CN105794057A - 不对称光波导光栅共振器及dbr激光器 - Google Patents

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Abstract

将包括不对称谐振光栅的单片不对称光波导光栅共振器放置在波导中。提供沿着第一光栅长度的第一光栅强度，且提供沿着第二光栅长度的高于第一光栅强度的第二光栅强度。在有益的实施例中，通过波导和光栅参数的适当设计，沿着第一光栅长度的有效折射率充分匹配沿着第二光栅长度的有效折射率。良好匹配的有效折射率可以允许谐振光栅工作在高度不对称单纵模(SLM)。在进一步的实施例中，不对称单片DFB激光二极管包括具有用于高度不对称工作的波导和光栅参数的前光栅部分和后光栅部分。

Description

不对称光波导光栅共振器及DBR激光器
技术领域
本发明的各实施例通常涉及单片光子集成电路(PIC)。
背景
光子集成电路(PIC)包括一体成型地集成的光子器件或元件，且在诸如光通信和高性能计算之类的应用中可用作光数据链路。对于移动计算平台，PIC提供了通过主控设备和/或云服务迅速地更新或同步移动设备的有前景的I/O。这样的光链路利用包括光发射器和/或光接收器的光I/O接口，其包括通过一个或多个无源或有源的光子器件传播光的一个或多个光波导。
由于它们的紧凑尺寸、较低成本和提高的功能性和/或性能，PIC优选是借助于分立光学组件构建的光学系统。硅光子(SiPh)技术具有在可制造性和可扩展性方面的明显优势。发射器或收发器PIC中可包括激光器。对于SiPh技术，可以利用混合硅激光器，它包括接合到硅半导体器件层或外延生长在硅半导体器件层上的化合物半导体(例如，III-V)增益介质(gainmedium)。
DFB激光架构通常具有对称输出(即，从激光器的两个端部输出相同量的光)，由于激光器仅一个端部功能上耦合到光学系统中的其他组件，在大多数光学系统中这是不利的。对于借助于分立光学组件构建的光学系统，可以将高反射涂涂层(例如，金属涂层)应用到DFB激光器的一个端部以免浪费未耦合到光学系统的激光器输出的另一部分。然而，这种解决方案对PIC来说往往是不实用的。
DFB激光器架构也常常遭受称为“空间烧孔(SHB)”的现象，该现象会随着温度而降低激光器性能以及输出功率和/或模式稳定性。SHB效果源于高度不对称的光子分布和电场分布。
因而，解决这些限制同时仍保持可制造性的DFB激光器架构是有益的。
附图简述
作为示例而非限制在附图中阐释了在此描述的材料。出于阐释的简单和清晰起见，各图中所阐释的元素并不必定按比例绘制。例如，出于清晰起见，一些元素的尺寸可以相对于其他元素放大。进一步，在认为合适的场合，在各图当中重复了引用标签以便指示相应的或类似的元素。在各图中：
图1A是根据一个实施例的单片不对称光波导光栅谐振器的平面图；
图1B是根据一个实施例沿着图1A中示出的b-b’线的在图1A中叙述的波导光栅谐振器的剖视图；
图1C是根据一个实施例沿着图1A中示出的c-c’线的在图1A中叙述的波导光栅谐振器的剖视图；
图2A是根据一个实施例的单片不对称混合硅DFB激光器二极管的剖视图；
图2B是根据一个实施例在图2A中叙述的DFB激光器的平面图；
图2C是根据一个实施例沿着图2B中示出的c-c’线的在图2B中叙述的DFB激光器的剖视图；
图2D是根据一个实施例沿着图2A中示出的d-d’线的在图2B中叙述的DFB激光器的剖视图；
图2E是根据一个备选实施例沿着图2A中示出的d-d’线的在图2B中叙述的DFB激光器的剖视图；
图3是根据缺乏变迹光栅区域的一个实施例的作为在不对称DFB激光器二极管内的位置的函数的光子密度的图；
图4是根据包括一个或多个变迹光栅区域的一个实施例的作为在不对称DFB激光器二极管内的位置的函数的光子密度的图；
图5A和5B是根据示例性变迹实施例的不对称DFB激光器二极管前波导光栅的平面图；
图6是阐释根据一种示例性无中心光栅实施例的作为波导宽度的函数的有效折射率的图；
图7A、图7B是根据各实施例的波导中的无中心光栅的平面图；
图7C是根据一种脊形波导实施例沿着图B中示出的c-c’线的无中心光栅的剖视图；
图8是阐释根据一个实施例制造混合硅不对称DFB激光器二极管的一种方法的流程图；
图9阐释根据一个实施例采用包括具有不对称DFB激光器二极管的PIC的光发射器或收发器模块的移动计算平台和数据服务器计算机；以及
图10是根据一个实施例的电子计算设备的功能框图。
示例性实施例的详细描述
参考附图描述各实施例。尽管详细地叙述和讨论特定的配置和布置，但应理解，这样做仅仅出于说明性目的。相关领域中的技术人员将认识到，在不偏离本描述的精神和范围的前提下，其他配置和布置是可能的。相关领域中的技术人员将明显看出，在此描述的技术和/或布置可以用于不同于在此详细描述的各种其他系统和应用。
在下列详细描述中参考了附图，附图形成其部分，且阐释示例性实施例。进一步，应理解，在不偏离所要求保护的本主题的范围的前提下，可以利用其他实施例，且可以做出结构和/或逻辑的改变。还也应注意，方向和基准例如上、下、顶、底等等仅用来促进附图中的特征的描述，且不预期限定所要求保护的本主题的应用。因此，不应以限制意义来理解下列详细描述，且所要求保护的本主题的范围由所附权利要求和它们的等效物单独界定。
在下列描述中，陈述了众多细节，然而，本领域中的技术人员将明显看出，无需这些特定的细节就可以实践各实施例。在一些实例中，以框图形式而非详细示出众所周知的方法和设备，以免模糊示例性实施例的发明性方面。贯穿本说明书对“一种实施例”或“一个实施例”的引用意指结合该实施例描述的具体的特征、结构、功能或特性被包括在至少一个实施例中。因而，贯穿本说明书的各种场所中出现短语“在一个实施例中”或“一个实施例”并不必定是指相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中可以以任何合适的方式组合具体的特征、结构、功能或特性。例如，在与第一实施例和第二实施例相关联的具体的特征、结构、功能或特性不相互排斥的任何地方，第一实施例可以与第二实施例组合。
除非上下文清晰地另外指出，否则示例性实施例和所附权利要求的描述中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”预期也包括复数形式。还应理解，在此所使用的术语“和/或”是指且包括关联的列出项中的一个或多个的任何和所有可能的组合。贯穿本描述以及在权利要求中所使用的所使用的由术语“中的至少之一’或“中的一个或多个”结合的各项的列表可以意指所列出的术语的任何组合。例如，短语“A、B或C中的至少之一”可以意指A；B；C；A和B；A和C；B和C；或A、B和C。
术语“耦合”和“连接”以及它们的派生词在此可以用来描述在各组件之间的功能或结构关系。应理解，这些术语不预期是彼此的同义词。相反，在特定的实施例中，“连接”可以用来指示两个或更多个元素彼此处于直接的物理、光学或电气接触。“耦合”可以用来指示两个或更多个元素彼此直接或非直接(在它们之间带有其他中间元素)物理、光学或电气接触，和/或两个或更多个元素相互协同操作或交互(例如，处于因果关系)。
