本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，具體涉及一種含側(cè)邊吸收區(qū)的超輻射發(fā)光管。

背景技術(shù)：

超輻射為放大的自發(fā)發(fā)射ASE(Amplified Spontaneous Emission)，超輻射發(fā)光管(SLD)即是一種放大自發(fā)發(fā)射的半導(dǎo)體器件。超輻射發(fā)光管發(fā)射的光在波導(dǎo)中傳播時獲得光增益，但不存在光反饋(理想情況下)或者光反饋很弱，因而不會形成激射振蕩，可將其視為一種具有單程光增益的半導(dǎo)體光放大器，它輻射出的光為弱相干光，其光學(xué)特性介于半導(dǎo)體激光器與發(fā)光二極管之間。與一般發(fā)光二極管相比，超輻射發(fā)光管的輸出功率更高，并且光斑尺寸小，光的發(fā)散角較小，易于與單模光纖耦合；與激光器相比，在具有相當(dāng)?shù)妮敵龉夤β实耐瑫r，超輻射發(fā)光管具有寬的光譜和更短的相干長度，可以顯著地降低光纖圈中瑞利(Rayleigh)背向散射的瞬時波動和非線性克爾效應(yīng)所引起的噪聲；而且超輻射發(fā)光管的溫度特性比較好，這些獨(dú)特的優(yōu)異性彌補(bǔ)了半導(dǎo)體激光器與一般發(fā)光二極管的不足，也使超輻射發(fā)光管成為光纖陀螺，光纖水聽器，光時域反射儀(OTDR)、局域網(wǎng)(LAN)，波分復(fù)用光纖通訊以及光處理技術(shù)等許多應(yīng)用領(lǐng)域的理想光源。正因?yàn)槿绱?，自從l971年Kurbatov等人首次制得半導(dǎo)體超輻射發(fā)光管以來，超輻射發(fā)光管得到了迅速發(fā)展。人們圍繞著提高輸出功率和耦合效率、增加光譜寬度、降低相干長度、提高調(diào)制頻率、降低光譜調(diào)制深度等問題，對超輻射發(fā)光管開展了廣泛的研究工作。

超輻射發(fā)光管要求有很高的輸出功率，而又不產(chǎn)生激射振蕩。提高輸出功率最簡單的辦法就是增大注入電流，但是過高的注入電流可能會導(dǎo)致激射振蕩。激射振蕩的產(chǎn)生將對器件的寬光譜特性產(chǎn)生顯著的不良影響，而寬光譜是超輻射發(fā)光管的最重要的特征之一，因此實(shí)現(xiàn)超輻射發(fā)光的關(guān)鍵是抑制F-P腔振蕩，盡可能地減少光反饋。在這一關(guān)鍵特性方面，人們做了很多努力，目前主要有以下幾種辦法:(1)在超輻射發(fā)光管腔引入非泵浦吸收區(qū)。含非泵浦吸收區(qū)結(jié)構(gòu)的超輻射發(fā)光管是最早和較常用的主要結(jié)構(gòu)之一。它通常是在器件后端面制作一個非泵浦吸收區(qū)，根據(jù)吸收區(qū)的形狀不同，又可分為平面波導(dǎo)吸收區(qū)、直波導(dǎo)吸收區(qū)、彎曲吸收波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、錐形吸收波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。(2)蒸鍍增透膜的方法。為了減小器件的輸出端面的反射，可以采用出光端面蒸鍍增透膜，而在另外的一面蒸鍍高反膜以達(dá)到增加超輻射光的出射功率，減小反饋激射。(3)傾斜電極條形結(jié)構(gòu)或者彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以減少端面反饋。目前在技術(shù)上常常綜合利用上述幾種方法。成熟的產(chǎn)品對端面鍍膜以及制備工藝的精度的要求很高。盡管如此，光刻制備工藝仍然存在一定的精度問題，導(dǎo)致在制作脊波導(dǎo)時，側(cè)邊會形成近波長或亞波長量級的凹凸結(jié)構(gòu)。由于這些結(jié)構(gòu)會對光產(chǎn)生散射或者衍射，因而有很少部分光可以形成反饋回路，而這些反饋回路會形成激射，從而對器件的光譜特性產(chǎn)生不良影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種含側(cè)邊吸收區(qū)的超輻射發(fā)光管，利用側(cè)邊吸收區(qū)所具有的光吸收特性，有效抑制可能形成的反饋回路，實(shí)現(xiàn)超輻射發(fā)光管平滑的較寬的光譜輸出。

