專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信領(lǐng)域的光電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于全光時(shí)鐘
恢復(fù)的集成光電子器件。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，可用于光數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。它通過(guò)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)中來(lái)同步地提取光時(shí)鐘信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為光時(shí)鐘恢復(fù)。提取出來(lái)的光時(shí)鐘信號(hào)可以作為后續(xù)進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)的時(shí)間基準(zhǔn)，從而用于光3R再生、復(fù)用/解復(fù)用、光交換等信號(hào)處理過(guò)程。 目前光通信網(wǎng)絡(luò)中比較成熟的光時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)是基于光_電_光的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，先將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后利用鎖相環(huán)、壓控振蕩器等電子學(xué)常規(guī)方法從電信號(hào)中進(jìn)行時(shí)鐘信號(hào)的提取，然后再將電時(shí)鐘信號(hào)調(diào)制到光波上，最終得到光時(shí)鐘。然而隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，單信道的傳輸速率正在由10Gb/s向40Gb/s發(fā)展。如此高的比特率已經(jīng)接近了電子器件本身的物理極限，通過(guò)光_電_光的過(guò)程來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘提取會(huì)變得十分困難。于是，基于光-光的過(guò)程來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘提取的技術(shù)，也就是全光時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)在近年來(lái)得到了廣泛的研究和發(fā)展。 在眾多全光時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)中，兩段式分布耦合(Two-SectionDistributedFeedback，TS-DFB)半導(dǎo)體激光器是一個(gè)相對(duì)比較簡(jiǎn)單的方案。TS-DFB激光器由兩個(gè)DFB激光器組成。這兩個(gè)DFB激光器的波導(dǎo)有效折射率或光柵的布拉格波長(zhǎng)存在一定差異，因此兩個(gè)DFB激光器的激射波長(zhǎng)存在一定差異，從而激發(fā)出兩個(gè)模式。這兩個(gè)模式再拍頻就可以形成TS-DFB激光器的自脈動(dòng)。 當(dāng)波長(zhǎng)和強(qiáng)度滿(mǎn)足一定條件的光信號(hào)注入到上述TS-DFB激光器中時(shí)，輸出脈沖的頻率和相位將被鎖定到輸入光信號(hào)的時(shí)鐘上，從而實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)。這種全光時(shí)鐘恢復(fù)有兩種模式非相干模式和相干模式，其原理如圖1所示。 在非相干模式中，輸入的光信號(hào)的波長(zhǎng)和TS-DFB激光器的本征波長(zhǎng)存在一定間隔， 一般大于lnm。這樣的光信號(hào)注入到TS-DFB激光器后，會(huì)對(duì)第一 DFB激光器段的載流子進(jìn)行密度調(diào)制。這樣，第一 DFB激光器段的激射模式1兩邊將產(chǎn)生兩個(gè)邊帶3，它們與激射模式1的頻率間隔等于光信號(hào)的時(shí)鐘頻率。如果其中一個(gè)邊帶具有足夠大的功率，并且波長(zhǎng)與第二 DFB激光器段的激射模式2足夠接近，那么第二 DFB激光器段就會(huì)被這個(gè)邊帶鎖定。這樣，TS-DFB激光器的兩個(gè)激射模式的拍頻頻率就正好是輸入光信號(hào)的時(shí)鐘頻率，從而實(shí)現(xiàn)了全光時(shí)鐘恢復(fù)。這種模式是通過(guò)注入光信號(hào)對(duì)激光器載流子的密度進(jìn)行調(diào)制而實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)注入光信號(hào)的波長(zhǎng)和偏振狀態(tài)是不敏感的，但是注入光的功率往往要求較大，從而有利于實(shí)現(xiàn)載流子密度調(diào)制。 在相干模式中，輸入光信號(hào)的載波波長(zhǎng)4與TS-DFB激光器的一個(gè)激射波長(zhǎng)1非常接近，使得注入光信號(hào)中由時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的兩個(gè)相干的模式分別鎖定住TS-DFB激光器的兩個(gè)激射模式，從而得到和輸入光信號(hào)時(shí)鐘同頻同相的輸出脈沖。相干模式對(duì)輸入光信號(hào)
