專利名稱：高增益、低噪聲980nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光放大器領(lǐng)域，特別是—.種咼增、低噪聲980nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)背學(xué)技術(shù)半導(dǎo)體光放大器是全光網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和光纖互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部件，在通信、軍用、航天和私用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等方面都有著非常廣泛的應(yīng)用和市場(chǎng)需求相對(duì)于百前占統(tǒng)治地位的光纖放大器而曰，它擁有體積小、功耗小、成本低、易于與其它光電子器件集成等優(yōu)點(diǎn)在光網(wǎng)絡(luò)中，它將廣泛應(yīng)用于中繼放大、波長(zhǎng)變換、光開(kāi)關(guān)、上下線路由等方面半導(dǎo)體光放大器包括行波光放大器和垂直腔面光放大祖 益均有很大發(fā)展隨著對(duì)光放大器性能的要求越來(lái)越高，要求光放大器的增益也越來(lái)越高對(duì)于量子阱和量子點(diǎn)行波光放大器而曰 ，3橫向光限制因子小，模式增、也小而且，如果通過(guò)加長(zhǎng)行波光放大器的腔長(zhǎng)來(lái)增加增益 的話，又會(huì)導(dǎo)致縱模間隔太小，從而使參與模式競(jìng)爭(zhēng) 的縱模數(shù)多。這在很大程度上限制了有源區(qū)載流子濃 度，抑制了信號(hào)增益。對(duì)于量子阱和量子點(diǎn)垂直腔面 光放大器而言，又因有源區(qū)很薄使得它的增益也不大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高增益、低噪聲9 80 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，它能夠在增大橫向光 場(chǎng)限制的同時(shí)有效地抑制參與模式競(jìng)爭(zhēng)的縱模數(shù)，從 而可以通過(guò)增加波導(dǎo)長(zhǎng)度而獲得更大增益。同時(shí)這種 微腔光放大器結(jié)構(gòu)能夠大幅度衰減放大的自發(fā)輻射對(duì) 信號(hào)的影響，從而提高了輸出信號(hào)的信噪比。本發(fā)明提供 一 種高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體 微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進(jìn)行光放大器各層材 料外延生長(zhǎng)；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上； 一下布拉格反射器，該下布拉格反射器制作在緩 沖層上；一下壘層，該下壘層制作在下布拉格反射器上；一量子阱層，該量子阱層制作在下壘層上；一上壘層，該上壘層制作在量子阱層上；一上布拉格反射器，該上布拉格反射器制作在上 壘層的上面；一電極接觸層，該電極接觸層制作在上布拉格反 射器上，形成微腔光放大器；把微腔光放大器光刻成條狀臺(tái)面，并將它的兩個(gè)端面刻蝕成4 5度傾角的斜面并鍍有增透膜。其中該襯底是N-砷化鎵材料。其中該緩沖層為N-砷化鎵材料。其中該下布拉格反射器是由1 9個(gè)周期的、砷化鎵和N-砷化鋁層組成；每個(gè)周期的砷化鎵和砷化鋁層的厚度均為四分之一個(gè)諧振波長(zhǎng)。其中該下壘層是不摻雜砷化鎵材料。其中該量子阱層是不摻雜銦鎵砷三元材料c其中該上壘層是不摻雜砷化鎵材料。其中該上布拉格反射器是由l 5個(gè)周期的P-.砷化鎵和P-砷化鋁層組成；每個(gè)周期的砷化鎵和砷化鋁層的厚度均為四分之 一 個(gè)諧振波長(zhǎng)。其中該電極接觸層是P-砷化鎵材料。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提的 一 種高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其是在半導(dǎo)體行波放大器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加上下布拉格反射器，形成沿生長(zhǎng)方向的光學(xué)微腔場(chǎng)限制。讓信號(hào)光以4 5度傾角斜入射到光學(xué)微腔中，以z字形路線在光學(xué)微腔中傳播這種微腔光放大器結(jié)構(gòu)能夠在增加橫向光場(chǎng)限制的同時(shí)有效抑制參與模式競(jìng)爭(zhēng)的縱模數(shù)，從而可以通過(guò)增加波導(dǎo)長(zhǎng)度而獲得更大增益。同時(shí)高品質(zhì)因子光學(xué)微腔能夠大幅度衰減放大的自發(fā)輻射對(duì)信號(hào)的影響，提咼輸出信號(hào)的信噪比。本發(fā)明所涉及的高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)易于采用現(xiàn)有的各種外延設(shè)備實(shí)現(xiàn)，有很好的重復(fù)性和很高的光放大器外延片的成品率。


