电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构制造技术

一种电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，包括一半导体基板以及分别形成于半导体基板的一后端以及一前端之上的一激光二极管以及一电致吸收光调变器。其中激光二极管具有一横向磁场偏振模态激光共振腔，供激发一横向磁场偏振模态激光。电致吸收光调变器包括一下半导体层、形成于下半导体层之上的一主动层、以及形成于主动层之上的一上半导体层。主动层包括多个势垒层以及多个量子阱层，多个量子阱层所具有的一量子阱层总层数加一等于多个势垒层所具有的一势垒层总层数，主动层由多个势垒层以及多个量子阱层交替堆迭而成，使得每一所述多个量子阱层之上以及之下分别为多个势垒层的其中之一以及其中之另一。其中至少一层的多个量子阱层包括相对于半导体基板具有拉伸应变的材料，藉此提高电致吸收光调变器对激光二极管所激发出的横向磁场偏振模态激光的一消光比。光的一消光比。光的一消光比。

【技术实现步骤摘要】
电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构


[0001]本专利技术有关一种外部光调变器与激光二极管的整合结构，尤指一种电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构。

技术介绍

[0002]请参阅图2A，其为现有技术的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构的一具体实施例的剖面示意图。请同时参阅图2B，其为图2A的电致吸收光调变器的剖面示意图。现有技术的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构9包括一半导体基板92、一激光二极管91以及一电致吸收光调变器90。其中激光二极管91形成于半导体基板92的一后端97之上；电致吸收光调变器90形成于半导体基板92的一前端96之上。其中激光二极管91为一分布式回馈激光(DFB Laser：Distributed Feedback Laser)，激光二极管91具有一激光共振腔(图中未显示)，其激光共振腔的量子阱层(图中未显示)包括相对于半导体基板92具有压缩应变(Compressive Strain)的材料，使得激光二极管91的激光共振腔形成一横向电场偏振模态(TE mode：Transverse Electric Polarization Mode)激光共振腔。而激光二极管91的横向电场偏振模态激光共振腔供激发一横向电场偏振模态激光。其中电致吸收光调变器90包括一下半导体层93、一主动层94以及一上半导体层95。下半导体层93形成于半导体基板92的前端96之上；主动层94形成于下半导体层93之上；上半导体层95形成于主动层94之上。其中主动层94包括多个势垒层99以及多个量子阱层98。多个势垒层99的总层数比多个量子阱层98的总层数多一。主动层94由多个势垒层99以及多个量子阱层98交替堆迭而成，使得任何一层量子阱层98之上以及之下都分别有一层势垒层99，而主动层94的最底部一层为一层势垒层99，且主动层94的最顶部一层亦为一层势垒层99。其中构成半导体基板92的材料包括磷化铟(InP)。构成量子阱层98的材料包括砷磷化铟镓(InGaAsP)，其中每一层量子阱层98包括相对于半导体基板92具有压缩应变的材料(亦即，构成量子阱层98的材料的晶格常数大于构成半导体基板92的材料)，其压缩应变率为一量子阱层压缩应变率。构成势垒层99的材料包括砷磷化铟镓，其中每一层势垒层99包括相对于半导体基板92具有压缩应变的材料(亦即，构成势垒层99的材料的晶格常数大于构成半导体基板92的材料)，其压缩应变率为一势垒层压缩应变率，且势垒层压缩应变率大于量子阱层压缩应变率(亦即，构成势垒层99的材料的晶格常数大于构成量子阱层98的材料)。其中每一层量子阱层98所具有的一能带间隙小于每一层势垒层99所具有的一能带间隙。由于量子阱层98所受到的压缩应变的关系，使得量子阱的价电带分离为重电洞次能带(Heavy HoleSubband)以及轻电洞次能带(Light Hole Subband)，其中重电洞次能带位于价电带的顶部，而轻电洞次能带则位于价电带的底部。因而使得由最低能态电子次能带(Lowest Energy Electron Subband)跃迁至最低能态重电洞次能带(Lowest Energy Heavy HoleSubband)所需的能量小于由最低能态电子次能带跃迁至最低能态轻电洞次能带(Lowest Energy Light HoleSubband)所需的能量。这有利于由最低能态电子次能带至最低能态重电洞次能带的跃迁(当入射的激光的能量大于由最低能态电子次能带至最低能态重电洞次能带的跃迁所需
的能量时，才会产生跃迁)。当激光二极管91的横向电场偏振模态激光共振腔所激发出的横向电场偏振模态(TE mode)激光通过电致吸收光调变器90时，电致吸收光调变器90的吸收系数α
TE
为：
[0003][0004]其中α
LH
系为轻电洞的吸收系数，而α
HH
系为重电洞的吸收系数。因此，当横向电场偏振模态激光通过电致吸收光调变器90时，以相对于半导体基板92具有压缩应变的材料所形成的电致吸收光调变器90的量子阱层98，较主要会产生由最低能态电子次能带至最低能态重电洞次能带的跃迁，对于横向电场偏振模态激光而言具有较高的吸收率。而电致吸收光调变器90的调变原理则是以多个量子阱层98做为光吸收层，应用量子局限史塔克效应(QCSE：Quantum Confined Stark Effect)来做调变。当激光二极管91所激发出的横向电场偏振模态激光由激光二极管91传导进入电致吸收光调变器90中时，对电致吸收光调变器90施加一外加电场(例如，逆向偏压)，可使电致吸收光调变器90的吸收系数产生变化，使电致吸收光调变器90对激光二极管91所激发出的横向电场偏振模态激光的一消光比(Extinction Ratio)增大。而藉由控制施加于电致吸收光调变器90的外加电场的大小，可达到调变通过电致吸收光调变器90的横向电场偏振模态激光的消光比的功能。
[0005]现有技术的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构9由激光二极管91的横向电场偏振模态激光共振腔(横向电场偏振模态激光共振腔的量子阱层(图中未显示)由相对于半导体基板92具有压缩应变的材料所构成)激发出横向电场偏振模态激光，通过电致吸收光调变器90(电致吸收光调变器90的量子阱层98由相对于半导体基板92具有压缩应变的材料所构成)来做调变。现有技术的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构9藉由选择量子阱层98的材料来调整量子阱层98相对于半导体基板92的压缩应变，以降低由最低能态电子次能带至最低能态重电洞次能带的跃迁所需的能量，从而提高消光比，然而依旧无法满足需求。
[0006]有鉴于此，专利技术人开发出简便组装的设计，能够避免上述的缺点，安装方便，又具有成本低廉的优点，以兼顾使用弹性与经济性等考量，因此遂有本专利技术的产生。

