一种单片集成两段式dfb半导体激光器及阵列的制作方法【专利摘要】本发明公开了一种单片集成两段式DFB半导体激光器及阵列，其中，该两段式DFB半导体激光器包括：无源反射光栅区和DFB半导体激光器区；无源反射光栅区和DFB半导体激光器区共用同一段波导结构，并集成在同一衬底或同一芯片上；无源反射光栅区和DFB半导体激光器区具有相同的材料外延结构，外延结构依次包括：n型衬底、n型缓冲层、波导层、应变多量子阱层、光栅材料层、p型波导层、p型限制层、p型欧姆接触层和绝缘层；外延结构外层还包括正负电极。该两段式DFB半导体激光器利用无源反射光栅的反射特性和选频特性可同时提高DFB半导体激光器的输出效率和边模抑制比。【专利说明】-种单片集成两段式DFB半导体激光器及阵列
技术领域：
[0001]本发明设及光电子及光电信息处理
技术领域：
，具体地，设及一种单片集成两段式DFB半导体激光器及阵列。【
背景技术：
】[0002]近年光通信的信息容量呈现爆炸式的增长，而承载运个庞大网络通讯的是光纤和各种光通讯器件组成的光纤网络系统。目前，光网络主要由各种分立的光子器件组成。它们由独立的结构，独立的封装等制作方法实现。但是随着光信息容量的进一步增加，目前运种光器件的组成形式将带来很多问题。比如系统非常复杂而庞大，能耗大量增加，管理成本也迅速增加。运些问题导致了现有的网络实现方法将很难进一步的维持下去。光子集成技术被普遍认为是解决该问题的主要方法，因而受到广泛的关注和研究。[0003]多波长DFB值istributedFeedBack,分布反馈）半导体激光器阵列忍片是应用于光子集成系统的理想光源，也是光子集成系统的核屯、器件。然而DFB半导体激光器阵列忍片在光子集成领域的的应用还受到波长控制精度、单模成品率、高制造成本等多方面因素的困扰[Koch,T.LandKoren,U.SemiconductorPhotonicIntegratedCircuits,"(半导体光子集成线路）I邸EJ.如antumElect.27(3),641-653(1991)]。为了提高DFB半导体激光器阵列忍片的波长控制精度和单模成品率，DFB半导体激光器阵列忍片往往采用具有n相移的光栅结构，并在激光器两端锻抗反射膜（AR/AR，AR为抗反射，Anti-Reflection)[1.0rfanos,T.Sphicopoulos,A.Tsigopoulos,andC.Caroubalos,"Atractableabove-thresholdmodel,forthedesignofDFBandphase-shiftedDFBlasers,"(-种应用于相移DFB半导体激光器设计的大于阔值的理论模型）I邸EJ.如antumElect.,27(4),946-956,(1991)]。运种结构主要有两个问题：首先，具有JT相移的光栅无法用传统的光刻工艺制造，目前通常采用电子束曝光技术巧化：E-beamlithography)制造，该技术可实现高精度的加工但是制造效率低，制造成本高[C.Vieu,F.Carcenac,A.Pepin,Y.Chen,M.Mejias,A.Lebib,L.Manin-Ferlazzo,L.Couraud,and比Launois,"Electronbeamlithography:resolutionlimitsandapplications,"(电子束曝光的分辨率限制及应用）Appl.Surf.Sci.，164(1-4)，111-117,（2000)];其次，采用n相移光栅和AR/AR锻膜的DFB半导体激光器，由于激光器两端面输出为对称的，50%的激光输出浪费掉了，激光器忍片输出效率低下。激光器一端采用高反射膜另一端采用抗反射膜（HR/AR，皿为高反射，hi曲-reflection)可W提高激光器的输出效率，但是高反射膜（HR)-端引入的随机相移会恶化激光器阵列的波长控制精度和单模成品率[T.Matsuoka,Y.YoshikuniandH.Nagai,^''VerificationofthelightphaseeffectatthefacetonDFBlaserp;rope;rties,"(端面相移对DFB激光器特性的影响的论证）I邸EJ.