[发明专利]低发散角的超辐射发光二极管结构

说明书

一种低发散角的超辐射发光二极管结构，包括：一衬底；一缓冲层，其制作在衬底上；一无源波导芯层，其制作在缓冲层上；一空间层，其制作在无源波导芯层上；一应变量子阱结构，其制作在空间层上；一缓冲层，其制作在应变量子阱结构上；一电流阻挡层，其制作在应变量子阱结构上；一欧姆接触层，其制作在电流阻挡层的上面，形成基片；两个镀膜，其位于基片两端。本发明可以进一步降低器件的光限制因子，增大器件的等效横向光斑尺寸，降低器件的串联电阻和热阻，提高器件的电光转换效率，减少器件产生的废热，从而有效抑制器件热饱和。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件领域，特别是指一种低发散角的超辐射发光二极管结构，超辐射发光二极管是光纤陀螺的核心器件，在惯性导航领域具有重要应用。

背景技术

随着光纤陀螺技术的不断发展，对超辐射发光二极管模块提出了更高的要求。在同等工作电流下，如何进一步提高超辐射发光二极管模块的输出功率成为制约光纤陀螺技术发展的技术瓶颈。传统结构的超辐射发光二极管输出光斑为椭圆光斑，其远场垂直发散角大于水平发散角，从而造成管芯与光纤的耦合效率很低，已成为影响模块尾纤输出功率的核心因素。由于超辐射发光二极管输出光场为椭圆光斑，其与圆形的单模光纤芯径不匹配，从而造成耦合效率仅有30％左右，且对准容差很小。如何降低超辐射发光二极管的远场垂直发散角，使输出光斑由椭圆光斑转换为近似圆形光斑，实现超辐射发光二极管光斑与单模光纤的匹配，提高耦合效率，是提高超辐射发光二极管模块输出功率的关键。

发明内容

本发明的目的在于，提出了一种低发散角的超辐射发光二极管结构，该超辐射发光二极管结构的应变量子阱结构中的波导采用弯曲波导吸收区结构，有源区采用应变量子阱结构，并在有源区下面生长一层无源波导芯层。采用这种弯曲波导吸收区结构，相比于传统的斜波导超辐射发光二极管结构，能够进一步减小腔面反射率，其出光腔面反射率能达到0.001％以下，更好的抑制受激辐射，提高放大自发辐射效率，提高光谱质量。采用应变量子阱结构能够提高器件的电光转换效率，在同等电流下，实现更高功率的输出。在有源区下面生长一层无源波导芯层，中间用n-InP空间层隔开，形成非对称双波导结构，这种结构能够将有源区产生的光扩展到非对称波导层，下波导层由于增加了无源波导芯层，其厚度远大于上波导层，这样设计有两个好处，一方面是增加垂直方向的出光面，使出光面的光斑更接近圆形光斑，降低远场垂直发散角，提高超辐射发光二极管和光纤的耦合效率，提高其偏调容差，降低耦合封装工艺难度；另一方面，增加N型波导层的厚度，能够使得器件的光场中心偏离有源区中心，从而进一步降低器件的光限制因子，增大器件的等效横向光斑尺寸，降低器件的串联电阻和热阻，提高器件的电光转换效率，减少器件产生的废热，从而有效抑制器件热饱和。

本发明的提供一种低发散角的超辐射发光二极管结构，包括：

一衬底；

一缓冲层，其制作在衬底上；

一无源波导芯层，其制作在缓冲层上；

一空间层，其制作在无源波导芯层上；

一应变量子阱结构，其制作在空间层上；

一缓冲层，其制作在应变量子阱结构上；

一电流阻挡层，其制作在应变量子阱结构上；

一欧姆接触层，其制作在电流阻挡层的上面，形成基片；

两个镀膜，其位于基片两端。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

(1)波导结构采用弯曲波导吸收区结构，出光腔面反射率低于0.001％，抑制受激辐射，实现超辐射光输出；

(2)在有源区下面生长一层无源波导芯层，中间用n-InP空间层隔开，形成非对称双波导结构，该结构能够降低远场垂直发散角，降低器件的串联电阻和热阻，提高器件的电光转换效率。