[发明专利]一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器

说明书

本发明公开了一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，涉及半导体光电子器件技术领域。本发明提出的用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器主要包括：N电极、N型InP衬底、N型InP缓冲层、下限制层、量子阱有源区、上限制层、光栅层、N型InP层、隧道结、P型InP盖层、P型接触层、P电极。本发明利用隧道结正偏时的微分负阻特性，在器件内部进行振荡调制，使激光器能直接发射光载微波，在降低相位噪声、减小功率损耗、简化器件结构的同时，实现高速调制。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器。

背景技术

微波信号在电子测量、时钟提取、民用通信、电子对抗、雷达等方面都有广泛的应用。在传统的微波信号产生方法中，介质振荡器在高纯频谱、低相位噪声以及可调谐等方面，表现得不尽人意。光电振荡器(Optoelectonic oscillators,OEO)采用光电反馈环路技术来获得高稳定、低噪声的微波信号，成为了一种新型的高质量微波信号源。

OEO能够在光域中产生射频(Radio Frequency,RF)信号，具有一些优于传统电振荡器的优点，例如信号可在光纤中传播、以及可在光域中进行信号处理等。已经报道了几种能在频谱上产生纯净微波信号的OEO系统方案，所报告的OEO系统通常包含激光器、马赫-曾德尔调制器、放大器、滤光器、可调光延迟线和光电检测器。由此可见，OEO系统体积庞大且复杂、封装尺寸大、功率损耗高，以及这些实施方案中的RF放大器和掺铒光纤放大器都是主要的噪声元件。

近年来，已经报道了将隧道二极管和激光器这两个分离器件混合集成在一起的微波振荡源，能在光域中生成RF信号，并在许多电路应用上得到了证实。但是，由两个分离器件混合集成的微波振荡源调制速率低，所报道的最高RF信号频率为1.4GHz。因此，目前的微波振荡源存在调制速率低、相位噪声高、功率损耗高、结构复杂的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，用于实现高速调制、降低相位噪声、减小功率损耗、简化器件结构。

(二)技术方案

本发明提供一种用于微波振荡源的单片集成隧道结激光器，该激光器自下而上依次为N电极1、N型InP衬底2、N型InP缓冲层3、下限制层4、量子阱有源区5、上限制层6和光栅层7，且各层宽度相同；

光栅层7之上还自下而上依次包括P型InP盖层10和P型接触层11，P型InP盖层10和P型接触层11宽度相同，且小于光栅层7的宽度，其中：

光栅层7与P型InP盖层10之间还自下而上依次包括N型InP层8和隧道结9；N型InP层8置于光栅层7上，与光栅层7宽度相同；隧道结9置于N型InP层8上，宽度与P型InP盖层10宽度相同；隧道结9、P型InP盖层10、P型接触层11构成脊形波导结构。

其中，隧道结9、P型InP盖层10和P型接触层11构成的脊形波导结构的宽度为2～6μm。

其中，所述隧道结9自下而上依次包括：重掺杂N型InP层和重掺杂P型InAlAs层；重掺杂N型InP层的厚度为8nm～15nm，掺杂元素为Si，掺杂浓度不小于1×10¹⁹cm^-3；重掺杂P型InAlAs层的厚度为8nm～15nm，In组分为0.52，掺杂元素为C，掺杂浓度不小于1×10¹⁸cm^-3。

其中，所述N型InP层8的掺杂元素为Si，掺杂浓度在10¹⁸cm^-3量级，厚度为80nm～200nm。

其中，所述下限制层4和上限制层6均为带隙波长在1μm～1.2μm之间的InGaAsP材料。