本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案如下：

一種含側(cè)邊吸收區(qū)的超輻射發(fā)光管，包括脊波導(dǎo)增益區(qū)、側(cè)邊吸收區(qū)和側(cè)邊電隔離區(qū)，在超輻射發(fā)光管的脊的側(cè)邊制備側(cè)邊電隔離區(qū)和側(cè)邊吸收區(qū)，側(cè)邊電隔離區(qū)使脊波導(dǎo)增益區(qū)與側(cè)邊吸收區(qū)形成電隔離。

進(jìn)一步地，所述側(cè)邊吸收區(qū)為一段或多段。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述側(cè)邊吸收區(qū)為多段時，所述多段側(cè)邊吸收區(qū)位于脊的同側(cè)。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述側(cè)邊吸收區(qū)為多段時，所述多段側(cè)邊吸收區(qū)位于脊的不同側(cè)。

進(jìn)一步地，所述脊的同一側(cè)的側(cè)邊吸收區(qū)為一段或多段。

進(jìn)一步地，所述多段側(cè)邊吸收區(qū)相對于脊對稱分布。

進(jìn)一步地，所述多段側(cè)邊吸收區(qū)相對于脊呈互補(bǔ)式對稱分布或鏡像對稱分布。

進(jìn)一步地，所述超輻射發(fā)光管還包括沿脊波導(dǎo)增益區(qū)長度方向的端面制備的脊波導(dǎo)電隔離區(qū)和脊波導(dǎo)吸收區(qū)，其中，脊波導(dǎo)電隔離區(qū)使脊波導(dǎo)吸收區(qū)和脊波導(dǎo)增益區(qū)形成電隔離。

進(jìn)一步地，脊波導(dǎo)增益區(qū)的出光端面鍍有高透膜，出光端面與脊波導(dǎo)增益區(qū)的夾角大于80度，小于等于90度；在與出光端面相對的脊波導(dǎo)吸收區(qū)的端面鍍高反射率的光學(xué)介質(zhì)膜。

進(jìn)一步地，脊波導(dǎo)增益區(qū)在鄰近出光端面的位置制備彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型利用側(cè)邊吸收區(qū)所具有的光吸收特性，減小了脊波導(dǎo)側(cè)邊近波長或亞波長量級的凹凸結(jié)構(gòu)對光產(chǎn)生的散射或者衍射，有效抑制了可能形成的反饋回路，減小了激射對器件的光譜特性產(chǎn)生的不良影響，實(shí)現(xiàn)了超輻射發(fā)光管平滑的較寬的光譜輸出。另外，本實(shí)用新型由于有效抑制了端面反饋形成的激射振蕩，因此，對出光端面所鍍增透膜的要求可以適當(dāng)降低，也可適當(dāng)降低對制備工藝精度的要求。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型提出的一種含側(cè)邊吸收區(qū)的超輻射發(fā)光管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是本實(shí)用新型提出的單側(cè)任意位置含吸收區(qū)的脊波導(dǎo)示意圖；

圖2b是本實(shí)用新型提出的單側(cè)任意位置含多段吸收區(qū)的脊波導(dǎo)示意圖；

圖2c是本實(shí)用新型提出的兩側(cè)邊任意位置含吸收區(qū)的脊波導(dǎo)示意圖；

圖2d是本實(shí)用新型提出的兩側(cè)邊任意位置含對稱分布吸收區(qū)的脊波導(dǎo)示意圖；

圖2e是本實(shí)用新型提出的兩側(cè)邊任意位置含多段互補(bǔ)式對稱分布吸收區(qū)的脊波導(dǎo)示意圖；

圖2f是本實(shí)用新型提出的兩側(cè)邊任意位置含多段一般對稱分布吸收區(qū)的脊波導(dǎo)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，本實(shí)用新型并不局限于附圖和以下實(shí)施例。

本實(shí)用新型提出的一種含側(cè)邊吸收區(qū)的超輻射發(fā)光管，如圖1所示，依次由下電極、襯底、下分離限制層、下波導(dǎo)層、有源區(qū)、上波導(dǎo)層、上分離限制層、蓋層、Si02電流隔離層、上電極構(gòu)成。其中，有源區(qū)采用應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的材料通過光刻、腐蝕、生長介質(zhì)絕緣層、開電極窗口、濺射等工藝形成，有源區(qū)的發(fā)光波長范圍是1.1um-1.7um，具體參數(shù)按設(shè)計(jì)不同而不同。

