一种半导体光放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体光放大器，特别涉及一种具有抛物线形曲面波导结构的GaAs基半导体光放大器。该半导体光放大器材料为GaAs基材料体系，在N型GaAs衬底上依次外延N型Al

Semiconductor optical amplifier

The invention discloses a semiconductor optical amplifier, in particular to a GaAs based semiconductor optical amplifier with a parabolic curved waveguide structure. The material of the semiconductor optical amplifier is GaAs based material system, and N type Al is successively expanded on the N type GaAs substrate

【技术实现步骤摘要】
一种半导体光放大器
本专利技术涉及半导体光放大器领域，特别涉及一种具有抛物线形曲面波导结构的GaAs基半导体光放大器。
技术介绍
半导体光放大器是以半导体材料作为增益介质，能对外来光子进行放大或提供增益的光电器件，其具有工作波长范围大、结构简单、体积小、功耗低、可与其他有源和无源光电子器件进行混合或单片集成、制作工艺成熟等优点。半导体光放大器是未来全光网络中实现全光信号处理和补偿光损耗的重要器件，在光通信系统中有着广泛的应用，不仅可做光发送机的功率放大器、线路的中继放大器、光接收机的前置放大器和光分路补偿放大器，而且还可以作为非线性器件用于光开关和波长变换器等光信号处理模块。随着光通信技术发展的需要，对半导体光放大器的输出功率、小信号增益、增益偏振灵敏度及噪声指数性能有更高的要求。目前半导体光放大器存在模式体积小、光增益及饱和光输出功率小等问题，采用多个直波导半导体光放大器的阵列，通过光聚合可实现功率的增加，但是这种结构需要外部光学部件来实现光聚合无法实现小型化要求。
技术实现思路
本专利技术提出一种具有抛物线形曲面波导结构的GaAs基半导体光放大器，通过采用抛物线形曲面波导结构，改变半导体光放大器的模式体积和发散角，提高半导体光放大器的光增益和光输出功率。本专利技术提出一种半导体光放大器，所述半导体光放大器包括N型GaAs衬底、N型AlxGa1-xAs缓冲层、N型AlGaAsSb下限制层、N型AlxGa1-xAs下波导层、InxGa1-xAs量子阱有源区、P型AlxGa1-xAs抛物线形曲面上波导层、P型AlGaAsSb上限制层。本专利技术通过把P型上波导层制备成抛物线形曲面结构，使抛物线形曲面尖端的光子密度提高，该结构可提高半导体光放大器的模式体积，使半导体光放大器具有更高的增益，同时该抛物线形曲面波导结构有利于压缩半导体光放大器的发散角，实现高输出功率及光纤耦合的效率。附图说明图1是本专利技术所提出的一种具有抛物线形曲面波导结构的GaAs基半导体光放大器结构示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术提出一种具有抛物线形曲面波导的GaAs基半导体光放大器，所述半导体光放大器结构由衬底、N型缓冲层、N型下限制层、N型下波导层、量子阱有源区、P型上波导层、P型上限制层构成，其中P型波导层为抛物线形的曲面结构，下面以N型GaAs衬底、N型AlxGa1-xAs缓冲层、N型AlGaAsSb下限制层、N型AlxGa1-xAs下波导层、InxGa1-xAs量子阱有源区、P型AlxGa1-xAs抛物线形曲面结构上波导层、P型AlGaAsSb上限制层结构的半导体光放大器为例进行详细描述。如图1所示，该半导体光放大器包括衬底1、缓冲层2、N型下限制层3、N型下波导层4、量子阱有源层5、P型抛物形上波导层6、P型上限制层7。本实施例中衬底为N型GaAs衬底；缓冲层2为AlxGa1-xAs材料；下限制层3为N型AlGaAsSb；下波导层4为N型AlxGa1-xAs；量子阱有源区5为InxGa1-xAs材料；上波导层6为P型AlxGa1-xAs材料；上限制层7为P型AlGaAsSb材料，其中上波导层采用抛物线形曲面结构。具体步骤如下：步骤一：采用分子束外延（MBE）或金属有机气相外延沉积（MOCVD）技术在N型GaAs衬底上依次外延制备N型AlxGa1-xAs缓冲层、N型AlGaAsSb下限制层、N型AlxGa1-xAs下波导层、InxGa1-xAs量子阱有源区、P型AlxGa1-xAs上波导层、P型AlGaAsSb上限制层，获得半导体光放大器外延片。采用分子束外延技术进行半导体光放大器外延片制备时，首先，对GaAs衬底进行初步处理，在分子束外延设备进样室200~250℃预处理90~120分钟；接着，在缓冲室对GaAs衬底390~400℃处理100~120分钟；最后，在生长室进行650~680℃适当时间氧化层去除处理。衬底处理完成后，依次进行各层材料的外延生长，完成外延片的制备，其中量子阱有源区InxGa1-xAs外延生长温度550~580℃，生长速率0.6ML/s，波导层AlxGa1-xAs外延生长温度550~580℃，生长速率0.6ML/s。步骤二：对外延制备的半导体光放大器外延片进行检测，对外延片进行电子束曝光或紫外光刻工艺，采用电感耦合等离子体刻蚀（ICP）与湿法刻蚀相结合的工艺进行抛物线形曲面波导结构的制备。对上限制层、上波导层和有源区进行刻蚀，刻蚀出抛物线形曲面结构，刻蚀深度到达光放大器下波导层上，最终获得具有抛物线形曲面波导结构的外延片。步骤三：对光刻与刻蚀工艺后的外延片进行P面电极制备，并对N型GaAs衬底进行减薄，进行N面电极的制备。步骤四：对光放大器芯片光信号输入端与光信号输出端制备抗反射膜，然后进行解理，获得目标尺寸的半导体光放大器芯片。步骤五：对芯片进行引金丝，芯片筛选工艺，最后封装获得半导体光放大器器件。通过以上步骤实现本申请所要求保护的一种具有抛物线形曲面波导结构的GaAs基半导体光放大器。由于本专利技术所提出的半导体光放大器具有抛物线形曲面结构，该结构可提高半导体光放大器的模式体积，使半导体光放大器具有更高的增益，同时该抛物线形曲面波导结构有利于压缩半导体光放大器的发散角，实现高输出功率及光纤耦合的效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体光放大器，特别涉及一种具有抛物线形曲面波导结构的GaAs基半导体光放大器，包括N型GaAs衬底、N型Al