以下通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)具有實(shí)施例的詳細(xì)描述，進(jìn)步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及技術(shù)上的改進(jìn)，其中:圖1是本發(fā)明提出的高增益、低噪聲98 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2是本發(fā)明高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器的工作原理圖。員體實(shí)施方式下面結(jié)合圖1和圖2詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例咼增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器的結(jié)構(gòu)及工作原理。請(qǐng)參閱圖1 ，本發(fā)明 一 種高增益、低噪聲980詣半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:襯底1 ，該襯底1是用于制作生長(zhǎng)光放大器所需的、不同的外延材料層，該襯底1是N-砷化鎵材料；緩沖層2 ，該緩沖層2制作在襯底1上，該緩沖層2為N-砷化鎵材料；一下布拉格反射器3，該下布拉格反射器3制作在緩沖層2上，該下布拉格反射器3是由1 9個(gè)周期的、N-砷化鎵和N-砷化鋁層組成；每個(gè)周期的砷化鎵和砷化鋁層的厚度均為四分之一個(gè)諧振波長(zhǎng)；下壘層4，該下壘層4制作在下布拉格反射器3上該下壘層4是不摻雜砷化鎵材料；一量子阱層5，該量子阱層5制作在下壘層4上， 該量子阱層5是不摻雜銦鎵砷三元材料；一上壘層6，該上壘層6制作在量子阱層5上，該上壘層6是不摻雜砷化鎵材料；上布拉格反射器7，該上布拉格反射器7制作在上壘層6的上面，該上布拉格反射器7是由15個(gè)周期的P-砷化鎵和P-砷化鋁層組成；每個(gè)周期的砷化鎵和砷化鋁層的厚度均為四分之一個(gè)諧振波長(zhǎng);電極接觸層8，該電極接觸層8制作在上布拉格反射器7上，形成微腔光放大器，該電極接觸層8是p-_砷化鎵材料；把微腔光放大器光刻成條狀臺(tái)面，并將它的兩個(gè)一山 頓面刻蝕成4 5度傾角的斜面并鍍有增透膜，可以有效地避免正反饋引起的激射。下壘層4和上壘層6為砷化鎵材料，容易形成強(qiáng)的載流子限制結(jié)構(gòu)，降低漏電流，抑制溫升。下布拉格反射器3和上布拉格反射器7形成沿生長(zhǎng)方向的光學(xué)微腔，這種由多周期結(jié)構(gòu)的布拉格反射器形成的光學(xué)微腔具有很高的品質(zhì)因子和優(yōu)良的選頻特性，能夠使光放大器獲得更高的增益并提高輸出信號(hào)的信噪比。請(qǐng)參閱圖2 ，本發(fā)明的高增益、低噪聲980nm半導(dǎo)體微腔光放大器的工作方式為圖2所示為刻蝕加工之后的微腔光放大器幺士構(gòu)，苴 7 、中上布拉格反射器1 2和下布拉格反射器13形成光學(xué)微腔信號(hào)光11以45度傾角斜入射到光學(xué)微腔中，并以Z字形路線在光學(xué)微腔中傳播信號(hào)光11在上布拉格反射器12和下布拉格反射器13之間來(lái)回反射，形成沿生長(zhǎng)方向上的駐波，量子阱14位于駐波波腹處上布拉格反射器1 2禾口下布拉格反射器13形成的光學(xué)微腔場(chǎng)限制可以有效地集中光場(chǎng)，使信號(hào)光場(chǎng)11與量子阱14的更好地耦合，從而獲得更大的橫向光限制因子同時(shí)，信號(hào)光1這種Z字形的傳播方式保持了信號(hào)光i1沿光放大器軸向傳播的行波分量，增加了信號(hào)光i1來(lái)回通過(guò)有源區(qū)的互作用次數(shù)這樣能夠在利用咼品質(zhì)因子光學(xué)微腔有效地抑制參與模式血 兄爭(zhēng)的縱模數(shù)的情況下，通過(guò)增加波導(dǎo)長(zhǎng)度而獲取更大的增■ 入另外，由于高p 叫質(zhì)因子光學(xué)微腔員有優(yōu)良的選頻特性，能夠大幅度降低放大的白發(fā)輻射對(duì)信號(hào)的影響，提高輸出信號(hào)的信噪比。