在这样的物理关系值得注意的场合，在此所使用的术语“在……上(over)”、“在……下”、“在……之间”和“在……上面(on)”是指一个组件或材料层相对于其他组件或层的相对位置。例如在材料层的上下文中，被放置在另一层上或在另一层下的一层可以与其他层处于直接接触，或者可以具有一个或多个中间层。此外，放置在两层之间的一层可以与该两层处于直接接触，或者可以具有一个或多个中间层。相反，“在第二层上面”的第一层与该第二层处于直接接触。在组件组装的上下文中做出类似的区分。
如下面更详细地描述，单片不对称光波导光栅共振器包括被放置在波导中的不对称谐振光栅。为了获得不对称，光栅具有不同的强度。提供沿着第一光栅长度的第一光栅强度，且提供沿着第二光栅长度的高于第一光栅强度的第二光栅强度。在有益的实施例中，通过波导和光栅参数的适当设计，沿着第一光栅长度的谐振光栅的有效折射率充分匹配沿着第二光栅长度的有效折射率。良好匹配的有效折射率可以允许谐振光栅工作在高度不对称(例如，100∶1或甚至1000∶1前后功率比)的单纵模(SLM)。在下面也详细描述的示例性实施例中，带有具有在此描述的波导和光栅参数的前光栅部分和后光栅部分的不对称单片DFB激光器二极管可以提供主要通过前光栅部分的高度不对称窄带激光输出。在下面也详细描述的进一步的实施例中，可以使用容易地缩放到高容量的稳健SiPh技术制造带有接近恒定的有效折射率的不对称DFB激光器，这是因为光栅的图案化不要求诸如电子束(e-beam)光刻法之类的低容量技术。
在各实施例中，单片不对称谐振光栅包括被放置在衬底上的光波导。衍射光栅被放置在波导中，谐振腔的第一端部处具有光栅的第一长度，且谐振腔的第二端部处具有光栅的第二长度。第一光栅长度具有第一光栅强度，且第二光栅长度具有不同于第一强度的第二光栅强度。在有益的实施例中，第一光栅强度和第二光栅强度不同，多于2倍，有利地至少4倍，且最有利地10倍或更多。应注意，波导的有效折射率受到光栅影响，且因此不同强度的光栅可以引起有效折射率的变化，这可以引起在腔内的多个共振模式，有益的实施例采用了以减少有效折射率随腔的长度变化的方式而随腔的长度改变的光栅和光波导架构。在一个这样的实施例中，在谐振腔的第一端部附近沿着第一光栅长度的光栅的有效折射率约等于在谐振腔的第二端部附近沿着第二光栅长度第二光栅的有效折射率。
图1A是根一种示例性实施例的单片不对称光波导光栅谐振器101的平面图。波导光栅谐振器101包括被放置在衬底105上的波导110。波导110具有沿着波导的纵向长度LWG从衬底延伸且由波导的横向宽度WWG分开的相对侧壁111A、111B。在波导长度LWG内，光栅谐振器101包括在波导长度的第一端部处的第一光栅长度115和在波导长度的第二端部处的第二光栅长度120。这两种光栅长度可以由光栅缺陷140分开。光栅缺陷140可以用于抑制双重退化模式(doubledegeneratepattern)。一个这样的缺陷是光栅中的四分之一波移(QWS)。对于谐振器101，波导110具有在光栅长度115(neff，1)和光栅长度120(neff，2)之间良好匹配的有效折射率。
图1B是根据一个实施例沿着图1A中所示出的b-b’线的波导光栅谐振器101的剖视图。如图1B中所示出，QWS141将第一光栅长度115与第二光栅长度120分开。尽管光栅谐振器101被阐释为带有表面(顶侧)波纹，但可以利用任何衍射光栅架构(例如，侧壁波纹等等)。不考虑构建光栅的结构元素，沿着第一光栅长度115的光栅强度(κ)不同于沿着第二光栅长度120的光栅强度。例如，在所阐释的实施例中，相比于比沿着第二光栅长度120(其中强度较高(κH))，波导110中的光栅具有沿着第一光栅长度115的更低的光栅强度(κL)。
在各实施例中，带有变化的光栅强度的单片不对称谐振波导光栅具有沿着第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着第二光栅长度的第二系列的波纹结构。在进一步的实施例中，第一系列和第二系列的波纹结构两者都具有相同的恒定周期和占空比。因而，除了光栅缺陷，谐振光栅可以具有固定周期和占空比。对于这样的实施例，光栅的空间调制独立于光栅周期和占空比，这允许稳健性和制造，因为图案化要求可以不严格。波纹结构可以采取多种多样的几何形状，但通常是被嵌入在由在邻近波纹结构之间的区域中的波导材料界定的表面平面、或从这样的表面平面延伸的不同材料的区域。参见图1B的示例，波纹结构150是在光栅长度115和光栅长度120两者内的第二材料的区域。波纹结构150有利地具有相同的光栅周期P1。同样地，波纹结构150具有常量长度Ls，呈现出除了QWS141之外跨越波导谐振器LWG的长度占空比是恒定的。
在各实施例中，至少部分地通过波导宽度的空间调制在不同强度的光栅之间匹配有效折射率。再次参见图1A，波导110具有沿着第一光栅长度115的第一横向宽度WWG，1。在所阐释的示例性实施例中，波导宽度WG，1是在第一光栅长度115沿着其延伸的波导的长度LWG，1上是恒定的。波导110具有沿着第二光栅长度120的第二横向宽度WWG，2。在所阐释的示例性实施例中，波导宽度WWG，2在第二光栅长度115沿着其延伸的波导LWG，2的长度上是恒定的。对于其中光栅强度沿着第一光栅长度115最低的这种示例性实施例，第一波导宽度WG，1小于第二波导宽度WWG，2。在波导宽度WWG，1和WWG，2之间的差异可以显著地改变，例如根据波导介质、目标波长和在光栅长度115和120之间的光栅强度的不对称的幅度的函数。在示例性实施例中，波导宽度WWG，2可以大于波导宽度WWG，1高达3倍或更多。
在各实施例中，带有变化的波导宽度和光栅强度的单片不对称谐振波导光栅还包括被放置在谐振腔的相对端部处的在光栅长度之间的变迹光栅长度。可以在变迹光栅长度上调制一个或多个波导和光栅参数，以便调制在谐振腔内的光子密度分布。在有益的实施例中，跨越变迹光栅长度调制光栅强度和波导宽度中的至少之一。波导宽度和光栅强度可以是在波导内的位置的线性或非线性的函数，根据实现期望的变迹(apodization)函数(例如，高斯、升余弦等等)的需要。如图1A和图1B中所示出的，将变迹光栅长度130放置在第一光栅长度115和第二光栅长度120之间。在变迹光栅长度130内，波导宽度从波导宽度WG，1改变到波导宽度WWG，2，作为在谐振器101的两个端部之间的模式造型(mode-shaping)过渡。对于所阐释的实施例，波导宽度随位置线性地改变(即，绝热锥(adiabatictaper))。在进一步的实施例中，影响光栅强度的光栅参数也可以根据多参数变迹函数随变迹光栅长度130变化。在有益的实施例中，跨越变迹光栅长度130，光栅节距保持恒定(例如，可以维持光栅节距P1)。光栅占空比也有利地在变迹光栅长度130内保持恒定。
