專利名稱：可實現(xiàn)模式間距為100GHz的雙模激射半導體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬 于半導體光電子技術(shù)領(lǐng)域，是一種可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，通訊網(wǎng)中交換系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，運行速率越來越高，未來的大型交換系統(tǒng)將需要處理總量達幾百Tbit/s的信息，這使得傳統(tǒng)的基于電子信號處理技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，由于“電子瓶頸”的限制，而逐漸顯得難以應(yīng)付，于是，基于全光信號處理技術(shù)的采用全光交換和全光路由選擇的全光網(wǎng)絡(luò)，將是未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。從光數(shù)據(jù)中同步地提取光時鐘信號的過程就叫做光時鐘提取，也稱為光時鐘恢復。光時鐘恢復技術(shù)不僅是光信號再定位的關(guān)鍵步驟之一，而且對于光數(shù)字通信系統(tǒng)有著很重要的作用，它為系統(tǒng)的正常運作提供了準確可靠的基準時鐘。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，進行信號處理必須要有一個準確的時鐘信號作為時間基準，它必須在相位和頻率上與數(shù)據(jù)信號是一致的。而對于異步網(wǎng)絡(luò)而言，時鐘信號只能是從接收的數(shù)據(jù)信號中來獲得。在全光網(wǎng)絡(luò)中要進行諸如全光3R(放大、整形、定時)，復用/解復用，全光交換，同步等在光域的信號處理的都是光的時鐘信號。當前光通信網(wǎng)絡(luò)中采用的時鐘恢復技術(shù)都是基于光/電/光的方式來實現(xiàn)的，這些技術(shù)方案的基本思路就是先將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過鎖相環(huán)、壓控振蕩器等電域成熟的技術(shù)對電數(shù)據(jù)信號中的時鐘進行提取和恢復，最后再將恢復后的電時鐘信號調(diào)制到光域，得到光時鐘信號。由于電域上的時鐘恢復技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，所以這些技術(shù)方案實現(xiàn)起來比較簡單。但隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其單信道傳輸速率正在從原來的622Mbit/s，2. 5Gbit/s逐漸向10Gbit/s、40Gbit/s、100Gbit/s提升,在這樣高的比特率下，由于電子器件本身的物理限制，傳統(tǒng)的以光/電/光方式為基礎(chǔ)的時鐘恢復技術(shù)將很難實現(xiàn)。因此必須發(fā)展全光時鐘恢復技術(shù)。全光時鐘恢復技術(shù)不僅是解決高速率光通信系統(tǒng)時鐘恢復的有效方法，而且，它也是將來實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)技術(shù)。目前，應(yīng)用于40Gbit/s光信號時鐘恢復的方案已經(jīng)有不少報道，其中包括光纖鎖模激光器、鎖模激光器、自脈動半導體激光器等方案。然而對于lOOGbit/s的光信號時鐘恢復，相關(guān)的研究報道還比較少，對于光纖鎖模激光器，其理論上可以工作在lOOGbit/s的系統(tǒng)中，然而該方案受結(jié)構(gòu)、體積所限，不易集成；而對于鎖模半導體激光器，由于其結(jié)構(gòu)復雜，腔長需精確控制等，其研究也存在困難。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種可實現(xiàn)模式間距為100GHz的雙模激射半導體激光器，以實現(xiàn)雙模激射和雙模頻差的調(diào)諧。( 二 )技術(shù)方案
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，包括一襯底；一 n-InP緩沖層，該n-InP緩沖層制作在襯底上；一 InGaAsP下限制層，該InGaAsP下限制層制作在該n_InP緩沖層上；一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在該InGaAsP下限制層上；一 InGaAsP上限制層，該InGaAsP上限制層制作在該多量子講有源層上，其表面形成有布拉格光柵結(jié)構(gòu)，該布拉格光柵結(jié)構(gòu)制作于光柵區(qū)；一 P-InP層，該p-InP層制作在該InGaAsP上限制層上；一 p-InGaAsP刻蝕阻止層,該p-InGaAsP刻蝕阻止層制作在該P-InP層上；一上p-InP蓋層，該上p-InP蓋層制作在該p-InGaAsP刻蝕阻止層上；一 p-InGaAs歐姆接觸層,該p-InGaAs歐姆接觸層制作在該上p_InP蓋層上,在該P-InGaAs歐姆接觸層上形成有隔離溝，該隔離溝將該p-InGaAs歐姆接觸層分為四段；以及分別形成在四段P-InGaAs歐姆接觸層上的金屬電極層；其中，該p-InGaAs歐姆接觸層分成的四段分別對應(yīng)于該雙模激射半導體激光器的的四段結(jié)構(gòu)前增益區(qū)、相區(qū)、光柵區(qū)和后 放大區(qū)。