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单片集成混沌半导体激光器是将激光器、扰动元件及其他相关功能元件生长在同一衬底材料上制作而成，目前存在以下几种结构。
2008年，希腊雅典大学信息与通信部光通信实验室阿里吉斯（A.Argyris）和德国海因里希-赫兹研究院弗劳恩霍夫电信研究所哈马赫尔（M.Hamacher）等提出了一种新型的光子集成芯片 [1] 。如图2-1所示，该芯片由DFB激光器区、增益/吸收区、相区和末端镀有高反膜的无源波导组成 [2-6] 。其中，无源波导末端所镀的高反膜为DFB激光器提供单腔反馈，增益/吸收区和相区可以分别控制、调节反馈光的强度和相位，使其能够产生高维的可控宽带混沌信号。
图2-1 DFB激光器区、增益/吸收区、相区和无源波导组成的四段式芯片结构示意图
（a）DFB激光器区；（b）增益/吸收区；（c）相区；（d）无源波导；（e）高反膜
2009年，德国柏林维尔斯特拉斯学院特隆尼库（V.Z.Tronciu）、西班牙巴利阿里群岛大学玛莉索（C.Mirasso）和科利特（P.Colet）、德国海因里希-赫兹研究院弗劳恩霍夫电信研究所哈马赫尔和意大利蒂帕维亚大学安诺瓦齐-洛迪（V.Annovazzi-Lodi）提出了带有空气隙的多反馈光子集成混沌半导体激光器芯片。如图2-2所示，包括一个DFB激光器区、两个相区、一个空气隙，以及无源波导部分。其中，空气隙的两面以及镀有高反射膜的面对DFB激光器区形成三腔反馈，两个相区可以控制反馈相位。2010年，他们联合意大利蒂帕维亚大学班尼特（M.Benedetti）和韦尔切西（V.Vercesi）理论模拟并实验测试了该集成混沌半导体激光器的输出特性 [7] 。
图2-2 带有空气隙的多反馈集成混沌半导体激光器芯片结构示意图
2011年，日本NTT公司砂田（S.Sunada）和埼玉大学内田（A.Uchida）等研制出带有环形无源光波导的单片集成混沌半导体激光器 [8] 。如图2-3所示，该芯片由一个DFB激光器、两个半导体光放大器（SOA）、一个光电探测器和一段环形光波导组成 [9] 。其中，SOA可以同时控制反馈信号的光强和相位，通过调节两个SOA的注入电流，可产生混沌激光。
图2-3 环形光波导结构的单片集成混沌半导体激光器
（a）结构示意图；（b）实物图
2013年，西南大学吴加贵和中国科学院半导体研究所赵玲娟等合作研制了三段式单片集成混沌半导体激光器芯片 [10] 。如图2-4所示，该芯片包含一个DFB激光器区、相区、放大区，并在一端端面镀高反射膜以形成光反馈腔 [11] 。采用量子阱融合（QWI）技术降低相区的吸收损耗，涂覆高反射膜产生高反射率，通过放大区和相区分别控制反馈光强和反馈相位实现混沌激光输出。
图2-4 DFB激光器区、相区和放大区组成的三段式单片集成混沌半导体激光器芯片
（a）实物图；（b）结构示意图
2014年，日本金泽大学砂田（S.Sunada）和安达（M.Adachi）、冈山县立大学福岛（T.Fukushima）、NTT公司筱原尚之（S.Shinohara）以及东洋大学平山（T.Harayama）等共同研制出二维外腔结构的混沌半导体激光器芯片 [12] 。如图2-5所示，该芯片包括一个激光器部分和一个二维的外腔部分，尺寸小于230μm×1 mm。其中，二维外腔部分能够使激光产生多次反馈以产生更大的光延迟，通过注入外腔的电流控制反馈强度产生混沌激光。
图2-5 二维外腔结构的混沌半导体激光器芯片
2014年，清华大学孙长征等研制了一种超短延迟时间的互耦合单片集成混沌半导体激光器芯片 [13] 。如图2-6所示，该芯片由两个互耦合的DFB激光器和中间相区构成，通过改变相位区电流及激光器的偏置电流，可产生混沌信号。
图2-6 互耦合单片集成混沌半导体激光器芯片的结构示意图