4的波長(zhǎng)、偏振要求較高，但是需要的注入功率相對(duì)非相干模式來(lái)說(shuō)要小一些。
對(duì)于TS-DFB來(lái)說(shuō)， 一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)就是使得其兩個(gè)DFB激光器的激射波長(zhǎng)存在一定間隔，目前常用的做法包括利用電子束曝光的方法使兩個(gè)DFB激光器的光柵周期不一樣；或者設(shè)法使兩個(gè)DFB激光器的波導(dǎo)有效折射率存在差別，例如兩個(gè)DFB激光器的脊波導(dǎo)寬度存在ym量級(jí)的差別，從而影響其有效折射率。這些做法在工藝上無(wú)論是成本還是難度都較大，影響其實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器。該器件集成了至少兩個(gè)單獨(dú)的DFB段。由于DFB激光器的激射波長(zhǎng)與光柵周期相關(guān)，因此可通過(guò)這兩個(gè)DFB激光器的波導(dǎo)之間存在一定夾角，造成它們光柵的有效布拉格波長(zhǎng)存在一定差異，從而實(shí)現(xiàn)激射波長(zhǎng)的差異(量級(jí)0. Olnm)。這樣，就可以利用非相干模式或相干模式實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為所述激光器是一種在同一芯片上集成了至少兩個(gè)分布反饋半導(dǎo)體激光器的集成光電子器件，其結(jié)構(gòu)為依次外延生長(zhǎng)在N型襯底上的如下外延層下包層、下波導(dǎo)層、多量子阱有源層、光柵層、上波導(dǎo)層、上包層、歐姆接觸層，在所述N型襯底上鍍有N電極，在所述歐姆接觸層上鍍有P電極；其中，在生長(zhǎng)過(guò)程中，在所述光柵層上制作出周期均勻的光柵結(jié)構(gòu)。該器件在所述上包層上制作脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)用Si02絕緣層來(lái)覆蓋或填平，脊頂上的Si02絕緣層被腐蝕。在所述兩個(gè)分布反饋激光器之間有一個(gè)電隔離區(qū)，在該電隔離區(qū)沒(méi)有所述P電極和所述歐姆接觸層。
所述電隔離區(qū)的波導(dǎo)存在一個(gè)彎曲角，該彎曲角可以使得所述第一DFB激光器段和第二DFB激光器段的激射光頻率差為20 200GHz。設(shè)光柵區(qū)域的周期為A。，兩個(gè)DFB激光器波導(dǎo)之間的夾角為9 ， nrff是DFB激光器波導(dǎo)的有效折射率，那么兩個(gè)DFB激光
'j_ '、cos^
差還可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)DFB激光器的注入電流來(lái)對(duì)所述激射光頻率差實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。上述兩個(gè)DFB激光器在相同溫度和相同注入電流密度下的激射波長(zhǎng)差對(duì)應(yīng)的頻率差可以表示為
器在相同溫度和相同注入電流密度下的激射波長(zhǎng)差為AA = 2 #A。
—1
，這個(gè)波長(zhǎng)
i
cos61
—1
，其中，c是真空中光速，入。為光數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)所用的波長(zhǎng)，
一般在1550nm附近。如果輸入光信號(hào)的時(shí)鐘頻率為F，那么只要F和Af足夠接近，就可以實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)。 所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段具有相同周期的光柵結(jié)構(gòu)。所述第一 DFB激光器段的長(zhǎng)度為300 500 y m，所述第二 DFB激光器段的長(zhǎng)度為
300 500iim，所述電隔離區(qū)的長(zhǎng)度為30 50 y m。 所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的脊波導(dǎo)的寬度為2 4iim，高度為1.3 1.6iim，并且在制
作過(guò)程中其刻蝕深度不穿透所述上包層。 為了進(jìn)一步優(yōu)化所述器件的工作性能，本發(fā)明還提出，在所述第一DFB激光器段和第二 DFB激光器段之間增加一個(gè)不含光柵結(jié)構(gòu)的調(diào)相段，對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)相，并且在所述第一 DFB激光器段與所述調(diào)相段之間、在所述調(diào)相段與所述第二 DFB激光器段之間各增加一個(gè)所述的電隔離區(qū)。 所述調(diào)相段的波導(dǎo)存在一定彎曲，彎曲角可以使得所述第一DFB激光器段和第二DFB激光器段的激射光頻率差為20 200GHz，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)第一 DFB激光器段、第二 DFB激光器段和調(diào)相段的電流來(lái)對(duì)所述激射光頻率差進(jìn)行調(diào)諧。 在所述調(diào)相段采用脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該脊波導(dǎo)寬度為2 4 m，高度為1. 3 1. 6 m，
