具有量子点结构的光学器件制造技术

本发明专利技术提供了一种制造光学器件的方法以及一种光学器件，该光学器件具有位于势垒层（１２）中间的一个或多个量子点层（１３）。在势垒层（１２）上生长了分隔层（１５），以致分隔层（１５）适于实质上阻挡由量子点层感应的应变场，从而针对后续势垒层（１２）产生平滑的生长面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子学领域。本专利技术具体涉及一种具有量子点结构 的光学器件和包括这样的光学器件的光信号处理单元。
技术介绍
为了获得具有改进性能的光学器件，采用诸如InAs/InGaAsP之类 的结构的、基于量子点的器件变得越来越具有吸引力。典型地，衬底 由InP制成，活性材料是嵌入InGaAsP势垒内的InAs量子点。这种器件的示例是激光源、光放大器、光传感器(检测器)等。在使用基于量 子点的器件的方面的关注主要在于它们能够提供低啁啾、低噪声、对 温度的低灵敏度以及宽波长应用。量子阱和量子点半导体结构在相关领域中是公知的。简而言之， 将量子阱结构布置为允许电子或空穴沿着两个空间维度进行传播，同 时在第三维度上限制该传播，而将量子点结构布置为在三个维度中限 制载体。对于光学器件而言，使用量子点结构的一个优点在于利用这样 的结构，可以实现主动锁模激光器中相对较低的定时抖动。然而，基于量子点的器件关于偏振方面承受相对较高的灵敏度。 这是一个缺陷，原因如下众所周知，可以使从光源发射的光信号发 生偏振。这意味着光信号的分量的振荡方向垂直于光信号自身的传播 方向。偏振的公知示例是具有分别被称作TE模和TM模的电分量和磁 分量的偏振。所发射的光信号通常通过光纤向光接收机传播。实际上， 当偏振光信号沿着光纤传播时，该偏振光信号在其偏振态方面经受特 定的失真。这是由于光纤通常不能将偏振模式保持在从光源发射时的 原始状态。因此，在接收机端接收到具有失真偏振的光信号。因此， 如果该接收机是偏振敏感器件，则其将不能正确处理接收到的光信号。如上所述，基于量子点的器件是偏振敏感的，并因此具有该缺点。为了克服该问题，已知特定的解决方案。这些解决方案之一涉及将基于块体(bulk-based)的激光器与基于量子点的激光器进行级联。 然而，这两种器件的级联会导致结构上复杂、尺寸增大以及成本升高， 并可能引起耦合损耗。另一解决方案涉及分离光信号以改变其偏振。在这样的情况下， 分离输入信号以将信号分成两个偏振，TM和TE。 TM部分然后由偏振 器进行旋转，并在被发送至SOA中之前与TE部分进行重新组合。然而， 由于该解决方案并不容易实现，这是由于在重新组合过程中需要避免 两个臂之间的相消干涉(destructive interference),此外还会引起封装 成本的大幅升高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服或实质上减少上述缺点。本专利技术提出的解 决方案涉及极薄层材料作为分隔部的使用，该材料对由堆叠的先前量 子点层所感应的应变场不敏感。这样的材料可以是诸如InP或GaAS或 GaP等二元材料，然而，由于InP提供了相对更好的平滑特性，因此InP 是优选的。在沉积后续量子点层之前，有效地使分隔层的生长面变得平滑。 实际上，二元分隔部的沉积过程也会引起在沉积过程自身期间该分隔 部的正面的平滑生长。该解决方案允许在不引起实质上不均匀的展宽或位错的情况下 紧密地堆叠量子点层。有利地，只要该附加InP层足够薄，该附加InP层就可以允许在量 子点之间通过隧穿效应而有效耦合。实际上，尽管厚度甚至可以低至 lnm，但厚度为5nm以下的InP层就被视为足够薄以允许隧穿效应。在 该范围内， 一些优选值可以是2-3nm，这是由于平滑的效率随着InP的 厚度而提高。因此，InP层(分隔部)用于使表面变平滑，并且载体可 以在该InP层中开辟隧穿，以便在量子点层之间提供所需的耦合。在本专利技术的一些实施例中，提供了一种制造具有一个或多个量子5点层以及一个或多个势垒层的光学器件的方法，所述方法包括在势 垒层上生长分隔层的步骤，其中，所述分隔层适于实质上阻挡由量子 点层所感应的应变场。