CN1272885C

CN1272885C - 分布反馈半导体激光器与电吸收调制器集成光源及制法

Info

Publication number: CN1272885C
Application number: CN 03124225
Authority: CN
Inventors: 罗毅; 王健; 孙长征; 熊兵
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: CN1452284A

Abstract

分布反馈半导体激光器与电吸收调制器集成光源及制法，属于光电子器件技术领域领域，其特征在于：所述的DFB激光器采用由周期性排列的有源层材料形成的光栅结构，所述的集成光源的有源层材料采用一次外延生长实现的量子阱结构。本发明还包括上述集成光源的制作工艺，其特征在于：所述的集成光源的有源层可以在一次外延过程中生长完毕，可以通过提高有源层量子阱个数来提高所述的EA调制器的调制速率，并通过刻蚀有源层材料实现所述的DFB激光器中的光栅。本发明综合考虑了DFB激光器和EA调制器性能优化的趋势，同时优化集成光源中两个器件的性能，并且制作工艺简单。在高速光纤通信系统中具有广泛的应用前景。

Description

分布反馈半导体激光器与电吸收调制器集成光源及制法

技术领域

分布反馈半导体激光器与电吸收调制器集成光源及制法属于光电子器件技术领域，尤其是单片光子集成器件技术领域。

背景技术

现代社会正处于信息时代，高效、便捷的信息交流极大地促进了社会的发展和进步。国际互联网(Internet)的出现，使得通信从传统的语音业务向综合的数据业务发展。经过上个世纪90年代的爆炸性扩张以后，Internet正进入一个稳定发展的时期。互联网络的速率与容量保持稳定增长，并且逐渐融合传统的电话网和有线电视网而成为一个统一的信息网络。而光纤通信系统作为信息传送的物理基础，正向着高速化和网络化方向发展。

目前光纤通信系统可以分为干线通信系统、接入网、城域网三个层次。首先，干线光纤通信系统正向高速、大容量、长距离的方向发展，波分复用成为主流。目前干线光纤通信系统可传100路以上不同波长的光信号，传输距离在百公里以上，单路传输速率从2.5Gb/s提高到10Gb/s，并逐步向40Gb/s发展。其次，宽带接入网方兴未艾，综合数字化服务成为未来通信的发展方向。要求在成本尽可能低的条件下，提供足够的带宽，目前光纤接入网的传输速率逐步向2.5Gb/s发展。再次，城域网建设逐步兴起。由于中心城市信息传输密集，要求有尽可能高数据传输速率(10～40Gb/s)，但是由于信息基本在城市内传输，对于传输距离的要求并不高。

在目前的光通信系统中，系统的通信容量主要受限于传输系统的色散、光源的线宽及其啁啾。为提高通信容量，要求光源具有窄线宽、低啁啾的特点。由于这个原因，光通信系统中主要采用具有动态单模特性的分布反馈(DFB)半导体激光器。然而，受注入载流子与光子共振作用(张驰振荡)的限制，直接调制的半导体激光器工作速率难以提高到Gb/s以上；更重要的是，直接调制的半导体激光器会产生频率啁啾，严重影响光信号的传输性能。为了提高光信号调制速率并抑制频率啁啾，人们采用外调制器，即激光器工作于静态，而利用外调制器来调制其输出光，使光信号兼有单模、窄线宽、低啁啾的优点。但是，分立的激光器和调制器存在光耦合损耗大、稳定性差、成本高等缺点，DFB激光器和外调制器的单片集成器件应运而生。

用于进行集成光源制作的外调制器结构主要分为两类：干涉型和电吸收型，分别以基于多量子阱材料电光效应的Mach-Zehdner调制器和利用量子限制Stark效应的多量子阱(MQW)电吸收(EA)调制器为代表。干涉型调制器虽然具有对工作波长不敏感、啁啾可调的特性，但由于存在制作困难、器件尺寸较大等缺点，目前还难以推广使用。而电吸收调制器因为具有驱动电压低、器件尺寸小、啁啾可控、制作工艺简单等优点，已被广泛地应用于单片集成光源。目前，DFB激光器/EA调制器集成光源成为干线光纤通信系统的首选光源，并有望在城域网中获得广泛应用。