該超輻射發(fā)光管的一種制備方法具體可以采用銦鎵砷磷/銦磷InGaAsP/InP或者鋁鎵銦砷/銦磷AlGaInAs/InP材料作為襯底，然后在n型銦磷InP襯底上制備上下分離限制層、位于上下分離限制層中的上下波導(dǎo)層以及位于上下波導(dǎo)層中的多量子阱有源區(qū)，其中阱的厚度為5-10nm，壘層的厚度為5-10nm之間，應(yīng)變在1.2％以內(nèi)，有源區(qū)阱壘的總厚度為100-500nm；在上分離限制層之上依次為蓋層、Si02電流隔離層、上電極。

另外，該超輻射發(fā)光管還可在上下分離限制層遠(yuǎn)離有源區(qū)的一側(cè)分別設(shè)置上包層(未圖示)和下包層(未圖示)。

該超輻射發(fā)光管的光限制層中心區(qū)域構(gòu)成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，下波導(dǎo)層、有源區(qū)、上波導(dǎo)層構(gòu)成光限制層中心區(qū)域，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)采用脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，脊的側(cè)邊的任意位置形成側(cè)邊吸收區(qū)，通過用電泵浦所述吸收區(qū)以吸收光。所述的脊波導(dǎo)可以是直波導(dǎo)或者傾斜波導(dǎo)，也可以是彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

下面結(jié)合附圖對吸收區(qū)的具體設(shè)置位置進(jìn)行描述。

實(shí)施例1

如圖2a所示，該超輻射發(fā)光管包括脊波導(dǎo)增益區(qū)1001、側(cè)邊吸收區(qū)1003、側(cè)邊電隔離區(qū)1002、脊波導(dǎo)電隔離區(qū)1005和脊波導(dǎo)吸收區(qū)1004。其中，脊波導(dǎo)增益區(qū)1001為傾斜長條形；脊波導(dǎo)增益區(qū)1001的一端面為出光端面1006，出光端面1006鍍有高透膜，出光端面1006和脊波導(dǎo)增益區(qū)1001的夾角大于80度，小于等于90度。在脊波導(dǎo)增益區(qū)1001相對出光端面1006的另一側(cè)制備脊波導(dǎo)電隔離區(qū)1005和脊波導(dǎo)吸收區(qū)1004，其中，脊波導(dǎo)電隔離區(qū)1005使脊波導(dǎo)吸收區(qū)1004和脊波導(dǎo)增益區(qū)1001形成電隔離，脊波導(dǎo)吸收區(qū)1004遠(yuǎn)離脊波導(dǎo)電隔離區(qū)1005的端面1007鍍有高反膜。在脊的一側(cè)邊上制備側(cè)邊電隔離區(qū)1002和側(cè)邊吸收區(qū)1003，側(cè)邊電隔離區(qū)1002和側(cè)邊吸收區(qū)1003的長度小于或者等于脊波導(dǎo)增益區(qū)1001的長度W，側(cè)邊電隔離區(qū)1002長度大于等于側(cè)邊吸收區(qū)1003長度，圖2a至圖2f均以側(cè)邊電隔離區(qū)1002和側(cè)邊吸收區(qū)1003的長度小于脊波導(dǎo)增益區(qū)1001的長度，且側(cè)邊電隔離區(qū)1002和側(cè)邊吸收區(qū)1003長度相等為例進(jìn)行說明，但并不局限于這種情形。側(cè)邊電隔離區(qū)1002使脊波導(dǎo)增益區(qū)1001與側(cè)邊吸收區(qū)1003形成電隔離。脊波導(dǎo)增益區(qū)1001和側(cè)邊吸收區(qū)1003、脊波導(dǎo)吸收區(qū)1004上制備有表面電極，增益區(qū)和吸收區(qū)電極相互電隔離不交連。

在出光端面1006鍍低反射率的高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜，與出光端面1006相對的另一端的端面1007鍍高反射率的光學(xué)介質(zhì)膜，實(shí)現(xiàn)對端面反饋激射振蕩的有效抑制。

為了進(jìn)一步提高對反射的吸收效果，脊波導(dǎo)增益區(qū)1001可以在鄰近出光端面1006的位置制備彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，也可以適當(dāng)增加脊波導(dǎo)吸收區(qū)1004的長度或者數(shù)量。