如antumElectron.，21(12)，1880-1886,（1985)]。为了解决输出效率低的问题，人们提出了许多具有复杂光栅结构的DFB半导体激光器，如非对称相移光栅DFB半导体激光器和分布反射式DFB半导体激光器等[M.Usami,S.Akiba,andK.化aka,"AsymmetricA/4-shiftedInGaAsP/InPDFBlasers,"(非对称A/4相移InGaAsP/lnPDFB激光器）IE邸J.如antumElectron.,23化），815-821，（1987);U及S.Jon邑一In,K.Komori,S.Ar曰i,I.Arim曰，Y.Suem曰tsu,曰ndR.Somch曰i,"Lasingcharacteristicsof1.5JimGaInAsP-InPSCH-BIG-DRlasers,"(1.5微米GaInAsP-InPSCH-BIG-DR激光器的特性）I邸EJ.如antumElectron.，27化），1736-1745,（1991)]，运些激光器同样存在单模成品率低和制造成本高等缺点，困扰DFB半导体激光器阵列的问题还没有得到解决。[0004]文南犬[YitangDaiandXiangfeiChen,"DFBsemiconductorlasersbasedonreconstruction-equivalent-chi巧technology,"(基于重构一等效调嗽技术的DFB半导体激光器），Opt.E邱ress，15巧）：2348-2353,(2007)]和专利[陈向飞，"基于重构一等效调嗽技术制备半导体激光器的方法及装置"，中国发明专利CN200610038728.9,国际PCT专利US7873089B2]提出了利用重构-等效调嗽（REC，ReconstructionalgorithmandEquivalent化i巧）技术实现复杂结构的DFB半导体激光器。该技术可W用一步全息曝光和一步普通亚微米量级的接触式曝光来等效实现纳米级复杂光栅结构。重构-等效调嗽技术最大特点是能够灵活、方便的制造各种复杂光栅结构，制作过程与传统全息曝光工艺完全兼容，制造成本上非常低，并且对DFB半导体激光器波长具有非常高的控制精度。重构-等效调嗽技术已经用于若干特殊结构DFB半导体激光器及阵列的研制中[YuechunShi,XiangfeiChen,YatingZhou,SiminLi,LinlinLu,RuiLiuandYijunFeng,"Experimentaldemonstrationofeight-wavelengthdistributedfeedbacksemiconductorlaser曰rr曰yusingequivalentphaseshift,"(基于等效相移的8波长DFB半导体激光器阵列的实验研究）Opt.Lett.，37(167)，3315-3317,（2012);W及J.Li,S.Tang,W.J.,Y.Liu,X.Chen,andJ.Cheng,"AnEight-WavelengthBHDFBLaserArrayWithEquivalentPhase化iftsforWDMSystems,"(面向WDM系统的基于等效相移的8通道BHDFB半导体激光器阵列）I邸EPhotonicTech.L,26(16),1593-1596,（2014)]，在一定程度上解决了DFB半导体激光器阵列的制造成本和波长精度控制的问题，但是基于REC技术的上述DFB半导体激光器同样存在输出效率低等问题。【
