窄发散角脊波导半导体激光器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种窄发散角脊波导半导体激光器，包括衬底层、缓冲层、N型限制层、下限制层、下波导层、多量子阱区、上波导层、上限制层、腐蚀阻挡层、P型限制层和电极接触层；在缓冲层和N型限制层之间还设有扩展波导层，扩展波导层为N型InGaAsP材料，扩展波导层的厚度为0.2μm-0.5μm，下波导层的厚度为0.05μm-0.15μm，上波导层的厚度为0.05μm-0.15μm，扩展波导层到多量子阱区的距离为1μm-2μm；P型限制层和电极接触层设置在腐蚀阻挡层的纵向中部，构成脊波导；采用小球透镜封装。本发明减小了垂直发散角，提高耦合效率，温度特性能满足要求，工艺过程简化，提高芯片成品率，成本低廉。
【专利说明】窄发散角脊波导半导体激光器
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体激光器【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着光纤网络的发展，对于光收发元件的要求也是越来越高，由于市场的激烈竞 争，同时拥有更好性能且拥有更低成本的元件才往往有优势。广泛应用的EPON (W太无源 光网络）通常要求较高的禪合出纤功率，该就对TO器件提出了较高要求。如果采用高效率 巧片和非球透镜封装，由于非球面透镜成本较球透镜成本高，因此导致使用非球透镜封装 的器件价格上不占优势。若要采用球透镜降低封装成本，为了得到更高的出纤光功率就需 要开发出窄发散角激光器巧片。现有的小球透镜封装的TO器件使用铜嫁神磯（InGaAsP对才 料掩埋异质结的结构，其采用小发散角工作，且成本低廉，但是，其巧片内部电子限制不好， 高温工作时阔值过高、效率偏低。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种窄发散角脊波导半导体激光器，减小了垂 直发散角，提高禪合效率，温度特性能满足要求，工艺过程简化，提高巧片成品率，成本低 廉。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是： 一种窄发散角脊波导半导体激光发射器，包括衬底层、在衬底层上由下至上依次设有 的缓冲层、N型限制层、下限制层、下波导层、多量子阱区、上波导层、上限制层、腐蚀阻挡 层、P型限制层和电极接触层；在缓冲层和N型限制层之间还设有扩展波导层，所述扩展波 导层为N型InGaAsP材料，扩展波导层的厚度为0. 2 ym-0. 4 ym，所述下波导层的厚度为 0. 05 ym-0. 15 ym，上波导层的厚度为0. 05 ym-0. 15 ym，扩展波导层到多量子阱区的距离 为1. 0 y m-2. 0 y m ;所述P型限制层和电极接触层设置在腐蚀阻挡层的纵向中部，构成脊波 导；义用直径为1. 的小球透镜封装。
[0005] 进一步的技术方案，所述扩展波导层的厚度为0.3 ym，下波导层的厚度为 0. 1 y m,上波导层的厚度为0. 1 y m,扩展波导层到多重子阱区的距罔为1. 4 y m。
[0006] 进一步的技术方案，采用直径为1. 5mm小球透镜封装。
[0007] 进一步的技术方案，所述小球透镜封装的折射率为1.45-1. 8,有效数值孔径为 0. 1-0. 2。
[000引进一步的技术方案，所述下波导层、多量子阱区和上波导层采用非渗杂的 AlGalnAs 材料。
[0009] 进一步的技术方案，所述下限制层采用N型的AlGalnAs材料。
[0010] 进一步的技术方案，所述脊波导的宽度为2. 5 ym，深度为1. 8 ym。
[0011] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于；减小了垂直发散角，提高禪合效率，温 度特性能满足要求，工艺过程简化，提高巧片成品率，成本低廉；采用单边拓展结构设计，减 小了垂直发散角，提高了禪合效率;AlGalnAs (侣嫁铜神)代替InGaAsP材料体系，提高了内 部电子限制，提高了高温工作时的特性，无需增加制冷器，更适合非制冷工作；脊波导巧片 结构代替掩埋异质结结构，工艺过程简化，降低巧片制作成本和提高巧片成品率；采用小球 透镜封装，成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的结构示意图； 图2是入射孔径和像差的关系； 图3是近场分布仿真结果； 图4是远场仿真结果； 图5是巧片显微照片； 图6是巧片功能区截面照片； 图7是巧片功率和效率曲线； 图8是巧片的发散角测试曲线； 在附图中：1、衬底层，2、缓冲层，3、扩展波导层，4、N型限制层，5、下限制层，6、下波导 层，7、多量子阱区，8、上波导层，9、上限制层，10、腐蚀阻挡层，11、P型限制层，12、电极接触 层。