專利少模面發(fā)射激光器2修改版

1、發(fā)明名稱少模面發(fā)射激光器摘要106102104107105103109108108101108109權(quán)利要求書1、一種少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中包括：一襯底，該襯底用于在其上生長激光器各外延層材料；一n型分布布拉格反射器（DBR），該n型DBR制作在襯底上；一n型限制層，該n型限制層制作在n型DBR上；一有源層，該有源層制作在n型限制層上；一p型限制層，該p型限制層制作在有源區(qū)上；一p型DBR，該p型DBR制作在p型限制層上；一離子注入?yún)^(qū)，該離子注入?yún)^(qū)注入在p型DBR以及p型限制層特定的區(qū)域中，并與有源區(qū)保持一定的距離，對注入載流子進行限制作用；一p面電極，該p面電極制作在p型DB

2、R上，包含三個透明電極，不同電極用來調(diào)制不同的橫模模式；一n面電極，該n面電極制作在襯底的下面。2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，襯底材料一般為GaAs材料。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，DBR的材料一般為重復(fù)交替生長的GaAs/AlGaAs材料。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的DBR為重復(fù)交替地堆疊的具有不同折射率的兩種半導(dǎo)體層，每個半導(dǎo)體層的光學(xué)厚度為該激光器發(fā)射波長的四分之一。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個DBR一般包含2040對不摻雜的GaAs/AlGaAs半導(dǎo)體層。6

3、、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，根據(jù)有源區(qū)材料的不同，勢壘限制層可選擇的材料有：AlGaAs材料，InAlAs材料，InGaAsP材料等。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩勢壘限制層具有較大的厚度，能夠?qū)⑤d流子限制在量子阱中。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的面發(fā)射激光器根據(jù)激光波長的不同有源區(qū)可選擇的材料有：InGaAlAs材料，InGaAsP材料或AlGaAs材料等。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，有源區(qū)包括：多層重復(fù)交替生長的有源區(qū)材料構(gòu)成多對量子阱。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面

4、發(fā)射激光器，其特征在于，頂部具有三個電極，其位置分別對應(yīng)激光器有源區(qū)的三個不同橫模模式，不同電極注入載流子到有源區(qū)相應(yīng)的橫模模式處，實現(xiàn)不同電極對不同模式的調(diào)制作用。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的少模面發(fā)射激光器，其特征在于，三個電極分別調(diào)制面發(fā)射激光器的橫模LP01模以及兩個簡并的LP11模。12、根據(jù)權(quán)利要求10所述的少模面發(fā)射激光器，其特征在于，頂部的三個電極為透明電極，能夠使不同模式的激光順利射出。13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器，其特征在于，通過離子注入技術(shù)將離子注入到特定的區(qū)域，使該區(qū)域成為高阻區(qū)域，那么由于在某一區(qū)域的載流子不能通過高阻區(qū)域到達其他區(qū)域，從而流入有源區(qū)特定

5、的區(qū)域。14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的少模面發(fā)射激光器，其特征在于，不同電極注入的載流子被離子注入?yún)^(qū)隔離，從而流入對應(yīng)的有源區(qū)橫模模式處，實現(xiàn)不同電極對激光器不同橫模模式的分別調(diào)制。15、根據(jù)權(quán)利要求13所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，離子注入可選擇的離子包括：H離子，O離子，He離子等。16、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，上下DBR中心波長、有源區(qū)激射波長以及光學(xué)腔長三者統(tǒng)一。17、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，根據(jù)少模光纖或多芯少模光纖，設(shè)計和制作與之耦合的少模面發(fā)射激光器或少模面發(fā)射激光器陣列，應(yīng)用于多維復(fù)用通信系統(tǒng)中，提高通信系統(tǒng)傳

