分布反馈半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种分布反馈半导体激光器。
【背景技术】
[0002]目前，在各种宽带接入技术中，无源光网络(Ρ0Ν)接入技术拥有容量大、传输距离长、成本较低、全业务支持等优势。相关技术中已经标准化的无源光网络主要包括:异步转移模式无源光网络(ΑΡΟΝ)、以太网无源光网络(ΕΡ0Ν)、千兆无源光网络(GP0N)、10G-EP0N和XG-PON。10G-EP0N和XG-P0N是在ΕΡ0Ν和GP0N之后系统带宽升级到10Gb/s的光接入网技术。在已经制定的10G Ρ0Ν标准中(XG-P0N和10GEP0N)，从中心局端到用户端的下行链路的光源波长设置在1574-1580nm之间。调制速率为lOGb/s的L波段直接调制半导体激光器作为下行链路的光源器件存在以下缺陷:用于信号传输的标准单模光纤在1574-1580nm的波长范围内较1550nm处具有更大的色散效应。当光源具有一定的频谱线宽时，不同波长的光在光纤中的传播速度差别更大，从而导致更为严重的脉冲波形展宽，进而产生更大的码间串扰，由此极大地限制了信号的传输距离。
[0003]目前，国际上普遍采用的是电吸收调制激光器(EML)作为上述系统的光源器件，该器件具有低啁啾特性，从而能够在Ρ0Ν系统要求的20Km传输距离内满足性能要求。然而，该器件采用的是外调制结构，需要将半导体激光器与电吸收调制器(EAM)进行单片集成。由于实现集成的工艺复杂，因而EML器件的可靠性和成品率在国际上也一直是个难题。另一种抑制啁啾的现有技术是在分布反馈激光器后连接窄带滤波器，即啁啾管理激光器(CML);其利用窄带滤波器的边沿滤波效应使得分布反馈激光器输出的“1”信号通过，而“0”信号被极大的滤除，从而增加了信号消光比，由此，减小了色散对传输性能的影响。但是，该技术需要分别对分立的激光器和滤波器进行温度控制，组件本身结构以及外围控制电路均比较复杂。并且，滤波器的带宽通常都要求极窄，这又大大增加了激光器输出波长与滤波器通带的对准难度。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种分布反馈半导体激光器，以至少解决相关技术中针对L波段具有低线宽展宽因子的分布反馈半导体激光器，其在直接调制时具有较低的寄生频率啁啾。因而，其在XG-P0N或10G-EP0N网络中传输时可有效的减小由寄生啁啾引起的色散功率代价的问题。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种分布反馈半导体激光器。
[0006]根据本发明实施例的分布反馈半导体激光器包括:激光器为多层复合结构，其中，多层复合结构依次由N型电极、衬底、下包层、下分别限制层、应变多量子阱有源层、上分别限制层、缓冲层、光栅层、上包层以及P型电极组成，激光器相对设置的两个端面分别镀有高反膜层和减反膜层，光栅层的光栅布拉格波长与有源区增益峰波长失谐并相对蓝移。
[0007]优选地，光栅布拉格波长与有源区增益峰波长失谐并相对蓝移包括:光栅布拉格波长为L波段内的1577±3nm ;应变多量子阱有源层所采用的材料为铝镓铟砷，应变多量子阱有源层增益峰值处波长为1600 ±5nm。
[0008]优选地，对应变多量子阱有源层中的量子阱施加1.2%至1.5%压应变并且对应变多量子阱有源层中的有源区势垒施加0.1%至0.3%的张应变。
[0009]优选地，衬底、下包层、缓冲层以及上包层所采用的材料均为磷化铟。
[0010]优选地，下分别限制层和上分别限制层所采用的材料为铝镓铟砷。
[0011 ] 优选地，光栅层所采用的材料为铟镓砷磷。
[0012]优选地，N型电极所采用的材料为钛、钼、金合金，P型电极所采用的材料为金、锗、
镍合金。
[0013]优选地，在相对设置的两个端面中的第一端面镀有功率反射率为90%的高反膜层以及相对设置的两个端面中的第二端面镀有功率反射率为10%的减反膜层。
[0014]优选地，上述激光器应用于XG-P0N或者10G-EP0N网络中心局端。
[0015]通过本发明实施例，采用激光器为多层复合结构，其中，多层复合结构依次由N型电极、衬底、下包层、下分别限制层、应变多量子阱有源层、上分别限制层、缓冲层、光栅层、上包层、P型电极组成，激光器相对设置的两个端面分别镀有高反膜层和减反膜层，光栅层的光栅布拉格波长与有源区增益峰波长失谐并相对蓝移，解决了相关技术中针对L波段具有低线宽展宽因子的分布反馈半导体激光器，其在直接调制时具有较低的寄生频率啁啾。因而，其在XG-P0N或10G-EP0N网络中传输时可有效的减小由寄生啁啾引起的色散功率代价的问题，进而可以有效地减小激光器输出光信号在XG-P0N或10G-EP0N光纤接入网络中传输时由器件寄生啁啾引起的色散功率代价。
