[发明专利]环形电极微腔激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种环形电极微腔激光器。

背景技术

随着现代信息技术的进步和革新，光电子器件逐渐朝着高密度集成、高效率、低功耗和微型化方向发展。

在片上光互联中，将加载的电信号转化为光信号的方案主要有两种方法：一种是通过将激光器输出的光经过光学调制器以实现信号的转化；另一种是通过将电信号直接加载到激光器上，通过电流直接调制激光器的输出光信号来实现。目前，片上光互联技术正向着低成本、高速率、低功耗的方向发展。

相比于间接调制微腔激光器，直接调制的微腔激光器具有体积小、结构简单、易于集成等优点，因而得到了广泛关注，成为当下研究的热点。圆形微腔激光器是一种小体积、低阈值、低功耗的新型激光器。其谐振腔形状与普通的Fabry-Perot腔形状不同，为圆盘形状。工作原理主要是通过光在微腔边界处的连续反射来实现对光场模式的限制，从而在腔中产生了品质因子极高的回音壁(Wispering-Gallery，WG)模式。

图1为现有技术圆盘形电极微腔激光器的立体图。请参照图1，该微腔激光器包括InP衬底；形成于衬底上的微腔激光器；形成于微腔激光器上的圆盘形p电极，而n电极形成于InP衬底的背面。

然而，在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术圆盘形电极微腔激光器由于电极设计为圆盘形，在微盘型激光器有源区中载流子主要分布于激光器中心，而激光器内部光场模式主要分布于圆盘形微腔的边缘，载流子与光场之间交叠小，注入的载流子在有源区中的分布情况对微腔激光器模式水平方向上的光限制因子具有较大影响，影响了微腔激光器的单模工作性能，同时，在电流注入直接调制情况下，载流子从中心向两侧扩散现象严重，影响了激光器的调制速度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种环形电极微腔激光器，以实现电极位置与有源区载流子分布的匹配，获得较高的增益。

(二)技术方案

本发明环形电极微腔激光器包括：衬底100；微腔激光器200，形成于衬底100上；第一导电类型的图形化电极300，其材料为金属，其形状呈环形，形成于微腔激光器200顶部的外侧边缘；第二导电类型的电极，当衬底100为绝缘衬底时，形成于微腔激光器200的侧面；当衬底100为导电衬底时，形成于衬底100背面或者微腔激光器200的侧面；其中，第一导电类型和第二导电类型分别是p型和n型中的其中之一。

(三)有益效果

本发明环形电极微腔激光器，实现对有源区载流子在径向的分布的控制，从而控制不同模式的水平方向的光限制因子，使得激射模式光场分布与载流子分布在空间上具有较大的重叠，获得较高的增益进而实现单模激射。同时可以降低载流子扩散效应对微腔激光器动态调制的影响，达到提高微腔激光器的调制带宽的目的。

附图说明

图1为现有技术圆盘形电极微腔激光器的立体图；

图2为根据本发明实施例环形电极微腔激光器的结构示意图；

图3是本发明提供的环形电极微腔激光器的结构俯视图，其中R为圆盘形电极半径，r为圆环形电极的内半径；

图4是本发明提供的环形电极微腔激光器的结构侧视图；

图5A和图5B为利用有限元方法进行数值计算的现有技术圆盘形电极微腔激光器和本发明实施例环形电极微腔激光器，在不同内半径尺寸下所对应的载流子归一化分布情况；

图6给出了通过解析解求得的微腔激光器在波长为1550纳米附近，径向量子数m分别为1，5，7的回音壁模式所对应的归一化径向模式强度分布情况；

图7给出了半径为15微米微腔激光器中波长在1550纳米附近径向模式宽度随径向量子数变化情况；

图8A和图8B分别为现有技术圆盘形电极微腔激光器和本发明实施例环形电极微腔激光器中，电极尺寸变化对模式水平方向光限制因子的影响；

图9为考虑载流子扩散情况，利用激光器速率方程模拟半径15微米微腔激光器，得到不同水平方向光限制因子情况下的激光器小信号动态响应调制曲线。

【主要元件】

100-衬底；      200-微腔激光器；

210-下限制层；  220-有源层；

230-上限制层；  300-环形电极。

具体实施方式