6、輸容量。18、根據(jù)權(quán)利要求17所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，針對通信系統(tǒng)所需的1.55m波長的激光，可采用鍵合技術(shù)將InP基有源區(qū)諧振器與GaAs基DBR鍵合在一起，實現(xiàn)該波長激光的激射。19、根據(jù)權(quán)利要求1所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所需的少模面發(fā)射激光器的橫模模式不同，電極的個數(shù)，位置等不同；相應(yīng)的離子注入限制區(qū)不同。20、根據(jù)權(quán)利要求17所述的少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，需耦合的多芯少模光纖不同，少模面發(fā)射激光器陣列中激光器的位置，個數(shù)等不同。說明書少模面發(fā)射激光器技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及少模面發(fā)射激光器。背景技術(shù)在即將到來的信息時代

7、中，集成電路特征尺寸按比例縮小產(chǎn)生了很大的困難。在電互聯(lián)發(fā)展遇到瓶頸的情況下，光互連一直是研究的熱點。而低成本、高性能的光源在系統(tǒng)中的地位越來越突出并且愈加受到重視。面發(fā)射激光器作為半導(dǎo)體激光技術(shù)中的新型器件，相比較其他類型的激光器，主要優(yōu)勢有：（1）面發(fā)射激光器的輸出孔徑比其他類型激光器更大而且為圓形,并且發(fā)散角度較小,所以 面發(fā)射激光器和光波導(dǎo)以及其他光學(xué)元件的耦合效率較高；（2）高松弛震蕩頻率，高帶寬可作為高速傳輸器件的光源。（3）諧振腔體積小，腔長較短，可以低閾值激射；（4）由于高量子效率，可以減少器件內(nèi)非光學(xué)損耗，可以預(yù)計將有較高的器件壽命；（5）由于容易集成等特性，面發(fā)射激光器是構(gòu)

8、成二維半導(dǎo)體陣列最有競爭力的光源；（6）面發(fā)射激光器在工藝完成之前就可以對芯片進行提前測試，提高成品率，減少制造成本。垂直腔面發(fā)射激光器的出現(xiàn)正引發(fā)了半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域的一場革命，因而在多通道高速光通迅、光學(xué)信號處理、高密度光存儲、光互連及光學(xué)讀寫等方面有重要應(yīng)用價值。同時，隨著以個人移動和固定寬帶為代表的通信業(yè)務(wù)的不斷普及，互聯(lián)網(wǎng)和大型數(shù)據(jù)中心為代表的 IT 業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，使得當前信息化社會對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求達到了前所未有的高度。由于單模光纖自身固有的非線性效應(yīng)限制，以現(xiàn)在的趨勢發(fā)展下去，單模光纖可能在未來不遠的時間達到可以預(yù)見的“帶寬耗盡”，因此研究者們將目光轉(zhuǎn)移到了模式復(fù)用來開辟新的自由

9、度，解決單模光纖日益緊張的帶寬資源和即將來到的“帶寬瓶頸”。少模光纖的模式復(fù)用就是在這種大背景下應(yīng)運而生的。基于少模光纖的模式復(fù)用，是指利用少模光纖中有限的正交模式作為獨立信道進行信息傳送，以成倍的提升系統(tǒng)傳輸容量。少模光纖采用光纖中的不同模式，做為新的自由度加以利用，成功地提高了系統(tǒng)的頻譜效率；由于少模光纖的模式具有比較大的模場面積，因此其非線性容限也很高，這樣既提高了光傳輸系統(tǒng)的容量，又避免了非線性效應(yīng)對系統(tǒng)的干擾。因此采用少模光纖中有限的、穩(wěn)定的模式作為獨立信道進行模式復(fù)用，可以極大提高系統(tǒng)容量，解決未來單模光纖的帶寬危機。由于面發(fā)射激光器單縱模，多橫模，閾值電流低，可二維集成等優(yōu)點，針

