[發明專利]具有光場集中結構的半導體激光器

在審

• 申請號: 202010978427.4
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN111987588A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 黃國忠;呂一璁
• 申請（專利權）人: 創兆光有限公司
• 主分類號: H01S5/22
• 分類號: H01S5/22;H01S5/343
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 朱健

本發明屬于半導體激光器領域，尤其涉及一種具有特殊光場集中結構的半導體激光器。本發明半導體激光器包含p面和n面電極、p型包覆層、p型光場集中結構、p型限制層、具有多量子阱可產生光子的有源層、n型限制層、n型光場集中結構、n型包覆層和襯底。其中n、p型光場集中結構為特殊光場集中結構，通過此特殊光場集中結構，光場能有效集中，增加光學限制因子，且可同時提高載流子注入效率避免產生載流子溢流效應，進而提升微分增益，使得激光二極管在光通信網絡中的傳輸速率大幅提升。

技術領域

本發明屬于半導體激光器領域，尤其涉及一種具有特殊光場集中結構的半導體激光器。

背景技術

用于光通信網絡的傳輸光源(半導體激光器，又稱為激光二極管)分為邊射型光源與面射型光源兩類，邊射型光源又可分為DFB激光二極管和FP激光二極管二種；其中，DFB激光二極管是利用光柵技術于光腔中選定特定波長共振，為單一縱向模態的發光，主要應用于高速與長距離傳輸，但其工藝較為復雜、價格較為高昂；而FP激光二極管為多縱模發光，因為有較大的輸出光譜線寬，所以除了主要發光波長之外，還伴隨著強度較弱的其他波長，因此在傳輸中會產生較嚴重的色散現象，因而僅適用于短距離與低速傳輸，但因其制作成本較低、價格相對低廉，所以被廣泛應用在區域網絡傳輸中。

下面以邊射型光源FP激光二極管為例進行說明。

參閱圖1，傳統的FP激光二極管1，為脊狀波導的結構形式，包含一襯底11、一層形成在該襯底11上的光限制結構2，及上下兩電極12。該光限制結構2具有一層與該襯底11連接而使其他層體易于外延生長的緩沖層21、一層自該緩沖層21向上外延生長的n型包覆層22、一層生長在該n型包覆層22上的n型限制層23、一層形成在該n型限制層23上的有源層24、一層形成在該有源層24上的p型限制層25、一層形成在該p型限制層25上且包括一中央區261與一將該中央區261環圍其中的外圍區262的刻蝕停止層26，及一層自該中央區261向上形成的p型包覆層27。

參閱圖2、3，刻蝕停止層26在工藝中用以阻擋刻蝕過程的繼續以便形成預定的形貌，進而使該激光二極管1呈脊狀波導的結構；p型限制層25、n型限制層23分別配合對應的p、n型包覆層27、22，并呈脊狀波導與漸變折射率分別限制異質結結構，相對于該有源層24形成一具有大能隙且折射率小的波導區，作為限制載流子與光場之用；該有源層24具有多量子阱241而可產生光子。

p、n上下兩面電極12分別與該p型包覆層27及該襯底11相連接并形成歐姆接觸，可用于對該有源層24提供電能，而作為提供注入該有源層24的載流子來源。

上述激光二極管1因為主要是利用p、n型包覆層27、22配合p、n型限制層25、23形成漸變折射率分別限制異質結結構，相對于有源層24形成能隙較大折射率較小的結構，用以同時限制載流子與集中光場；然而，這類技術乃是為了提供更佳的光限制效益所形成的激光結構，不可避免地必須犧牲部分載流子注入有源層24的效益，因此，需要較大的工作電流提供較多的載流子密度才能導致粒子數反轉產生激光，而載流子密度過大則會導致載流子注入有源層24時較易隨溫度上升發生溢流現象，進而降低載流子與有源層24的復合效率。

除此之外，由于激光二極管1的光限制結構是采用漸變折射率分別限制異質結結構來形成光場的限制，因此并無法有效縮小激光光場分布的面積，這也使得傳統的激光二極管1無法達到高帶寬的操作速率。

發明內容

為了克服傳統激光二極管的上述缺陷，本發明人對激光二極管的結構進行了改進和優化，制成了一種具有特殊光場集中結構的半導體激光器。本發明的目的在于提供一種特殊光場集中結構以增加激光二極管光源在光通信網絡的傳輸速率。