[发明专利]具混合光栅结构的面发射激光元件与制法

说明书

将一面发射激光元件的光栅层在至少一第一水平方向上区分为一第一光栅区及一第二光栅区。该第二光栅区是位于光栅层的一中间区域、而第一光栅区则位于光栅层的外侧区域。于各该第一光栅区及该第二光栅区内分别包含多个微光栅结构。该第一光栅区内的多个该微光栅结构的光栅周期是符合以下数学式：并且，该第二光栅区内的多个该微光栅结构的光栅周期是符合以下数学式：其中，∧是光栅周期长度，λ是该激光的该激光波长，nsubgt;eff/subgt;是半导体波导的等效折射率，m＝1且o＝2。因此，该第一光栅区为第一阶光栅结构区、且该第二光栅区则为第二阶光栅结构区，藉以在该光栅层形成一混合光栅结构。其中，该面发射激光元件是由该第二光栅区所定义的一出光面垂直射出激光。

技术领域

本发明系相关于一种具混合光栅结构的面发射激光元件与制法，尤指一种藉由在光栅层中设置由第一阶光栅结构区与第二阶光栅结构区所构成的混合光栅结构的一种面发射激光元件与制法。

背景技术

半导体激光(semiconductor laser)或称激光二极体(laser diode)具有体积小、消耗功率低、反应快、耐冲击、寿命长、效率高及价格低等优点，因此被广泛的应用于光电系统产品中，例如:光波通信、资讯系统、家用电器、精密测量及光纤通信等。其中，分布反馈激光(Distributed Feedback Laser：简称DFB激光)因具有制程简易、单模输出与适合长距传输等特性，由分布反馈激光产生的激光讯号在经过长距离传输后仍可维持良好的讯号杂讯比，故已成为现今光波通信及光纤通信系统中广泛使用的光源。

请参阅图1，为一典型的面发射分布反馈激光(Surface Emitting DistributedFeedback Laser：简称SE-DFB激光)剖面示意图，其由下而上依序包含了：半导体基板91、下披覆层(cladding layer)、下光局限(Separated Confinement Hetero-Structure；简称SCH)层、主动层92(active region layer)、上光局限层、间隔层、光栅层93、上披覆层94、及接触层等结构。而依据其光栅层中所包含多数微光栅结构之周期的设计差异，SE-DFB激光一般可被区分为采用第一阶光栅结构设计、或是采用第二阶光栅结构设计。所谓的第一阶或第二阶的光栅结构设计，乃是依据以下公式来决定：

其中，∧是相邻两微光栅结构的周期(grating period)长度，λ是SE-DFB激光所发出之激光的波长(wavelength)，n_eff是半导体波导的等效折射率(effective refractiveindex)，而m则是所谓的「阶(order)」值。由此可知，当m＝1时，微光栅结构之周期值∧大体上对应于激光波长λ的二分之一(也就是λ/2)，且光栅层所包含的该些微光栅结构可称为第一阶光栅结构(First order grating)。而当m＝2时，微光栅结构之周期值∧大体上对应于激光波长λ(也就是λ)，且光栅层所包含的该些微光栅结构是称为第二阶光栅结构(Secondorder grating)。此时，会有第一阶与第二阶绕射，分别对应耦合常数(couplingconstant)K1(与面出光效率相关)与K2(与形成面内共振腔in-plane cavity效率相关)。

假设微光栅结构是齿状(teeth like)的形状(如图1)，不同阶的光栅结构设计所得到的面内共振腔耦合常数(K_m)，K_m正比于Sin[π*m*ratio]/(π*m)。其中，m是「阶(order)」值；ratio(比值)是指光栅的工作周期(duty cycle)，亦即，如图1所示之ratio＝a/∧；其中a是两相邻微光栅结构的间隙值。请参阅图2，为比较m＝1与m＝2时ratio值与面内共振腔耦合常数(K_m)值的关系曲线图。由图2可知，比较m＝1(第一阶光栅结构)与m＝2(第二阶光栅结构)的曲线，可知一般由第二阶光栅结构形成面内共振腔的效率较第一阶光栅结构来得低。