窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，包括襯底層、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，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-0.5μm，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1μm-2μm；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)；采用小球透鏡封裝。本發(fā)明減小了垂直發(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。
【專(zhuān)利說(shuō)明】窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 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 (W太無(wú)源 光網(wǎng)絡(luò)）通常要求較高的禪合出纖功率，該就對(duì)TO器件提出了較高要求。如果采用高效率 巧片和非球透鏡封裝，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)散角激光器巧片。現(xiàn)有的小球透鏡封裝的TO器件使用銅嫁神磯（InGaAsP對(duì)才 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，其巧片內(nèi)部電子限制不好， 高溫工作時(shí)闊值過(guò)高、效率偏低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 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，提高禪合效率，溫度特性能滿足要求，工藝過(guò)程簡(jiǎn)化，提高巧片成品率，成本低 廉。
[0004] 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. 2 ym-0. 4 ym，所述下波導(dǎo)層的厚度為 0. 05 ym-0. 15 ym，上波導(dǎo)層的厚度為0. 05 ym-0. 15 ym，擴(kuò)展波導(dǎo)層到多量子阱區(qū)的距離 為1. 0 y m-2. 0 y m ;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)；義用直徑為1. 的小球透鏡封裝。
[0005] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述擴(kuò)展波導(dǎo)層的厚度為0.3 ym，下波導(dǎo)層的厚度為 0. 1 y m,上波導(dǎo)層的厚度為0. 1 y m,擴(kuò)展波導(dǎo)層到多重子阱區(qū)的距罔為1. 4 y m。
[0006] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，采用直徑為1. 5mm小球透鏡封裝。
[0007] 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。
[000引進(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)層采用非滲雜的 AlGalnAs 材料。
[0009] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述下限制層采用N型的AlGalnAs材料。
[0010] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述脊波導(dǎo)的寬度為2. 5 ym，深度為1. 8 ym。
[0011] 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，提高禪合效率，溫 度特性能滿足要求，工藝過(guò)程簡(jiǎn)化，提高巧片成品率，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，提高了禪合效率;AlGalnAs (侶嫁銅神)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)巧片 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，降低巧片制作成本和提高巧片成品率；采用小球 透鏡封裝，成本低廉。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 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是巧片顯微照片； 圖6是巧片功能區(qū)截面照片； 圖7是巧片功率和效率曲線； 圖8是巧片的發(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】
[0013] 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。
[0014] 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： 襯底層1，用于在其上進(jìn)行半導(dǎo)體激光器各層材料的生長(zhǎng)，本發(fā)明中襯底層1是N型 (100)面的InP，能夠有利于電子的注入，減小襯底材料的串聯(lián)電阻。緩沖層2,制作在襯底 層1上，為N型InP材料，目的是形成高質(zhì)量的外延表面，減小襯底層1與其他各層的應(yīng)力， 消除襯底層1的缺陷向其他各層的傳播，W利于器件其他各層的材料的生長(zhǎng)。擴(kuò)展波導(dǎo)層 3,為N型InGaAsP材料，該層有較高的折射率，其目的是使光場(chǎng)從主波導(dǎo)中能夠擴(kuò)展一部 分到該區(qū)域中，起到擴(kuò)展近場(chǎng)光斑的作用，從而減小激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角。N型限制層4,為 N型的InP材料，能夠有效阻礙電子的擴(kuò)散和漂移，并且限制光場(chǎng)橫模向該層的擴(kuò)展，從而 減小光的損耗，即降低勢(shì)壘，減小電壓虧損。下限制層5,為N型的AlGalnAs材料。能夠有 效阻礙電子的擴(kuò)散和漂移，并且限制光場(chǎng)橫模向該層的擴(kuò)展，從而減小光的損耗，即降低勢(shì) 壘，減小電壓虧損。下波導(dǎo)層6,為非滲雜的AlGalnAs材料。目的是加強(qiáng)對(duì)光場(chǎng)的限制。多 量子阱區(qū)7,由5個(gè)量子阱和6個(gè)壘構(gòu)成，為非滲雜的AlGalnAs材料。作為激光器的有源 區(qū)，提供足夠的光增益，并決定器件的激射波長(zhǎng)及器件的使用壽命。上波導(dǎo)層8,為非滲雜的 AlGalnAs材料。目的是加強(qiáng)對(duì)光場(chǎng)的限制。上限制層9,為P型的AlInAs材料。作用同下 限制層5。腐蝕阻擋層10,為P型的InGaAsP腐蝕阻擋層。在工藝刻蝕中起到腐蝕阻擋的 作用。P型限制層11，為P型的InP材料。作用與N型限制層4相同。電極接觸層12,為重 滲雜的P型InGaAs材料。其目的是實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸，減小串聯(lián)電阻，提高器件的轉(zhuǎn)換 效率。P型限制層11和電極接觸層12設(shè)置在腐蝕阻擋層10的縱向中部，構(gòu)成脊波導(dǎo)。各 層的厚度如表1所示。
[00巧]表1 _

【權(quán)利要求】
1. 一種窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，包括襯底層（1)、在襯底層（1)上由下至上依 次設(shè)有的緩沖層（2)、N型限制層（4)、下限制層（5)、下波導(dǎo)層（6)、多量子阱區(qū)（7)、上波 導(dǎo)層（8)、上限制層（9)、腐蝕阻擋層（10)、P型限制層（11)和電極接觸層（12);其特征在 于在緩沖層（2)和N型限制層（4)之間還設(shè)有擴(kuò)展波導(dǎo)層（3)，所述擴(kuò)展波導(dǎo)層（3)為N 型InGaAsP材料，擴(kuò)展波導(dǎo)層（3)的厚度為0. 2ym-0. 5ym，所述下波導(dǎo)層（6)的厚度為 0. 05 ym-0. 15 ym，上波導(dǎo)層（8)的厚度為0. 05 ym-0. 15 ym，擴(kuò)展波導(dǎo)層（3)到多量子阱區(qū) (7 )的距離為1 y m-2 y m ;所述P型限制層（11)和電極接觸層（12 )設(shè)置在腐蝕阻擋層（10 ) 的縱向中部，構(gòu)成脊波導(dǎo)；采用直徑為1. 5mm-2. 0mm的小球透鏡封裝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述擴(kuò)展波導(dǎo) 層（3)的厚度為0. 3 ym，下波導(dǎo)層（6)的厚度為0. 1 ym，上波導(dǎo)層（8)的厚度為0. 1 ym，擴(kuò) 展波導(dǎo)層（3)到多量子阱區(qū)（7)的距離為1. 4 y m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，其特征在于采用直徑為 1. 5mm小球透鏡封裝。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述小球透鏡 封裝的折射率為1. 45-1. 8,有效數(shù)值孔徑為0. 1-0. 2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述下波導(dǎo)層 (6)、多量子阱區(qū)（7)和上波導(dǎo)層（8)采用非滲雜的AlGalnAs材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述下限制層 (5)采用N型的AlGalnAs材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄發(fā)散角脊波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述脊波導(dǎo)的 寬度為2. 5 y m，深度為1. 8 y m。
【文檔編號(hào)】H01S5/22GK104466675SQ201410770523
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】車(chē)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)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所