【技术特征摘要】
1.一种半导体光放大器，特别涉及一种具有抛物线形曲面波导结构的GaAs基半导体光放大器，包括N型GaAs衬底、N型AlxGa1-xAs缓冲层、N型AlGaAsSb下限制层、N型AlxGa1-xAs下波导层、InxGa1-xAs量子阱有源区、P型AlxGa1-xAs上波导层、P型AlGaAsSb上限制层，其特征在于，该光放大器为GaAs基半导体光放大器，该光放大器的P型波导层为具有抛物线形曲面的波导结构，可提高半导体光放大器的模式体积，使半导体光放大器具有更高的增益，同时该抛物线形曲面波导结构有利于压缩半导体光放大器的发散角，实现高光输出功率、提高与光纤耦合的效率。2.如权利要求1所述的半导体光放大器，其特征在于，半导体光放大器材料体系为GaAs基材料，限制层为AlGaAsSb材料，波导层为AlxGa1-xAs材料，量子阱有源区为InxGa1-xAs材料。3.如权利要求1所述的半导体光放大器，其特征在于，InxGa1-xAs量子阱有源区位于AlxGa1-xAs上下波导层...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志鹏，唐吉龙，贾慧民，方铉，张晶，郝永芹，王菲，马晓辉，王晓华，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22