在各实施例中，在不对称波导谐振光栅内的至少之一系列的波纹结构进一步包括在光栅的一个周期内的多个波纹结构。图1C是根据在此称为“无中心(center-less)”光栅的一个实施例的沿着图1A中示出的c-c’线的波导光栅谐振器101的剖视图。在无中心光栅架构中，在光波导110中形成波纹结构，但是保持波导110的中心没有图案。无中心光栅摄动光学模式通过波导的表面的调制，但通过在中心将波纹结构分割成两个横向对置的表面结构150A和150B，避免了基本模式的中心的摄动(perturbation)。结构150A和150B由包括波导110的(顶部)表面的中心部分的缝隙来分离。在波导长度LWG上调制中心波导宽度WC可以改变光栅强度。因此，在光栅长度115内可以利用较大的WC以得到较低的光栅强度，同时在第二光栅长度120内可以利用较小的WC以得到较高的光栅强度。通过WC和波导宽度WWG两者的调制，可以通过谐振器101实现高度不对称SLM工作。
如图1C中所叙述的，无中心表面波纹光栅借助于横向对置的表面结构摄动波导110的拐角，横向对置的表面结构具有少于波导侧壁111A、111B的z向高度的光栅z向高度HG。因而，该对波纹结构150A、150B的剖面可以由蚀刻剖面而非光刻界定的齿(tooth)界定，光刻界定的齿可以引起更加可重复的波纹。波纹结构150B跨越波导宽度的第一部分WWG从向相对侧壁111B波导侧壁111A延伸。波纹结构150B跨越波导宽度WWG的第二部分从侧壁111B延伸向侧壁111A。如本文其他地方进一步描述的，无中心光栅可以具有比波导宽度小的宽度，以使得波纹结构150A、150B不延伸通过波导侧壁的顶部部分。然而，在波导宽度沿着一个光栅长度(例如，光栅长度115)减少时，光栅宽度可能大于波导宽度。然后，波纹结构150A、150B将延伸通过波导侧壁的顶部部分。
无中心光栅也可以取得比借助于常规表面波纹光栅设计例如单个开口/周期架构可以取得的更低的光栅强度。带有单个开口/周期的光栅常常需要非常高的分辨率以提供足够的光栅强度变化，例如要求电子束光刻法或全息技术。带有单个开口/周期的光栅往往也要求非常窄的波纹z向高度，往往是低于10nm的z向高度。
波导光栅谐振器101可以被合并到许多光学器件，例如但不限于，采用多个耦合共振器的光学滤波器以及采用一个这样的谐振器的激光二极管。对于DFB激光器二极管，波导光栅谐振器101可以与增益介质合并。匹配的折射率和高的光栅不对称性可以允许高度不对称的激光输出。尽管可以直接在诸如InGaAs波导等等之类的增益介质中制造波导光栅谐振器101，但图2A是根据有益的SiPh实施例的单片不对称混合硅DFB激光器二极管201的剖视图。
混合硅DFB激光器二极管包括渐逝耦合到III-V半导体光学增益介质的硅基半导体中的谐振波导光栅。对于图2中的示例性实施例，混合硅DFB激光器二极管包括在衬底205的硅半导体器件层中图案化的光波导210。衬底205可以是本领域中已知适用于形成IC的任何衬底，例如但不限于半导体衬底、绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator，SOI)衬底、绝缘体衬底(例如，蓝宝石)等等和/或其组合。在有益的实施例中，光波导210是晶体(例如，基本上呈单晶)半导体层，例如硅。诸如锗或SiGe之类的备选半导体也是可能的。光波导210被放置在具有与波导材料相对比充分高的指数的衬底材料208上。在其中光波导210是硅且衬底205是具有硅基的衬底材料206的硅SOI衬底的示例性实施例中，材料208是二氧化硅。
将III-V增益介质结合到波导210或在邻近波导210处外延生长。在图2A中的示例性实施例中，将III-V材料叠层结合到波导210的顶面或在波导210的顶面上外延生长，生成前衍射光栅部分215和后衍射光栅部分220，以提供以平行于谐振纵向光模式的传播方向沿着波导210延伸的增益介质-半导体材料分界面。取决于波导210的尺寸，谐振光模式的一部分是处于III-V增益介质材料叠层区中。可以通过diodic结构电泵浦增益介质材料叠层，以便在前光栅部分215和后光栅部分220界定的谐振腔中生成光。在各实施例中，增益介质材料叠层区包括III-V半导体材料层280，例如具有第一导电率类型(例如n型)的InP。在一个具体的实施例中，多个量子阱(MQW)充当增益介质，且可以包括各种材料的薄叠层，例如但不限于AlGalnAs、InGaAs和/或InP/InGaAsP和/或类似材料。用具有层280的导电率类型互补的导电率类型(例如p型)的III-V半导体材料层284完成该diodic结构。
可以在波导210内实现激光发射，其中增益介质材料包括渐逝(evanescently)耦合到带有构成谐振光学腔的波导光栅的硅波导的活性III-V材料叠层。在所阐释的示例中，后光栅部分220具有比前光栅部分215高的光栅强度(κH)以使得不对称地输出谐振波长λ1的光束；且主要来自激光器201的“前”侧。在有益的实施例中，在前光栅部分和后光栅部分之间的光栅强度差别大于2倍，有利地至少4倍，且更有利地10倍或更多。光栅强度的这样的差异在1000∶1或更多的激光器输出功率中更多地提供了对称性(ansymmetry)。从前光栅部分215延伸，波导210可以继续，例如将来自激光器201的输出耦合到PIC的其他组件PIC。可以基于光栅长度和光栅强度中的任一种或两者调节光栅部分215和220的反射功率。在各实施例中，前光栅部分215和后光栅部分220两者包括具有相同的z向高度(即深度)的一系列表面波纹结构(分别为250、260)。每一表面波纹结构250、260包括与波导210的材料不同的材料，且在示例性实施例中，每一表面波纹结构250、260是二氧化硅的区域。在所阐释的示例性实施例中，第一系列和第二系列的波纹结构250、260具有相同的恒定周期(即，Pf＝Pb)和相同的占空比。在其中光栅是硅/二氧化硅系统且激光波长的中心为1310nm的示例性实施例中，Pf(Pb)可以是大约200nm。对于其中光栅节距和深度保持恒定的实施例中，可以通过在表面波纹结构250和表面波纹结构260之间的空间调制实现不同的光栅强度。
图2B是根据一个实施例的单片不对称混合硅DFB激光器二极管201的平面图。在图2B中指示图2A中所阐释的a-a’线以供参考。光波导210具有沿着纵向长度从衬底205延伸且由沿着前衍射光栅部分215位于其中的前光栅长度LG，F的第一横向宽度WWG，F分开的相对侧壁。波导210具有沿着后衍射光栅部分220位于其中的后光栅长度LG，B的较宽的宽度WWG，B。波导210可以是突缘波导(ribwaveguide)、条形波导(stripwaveguide)等等。前波导宽度WWG，F可以被设计为比厚波导宽度WWG，B更狭窄，以便充分抗衡由在表面波纹结构250和260之间的空间调制引起的任何有效折射率差异。因此，可以维持激光发射所需要的合需窄带共振。在其中波导210是硅且对1310nm波长感兴趣的某些实施例中，波导宽度WWG，F和WWG，B均可以在大约0.4μm和1.1μm之间改变，以将前光栅部分215的有效折射率(neff，f)与后光栅部分220有效折射率(neff，b)匹配起来。
