專利名稱：提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的腔面鍍膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種通過(guò)優(yōu)化腔面鍍膜來(lái)改善半導(dǎo) 體激光器溫度特性的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器具有尺寸小，響應(yīng)速度快，相干性好，可直接調(diào)制，波長(zhǎng)和尺寸與光 纖適配等優(yōu)點(diǎn)成為光通信系統(tǒng)中至關(guān)重要的核心器件。正是半導(dǎo)體激光器的誕生促進(jìn)了光 纖通信系統(tǒng)的形成，而現(xiàn)在光纖到戶的發(fā)展反過(guò)來(lái)對(duì)半導(dǎo)體激光器的性能和成本又提出了 更高要求。發(fā)展無(wú)須制冷的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器作為光源對(duì)普及光纖到戶有著巨大的推 動(dòng)作用，而這就對(duì)半導(dǎo)體激光器的溫度穩(wěn)定性提出了更高的要求。由于半導(dǎo)體材料獨(dú)特的 能帶結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度升高時(shí)，載流子向高能級(jí)躍遷，結(jié)果是激光器的閾值電流隨著溫度的增加 而增加，即特征溫度降低。同時(shí)，由于內(nèi)損耗隨溫度升高而增大，導(dǎo)致激光器的斜率效率隨 著溫度升高而降低。半導(dǎo)體激光器鍍腔面膜不僅可以增加單面光輸出，保護(hù)腔面，增加器件壽命，而且 還可以降低激光器的閾值電流提高出光面的斜率效率。傳統(tǒng)的鍍膜設(shè)計(jì)通常采用激光器的 激射波長(zhǎng)作為所鍍膜系的中心波長(zhǎng)，導(dǎo)致在激光器的激射波長(zhǎng)隨溫度紅移范圍內(nèi)腔面反射 率保持恒定，腔面損耗不隨溫度變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的腔面鍍膜方法，其 可以增加單面光輸出，保護(hù)腔面，增加器件壽命，而且還可以降低激光器的閾值電流提高出 光面的斜率效率。本發(fā)明提供一種提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的腔面鍍膜方法，包括如下步驟步驟1 取一條解理后的半導(dǎo)體激光器芯片；步驟2 通過(guò)在所述半導(dǎo)體激光器芯片的后端面上交替沉積光學(xué)厚度為λ /4的高 低折射率材料，在波長(zhǎng)-反射率曲線上得到隨波長(zhǎng)紅移反射率增加的薄膜系統(tǒng)，其中，λ為 薄膜系統(tǒng)的中心波長(zhǎng)；步驟3 調(diào)整所述半導(dǎo)體激光器的腔面反射薄膜系統(tǒng)的中心波長(zhǎng)與所述半導(dǎo)體激 光器的激射波長(zhǎng)，使工作溫度范圍內(nèi)激射波長(zhǎng)落在反射率-波長(zhǎng)曲線上升帶寬內(nèi)，由于半 導(dǎo)體激光器的激射波長(zhǎng)隨溫度升高發(fā)生紅移，使得所述半導(dǎo)體激光器的反射率隨溫度上升 而增大，導(dǎo)致腔面損耗隨溫度升高而降低，從而改進(jìn)半導(dǎo)體激光器的溫度特性。其中激光器芯片的材料是各種輻射波長(zhǎng)隨溫度發(fā)生變化的半導(dǎo)體激光器材料。其中半導(dǎo)體激光器材料是InAs/GaAs量子點(diǎn)材料系，其激射波長(zhǎng)隨溫度升高而線 性增加，在10°c和90°C時(shí)的激射波長(zhǎng)分別約為1316nm和1358nm。其中薄膜系統(tǒng)的高低反射率材料是Si/Si02或Ta205/Si02。其中該薄膜系統(tǒng)的反射率隨波長(zhǎng)紅移而增加，激光器的激射波長(zhǎng)為1316nm時(shí)，其反射率為50%，對(duì)于激射波長(zhǎng)為1358nm時(shí)，其反射率為90%。


