基于模斑转换结构的超辐射发光二极管制造技术

本公开提供了一种基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，包括：n‑InP衬底；无源波导层，设置于n‑InP衬底上；有源区，设置于无源波导层上，用于发射激光，包括应变量子阱和设置于应变量子阱上的势垒层；波导结构，设置于有源区上，所述波导结构包括：斜三角吸收区，设置于一端；增益区，紧邻斜三角吸收区设置；以及模斑转换结构，紧邻增益区设置，是宽度渐变的楔形波导结构，用于将有源区发射的激光低损耗地耦合进无源波导层；以及电极，设置于超辐射发光二极管器件上部脊结构的表面，与波导结构的增益区上下对应，用于对超辐射发光二极管进行电注入，提高了超辐射发光二极管和外接光纤的耦合效率，又提高了其偏调允差，降低了耦合封装工艺难度。

【技术实现步骤摘要】
基于模斑转换结构的超辐射发光二极管
本公开涉及半导体光电子器件领域，尤其涉及一种基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，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。
技术介绍
光纤陀螺是一种能够精确地确定运动物体方位的仪器，它是航空航天、航海和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。光纤陀螺基于萨格纳克(Sagnac)效应，是一种对角速度和角偏差极其敏感的传感器，由宽带光源、耦合器、Y波导、光纤环和逻辑电路等元部件组成。超辐射发光二极管是核心宽带光源，其带宽和功率均影响陀螺的精度和稳定性。传统结构的超辐射发光二极管多采用掩埋异质结结构，波导一般采用斜波导或弯波导等方式抑制受激辐射。上述结构存在发光效率低，尤其是垂直发散角大等问题，无法满足光纤陀螺对高功率超辐射发光二极管的要求。光纤的波导结构是对称的圆柱形结构，这样导致其本征模场是对称的圆形光斑，而超辐射发光二极管的本征模场是椭圆形光斑。因此，超辐射发光二极管和外接的光纤之间的本征模场的大小和形状的差别导致了二者之间有很大的模式失配，二者之间的耦合效率极低，而且对准允差较小。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述问题，本公开提供一种基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，以缓解现有技术中超辐射发光二极管发光效率低，垂直发散角度大，本征模场与外接光纤模场耦合效率低且对准允差小等技术问题。(二)技术方案本公开提供一种基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，包括：n-InP衬底10；无源波导层20，设置于n-InP衬底10上；有源区30，设置于无源波导层20上，用于发射激光，包括应变量子阱和设置于应变量子阱上的势垒层；波导结构40，设置于有源区30上，所述波导结构40包括：斜三角吸收区41，设置于一端；增益区42，紧邻斜三角吸收区41设置；以及模斑转换结构43，紧邻增益区42设置，是宽度渐变的楔形波导结构，用以将有源区30发射的激光耦合进无源波导层20；以及电极50，所述电极50设置于超辐射发光二极管器件上部脊结构的表面，与波导结构40的增益区42上下对应，用于对超辐射发光二极管进行电注入。在本公开的一些实施例中，所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，其中，还包括SiO2掩膜，其覆盖于所述波导结构40的吸收区41和模斑转换结构43上。在本公开的一些实施例中，所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，其中，还包括增透膜，镀制于超辐射发光二极管器件的与波导结构40垂直的两个端面。在本公开的一些实施例中，所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，所述增透膜应用反应磁控溅射镀膜技术并采用离子源辅助镀膜制成，增透膜反射率不大于3％。在本公开的一些实施例中，所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，所述模斑转换结构43的长度c，其中，200μm≤c≤500μm。在本公开的一些实施例中，所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，所述斜三角吸收区41的长度为a，其中，100μm≤a≤500μm。在本公开的一些实施例中，所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，其中，所述增益区42的长度为b，其中，400μm≤b≤1500μm。在本公开的一些实施例中，所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，其中，所述应变量子阱材料为InGaAsP或InP。在本公开的一些实施例中，所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，所述无源波导层20的厚度为40nm～60nm。在本公开的一些实施例中，以上所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，其对应增益区42的部分没有SiO2掩膜覆盖。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于模斑转换结构的超辐射发光二极管至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)在有源区下面生长一层无源波导层，光经过模斑转换结构的作用，扩展至无源波导层，改变了光斑纵向尺寸，使出射端面的近场光斑和外接光纤的模场匹配度高，减小了激光器远场发散角。