在各实施例中，激光二极管还包括在前光栅部分和后光栅部分之间变迹光栅部分。变迹部分可以使得在激光腔中的光子密度平坦。沿着激光器的长度的更平坦的光子密度剖面有利地减少SHB效应。图3和图4是根据各实施例作为在带有和不带有变迹光栅部分的不对称DFB激光器二极管内的位置的函数的光子密度的图。在图3和图4中，基准(零)位置处于光束出口点(离开光栅中最外面的波纹结构)。图3指示对于具有不对称光栅强度但缺乏光栅变迹的实施例在谐振腔内归一化光子密度峰值有多强。然而，如图4中所示出，借助于适当变迹的光栅，贯穿该腔，归一化光子密度是平坦的，直到在后光栅部分内密度迅速下降的位置。
对于包括分开前光栅部分和后光栅部分的光栅缺陷的激光二极管，变迹光栅部分可以被认为是作为相对于光栅缺陷的变迹光栅部分的位置的函数的后光栅部分或前光栅部分或两者的部分。在图2A和图2B中所阐释的示例性实施例，变迹光栅部分230被放置在光栅缺陷240(例如，QWS)和后光栅部分220之间。变迹光栅部分230可以具有先前在变迹光栅130的上下文中所描述的性质中的任何。例如，可以在变迹光栅部分230上调制一个或多个波导和光栅参数，以便调制在激光器201内的光子密度分布。在有益的实施例中，跨越变迹光栅部分201调制光栅强度和波导宽度中的至少之一，且在图2B中所叙述的示例性实施例中，调制两者。根据实现期望的变迹函数(例如，高斯、升余弦等等)的需要，波导宽度和光栅强度可以是在波导内的位置的线性或非线性函数。在变迹光栅部分230内，波导宽度从波导宽度WWG，F改变到波导宽度WWG，b。在进一步的实施例中，影响光栅强度的光栅参数也可以根据多参数变迹函数的分量在变迹光栅长度130上改变。例如，对于无中心光栅，在变迹光栅部分230内改变在一对横向对置波纹结构之间的波导的中心部分的宽度。在一个这样的实施例中，在变迹光栅部分230的接近前光栅部分215的第一端部处采用前光栅部分215的中心宽度，且在接近后光栅部分220的第二端部处减少到后光栅部分220的中心宽度。
在其中变迹延伸进入到不对称激光二极管的前光栅的各实施例中，波导宽度可以按照在前光栅部分内的位置的函数而改变。在其他实施例中，在前光栅部分是无中心的场合，中心波导部分的宽度可以按照在前光栅部分内的位置的函数而改变。在其他实施例中，波导宽度和中心波导宽度两者按照在前光栅部分内的位置的函数而改变。图5是带有变迹前光栅515的不对称DFB激光器二极管501的平面图。根据一个实施例，波导宽度WWG，F在前光栅长度LG，F的至少一部分上改变，且中心宽度WC恒定。波导宽度可以随波导位置线性地或非线性地改变。预期波导宽度WWG，F的变化的幅度少于在前波导宽度WWG，F和后波导宽度WWG，B之间的差异。图5B是带有变迹前光栅515的不对称DFB激光器二极管502的平面图。在这一实施例中，波导宽度WWG，F恒定，且无中心光栅中心宽度WC在前光栅长度LG，F的至少一部分上改变。波导中心宽度可以随波导位置线性地或非线性地改变。预期中心宽度WC的变化的幅度少于中心宽度在前波导部分和后波导部分之间的差异。
在各实施例中，至少不对称DFB激光器二极管的前光栅包括在谐振波导中形成的在光栅的一个周期内的一对波纹结构。换句话说，至少前光栅具有无中心架构。由于光栅的强度是在一对波纹结构之间的间距的函数，可以通过在该对波纹结构之间的足够间距实现前光栅部分的较低的光栅强度。取决于在前光栅部分和后光栅部分之间所需的光栅强度的差异的幅度，后光栅部分也可以是无中心的，具有在光栅的一个周期内的一对波纹结构，但与前光栅部分相比在该对之间具有较小的间距。备选地，后光栅部分可以具有跨越整个波导宽度或仅其部分(例如，居中的表面波纹结构)延伸的仅一个波纹结构。
图2C是根据一个实施例沿着图2B中所示出的c-c’线的DFB激光器201的剖视图。图2D是根据一个进一步的实施例沿着图2B中所示出的d-d’线的DFB201的剖视图。如图2C中所示出，在前光栅部分215内，波纹结构对250A和250B由宽度WC，F的中心波导部分横向分开。如图2D中所示出，在第二光栅部分220内，波纹结构对260A和260B由宽度WC，B的中心波导部分横向分开。波纹结构250A、B和260A、B都具有相同的光栅深度DG，DG比侧壁211A、211B的高度少一定量。更具体地，对于带有硅/二氧化硅光栅系统的一个示例性1310nm带宽激光器，DG可以在10nm和50nm之间变化。因此，光栅强度变化是在中心宽度WC，F和WC，B之间的差异的函数。为了获得较低的光栅强度，使得WC，F大于WC，B。取决于前波导宽度WWG，F和后波导宽度WWG，B，中心宽度WC，F和WC，B的范围可以在0μm和1μm之间。对于每一光栅周期，后光栅部分220例如可以仅具有单个表面波纹特征260，如图2E中所示出。这样的替代实施例是采用中心光栅(更狭窄或如同波导一样宽)和无中心光栅两者的设备的一个示例。波导宽度WWG，F区别于波导宽度WWG，B以便抗衡由相对较大的WC，F引起的有效折射率变化。
图6是阐释根据其中在一对波纹结构之间的中心波导宽度被设置为0.3μm的一种示例性无中心光栅实施例的作为波导宽度的函数的有效折射率的图。将光栅部分的有效折射率绘制为波导宽度的函数。正如所示出的，对于从0.4μm改变到0.8μm的波导宽度的示例性硅/二氧化硅无中心光栅，指数可以在～3.24和～3.3之间变化。对折射率的这种控制可以应用于不对称DFB激光器201的设计，或者更一般地应用于任何光学滤波器。
图7A和图7B是根据各实施例的波导中的无中心光栅的平面图。例如，图7A、7B中的无中心光栅结构可以用于谐振器101或激光二极管201中的任一种。如图7A中所示出，从衬底205的平面延伸的相对侧壁211A、211B界定波导宽度WWG。在图7A中所阐释的实施例中，横向对置的波纹结构250A、250B具有由中心波导宽度WC，1隔开的、具有中心高度HC的内部边缘。波纹结构250A、250B的外部边缘界定了少于波导宽度WWG的光栅宽度WG，1。在图7B中所阐释的实施例中，横向对置波纹结构250A、250B具有由中心波导宽度WC，2隔开的内部边缘。波纹结构250A、250B的外部边缘界定大于波导宽度WWG的光栅宽度WG，2。在第三实施例中，图7A和图7B中所阐释的内部边缘和外部边缘位置可以交叉。图7C是根据其中光栅宽度大于波导宽度的一种脊形波导实施例沿着图7B中所示出的c-c’线的无中心光栅的剖视图。正如图7C中所阐释的，波纹结构250A和250B延伸通过波导侧壁211A和211B的一部分。波纹结构250A、250B的一部分也可以被放置在侧壁211A和211B的基座。较大的光栅宽度允许较大的波纹结构，以便在中心宽度WC小的场合获得不严格的图案化要求。然后，在光栅掩模和波导掩模之间的覆盖可以用来结合中心宽度WC设置光栅强度。