发明内容】[0005]本发明是为了克服现有技术中DFB半导体激光器输出效率低的缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种单片集成两段式DFB半导体激光器。[0006]本发明实施例提供的一种单片集成两段式DFB半导体激光器，包括：无源反射光栅区和DFB半导体激光器区巧源反射光栅区和DFB半导体激光器区共用同一段波导结构，并集成在同一衬底或同一忍片上；无源反射光栅区无激光振荡，用于为DFB半导体激光器区提供反射；无源反射光栅区和DFB半导体激光器区具有相同的材料外延结构，外延结构依次包括：n型衬底、n型缓冲层、波导层、应变多量子阱层、光栅材料层、P型波导层、P型限制层、P型欧姆接触层和绝缘层；外延结构的距离n型衬底较近的一面设有负电极，距离绝缘层较近的一面设有正电极，且与正电极相对应的区域不存在绝缘层。[0007]在上述技术方案中，两段式DFB半导体激光器采用脊波导结构或者掩埋异质结的结构。[0008]在上述技术方案中，还包括位于无源反射光栅区和DFB半导体激光器区之间的电隔离区；无源反射光栅区和DFB半导体激光器区具有相互独立的注入电流，且无源反射光栅区的注入电流小于等于无源反射光栅区的透明电流。[0009]在上述技术方案中，在P型欧姆接触层中，与电隔离区相对应的P型欧姆接触层被刻蚀掉。[0010]在上述技术方案中，两段式DFB半导体激光器的两端面均锻抗反射膜；或者，两段式DFB半导体激光器的两端面均不锻膜，且两端面采用弯曲波导结构，弯曲角度大于5°。[0011]在上述技术方案中，无源反射光栅和DFB半导体激光器光栅均为采用重构-等效调嗽技术制作的取样光栅；其中，无源反射光栅包括无源反射光栅区对应的光栅材料层，DFB半导体激光器光栅包括DFB半导体激光器区对应的光栅材料层[0012]在上述技术方案中，无源反射光栅和DFB半导体激光器光栅采用相同的取样周期P和种子光栅周期A。;无源反射光栅的长度Ll不小于DFB半导体激光器光栅的长度L2。[0013]在上述技术方案中，无源反射光栅采用均匀取样光栅结构；DFB半导体激光器光栅采用中屯、具有等效相移结构的光栅，包括：等效相移光栅、等效31/2相移光栅、其他相应数值的相移光栅、或者具有相应数值相移的等效周期节距调制光栅。[0014]在上述技术方案中，无源反射光栅和DFB半导体激光器光栅的+1或者-1级子光栅的布拉格波长处于激光器介质的增益区中屯、，而0级光栅的布拉格波长处于激光器介质的增益区之外。[0015]在上述技术方案中，无源反射光栅区和DFB半导体激光器区所采用的材料为III-V族化合物半导体材料，或者为II-VI族或IV-VI族化合物半导体材料中的=元化合物、四元化合物半导体材料，或者为渗侣半导体材料；III-V族化合物半导体材料包括GaAlAs/GaAs、InGaAs/InGaP、GaAsP/lnGaP、InGaAsP/lnP或InGaAsP/GaAsP;渗侣半导体材料包括AlGaInAs。[0016]本发明是为了克服现有技术中DFB半导体激光器阵列输出效率低的缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种单片集成两段式DFB半导体激光器阵列。[0017]本发明实施例提供的一种单片集成两段式DFB半导体激光器阵列，包括：多个如上述的单片集成两段式DFB半导体激光器；且多个两段式DFB半导体激光器沿垂直于激光器腔体的方向依次并列分布。[0018]在上述技术方案中，多个两段式DFB半导体激光器的取样光栅的取样周期不完全相同，两段式DFB半导体激光器阵列为多波长的激光器阵列。[0019]本发明实施例提供的一种单片集成两段式DFB半导体激光器及阵列，两段式DFB半导体激光器单片集成了无源反射光栅和DFB半导体激光器两部分，利用重构-等效调嗽技术分别设计和制作两部分的取样光栅；利用无源反射光栅的反射特性和选频特性同时提高DFB半导体激光器的输出效率和边模抑制比，同时利用重构-等效调嗽技术可W降低激光器的制造成本，并且能够实现对激光器阵列波长精确控制。[0020]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、W及附图中所特别指出的结构来实现和获得。