[发明专利]一种高单模良率弯波导DFB激光器芯片

说明书

本发明公开了一种高单模良率弯波导DFB激光器芯片，涉及DFB激光器芯片技术领域，包括激光器腔，该激光器腔沿y方向的两端面分别为AR涂层解理面和HR涂层解理面；激光器腔具有包含光栅层的波导，波导包括依次连接的第一直波导、第一弯波导、可调直波导、第二弯波导和第二直波导；第一弯波导和第二弯波导均为平滑曲线，且其首尾两端的切线均与y方向平行；可调直波导沿y方向的长度H的取值范围为：。本发明突破性地采用五段式波导结构，从而使得波导在HR涂层解理面的端面反射率相对于传统直条形波导在HR涂层解理面的端面反射率具有π/2的相位差，由此改善芯片单模良率，大大提高了DFB芯片的生产效率，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及DFB激光器芯片技术领域，特别涉及一种高单模良率弯波导DFB激光器芯片。

背景技术

分布反馈式（DFB）激光器芯片是实现高速光通讯的核心器件。不同于FP腔的反射镜面，该激光器主要依靠结构中的布拉格光栅为激光器腔内提供反馈。DFB激光器中的光栅分为增益型耦合光栅与折射率型耦合光栅。其中，折射率型耦合光栅DFB激光器将光栅刻蚀在临近有源层的透明波导层上，该光栅结构在实际发展过程中得到了广泛应用。

能否在单一的纵向模式下工作，以及是否具有较高的边模抑制率（SMSR）是DFB激光器的关键性能特征。Coldren等在“Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits.Optical Engineering” 中143至149页阐明，折射率型均匀光栅的DFB激光器在端面两边镀增透（AR）膜后，会存在两个简并的纵模，它们有着相同的最低增益。在激光器的两端面不对称镀膜时（即一端镀AR膜，一端镀高反（HR）膜），简并会被消除。然而，DFB激光器最终激射的波长取决于端面反射率和相位（即HR涂层解理面在光栅处的位置），端面相位的随机性致使均匀光栅DFB激光器的单模成品率很低。

DFB激光器芯片的制作需使用解理技术将晶圆解理成一定的谐振腔长度的芯片。通常由于工艺误差解理端面与理想位置相差最大可达到±5µm，这造成端面与光栅之间的相位具有随机性。DFB激光器也可以采用光刻技术来定义蚀刻面，但光刻系统的对准精度以及光栅与蚀刻面之间的角度偏差，不足以确定整个晶圆的端面与光栅之间的相位。

工业界生产的均匀光栅DFB半导体激光器，在其一端面镀AR膜，另一端面镀HR膜，单模良品率约66%。在光栅中心引入λ/4相移是实现单模激射的另外一种有效方式，其单模良品率理论可达100%。然而λ/4相移均匀光栅DFB半导体激光器面临着空间烧孔效应以及光功率浪费的问题。研究表明，在λ/4相移均匀光栅DFB半导体激光器一端面镀AR膜，另一端面镀HR膜，单模良品率可达80%左右。

综上，反射端面形成FP腔效应以及解理过程造成的反射端面相位的不确定，使得生产的芯片的激射模式与SMSR难以预见，从而大大降低了DFB芯片单模成品率。DFB半导体激光器在经过冗长的外延、光栅制作、二次外延、前/后道、解理和AR/HR镀膜工艺过程后，其单位芯片的价值是最高的，这时的单模良率损失如果能被避免，会大大提高DFB芯片的生产效率，降低生产成本。

申请号为202080091699.0的中国专利公开了一种带有成角度的中心波导部分的DFB激光器，该方案中的波导结构采用第一直波导+偏折波导+第二直波导的三段式偏折波导结构，由此可以提高产率，选择性地有助于优选的激光波长并减少模式跳跃。然而经过实践后发现，该方案中三段式波导结构的滤波性能一般，并且处于中段的偏折波导存在的损耗较大，会影响芯片的整体性能。

发明内容

本发明提供一种高单模良率弯波导DFB激光器芯片，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。

本发明采用如下技术方案：