[發(fā)明專利]窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410770523.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104466675B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 車相輝;趙潤(rùn);曹晨濤;陳宏泰;寧吉豐;張宇;位永平;郝文嘉;王彥照;林琳;楊紅偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
• 主分類號(hào): H01S5/22
• 分類號(hào): H01S5/22
• 代理公司: 石家莊國(guó)為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所13120
• 代理人: 米文智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對(duì)于光收發(fā)元件的要求也是越來(lái)越高，由于市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)擁有更好性能且擁有更低成本的元件才往往有優(yōu)勢(shì)。廣泛應(yīng)用的EPON（以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）通常要求較高的耦合出纖功率，這就對(duì)TO器件提出了較高要求。如果采用高效率芯片和非球透鏡封裝，由于非球面透鏡成本較球透鏡成本高，因此導(dǎo)致使用非球透鏡封裝的器件價(jià)格上不占優(yōu)勢(shì)。若要采用球透鏡降低封裝成本，為了得到更高的出纖光功率就需要開(kāi)發(fā)出窄發(fā)散角激光器芯片。現(xiàn)有的小球透鏡封裝的TO器件使用銦鎵砷磷（InGaAsP）材料掩埋異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，其采用小發(fā)散角工作，且成本低廉，但是，其芯片內(nèi)部電子限制不好，高溫工作時(shí)閾值過(guò)高、效率偏低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，減小了垂直發(fā)散角，提高耦合效率，溫度特性能滿足要求，工藝過(guò)程簡(jiǎn)化，提高芯片成品率，成本低廉。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光發(fā)射器，包括襯底層、在襯底層上由下至上依次設(shè)有的緩沖層、N型限制層、下限制層、下波導(dǎo)層、多量子阱區(qū)、上波導(dǎo)層、上限制層、腐蝕阻擋層、P型限制層和電極接觸層；在緩沖層和N型限制層之間還設(shè)有擴(kuò)展波導(dǎo)層，所述擴(kuò)展波導(dǎo)層為N型InGaAsP材料，擴(kuò)展波導(dǎo)層的厚度為0.2μm-0.4μm，所述下波導(dǎo)層的厚度為0.05μm-0.15μm，上波導(dǎo)層的厚度為0.05μm-0.15μm，擴(kuò)展波導(dǎo)層到多量子阱區(qū)的距離為1.0μm-2.0μm；所述P型限制層和電極接觸層設(shè)置在腐蝕阻擋層的縱向中部，構(gòu)成脊波導(dǎo)；采用直徑為1.5mm-2mm的小球透鏡封裝。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述擴(kuò)展波導(dǎo)層的厚度為0.3μm，下波導(dǎo)層的厚度為0.1μm，上波導(dǎo)層的厚度為0.1μm，擴(kuò)展波導(dǎo)層到多量子阱區(qū)的距離為1.4μm。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，采用直徑為1.5mm小球透鏡封裝。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述小球透鏡封裝的折射率為1.45-1.8，有效數(shù)值孔徑為0.1-0.2。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述下波導(dǎo)層、多量子阱區(qū)和上波導(dǎo)層采用非摻雜的AlGaInAs材料。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述下限制層采用N型的AlGaInAs材料。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述脊波導(dǎo)的寬度為2.5μm，深度為1.8μm。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：減小了垂直發(fā)散角，提高耦合效率，溫度特性能滿足要求，工藝過(guò)程簡(jiǎn)化，提高芯片成品率，成本低廉；采用單邊拓展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小了垂直發(fā)散角，提高了耦合效率；AlGaInAs（鋁鎵銦砷）代替InGaAsP材料體系，提高了內(nèi)部電子限制，提高了高溫工作時(shí)的特性，無(wú)需增加制冷器，更適合非制冷工作；脊波導(dǎo)芯片結(jié)構(gòu)代替掩埋異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，工藝過(guò)程簡(jiǎn)化，降低芯片制作成本和提高芯片成品率；采用小球透鏡封裝，成本低廉。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是入射孔徑和像差的關(guān)系；

圖3是近場(chǎng)分布仿真結(jié)果；

圖4是遠(yuǎn)場(chǎng)仿真結(jié)果；

圖5是芯片顯微照片；

圖6是芯片功能區(qū)截面照片；

圖7是芯片功率和效率曲線；

圖8是芯片的發(fā)散角測(cè)試曲線；

在附圖中：1、襯底層，2、緩沖層，3、擴(kuò)展波導(dǎo)層，4、N型限制層，5、下限制層，6、下波導(dǎo)層，7、多量子阱區(qū)，8、上波導(dǎo)層，9、上限制層，10、腐蝕阻擋層，11、P型限制層，12、電極接觸層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，自下而上依次包括：