10、對模式復(fù)用技術(shù)的少模光纖，本發(fā)明公開了一種少模的面發(fā)射激光器。采用多個透明電極，通過離子注入限制區(qū)的限制作用，使不同電極注入的載流子注入到面發(fā)射激光器有源區(qū)對應(yīng)的橫模模式處，從而實現(xiàn)對激光器不同橫模的分別調(diào)制。同時針對多維復(fù)用技術(shù)的光通信網(wǎng)絡(luò)，以現(xiàn)有的多芯少模光纖為參考，開發(fā)出少模面發(fā)射激光器陣列。該少模面發(fā)射激光器陣列可與多芯少模光纖耦合，實現(xiàn)多模式復(fù)用，來滿足多維復(fù)用技術(shù)光通信系統(tǒng)的要求，解決現(xiàn)有光通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的巨大壓力,突破當前傳送網(wǎng)絡(luò)的容量瓶頸，節(jié)能友好地建設(shè)國家寬帶網(wǎng)絡(luò)，為下一代大容量光纖通信提供技術(shù)支撐。發(fā)明內(nèi)容（一）要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的主要目的在于提供一種少模面發(fā)射激光器

11、結(jié)構(gòu)及其陣列，可與少模光纖及多芯少模光纖實現(xiàn)耦合，應(yīng)用于多維復(fù)用光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，大大提高通信系統(tǒng)的傳輸容量。（二）技術(shù)方案為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中包括：一襯底，該襯底用于在其上生長激光器各外延層材料；一n型分布布拉格反射器（DBR），該n型DBR制作在襯底上；一n型限制層，該n型限制層制作在n型DBR上；一有源層，該有源層制作在n型限制層上；一p型限制層，該p型限制層制作在有源區(qū)上；一p型DBR，該p型DBR制作在p型限制層上；一離子注入?yún)^(qū)，該離子注入?yún)^(qū)注入在p型DBR以及p型限制層特定的區(qū)域中，并與有源區(qū)保持一定的距離，對注入載流

12、子進行限制作用；一p面電極，該p面電極制作在p型DBR上，包含三個透明電極，不同電極用來調(diào)制不同的橫模模式；一n面電極，該n面電極制作在襯底的下面。上述方案中，襯底材料一般為GaAs材料。上述方案中，DBR的材料一般為重復(fù)交替生長的GaAs/AlGaAs材料。上述方案中，所述的DBR為重復(fù)交替地堆疊的具有不同折射率的兩種半導(dǎo)體層，每個半導(dǎo)體層的光學(xué)厚度為該激光器發(fā)射波長的四分之一。上述方案中，每個DBR一般包含2040對不摻雜的GaAs/AlGaAs半導(dǎo)體層。上述方案中，根據(jù)有源區(qū)材料的不同，勢壘限制層可選擇的材料有：AlGaAs材料，InAlAs材料，InGaAsP材料等。上述方案中，兩勢壘

13、限制層具有較大的厚度，能夠?qū)⑤d流子限制在量子阱中。上述方案中，所述的面發(fā)射激光器根據(jù)激光波長的不同有源區(qū)可選擇的材料有：InGaAlAs材料，InGaAsP材料或AlGaAs材料等。上述方案中，有源區(qū)包括：多層重復(fù)交替生長的有源區(qū)材料構(gòu)成多對量子阱。上述方案中，頂部具有三個電極，其位置分別對應(yīng)激光器有源區(qū)的三個不同橫模模式，不同電極注入載流子到有源區(qū)相應(yīng)的橫模模式處，實現(xiàn)不同電極對不同模式的調(diào)制作用。上述方案中，三個電極分別調(diào)制面發(fā)射激光器的橫模LP01以及兩個簡并的LP11模。上述方案中，頂部的三個電極為透明電極，能夠使不同模式的激光順利射出。上述方案中，通過離子注入技術(shù)將離子注入到特定的區(qū)

14、域，使該區(qū)域成為高阻區(qū)域，那么由于在某一區(qū)域的載流子不能通過高阻區(qū)域到達其他區(qū)域，從而流入有源區(qū)特定的區(qū)域。上述方案中，不同電極注入的載流子被離子注入?yún)^(qū)隔離，從而流入對應(yīng)的有源區(qū)橫模模式處，實現(xiàn)不同電極對激光器不同橫模模式的分別調(diào)制。上述方案中，離子注入可選擇的離子包括：H離子，O離子，He離子等。上述方案中，上下DBR中心波長、有源區(qū)激射波長以及光學(xué)腔長三者統(tǒng)一。上述方案中，根據(jù)少模光纖或多芯少模光纖，設(shè)計和制作與之耦合的少模面發(fā)射激光器或少模面發(fā)射激光器陣列，應(yīng)用于多維復(fù)用通信系統(tǒng)中，提高通信系統(tǒng)傳輸容量。上述方案中，針對通信系統(tǒng)所需的1.55m波長的激光，可采用鍵合技術(shù)將InP基有源區(qū)諧