并且在制作過(guò)程中其刻蝕深度不穿透所述上包層，該脊波導(dǎo)兩側(cè)用Si02絕緣層來(lái)覆蓋或填平，然后腐蝕掉脊頂上的Si02絕緣層。 所述調(diào)相段的長(zhǎng)度為100 500iim，兩端電隔離區(qū)的長(zhǎng)度為30 50iim，并且所述電隔離區(qū)無(wú)P電極和歐姆接觸層。 所述彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器的輸出端面抗反射鍍膜，控制光的反射率在0. 01% 10%之間。 本發(fā)明的有益效果是，將相關(guān)半導(dǎo)體光電子器件實(shí)現(xiàn)了單片集成，集成度高、結(jié)構(gòu)新穎，既能提高性能又能大大減少器件的體積，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；并且制作工藝簡(jiǎn)
單、成本低、成品率高，適于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，在未來(lái)的高速通訊領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前
旦豕。


圖1是利用兩段式分布耦合激光器進(jìn)行全光時(shí)鐘恢復(fù)的光譜示意圖； 圖2是集成了兩個(gè)DFB激光器的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器；
圖3是集成了兩個(gè)DFB激光器和一個(gè)調(diào)相段的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器； 圖4是利用彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器進(jìn)行全光時(shí)鐘恢復(fù)的系統(tǒng)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào) 1-第一段DFB激光器的激射模式；2-第二段DFB激光器的激射模式；3-邊帶；4-注入光信號(hào)的載波波長(zhǎng)；5-N電極；6-含下包層的襯底；7-下波導(dǎo)層；8-多量子阱有源層；9_光柵層；10-上波導(dǎo)層；11-上包層；12_Si02絕緣層；13_歐姆接觸層；14_P電極；
15-脊波導(dǎo)；16-端面；17-第一DFB激光器段；18-第二DFB激光器段；19-電隔離區(qū)；20-調(diào)相段；21-輸入光信號(hào)；22-環(huán)形器；23-用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，通過(guò)非相干模式
或者相干模式，實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)。為實(shí)現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用的具體實(shí)施方式
如下所
述 如圖2所示，該彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器在N型襯底上先生長(zhǎng)出下包層，形成含下包層的襯底6，再依次生長(zhǎng)如下外延層下波導(dǎo)層7、多量子阱有源層8、光柵層9、上波導(dǎo)層10、上包層11、歐姆接觸層13。在下包層的襯底6和歐姆接觸層13上分別鍍有N電極5和P電極14。該器件集成了兩個(gè)分布反饋(DistributedFeedback， DFB)激光器，分別是第一DFB激光器段17和第二 DFB激光器段18，這兩個(gè)DFB激光器段具有相同的光柵結(jié)構(gòu)。在上包層11上采用并制作脊波導(dǎo)15結(jié)構(gòu)，脊波導(dǎo)15兩側(cè)用Si02絕緣層12覆蓋或填平。第一DFB激光器段17和第二 DFB激光器段18相連的地方有一段電隔離區(qū)19，該段沒(méi)有P電極14和歐姆接觸層13，用以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)DFB激光器之間的電隔離。 其中，第一 DFB激光器段17和第二 DFB激光器段18的長(zhǎng)度均為300 500 y m，電隔離區(qū)19的長(zhǎng)度為30 50 m。脊波導(dǎo)15的寬度為2 5 y m。為增強(qiáng)光信號(hào)注入的強(qiáng)度，在所述器件的端面16采用抗反射鍍膜，控制光的反射率在0.01% 10%之間。
所述彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器的電隔離區(qū)19的脊波導(dǎo)15存在一定的彎曲角，彎曲的角度為9 。該彎曲角度會(huì)造成兩個(gè)DFB激光器在相同溫度和相同注入電流密度下的激射
1 、
光頻率存在-
-定差異，為:4^2^
1
，其中，c是真空中光速，A。為光數(shù)字通信網(wǎng)200GHz。這個(gè)頻率差A(yù)f可以通
々 、cos^ .
