[發明專利]一種脊形波導結構及超輻射發光二極管

有效

• 申請號: 201410304786.6
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104051602B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 臧志剛;唐孝生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01L33/58
• 分類號: H01L33/58;H01L33/52
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于半導體光電器件領域，具體涉及到一種脊形波導結構，同時涉及一種超輻射發光二極管。

背景技術

高功率和寬光譜的超輻射發光二極管展示了廣闊的軍用和民用應用情景。例如，超輻射發光二極管是干涉型光纖陀螺的理想光源(FOG)，因為，超輻射發光二極管的寬光譜具有短的相干長度，可以減少光纖陀螺系統的瑞利噪聲，其高功率輸出可以提高系統工作的靈敏性；在光波分復用技術(WDM)中，采用超輻射發光二極管容易實現多通道的無干擾傳輸，實現通信容量的擴充，它的高功率輸出還可以滿足遠距離的傳輸。超輻射發光二極管的另一個廣泛應用是在光學相干層析斷影成像技術(OCT)上，它的寬光譜特性可以實現高分辨的成像質量。

超輻射發光二極管的發光機理是一種單程放大的自發輻射發光器件，與半導體激光器相比，兩種器件都是有光增益的受激放大過程，但兩者的基本區別是否在腔里存在激射振蕩。因此，盡可能地抑制腔里的振蕩或減少腔面的反饋是實現高功率超輻射發光二極管的關鍵技術之一。一般來說，腔面的反射減少到10^-5時，可以實現超輻射放大輸出。已經公開報道的減少器件內部反饋的方法有很多，主要有三種技術：一是在將有源區的波導采用傾斜結構或彎曲結構；二是在器件的兩個腔面鍍上幾層抗反射膜；三是在腔的一端處引入非泵浦吸收區。

超輻射發光二極管的工作波段主要集中在1.0～1.1μm，1.3μm，和1.55μm。研究人員圍繞著提高輸出功率，增加光譜寬度，降低相干長度，降低光譜調制深度等問題，對超輻射發光二極管開展了廣泛的研究工作。隨著底損耗光纖的出現，以及長波長(也就是1.55μm)的SLED器件具有譜線寬和抗輻射性能好的優點，研究人員逐漸將注意力集中在的AlGaInAs/InP量子阱材料體系方面。這是與其在實際應用中得到了大量的需求分不開的。研究發現，影響超輻射發光二極管高功率輸出的主要原因是熱效應，器件的熱效應使得器件內部溫度升高，量子效率下降，影響了發射性能。在提高器件輸出功率方面，通常的一種做法就是增加器件的腔長，因為增加腔長可以有效地減少腔面的反饋，提高工作電流。但這種方法本身存在一定的局限性，因為增加腔長降低了器件輸出功率與注入電流(P-I)工作曲線的斜率，從而減低了器件的效率。在文章:K.Imanaka,“Cavity?Length?Dependence?of?Optical?Characteristics?in?High?Power?Narrow?Stripe?GaAs?Superluminescent?Diodes”,IEEE?Photon.Technol.Lett.,vol.2,no.10,pp.705–707,1990,已經給出了實驗證明。另外，采用這種方法所耗費的成本比較高。

發明內容

鑒于此，本發明提供一種脊形波導結構，該脊形波導結構采用級聯倒錐形波導連接寬的矩形波導作為有源區，提高了器件的飽和增益水平和輸出功率，有效地降低了熱阻；同時本發明還提供一種帶有脊形波導結構的新型高功率超輻射發光二極管。

本發明的目的之一是通過這樣的技術方案實現的，一種脊形波導結構，包括中心矩形波導1、第一錐形波導2、第二錐形波導3、第一單模矩形波導6和第二單模矩形波導7，所述第一錐形波導2連接于中心矩形波導1與第一單模矩形波導6間，所述第二錐形波導2連接于中心矩形波導1與第二單模矩形波導7間；所述第一錐形波導2從與中心矩形波導1接觸面向第一錐形波導2與第一單模矩形波導6接觸面沿伸，所述第一錐形波導2的寬度減??；所述第二錐形波導3從與中心矩形波導1接觸面向第二錐形波導3與第二單模矩形波導7接觸面沿伸，所述第二錐形波導3的寬度減小。

進一步，所述脊形波導結構還包括第三錐形波導4和第四錐形波導5，所述第三錐形波導4連接于第一錐形波導2與第一單模矩形波導6之間；所述第三錐形波導4從與第一錐形波導2接觸面向第三錐形波導4與第一單模矩形波導6接觸面沿伸，所述第三錐形波導4寬度減小；所述第四錐形波導5從與第二錐形波導3接觸面向第四錐形波導5與第二單模矩形波導7接觸面沿伸，所述第三錐形波導5寬度減小。

進一步，所述第一單模矩形波導6與第二單模矩形波導7的工作面上分別鍍有多層抗反射膜8、9。

進一步，所述第一單模矩形波導6與第二單模矩形波導7的工作面為斜面。