上述方案中，所述前增益區(qū)和所述后放大區(qū)稱為有源區(qū)，所述相區(qū)和所述光柵區(qū)稱為無源區(qū)，無源區(qū)與有源區(qū)的帶隙波長相比，藍移量為90nm，從而降低波導吸收損耗。上述方案中，所述隔離溝是通過He離子注入的方式成為高阻區(qū)，從而實現(xiàn)各電極之間的電隔離。上述方案中，所述隔離溝將器件分為四段結(jié)構(gòu)，所述隔離溝長度為30至50 ym，每段結(jié)構(gòu)中金屬電極層長度分別等于各段結(jié)構(gòu)的長度。上述方案中，所述前增益區(qū)的長度占總長度的30%至40%，所述相區(qū)的長度占總長度的10%至20%，所述DBR光柵區(qū)的長度占總長度的20%至30%，所述后放大區(qū)的長度占總長度的20%至30%。上述方案中，通過調(diào)節(jié)前增益區(qū)和后放大區(qū)的注入電流大小，能夠獲得激光器的雙模激射；通過調(diào)節(jié)DBR光柵區(qū)注入電流大小，能夠調(diào)節(jié)激射雙模強度差。上述方案中，該雙模激射半導體激光器雙模的頻率間隔由前增益區(qū)、相區(qū)、光柵區(qū)三段的總長度決定，頻率間隔差與器件此三段總長度對應(yīng)成反比例關(guān)系。(三)有益效果本發(fā)明提供的可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，可以獲得波長差為0. 8nm的雙模間距，以應(yīng)用于lOOGbit/s光信號的時鐘恢復系統(tǒng)；具有兩個激射模式的強度大致相同，模式頻率間隔可以調(diào)諧，器件結(jié)構(gòu)緊湊，制作工藝簡單等優(yōu)點。


為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，結(jié)合以下附圖，對本發(fā)明作一詳細的描述，其中圖I是本發(fā)明實施例可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器的縱向切面結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實施例可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器的俯視電極圖；圖3是本發(fā)明實施例可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器的器件整體結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。請參閱圖1、2、3所示的實施例，本發(fā)明實施例提供的可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，包括一襯底I，該襯底為n型InP襯底；一 n-InP緩沖層2，該緩沖層2制作在襯底I上；一 InGaAsP下限制層3，該InGaAsP下限制層3制作在n_InP緩沖層2上，其厚度約為120nm,材料帶隙波長為I. 3微米；
一多量子阱有源層4，該多量子阱有源層4制作在InGaAsP下限制層3上，該多量子阱有源層4為五個量子阱結(jié)構(gòu)，帶隙波長為I. 55微米；一 InGaAsP上限制層5，該InGaAsP上限制層5制作在多量子阱有源層4上，厚度約為120nm，材料帶隙波長為I. 3微米；位于光柵區(qū)的InGaAsP上限制層5，其表面刻有布拉格光柵；一 p-InP層6,該p-InP層6制作在InGaAsP上限制層5上,該p_InP層6厚度約為 120nm ；一 p-InGaAsP刻蝕阻止層7，該p-InGaAsP刻蝕阻止層I制作在p_InP層6上，厚度約為30nm，用作脊行條刻蝕時的刻蝕停止層；一上p-InP蓋層8，該上p-InP蓋層制作在p-InGaAsP刻蝕阻止層7上，厚度約為I. 8微米；一 p-InGaAs歐姆接觸層9，該p-InGaAs歐姆接觸層9制作在上p_InP蓋層8上，厚度約為200nm，在p-InGaAs歐姆接觸層9上形成有隔離溝，該隔離溝中通過注入氦離子，將p-InGaAs歐姆接觸層9分為四段，以實現(xiàn)各電極之間的電隔離；以及分別形成在四段P-InGaAs歐姆接觸層上的金屬電極層10，11，12，13，該金屬電極層為Ti/Au，制作在分為四段的p-InGaAs接觸層9的上表面；其中，該p-InGaAs歐姆接觸層分成的四段分別對應(yīng)于該雙模激射半導體激光器的的四段結(jié)構(gòu)前增益區(qū)14、相區(qū)15、光柵區(qū)16和后放大區(qū)17。其中所述的前增益區(qū)14和后放大區(qū)17稱為有源區(qū)，相區(qū)15和光柵區(qū)16稱為無源區(qū)，其中無源區(qū)和有源區(qū)的帶隙波長相比，藍移量為90nm左右，從而降低波導吸收損耗。此實施例中，該波長藍移為通過量子阱混雜工藝實現(xiàn)。其中，通過He離子注入使隔離溝成為高阻區(qū)，從而實現(xiàn)各電極之間的電隔離；將器件分為四段結(jié)構(gòu)的隔離溝，其長度都為50 ym;各區(qū)的金屬電極層長度分別等于各區(qū)的長度。