[发明专利]光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料和器件技术领域，尤其涉及一种光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构，该结构可作为光源应用于光纤传感、光纤陀螺、光学相干断层成像、光通信等技术领域。

背景技术

超辐射发光二极管(简称SLED或SLD)是一种具有内增益的非相干光光源，其光学特性介于半导体激光器和发光二极管之间。与激光器相比，它具有更宽的发光光谱、更短的相干长度，可显著降低光纤圈中瑞利背向散射和非线性光克尔效应所引起的噪声以及光纤传输的模式分配噪声。传统的超辐射发光二极管基于普通的边发射结构(Z.Y.Zhang et al.，High-performance quantum-dot superluminescent diodes，IEEE Photon.Technol.Lett.，2004，16(1)：27-29)，工艺简单但存在诸多缺点，如发射光斑不规则(导致与光纤的耦合效率不高)、发光面积小(光功率过于集中)以及不易片上测试和集成。

由于自然解理面的光反射率较高(～30％)，为避免激射而采用的各种结构(如J形波导、倾斜条形波导)和工艺(如腔面镀膜)导致边发射的超辐射发光二极管器件普遍功率较小、效率较低。

也曾有人提出过一种表面发射结构(L.Vaissiéet al.，Crossed-beam superluminescent diode，Opt.Lett.，2005，30(13)：1608-1610)，它采用条形及分布布拉格光栅结构，输出功率较大，但谱宽很窄且光斑不规则，效果不甚理想。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构。

(二)技术方案

本发明采用的技术方案如下：

一种光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构，该结构的中心区域为有源区，有源区周边为环绕光栅，环绕光栅为无源区。

上述方案中，在该结构的有源区注以电流，使有源区产生超辐射光，作为无源区的环绕光栅将传播至环绕光栅下方的超辐射光耦合至该结构表面并输出。

上述方案中，所述被所述环绕光栅耦合至该结构表面并输出的超辐射光，其出光方向为近垂直该结构的表面。

上述方案中，所述环绕光栅的横截面形状是矩形、锯齿形或正弦形。

上述方案中，所述环绕光栅是圆环形、正多边环形或椭圆环形。

(三)有益效果

本发明的有益成果在于：本发明提供的是一种全新的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构，具有发散角小和光斑形状规则(可大大提高光纤耦合效率)、大出光面积(可提高输出功率)以及易于片上测试和集成等诸多优点。它的出光方向为近垂直器件表面；灵活的有源区发光面形状利于实现高光功率的同时保证光谱宽度；采用不同周期、不同截面形状的光栅可有效控制超辐射光的输出方向和耦合效率。

附图说明

为进一步说明本发明的内容，以下结合附图和具体实例对其做进一步的描述：

图1为本发明提供的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构的示意图；

图2(a)为依照本发明第一实施例的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构的示意图；

图2(b)为依照本发明第一实施例的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构的截面图；

图3(a)为依照本发明第二实施例的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构的示意图；

图3(b)为依照本发明第二实施例的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构的截面图；

图4(a)为依照本发明第三实施例的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构的示意图；

图4(b)为依照本发明第三实施例的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构的截面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。

请参阅图1，图1为本发明提供的光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构的示意图。为清晰表现内部结构和光束传输情况，对结构进行了剖切，即图中仅显示了结构的四分之三。本发明光栅耦合表面发射的超辐射发光二极管结构实施如下：