随着光纤通信系统的发展和器件制作技术的提高，目前商用的DFB激光器/EA调制器调制速率已经达到10Gb/s，并正向40Gb/s方向发展。如何根据光纤通信系统的发展需要，不断提高DFB激光器/EA调制器集成光源的综合性能，同时降低器件的制作成本，成为目前集成光源的主要发展方向。

由于同时包含了DFB激光器和EA调制器，在集成光源的设计和制作过程中必须兼顾两个器件的性能。对于DFB激光器来说，要求具有较好的半导体激光器特性和单模特性，如低阈值电流、高外量子效率、高边模抑制比、高单模成品率等；对于EA调制器来说，要有非常良好的调制特性，如高调制速率、低驱动电压、高消光比等。

本发明主要提供一种新型的DFB激光器/EA调制器集成光源及制法，其主要优点在于同时对DFB激光器、EA调制器的性能进行优化，而且制作工艺简单。为更好的阐明我们发明的特点和优点，下面对DFB激光器、EA调制器的工作原理以及目前常用的DFB激光器/EA调制器的集成方案进行介绍。

为满足高速长距离传输的需要，目前光纤通信系统要求光源产生的光信号具有动态单模的特征。所谓模式是指在光场在空间稳定存在的分布状态。作为光纤通信的光源，半导体激光器一般存在三个方向的模式分布。沿激光器输出方向形成的驻波模式称为纵模，垂直于有源层方向的模式称为垂直横模，平行于有源层并和输出方向垂直的模式称为水平横模。完全单模就是要求激光器产生的光场无论是纵模、横模都是单一的。所谓动态单模，就是半导体激光器的产生的激光，在高速调制的情况下仍保持完全单模的状态。对于一般的半导体激光器，基横模实现比较容易，主要通过控制激光器有源层的厚度和条宽来实现。而纵模控制就比较困难，需要对激光器谐振腔结构进行特殊的设计。

而分布反馈(DFB)半导体激光器是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，光栅分布在整个谐振腔中，利用光栅的选频特性对纵模进行选择，光波获得增益同时得到反馈。再加上横模结构的限制，从而实现完全单模。由于光栅的选频特性，不同波长的激光的谐振腔损耗差别较大，因此在高速调制的情况下仍能保持完全单模状态，从而实现了动态单模。在DFB激光器中存在两种基本的反馈方式，一种是折射率周期性变化引起的布拉格反射，即折射率耦合(Index-Coupling)，另一种为增益周期性变化引起的分布反馈，即增益耦合(Gain-Coupling)。在端面反射为零的理想情况下，折射率耦合DFB激光器在与布拉格波长相对称的位置上存在两个谐振腔损耗相同且最低的模式，而增益耦合DFB激光器恰好在布拉格波长上存在着一个谐振腔损耗最低的模式。

折射率耦合DFB激光器较早在实验取得成功。在DFB激光器的发展过程中，人们将光栅刻制在有源层附近的透明波导层上，有效地降低DFB激光器的阈值电流，而这种结构属于折射率耦合。由于折射率耦合原理上是双模激射的，人们采用端面镀膜(一个端面镀低反射膜，另一个端面镀高反射膜)、四分之一波长相移区等方法消除模式简并，实现动态单模。但是这些方法存在单模成品率低、工艺复杂等缺点。

而对于增益耦合DFB激光器而言，是不存在模式简并问题的，但是纯粹增益耦合的DFB激光器实现起来比较困难。因为在改变材料增益的同时，折射率也往往发生变化，必须采用特殊的结构来抑制折射率耦合，才能实现纯粹的增益耦合。后来人们发现，即使对于同时含有折射率耦合和增益耦合机理的DFB激光器，其单模成品率和抗反射能力也大为提高，对端面镀膜质量的要求大大降低。