為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合InAs/GaAs半導(dǎo)體量子點(diǎn)實(shí)例 及附圖詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1為InAs/GaAs半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器10°C和90°C時(shí)的激射光譜圖；圖2為腔面鍍膜后的半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器芯片示意圖；圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)的鍍膜反射率曲線和傳統(tǒng)的鍍膜反射率曲線比較實(shí)線是本發(fā) 明設(shè)計(jì)的鍍膜反射率曲線，當(dāng)激射波長(zhǎng)從1316nm紅移到1358nm時(shí)，腔面鍍膜反射率從50% 增加到90% ；虛線是傳統(tǒng)的鍍膜反射率曲線，當(dāng)激射波長(zhǎng)在1316nm和1358nm之間時(shí)，腔面 鍍膜反射率恒定為90%。圖4是采用本發(fā)明的鍍膜條件和傳統(tǒng)鍍膜條件后激光器的溫度特性比較。圓圈所 示為采用本發(fā)明的鍍膜條件后激光器的閾值電流和斜率效率的變化。方塊所示為采用傳統(tǒng) 鍍膜條件后激光器的閾值電流和斜率效率的變化。
具體實(shí)施例方式步驟1 取一條解理后的InAs/GaAs半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器芯片；其激射波長(zhǎng)隨溫度 升高而線性增加，在10°c和90°C時(shí)的激射波長(zhǎng)分別約為1316nm和1358nm(參見(jiàn)圖1)。步驟2 在所述半導(dǎo)體激光器芯片10的后端面上交替沉積光學(xué)厚度為λ /4的 Ta205/Si02薄膜，在波長(zhǎng)-反射率曲線上得到隨波長(zhǎng)紅移反射率增加的薄膜系統(tǒng)20，另一端 作為激光器的出光腔面不鍍膜。腔面鍍膜后的半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器芯片如圖2所示。其中 Ta2O5是高折射率材料，SiO2是低折射率材料。薄膜系統(tǒng)20中心波長(zhǎng)為1480nm。鍍膜得到 的波長(zhǎng)-反射率曲線如圖3中實(shí)線所示在1316nm和1358nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，反射率隨波長(zhǎng)紅 移而增加。步驟3 所述半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器的激射波長(zhǎng)在10°C和90°C時(shí)分別為1316nm和 1358nm，腔面反射薄膜系統(tǒng)20的中心波長(zhǎng)為1480nm。工作溫度范圍內(nèi)激射波長(zhǎng)落在反射 率-波長(zhǎng)曲線上升帶寬內(nèi)，由于半導(dǎo)體激光器的激射波長(zhǎng)隨溫度升高發(fā)生紅移，使得所述 半導(dǎo)體激光器的反射率隨溫度上升而增大，導(dǎo)致腔面損耗隨溫度升高而降低。參閱圖3，圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)的鍍膜反射率曲線和傳統(tǒng)的鍍膜反射率曲線比較實(shí) 線是本發(fā)明設(shè)計(jì)的鍍膜反射率曲線，從該圖中可以看到，當(dāng)激射波長(zhǎng)從1316nm(l(rC )紅移 到1358nm(90°C )時(shí)，腔面鍍膜反射率從50%增加到90%。根據(jù)腔面損耗公式 o^a其中，L為激光器的腔長(zhǎng)，R1為前端面的反射率，R2為后端面的反射率。由以上公 式可知，半導(dǎo)體激光器的腔面損耗在10°C時(shí)將比90°C時(shí)高。圖3中虛線是傳統(tǒng)的鍍膜反射 率曲線，反射譜中心波長(zhǎng)為1310nm。從該圖中看到，當(dāng)激射波長(zhǎng)從1316nm紅移到1358nm 時(shí)，腔面鍍膜反射率恒定為90%，腔面損耗不隨溫度變化。采用本發(fā)明的鍍膜方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4中圓圈所示在10-70°C內(nèi)，所述半導(dǎo)體 量子點(diǎn)激光器的特征溫度TO約為256K，斜率效率在10-90°c內(nèi)先緩慢上升后稍有下降。采用傳統(tǒng)的鍍膜方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4中方塊所示在10-70°C內(nèi)，其特征溫度為110K，斜率 效率從30°C開(kāi)始下降。