图8是阐释根据一个实施例制造混合硅不对称DFB激光器二极管的一种方法的流程图。可以执行方法801以形成以上在示例性混合硅不对称DFB激光器二极管201中所描述的特征。方法802从在操作801处接收SOI衬底如硅SOI衬底开始。在操作820，将半导体器件层图案化到光波导，该光波导具有第一宽度的第一部分和大于第一宽度的第二宽度的第二部分。在示例性实施例中，第一波导部分和第二波导部分加起来是在长度为50μm-1mm之间，且每一部分的宽度是在0.4μm和1.5μm之间。
在操作830，沿着第一波导部分形成较弱的衍射光栅且沿着第二波导部分形成较强的衍射光栅。在一个示例性实施例中，形成第一光栅和第二光栅中的至少之一进一步包括在光栅的每一周期内将一对开口蚀刻到器件层。波导的中心区域将一对开口分开，且每一开口具有少于波导侧壁的高度的深度。在进一步的实施例中，波导的中心区域是在0.4和1.1μm之间。可以在波导的图案化之前或之后作为单独的掩膜蚀刻执行光栅的图案化，这是由于这两种操作都需要蚀刻相同的器件半导体层。在其中光栅是表面光栅的示例性实施例中，光栅蚀刻的深度不同于波导蚀刻的深度，且操作820和830因而不是并发的。然后，可以用诸如二氧化硅之类的材料填充在操作830蚀刻的开口。在操作840，III-V族化合物半导体被放置为邻近在操作830形成的衍射光栅，且在操作830形成的衍射光栅之间延伸。在一个示例性实施例中，将III-V化合物半导体芯片直接结合到在操作810接收到的衬底，且MQS结构被放置在操作820处形成的波导上。
图9阐释根据各实施例采用包括具有单片不对称DFB激光器二极管的PIC的光发射器或收发器模块的移动计算平台和数据服务器计算机。服务器计算机906可以是任何商用服务器，例如包括放置在机柜内且联网在一起以用于电子数据处理的任何数量的高性能计算平台，在示例性实施例中，服务器计算机906包括集成系统910。移动计算平台905可以是被配置为用于电子数据显示器、电子数据处理、无线电子数据传输等等中的每一种的任何便携式设备。例如，移动计算平台905可以是平板、智能电话、膝上型计算机等等中的任何、且可以包括显示屏幕(例如容性、感性、阻性触摸屏)、芯片级或封装级集成系统910和电池915。
无论是否放置在集成系统910内，在扩展视图920中进一步阐释，或作为独立封装芯片阐释，封装单片PIC904包括根据各实施例的单片不对称DFB激光器二极管。在进一步的实施例中，单片不对称DFB激光器二极管与光调制器和WDM中的至少之一光耦合。例如通过顶侧耦合或边缘耦合，光学线路953输出来自一体成型地集成的光波导210的单个光束。将所选择的波长与光学多路复用器980进行组合，以耦合来自也放置在衬底205上的多个输入光波导210A-210N的输出。输入光波导905A-905N还各自耦合到DFB激光器二极管201A-201N的输出端部，例如，201A-201N中的每一个都包括不对称衍射光栅结构。不对称DFB激光器二极管201A-201N又电气上耦合到下游集成电路999，集成电路999可以例如还包括泵浦电压供应和感知电路等等。在某些实施例中，借助于也放置在衬底105上的CMOS晶体管实现电压供应和感知电路。
图10是根据本公开内容的至少一些实现的计算设备1000的功能框图。计算设备1000可以出现在平台1005或服务器计算机1006中，例如，且还包括容纳多种组件的主板1002，这些组件例如但不限于处理器1004(例如，应用处理器)和至少一个通信芯片1006，通信芯片1006可以合并根据在此描述的各实施例的一个或多个不对称DBR激光器。处理器1004可以物理上和/或电气上耦合到主板1002。在一些示例中，处理器1004包括被封装在处理器1004内的集成电路管芯。通常，术语“处理器”或“微处理器”可以是指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以便将该电子数据变换成可以存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何设备或设备的部分。
在各种示例中，一个或多个通信芯片1006也可以是物理上和/或电气上耦合到主板1002。在进一步的实现中，通信芯片1006可以是处理器1004的一部分。取决于其应用，计算设备1000可以包括可以物理上和电气上耦合或不耦合到主板1002的其他组件。这些其他组件包括但不限于易失性存储器(例如DRAM)、非易失性存储器(例如ROM)、闪速存储器、图形处理器、数字信号处理器、密码机处理器、芯片组、天线、触摸屏显示器、触摸屏控制器、电池、音频编解码器、视频编解码器、功率放大器、全球定位系统(GPS)设备、罗盘、加速度计、陀螺仪、扬声器、照相机和大容量存储设备(如硬盘驱动器、固态驱动器(SSD)、紧致盘(CD)、数字多功能盘(DVD)等等)等等。
通信芯片1006可以允许用于传输去往和来自计算设备1000的数据的无线通信。术语“无线”及其派生词可以用来描述可以通过使用穿过非固态介质的经调制电磁辐射传输数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等等。该术语不暗示关联的设备不包含任何线路，但在一些实施例中它们可以不包括任何线路。通信芯片1006可以实现多种无线标准或协议中的任何，包括但不限于本文其他地方所描述的那些。正如所讨论的，计算设备1000可以包括多个通信芯片1006。例如，第一通信芯片可以专用于短距离无线通信，如Wi-Fi和蓝牙，且第二通信芯片可以专用于远距离无线通信，如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO及其他。
尽管已经参考各种实现描述了在此陈述的某些特征，但不预期以限制性意义解释本描述。因此，本公开内容所涉及的领域中的技术人员明显看出的在此描述的实现以及其他实现的各种修改被视为落在本公开内容的精神和范围内。
下列的示例涉及具体的示例性实施例。
在一个或多个第一实施例中，一种单片不对称激光二极管包括光波导，其带有沿着所述波导的纵向长度从衬底延伸且由所述波导的横向宽度分开的相对侧壁。前衍射光栅部分沿着前光栅长度被放置在所述波导中。后衍射光栅部分沿着后光栅长度被放置在所述波导中。所述后光栅部分的强度大于所述前光栅部分的强度，且沿着所述前光栅长度的所述波导具有小于沿着所述后光栅长度的第二宽度的第一宽度。
在所述一个或多个第一实施例的进一步中，所述激光二极管还包括在所述前光栅部分和后光栅部分之间的变迹光栅部分。在所述变迹光栅部分内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度，且所述第一宽度小于所述第二宽度的量足以匹配所述波导在所述前光栅和后光栅之间的有效折射率。
在所述一个或多个第一实施例的进一步，所述激光二极管还包括在所述前光栅部分和所述后光栅部分之间的变迹光栅部分。在所述变迹光栅部分内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度。所述前光栅部分和后光栅部分由光栅缺陷分开。所述前光栅部分包括沿着所述前光栅长度的第一系列的波纹结构。所述后光栅部分包括沿着所述后光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构具有相同的恒定周期和占空比。