在高速光纤通信系统当中，要求DFB激光器具有较好的动态单模特性。同时，为扩大其应用范围，要求不断降低制作成本，于是增益耦合DFB激光器就成为最佳选择。另外，作为半导体激光器，要求具有较低的阈值和较高的外量子效率，这就需要对有源层结构进行优化。目前的半导体激光器普遍采用多量子阱结构，阱数的设计是一个关键问题。在同样的注入条件下，阱数过少，光限制因子过小，不能产生足够的模式增益；阱数过大，有源层总厚度过大，使得有源区载流子浓度过低，都会增加激光器的阈值电流。因此存在一个对量子阱数优化的问题。目前，InGaAsP半导体激光器有源层的一般采用5～7个量子阱。

由于直接调制的DFB激光器产生严重的频率啁啾，人们采用外调制器结构。目前，光纤通信最常用的是多量子阱电吸收(MQW EA)调制器，其工作原理主要基于量子限制斯塔克效应(QCSE)。EA调制器的外延结构和普通的半导体激光器相同，只不过它工作在反向截止状态。在量子阱限制作用下，受激吸收发生跃迁的电子和空穴容易构成相互耦合的电子-空穴对，称之为激子。激子吸收峰处于材料吸收峰的长波长方向，而且吸收边非常陡峭。当外加电场时，量子阱能带发生倾斜，整个吸收谱线向长波长方向移动，激子吸收峰也发生红移，同时吸收边变缓，这就是QCSE效应。在使用DFB激光器/EA调制器时，要求激光器输入激光的波长应该在该电吸收调制器的吸收峰的长波长方向，在不加外偏压的条件下，EA调制器对光的吸收小，输出光功率强。在外加偏压或电场作用下，EA调制器吸收峰红移，对光的吸收增加，输出光功率变弱。由于EA调制器的工作基本上是通过电场作用完成的，没有载流子与光子的相互作用，因此信号的调制速率不受张弛振荡频率限制，而且频率啁啾较小，具有良好的传输性能。

目前，EA调制器的调制速率主要受限于器件的电容，它主要包括P-I-N结形成的结电容和电极台绝缘层形成的电极电容。降低电极电容，就要求采用介电常数较低的厚绝缘介质，要求尽量减少电极面积。降低结电容，主要通过减少调制器有源区的宽度和长度来实现，但是有源区的宽度过小，激光器和调制器的耦合效率就会降低，长度过短，调制器对光的吸收就会降低，就不能保证一定的消光比。通过增加有源层的量子阱个数，可以提高单位长度的EA调制器的消光比，同时由于P-I-N结中I层厚度的增加，单位长度的结电容也得到降低。为此，在分立的EA调制器的设计和制作中，普遍采用较多的量子阱个数(10个以上)。

以上对分立的DFB激光器、EA调制器的工作原理和性能优化趋势做了一个介绍。而DFB激光器/EA调制器集成光源的是在同一个衬底上生长和制作DFB激光器和EA调制器，人们设计出了各种集成结构与工艺，下面主要介绍目前常用的DFB激光器和EA调制器的集成方案。

目前实现DFB激光器/EA调制器的单片集成方案有多种，根据激光器与调制器的外延材料之间的关系可分为两大类。第一类光源器件中，外延本身得到的激光器材料和调制器外延材料不同，激光器材料的禁带宽度窄，调制器区材料禁带宽度宽，以保证激光器的激射波长处于调制器的吸收峰的长波长方向，选择合适的材料设计和外延工艺方可实现波长匹配。这类集成方法包括分别外延、选择性区域腐蚀、选择性区域外延等技术。另外一类集成方案则是在激光器和调制器部分外延生长同一外延层材料，通过外延以外的手段调整激光器的激射波长(调整DFB激光器的光栅结构)或者调制器的吸收峰(量子阱部分无序技术)以实现波长匹配。

分别外延技术是在激光器和调制器两个部分的有源层材料，通过两次外延工序制作。其制作工艺如下：(a)在衬底上选择区域刻蚀光栅，(b)用MOCVD生长下波导层，有源层及光限制层，形成DFB激光器结构，(c)通过腐蚀去掉调制器部分(无光栅区域)的外延层，(d)用MOCVD再生长上波导层和光限制层以形成调制器结构，(e)腐蚀掉激光器上的外延层，(f)继续生长光限制层及欧姆接触层。