【附图说明】
[0016]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0017]图1是根据本发明优选实施例的半导体激光器的结构示意图；
[0018]图2是根据本发明优选实施例的激光器有源层的归一化增益以及线宽展宽因子与波长关系的意图；
[0019]图3是根据本发明优选实施例的激光器有源层量子阱压应变量对增益带宽影响的不意图；
[0020]图4是根据本发明优选实施例的激光器前向输出端面的“功率-电流”曲线的示意图；
[0021]图5是根据本发明优选实施例的激光器前向输出端面的输出光功率谱的示意图；
[0022]图6根据本发明优选实施例的激光器前向输出端面的小信号调制的幅度响应曲线的示意图；
[0023]图7是根据本发明优选实施例的采用和未采用减小线宽展宽因子技术的激光器啁啾特性比较的示意图；
[0024]图8是根据本发明优选实施例的对米用和未米用激光器的前向输出信号在20Km光纤传输后的传输误码率与接收机接收功率关系的示意图。
【具体实施方式】
[0025]下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]需要说明的是，在本发明优选实施例的半导体激光器中，可以将相对设置的两个端面的第一端面定义为背向端面，第二端面定义为前向输出端面。
[0027]图1是根据本发明实施例的基于带通滤波结构的单纵模半导体激光器的结构示意图。如图1所示，其横向结构(x-y截面)为脊波导结构，由自下而上依次排列的N型电极1、衬底2、下包层3、下分别限制层4、应变多量子阱有源层5、上分别限制层6、缓冲层7、光栅层8、上包层9、P型电极10组成，其中，激光器相对设置的两个端面分别镀有高反膜层和减反膜层，光栅层的光栅布拉格波长与有源区增益峰波长失谐并相对蓝移。
[0028]高速直接调制半导体激光器作为光源是光纤通信系统中的关键器件，它在光纤通信系统以及高速信息传输系统中都有极其重要的应用。分布反馈式半导体激光器具有结构紧凑、功耗低、成本低以及可直接调制等优点。然而，目前XG-P0N和10GEP0N网络中L波段的光源主要采用的是基于外部调制结构的电吸收调制激光器。阻碍直接调制分布反馈半导体激光器应用的主要问题是其直接调制带来的寄生频率啁啾(也即寄生波长啁啾)在光纤中传输时会带来较大的色散功率代价。采用如图1所示的激光器，利用激光器有源区增益峰值的短波长一侧具有较小的线宽展宽因子的特点，使得由光栅确定的工作波长与有源区增益峰波长失谐并相对蓝移，由此解决了相关技术中针对L波段具有低线宽展宽因子的分布反馈半导体激光器，其在直接调制时具有较低的寄生频率啁啾。因而，其在XG-P0N或10G-EP0N网络中传输时可有效的减小由寄生啁啾引起的色散功率代价的问题，从而在工作波长处激光器具有较小的线宽展宽因子，达到降低器件工作时的寄生啁啾、减小其在光纤中传输时带来的色散功率代价。
[0029]在优选实施过程中，上述激光器可以应用于XG-P0N或者10G-EP0N网络中心局端。
[0030]优选地，光栅布拉格波长与有源区增益峰波长失谐并相对蓝移需要同时满足以下两个条件:
[0031]条件一:光栅布拉格波长为L波段内的1577 ±3nm ；
[0032]条件二:应变多量子阱有源层所采用的材料为铝镓铟砷，应变多量子阱有源层增益峰值处波长为1600 ±5nm。
[0033]优选地，对应变多量子阱有源层中的量子阱施加1.2%至1.5%压应变并且对应变多量子阱有源层中的有源区势垒施加0.1%至0.3%的张应变。
[0034]在优选实施过程中，衬底2、下包层3、缓冲层7以及上包层9所采用的材料均为磷化铟(InP)。
[0035]在优选实施过程中，下分别限制层4和上分别限制层6采用的材料为铝镓铟砷(AlGalnAs)。
[0036]在优选实施过程中，应变多量子阱有源层5采用的材料为铝镓铟砷(AlGalnAs)。
[0037]在优选实施过程中，光栅层8所采用的材料为铟镓砷磷(InGaAsP)。
[0038]在优选实施过程中，N型电极1所采用的材料为钛、钼、金合金。
[0039]在优选实施过程中，P型电极10所采用的材料为金、锗、镍合金。
[0040]优选地，上述激光器的纵向腔长为250 μ m，在相对设置的两个端面中的第一端面镀有功率反射率为90%的高反膜层以及相对设置的两个端面中的第二端面镀有功率反射率为10%的减反膜层。
[0041]对于应变多量子阱的有源区，导带中的波函数和Ε-k色散关系是由求解单一薛定谔方程获得解析结果，而价带的波函