在一个实施例中，所生长的分隔层具有带实质上平滑表面的生长面。优选地，在所述分隔层上生长后续势垒层，所述后续势垒层具有 带实质上平滑表面的生长面。优选地，InP材料的分隔层位于后续量子点层之间，并且在使用中允许在量子点层之间通过隧穿效应进行耦合。在本专利技术的一些实施例中，提供了一种具有一个或多个量子点层 以及一个或多个势垒层结构的光学器件，所述光学器件还包括势垒 层上的分隔层，其中，所述分隔层适于实质上阻挡由势垒层所感应的 应变场。优选地，所述光学器件可以具有两个或更多个量子点层以及三个 或更多个势垒层。优选地，所述分隔层具有实质上平滑的表面。优选地，在分隔层上生长后续势垒层，所述后续势垒层具有实质 上平滑的表面。优选地，所述分隔层由二元材料制成。优选地，所述二元材料是InP。优选地，所述分隔层的厚度大约为3nm。优选地，两个后续量子点层之间的间隔大约为5nm。优选地，InP材料的分隔层位于后续量子点层之间，适于允许在量子点层之间通过隧穿效应进行耦合。结合附图，在以下说明书和权利要求中更详细地描述本专利技术的这些及其他特征和优点。附图说明图l是根据传统方法而构造的、具有一堆三个量子点层的光学器 件的显微镜图像的图示。图2是根据本专利技术而构造的光学器件的显微镜图像的图示。 具体实施例方式如上所述，期望提供对偏振不敏感或至少呈现实质上较低偏振灵 敏度的、基于量子点的器件。这样的器件可以典型地提供改进的定时 抖动特性。根据夸张的考虑认为，如果量子点层彼此紧密地堆叠从而便于堆 叠的量子点之间的强电子耦合，则可以降低偏振灵敏度。然而，实验尝试证明，在不使器件的性能发生极大恶化的前提下， 在技术上很难堆叠具有极薄分隔部的大量量子点层。在堆叠大量量子 点层方面的关注集中于获得可接受等级的增益。通过堆叠大量量子点 层，偏振灵敏度可以变得更加可预测，然而，这将需要具有极薄分隔部的相对较多的一堆层，例如大约10个。获得可接受等级的增益的另 一条件是使用具有相对较好质量的层。实际上， 一个困难在于将相邻量子点层之间的间隔减小至期望 的等级。根据当前的报告，在1.55pm的基于量子点的器件中，已获得 仅有四个量子点层的大约10nm厚度的分隔部。这看起来是针对能够适 当操作的期间所能获得的最薄间隔。已知更薄的间隔会产生在相邻量 子点层之间感应的应变场。在本说明书中， 一大堆量子点层可以包括9个或更多个层，薄分 隔层可以为大约3nm。图l示出了传统光学器件l的一部分的图像的图示，该图像是通过 透射电子显微镜(TEM)拍摄的。光学器件l具有典型地由InP制成的 n-披覆层(n-cladding)部分ll。光学器件l被示出为具有在衬底ll上 已生长的、由例如GalnAsP或AlGalnAs制成的多个势垒和限制层12 。 箭头A示出了生长方向。在各个势垒层12之间提供了量子点层13。从 图中可以清楚地看出，量子点层13的各个表面以及势垒层12的各个表 面是粗糙的(不平滑的)。此外，表面的形状的粗糙度随着从下量子点 层向上量子点层(沿着箭头A的方向)而增大。在图中，可以观察到， 与衬底ll的下表面相比，器件的上表面14呈现出更高的粗糙等级。这主要是由于以下事实在层的生长过程中，量子点层13的上界面或表 面(其为粗糙的)在势垒层12的沉积期间还没有变平滑。粗糙度通常是由于诸如GalnAsP之类的势垒材料对在生长期间由先前量子点层所 感应的应变场的高灵敏度而引起的。如在图l中可观察到的，随着粗糙 度增大，沿着箭头A的方向，量子点层13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有一个或多个量子点层以及一个或多个势垒层的光学器件的方法，所述方法包括：在势垒层上生长分隔层的步骤，其中，所述分隔层适于实质上阻挡由所述势垒层感应的应变场。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗索瓦勒拉尔热，邦雅曼鲁索，阿兰阿卡尔，弗雷德里克波默罗，弗朗西斯普安特，罗曼布勒诺，
申请(专利权)人：阿尔卡特朗讯，
类型：发明
国别省市：FR[法国]