[发明专利]具有模场扩散结构的窄脊分布式反馈激光器及其应用

说明书

一种具有模场扩散结构的窄脊分布式反馈激光器及其应用，该分布式反馈激光器包括N面电极层；衬底层；缓冲层；第一波导层；多量子阱有源层；第二波导层；光栅层；刻蚀自停止层；包层；欧姆接触层；以及P面电极层；其中，在所述包层和欧姆接触层上刻蚀形成脊波导，脊波导包括直波导和模场扩散结构。本发明利用水平方向脊宽的收缩，端面脊的断开以及端面淀积一层低折射率材料薄膜三种方案，能够有效地增大输出激光的模场面积，降低激光器端面的功率密度，提高激光器端面的损伤阈值，增大最大注入电流，增大带宽，提高无杂散动态范围，改善激光器的高频响应特性，提高调制速率。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种具有模场扩散结构的窄脊分布式反馈激光器及其应用。

背景技术

高速半导体激光器是高速通信系统的核心器件。高性能的发射机是由高功率、低噪声的DFB(分布式反馈)激光器作为光源，并通过直接调制或外调制来实现数据的加载。直接调制格式通过改变激光器注入电流的大小来实现光振幅的改变，外调制技术则采用外部光调制器来调制半导体激光器发射的连续光。外调制器可以实现较宽的调制频率范围，但是体积大，成本高，驱动电压高，插入损耗大6～7dB。而直接调制半导体激光器具有工艺简单、体积小、功耗低、高线性、使用方便等优势，适用于短距离传输，是城域网和局域网的关键发射源。在数据中心、超级计算等高速信号处理系统也具有重要的应用。为了提升传输速率，降低每比特传输成本，PAM4技术得到广泛应用。而PAM4技术不仅需要直调激光器带宽高，还要有更大的动态范围。

InP基高速直调DFB激光器是光通信系统中1.3微米和1.55微米光通信窗口的主要发射源。激光器的量子阱结构主要有InGaAsP和AlGaInAs两种材料体系。一般高速半导体激光器的结构为窄脊波导短腔长，激光器的功率较低，端面损伤阈值低。直调DFB激光器随着注入电流的增加，激光器输出功率变大，当注入电流过大，端面容易发生光学损伤，频响变差。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种具有模场扩散结构的窄脊分布式反馈激光器及其应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种具有模场扩散结构的窄脊分布式反馈激光器，包括：

N面电极层，用于构成欧姆接触；

衬底层，其设置在N面电极层之上；

缓冲层，其设置在衬底层之上，起缓冲作用；

第一波导层，其设置在衬底层之上，用于限制光场；

多量子阱有源层，其设置在第一波导层之上，用于产生光的受激辐射；

第二波导层，其设置在多量子阱有源层之上，用于限制光场；

光栅层，其设置在第二波导层之上，用于选模；

刻蚀自停止层，其设置在光栅层之上，用于控制刻蚀深度；

包层，其设置在刻蚀自停止层之上，用于限制光场和载流子扩散；

欧姆接触层，其设置在包层之上；以及

P面电极层，其设置在欧姆接触层之上，用于构成欧姆接触；

其中，在所述包层和欧姆接触层上刻蚀形成脊波导，脊波导包括直波导和模场扩散结构。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的分布式反馈激光器在光通信领域的应用。

基于上述技术方案可知，本发明的具有模场扩散结构的窄脊分布式反馈激光器及其应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：