无源区InP材料层18的生长，优化烘烤温度及生长参数，生长InP体材料的厚度与激光器有源增益区刻蚀深度匹配，完成butt-joint生长工艺，实现有源增益区的出光可以低损耗地传输进入无源波导区，损耗值10～20％。对接工艺完成后，去掉SiNx掩膜层，利用MOCVD掩埋生长P型接触覆盖层16，p型掺杂为1～1.5×1018/cm3，厚度在0.2微米。
以上完成了激光器纵向对接结构，之后进行横向的半绝缘BH光波导结构的制作，即制作脊型波导、与所述脊型波导的两端连接的两个电流阻挡层以及分别位于所述电流阻挡层的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道。
图7A、图7B、图7C、图7D、图7E是本发明中生成脊型波导、电流阻挡层、p型接触层以及沟道的流程图，即制作激光器的有源区横向波导结构示意图，激光器在InP衬底层1对完成对接的有源增益区、无源波导区进行BH结构光波导(即脊型波导)的制作：先利用SiO2掩膜条件下，等离子干法刻蚀和含溴化学腐蚀配合的方法制作脊型波导区8，深度0.5～1.5微米，宽度0.5～1.2微米，如图7A、7B所示；利用MOCVD掩埋生长BH的电流阻挡层22，使用掺Fe的半绝缘材料，厚度为1～1.8微米，如图7C所示；脊型波导的主要作用是BH侧向强折射率导引来限制激光器横向光场分布，掺Fe半绝缘的电流阻挡层既限制了注入电流也优化了激光器本征电容。去除掩膜层后进行MOCVD掩埋生长，完成高掺杂的P-InP、p-InGaAs接触层16，浓度分别为1～1.5×1018/cm3、1～2×1019/cm3，厚度分别为1.5微米、0.2微米，如图7D所示。因为在BH掩埋工艺中存在泄露电流通道，为进一步限制泄露电流以及降低半绝缘材料的高热阻效应，激光器在BH掩埋结构的两侧利用ICP等离子深刻蚀和含氯化学腐蚀的方法，制作外双沟结构10，深度2～5微米，宽度为5～10微米，如图7E所示。
激光器完成纵向、横向结构后，进行45度反射面4(即缺口21)制作：
图8是本发明中形成的缺口的结构示意图，激光器在InP衬底层1和完成对接工艺的有源增益区、无源波导区接触界面20的外侧无源波导区进行超短光腔出光面19和45度反射面4的制作：先利用ICP等离子深刻蚀的方法在界面20以外10微米处，进行对接无源InP波导区18、掩埋接触层16的干法刻蚀，刻蚀深度为2～5微米，长度10～30微米；利用含氯和CH3COOH的化学溶液进行化学湿法腐蚀，根据无源波导区的InP材料晶面特性，形成45度的InP表面4，实现由光学腔面19的输出光束在自由空间传输的方向经反射面4产生90°转向，激光器实现与P/N结面垂直方向的出光。如图8所示，光学腔面19竖直设置。其中，光学腔面19上形成增透膜层6。
缺口21形成之后，各光学面的镀膜工艺，即制作增透膜层3、6和高反射膜7从而形成本发明的激光器。
优选地，在步骤S5之后、S6之前，本发明的方法还包括在激光器上制作P/N接触的高频电极(即上述电极11和电极12)的步骤。
上述方法制作的激光器的有源增益区与无源波导区采用了butt-joint对接技术，无源波导区利用等离子深刻蚀加上化学腐蚀工艺形成超短光学谐振腔的前端面，与有源区的自然解理面形成的后端面配合实现光学超短光学谐振腔；有源增益区利用折射率和增益耦合叠加的λ/4相移光栅，配合前、后端面均利用反应离子溅射工艺沉积的高增透膜(AR)，可以实现良好的光谱特性，特别是25Gbps高速调制下的动态单模质量，抑制啁啾效应；有源增益区与无源波导区对接采用了多量子阱层和体材料(对增益波长透明)的方式降低了内部损耗，无源波导区因为刻蚀出了光学前腔面，即前端面，波导内传输距离很短，进一步降低了传输损耗，配合有源增益区在横向结构中的半绝缘BH掩埋波导(即脊型波导)及外双沟结构，很好地限制了泄露电流，降低了阈值增益，激光器得到优秀的高频特性，特别是弛豫振荡频率和阻尼系数的优化；在无源波导区后段利用等离子深刻蚀加上化学腐蚀工艺形成45度反射面，使用反应离子溅射制作99％以上的高反射膜(HR)，实现激光在前腔面输出后空间传播方向的90度转向，实现与激光器PN结面垂直方向的出光，这可以实现阵列模式的高密度集成，便于后续使用波导或光纤阵列模式的耦合、输出。总是，本发明的激光器或利用本发明的方法形成的激光器，其结构中有源增益区与无源波导区对接组成，无源波导区形成的端面和有源区解理面形成160微米超短光学谐振腔结构，结构及工艺相对简单，性能及良率较高。