通過(guò)兩種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出本發(fā)明不僅可以大幅提高半 導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器的特征溫度，而且增加了激光器斜率效率的溫度穩(wěn)定性，對(duì)器件的實(shí)際 應(yīng)用具有重要的意義。 以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的腔面鍍膜方法，包括如下步驟步驟1取一條解理后的半導(dǎo)體激光器芯片；步驟2通過(guò)在所述半導(dǎo)體激光器芯片的后端面上交替沉積光學(xué)厚度為λ/4的高低折射率材料，在波長(zhǎng)-反射率曲線上得到隨波長(zhǎng)紅移反射率增加的薄膜系統(tǒng)，其中，λ為薄膜系統(tǒng)的中心波長(zhǎng)；步驟3調(diào)整所述半導(dǎo)體激光器的腔面反射薄膜系統(tǒng)的中心波長(zhǎng)與所述半導(dǎo)體激光器的激射波長(zhǎng)，使工作溫度范圍內(nèi)激射波長(zhǎng)落在反射率-波長(zhǎng)曲線上升帶寬內(nèi)，由于半導(dǎo)體激光器的激射波長(zhǎng)隨溫度升高發(fā)生紅移，使得所述半導(dǎo)體激光器的反射率隨溫度上升而增大，導(dǎo)致腔面損耗隨溫度升高而降低，從而改進(jìn)半導(dǎo)體激光器的溫度特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)腔面鍍膜提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的方法，其中激 光器芯片的材料是各種輻射波長(zhǎng)隨溫度發(fā)生變化的半導(dǎo)體激光器材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)腔面鍍膜提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的方法，其中半 導(dǎo)體激光器材料是InAs/GaAs量子點(diǎn)材料系，其激射波長(zhǎng)隨溫度升高而線性增加，在10°C 和90°C時(shí)的激射波長(zhǎng)分別約為1316nm和1358nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)腔面鍍膜提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的方法，其中薄 膜系統(tǒng)的高低反射率材料是Si/Si02或Ta205/Si02。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的通過(guò)腔面鍍膜提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的方法， 其中該薄膜系統(tǒng)的反射率隨波長(zhǎng)紅移而增加，激光器的激射波長(zhǎng)為1316nm時(shí)，其反射率為 50 %，對(duì)于激射波長(zhǎng)為1358nm時(shí)，其反射率為90 %。
全文摘要
一種提高半導(dǎo)體激光器溫度穩(wěn)定性的腔面鍍膜方法，包括如下步驟步驟1取一條解理后的半導(dǎo)體激光器芯片；步驟2通過(guò)在所述半導(dǎo)體激光器芯片的后端面上交替沉積光學(xué)厚度為λ/4的高低折射率材料，在波長(zhǎng)-反射率曲線上得到隨波長(zhǎng)紅移反射率增加的薄膜系統(tǒng)，其中，λ為膜系的中心波長(zhǎng)；步驟3調(diào)整所述半導(dǎo)體激光器的腔面反射膜系的中心波長(zhǎng)與所述半導(dǎo)體激光器的激射波長(zhǎng)，使工作溫度范圍內(nèi)激射波長(zhǎng)落在反射率-波長(zhǎng)曲線上升帶寬內(nèi)，由于半導(dǎo)體激光器的激射波長(zhǎng)隨溫度升高發(fā)生紅移，使得所述半導(dǎo)體激光器的反射率隨溫度上升而增大，導(dǎo)致腔面損耗隨溫度升高而降低，從而改進(jìn)半導(dǎo)體激光器的溫度特性。
文檔編號(hào)H01S5/028GK101882754SQ20101019120
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者徐鵬飛, 楊濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所