專利名稱：高速大功率半導(dǎo)體光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光光源，尤其涉及一種高速大功率半導(dǎo)體光源。背景技術(shù)：
普通通訊用的半導(dǎo)體激光器的輸出功率一般為毫瓦級(jí)，無(wú)法滿足諸如無(wú)線光通信 系統(tǒng)對(duì)光源高速、大功率的需要。目前，實(shí)現(xiàn)高速、大功率光源的方法是采用半導(dǎo)體激光器 +摻鉺光纖放大器，可以得到2. 5Gb/S的調(diào)制速率和百毫瓦的輸出光功率。但是，該方法制 作的高速、大功率光源具有體積龐大，封裝困難，耦合效率低，光功率損耗較大，成本高等缺
點(diǎn)ο

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種高速大功率半導(dǎo)體光源，其可改善半導(dǎo)體光放 大器的直流偏置電流和激光二極管的調(diào)制電流對(duì)彼此的干擾、抑制光反射，以獲得高質(zhì)量、 高速、大功率的激光光束。本發(fā)明提供一種高速大功率半導(dǎo)體光源，其包括相對(duì)設(shè)置的ρ電極和η電極；主 振蕩部分，且主振蕩部分為單模高速分布反饋半導(dǎo)體激光器(DFB-LD)或分布布拉格反射 器半導(dǎo)體激光器(DBR-LD)；功率放大部分，位于主振蕩部分的后方。其中，功率放大部分的 主軸線與主振蕩部分的主軸線有一定的傾斜角，高速大功率半導(dǎo)體光源進(jìn)一步包括一隔離 槽，隔離槽設(shè)置于P電極上且位于主振蕩部分與功率放大部分之間。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，隔離槽的深度為1-6微米，寬度為5-50微米。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，隔離槽的寬度為30微米。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，在η電極上相對(duì)于隔離槽設(shè)置一淺槽，淺槽的深度為 1-10微米，寬度為25-100微米。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，功率光放大部分的前端為一過渡光波導(dǎo)，且主振蕩部 分的主軸線與功率放大部分的主軸線之間的該傾斜角為銳角夾角，且通過該過渡光波導(dǎo)實(shí) 現(xiàn)平滑連接。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，該過渡光波導(dǎo)的長(zhǎng)度為50-300微米，該夾角為5-12度。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，功率光放大部分的前端為一過渡光波導(dǎo)，后端為一錐 形放大部分，且在該過渡光波導(dǎo)的光輸出端與錐形放大部分之間平滑連接。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，功率放大部分的前端為一過渡光波導(dǎo)，后端為一錐形 放大部分，且在該過渡光波導(dǎo)的光輸出端與錐形放大部分之間還進(jìn)一步設(shè)置一第二隔離槽。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明中的過渡光波導(dǎo)為彎曲的過渡光波導(dǎo)。本發(fā)明的高速大功率半導(dǎo)體光源的顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是通過采用彎曲過渡光波導(dǎo)、 隔離槽等結(jié)構(gòu)，有效地抑制了光反饋及電信號(hào)間的干擾，具有直接調(diào)制輸出高速大功率光信號(hào)的潛在能力，可通過百毫安的調(diào)制電流和數(shù)安培的直流電流獲得幾兆赫茲、瓦級(jí)的直 接調(diào)制的輸出光功率。

