專利名稱：分布反饋型半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分布反饋型半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
在光通信技術(shù)的領(lǐng)域中，作為單一縱模式振蕩的半導(dǎo)體激光器，使用分布反饋型半導(dǎo)體激光器(DFB-LD/Distributed FeedBack LaserDiode)。例如，在調(diào)制速度為1.0Gbps以上、距離為20km以上的光信號傳送、特別是在調(diào)制速度為2.5Gbps以上、距離為50km以上的光信號傳送中使用DFB-LD。
在DFB-LD中，為了實現(xiàn)單一模式振蕩，一般在衍射光柵中設(shè)置相移量為Λ/4的相移部(例如參照非專利文獻(xiàn)1)。另外，在本發(fā)明中，相移量不是用光的振蕩波長“λ”表示，而使用表示衍射光柵間隔的2倍的“Λ”表示。
作為調(diào)節(jié)了該相移量的DFB-LD，公知有例如專利文獻(xiàn)1～專利文獻(xiàn)3所述的DFB-LD。在專利文獻(xiàn)1中公開了如下DFB-LD以穩(wěn)定的單一軸模式下的動作為目的，將衍射光柵的相移量設(shè)定為Λ/16～3Λ/8(參照專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)2中公開了如下DFB-LD以抑制調(diào)制時的波長啁啾為目的，將相移量設(shè)定為(Λ/2-Λ/n，n＝4～16)。此外，在專利文獻(xiàn)3中公開了如下DFB-LD以在穩(wěn)定的單一模式下提高發(fā)光效率為目的，例如形成兩個相移量為Λ/8的相移部。
專利文獻(xiàn)1特開昭63-32988號公報專利文獻(xiàn)2特開2003-204114號公報專利文獻(xiàn)3特開2003-152272號公報非專利文獻(xiàn)1稻葉文男監(jiān)修「レ一ザ工學(xué)入門」(激光工學(xué)入門)，社團(tuán)法人電位信息通信學(xué)會編，平成9年發(fā)行在DFB-LD中，可激光振蕩的波長具有兩個(主模式和子模式)。因此，通過衍射光柵的相移，選擇性地僅振蕩一個波長。此時，在用于2.5Gbps以上的高頻帶通信的DFB-LD中，為了避免因不同波長的組延遲引起的傳送不良，要求主模式和子模式的強(qiáng)度比(邊模抑制比(SMSR/Side Mode Suppression Ratio))為30dB以上。
但是，在衍射光柵中設(shè)有相移量為Λ/4的相移部的DFB-LD中，隨著注入電流的增加，例如如圖9(b)所示，作為振蕩模式的主模式向阻帶的長波長側(cè)移動，短波長側(cè)的阻帶端峰值變大。在這種狀態(tài)下，如圖10所示，無法形成主模式的單一振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
在Λ/4相移的DFB-LD中，因電流增加而無法得到單一振蕩的理由如下。激光振蕩驅(qū)動時，在相移部中波導(dǎo)的光密度局部增大，與其他波導(dǎo)部分相比載波的消耗增多。由此，相移部的載波密度局部降低(空間孔燃燒/spatial hole burning)，相移部的光波導(dǎo)折射率相對增大。因此，相移部的光路長度實質(zhì)上大于設(shè)定的Λ/4。因此，在本發(fā)明中，預(yù)估波導(dǎo)折射率的增大量來設(shè)定相移量。即設(shè)定為如圖1(a)所示，當(dāng)注入電流為閾值電流電平(0.9Ith)時，主模式從阻帶中央向短波長側(cè)偏離，注入電流為驅(qū)動電流電平(例如30mA時)，主模式向阻帶的中心移動。
根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供一種分布反饋型半導(dǎo)體激光器，在衍射光柵中具有相移部，其中，相移部的相移量為(8/40)Λ～(9/40)Λ(Λ為衍射光柵間隔的2倍)。
另外，在慣例上也存在將“Λ/2-(本發(fā)明所述的相移量)”稱作相移量的文獻(xiàn)。該相移量是指振蕩的激光中產(chǎn)生的相移量。此時，大多利用“λ”來替代“Λ”。例如，如上文所述在專利文獻(xiàn)2中使用該定義。如果在本發(fā)明中應(yīng)用該定義，則相移量(8/40)Λ～(9/40)Λ表記為(11/40)λ～(12/40)λ。另外，該“λ”是指元件內(nèi)的波長。即，表記為λ＝λ0/n(λ0為真空中的波長，n為子波導(dǎo)折射率)。