并且激光器纵向结构中有源增益区采用折射率和增益耦合叠加的λ/4相移光栅实现分布反馈，激光器横向结构中半绝缘BH掩埋波导及外双沟结构可以优化光场及热学分布、抑制泄露电流，实现良好的25Gbps高速调制特性。同时，激光器无源波导区利用刻蚀和腐蚀工艺形成反射面，实现垂直出光的功能，方便进行高密度的集成。另外，激光器整体采用单片集成技术，在InP材料衬底上可以实现紧凑结构，有利于高密度集成和激光器整体的功耗降低。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高速垂直发射单片集成型直接调制DFB激光器，其特征在于，所述激光器包括有源增益区以及与所述有源增益区通过对接生长形成的无源波导区；
其中，所述有源增益区与所述无源波导区的接触部位设置有缺口，并且所述缺口的由所述无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直方向的夹角为45度，使由所述前端面射出的激光的旋转90度。
3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面的表面设置有高反射膜，所述前端面的表面和所述后端面的表面分别设置有增透膜层。
4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述有源增益区包括有源层、设置于所述有源层上方的光栅层以及覆盖于所述光栅层表面的光栅覆盖层，其中所述光栅层包括第一层状结构以及第二层状结构，所述第一层状结构由高折射率材料形成，用于实现折射率耦合的布拉格分布反馈，所述第二层状结构由非掺杂的InP材料形成，用于实现增益耦合的布拉格分布反馈。
5.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述光栅层为λ/4相移的光栅层，并且所述光栅层形成所述光栅的刻蚀深度小于所述光栅层的厚度。
6.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述有源层包括交叉层叠的若干个非掺杂量子阱层和若干个势垒层，其中所述非掺杂量子阱层设置于所述有源层的表面。
7.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述有源增益区还包括脊型波导、与所述脊型波导的两端连接的两个电流阻挡层以及分别设置于所述电流阻挡层的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道。
8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述无源波导区是InP层，所述有源层是AlGaInAs多量子阱有源层。
9.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括接触层，所述接触层覆盖于所述光栅覆盖层和所述无源波导区的表面。
10.一种高速垂直发射单片集成型直接调制DFB激光器的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、在衬底基板的外延结构上生长有源增益区，其中有源增益区包括有源层、形成于所述有源层上方的光栅层以及覆盖于所述光栅层表面的光栅覆盖层；
S2、刻蚀所述光栅覆盖层的预定区域，其中刻蚀深度大于所述有源层、光栅层以及光栅覆盖层的总厚度；
S3、在所述预定区域形成无源波导区，完成有源增益区与无源波导区的对接生长，并在所述无源波导区和所述光栅覆盖层的上表面形成接触层；
S4、制作脊型波导、与所述脊型波导的两端连接的两个电流阻挡层以及分别位于所述电流阻挡层的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道；
S5、在有源增益区与所述无源波导区的接触部位形成缺口，并且所述缺口的由无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面；其中，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直方向的夹角为45度；
S6、在所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面的表面形成高反射膜，在所述前端面的表面和所述后端面的表面分别形成增透膜层。
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