选择性区域腐蚀：在衬底上生长两层隔开的多量子阱，下层用作电吸收调制器，上层用作DFB激光器的有源层，在两层多量子阱上制作光栅；采用选择性腐蚀的方法，腐蚀掉部分区域的光栅以及上层量子阱；腐蚀掉的部分作为调制器部分，未腐蚀的部分作为激光器部分，然后继续生长光限制层和欧姆接触层。激光器部分的下层量子阱对激射光基本上没有吸收，只起到波导的作用。适当选择两层量子阱的能隙，可以实现低插入损耗、高调制深度及低驱动电压。

以上两种集成方案的主要优点是DFB激光器和EA调制器的组分和尺寸的设计参数可以完全独立，以求达到最优效果。其缺点是，工艺比较复杂，激光器和调制器的有源层不能在同一次外延中完成；激光器和调制器之间的耦合效率较低。

选择性区域外延，主要利用MOCVD技术在具有不同隙宽和宽度的介质掩膜上进行外延时，外延材料的生长速度和材料组分会出现一定差别，从而同时形成激光器和调制器不同能隙的有源层。

量子阱部分无序技术，通过一次外延生长激光器和调制器的有源层，通过在调制器部分注入离子或覆盖介质膜量子阱材料表面并进行退火，使调制器量子阱中阱和垒的组分在边界处发生混和，增加了量子阱材料的带隙，从而使EA调制器的吸收边发生蓝移。

同一外延层技术，通过一次外延生长激光器和调制器的有源层，利用光栅的选模特性使DFB激光器的激射波长发生红移。由于半导体材料的带隙会随着注入载流子密度的升高而降低，这将导致材料的增益谱峰随着注入的增加向长波长方向移动，使得在原来低于带隙能量的波长位置出现增益。因此，有可能采用相同的量子阱材料作为激光器部分的有源层与调制器部分的吸收层，并利用光栅的选频作用，使DFB激光器的Bragg波长位于量子阱材料激子吸收峰的长波长方向，从而实现集成器件的波长匹配。

以上三种方法可以的优点是：只用一次外延即可同时形成激光器和调制器有源层，制作工艺相对简单，但也有各自的不足。选择性区域外延技术需要对介质掩膜厚度、隙宽和宽度进行控制；量子阱部分无序技术在退火过程中会降低量子阱的性能，且工艺可重复性差；而同一外延层结构，利用光栅使DFB激光器波长红移，由于激射波长偏离于有源层的增益谱峰，其阈值电流会有所升高。

通过以上介绍，我们发现在以往的集成光源及制法存在以下问题：要么制作工艺复杂，要么不能对激光器和调制器之间实现独立优化。对于前者来说，器件制作成本难以降低，而后者则难以实现高性能光源的要求。

发明内容

本发明提供了一种新型的分布反馈半导体激光器与电吸收调制器集成光源的结构与工艺。

本发明的集成光源中包括DFB激光器和EA调制器，其特征在于：所述的DFB激光器的光栅是采用由周期性排列的有源层材料形成的光栅结构，而且所述的集成光源的有源层材料采用同一次外延生长而成的量子阱结构。所述的有源层材料可以采用选择性区域外延技术、同一外延层技术、量子阱部分无序形成的量子阱结构。所述的有源区材料是对应于1260nm～1600nm，700nm～1000nm的输出波长。所述DFB激光器光栅中包括的量子阱个数在1到N的范围内，其中N为外延生长的集成光源有源层的量子阱个数。所述的DFB激光器输出波长范围为1260nm～1600nm，700nm～1000nm。所述的EA调制器端面上有一层使端面反射率的范围在10^-8到10％的介质膜。所述的DFB激光器端面上有一层使端面反射率的范围在10％到99.99％的介质膜。

本发明还包括了一种制作上述集成光源的制作工艺，其特征在于：所述的集成光源的有源层可以在一次外延过程中生长完毕，可以通过提高有源层量子阱个数来提高所述的EA调制器的调制速率，并通过刻蚀有源层材料实现所述的DFB激光器中的光栅。