在所述一个或多个第一实施例的进一步中，所述第一光栅包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构。所述第二光栅包括沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构。至少所述第一系列的波纹结构进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，且所述光栅的强度是在所述一对波纹结构之间的间距的函数。
在所述一个或多个第一实施例的进一步中，所述第一光栅包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构。所述第二光栅包括沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构两者具有相同的恒定周期和占空比。至少所述前光栅部分进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构。每一对的波纹结构包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构。所述横向对置的表面结构具有少于所述波导侧壁的高度的光栅深度。
在所述一个或多个第一实施例的进一步，所述波导是包括硅和III-V半导体的混合波导。所述前光栅部分和后光栅部分处于所述混合波导的渐逝区域内。所述前光栅部分按1/4波长函数从所述后光栅部分相移。所述前光栅部分包括沿着所述前光栅长度的第一系列的波纹结构。所述后光栅部分包括沿着所述后光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构两者具有相同的恒定周期和占空比。至少所述前光栅部分还包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构。每一对的波纹结构包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构，其具有与所述波导侧壁相同的高度。所述中心波导部分的宽度在所述前光栅部分和所述后光栅部分之间不同。
在所述一个或多个第一实施例的进一步中，所述波导是包括硅和III-V半导体的混合波导。所述前光栅部分和后光栅部分处于所述混合波导的渐逝区域内。所述后光栅部分按1/4波长函数从所述前光栅部分相移。所述前光栅部分包括沿着所述前光栅长度的第一系列的波纹结构。所述第二光栅部分包括沿着所述后光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构两者具有相同的恒定周期和占空比。所述前光栅部分和后光栅部分中的至少之一还包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构。每一对波纹结构包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构，其具有与所述波导侧壁相同的高度。所述波导的宽度或所述中心波导部分的宽度随着所述前光栅长度而改变。
在一个或多个第二实施例中，一种PIC包括在所述一个或多个第一实施例中的任何所记载的所述不对称激光二极管。所述PIC还包括放置在所述衬底上且通过所述前光栅由所述波导光耦合到所述激光二极管的一个或多个光波分多路复用器(WDM)或光调制器。
在一个或多个第三实施例中，一种电子器件包括：处理器、存储器和光接收器模块芯片，其通信地耦合到所述处理器和所述存储器中的至少之一。所述光接收器模块还包括所述一个或多个第二实施例的PIC。
在一个或多个第四实施例中，一种制造混合硅不对称分布反馈(DFB)激光二极管的方法包括接收具有被放置在电介质材料层上的硅半导体器件层的衬底。所述方法包括将所述器件层图案化到光波导，所述光波导具有沿着所述波导的纵向长度从所述衬底延伸且由所述波导的横向宽度分开的相对侧壁。所述光波导包括第一宽度的第一部分和大于所述第一宽度的第二宽度的第二部分。所述方法包括沿着所述第一波导部分形成第一衍射光栅且沿着所述第二波导部分形成第二衍射光栅，所述第二衍射光栅比所述第一衍射光栅更强。所述方法包括将III-V化合物半导体放置为邻近所述第一光栅和第二光栅并在所述第一光栅和第二光栅之间延伸。
在所述一个或多个第四实施例的进一步中，形成所述第一光栅和第二光栅中的至少之一还包括在所述光栅的一个周期内将一对开口蚀刻到所述器件层，所述一对开口由所述波导的中心区域分开，且各个开口具有少于所述波导侧壁的高度的相同深度。
在所述一个或多个第四实施例的进一步，形成所述第一光栅和第二光栅中的至少之一还包括形成具有比所述第二光栅的光栅强度强至少2倍的光栅强度的所述第一光栅。
在所述一个或多个第四实施例的进一步，形成所述第一光栅和第二光栅还包括在所述波导的50μm-1mm长度上将一系列开口蚀刻到所述器件层。所述一系列开口包括在至少所述第一光栅的一个周期内的各对开口。所述一对开口由在0.4μm和1.1μm之间的所述波导的中心区域分开。
在一个或多个第五实施例中，单片不对称光波导光栅谐振器包括光波导，其带有沿着所述波导的纵向长度从衬底延伸且由所述波导的横向宽度分开的相对侧壁。不对称谐振光栅沿着所述纵向的长度被放置在所述波导中。所述光栅沿着第一光栅长度具有第一光栅强度，以及沿着第二光栅长度的高于所述第一光栅强度的第二光栅强度。沿着第一光栅长度的所述光栅的有效折射率大致等于沿着第二光栅长度的所述光栅的有效折射率。
在所述一个或多个第五实施例的进一步中，所述波导沿着所述第一光栅长度具有第一宽度，所述第一宽度小于沿着所述第二光栅长度的第二宽度。所述不对称光栅还包括在所述第一光栅长度和所述第二光栅长度之间的变迹光栅长度。在所述变迹光栅长度内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度。
在所述一个或多个第五实施例的进一步中，所述波导沿着所述第一光栅长度具有第一宽度，所述第一宽度小于沿着所述第二光栅长度的第二宽度。所述不对称光栅还包括在所述第一光栅长度和所述第二光栅长度之间的变迹光栅长度。在所述变迹光栅部分内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度。所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构两者具有相同的恒定周期和占空比。