[0021]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】[0022]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：[0023]图1为本发明实施例中两段式DFB半导体激光器的结构示意图；[0024]图2为本发明实施例中两段式DFB半导体激光器的光栅示意图；[0025]图3为本发明实施例中两段式DFB半导体激光器的侧视图；[00%]图4(a)为本发明实施例中无源反射光栅反射谱及DFB半导体激光器光栅透射谱；[0027]图4(b)为本发明实施例中单片集成两段式DFB半导体激光器的阔值增益差随无源反射光栅长度的变化；阳0測图5(a)为本发明实施例中单片集成两段式DFB半导体激光器和未集成无源反射区的DFB半导体激光器腔内光子分布的数值仿真；阳〇巧]图5化）为本发明实施例中单片集成两段式DFB半导体激光器和未集成无源反射光栅区的DFB半导体激光器的输入输出特征数值仿真曲线；[0030]图6为本发明实施例中两段式DFB半导体激光器阵列的结构示意图；[0031]图7(a)为本发明实施例中4通道单片集成两段式DFB半导体激光器阵列各通道光谱图；[0032]图7(b)为本发明实施例中未集成无源反射光栅区的DFB半导体激光器光谱；[0033]图8(a)为本发明实施例中4通道单片集成两段式DFB半导体激光器阵列各激光器波长及线性拟合曲线；[0034]图8(b)为本发明实施例中线性拟合后4通道单片集成两段式DFB半导体激光器阵列个激光器波长误差；阳〇对图9(a)为本发明实施例中单片集成两段式DFB半导体激光器和未集成无源反射光栅区的DFB半导体激光器的输出输出特性曲线；[0036]图9(b)为本发明实施例中在不同无源反射光栅区注入电流条件下，单片集成两段式DFB半导体激光器的输出输出特性曲线。[0037]图中各个标示数字分别代表：1、无源反射光栅区；2、DFB半导体激光器区；3、电隔离区；4、n型衬底；5、n型InP缓冲层；6、非渗杂晶格匹配InGaAsP波导层；7、应变InGaAsP多量子阱层；8、InGaAsP光栅材料层；8-1、无源反射光栅；8-2、DFB半导体激光器光栅；9、P型晶格匹配InGaAsP波导层；10、p型InP限制层；ll、p型InGaAs欧姆接触层；12、Si02绝缘层；13、正电极；13-1、无源反射光栅区正电极；13-2、DFB半导体激光器区正电极；14、负电极；15、DFB半导体激光器区光栅中的等效相移结构。【具体实施方式】[0038]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受【具体实施方式】的限制。[0039]根据本发明实施例，提供了一种单片集成两段式DFB半导体激光器，图1为该两段式DFB半导体激光器的结构示意图。包括：无源反射光栅区1和DFB半导体激光器区2,无源反射光栅区I和DFB半导体激光器区2共用同一段波导结构，并集成在同一衬底或同一忍片上；无源反射光栅区1无激光振荡，用于为DFB半导体激光器区2提供反射。W40]具体的，如图1所示，无源反射光栅区1和DFB半导体激光器区2具有相同的材料外延结构，外延结构依次包括：n型衬底4、n型缓冲层5、波导层6、应变多量子阱层7、光栅材料层8、p型波导层9、p型限制层10、p型欧姆接触层11和绝缘层12;外延结构的距离n型衬底4较近的一面设有负电极14,距离绝缘层12较近的一面设有正电极13,且与正电极13相对应的区域不存在绝缘层12。[00川在本发明实施例中，外延结构具体为：n型衬底4;n型InP缓冲层5;非渗杂晶格匹配InGaAsP波导层6;应变InGaAsP多量子阱层7JnGaAsP光栅材料层8;p型晶格匹配InGaAsP波导层9;p型InP限制层10;p型InGaAs欧姆接触层11;Si02绝缘层12。