本发明的优势在于：一、综合考虑了DFB激光器和EA调制器性能优化的趋势，同时优化集成光源中两个器件的性能。对于DFB激光器来说，由于折射率耦合DFB激光器对端面镀膜和光栅制作要求较高，工艺相对复杂；本发明通过直接刻蚀有源层制作有源光栅，可以产生较强的增益耦合系数，并且可以保持合适的量子阱个数，从而实现较低的阈值电流。而对于EA调制器来说，可以通过提高有源层外延生长的量子阱个数，增强了对光场的吸收，在降低调制器长度条件下也能保持一定的消光比；同时由于P-I-N结中I层厚度的增加，单位长度的结电容也得到一定程度的降低。这样就大大降低了调制器的结电容，有利于进一步提高集成器件的调制速率。二、DFB激光器和EA调制器的有源层结构可以通过一次外延来完成，制作工艺比较简单，大大降低生产成本。三、本发明提出的结构和工艺可采用不同材料系的DFB激光器/EA调制器的集成光源，从而可以应用于光纤通信的各个领域。输出波长在850nm波段的半导体激光器光源是光纤通信用的早期光源，波长在1300nm波段的半导体激光器光源在标准单模光纤中具有零色散，广泛用于局域网和接入网，而波长为1550nm半导体激光器光源在标准单模光纤中损耗最低，广泛用于长途干线光通信系统。而本发明可以采用GaAs/GaAlAs(输出波长700～1000nm)，InGaAsP(输出波长1260～1600nm)，InGaAlAs(输出波长1260～1600nm)等多种材料，因此在光纤通信中具有广泛应用。

通过有源光栅制作分立的增益耦合DFB激光器，通过提高量子阱个数来提高分立的EA调制的调制速率，这两种方法早有实验上的报道，但是迄今为止没有人将它们用于DFB激光器/EA调制器集成光源的制作。本发明的主要创新之处在于将两者有机的结合起来，将其用于DFB激光器/EA调制器集成光源的制作。并且采用一次外延的方法制作有源层材料，大大简化工艺。

附图说明

图1.集成光源外延结构示意图(以InP为衬底)

图2.集成光源外延结构示意图(以GaAs为衬底)

具体实施方式

下面介绍三个本发明装置的实施例，分别是基于选择性区域外延结构的DFB激光器/EA调制器集成激光器装置，基于同一外延层结构的DFB激光器/EA调制器集成激光器装置和基于量子阱部分无序技术的DFB激光器/EA调制器集成激光器装置：

实施例1：

本实施例介绍一个基于选择性区域外延结构的工作波长为1550nm的InGaAsP DFB激光器/EA调制器集成激光器装置。

该器件的外延材料结构情况如附图1所示，其中：

(1)N电极，(2)衬底，(3)缓冲层，(5)下波导层，(6)多量子阱有源层，(7)光栅，(8)上波导层，(9)填平光栅材料，(10)腐蚀停止层，(11)上限制层，(12)欧姆接触层，(13)p电极，(14)DFB激光器部分，(15)电极隔离部分，(16)EA调制器部分。调制器和激光器共用一个高掺杂的n型InP衬底材料。先在衬底上生长n型InP缓冲层(厚度160nm、掺杂浓度约1×10¹⁸cm^-3)、非掺杂晶格匹配InGaAsP下波导层(厚度80nm，光荧光波长1150nm)。然后制作一层200nm厚的SiO₂掩膜，固定掩模的间隙宽度，只改变两侧掩模宽度：激光器部分较宽，调制器区部分较窄。然后生长DFB激光器/EA调制器的有源层，其中激光器部分量子阱结构为：10对量子阱，阱宽8nm，0.5％压应变，光荧光波长1550nm，垒宽10nm，晶格匹配材料，光荧光波长1200nm；调制器部分量子阱结构为：10对量子阱：阱宽7nm，0.4％压应变，光荧光波长1510nm，垒宽9nm，晶格匹配材料，光荧光波长1150nm。再生长非掺杂型晶格匹配InGaAsP上波导层(厚度100nm，光荧光波长1150nm)。然后对激光器部分，通过全息曝光和湿法腐蚀的方法腐蚀掉5个量子阱形成增益光栅。在光栅制作完毕以后，继续用MOCVD进行外延，依次生长p型Inp限制层(厚度1700nm，掺杂浓度从3×10¹⁷cm^-3渐变到为1×10¹⁸cm^-3)和的p型InGaAs欧姆接触层(厚度100nm，掺杂浓度约1×10¹⁹cm^-3)。