在所述一个或多个第五实施例的进一步中，所述波导沿着所述第一光栅长度具有第一宽度，所述第一宽度小于沿着所述第二光栅长度的第二宽度。所述不对称光栅还包括在所述第一光栅长度和所述第二光栅长度之间的变迹光栅长度。在所述变迹光栅长度内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度。所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的多个波纹结构。
在所述一个或多个第五实施例的进一步中，所述波导由第一材料制成。所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构包括第二材料。所述第一系列的波纹结构中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，所述一对波纹结构中的每一个进一步包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构。所述横向对置的表面结构具有少于所述波导侧壁的高度的光栅高度。
在所述一个或多个第五实施例的进一步中，所述波导由第一材料制成。所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构包括第二材料。所述第一系列和第二系列的波纹结构中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，且每一对波纹结构包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构。所述波导的宽度或所述中心波导部分的宽度随波导长度而改变。
在所述一个或多个第五实施例的进一步中，所述波导由第一材料制成。所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构。所述第一系列和第二系列的波纹结构包括第二材料。所述第一系列的波纹结构中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，其中，所述多个波纹结构中的每一个包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构。所述横向对置的表面结构具有少于所述波导侧壁的高度的光栅深度。所述横向对置的表面结构包括跨所述波导宽度的第一部分从所述相对波导侧壁的第一侧壁延伸的第一结构。所述横向对置的表面结构也包括跨所述波导宽度的第二部分从所述相对波导侧壁的第二侧壁延伸的每一结构对中的第二结构。
应明白，本发明的各实施例不限于如此描述的示例性实施例，而是在不偏离所附权利要求的范围的前提下可以与修改和更改一起实践。例如，上面的实施例可以包括各特征的特定组合。然而，上面的实施例不限于此，且在各种实现中，上面的实施例可以包括仅采用这样的特征的一个子集、采用这样的特征的不同顺序、采用这样的特征的不同组合和/或采用不同于明确列出的那些特征的附加特征。因此，应参考所附权利要求以及这样的权利要求所主张的等效物的完整范围确定范围。

Claims (20)

1.一种单片不对称激光二极管，包括：
光波导，其带有沿着所述波导的纵向长度从衬底延伸并由所述波导的横向宽度分开的相对侧壁；
前衍射光栅部分，其沿着前光栅长度被放置在所述波导中；
后衍射光栅部分，其沿着后向光栅长度被放置在所述波导中，其中，所述后光栅部分的强度大于所述前光栅部分的强度，
并且沿着所述前光栅长度的所述波导具有小于沿着所述后光栅长度的第二宽度的第一宽度。
2.如权利要求1所述的不对称激光二极管，进一步包括在所述前光栅部分和后光栅部分之间的变迹光栅部分，其中在所述变迹光栅部分内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度；以及
其中，所述第一宽度小于所述第二宽度的量足以匹配所述波导在所述前光栅和后光栅之间的有效折射率。
3.如权利要求1所述的不对称激光二极管，进一步包括在所述前光栅部分和所述后光栅部分之间的变迹光栅部分，其中在所述变迹光栅部分内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度；且其中：
所述前光栅部分和后光栅部分由光栅缺陷分开；
所述前光栅部分包括沿着所述前光栅长度的第一系列的波纹结构；
所述后光栅部分包括沿着所述后光栅长度的第二系列的波纹结构；以及
所述第一系列和第二系列的波纹结构具有相同的恒定周期和占空比。
4.如权利要求1所述的不对称激光二极管，其特征在于：
所述第一光栅包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构；
所述第二光栅包括沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构；以及
至少所述第一系列的波纹结构进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，且所述光栅的强度是在所述一对波纹结构之间的间距的函数。
5.如权利要求1所述的不对称激光二极管，其特征在于：
所述第一光栅包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构；
所述第二光栅包括沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构；
所述第一系列和第二系列的波纹结构两者具有相同的恒定周期和占空比；以及
至少所述前光栅部分进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，其中：
每一对波纹结构包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构；以及
所述横向对置的表面结构具有少于所述波导侧壁的高度的光栅深度。
6.如权利要求1所述的不对称激光二极管，其特征在于：
所述波导是包括硅和III-V半导体的混合波导；
所述前光栅部分和后光栅部分处于所述混合波导的渐逝区域内；
所述前光栅部分按1/4波长函数从所述后光栅部分相移；
所述前光栅部分包括沿着所述前光栅长度的第一系列的波纹结构；
所述后光栅部分包括沿着所述后光栅长度的第二系列的波纹结构；
所述第一系列和第二系列的波纹结构两者具有相同的恒定周期和占空比；
至少所述前光栅部分进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，其中：
每一对波纹结构包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构；以及
所述中心波导部分的宽度在所述前光栅部分和所述后光栅部分之间不同。
7.如权利要求1所述的不对称激光二极管，
所述波导是包括硅和III-V半导体的混合波导；
所述前光栅部分和后光栅部分处于所述混合波导的渐逝区域内；
所述后光栅部分按1/4波长函数从所述前光栅部分相移；
所述前光栅部分包括沿着所述前光栅长度的第一系列的波纹结构；
所述第二光栅部分包括沿着所述后光栅长度的第二系列的波纹结构；