该两段式DFB半导体激光器根据需要可采用脊波导结构（RWG，ridgewave-guide)或者掩埋异质结度H，bu;ryheterogeneous)的结构。[0042]参见图2所示，无源反射光栅8-1和DFB半导体激光器光栅8-2均为采用重构-等效调嗽技术制作的取样光栅；其中，无源反射光栅8-1包括无源反射光栅区1对应的光栅材料层，DFB半导体激光器光栅8-2包括DFB半导体激光器区2对应的光栅材料层。[0043]优选的，参见图1所示，该两段式DFB半导体激光器还包括位于无源反射光栅区1和DFB半导体激光器区2之间的电隔离区3,从而保证无源反射光栅区1和DFB半导体激光器区2可W独立运转。此外，在P型欧姆接触层11中，与电隔离区3相对应的P型欧姆接触层被刻蚀掉，可W增加激光器的隔离度。此外，参见图1所示，正电极13被电隔离区3分隔成两部分，分别为无源反射光栅区1的正电极13-1和DFB半导体激光器区2的正电极13-2DW44]参见图3所示，图3为两段式DFB半导体激光器的侧视图，为了减少无源反射光栅区1部分量子阱的吸收损耗，可W在无源反射光栅区1注入一定的电流。无源反射光栅区1和DFB半导体激光器区2的注入电流分别为Ii和12,其中无源反射光栅区1的注入电流Ii要小于等于其透明电流，W防止因注入电流I1过大，无源反射光栅区1产生激光振荡。[0045]优选的，参见图2所示，无源反射光栅8-1和DFB半导体激光器光栅8-2采用相同的取样周期P和种子光栅周期A。;取样光栅8-1和8-2的光栅禪合系数K1和K2可W相同也可W根据实际需求设计不同的值，且无源反射光栅8-1的光栅禪合系数K1不小于DFB半导体激光器光栅8-2的光栅禪合系数K2。[0046]取样光栅8-1和8-2的不同之处包括：无源反射光栅8-1采用均匀取样光栅结构。而DFB半导体激光器光栅8-2采用中屯、具有等效相移结构15的光栅，包括：等效相移光栅、等效/2相移光栅、等效/4相移光栅、或者具有相应数值相移的等效周期节距调制光栅。另外，无源反射光栅区1和DFB半导体激光器区2根据不同的应用需求可选择不同的腔体长度，本发明实施例中，为了获得较高的边模抑制比，无源反射光栅8-1的长度Ll不小于DFB半导体激光器光栅8-2的长度L2。[0047]无源反射光栅8-1和DFB半导体激光器光栅8-2具有0级子光栅和±1级、±2级等多级子光栅，在制造过程中，将无源反射光栅8-1和DFB半导体激光器光栅8-2的+1或者-1级子光栅的布拉格波长处于激光器介质的增益区中屯、，而将0级光栅的布拉格波长设计于激光器介质的增益区之外。[0048]需要说明的是，当该激光器存在电隔离区3时，由于无源反射光栅8-1可W采用均匀取样光栅结构，故在制作光栅材料层时，可W不需要刻蚀掉电隔离区3相对应的光栅结构，从而节省工艺流程；此时在光栅材料层中，将除DFB半导体激光器光栅8-2之外的均作为无源反射光栅8-1，具体仍参见图2所示。W例优选的，两段式DFB半导体激光器的两端面均锻抗反射膜（AR/AR);或者，两段式DFB半导体激光器的两端面均不锻膜，且两端面采用弯曲波导结构，弯曲角度大于5°。[0050]优选的，无源反射光栅区1和DFB半导体激光器区2所采用的材料可W是III-V族化合物半导体材料（如GaAlAs/GaAs、InGaAs/InGaP、GaAsP/lnGaPJnGaAsPzlnPJnGaAsP/GaAsP等），同时也可采用II-VI族化合物半导体材料、IV-VI族化合物半导体材料等各种S元化合物、四元化合物半导体材料；此外，也可采用渗侣半导体材料（例如AlGaInAs)，用于制造无制冷、溫度特性良好的半导体激光器件。[0051]本发明实施例提供的单片集成两段式DFB半导体激光器，通过设置该激光器取样光栅的周期P可W获取激光器的激射波长，根据最终激光器的激射波长可W确定采用何种取样周期的相移光栅。激光器的激射波长满足：W巧（1)[0053]A±1是取样光栅的±1级子光栅对应的布拉格波长，也是激光器的激射波长。Npff是激光器的有效折射率，P是取样光栅的取样周期，A。