激光器长400μm，采用低脊波导结构，脊宽为2μm，深约1.5μm。调制器长100μm，采用高脊波导结构，脊宽为2μm，深约4μm。为了提高调制器调制速率，在调制器电极台下加有约4μm厚的聚酰亚胺绝缘层。在激光器和调制器表面采用300nm厚的SiO₂绝缘层，将脊上的SiO₂去掉。通过质子注入实现激光器和调制器的电隔离。调制器电极面积约10⁴μm²。在调制器端面镀反射率为10^-8到10％的抗反射介质膜，在激光器端面镀反射率为10％到99.99％的高反射介质膜。

本实施例的特征参数为：激光器阈值电流典型值为20mA，调制器端输出斜效率平均为10％，边模抑制比达到40dB。调制器消光比达到10dB，管芯小信号调制带宽达到32GHz，可用于40Gb/s长途干线光纤传输系统。

实施例2：

本实施例介绍一个基于同一外延层结构的工作波长为1310nm的InGaAlAs DFB激光器/EA调制器集成激光器装置。

激光器和调制器共用一个高掺杂的n型InP衬底材料。在第一次外延过程中先在n⁺-InP衬底上采用MOCVD依次生长n-InP缓冲层(厚度500nm、掺杂浓度约1×10¹⁸cm^-3)，非掺杂晶格匹配InGaAsP下波导层(厚度100nm，光荧光波长1050nm)，非掺杂应变InGaAlAs多量子阱有源层(10周期，1％压应变阱，厚度6nm；晶格匹配垒，厚度10nm，光荧光波长1270nm)，非掺杂型晶格匹配InGaAsP上波导层(厚度150nm，光荧光波长1050nm)。然后对激光器部分，通过全息曝光和干法刻蚀的方法刻蚀掉5个量子阱形成增益光栅。在光栅制作完毕以后，继续用MOCVD进行外延，依次生长p-InP上限制层I(厚度200nm，掺杂浓度约1×10¹⁷cm^-3)、InGaAsP脊波导腐蚀停止层(厚度20nm)、p-InP上限制层II(厚度1.7～1.8μm，掺杂浓度约8×10¹⁷cm^-3)和p⁺-InGaAs欧姆接触层(厚度300nm，掺杂浓度约1×10¹⁹cm^-3)，其中p-InP上限制层I用以长平光栅。

激光器长400μm，采用低脊波导结构，脊宽为2μm，深约1.5μm。调制器长100μm，采用高脊波导结构，脊宽为2μm，深约4μm。为了提高调制器调制速率，在调制器电极台下加有约4μm厚聚酰亚胺绝缘层。在激光器和调制器表面采用300nm厚的SiO₂绝缘层，将脊上的SiO₂去掉，使金属电极与脊波导的欧姆接触层连接。通过质子注入实现激光器和调制器的电隔离。调制器电极面积约10⁴μm²。在调制器端面镀反射率为10^-8到10％的抗反射介质膜，在激光器端面镀反射率为10％到99.99％的高反射介质膜。

本实施例的特征参数为：激光器阈值电流典型值为15mA，调制器端输出斜效率平均为10％，边模抑制比达到40dB。调制器消光比达到10dB，管芯小信号调制带宽达到32GHz，可用于40Gb/s速率城域网传输系统。

