基于重构-等效啁啾（REC）技术制作的BH结构DFB半导体激光器阵列（可编辑）

基于重构-等效啁啾（REC）技术制作的BH结构DFB半导体激光器阵列（可编辑） 基于重构-等效啁啾(REC)技术制作的BH结构DFB半 导体激光器阵列 中国 科 技 论 文 在 线////0>. 基于重构- 等效啁啾 (REC ) 技术制作的 BH # 结构 DFB 半导体激光器阵列1 1 2 2 1** 唐松 ,李思敏 ,许海明 ,唐琦 ,陈向飞 5 (1. 南京大学现代 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与应用科学学院,南京 210093 ; 2. 武汉华工正源光子技术有限公司,武汉 430223 ) 摘要 :DFB 半导体激光器阵列是光 子集成的关键器件。本文基于重构- 等效啁啾技术 (REC 技术 )制作 了 单片集成的 DFB 半导 体激 光器阵列,激射波长在 1310nm 通 信波段 ,波长间 10 隔 3nm 左右 。该激光器采用 BH 结 构, 得到了较低的阈值与较高的斜 效率,有望实现高性 能 的 激 光 器 阵 列 。 该 方 法 采 用 传 统 的光 刻 的方法 , 基 于 重 构- 等 效 啁 啾 技 术 , 通 过 微 米 平台 采样光栅的制作就可以容易的制作 激 光器阵列,可以实现低成本高性能 的激光器阵列。 关键 词 : 半 导体 技术;分布反馈; 激 光器阵列 中图 分类号 :TN248.4 15Buried Heterostructure DFB Semiconductor Laser Array Based on Reconstruction Equivalent Chirp REC Technique 1 1 2 2 1 TANG Song , LI Simin , XU Haiming , TANG Qi , CHEN Xiangfei 20 1. College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093; 2. Wuhan Huagong Genuine Optics Tech Co., Ltd., Wuhan, 430223 Abstract: The distributed feedback semiconductor laser array is the key component in the application of photonic integration. A monolithic buried heterostructure DFB laser array by reconstruction equivalent chirp REC technique is experimentally demonstrated. The lasing 25 wavelengths are around 1310nm and the space of the four wavelength array is around 3nmRelative low threshold and high slope efficiency are achieved, which are expected to achieve high performance. This technique is based on traditional lithography, which can be used easily and massively to produce DFB semiconductor laser array with low-cost and high performanceKey words: semiconductor technology; distributed feedback; laser array 300 引言 单片集成的多波长激光器阵列一直是光通信系统的关键器件,广泛的应用于 WDM 系 统, 并且可以用来制作可调谐激光器。 随着带宽的快速增长, 激光器阵列在未来的数据 中心 , 光交换系统中将扮演重要的角色。 单片集成的激光器阵列会带来更简单的封装, 更低的功耗, 35 在获得高性能的同时降低成本。DFB 激光器阵 列的实现需要复杂的光栅结构 ,一般是在均 [1] 匀光栅中加入相移结构 , 目前是通过电子束曝光的方法来实现, 但电子束光刻成本高并且 产出率比较低,所以希望能有低成本的方法来实现激光器阵列的大规模生产。 [2-3] REC 技术有 望实现这一目标 ,可以低成本的制作单模激射的 DFB 激光器及其阵列。 REC 技术只 需要在传统的制作 DFB 激光器的工艺流程中加入一步普通的光刻, 通过在全息 40 光栅中加入采样, 实现等 效的相移而使激光器单模激射。 