CN103531700A - 能提高超辐射发光二极管芯片工作温度范围的波导结构 - Google Patents

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周勇
陈文胜
田坤
孙迎波
方荇
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Abstract

一种能提高超辐射发光二极管芯片工作温度范围的波导结构，所述波导有源段的形状为直条形；所述波导无源段由楔形段、弯曲段和直条段组成；楔形段的轴向与直条段的轴向呈一定夹角，楔形段、弯曲段和直条段之间的连接处光滑过渡。本发明的有益技术效果是：在波导区域横向宽度一定的条件下，可以获得光路长度更长的宽度渐变段，提高SLD芯片对光反馈的抑制能力，扩展SLD芯片对低温环境的适应性。

Description

能提高超辐射发光二极管芯片工作温度范围的波导结构
技术领域
    本发明涉及一种半导体器件中的波导结构，尤其涉及一种能提高超辐射发光二极管芯片工作温度范围的波导结构。
背景技术
现有技术中，超辐射发光二极管（SLD）芯片（后文简称SLD芯片）已广泛应用于光纤陀螺、光纤传感、光学相干层析成像等系统中，是一种重要的半导体器件。
SLD芯片对温度比较敏感，温度较高时，SLD芯片的发光效率和输出功率都会相应下降，温度较低时，SLD芯片的发光效率和输出功率又都会相应增大；当发光效率增大到超过SLD芯片抑制光反馈的能力时，就会出现激射振荡现象，此时，SLD芯片就不能正常工作了；为了提高SLD芯片对低温环境的适应性，就需要通过相应手段来提高SLD芯片对光反馈进行抑制的能力，以避免SLD芯片因发光效率增大而出现激射振荡现象。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种能提高超辐射发光二极管芯片工作温度范围的波导结构，包括设置于SLD芯片上的波导，波导前段形成SLD芯片的有源区，波导后段形成SLD芯片的无源吸收区，所述波导前段记为有源段，所述波导后段记为无源段，其创新在于：所述有源段的形状为直条形；所述无源段的形状为异形，无源段由楔形段、弯曲段和直条段组成；有源段的右端与SLD芯片的有源区发光窗口相连，有源段的左端与直条段右端同轴相连，且有源段宽度和直条段宽度相同；直条段左端与弯曲段右端连接，弯曲段左端与楔形段右端连接，楔形段左端与SLD芯片的后腔面相连；所述楔形段的右端宽度小于左端宽度；所述弯曲段的右端宽度小于左端宽度，弯曲段中部为宽度单向渐变的弧形，其宽度变化从右向左逐渐变宽；楔形段的轴向与直条段的轴向呈一定夹角，楔形段、弯曲段和直条段之间的连接处光滑过渡。
本发明的原理是：SLD芯片工作时，来自于有源区的后行光从有源段射入无源段后，一部分入射角满足全反射条件的后行光最终就会到达后腔面处，后行光经过后腔面反射后形成后行反射光，后行反射光又会在无源段内反向（与后行光传输方向相反）传输，由于楔形段和弯曲段的宽度变化方式均为单向渐变，后行反射光的入射角会随着反射次数的增加逐渐减小，最终使得后行反射光因入射角趋近于0度而耗散在无源段内，使得SLD芯片对光反馈的抑制能力大幅提高，扩展SLD芯片对低温环境的适应范围。
现有技术中可能存在单独使用与楔形段结构相似的倾斜波导，也可能存在单独使用与弯曲段结构相似的弧形波导，但单独使用他们的效果均不如本发明的效果，具体分析如下：
单独使用楔形段来构成倾斜波导结构时，由于受器件尺寸影响，楔形段的轴向长度十分受限，不可能做得很长，后行反射光在楔形段内的反射次数也相对较少，后行反射光从楔形段内射出时的入射角角度减小量也相对较少，仍然可能会有较多的后行反射光没有耗散在楔形段内，并最终回到有源区；现有技术中在单独使用弧形波导时，一般采用宽度为定值的弧形条，后行反射光在弧形条内发生反射时，由于弧形条的宽度均一，后行反射光的入射角度不会发生变化（后行反射光在弧形条内的传输状况与光纤类似），故弧形波导对后行反射光的抑制效果很低；本发明中的楔形段和弯曲段实质上可以整体地看作一宽度渐变段，这种宽度渐变段既可以使后行反射光的入射角随反射次数逐渐减小，又可以在不增加波导区域的横向宽度（如图1中标记H所示长度范围）的条件下，获得比单一的楔形段更大的光路长度，从而增加后行反射光的反射次数，提高后行反射光的耗散量。
本发明的有益技术效果是：在波导区域横向宽度一定的条件下，可以获得光路长度更长的宽度渐变段，提高SLD芯片对光反馈的抑制能力，扩展SLD芯片对低温环境的适应性。
附图说明
图1、本发明的波导结构示意图；
图2、本发明的SLD芯片结构示意图；
图3、后行光和后行反射光在本发明的波导结构内传输时的光路示意图；
图4、图3中楔形段内的光路放大图；
图中各个标记所示结构分别为：SLD芯片1、楔形段2、弯曲段3、直条段4、有源段5、无源段6、后行光A、后行反射光B。
具体实施方式
一种能提高超辐射发光二极管芯片工作温度范围的波导结构，包括设置于SLD芯片1上的波导，波导前段形成SLD芯片1的有源区，波导后段形成SLD芯片1的无源吸收区，所述波导前段记为有源段5，所述波导后段记为无源段，其创新在于：所述有源段5的形状为直条形；所述无源段的形状为异形，无源段由楔形段2、弯曲段3和直条段4组成；有源段5的右端与SLD芯片1的有源区发光窗口相连，有源段5的左端与直条段4右端同轴相连，且有源段5宽度和直条段4宽度相同；直条段4左端与弯曲段3右端连接，弯曲段3左端与楔形段2右端连接，楔形段2左端与SLD芯片1的后腔面相连；
所述楔形段2的右端宽度小于左端宽度；所述弯曲段3的右端宽度小于左端宽度，弯曲段3中部为宽度单向渐变的弧形，其宽度变化从右向左逐渐变宽；楔形段2的轴向与直条段4的轴向呈一定夹角，楔形段2、弯曲段3和直条段4之间的连接处光滑过渡。

Claims (1)

1.一种能提高超辐射发光二极管芯片工作温度范围的波导结构，包括设置于SLD芯片（1）上的波导，波导前段形成SLD芯片（1）的有源区，波导后段形成SLD芯片（1）的无源吸收区，所述波导前段记为有源段（5），所述波导后段记为无源段，其特征在于：所述有源段（5）的形状为直条形；所述无源段的形状为异形，无源段由楔形段（2）、弯曲段（3）和直条段（4）组成；有源段（5）的右端与SLD芯片（1）的有源区发光窗口相连，有源段（5）的左端与直条段（4）右端同轴相连，且有源段（5）宽度和直条段（4）宽度相同；直条段（4）左端与弯曲段（3）右端连接，弯曲段（3）左端与楔形段（2）右端连接，楔形段（2）左端与SLD芯片（1）的后腔面相连；
所述楔形段（2）的右端宽度小于左端宽度；所述弯曲段（3）的右端宽度小于左端宽度，弯曲段（3）中部为宽度单向渐变的弧形，其宽度变化从右向左逐渐变宽；楔形段（2）的轴向与直条段（4）的轴向呈一定夹角，楔形段（2）、弯曲段（3）和直条段（4）之间的连接处光滑过渡。
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