絡(luò)所用的波長(zhǎng)，A。為光柵層9的光柵周期，Af為20過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)DFB激光器的注入電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。 為了進(jìn)一步優(yōu)化所述器件的工作性能，本發(fā)明還提出，在所述第一DFB激光器段17和第二 DFB激光器段18之間增加一個(gè)不含光柵結(jié)構(gòu)調(diào)相段20，對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)相，所述相調(diào)段20在與第一 DFB激光器段17和第二 DFB激光器段18的相鄰部位分別含有一個(gè)電隔離區(qū)19，該段沒(méi)有P電極14和歐姆接觸層13，用以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)DFB激光器和調(diào)相段之間的電 所述相調(diào)段20的長(zhǎng)度為100 500 y m，采用脊波導(dǎo)15結(jié)構(gòu)，脊波導(dǎo)15兩側(cè)用Si02絕緣層12覆蓋或填平。所述相調(diào)段20的脊波導(dǎo)15存在一定的彎曲角，彎曲的角度為9 。該彎曲角度會(huì)造成兩個(gè)DFB激光器在相同溫度和相同注入電流密度下的激射光頻率存
1 、
在一定差異，為:4/"=,
f層9的光教
cos 6*
.1
，其中，c是真空中光速，入。為光數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)所用的
f周期。這個(gè)頻率差A(yù)f可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)DFB激光器的注入電
波長(zhǎng)，A。為光^流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。 所述彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器應(yīng)用于圖4所示的系統(tǒng)中。光信號(hào)21經(jīng)過(guò)一個(gè)環(huán)形器22注入到用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器23中。輸入光信號(hào)的時(shí)鐘頻率為F，波長(zhǎng)為入。。調(diào)節(jié)所述器件兩個(gè)DFB激光器以及調(diào)相段的注入電流，使得其激射的頻率差A(yù)f接近輸入光信號(hào)的時(shí)鐘頻率為F。根據(jù)輸入光信號(hào)21的注入光信號(hào)的載波波長(zhǎng)4的不同，可以分別采用非相干模式或者相干模式來(lái)進(jìn)行全光時(shí)鐘恢復(fù)。 如果輸入的光信號(hào)21的注入光信號(hào)的載波波長(zhǎng)4和所述彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器的本征波長(zhǎng)存在一定間隔(一般大于lnm)，則采用非相干模式。光信號(hào)21注入到用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器23后，會(huì)對(duì)第一 DFB激光器段17的載流子進(jìn)行密度調(diào)制。這樣，第一 DFB激光器段的激射模式1兩邊將產(chǎn)生兩個(gè)邊帶3，它們與第一段DFB激光器的激射模式l的頻率間隔等于光信號(hào)的時(shí)鐘頻率。由于其中一個(gè)邊帶具有足夠大的功率，并且波長(zhǎng)與第二 DFB激光器段18的第二段DFB激光器的激射模式2足夠接近，所以第二 DFB激光器段18就會(huì)被這個(gè)邊帶鎖定。這樣所述彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器的兩個(gè)激射模式的拍頻頻率就正好是輸入光信號(hào)的時(shí)鐘頻率，從而實(shí)現(xiàn)了全光時(shí)鐘恢復(fù)。
如果輸入的光信號(hào)21的光信號(hào)的載波波長(zhǎng)4和彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器的本征波長(zhǎng)非常接近，則采用相干模式。由于輸入光信號(hào)的載波波長(zhǎng)4與彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器的一個(gè)第一段DFB激光器的激射模式1非常接近，使得注入光信號(hào)中由時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的兩個(gè)
