[发明专利]可调谐激光器硅基混合集成及可调谐激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种可调谐激光器硅基混合集成，其特征在于：包括硅基衬底以及可调谐面发射水平腔激光器，所述可调谐面发射水平腔激光器包括外延结构本体，所述外延结构本体的上端沿波导传输方向间隔设置有长度不同的多段脊型波导，形成腔长不同的多个FP腔激光器，实现不同间距的梳状谱的叠加，所述外延结构本体的上端设有N电极和多个P电极，P电极与N电极同面设置，多个P电极分别与多段脊型波导一一对应电连接，所述N电极与外延结构本体的衬底电连接，外延结构本体的水平腔脊型波导上设有面发射垂直耦合光栅，用于实现水平谐振腔激光的垂直耦合面发射，所述可调谐面发射激光器倒装在硅基衬底上，所述硅基衬底上设有的多个焊盘，多个焊盘的上端用于分别与可调谐面发射激光器的N电极以及多个P电极一一对应焊接，硅基衬底上设有匹配电路，多个焊盘分别与匹配电路电连接，所述匹配电路用于分别给可调谐面发射激光器的多个P电极提供不同的注入电流，通过电流注入控制和游标效应实现大范围波长可调谐和单模输出，所述硅基衬底上设有垂直耦合光栅、硅基波导，所述垂直耦合光栅用于将激光器发射的光垂直耦合到硅基波导。

2.如权利要求1所述的可调谐激光器硅基混合集成，其特征在于：相邻两段脊型波导之间通过隔离槽隔开，隔离槽内沉积二氧化硅作为电隔离层；外延结构本体上端的脊型波导为三段。

3.如权利要求1所述的可调谐激光器硅基混合集成，其特征在于：所述外延结构本体的上端刻蚀开口，刻蚀停止在外延结构本体的衬底上端，该开口内沉积有电极金属，形成N电极；所述N电极位于脊型波导的一侧；P电极位于脊型波导上端，并向脊型波导的另一侧延伸；

所述外延结构本体包括从下至上依次设置的衬底、有源层、脊型腐蚀停止层、脊型层和表面接触层；刻蚀外延结构本体上端形成脊型波导时，刻蚀停止在脊型腐蚀停止层上端；

所述有源层包括多量子阱层以及上、下波导限制层，上、下波导限制层分别位于多量子阱层的上、下端；

多量子阱层为InGaAsP多量子阱层；脊型腐蚀停止层为InGaAsP脊型腐蚀停止层；脊型层为P掺杂InP脊型层；表面接触层为InGaAs表面接触层；衬底为掺铁InP绝缘衬底。

4.如权利要求1所述的可调谐激光器硅基混合集成，其特征在于：所述外延结构本体沿波导传输方向的同向一侧镀有第一反射膜，所述外延结构本体沿波导传输方向的反向一侧镀有第二反射膜。

5.如权利要求1所述的可调谐激光器硅基混合集成，其特征在于：面发射垂直耦合光栅是通过刻蚀掉部分脊波导材料形成的光栅结构；面发射垂直耦合光栅位于有源区上方；面发射垂直耦合光栅用于将水平谐振腔的激光水平激光器的激光垂直发射出去散射到垂直方向上，使激光从水平腔激光器的上表面垂直耦合输出，便于与硅基传输波导高效耦合集成；

所述面发射垂直耦合光栅制作在靠近待解理面的脊型波导上。

6.一种可调谐激光器，其特征在于：包括外延结构本体，所述外延结构本体的上端沿波导传输方向间隔设置有长度不同的多段脊型波导，形成腔长不同的多个FP腔激光器，通过腔长不同的多个FP腔激光器相互之间平移重叠梳状峰而选模达到波长可调谐的目标，设计不同的腔长使得输出光谱梳状峰之间中心间距不同，通过注入载流子密度的增大使得有源区等效折射率改变从而影响FP激光器输出光谱梳状谱红移的特性，实现该激光器精密波长调谐功能,所述外延结构本体的上端设有多个P电极，多个P电极分别与多段脊型波导一一对应电连接，所述外延结构本体上还设有N电极，所述N电极与外延结构本体的衬底电连接。

7.一种可调谐激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

生长外延结构，包括：在衬底上依次生长有源层、脊型腐蚀停止层、脊型层和表面接触层；

制作脊型波导，包括：在外延结构上通过脊型光刻及刻蚀技术形成沿波导传输方向间隔分布的多段长度不同的脊型波导，刻蚀停止在脊型腐蚀停止层上端，相邻两段脊型波导之间为隔离槽；

在脊型波导上制做面发射垂直耦合光栅；

电注入通道制作，包括：在外延结构表面沉积钝化层二氧化硅并刻蚀脊型台面上的钝化层二氧化硅，形成P型电注入通道，在外延结构上端位于脊型台面一侧选定的N型隔离区刻蚀材料至衬底，形成N型电注入通道；

电极制作，包括：在外延结构表面沉积电极金属，金属覆盖脊上P型电注入通道和N型电注入通道，形成PN结电流注入回路；

镀膜制作，包括：将衬底减薄，解理后得到激光器bar条，在激光器bar条两侧镀反射膜；将bar条划裂解理成单个芯片，采用倒装焊焊接至带有焊盘的硅基衬底上，加电测试；硅基衬底上设有匹配电路和带有垂直耦合光栅的硅基波导。