=2NWfA。是种子光栅的布拉格波长，A。是种子光栅周期。[0054]下面利用利用传输矩阵法（TMM，TransferMatrixMethod)对本发明实施例提供的单片集成两段式DFB半导体激光器的工作原理和特性进行分析。分析中采用的激光器参数如下山二500ym，L2=450ym，K1=K2=40cm1，A。=23化m，P=6960nm，DFB半导体激光器区2内的光栅采用等效相移。图4(a)是无源反射光栅8-1的反射谱和DFB半导体激光器光栅8-2的透射谱，可W看出DFB半导体激光器的激射波长既透射谱的主模(mainmode)位于光栅8-1的反射谱的中屯、。由于LDL2,光栅8-1的禁带宽度（stop-band)比光栅8-2的禁带宽度窄，导致激光器的边模（±lside-mode)位于光栅8-1反射谱的反射带宽之外。由此可见，光栅8-1可W为激光器的主模提供更高的反射率，因此无源反射光栅8-1在增加激光器输出效率的同时提高了激光器的边模抑制比。激光器边模抑制比的大小可W由激光器的阔值增益差灯虹esholdgainmargin)的大小反映。图4(b)是DFB半导体激光器阔值增益差随着无源反射光栅区1的长度Ll的变化曲线。随着无源反射光栅8-1长度的增加，DFB半导体激光器区2的阔值增益差变大，意味着利用无源反射光栅可W提高激光器的边模抑制比。当无源反射光栅8-1的长度继续增加时，阔值增益差趋于饱和。[0055]图5(a)分别是Li=O和Li=SOOym条件下，DFB半导体激光器腔内光子分布图，在没有无源反射光栅时化1=0)，激光器腔内的光场呈对称分布，两端面激光器输出功率相同，造成50%的输出功率的浪费。当无源反射光栅8-1长度Li=500ym时，由于光栅的反射导致激光器腔内光子分布不对称，右端面光子密度更高，从而提高了激光器右端面的输出功率。图5(b)是Ii=OmA,Li=O和Li=SOOym条件下激光器的输出特性曲线，利用无源反射光栅8-1可W有效提高激光器的输出效率，降低激光器的阔值电流。[0056]本发明实施例提供的一种单片集成两段式DFB半导体激光器，单片集成了无源反射光栅和DFB半导体激光器两部分，利用重构-等效调嗽技术分别设计和制作两部分的取样光栅；利用无源反射光栅的反射特性和选频特性同时提高DFB半导体激光器的输出效率和边模抑制比，同时利用重构-等效调嗽技术可W降低激光器的制造成本。[0057]本发明实施例还提供一种单片集成两段式DFB半导体激光器阵列。参见图6所示，该两段式DFB半导体激光器阵列包括多个如上的任一种两段式DFB半导体激光器，且多个两段式DFB半导体激光器沿垂直于激光器腔体的方向依次并列分布。[0058]优选的，根据上述公式（1)可知，在种子光栅周期A。确定的情况下，改变取样光栅的取样周期P即可改变激光器的出射波长，从而形成具有不同波长（A1、A2...A。）的多波长激光器阵列。具体的，多个两段式DFB半导体激光器的取样光栅的取样周期P可W不完全相同，形成的两段式DFB半导体激光器阵列为多波长的激光器阵列。[0059]本发明实施例W4通道多波长两段式DFB半导体激光器阵列，介绍该单片集成两段式DFB半导体激光器阵列的特性。[0060]具体的，无源反射光栅区长度为Li=SOOiim，DFB半导体激光器区长度为L2=450ym。激光器的外延材料利用金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD技术制作。制造过程如下：首先在N型InP衬底4上依次外延200nm厚的n型InP缓冲层5(渗杂浓度约1.1XIQi8Cm3)、IOOnm厚晶格匹配InGaAsP波导层6(无渗杂）、应变InGaAsP多量子阱层7(光巧光波长1.52ym，7个量子阱：阱宽8皿，0.5%压应变，垒宽10皿，晶格匹配材料）和50nm厚InGaAsP光栅层8,完成一次外延。之后利用重构-等效调嗽技术在光栅层制造所需的取样光栅结构。