根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動電流較大時(例如通常激光振蕩動作時)，可以使主模式的峰值向阻帶的中央移動，并且可以增大主模式和子模式的抑制比。由此可以得到以單一模式進(jìn)行振蕩的DFB-LD。本發(fā)明的DFB-LD例如可以用于2.5Gbps以上的高頻帶通信。


圖1是用于說明本發(fā)明的DFB-LD中的動作的光譜圖。
圖2是表示DFB-LD的結(jié)構(gòu)的簡要俯視圖。
圖3是實施例1中的結(jié)合系數(shù)κL＝2.5、注入電流＝0.9Ith時的光譜圖。
圖4是實施例1中的結(jié)合系數(shù)κL＝2.5、注入電流＝30mA時的光譜圖。
圖5是實施例1中的結(jié)合系數(shù)κL＝3.5、注入電流＝0.9Ith時的光譜圖。
圖6是實施例1中的結(jié)合系數(shù)κL＝3.5、注入電流＝30mA時的光譜圖。
圖7是實施例1中的DFB-LD振蕩時的光場分布圖。
圖8是實施例2中的模擬結(jié)果。
圖9是相移量Λ/4的DFB-LD中的光譜圖。
圖10是在相移量Λ/4的DFB-LD中主模式單一振蕩性崩潰的光譜例。
具體實施例方式
對本發(fā)明的DFB-LD進(jìn)行說明。圖2是表示DFB-LD的結(jié)構(gòu)的簡要俯視圖。DFB-LD1，在多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW，Multi-Quantum Well)的活性層4的下側(cè)具有衍射光柵6，進(jìn)而在兩端面具有無反射膜(AR涂層、防反射膜)7a、7b。衍射光柵6具有相移部6a。本發(fā)明的相移部6a的相移量d為(8/40)Λ～(9/40)Λ。在此，Λ表示衍射光柵6的峰(或谷)的頂點間的間隔(衍射光柵的周期)d0的2倍。在本發(fā)明中，預(yù)先使相移量小于Λ/4，由此使主模式在阻帶(stop band)的中央振蕩。若相移量大于(9/40)Λ，則在注入了通常驅(qū)動時的電流時，主模式從阻帶中央向長波長側(cè)移動，并且短波長側(cè)的峰值增大，得不到單一模式振蕩。另一方面，若相移量小于(8/40)Λ，則在注入了通常驅(qū)動時的電流時，主模式從阻帶中央向短波長側(cè)移動。
在圖2所示的DFB-LD1中，相移部6a形成于軸方向的中央，但本發(fā)明的有效性并不取決于相移部6a的位置。例如，為了改變輸出前后比，可以從元件的中央偏離形成相移部6a。此時，相移部6a和元件的中央的距離越大，阻帶端峰值越容易增大，但根據(jù)本發(fā)明，通過使相移量為Λ/4以下，可以抑制阻帶端峰值的增大。
衍射光柵6及相移部6a，可以通過使用電子束(EB/Electron Beam)描畫法來精密地形成。
實施例1為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，制作相移量及結(jié)合系數(shù)不同的DFB-LD，對各個DFB-LD觀察閾值電流電平時和通常驅(qū)動電平時的光譜。制作的DFB-LD，為圖2所示的結(jié)構(gòu)，即是在兩端面具有無反射膜的MQW活性層的1.55μm波段DFB-LD。元件長度L為450μm，相移部形成在距離前方195μm(距離后方255μm)的位置。使相移部從元件中央向前方側(cè)偏離少許，是為了在前方側(cè)提高輸出前后比。在作為光柵深度指標(biāo)的結(jié)合系數(shù)kL為2.5及3.5的各衍射光柵中，相移量以電子束描畫時的間距設(shè)定為(11/40)Λ、(10/40)Λ(＝Λ/4)、(9/40)Λ、及(8/40)Λ。
對于各DFB-LD，作為閾值電流電平的電流，使之為閾值電流的0.9倍的電流(0.9Ith)(約10mA)；作為驅(qū)動電平的電流，使之為激光器振蕩的30mA(光功率Po＝約5mW)。此時觀測到的光譜如圖3～圖6所示。圖3是在結(jié)合系數(shù)κL＝2.5的DFB-LD中流過0.9Ith的電流時的光譜，圖4是在結(jié)合系數(shù)κL＝2.5的DFB-LD中流過30mA的電流時的光譜。此外，圖5是在結(jié)合系數(shù)κL＝3.5的DFB-LD中流過0.9Ith的電流時的光譜，圖6是在結(jié)合系數(shù)κL＝3.5的DFB-LD中流過30mA的電流時的光譜。在各圖中，(a)是將電子束描畫時的相移量設(shè)定為(11/40)Λ，(b)是將其設(shè)定為(10/40)Λ，(c)是將其設(shè)定為(9/40)Λ，(d)是將其設(shè)定為(8/40)Λ。