所述第一系列和第二系列的波纹结构两者具有相同的恒定周期和占空比；
所述前光栅部分和后光栅部分中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，其中：
每一对波纹结构包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构；以及
所述波导的宽度或所述中心波导部分的宽度随着所述前光栅长度而改变。
8.一种PIC，包括：
如权利要求1-7中的任一项所记载的所述不对称激光二极管；以及
一个或多个光波分多路复用器(WDM)或光调制器，其被放置在所述衬底上，且通过所述前光栅由所述波导光耦合到所述激光二极管。
9.一种电子设备，包括：
处理器；
存储器；以及
光接收器模块芯片，其通信地耦合到所述处理器和所述存储器中的至少之一，其中，所述光接收器模块进一步包括如权利要求8所述的PIC。
10.一种制造混合硅不对称分布反馈(DFB)激光二极管的方法，所述方法包括：
接收衬底，其具有被放置在电介质材料层上的硅半导体器件层；
将所述器件层图案化到光波导，所述光波导具有沿着所述波导的纵向长度从所述衬底延伸且由所述波导的横向宽度分开的相对侧壁，所述光波导包括第一宽度的第一部分和大于所述第一宽度的第二宽度的第二部分；
沿着所述第一波导部分形成第一衍射光栅，且沿着所述第二波导部分形成第二衍射光栅，所述第二衍射光栅强于所述第一衍射光栅；以及
将III-V化合物半导体放置为邻近所述第一光栅和第二光栅并在所述第一光栅和第二光栅之间延伸。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，形成所述第一光栅和第二光栅中的至少之一还包括在所述光栅的一个周期内将一对开口蚀刻到所述器件层，所述一对开口由所述波导的中心区域分开，且各个开口具有少于所述波导侧壁的高度的相同深度。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，形成所述第一光栅和第二光栅中的至少之一还包括形成具有比所述第二光栅的光栅强度强至少2倍光栅强度的所述第一光栅。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，形成所述第一光栅和第二光栅进一步包括：
在所述波导的50μm-1mm长度上将一系列开口蚀刻到所述器件层，
所述一系列开口包括在至少所述第一光栅的一个周期内的诸对开口，所述一对开口由在0.4μm和1.1μm之间的所述波导的中心区域分开。
14.一种单片不对称光波导光栅谐振器，包括：
光波导，其带有沿着所述波导的纵向长度从衬底延伸以及由所述波导的横向宽度分开的相对侧壁；以及
不对称谐振光栅，其沿着所述纵向的长度被放置在所述波导中，所述光栅沿着第一光栅长度具有第一光栅强度，以及沿着第二光栅长度的高于所述第一光栅强度的第二光栅强度；
其中，沿着第一光栅长度的所述光栅的有效折射率大致等于沿着第二光栅长度的所述光栅的有效折射率。
15.如权利要求14所述的波导光栅谐振器，其特征在于：
所述波导沿着所述第一光栅长度具有第一宽度，所述第一宽度小于沿着所述第二光栅长度的第二宽度；
所述不对称光栅还包括在所述第一光栅长度和所述第二光栅长度之间的变迹光栅长度；以及
在所述变迹光栅长度内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度。
16.如权利要求14所述的波导光栅谐振器，其特征在于：
所述波导沿着所述第一光栅长度具有第一宽度，所述第一宽度小于沿着所述第二光栅长度的第二宽度；以及
所述不对称光栅还包括在所述第一光栅长度和所述第二光栅长度之间的变迹光栅长度；
在所述变迹光栅部分内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度；
所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构；以及
所述第一系列和第二系列的波纹结构两者具有相同的恒定周期和占空比。
17.如权利要求14所述的波导光栅谐振器，其特征在于：
所述波导沿着所述第一光栅长度具有第一宽度，所述第一宽度小于沿着所述第二光栅长度的第二宽度；以及
所述不对称光栅还包括在所述第一光栅长度和所述第二光栅长度之间的变迹光栅长度；
在所述变迹光栅长度内的波导宽度从所述第一宽度改变成所述第二宽度；
所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构；以及
所述第一系列和第二系列的波纹结构中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的多个波纹结构。
18.如权利要求14所述的波导光栅谐振器，其特征在于：
所述波导由第一材料制成；
所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构；
所述第一系列和第二系列的波纹结构包括第二材料；以及
所述第一系列的波纹结构中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，所述一对波纹结构中的每一个进一步包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构，以及；
所述横向对置的表面结构具有少于所述波导侧壁的高度的光栅高度。
19.如权利要求14所述的波导光栅谐振器，其特征在于：
所述波导由第一材料制成；
所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构；
所述第一系列和第二系列的波纹结构包括第二材料；
所述第一系列和第二系列的波纹结构中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，且每一对的波纹结构包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构；以及
所述波导的宽度或所述中心波导部分的宽度随波导长度而改变。
20.如权利要求14所述的波导光栅谐振器，其特征在于：
所述波导由第一材料制成；
所述不对称光栅还包括沿着所述第一光栅长度的第一系列的波纹结构和沿着所述第二光栅长度的第二系列的波纹结构；
所述第一系列和第二系列的波纹结构包括第二材料；以及
所述第一系列的波纹结构中的至少之一进一步包括在所述光栅的一个周期内的一对波纹结构，其中所述多个波纹结构中的每一个包括由所述波导的中心部分分开的横向对置的表面结构，其中：
所述横向对置的表面结构具有少于所述波导侧壁的高度的光栅深度；以及
所述横向对置的表面结构包括：
跨所述波导宽度的第一部分从所述相对波导侧壁的第一侧壁延伸的第一结构；以及
跨所述波导宽度的第二部分从所述相对波导侧壁的第二侧壁延伸的每一结构对中的第二结构。
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