圖1為本發(fā)明高速大功率半導(dǎo)體光源第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示的高速大功率半導(dǎo)體光源的俯視圖。圖3為圖1所示的高速大功率半導(dǎo)體光源沿A-A方向的剖面示意圖。圖4為圖1所示的高速大功率半導(dǎo)體光源沿B-B方向的剖面示意圖。圖5為本發(fā)明高速大功率半導(dǎo)體光源第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5所示的高速大功率半導(dǎo)體光源的俯視圖。
具體實(shí)施方式圖1為本發(fā)明高速大功率半導(dǎo)體光源的結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)參閱圖1所示，其包括主振 蕩部分101以及功率放大部分102。其中，主振蕩部分101在光路上設(shè)置于高速大功率半導(dǎo) 體光源的起始端，功率放大部分102則設(shè)置于主振蕩部分101的后方，中間有一隔離槽122 使兩部分隔離。圖2為圖1所示的高速大功率半導(dǎo)體光源的俯視圖。請(qǐng)參閱圖2所示，主振蕩部 分101可為單模的主振蕩器例如一個(gè)分布布拉格反射激光二極管或分布式反饋激光二極 管。以采用分布式反饋激光二極管為例，主振蕩部分101有源區(qū)寬度(光波導(dǎo)寬度)Wtl約 為5-10微米，其長(zhǎng)度L1可調(diào)，L1介于300-400微米之間。功率放大部分102設(shè)置于主振蕩部分101的后方，功率放大部分102例如可為錐 形的光功率放大器，其長(zhǎng)度L3可調(diào)，L3約為1000微米，其寬度W2可調(diào)，W2約為600-800微 米。其中，功率放大部分102包括過渡光波導(dǎo)10 以及錐形放大部分102b。過渡光波導(dǎo) 10 為曲線型，其包括一光輸入端1021與一光輸出端1022。光輸入端1021的寬度Wa與 主振蕩部分101有源區(qū)寬度Wtl相同或相近，為2-10微米，其長(zhǎng)度L2可調(diào)，L2介于50-300微 米。過渡光波導(dǎo)10 的光輸出端1022的寬度Wb與錐形放大部分102b的輸入端的寬度相 同或相近，錐形放大部分102b的輸出端寬度W3 (有源區(qū))約為100-400微米，較佳為300微 米，且主振蕩部分101的中心軸線與錐形放大部分102b的中心軸線之間具有一夾角θ，夾 角θ為銳角，較佳取值范圍為5-12度。本發(fā)明中的曲線型的過渡光波導(dǎo)10 可進(jìn)一步改 善光束在此段的光束質(zhì)量，提高單模光的輸出功率，具有輸出光模式質(zhì)量好、有效功率更大 的效果。圖3為如圖1所示的高速大功率半導(dǎo)體光源沿A-A方向的剖面示意圖。圖3顯示 高速大功率半導(dǎo)體光源的多層結(jié)構(gòu)，其包括η電極層110，以及依序分別形成于η電極110 上的襯底層Cltl、緩沖層Cl1、第一波導(dǎo)層d2、量子阱層d3、勢(shì)壘層d4、第二波導(dǎo)層d5、P型緩沖層 d6、刻蝕阻止層d7、第一導(dǎo)電層d8、第二導(dǎo)電層d9、歐姆接觸層d1(l以及ρ電極層120。其中，η電極層110和ρ電極層120可為多層金屬層，采用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法在其 表面覆蓋，然后在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行合金化而形成一個(gè)低阻的金屬-半導(dǎo)體結(jié)。η電極層 金屬材料采用Au-Sn系統(tǒng)，厚度約為150納米-200納米，或采用In-Sn-Ag系統(tǒng)，厚度約為 200納米-250納米。ρ電極層金屬材料可為&i-Au、Mg-Au、Ti-Pt-Au等。