實(shí)施例2

本實(shí)施例在實(shí)施例1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在脊波導(dǎo)增益區(qū)1001的所述側(cè)邊上再間隔層疊第二側(cè)邊電隔離區(qū)1008和第二側(cè)邊吸收區(qū)1009，形成單側(cè)兩段吸收區(qū)，如圖2b所示，側(cè)邊電隔離區(qū)1002與第二側(cè)邊電隔離區(qū)1008的尺寸可以相同，也可以不同；側(cè)邊吸收區(qū)1003和第二側(cè)邊吸收區(qū)1009的尺寸可以相同，也可以不同；也可以層疊更多段的側(cè)邊電隔離區(qū)和側(cè)邊吸收區(qū)。這種單側(cè)多段吸收區(qū)結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步提高對同側(cè)長光程或衍射反饋激射的有效抑制。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，實(shí)施例1中只在脊的一側(cè)制備一段側(cè)邊電隔離區(qū)1002和側(cè)邊吸收區(qū)1003，而本實(shí)施例中在脊的兩側(cè)各制備一段側(cè)邊電隔離區(qū)2002和側(cè)邊吸收區(qū)2003，這樣可以同時抑制兩側(cè)邊形成的光散射或者衍射反饋激射，如圖2c所示，在脊的兩側(cè)，制備側(cè)邊電隔離區(qū)2002和側(cè)邊吸收區(qū)2003。側(cè)邊電隔離區(qū)2002和側(cè)邊吸收區(qū)2003的長度小于或者等于增益區(qū)2001的長度W，側(cè)邊電隔離區(qū)2002長度大于等于側(cè)邊吸收區(qū)2003長度。側(cè)邊電隔離區(qū)2002使脊波導(dǎo)增益區(qū)2001和側(cè)邊吸收區(qū)2003實(shí)現(xiàn)電隔離。

實(shí)施例4

本實(shí)施例與實(shí)施例3的不同之處在于，實(shí)施例3中每側(cè)的側(cè)邊電隔離區(qū)2002和側(cè)邊吸收區(qū)2003設(shè)置在脊兩側(cè)的任意位置，而本實(shí)施例中一側(cè)的側(cè)邊電隔離區(qū)3002和側(cè)邊吸收區(qū)3003與另一側(cè)的側(cè)邊電隔離區(qū)3002和側(cè)邊吸收區(qū)3003對稱分布，這種設(shè)置方式可以同時抑制兩側(cè)邊形成的光散射或者衍射反饋激射，如圖2d所示。

實(shí)施例5

本實(shí)施例與實(shí)施例3的不同之處在于，實(shí)施例3中，在脊的兩側(cè)均制備一段側(cè)邊電隔離區(qū)2002和側(cè)邊吸收區(qū)2003，而本實(shí)施例中，在脊的兩側(cè)各制備多段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003，并且脊波導(dǎo)兩側(cè)的各段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003為多段互補(bǔ)式對稱分布，可以同時抑制兩側(cè)邊形成的光散射或者衍射反饋激射，也可以抑制長光程的光散射或者衍射反饋激射。以四段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003為例說明電隔離區(qū)4002和吸收區(qū)4003的分布情況，如圖2e所示：沿脊波導(dǎo)增益區(qū)4001的長度方向，在脊同一側(cè)的第一段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅰ與第三段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅲ之間預(yù)留與第二段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅱ尺寸匹配的空間，第二段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅱ位于脊另一側(cè)與該空間對應(yīng)的位置；同理，在脊同一側(cè)的第二段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅱ與第四段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅳ之間預(yù)留的空間與脊另一側(cè)的第三段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅲ尺寸相匹配。

實(shí)施例6

本實(shí)施例與實(shí)施例5的不同之處在于，實(shí)施例5中各段電隔離區(qū)4002和吸收區(qū)4003周期互補(bǔ)式對稱分布，實(shí)施例6中各段側(cè)邊電隔離區(qū)5002和側(cè)邊吸收區(qū)5003為多段鏡像對稱分布，可以同時抑制兩側(cè)邊形成的光散射或者衍射反饋激射，也可以抑制長光程的光散射或者衍射反饋激射，如圖2f所示，在脊一側(cè)的第一段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅰ與在脊另一側(cè)的第二段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅱ鏡像對稱分布，在脊一側(cè)的第三段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅲ與在脊另一側(cè)的第四段側(cè)邊電隔離區(qū)4002和側(cè)邊吸收區(qū)4003Ⅳ鏡像對稱分布。

根據(jù)上述實(shí)施例1-6可知，該側(cè)邊吸收區(qū)可以是單側(cè)單段，如實(shí)施例1；或者是單側(cè)多段，如實(shí)施例2；或者是兩側(cè)單段，如實(shí)施例3和4；或者是兩側(cè)多段，實(shí)施例5和6。對于多段側(cè)邊吸收區(qū)的情況，各段側(cè)邊吸收區(qū)的尺寸可以相同，也可以不同；相應(yīng)地，各段側(cè)電隔離區(qū)的尺寸可以相同，也可以不同。

以上，對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行了說明。但是，本實(shí)用新型不限定于上述實(shí)施方式。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。