7相干的模式分別鎖定住所述器件的兩個(gè)激射模式，從而得到和輸入光信號(hào)時(shí)鐘同頻同相的輸出脈沖。 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的光生微波集成光電子器件進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1 : 圖2是一種集成了兩個(gè)DFB激光器的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器。工作波長(zhǎng)在1550nm波段內(nèi)，通過(guò)非相干模式或者相干模式實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)的InGaAsP/InP基集成光電子器件。 該器件在一個(gè)芯片上集成了兩個(gè)分布反饋激光器，分別是第一 DFB激光器段17和第二DFB激光器段18。 首先，器件的外延材料如下所述。通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MetalOrganicChemical V即or D印osition，MOCVD)法，首先在n型襯底材料做第一次外延，生長(zhǎng)出n型InP下包層，形成含下包層的襯底6 (厚度200nm、摻雜濃度約1 X 1018cm—2)，再依次外延生長(zhǎng)出100nm厚非摻雜晶格匹配InGaAsP波導(dǎo)層7 (光熒光波長(zhǎng)1. 2 y m)、應(yīng)變InGaAsP多量子阱8 (光熒光波長(zhǎng)1. 52 ii m， 7個(gè)量子阱阱寬8nm， 0. 5 %壓應(yīng)變，壘寬10nm，晶格匹配材料，光熒光波長(zhǎng)1. 2 ii m) 、70nm厚的InGaAsP光柵材料層9。接下來(lái)通過(guò)全息干涉曝光的方法制作出周期均勻的光柵結(jié)構(gòu)。然后再利用MOCVD 二次外延生長(zhǎng)100nm厚p型晶格匹配InGaAsP波導(dǎo)層10 (光熒光波長(zhǎng)1. 2 y m，摻雜濃度約1 X 1017cm—2) 、 1. 7 y m厚P型InP上包層11 (摻雜濃度從3X 1017cm—2逐漸變化為1 X 1018cm—2)和lOOnm厚的p型InGaAs歐姆接觸層13 (摻雜濃度> 1 X 1019cm—2)。 整個(gè)器件采用脊波導(dǎo)15結(jié)構(gòu)，通過(guò)光刻和干法刻蝕的方法制作出脊波導(dǎo)15，脊寬均為3iim，高1.5iim。脊波導(dǎo)15的中部存在一個(gè)彎曲角，角度為1. 2° 。通過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(Plasma Enhanced Chemical Vapour D印osition， PECVD)的方法在脊波導(dǎo)15兩側(cè)用Si02絕緣層12來(lái)覆蓋或填平，然后腐蝕掉脊頂上的Si02。用濺射的方法制作P電極14和N電極5。 P電極14的材料是Cr/Au合金，N電極5的材料是Ti/Au合金。其中，P電極14包括兩個(gè)部分一部分長(zhǎng)400 m，作為第一 DFB激光器段17的P電極14 ;另一部分長(zhǎng)400 ii m，作為第二 DFB激光器段18的P電極14。第一 DFB激光器段17與第二 DFB激光器段18的之間有一段40 m長(zhǎng)的區(qū)域，該區(qū)域的歐姆接觸層被腐蝕掉，形成第一 DFB激光器段17與第二 DFB激光器段18的電隔離區(qū)19。在輸出端面16進(jìn)行抗反射鍍膜，以增強(qiáng)光信號(hào)注入的強(qiáng)度，使得光的反射率在10—4到10%之間。 本實(shí)例的特征參數(shù)為制成的集成器件中，兩個(gè)DFB激光器的閾值電流典型值均為lOmA，邊模抑制比達(dá)到40dB以上。應(yīng)用圖4所示系統(tǒng)，可以對(duì)時(shí)鐘頻率為20 200GHz的光信號(hào)進(jìn)行全光時(shí)鐘恢復(fù)，其時(shí)間抖動(dòng)小于200fs。