襯層Cltl形成于η電極層110上，其可為摻雜硫⑶的η型InP層，其厚度約為 80-120微米，較佳為90微米，摻雜質(zhì)量約為20X 1017-50X 1017cnT3。ρ電極層120設(shè)置于歐姆接觸層d1(l上方，且第一限制層d8、第二限制層d9、歐姆接 觸層d1(1以及ρ電極120的寬度與主振蕩部分101有源區(qū)寬度Wtl相同，約為2 4微米。如圖3所示，高速大功率半導(dǎo)體光源的表面上可進(jìn)一步包括SiN介質(zhì)層105和聚 酰亞胺保護(hù)層107。其中，SiN介質(zhì)層105覆蓋于刻蝕停止層d7的上表面，聚酰亞胺保護(hù)層 107設(shè)置于SiN介質(zhì)層105上方，且SiN介質(zhì)層105與聚酰亞胺保護(hù)層107的覆蓋高度是達(dá) 至與P電極120的上表面相平齊，以此形成對(duì)高速大功率半導(dǎo)體光源的表面保護(hù)。圖4為圖1所示的高速大功率半導(dǎo)體光源沿光波導(dǎo)軸線B-B方向的剖面示意圖。 請(qǐng)一并參閱圖3與圖4所示，高速大功率半導(dǎo)體光源的主振蕩部分101與功率放大部分102 之間還設(shè)置有隔離槽122。隔離槽122的寬度1*5-50微米，較佳約為30微米。隔離槽 122貫穿ρ電極層120、歐姆接觸層d1(l、第二限制層d9以及第一限制層d8直至刻蝕停止層 d7的上表面，其深度D1為1-6微米，較佳約為2微米。更進(jìn)一步的，高速大功率半導(dǎo)體光源可在η電極110處，相對(duì)于隔離槽122設(shè)置有 淺槽112。淺槽112貫穿η電極110并深入至襯底層(Itl的內(nèi)部，其深度D2可為1_10微米， 寬度W4為25-100微米，且淺槽112的寬度W4與隔離槽122的寬度W1存在以下的關(guān)系W4 ^ W1+(10-50)微米。請(qǐng)參閱圖4所示，高速大功率半導(dǎo)體光源還包括光柵109，其設(shè)置于第二波導(dǎo)層 d5，且光柵109刻至隔離槽122處，布滿整個(gè)主振蕩部分101。本發(fā)明高速大功率半導(dǎo)體光源在安裝時(shí)，ρ電極120所在面朝下，以倒裝的形式安 裝，使用電隔離的特殊熱沉；也可以η電極110所在面朝下，以正裝的形式安裝，使用常規(guī)的 熱沉。本發(fā)明高速大功率半導(dǎo)體光源工作時(shí)，主振蕩部分101的調(diào)制輸出信號(hào)注入至功 率放大部分102中，經(jīng)過衍射行波放大，可獲得功率高達(dá)瓦級(jí)的光輸出。其中，主振蕩部分 101和功率放大部分102分別單獨(dú)偏置。例如，主振蕩部分101可在固定偏置電流上施加調(diào) 制電流，對(duì)功率放大部分102施加固定的偏置電流，其輸出的調(diào)制光信號(hào)根據(jù)功率放大部 分102的偏置電流而線性變化。此外，也可使其輸出光功率根據(jù)主振蕩部分101的電流的 變化而改變。以1550mn的高速大功率半導(dǎo)體光源為例，其主要工作參數(shù)如下A.工作波長(zhǎng) 1550微米波段B.工作電流 2-3AC.輸出光功率約1-1. 5WD.工作速率 約2. 5Gb/s圖5為本發(fā)明高速大功率半導(dǎo)體光源第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5 所示的高速大功率半導(dǎo)體光源第二種實(shí)施方式的俯視圖。高速大功率半導(dǎo)體光源與圖1所 示的高速大功率半導(dǎo)體光源的不同之處在于在過渡光波導(dǎo)10 的光輸出端與錐形放大 部分之間還進(jìn)一步設(shè)置一隔離槽123。隔離槽123的寬度為2-5微米。隔離槽123實(shí)現(xiàn)了 功率放大部分102中過渡光波導(dǎo)10 以及錐形放大部分102b之間的電隔離，提高單模輸 出光的質(zhì)量。