实施例3：

本实施例介绍一个基于量子阱部分无序技术的工作波长850nm的GaAs/GaAlAs DFB激光器/EA调制器集成激光器装置。

该器件的外延材料结构情况如附图2所示，其中：(1)N电极，(2)衬底，(3)缓冲层，(4)下限制层，(5)下波导层，(6)多量子阱有源层，(7)光栅，(8)上波导层，(11)上限制层，(12)欧姆接触层，(13)p电极，(14)DFB激光器部分，(15)电极隔离部分，(16)EA调制器部分。激光器和调制器共用一个高掺杂的n型GaAs衬底材料。在第一次外延过程中先在n⁺-GaAs衬底上用MOCVD依次生长n-GaAs缓冲层(厚度500nm，掺杂浓度约1×10¹⁸cm^-3)，非掺杂晶格匹配Ga_1-xAl_xAs下限制层(厚度1000nm，x＝0.45，掺杂浓度约5×10¹⁷cm^-3)，非掺杂晶格匹配Ga_1-xAl_xAs下波导层(厚度150nm，x＝0.06)，非掺杂应变GaAs/Ga_1-xAl_xAs多量子阱有源层(10周期，GaAs量子阱，厚度10nm；Ga_1-xAl_xAs垒，厚度10nm，x＝0.06)，非掺杂晶格匹配Ga_1-xAl_xAs上波导层(厚度150nm，x＝0.06)。然后对调制器部分，覆盖SiO₂介质膜进行快速热退火；对激光器部分，通过全息曝光，采用干法刻蚀的方法刻蚀掉5个量子阱形成增益光栅。在光栅制作完毕以后，继续用MOCVD进行外延，生长p-Ga_1-xAl_xAs上限制层(厚度1000nm，x＝0.45，掺杂浓度约5×10¹⁷cm^-3)和p⁺-GaAs欧姆接触层(厚度300nm，掺杂浓度约1×10¹⁹cm^-3)。

激光器长400μm，采用低脊波导结构，脊宽为2μm，深约1.5μm。调制器长100μm采用高脊波导结构，调制器脊宽为2μm，深约4μm。为了提高调制器速度，在调制器电极台下加有约4μm厚聚酰亚胺绝缘层。在激光器和调制器表面采用300nm厚的SiO₂绝缘层，将脊上的SiO₂去掉，使金属电极与脊波导的欧姆接触层连接。通过质子注入实现激光器和调制器的电隔离。调制器电极面积约10⁴μm²。在调制器端面镀抗反射介质膜，镀膜后反射率约1％。

本实施例的特征参数为：激光器阈值电流典型值为20mA，调制器端输出斜效率平均为10％，边模抑制比达到40dB。调制器消光比达到10dB，管芯小信号调制带宽达到32GHz，可用于40Gb/s速率信息传输用途。

Claims

1.一种分布反馈半导体激光器与电吸收调制器的集成光源，在该分布反馈半导体激光器中有光栅结构，其特征在于：所述的分布反馈半导体激光器的光栅是采用由周期性排列的有源层材料形成的光栅结构，而且所述的集成光源的有源层材料采用同一次外延生长而成的量子阱结构。

2.根据权利要求1所述的集成光源，其特征在于：所述的有源层材料采用选择性区域外延技术形成的量子阱结构。

3.根据权利要求1所述的集成光源，其特征在于：所述的有源层材料采用同一外延层技术形成的量子阱结构。

4.根据权利要求1所述的集成光源，其特征在于：所述的有源层材料采用量子阱部分无序技术形成的量子阱结构。

5.根据权利要求1～4中任何一项权利要求所述的集成光源，其特征在于：所述的有源层材料是对应于1260nm～1600nm的输出波长的。

6.根据权利要求1～4中任何一项权利要求所述的集成光源，其特征在于：所述的有源层材料是对应于700nm～1000nm的输出波长的。

7.根据权利要求1所述的集成光源，其特征在于：所述分布反馈半导体激光器光栅中包括的量子阱个数在1到N的范围内，其中N为外延生长的集成光源有源层的量子阱个数。

8.根据权利要求5或7中任何一项所述的集成光源，其特征在于：输出波长范围为1260nm～1600nm。

9.根据权利要求4或6或7中任何一项所述的集成光源，其特征在于：输出波长范围为700nm～1000nm。

10.根据权利要求1所述的集成光源，其特征在于：所述的电吸收调制器端面上有一层使端面反射率的范围在10-8到10％的介质膜。

11.根据权利要求1所述的集成光源，其特征在于：所述的分布反馈半导体激光器端面上有一层使端面反射率的范围在10％到99.99％的介质膜。

12.根据权利要求1所述的集成光源的制作方法，其特征在于：所述的集成光源的有源层在一次外延过程中生长完毕，通过提高有源层量子阱个数来提高所述的电吸收调制器的调制速率，并通过刻蚀有源层材料实现所述的分布反馈半导体激光器中的光栅。