分布反饋半導體激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信領域，具體而言，涉及一種分布反饋半導體激光器。
【背景技術】
[0002]目前，在各種寬帶接入技術中，無源光網絡(Ρ0Ν)接入技術擁有容量大、傳輸距離長、成本較低、全業務支持等優勢。相關技術中已經標準化的無源光網絡主要包括:異步轉移模式無源光網絡(ΑΡΟΝ)、以太網無源光網絡(ΕΡ0Ν)、千兆無源光網絡(GP0N)、10G-EP0N和XG-PON。10G-EP0N和XG-P0N是在ΕΡ0Ν和GP0N之后系統帶寬升級到10Gb/s的光接入網技術。在已經制定的10G Ρ0Ν標準中(XG-P0N和10GEP0N)，從中心局端到用戶端的下行鏈路的光源波長設置在1574-1580nm之間。調制速率為lOGb/s的L波段直接調制半導體激光器作為下行鏈路的光源器件存在以下缺陷:用于信號傳輸的標準單模光纖在1574-1580nm的波長范圍內較1550nm處具有更大的色散效應。當光源具有一定的頻譜線寬時，不同波長的光在光纖中的傳播速度差別更大，從而導致更為嚴重的脈沖波形展寬，進而產生更大的碼間串擾，由此極大地限制了信號的傳輸距離。
[0003]目前，國際上普遍采用的是電吸收調制激光器(EML)作為上述系統的光源器件，該器件具有低啁啾特性，從而能夠在Ρ0Ν系統要求的20Km傳輸距離內滿足性能要求。然而，該器件采用的是外調制結構，需要將半導體激光器與電吸收調制器(EAM)進行單片集成。由于實現集成的工藝復雜，因而EML器件的可靠性和成品率在國際上也一直是個難題。另一種抑制啁啾的現有技術是在分布反饋激光器后連接窄帶濾波器，即啁啾管理激光器(CML);其利用窄帶濾波器的邊沿濾波效應使得分布反饋激光器輸出的“1”信號通過，而“0”信號被極大的濾除，從而增加了信號消光比，由此，減小了色散對傳輸性能的影響。但是，該技術需要分別對分立的激光器和濾波器進行溫度控制，組件本身結構以及外圍控制電路均比較復雜。并且，濾波器的帶寬通常都要求極窄，這又大大增加了激光器輸出波長與濾波器通帶的對準難度。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種分布反饋半導體激光器，以至少解決相關技術中針對L波段具有低線寬展寬因子的分布反饋半導體激光器，其在直接調制時具有較低的寄生頻率啁啾。因而，其在XG-P0N或10G-EP0N網絡中傳輸時可有效的減小由寄生啁啾引起的色散功率代價的問題。
[0005]根據本發明的一個方面，提供了一種分布反饋半導體激光器。
[0006]根據本發明實施例的分布反饋半導體激光器包括:激光器為多層復合結構，其中，多層復合結構依次由N型電極、襯底、下包層、下分別限制層、應變多量子阱有源層、上分別限制層、緩沖層、光柵層、上包層以及P型電極組成，激光器相對設置的兩個端面分別鍍有高反膜層和減反膜層，光柵層的光柵布拉格波長與有源區增益峰波長失諧并相對藍移。
[0007]優選地，光柵布拉格波長與有源區增益峰波長失諧并相對藍移包括:光柵布拉格波長為L波段內的1577±3nm ;應變多量子阱有源層所采用的材料為鋁鎵銦砷，應變多量子阱有源層增益峰值處波長為1600 ±5nm。
[0008]優選地，對應變多量子阱有源層中的量子阱施加1.2%至1.5%壓應變并且對應變多量子阱有源層中的有源區勢壘施加0.1%至0.3%的張應變。
[0009]優選地，襯底、下包層、緩沖層以及上包層所采用的材料均為磷化銦。
[0010]優選地，下分別限制層和上分別限制層所采用的材料為鋁鎵銦砷。
[0011 ] 優選地，光柵層所采用的材料為銦鎵砷磷。
[0012]優選地，N型電極所采用的材料為鈦、鉬、金合金，P型電極所采用的材料為金、鍺、
鎳合金。
[0013]優選地，在相對設置的兩個端面中的第一端面鍍有功率反射率為90%的高反膜層以及相對設置的兩個端面中的第二端面鍍有功率反射率為10%的減反膜層。
[0014]優選地，上述激光器應用于XG-P0N或者10G-EP0N網絡中心局端。
[0015]通過本發明實施例，采用激光器為多層復合結構，其中，多層復合結構依次由N型電極、襯底、下包層、下分別限制層、應變多量子阱有源層、上分別限制層、緩沖層、光柵層、上包層、P型電極組成，激光器相對設置的兩個端面分別鍍有高反膜層和減反膜層，光柵層的光柵布拉格波長與有源區增益峰波長失諧并相對藍移，解決了相關技術中針對L波段具有低線寬展寬因子的分布反饋半導體激光器，其在直接調制時具有較低的寄生頻率啁啾。因而，其在XG-P0N或10G-EP0N網絡中傳輸時可有效的減小由寄生啁啾引起的色散功率代價的問題，進而可以有效地減小激光器輸出光信號在XG-P0N或10G-EP0N光纖接入網絡中傳輸時由器件寄生啁啾引起的色散功率代價。