綜上所述，本發(fā)明高速大功率半導(dǎo)體光源通過采用了彎曲過渡光波導(dǎo)、隔離槽等 結(jié)構(gòu)，有效地抑制了光反饋及電信號(hào)間的干擾，具有直接調(diào)制輸出高速大功率光信號(hào)的潛 在能力，可通過百毫安的調(diào)制電流和數(shù)安培的直流電流獲得幾兆赫茲、瓦級(jí)的直接調(diào)制的 輸出光功率。本發(fā)明的光源把激光技術(shù)與行波光放大技術(shù)有機(jī)地融為一體，是一種可以廣 泛應(yīng)用于光纖通信、無(wú)線光通信、材料加工、激光醫(yī)療和軍事等行業(yè)的高速大功率半導(dǎo)體光 源。在上述實(shí)施例中，僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本 專利申請(qǐng)后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種高速大功率半導(dǎo)體光源，其包括相對(duì)設(shè)置的P電極和η電極；主振蕩部分，且該主振蕩部分為單模高速DFB-LD或DBR-LD ；功率放大部分，該功率放大部分位于該主振蕩部分的后方；其特征在于該功率放大部分的主軸線與該主振蕩部分的主軸線有一定的傾斜角，該 高速大功率半導(dǎo)體光源進(jìn)一步包括一隔離槽，該隔離槽設(shè)置于該P(yáng)電極上且位于該主振蕩 部分與該功率放大部分之間。
2.如權(quán)利要求1所述的高速大功率半導(dǎo)體光源，其特征在于該隔離槽的深度為1-6 微米，寬度為5-50微米。
3.如權(quán)利要求1所述的高速大功率半導(dǎo)體光源，其特征在于該隔離槽的寬度為30微米。
4.如權(quán)利要求1所述的高速大功率半導(dǎo)體光源隔離槽，其特征在于在該η電極上相 對(duì)于該隔離槽設(shè)置一淺槽，該淺槽的深度為1-10微米，寬度為25-100微米。
5.如權(quán)利要求1所述的高速大功率半導(dǎo)體光源，其特征在于該功率光放大部分的前 端為一過渡光波導(dǎo)，且主振蕩部分的主軸線與功率放大部分的主軸線之間的該傾斜角為銳 角夾角，且通過該過渡光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)平滑連接。
6.如權(quán)利要求5所述的高速大功率半導(dǎo)體光源，其特征在于該過渡光波導(dǎo)的長(zhǎng)度為 50-300微米，該夾角為5-12度。
7.如權(quán)利要求5所述的高速大功率半導(dǎo)體光源，其特征在于該功率光放大部分的前 端為一過渡光波導(dǎo)，后端為一錐形放大部分，且在該過渡光波導(dǎo)的光輸出端與錐形放大部 分之間平滑連接。
8.如權(quán)利要求1所述的高速大功率半導(dǎo)體光源，其特征在于該功率放大部分的前端 為一過渡光波導(dǎo)，后端為一錐形放大部分，且在該過渡光波導(dǎo)的光輸出端與錐形放大部分 之間還進(jìn)一步設(shè)置一第二隔離槽。
9.如權(quán)利要求6、7或8所述的高速大功率半導(dǎo)體光源，其特征在于該過渡光波導(dǎo)為 彎曲的過渡光波導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速大功率半導(dǎo)體光源，其包括相對(duì)設(shè)置的p電極和n電極、主振蕩部分以及功率放大部分。主振蕩部分為單模高速DFB-LD或DBR-LD。功率放大部分位于主振蕩部分的后方，且功率放大部分的主軸線與主振蕩部分的主軸線有一定的傾斜角。本發(fā)明高速大功率半導(dǎo)體光源進(jìn)一步包括一隔離槽，該隔離槽設(shè)置于p電極上且位于主振蕩部分與功率放大部分之間。本發(fā)明的半導(dǎo)體光源可有效地抑制光反饋及電信號(hào)間的干擾，具有直接調(diào)制輸出高速大功率光信號(hào)的潛在能力，可通過百毫安的調(diào)制電流和數(shù)安培的直流電流獲得幾兆赫茲、瓦級(jí)的直接調(diào)制的輸出光功率。
文檔編號(hào)H01S5/06GK102088161SQ20091021372
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者柴廣躍, 王少華 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)