實(shí)施例2 : 圖3是一種集成了兩個(gè)DFB激光器和一個(gè)調(diào)相段的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器。工作波長(zhǎng)在1550nm波段內(nèi)，通過(guò)非相干模式或者相干模式實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)的InGaAsP/InP基集成光電子器件。 該器件在一個(gè)芯片上集成了兩個(gè)分布反饋激光器，分別是第一 DFB激光器段17和第二 DFB激光器段18，還集成了一個(gè)調(diào)相段20。 首先，器件的外延材料如下所述。通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MetalOrganicChemical V即or D印osition，MOCVD)法，首先在n型襯底材料做第一次外延，生長(zhǎng) 出n型InP下包層，形成含下包層的襯底6 (厚度200nm、摻雜濃度約1 X 1018cm—2)，再依次 生長(zhǎng)lOOnm厚非摻雜晶格匹配InGaAsP波導(dǎo)層7 (光熒光波長(zhǎng)1. 2 y m)、應(yīng)變InGaAsP多量 子阱8(光熒光波長(zhǎng)1.52iim，7個(gè)量子阱阱寬8nm，0. 5%壓應(yīng)變，壘寬10nm，晶格匹配材 料，光熒光波長(zhǎng)1. 2 ii m) 、70nm厚的InGaAsP光柵材料層9。接下來(lái)通過(guò)全息干涉曝光的方 法制作出光柵結(jié)構(gòu)，并通過(guò)光刻和濕法腐蝕的方法去除調(diào)相段20區(qū)域內(nèi)的光柵。然后再利 用MOCVD 二次外延生長(zhǎng)lOOnm厚p型晶格匹配InGaAsP波導(dǎo)層10 (光熒光波長(zhǎng)1. 2 y m，摻 雜濃度約1 X 1017cm—2) 、 1. 7 ii m厚P型InP上包層11 (摻雜濃度從3 X 1017cm—2逐漸變化為 1 X 1018cm—2)禾P lOOnm厚的p型InGaAs歐姆接觸層13 (摻雜濃度> 1 X 1019cm—2)。
整個(gè)器件采用脊波導(dǎo)15結(jié)構(gòu)，通過(guò)光刻和干法刻蝕的方法制作出脊波導(dǎo)15，脊寬 均為3iim，高1.5iim。脊波導(dǎo)15的中部存在一個(gè)彎曲角，角度為1. 2° 。通過(guò)等離子增強(qiáng) 化學(xué)氣相淀積(Plasma Enhanced Chemical Vapour D印osition， PECVD)的方法在脊波導(dǎo) 15兩側(cè)用Si02絕緣層12來(lái)覆蓋或填平，然后腐蝕掉脊頂上的Si02。用濺射的方法制作P 電極14和N電極5。 P電極14的材料是Cr/Au合金，N電極5的材料是Ti/Au合金。其中， P電極14包括三個(gè)部分一部分長(zhǎng)400 m，作為第一 DFB激光器段17的P電極14 ;一部分 長(zhǎng)200 ii m，作為調(diào)相段20的P電極14 ;另一部分長(zhǎng)400 y m，作為第二 DFB激光器段18的P 電極14。第一 DFB激光器段17與調(diào)相段20之間、調(diào)相段20與第二 DFB激光器段18的之 間均有一段40 m長(zhǎng)的區(qū)域，該區(qū)域的歐姆接觸層被腐蝕掉，形成第一 DFB激光器段17與 調(diào)相段20之間、調(diào)相段20與第二 DFB激光器段18的之間的電隔離區(qū)19。在輸出端面16 進(jìn)行抗反射鍍膜，以增強(qiáng)光信號(hào)注入的強(qiáng)度，使得光的反射率在10—4到10%之間。
本實(shí)例的特征參數(shù)為制成的集成器件中，兩個(gè)DFB激光器的閾值電流典型值均 為lOmA，邊模抑制比達(dá)到40dB以上。應(yīng)用圖4所示系統(tǒng)，可以對(duì)時(shí)鐘頻率為20 200GHz 的光信號(hào)進(jìn)行全光時(shí)鐘恢復(fù)，其時(shí)間抖動(dòng)小于200fs。
權(quán)利要求
一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述激光器是一種在同一芯片上集成了至少兩個(gè)分布反饋半導(dǎo)體激光器的集成光電子器件，其結(jié)構(gòu)為依次外延生長(zhǎng)在N型襯底上的如下外延層下包層、下波導(dǎo)層、多量子阱有源層、光柵層、上波導(dǎo)層、上包層、歐姆接觸層，在所述N型襯底上鍍有N電極，在所述歐姆接觸層上鍍有P電極；以及，制作在所述上包層上的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)用SiO2絕緣層來(lái)覆蓋或填平，并將脊波導(dǎo)頂上的SiO2絕緣層腐蝕掉；以及，兩段依次分別集成在所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)兩端上的第一DFB激光器段和第二DFB激光器段，在所述第一DFB激光器段和第二DFB激光器段相連處設(shè)置電隔離區(qū)，在該電隔離區(qū)沒(méi)有所述P電極和所述歐姆接觸層；以及，在所述光柵層上在生長(zhǎng)過(guò)程中制作出光柵結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段具有相同周期的光柵結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述電隔離區(qū)的波導(dǎo)存在一個(gè)彎曲角，該彎曲角可以使得所述第一DFB激光器段和第二 