在取样光栅完成后，利用MOVCD技术二次外延100皿厚P型晶格匹配InGaAsP波导层9(渗杂浓度1.0X10"cm3)、1.7ym厚P型InP限制层10(渗杂浓度由3.0X10"cm3逐渐变化为2.0X1018Cm3)和100皿厚的P型InGaAs欧姆接触层11(渗杂浓度〉5.OXIQi8Cm3)。激光器采用脊波导结构，波导宽度在1.5ym-3ym间，波导高度1.6ym。利用光刻技术刻蚀掉电隔离区3内的欧姆接触层11。之后再激光器表面生长200nm-400nm厚的Si化绝缘层12,脊条上的绝缘层12刻蚀掉，并在脊条和n型衬底4上分别锻上激光器的正、负电极13(13-1是无源反射光栅区正电极，13-2是DFB半导体激光器区正电极）和14。为了消除FP(F油ry-Perot)腔效应，在激光器两端面锻抗反射膜反射率<1%;或者不锻膜，但是激光器两端波导采用弯曲波导结构。[0061]实验测得Ii=OmA,12=IOOmA时4通道多波长单片集成两段式DFB半导体激光器阵列的光谱如图7(a)所示。可W看出4个通道激光器的边模抑制比均大于60地，而相同注入电流情况下没有集成无源反射光栅区1的DFB半导体激光器的边模抑制比只有55地（见图7(b))。激光器阵列波长间隔的设计值是3.2皿，图8(a)是四个通道激光器的波长及其线性拟合曲线，通过拟合得出激光器阵列波长间隔平均值为3.227nm/通道，波长间隔平均误差只有0.〇27nm。图8化）是线性拟合获得的每个通道激光器波长的误差，最大误差只有0.07nm。图9(a)是测得单片集成两段式DFB半导体激光器和未集成无源反馈光栅的DFB半导体激光器的输入输出特征曲线，通过集成无源反馈光栅，激光器的阔值由33mA降低到23mA，输出斜效率由0.165mW/mA提高到23mW/mA。由于无源反射光栅区1仍然存在应变多量子阱层7,为了减小该区域的吸收损耗提高该区域的注入电流Ii。图9(b)是单片集成两段式DFB半导体激光器在不同的Ii下的输入输出特性曲线，通过提高无源反射光栅区1的注入电流Ii可W有效降低DFB半导体激光器区2的阔值，提高激光器的输出效率。[0062]可见，本发明实施例提出的基于重构-等效调嗽的单片集成两段式DFB半导体激光器结构能够有效提高DFB半导体激光器的输出效率，降低激光器的阔值，并且能够实现对激光器阵列波长精确控制。[0063]本发明实施例提供的一种单片集成两段式DFB半导体激光器及阵列，两段式DFB半导体激光器单片集成了无源反射光栅和DFB半导体激光器两部分，利用重构-等效调嗽技术分别设计和制作两部分的取样光栅；利用无源反射光栅的反射特性和选频特性同时提高DFB半导体激光器的输出效率和边模抑制比，同时利用重构-等效调嗽技术可W降低激光器的制造成本，并且能够实现对激光器阵列波长精确控制。W64]本发明能有多种不同形式的【具体实施方式】，上面W图1-图9为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，运并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。[0065]最后应说明的是：W上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可W对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。【主权项】1.一种单片集成两段式DFB半导体激光器，其特征在于，包括：无源反射光栅区和DFB半导体激光器区；所述无源反射光栅区和所述DFB半导体激光器区共用同一段波导结构，并集成在同一衬底或同一芯片上；所述无源反射光栅区无激光振荡，用于为所述DFB半导体激光器区提供反射；所述无源反射光栅区和所述DFB半导体激光器区具有相同的材料外延结构，所述外延结构依次包括：n型衬底、η型缓冲层、波导层、应变多量子阱层、光栅材料层、p型波导层、Ρ型限制层、Ρ型欧姆接触层和绝缘层；所述外延结构的距离η型衬底较近的一面设有负电极，距离绝缘层较近的一面设有正电极，且与所述正电极相对应的区域不存在绝缘层。