该方法与传统方法有很强的兼容性, 光刻也只需要微米级别得到工艺就可以了,通过改变采样周期可以很容易的制作 DFB 半导 基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(205) 作者简介:唐松(1990- ),男,硕士生,主要研究方向:DFB 半导体 激光器 通信联系人:陈向飞(1969- ),男,教授,主要研究方向:光子集成. E-mail: chenxf@//. - 1 - 中国 科 技 论 文 在 线////. 体激光器阵列。 DFB 激光器可以是脊波导结构或者 BH 结构,本文的 DFB 激光器阵列基于 BH 结构, [4] 相对于脊波导结构 ,BH 结构的激光器拥有低阈值,高稳定性,光斑质量好等有点,并且 45 可以达到高的运行温度和高的调制速度。 本文报道的 DFB 激光器阵列在 1310nm 通 信波段, 获得了较低的阈值(10mA 左右),较高的斜效率(大于 0.45mW/mA ) ,有望实现高性能 的激光器阵列。 1 基本 理论与 工 艺步骤 REC 技术通 过对种子光栅的采样可以在光栅的+1 级或者-1 级 引入等效的相移, 一般单 50 模激射的 DFB 激光器采 用中间 pi 相 移的结构, REC 技术可以 通过 在采样周期中引入半个周 [5] 期的跳变来实现等效的 pi 相移 ,从 而实现稳定的单模激射。 激射波长由相位匹配条件决定,可以通过波矢方便的表示出来,若种子光栅周期为 ? , 采样周期为 P ,对应+1 级或-1 级的激 射波长为 λ P,则有如下关系式: 2222 (1)? /nP PP 55 其中 n 是波 长 λ p 处的有 效折射率。 p 通过在均匀采样光栅中引入采样周期的突变 Δ P ,可以实现等效的相移,等效的相移可 以用如下公式表示(当Δ PP/2 时, 可以实现等效的 pi 相移 ):P? 2 (2 ) P P 种子光栅通过全息曝光的方法制备, 而采样可以通过全息曝光之后的普通光刻实现, 采 60 样周期 P 一般是几个微米, 可以很容易的用传统光刻的方法来制作, 因此可以避免电子束刻 蚀的方法,有希望大规模的生产。 制作 BH 结构的激光器的工艺步骤如下: 先用 MOCVD 的方法生长 InP/InGaAsP 的一次 外延片, 包含衬底、 限制层、7 个压应力的量子阱和 InGaAsP 光栅层, 量子阱的荧光发光光 谱在 1310nm 。然后用全息光刻的方法在光刻胶上曝光种子光栅,紧接着用采样光栅模版进 65 行二次曝光,制作含有采样结构的光栅。种子光栅的周期对应的激射波长在 1370nm ,在增 益谱范围之外,因此不会激射。采用+1 级的光 栅的反射峰,在 1310nm 左右,可以很好的 激射。 然后通过湿法腐蚀的方法将光刻胶上的光栅结构转移到光栅层, 制作含有等效 相移结 构的光栅。 接着可以对有源层进行刻蚀,刻蚀出波导,然后有选择的生长 p-InP 层和 n-InP 层以 形 70 成电流的阻挡层, 以减少漏电流。 然后生长 InGaAs 接触层, 再在脊波导两边腐蚀出两道隔 离沟以减小电容效应, 然后生长二氧化硅做保护, 接着开窗镀电极, 并进行解理及镀膜工艺 。 基于 REC 技 术的激光器的制作相对于传统的半导体激光器仅仅是多了一次二次曝光的工 艺,非常容易实现,这样就可以避免电子束刻蚀的方法,有希望实现大规模的生产。 75 2 激 光 器的性 能本文报 道的基于 REC 技术的 DFB 半导体激 光器 阵列采用 BH 结构, 实现 了间隔在 3nm 左右的 4 波 长阵列,中心波长在 1310nm 左右。 - 2 - 中国 科 技 论 文 在 线////.激光器 的腔长是 250um ,采用高 反/ 抗反镀膜(HR/AR ),激光器集成在一个片子上, 测试到的 P-I 曲线如图 1 。 激光器的阈值在 10mA 左右, 斜效率大于 0.45mW/mA,在 60mA 80 电流的注入下,能达到 27mW 的输出 功率。 图 1 基于 REC 技术的 4 波 长阵列的激光器的 P-I 曲线4 个波长 阵列的平均间隔是 3nm , 这和 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 相符, 但是 由于随机相位的影响, 激光器 的 间隔并不是很均匀, 未来采用两边抗反的镀膜 (AR/AR ) 可以克服这一缺陷。 图 2 的光谱图 85 是在 50mA 的注入电流下得到的, 可以看出在 1370nm 附近 的零级波长并没有明显激射, 这 4 个激光器都 实现了很好的单模激射。 图 2 基于 REC 技术的 BH 结构激光器阵列光谱图 3 结论 90 本文给出了基于 REC 技 术的单片集成的 4 个波 长阵列的激光器的测试结果。通过对采 样光栅周期的精确控制,很好的实现了激射波长在 1.3um , 波长间隔为 3nm 的激光器 阵列。 - 3 -