[发明专利]宽温度工作单片多波长高速DFB激光光源外延层结构、芯片及其制备方法

说明书

本发明提出一种宽温度工作单片多波长高速DFB激光光源外延层结构、芯片及其制备方法，其特征在于：在下波导层和上波导层之间设置有应变补偿多量子阱；所述应变补偿多量子阱包括：下部的经第一高温处理的压应变AlGaInAs量子阱、中部的经第二高温处理的压应变AlGaInAs量子阱、以及上部的不经高温处理的压应变AlGaInAs量子阱。其可实现超过工业级温度范围单模工作，并实现在单片上的多波长DFB阵列激光光源，同时可实现不同DFB波长的精确调控，产品可应用在5G无线网、数据中兴等应用领域，提高应用端的集成度并降低应用成本。

技术领域

本发明涉及激光芯片技术领域，尤其涉及一种宽温度工作单片多波长高速DFB激光光源外延层结构、芯片及其制备方法，其一般用于形成高速DFB激光光源阵列。

背景技术

通常由于应用场景的需求，要求DFB激光器在宽温度范围内（工业级甚至更宽温度范围）能实现单模工作，另外为了保证芯片工作在商业级温度范围内能有一定的冗余量，通常对芯片的低温工作温度范围要求更严格，因此工业级等宽温度工作的高速DFB激光芯片被大量应用在5G前传、数据中心、大容量接入网等应用领域；通常的设计无法同时保证芯片在高温和低温下的工作性能，使得芯片在全温范围内单模良率往往偏低；本发明通过在单片上不同芯片增加加热电阻的方法，实现在低温下对增益谱的调控，在保证高温性能的情况下，极大地提高了DFB单模激光芯片的低温工作温度。

此外，随着信息技术的快速发展，大容量、集成化、小型化是下一代光芯片发展的必然方向。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种宽温度工作单片多波长高速DFB激光光源外延层结构、芯片及其制备方法。利用分步量子混杂效应实现在单片阵列上的宽增益谱，通过选择区域再生长的方法，实现在单片阵列上，不同芯片间光栅折射率的不同，从而实现单片上均匀周期光栅的多波长DFB工作，利用双光栅层和不连续光栅的制备方法，改善了DFB激光器内，谐振腔内的非线性现象以及高温的单模工作性能，并可以通过不同芯片加热电阻的控制方法，实现在单片上波长可调控的多波长高速DFB激光光源阵列。

考虑到通常工业级工作激光器无法同时兼顾高低温性能，使得工业级甚至更宽温度范围内单模工作的DFB芯片良率低；本发明首先采用分步的高温量子阱混杂效应来拓宽激光器工作的增益谱；并采用选择区域生长的办法在单片上不同区域实现不同的光栅折射率，实现单片上的多波长DFB工作，通过采用双光栅层和不连续的光栅制作方法来提高芯片在高温下的单模性能改善谐振腔内的非线性现象；通过合理设置增益谱，在保证芯片高温工作性能的情况下，在低温下采用加热电阻的方式，实现对芯片增益谱和单模波长的精确控制，从而极大地提高了芯片工作的温度范围，并实现在单片上波长可精确调控的多波长DFB激光光源阵列。

在工艺上，其在InP衬底上实现单片宽温度工作多波长高速DFB阵列激光光源。首先在MOCVD生长应变补偿量子阱后通过采用分步高温烘烤，使得量子阱发生波长蓝移，从而实现单片上组合量子阱的宽增益谱宽特性；接着在生长量子阱之外的光栅层时，采用选择区域生长的办法在单片上不同选择生长区域实现不同的光栅折射率，实现在相同的均匀周期光栅下，单片上多个DFB波长的工作；并采用双光栅层和不连续的光栅结构来提高芯片在高温下的单模性能改善激光器各种模式间的非线性现象。通过合理设置材料增益谱的位置，在保证芯片高温工作性能下，在单片上通过不同芯片增加加热电阻的方式，来调控低温工作下的材料增益谱和单模工作波长，极大地提高了芯片工作的低温温度范围；利用加热电阻的控制，可以在单片上精确控制不同DFB的波长，实现单片上WDM多波长的高速阵列DFB激光光源，通过本发明方案制备的多波长高速阵列激光光源可实现超过工业级温度范围工作，可以应用在4G/5G无线网、高速光接入网、数据中心等应用领域，提高系统集成度并降低使用成本。

本发明具体采用以下技术方案：