該雙模激射半導體激光器雙模的頻率間隔由前增益區(qū)、相區(qū)、光柵區(qū)三段的總長度決定，頻率間隔差與器件此三段總長度對應(yīng)成反比例關(guān)系。在此實施例中，前增益區(qū)的長度約占總長度的26% ;相區(qū)約占總長度的14% ;光柵區(qū)約占總長度的21% ;后放大區(qū)約占總長度的20%。在此實施例中，通過調(diào)節(jié)前增益區(qū)14和后放大區(qū)17的注入電流大小，可以獲得激光器的雙模激射。通過調(diào)節(jié)DBR光柵區(qū)注入電流大小，能夠調(diào)節(jié)激射雙模強度差。雙模的頻率間隔由器件長度決定，頻率間隔差與器件長度對應(yīng)成反比例關(guān)系。在一定范圍內(nèi)，可以通過選擇器件長度來調(diào)節(jié)雙模的頻率間隔。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，其特征在于，包括 ー襯底； 一 n-InP緩沖層，該n-InP緩沖層制作在襯底上； 一 InGaAsP下限制層，該InGaAsP下限制層制作在該n_InP緩沖層上； 一多量子阱有源層，該多量子阱有源層制作在該InGaAsP下限制層上； 一 InGaAsP上限制層，該InGaAsP上限制層制作在該多量子阱有源層上，其表面形成有布拉格光柵結(jié)構(gòu)，該布拉格光柵結(jié)構(gòu)制作于光柵區(qū)； 一 p-InP層，該p-InP層制作在該InGaAsP上限制層上； 一 p-InGaAsP刻蝕阻止層，該p-InGaAsP刻蝕阻止層制作在該p-InP層上； 一上P-InP蓋層，該上p-InP蓋層制作在該p-InGaAsP刻蝕阻止層上； 一 p-InGaAs歐姆接觸層，該p-InGaAs歐姆接觸層制作在該上p_InP蓋層上，在該P-InGaAs歐姆接觸層上形成有隔離溝，該隔離溝將該p-InGaAs歐姆接觸層分為四段；以及分別形成在四段P-InGaAs歐姆接觸層上的金屬電極層； 其中，該P-InGaAs歐姆接觸層分成的四段分別對應(yīng)于該雙模激射半導體激光器的的四段結(jié)構(gòu)前増益區(qū)、相區(qū)、光柵區(qū)和后放大區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，其特征在于，所述前增益區(qū)和所述后放大區(qū)稱為有源區(qū)，所述相區(qū)和所述光柵區(qū)稱為無源區(qū)，無源區(qū)與有源區(qū)的帶隙波長相比，藍移量為90nm，從而降低波導吸收損耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，其特征在于，所述隔離溝是通過He離子注入的方式成為高阻區(qū)，從而實現(xiàn)各電極之間的電隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，其特征在于，所述隔離溝將器件分為四段結(jié)構(gòu)，所述隔離溝長度為30至50 μ m,每段結(jié)構(gòu)中金屬電極層長度分別等于各段結(jié)構(gòu)的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，其特征在于，所述前增益區(qū)的長度占總長度的30 %至40 %，所述相區(qū)的長度占總長度的10 %至20%，所述DBR光柵區(qū)的長度占總長度的20%至30%，所述后放大區(qū)的長度占總長度的.20%至 30%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，其特征在于，通過調(diào)節(jié)前増益區(qū)和后放大區(qū)的注入電流大小，能夠獲得激光器的雙模激射；通過調(diào)節(jié)DBR光柵區(qū)注入電流大小，能夠調(diào)節(jié)激射雙模強度差。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可實現(xiàn)模式間距為IOOGHz的雙模激射半導體激光器，其特征在于，該雙模激射半導體激光器雙模的頻率間隔由前増益區(qū)、相區(qū)、光柵區(qū)三段的總長度決定，頻率間隔差與器件此三段總長度對應(yīng)成反比例關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可實現(xiàn)模式間距為100GHz的雙模激射半導體激光器，包括一襯底；一n-InP緩沖層；一InGaAsP下限制層；一多量子阱有源層；一InGaAsP上限制層，其表面形成有布拉格光柵結(jié)構(gòu)，該布拉格光柵結(jié)構(gòu)制作于光柵區(qū)；一p-InP層；一p-InGaAsP刻蝕阻止層；一上p-InP蓋層；一p-InGaAs歐姆接觸層，在該p-InGaAs歐姆接觸層上形成有隔離溝，該隔離溝將該p-InGaAs歐姆接觸層分為四段；以及分別形成在四段p-InGaAs歐姆接觸層上的金屬電極層；其中，該p-InGaAs歐姆接觸層分成的四段分別對應(yīng)于該雙模激射半導體激光器的的四段結(jié)構(gòu)前增益區(qū)、相區(qū)、光柵區(qū)和后放大區(qū)。
文檔編號H01S5/343GK102684071SQ201210155449
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者余力強, 吉晨, 朱洪亮, 潘教青, 王圩, 趙玲娟, 陸丹 申請人:中國科學院半導體研究所