15、振器與GaAs基DBR鍵合在一起，實現(xiàn)該波長激光的激射。上述方案中，所需的少模面發(fā)射激光器的模式不同，電極的個數(shù)，位置等不同；相應(yīng)的離子注入限制區(qū)不同。上述方案中，需耦合的多芯少模光纖不同，少模面發(fā)射激光器陣列中激光器的位置，個數(shù)等不同。（三）有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：1、 本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，采用三個透明頂電極，利用離子注入限制區(qū)對各個電極注入的載流子進行隔離，從而使各個電極注入載流子到有源區(qū)對應(yīng)的模式處，實現(xiàn)了對激光器不同模式的分別調(diào)制；2、本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，選擇有源區(qū)材料不同可實現(xiàn)不同波長激光的激射和調(diào)制。尤其對1.55m波長的激光，可

16、采用GaAs基DBR與InP基有源區(qū)諧振器鍵合技術(shù)，以及離子注入限制載流子技術(shù)，實現(xiàn)該波長激光的穩(wěn)定激射及調(diào)制。4、本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，通過優(yōu)化各個電極的位置以及注入孔徑，使各個模式能夠穩(wěn)定，均衡輸出，從而在光通信系統(tǒng)中，保證各個模式功率均衡，減少誤差。5、本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，可做成與少模光纖或多芯少模光纖耦合的少模面發(fā)射激光器或少模面發(fā)射激光器陣列，應(yīng)用于多維光通信網(wǎng)絡(luò)中，能夠大大提高通信系統(tǒng)的傳輸容量。6、本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，采用離子注入技術(shù)，制作工藝簡單，成本較低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和市場應(yīng)用。附圖說明以下通過結(jié)合附圖對具體實施例的詳細描述，進一步說明本發(fā)明的

17、結(jié)構(gòu)、特點和技術(shù)內(nèi)容，其中：圖1是本發(fā)明中少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中p面電極及有源區(qū)上部離子注入?yún)^(qū)分布頂視圖；圖3是本發(fā)明中少模面發(fā)射激光器陣列示意圖。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。請參照圖1，圖1是本發(fā)明中少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖。一種少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，其中包括：一襯底102，該襯底用于在其上生長激光器各外延層材料；一n型分布布拉格反射器（DBR）103，該n型DBR103制作在襯底102上；一n型限制層104，該n型限制層104制作在n型DBR103上；一有源層105，該有源層105制

18、作在n型限制層104上；一p型限制層106，該p型限制層106制作在有源區(qū)105上；一p型DBR107，該p型DBR107制作在p型限制層106上；一離子注入?yún)^(qū)108，該離子注入?yún)^(qū)108注入在p型DBR107以及p型限制層106特定的區(qū)域中，并與有源區(qū)105保持一定的距離，對注入載流子進行限制作用；一p面電極109，該p面電極109制作在p型DBR107上，包含三個透明電極，不同電極用來調(diào)制不同的橫模模式；一n面電極101，該n面電極101制作在襯底102的下面。請參照圖2，圖2是本發(fā)明中少模面發(fā)射激光器的p面電極及有源區(qū)上部離子注入?yún)^(qū)分布頂視圖。三個透明電極，分別為電極一202、電極二203、電極三204，其位置分別對應(yīng)有源區(qū)相應(yīng)的橫模模式處（其中電極一202對應(yīng)橫模LP01,電極二203對應(yīng)橫模LP11cos，電極三204對應(yīng)橫模LP11sin）。離子注入限制區(qū)201如圖2所示。將離子注入到少模面發(fā)射激光器中特定的位置，其中注入深度要與有源區(qū)保持一定的距離，將不同電極注入的載流子進行隔離。注入離子的類型，能量以及劑量根據(jù)注入的材料，深度，體積等決定。通過離子注入