本發(fā)明涉及半導體激光器，尤其涉及一種多波長陣列激光器及其制備方法。

背景技術：

1、近年來，光輸入/輸出(i/o)技術作為一種新型鏈路技術應運而生，促進了低功耗、高密度互連，滿足了人工智能、物聯(lián)網、通信等領域所需的高帶寬傳輸速率。密集波分復用(dwdm)系統(tǒng)因其能夠滿足光i/o鏈路中高帶寬密度的需求而脫穎而出，成為一項出色的解決方案。這種光i/o技術的核心組件是多波長陣列激光器(mwl)，其波長需與dwdm系統(tǒng)嚴格對齊，從而實現(xiàn)帶寬的可擴展性，實現(xiàn)高速海量信息的傳輸。

2、目前已有的多波長陣列激光器，包括頻率梳激光器、鎖模激光器和分布反饋(dfb)激光器陣列等。其中，dfb激光器陣列因其模式穩(wěn)定性好、操作機制簡單、輸出功率高得到廣泛應用。而當波長信道間隔較小時，光柵周期需要達到亞納米級的精度，因此制備符合相應要求的多波長陣列激光器具有極大的挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，為此，本發(fā)明第一方面提出一種多波長陣列激光器，所述激光器包括在同一襯底上平行排列的至少兩個激光單元，相鄰的兩個所述激光單元之間為電極隔離區(qū)；所述至少兩個激光單元具有不同的波長；所述襯底為n型inp襯底；

2、所述激光器包括一次外延、光柵區(qū)域層和二次外延；

3、所述一次外延位于所述襯底上，所述一次外延從下至上依次包括緩沖層、下限制層、量子阱有源層、上限制層，所述下限制層厚度大于所述上限制層厚度；

4、所述光柵區(qū)域層位于所述一次外延層上，包括多個光柵單元，所述光柵單元由高階相移光柵或高階節(jié)距調節(jié)光柵制備而成；一個所述光柵單元對應一個所述激光單元，每個所述光柵單元具有不同的光柵周期，所述不同的光柵周期形成不同的波長；

5、所述二次外延位于所述光柵區(qū)域層上，從下至上依次包括上波導層、歐姆接觸層。

6、可選地，所述高階相移光柵和所述高階節(jié)距調節(jié)光柵為2階光柵、3階光柵、4階光柵、5階光柵中的一種；所述高階相移光柵和所述高階節(jié)距調節(jié)光柵的占空比為0.3～0.8；所述光柵區(qū)域層厚度為20～50nm。

7、可選地，所述高階相移光柵的相移區(qū)采用λ/4相移，所述相移區(qū)位于所述激光器腔長1/3～1/4處，且靠近所述激光器反射面一側。

8、可選地，各個所述激光單元的輸出波長在光通信用o波段或c波段范圍內，各個所述激光單元的波長間隔為以下其中一種：100ghz、200ghz、400ghz、800ghz、800ghz以上。

9、可選地，所述緩沖層中嵌有由ingaasp組成的光場調節(jié)層，所述光場調節(jié)層的層數為至少一層，各層厚度為50～300nm。

10、可選地，所述量子阱有源層由ingaasp或algainas組成，所述量子阱有源層的增益譜覆蓋所述激光器的波長范圍，所述量子阱有源層中的量子阱和勢壘層的交替次數小于或等于3。

11、可選地，所述襯底為n型inp襯底；各個所述激光單元的n極為共電極，p極為單獨控制。

12、本發(fā)明第二方面提出一種多波長陣列激光器的制備方法，所述方法包括：

13、制備襯底，并在所述襯底上沉積一次外延，所述一次外延從下至上依次包括緩沖層、下限制層、量子阱有源層、上限制層、光柵層，所述下限制層厚度大于上限制層厚度；

14、在所述一次外延上利用高階相移光柵或高階節(jié)距調節(jié)光柵制備光柵區(qū)域層；所述光柵區(qū)域層包括多個光柵單元，每個所述光柵單元具有不同的光柵周期；

15、在所述光柵區(qū)域層上沉積二次外延，所述二次外延從下至上依次包括波導層、歐姆接觸層；利用后端工藝對所述二次外延進行波導刻蝕，并在所述二次外延的外側沉積絕緣層；