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0014] 如图1所示，窄发散角脊波导半导体激光器，自下而上依次包括： 衬底层1，用于在其上进行半导体激光器各层材料的生长，本发明中衬底层1是N型 (100)面的InP，能够有利于电子的注入，减小衬底材料的串联电阻。缓冲层2,制作在衬底 层1上，为N型InP材料，目的是形成高质量的外延表面，减小衬底层1与其他各层的应力， 消除衬底层1的缺陷向其他各层的传播，W利于器件其他各层的材料的生长。扩展波导层 3,为N型InGaAsP材料，该层有较高的折射率，其目的是使光场从主波导中能够扩展一部 分到该区域中，起到扩展近场光斑的作用，从而减小激光器的远场发散角。N型限制层4,为 N型的InP材料，能够有效阻碍电子的扩散和漂移，并且限制光场横模向该层的扩展，从而 减小光的损耗，即降低势垒，减小电压亏损。下限制层5,为N型的AlGalnAs材料。能够有 效阻碍电子的扩散和漂移，并且限制光场横模向该层的扩展，从而减小光的损耗，即降低势 垒，减小电压亏损。下波导层6,为非渗杂的AlGalnAs材料。目的是加强对光场的限制。多 量子阱区7,由5个量子阱和6个垒构成，为非渗杂的AlGalnAs材料。作为激光器的有源 区，提供足够的光增益，并决定器件的激射波长及器件的使用寿命。上波导层8,为非渗杂的 AlGalnAs材料。目的是加强对光场的限制。上限制层9,为P型的AlInAs材料。作用同下 限制层5。腐蚀阻挡层10,为P型的InGaAsP腐蚀阻挡层。在工艺刻蚀中起到腐蚀阻挡的 作用。P型限制层11，为P型的InP材料。作用与N型限制层4相同。电极接触层12,为重 渗杂的P型InGaAs材料。其目的是实现良好的欧姆接触，减小串联电阻，提高器件的转换 效率。P型限制层11和电极接触层12设置在腐蚀阻挡层10的纵向中部，构成脊波导。各 层的厚度如表1所示。
[00巧]表1 _
【权利要求】
1. 一种窄发散角脊波导半导体激光器，包括衬底层（1)、在衬底层（1)上由下至上依 次设有的缓冲层（2)、N型限制层（4)、下限制层（5)、下波导层（6)、多量子阱区（7)、上波 导层（8)、上限制层（9)、腐蚀阻挡层（10)、P型限制层（11)和电极接触层（12);其特征在 于在缓冲层（2)和N型限制层（4)之间还设有扩展波导层（3)，所述扩展波导层（3)为N 型InGaAsP材料，扩展波导层（3)的厚度为0. 2ym-0. 5ym，所述下波导层（6)的厚度为 0. 05 ym-0. 15 ym，上波导层（8)的厚度为0. 05 ym-0. 15 ym，扩展波导层（3)到多量子阱区 (7 )的距离为1 y m-2 y m ;所述P型限制层（11)和电极接触层（12 )设置在腐蚀阻挡层（10 ) 的纵向中部，构成脊波导；采用直径为1. 5mm-2. 0mm的小球透镜封装。
2. 根据权利要求1所述的窄发散角脊波导半导体激光器，其特征在于所述扩展波导 层（3)的厚度为0. 3 ym，下波导层（6)的厚度为0. 1 ym，上波导层（8)的厚度为0. 1 ym，扩 展波导层（3)到多量子阱区（7)的距离为1. 4 y m。
3. 根据权利要求1所述的窄发散角脊波导半导体激光器，其特征在于采用直径为 1. 5mm小球透镜封装。
4. 根据权利要求3所述的窄发散角脊波导半导体激光器，其特征在于所述小球透镜 封装的折射率为1. 45-1. 8,有效数值孔径为0. 1-0. 2。
5. 根据权利要求1所述的窄发散角脊波导半导体激光器，其特征在于所述下波导层 (6)、多量子阱区（7)和上波导层（8)采用非渗杂的AlGalnAs材料。
6. 根据权利要求1所述的窄发散角脊波导半导体激光器，其特征在于所述下限制层 (5)采用N型的AlGalnAs材料。
7. 根据权利要求1所述的窄发散角脊波导半导体激光器，其特征在于所述脊波导的 宽度为2. 5 y m，深度为1. 8 y m。
【文档编号】H01S5/22GK104466675SQ201410770523
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】车相辉, 赵润, 曹晨涛, 陈宏泰, 宁吉丰, 张宇, 位永平, 郝文嘉, 王彦照, 林琳, 杨红伟 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所