(2)波导结构的一端采用斜三角吸收区，能够抑制受激辐射，减小腔面的光反馈，实现超辐射光输出；(3)与模斑转换结构的集成结构，可以将超辐射发光二极管的椭圆光斑转换为近圆形光斑，提高超辐射发光二极管与外接光纤的耦合效率和偏调允差；(4)模斑转换结构采用宽度渐变的楔形波导设计，波导增益区采用直波导结构，这样有利于提高发光效率，提高耦合效率，降低耦合难度。附图说明图1是本公开实施例基于模斑转换结构的超辐射发光二极管的立体结构示意图。图2为本公开实施例波导结构的斜三角吸收区、增益区和模斑转换结构的示意图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】10-n-InP衬底；20-无源波导层；30-有源区；40-波导结构；41-斜三角吸收区；42-增益区；43-模斑转换结构；50-电极。具体实施方式本公开提供了一种基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，其波导结构包括斜三角吸收区、增益区和模斑转换结构，模斑转换结构采用宽度渐变的楔形波导结构，当有源区产生的光经过模斑转换结构传导，低损耗地耦合至无源波导层时，所述无源波导层使有源区所发出的光经传导形成的光斑纵向尺寸改变，减小了超辐射发光二极管远场发散角，实现将超辐射发光二极管不对称的模场椭圆光斑转换为对称的圆形光斑，提高了超辐射发光二极管和外接光纤的耦合效率，又提高了其偏调允差，降低了耦合封装工艺难度。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。在本公开的一个实施例中，提供了一种基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，图1为本公开实施例超辐射发光二极管的立体结构示意图，如图1所示，本实施例提供的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管包括：n-InP衬底10，设置于器件最底层；无源波导层20，设置于n-InP衬底10上，厚度为40nm～60nm；有源区30，设置于无源波导层20上，用于发射激光，包括应变量子阱和设置于应变量子阱上的势垒层；波导结构40，设置于有源区30上，所述波导结构40包括：斜三角吸收区41，设置于波导结构40的一端；增益区42，采用直波导结构，紧邻斜三角吸收区41设置；以及模斑转换结构43，紧邻增益区42设置，是宽度渐变的楔形波导结构，用以将有源区30产生的光耦合进无源波导层20；以及电极50，所述电极50对应波导结构40的增益区42制备而成，设置于增益区42上侧，用于对超辐射发光二极管进行电注入。在本实施例中，如图1所示，所述无源波导层20设置于n-InP衬底10上，厚度为40nm～60nm。在本实施例中，所述有源区30设置于无源波导层20上，包括采用InGaAsP或InP的应变量子阱，和设置于应变量子阱上侧的势垒层，所述势垒层厚度为15nm～30nm。在本实施例中，如图1所示，超辐射发光二极管器件的上部由光刻和干法刻蚀工艺制备形成中间的脊和两侧的台面结构，脊结构与波导结构40平行设置，两侧的台面对中间的脊结构起到保护的作用；所述电极50对应波导结构40的增益区42制备而成，设置于超辐射发光二极管器件上部脊结构的表面，与波导结构40的增益区42上下对应，用于对超辐射发光二极管进行电注入。在本实施例中，所述超辐射发光二极管还包括SiO2掩膜，其覆盖于波导结构40的斜三角吸收区41和模斑转换结构43上，而对应增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，包括：n‑InP衬底(10)；无源波导层(20)，设置于n‑InP衬底(10)上；有源区(30)，设置于无源波导层(20)上，用于发射激光，包括应变量子阱和设置于应变量子阱上的势垒层；波导结构(40)，设置于有源区(30)上，所述波导结构(40)包括：斜三角吸收区(41)，设置于一端；增益区(42)，紧邻斜三角吸收区(41)设置；以及模斑转换结构(43)，紧邻增益区(42)设置，是宽度渐变的楔形波导结构，用以将有源区(30)发射的激光耦合进无源波导层(20)；以及电极(50)，所述电极(50)设置于超辐射发光二极管器件上部脊结构的表面，与波导结构(40)的增益区(42)上下对应，用于对超辐射发光二极管进行电注入。

【技术特征摘要】
1.一种基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，包括：n-InP衬底(10)；无源波导层(20)，设置于n-InP衬底(10)上；有源区(30)，设置于无源波导层(20)上，用于发射激光，包括应变量子阱和设置于应变量子阱上的势垒层；波导结构(40)，设置于有源区(30)上，所述波导结构(40)包括：斜三角吸收区(41)，设置于一端；增益区(42)，紧邻斜三角吸收区(41)设置；以及模斑转换结构(43)，紧邻增益区(42)设置，是宽度渐变的楔形波导结构，用以将有源区(30)发射的激光耦合进无源波导层(20)；以及电极(50)，所述电极(50)设置于超辐射发光二极管器件上部脊结构的表面，与波导结构(40)的增益区(42)上下对应，用于对超辐射发光二极管进行电注入。2.根据权利要求1所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，其中，还包括SiO2掩膜，其覆盖于所述波导结构(40)的吸收区(41)和模斑转换结构(43)上。3.根据权利要求1所述的基于模斑转换结构的超辐射发光二极管，其中，还包括增透膜，镀制于超辐射发光二...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文涛，谭满清，熊迪，赵亚利，曹营春，万丽丽，刘珩，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11