16、對所述絕緣層開窗，利用所述開窗的位置制備金屬電極。

17、可選地，所述波導刻蝕采用脊形波導刻蝕；所述絕緣層的材質為二氧化硅；

18、所述金屬電極包括n型電極與p型電極，其中，所述n型電極采用電子束蒸發(fā)及磁控濺射工藝，所述p型電極采用電子束蒸發(fā)及電鍍工藝；

19、制備所述金屬電極后在300～500℃條件下退火2～10min，以使所述金屬電極層與所述波導層之間形成歐姆接觸層。

20、可選地，通過光刻工藝制備各個所述激光單元的p型電極間的隔離道。

21、本申請實施例提供的技術方案帶來的有益效果至少包括：

22、本發(fā)明實施例提供的一種多波長陣列激光器，其特征在于，所述激光器包括在同一襯底上平行排列的至少兩個激光單元，相鄰的兩個所述激光單元之間為電極隔離區(qū)；所述至少兩個激光單元具有不同的波長；所述激光器包括一次外延、光柵區(qū)域層和二次外延；所述一次外延位于所述襯底上，所述一次外延從下至上依次包括緩沖層、下限制層、量子阱有源層、上限制層，所述下限制層厚度大于所述上限制層厚度；所述光柵區(qū)域層位于所述一次外延層上，包括多個光柵單元，所述光柵單元由高階相移光柵或高階節(jié)距調節(jié)光柵制備而成；一個所述光柵單元對應一個所述激光單元，每個所述光柵單元具有不同的光柵周期，所述不同的光柵周期形成不同的波長；所述二次外延位于所述光柵區(qū)域層上，從下至上依次包括上波導層、歐姆接觸層。該激光器采用高階相移光柵或高階節(jié)距調節(jié)光柵，提高了光柵制備的工藝容差，縮短了加工周期，易于實現(xiàn)波長的精確控制；并且，采用同一襯底，實現(xiàn)了多個激光單元的單片集成，為大規(guī)模光子互連系統(tǒng)提供理想片上多波長光源。

技術特征：

1.一種多波長陣列激光器，其特征在于，所述激光器包括在同一襯底上平行排列的至少兩個激光單元，相鄰的兩個所述激光單元之間為電極隔離區(qū)；所述至少兩個激光單元具有不同的波長；

2.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述高階相移光柵和所述高階節(jié)距調節(jié)光柵為2階光柵、3階光柵、4階光柵、5階光柵中的一種；所述高階相移光柵和所述高階節(jié)距調節(jié)光柵的占空比為0.3～0.8；所述光柵區(qū)域層厚度為20～50nm。

3.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述高階相移光柵的相移區(qū)采用λ/4相移，所述相移區(qū)位于所述激光器腔長1/3～1/4處，且靠近所述激光器反射面一側。

4.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，各個所述激光單元的輸出波長在光通信用o波段或c波段范圍內，各個所述激光單元的波長間隔為以下其中一種：100ghz、200ghz、400ghz、800ghz、800ghz以上。

5.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述緩沖層中嵌有由ingaasp組成的光場調節(jié)層，所述光場調節(jié)層的層數為至少一層，各層厚度為50～300nm。

6.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述量子阱有源層由ingaasp或algainas組成，所述量子阱有源層的增益譜覆蓋所述激光器的波長范圍，所述量子阱有源層中的量子阱和勢壘層的交替次數小于或等于3。

7.根據權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述襯底為n型inp襯底；各個所述激光單元的n極為共電極，p極為單獨控制。

8.一種多波長陣列激光器的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述波導刻蝕采用脊形波導刻蝕；所述絕緣層的材質為二氧化硅；

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，通過光刻工藝制備各個所述激光單元的p型電極間的隔離道。

技術總結
本發(fā)明提供一種多波長陣列激光器及其制備方法，該激光器包括在同一襯底上平行排列的至少兩個激光單元，相鄰的兩個激光單元之間為電極隔離區(qū)；至少兩個激光單元具有不同的波長；激光器包括一次外延、光柵區(qū)域層和二次外延；一次外延位于襯底上；光柵區(qū)域層位于一次外延層上，包括多個光柵單元，光柵單元由高階相移光柵或高階節(jié)距調節(jié)光柵制備而成；一個光柵單元對應一個激光單元，每個光柵單元具有不同的光柵周期，不同的光柵周期形成不同的波長；二次外延位于光柵區(qū)域層上。該激光器采用高階光柵，提高了光柵制備的工藝容差，縮短了加工周期，易于實現(xiàn)波長的精確控制；并且，采用同一襯底，實現(xiàn)了多個激光單元的單片集成。

技術研發(fā)人員：于志遠,張文富,王斌浩
受保護的技術使用者：中國科學院西安光學精密機械研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8