在結(jié)合系數(shù)為2.5及3.5的任意DFB-LD中，在電流值為閾值電流附近的情況下，當(dāng)相移量為(10/40)Λ時(圖3(b)及圖5(b))，主模式位于阻帶的中央。當(dāng)相移量為(11/40)Λ時(圖3(a)及圖5(a))，主模式位于從中央向長波長側(cè)偏離少許的位置，當(dāng)相移量為(9/40)Λ、及(8/40)Λ時(圖3(c)、(d)及圖5(c)、(d))，主模式位于從中央向短波長側(cè)偏離少許的位置。而當(dāng)電流值為30mA時，在任一個DFB-LD中主模式均向長波長側(cè)偏離。例如，在圖4(b)及圖6(b)所示的、相移量為(10/40)Λ的DFB-LD中，主模式從阻帶中央向長波長側(cè)移動，隨之，阻帶短波長側(cè)的峰值增大。在κL＝3.5的DFB-LD中該特征尤為顯著。實際上，在兩端面具有無反射膜的DFB-LD中，阻帶短波長側(cè)峰值的增大是得不到單一模式振蕩的主要原因。另一方面，在圖4(c)、(d)及圖6(c)、(d)所示的、相移量為(9/40)Λ及(8/40)Λ的DFB-LD中，在電流值為30mA時，主模式位于阻帶的中央，此時阻帶短波長側(cè)峰值的增大得到抑制。因此可以確認(rèn)在電子束描畫時的設(shè)定中，如果使相移量大于(10/40)Λ，則在注入驅(qū)動電平的電流時單一模式振蕩容易崩潰，但如果使相移量為(8/40)Λ～(9/40)Λ，則利于注入驅(qū)動電平的電流時的穩(wěn)定的單一模式振蕩。
圖7表示在實施例1中制作的κL＝2.5的DFB-LD中振蕩時的光場分布。振蕩時的光場分布在相移部的位置變得極大。在該光場大的位置，載波消耗因受激發(fā)射而變大。由此，相移部的載波密度與其他部分相比相對較低，波導(dǎo)折射率增大。光輸出越高、即驅(qū)動電流越大該現(xiàn)象越顯著。因此，隨著電流注入的增大，相移部中的光路長度增大。從而，考慮該光路長度的增大量，而在形成衍射光柵時預(yù)先使相移量稍小于Λ/4，優(yōu)選使相移量為(8/40)Λ～(9/40)Λ，由此可以實現(xiàn)單一模式的振蕩。
實施例2在實施例1中對相移量為(8/40)Λ～(11/40)Λ的DFB-LD觀察了光譜，而在實施例2中，模擬了進(jìn)一步使相移量小于(8/40)Λ時的光譜。對與實施例1同樣的、結(jié)合系數(shù)κL＝3.5、相移量為(6/40)Λ的DFB-LD進(jìn)行了光譜模擬。圖8表示模擬結(jié)果。當(dāng)注入電流＝0.9Ith時(圖8(a))，主模式從阻帶中央向短波長側(cè)偏離，當(dāng)注入電流＝0.95Ith時(圖8(b))，長波長側(cè)的峰值增大，主模式和子模式的差異消除。在該狀態(tài)下，無法得到單一模式振蕩，而變成雙模式振蕩。因此可以確認(rèn)當(dāng)相移量小于(8/40)Λ時難以得到單一模式振蕩。
本發(fā)明的DFB-LD不限于上述實施方式及實施例，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形、變更及改良。例如，本發(fā)明的DFB-LD的適用，并不依賴于元件長度、波段、結(jié)合系數(shù)κL、DFB-LD的結(jié)構(gòu)(活性層、金屬包層、光導(dǎo)層、覆蓋層、電極等構(gòu)成)等要素。進(jìn)而，本發(fā)明的DFB-LD也可以適用于在活性層的上側(cè)具有衍射光柵的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種分布反饋型半導(dǎo)體激光器，在衍射光柵中具有相移部，其特征在于，上述相移部的相移量為(8/40)A～(9/40)A，其中A為衍射光柵間隔的2倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反饋型半導(dǎo)體激光器，其特征在于，在兩端具有無反射膜。
全文摘要
提供一種能以單一模式進(jìn)行振蕩的分布反饋型半導(dǎo)體激光器。該分布反饋型半導(dǎo)體激光器，在衍射光柵中具有相移部，其中，將相移部的相移量設(shè)定為(8/40)Λ～(9/40)Λ(Λ為衍射光柵間隔的2倍)。由此，在注入電流為閾值電流電平時，主模式從阻帶中央向短波長側(cè)偏離，而在注入電流為驅(qū)動電流電平時，主模式向阻帶中央移動，并且抑制子模式的增大。
文檔編號H01S5/00GK101083385SQ20071010814
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月30日
發(fā)明者北村昌太郎, 阪田康隆 申請人:恩益禧電子股份有限公司