2.根据权利要求1所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，所述两段式DFB半导体激光器采用脊波导结构或者掩埋异质结的结构。3.根据权利要求1所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，还包括位于所述无源反射光栅区和所述DFB半导体激光器区之间的电隔离区；所述无源反射光栅区和所述DFB半导体激光器区具有相互独立的注入电流，且所述无源反射光栅区的注入电流小于等于所述无源反射光栅区的透明电流。4.根据权利要求3所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，在所述ρ型欧姆接触层中，与所述电隔离区相对应的Ρ型欧姆接触层被刻蚀掉。5.根据权利要求1所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，所述两段式DFB半导体激光器的两端面均镀抗反射膜；或者，所述两段式DFB半导体激光器的两端面均不镀膜，且两端面采用弯曲波导结构，弯曲角度大于5°。6.根据权利要求1-5任一所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，无源反射光栅和DFB半导体激光器光栅均为采用重构-等效啁嗽技术制作的取样光栅；其中，所述无源反射光栅包括所述无源反射光栅区对应的光栅材料层，所述DFB半导体激光器光栅包括所述DFB半导体激光器区对应的光栅材料层。7.根据权利要求6所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，所述无源反射光栅和所述DFB半导体激光器光栅采用相同的取样周期Ρ和种子光栅周期Λ。;所述无源反射光栅的长度L1不小于所述DFB半导体激光器光栅的长度L2。8.根据权利要求6所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，所述无源反射光栅采用均匀取样光栅结构；所述DFB半导体激光器光栅采用中心具有等效相移结构的光栅，包括：等效π相移光栅、等效π/2相移光栅、其他相应数值的相移光栅、或者具有相应数值相移的等效周期节距调制光栅。9.根据权利要求6所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，所述无源反射光栅和所述DFB半导体激光器光栅的+1或者-1级子光栅的布拉格波长处于激光器介质的增益区中心，而0级光栅的布拉格波长处于激光器介质的增益区之外。10.根据权利要求1-5任一所述的两段式DFB半导体激光器，其特征在于，所述无源反射光栅区和所述DFB半导体激光器区所采用的材料为III-V族化合物半导体材料，或者为II-VI族或IV-VI族化合物半导体材料中的三元化合物、四元化合物半导体材料，或者为掺铝半导体材料；所述ΙΙΙ-ν族化合物半导体材料包括GaAlAs/GaAs、InGaAs/InGaP、GaAsP/InGaP、InGaAsP/InP或InGaAsP/GaAsP;所述掺铝半导体材料包括AlGalnAs。11.一种单片集成两段式DFB半导体激光器阵列，其特征在于，包括：多个如权利要求1-10任一所述的单片集成两段式DFB半导体激光器；且多个所述两段式DFB半导体激光器沿垂直于激光器腔体的方向依次并列分布。12.根据权利要求11所述的两段式DFB半导体激光器阵列，其特征在于，多个所述两段式DFB半导体激光器的取样光栅的取样周期不完全相同，所述两段式DFB半导体激光器阵列为多波长的激光器阵列。【文档编号】H01S5/22GK105846312SQ201510014192【公开日】2016年8月10日【申请日】2015年1月12日【发明人】张云山【申请人】南京大学（苏州）高新技术研究院