權(quán)利要求
1、一種高增益、低噪聲980nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進(jìn)行光放大器各層材料外延生長(zhǎng)；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下布拉格反射器，該下布拉格反射器制作在緩沖層上；一下壘層，該下壘層制作在下布拉格反射器上；一量子阱層，該量子阱層制作在下壘層上；一上壘層，該上壘層制作在量子阱層上；一上布拉格反射器，該上布拉格反射器制作在上壘層的上面；一電極接觸層，該電極接觸層制作在上布拉格反射器上，形成微腔光放大器；把微腔光放大器光刻成條狀臺(tái)面，并將它的兩個(gè)端面刻蝕成45度傾角的斜面并鍍有增透膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1o nm半導(dǎo)體微腔光放大噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光 ，包括在其上進(jìn)行光放大器各層材制作在襯底上； 該下布拉格反射器制作在緩制作在下布拉格反射器上； 阱層制作在下壘層上； 制作在量子阱層上； 該上布拉格反射器制作在上極接觸層制作在上布拉格反 器；成條狀臺(tái)面，并將它的兩個(gè) 斜面并鍍有增透膜。所述的高增益、低噪聲9 8 I結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該襯底是N-砷化鎵材料。
3 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該 緩沖層為N-砷化鎵材料。
4 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該 下布拉格反射器是由1 9個(gè)周期的、N-砷化鎵和N-砷 化鋁層組成；每個(gè)周期的砷化鎵和砷化鋁層的厚度均 為四分之一個(gè)諧振波長(zhǎng)。
5 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該 下壘層是不摻雜砷化鎵材料。
6 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益、低噪聲9 8 0 rim半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該 量子阱層是不摻雜銦鎵砷三元材料。
7 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該 上壘層是不摻雜砷化鎵材料。
8 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益、低噪聲9 8 0 nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該 上布拉格反射器是由l 5個(gè)周期的P-砷化鎵和P-砷化 鋁層組成；每個(gè)周期的砷化鎵和砷化鋁層的厚度均為
9 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益、低噪聲9 S nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該 電極接觸層是P-砷化鎵材料。
全文摘要
一種高增益、低噪聲980nm半導(dǎo)體微腔光放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進(jìn)行光放大器各層材料外延生長(zhǎng)；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下布拉格反射器，該下布拉格反射器制作在緩沖層上；一下壘層，該下壘層制作在下布拉格反射器上；一量子阱層，該量子阱層制作在下壘層上；一上壘層，該上壘層制作在量子阱層上；一上布拉格反射器，該上布拉格反射器制作在上壘層的上面；一電極接觸層，該電極接觸層制作在上布拉格反射器上，形成微腔光放大器；把微腔光放大器光刻成條狀臺(tái)面，并將它的兩個(gè)端面刻蝕成45度傾角的斜面并鍍有增透膜。
文檔編號(hào)H01S5/00GK101325309SQ200710118870
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者泉 張, 鄭厚植 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所