高速半导体激光器及其调谐方法技术

本发明专利技术属于光电子器件领域，本发明专利技术公开了一种高速半导体激光器包括：级联的DFB节和无源腔反馈节，DFB节和无源腔反馈节均为脊波导结构，两个脊之间刻蚀有电隔离槽；所述DFB节从下而上依次设置有第一衬底、第一下缓冲层、光栅层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、第一上缓冲层、第一停止腐蚀层、第一包层和第一覆盖层，在第一覆盖层上设有第一电极；所述无源腔反馈节从下而上依次设置有第二衬底、第二下缓冲层、波导芯层、第二上缓冲层、第二停止腐蚀层、第二包层和第二覆盖层，在第二覆盖层上设有第二电极。本发明专利技术提供的DFB半导体激光器相对于普通脊波导结构的DFB半导体激光器的调制带宽更大。

High speed semiconductor laser and its tuning method

【技术实现步骤摘要】
高速半导体激光器及其调谐方法
本专利技术属于光电子器件领域，更具体地，涉及一种高速直接调制DFB半导体激光器，该激光器是一种由普通脊波导DFB激光器和无源反馈腔组成的激光器，可有效的提高DFB激光器的直接调制带宽。
技术介绍
互联网流量的爆炸式增长导致了光通信网络系统中传输容量的增加，为了满足这一需求，下一代的400-Gb/s以太网(400GbE)和下一代448Gb/s传输的OTU5光传输网络已经开始了标准化；进一步在光接入层面，ITU-T已经对由中国移动牵头，中国电信、中国联通等8家公司参与的单通道50G-PON标准开始立项。在这种趋势下，光通信网络对高数据速率的持续需求增加了对高速、低成本光源的需求，低成本高速直接调制半导体激光器在光网络中具有非常大的应用潜力。传统的直接调制半导体激光器内部受到材料特性和载流子传输时间的限制，其弛豫频率相对较低，已经难以满足光通信网络对更大调制带宽的需求。为了提高直接调制半导体激光器的直接调制带宽，可行的方法是采用掩埋异质结构波导提高激光器有源区光场限制因子和减小激光器的腔长来提高其谐振频率从而提升激光器的直接调制带宽，但是掩埋异质结构波导相对于脊波导来说，工艺制作更加复杂，而减小激光器腔长会使得热效应对激光器性能影响较大，而且会对激光器的可靠性造成不利影响。
技术实现思路
针对现有技术方案的限制和缺陷，本专利技术的目的在于提供一种应用于高速传输网和接入网的高速直接调制半导体激光器，并且避免高速激光器制作时腔长过短可能引起的工艺问题和其他负面影响。为达上述目的，本专利技术提供一种高速半导体激光器，包括：级联的DFB节和无源腔反馈节，DFB节和无源腔反馈节均为脊波导结构，两个脊之间刻蚀有电隔离槽；所述DFB节从下而上依次设置有第一衬底、第一下缓冲层、光栅层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、第一上缓冲层、第一停止腐蚀层、第一包层和第一覆盖层，在第一覆盖层上设有第一电极；所述无源腔反馈节从下而上依次设置有第二衬底、第二下缓冲层、波导芯层、第二上缓冲层、第二停止腐蚀层、第二包层和第二覆盖层，在第二覆盖层上设有第二电极。接上述技术方案，所述无源腔反馈节的波导芯层为InGaAsP，DFB节有源层采用InGaAlAs多量子阱结构。接上述技术方案，无源腔反馈节波的导芯层材料带隙大于DFB节的有源层材料带隙。接上述技术方案，无源腔反馈节的波导芯层材料折射率大于第二上缓冲层和第二下缓冲层材料折射率。接上述技术方案，DFB节的光栅层和有源层的有效折射率均大于所述第一上缓冲层的折射率，且有源层的有效折射率要大于所述光栅层的有效折射率。接上述技术方案，DFB节的出射端面镀有增透膜。接上述技术方案，无源腔反馈节的出射端面镀有高反膜。接上述技术方案，第一电极用于电注入直接调制，第二电极用于电注入调整无源反馈腔腔模相位。接上述技术方案，DFB节长度为160-250μm，无源反馈腔节长度为200-240μm。本专利技术还提供了一种半导体激光器的调谐方法，该调谐方法基于上述技术方案的高速半导体激光器，包括以下步骤：由第一电极注入电流进行直接调制，电流达到阈值以上后DFB节开始工作；通过改变第二电极电流改变无源反馈节的等效腔长；调整无源反馈腔腔模频率，使得无源反馈腔腔模和激光器激射模式谐振强度增强，同时调整腔模频率和激射模频率之间的差值，使得光子-光子谐振峰出现在合适的位置，增大激光器的调制带宽。实施本专利技术的有益效果：本专利技术通过普通DFB激光器与无源反馈腔级联的方式，有效的消除了DFB激光器中载流子-光子谐振频率对直接调制带宽的限制，通过增强DFB激光器内部的激射模和腔模谐振强度，使得调制响应出现光子-光子谐振峰，有效的提高了DFB激光器的3dB调制带宽。附图说明图1是本专利技术实施例高速半导体激光器的三维结构示意图；图2是本专利技术实施例高速半导体激光器的纵向截面结构示意图；图3是本专利技术实施例高速半导体激光器在不同无源反馈腔注入电流下的强度调制响应曲线图。