【附圖說明】
[0016]此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0017]圖1是根據本發明優選實施例的半導體激光器的結構示意圖；
[0018]圖2是根據本發明優選實施例的激光器有源層的歸一化增益以及線寬展寬因子與波長關系的意圖；
[0019]圖3是根據本發明優選實施例的激光器有源層量子阱壓應變量對增益帶寬影響的不意圖；
[0020]圖4是根據本發明優選實施例的激光器前向輸出端面的“功率-電流”曲線的示意圖；
[0021]圖5是根據本發明優選實施例的激光器前向輸出端面的輸出光功率譜的示意圖；
[0022]圖6根據本發明優選實施例的激光器前向輸出端面的小信號調制的幅度響應曲線的示意圖；
[0023]圖7是根據本發明優選實施例的采用和未采用減小線寬展寬因子技術的激光器啁啾特性比較的示意圖；
[0024]圖8是根據本發明優選實施例的對米用和未米用激光器的前向輸出信號在20Km光纖傳輸后的傳輸誤碼率與接收機接收功率關系的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下文中將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0026]需要說明的是，在本發明優選實施例的半導體激光器中，可以將相對設置的兩個端面的第一端面定義為背向端面，第二端面定義為前向輸出端面。
[0027]圖1是根據本發明實施例的基于帶通濾波結構的單縱模半導體激光器的結構示意圖。如圖1所示，其橫向結構(x-y截面)為脊波導結構，由自下而上依次排列的N型電極1、襯底2、下包層3、下分別限制層4、應變多量子阱有源層5、上分別限制層6、緩沖層7、光柵層8、上包層9、P型電極10組成，其中，激光器相對設置的兩個端面分別鍍有高反膜層和減反膜層，光柵層的光柵布拉格波長與有源區增益峰波長失諧并相對藍移。
[0028]高速直接調制半導體激光器作為光源是光纖通信系統中的關鍵器件，它在光纖通信系統以及高速信息傳輸系統中都有極其重要的應用。分布反饋式半導體激光器具有結構緊湊、功耗低、成本低以及可直接調制等優點。然而，目前XG-P0N和10GEP0N網絡中L波段的光源主要采用的是基于外部調制結構的電吸收調制激光器。阻礙直接調制分布反饋半導體激光器應用的主要問題是其直接調制帶來的寄生頻率啁啾(也即寄生波長啁啾)在光纖中傳輸時會帶來較大的色散功率代價。采用如圖1所示的激光器，利用激光器有源區增益峰值的短波長一側具有較小的線寬展寬因子的特點，使得由光柵確定的工作波長與有源區增益峰波長失諧并相對藍移，由此解決了相關技術中針對L波段具有低線寬展寬因子的分布反饋半導體激光器，其在直接調制時具有較低的寄生頻率啁啾。因而，其在XG-P0N或10G-EP0N網絡中傳輸時可有效的減小由寄生啁啾引起的色散功率代價的問題，從而在工作波長處激光器具有較小的線寬展寬因子，達到降低器件工作時的寄生啁啾、減小其在光纖中傳輸時帶來的色散功率代價。
[0029]在優選實施過程中，上述激光器可以應用于XG-P0N或者10G-EP0N網絡中心局端。
[0030]優選地，光柵布拉格波長與有源區增益峰波長失諧并相對藍移需要同時滿足以下兩個條件:
[0031]條件一:光柵布拉格波長為L波段內的1577 ±3nm ；
[0032]條件二:應變多量子阱有源層所采用的材料為鋁鎵銦砷，應變多量子阱有源層增益峰值處波長為1600 ±5nm。
[0033]優選地，對應變多量子阱有源層中的量子阱施加1.2%至1.5%壓應變并且對應變多量子阱有源層中的有源區勢壘施加0.1%至0.3%的張應變。
[0034]在優選實施過程中，襯底2、下包層3、緩沖層7以及上包層9所采用的材料均為磷化銦(InP)。
[0035]在優選實施過程中，下分別限制層4和上分別限制層6采用的材料為鋁鎵銦砷(AlGalnAs)。
[0036]在優選實施過程中，應變多量子阱有源層5采用的材料為鋁鎵銦砷(AlGalnAs)。
[0037]在優選實施過程中，光柵層8所采用的材料為銦鎵砷磷(InGaAsP)。
[0038]在優選實施過程中，N型電極1所采用的材料為鈦、鉬、金合金。
[0039]在優選實施過程中，P型電極10所采用的材料為金、鍺、鎳合金。
[0040]優選地，上述激光器的縱向腔長為250 μ m，在相對設置的兩個端面中的第一端面鍍有功率反射率為90%的高反膜層以及相對設置的兩個端面中的第二端面鍍有功率反射率為10%的減反膜層。
[0041]對于應變多量子阱的有源區，導帶中的波函數和Ε-k色散關系是由求解單一薛定諤方程獲得解析結果，而價帶的波函