DFB激光器段的激射光頻率差為20 200GHz，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)第一 DFB激光器段和第二DFB激光器段的電流來(lái)對(duì)所述激射光頻率差進(jìn)行調(diào)諧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述第一 DFB激光器段的長(zhǎng)度為300 500 y m，所述第二 DFB激光器段的長(zhǎng)度為300 500iim，所述電隔離區(qū)的長(zhǎng)度為30 50iim。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的脊波導(dǎo)的寬度為2 4 m，高度為1. 3 1. 6 m，并且在制作過(guò)程中其刻蝕深度不穿透所述上包層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，在所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段之間增加一個(gè)不含光柵結(jié)構(gòu)的調(diào)相段，對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)相，并且在所述第一 DFB激光器段與所述調(diào)相段之間、在所述調(diào)相段與所述第二 DFB激光器段之間各增加一個(gè)所述的電隔離區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述調(diào)相段的波導(dǎo)存在一定彎曲，彎曲角可以使得所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段的激射光頻率差為20 200GHz，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)第一 DFB激光器段、第二 DFB激光器段和調(diào)相段的電流來(lái)對(duì)所述激射光頻率差進(jìn)行調(diào)諧。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，在所述調(diào)相段采用脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該脊波導(dǎo)寬度為2 4 m，高度為1. 3 1. 6 m，并且在制作過(guò)程中其刻蝕深度不穿透所述上包層，該脊波導(dǎo)兩側(cè)用Si02絕緣層來(lái)覆蓋或填平，然后腐蝕掉脊頂上的Si02絕緣層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述調(diào)相段的長(zhǎng)度為100 500 m，兩端電隔離區(qū)的長(zhǎng)度為30 50 m，并且所述電隔離區(qū)無(wú)P電極和歐姆接觸層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器的輸出端面抗反射鍍膜，控制光的反射率在0. 01 % 10%之間。
全文摘要
一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的彎曲波導(dǎo)雙波長(zhǎng)激光器，屬于光通信領(lǐng)域的光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。該光電子器件將兩個(gè)分布反饋半導(dǎo)體激光器集成在同一個(gè)襯底上，在襯底上依次外延下波導(dǎo)層、多量子阱有源層、光柵層、上波導(dǎo)層、上包層、歐姆接觸層。兩個(gè)分布反饋半導(dǎo)體激光器具有相同周期的光柵結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)存在一定彎曲角，從而造成兩個(gè)分布反饋激光器的激射光波長(zhǎng)存在一定差異，進(jìn)而可用于全光時(shí)鐘恢復(fù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，制作工藝簡(jiǎn)單，將在未來(lái)的高速通訊領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01S5/40GK101719630SQ20091024227
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者孫長(zhǎng)征, 熊兵, 羅毅, 黃縉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)