其中1是DFB节，2是无源反馈腔节，3是第一衬底、4是第一下缓冲层、5是光栅层、6是下分别限制层、7是有源层、8是上分别限制层、9是第一上缓冲层、10是第一停止腐蚀层、11是第一包层、12是第一覆盖层、13是第二衬底、14是第二下缓冲层、15是波导芯层、16是第二上缓冲层、17是第二停止腐蚀层、18是第二包层、19是第二覆盖层。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了进一步提高DFB激光器的调制带宽，且不引入复杂的工艺步骤和不带来可能的负面影响，本专利技术提供了一种高速半导体激光器，该激光器采用脊波导结构DFB节+无源腔节的结构，该结构激光器解决DFB激光器中载流子-光子谐振频率对直接调制带宽的限制，将普通DFB激光器的调制带宽由20GHz提高到接近40GHz，有效地提高DFB激光器的直接调制带宽，适用于高速通信应用。本专利技术提供一种能够实现大带宽直接调制的直接调制半导体激光器，图1是实施例中半导体激光器的三维结构示意图。高速半导体激光器包括DFB节1和无源腔反馈节2，所述DFB节和无源腔反馈节均采用脊波导结构，DFB节1和无源腔反馈节2之间刻蚀有电隔离槽，电隔离槽用于隔离DFB节1电极和无源腔反馈节2电极的注入电流，避免泄漏电流造成串扰。所述DFB节1从下而上依次设置有第一衬底3、第一下缓冲层4、光栅层5、下分别限制层6、有源层7、上分别限制层8、第一上缓冲层9、第一停止腐蚀层10、第一包层11和第一覆盖层12；所述无源腔反馈节从下而上依次设置有第二衬底13、第二下缓冲层14、波导芯层15、第二上缓冲层16、第二停止腐蚀层17、第二包层18和第二覆盖层19。在本专利技术实施例中，DFB节1和无源腔反馈节2可采用对接生长的方式制作。图2是本专利技术实施例中半导体激光器的纵向截面结构示意图。半导体激光器DFB节的第一覆盖层12上设有第一电极，无源腔反馈节的第二覆盖层19上设有第二电极。无源腔反馈节能够通过电注入方式改变其波导材料折射率，从而改变其有效腔长，使得腔模相位发生移动。通过调整注入电流大小，可以调整腔模的对应的频率，从而调整光子-光子谐振频率与强度。DFB节1和无源反馈腔节2构成一个激光器，在激光器内部实现了两个谐振腔。其中，当无源反馈腔节1注入电流时，可以调整无源反馈腔节2的有效腔长，通过调整注入电流大小，可以调整腔模的对应的频率，从而调整光子-光子谐振频率与强度。当光子-光子谐振峰靠近载流子光子谐振峰时，其谐振强度逐渐增强，激光器直接调制响应曲线中将出现载流子-光子谐振峰与光子-光子谐振峰两个谐振峰，两个谐振峰之间的谐振阻尼将会减小，从而使得激光器的3dB调制带宽提高到光子-光子谐振峰附近，其调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速半导体激光器，其特征在于，包括：级联的DFB节和无源腔反馈节， DFB节和无源腔反馈节均为脊波导结构，两个脊之间刻蚀有电隔离槽；/n所述DFB节从下而上依次设置有第一衬底、第一下缓冲层、光栅层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、第一上缓冲层、第一停止腐蚀层、第一包层和第一覆盖层，在第一覆盖层上设有第一电极；/n所述无源腔反馈节从下而上依次设置有第二衬底、第二下缓冲层、波导芯层、第二上缓冲层、第二停止腐蚀层、第二包层和第二覆盖层，在第二覆盖层上设有第二电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速半导体激光器，其特征在于，包括：级联的DFB节和无源腔反馈节，DFB节和无源腔反馈节均为脊波导结构，两个脊之间刻蚀有电隔离槽；
所述DFB节从下而上依次设置有第一衬底、第一下缓冲层、光栅层、下分别限制层、有源层、上分别限制层、第一上缓冲层、第一停止腐蚀层、第一包层和第一覆盖层，在第一覆盖层上设有第一电极；
所述无源腔反馈节从下而上依次设置有第二衬底、第二下缓冲层、波导芯层、第二上缓冲层、第二停止腐蚀层、第二包层和第二覆盖层，在第二覆盖层上设有第二电极。


2.如权利要求1所述的高速半导体激光器，其特征在于，所述无源腔反馈节的波导芯层为InGaAsP，DFB节有源层采用InGaAlAs多量子阱结构。


3.如权利要求1或2所述的高速半导体激光器，其特征在于，无源腔反馈节的波导芯层材料带隙大于DFB节的有源层材料带隙。


4.如权利要求3所述的高速半导体激光器，其特征在于，无源腔反馈节的波导芯层材料折射率大于第二上缓冲层和第二下缓冲层材料折射率。


5.如权利要求3所述的高速半导体激光器，其特征在于，DFB节的光栅层和有源层的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱尧，邹易，王任凡，
申请(专利权)人：武汉敏芯半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42