技术实现思路

[0007]本专利技术所欲解决的技术问题在于如何增加电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构中的电致吸收光调变器对激光二极管所激发出的激光的消光比。
[0008]为解决前述问题，以达到所预期的功效，本专利技术提供一种电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构包括一半导体基板、一激光二极管以及一电致吸收光调变器。激光二极管形成于半导体基板的一后端之上，其中激光二极管具有一横向磁场偏振模态(TM mode：Transverse Magnetic Polarization Mode)激光共振腔，横向磁场偏振模态激光共振腔供激发一横向磁场偏振模态激光。电致吸收光调变器形成于半导体基板的一前端之上。电致吸收光调变器包括一下半导体层、一主动层以及一上半导体层。下半导体层形成于半导体基板的前端之上。主动层形成于下半导体层之上。一上半导体层形成于主动层之上。主动层包括多个势垒层以及多个量子阱层。其中多个量子阱层具有一量子阱层总层数，主动层由多个势垒层以及多个量子阱层交替堆迭而成。其中至少一层的多个量子阱层包括相
对于半导体基板具有拉伸应变的材料，藉此提高电致吸收光调变器对激光二极管所激发出的横向磁场偏振模态激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，包括：一半导体基板；一激光二极管，形成于该半导体基板的一后端之上，其中该激光二极管具有一横向磁场偏振模态激光共振腔，该横向磁场偏振模态激光共振腔供激发一横向磁场偏振模态激光；以及一电致吸收光调变器，形成于该半导体基板的一前端之上，其中该电致吸收光调变器包括：一下半导体层，形成于该半导体基板的该前端之上；一主动层，形成于该下半导体层之上，其中该主动层包括：多个势垒层；以及多个量子阱层，其中所述多个量子阱层具有一量子阱层总层数，该主动层由所述多个势垒层以及所述多个量子阱层交替堆迭而成；以及一上半导体层，形成于该主动层之上；其中至少一层的所述多个量子阱层包括相对于该半导体基板具有拉伸应变的材料，藉此提高该电致吸收光调变器对该激光二极管所激发出的该横向磁场偏振模态激光的一消光比。2.如权利要求1所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，所述至少一层的所述多个量子阱层相对于该半导体基板具有拉伸应变率介于-0.1％与-2％之间。3.如权利要求1所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，所述多个量子阱层所具有相对于该半导体基板的一总应力应变率小于0％。4.如权利要求3所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，该总应力应变率除以该量子阱层总层数介于-0.1％与-2％之间。5.如权利要求1所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，每一所述多个量子阱层包括相对于该半导体基板具有拉伸应变的材料。6.如权利要求5所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，每一所述多个量子阱层相对于该半导体基板具有拉伸应变率介于-0.1％与-2％之间。7.如权利要求5所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，所述多个量子阱层所具有相对于该半导体基板的一总应力应变率小于0％。8.如权利要求7所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，该总应力应变率除以该量子阱层总层数介于-0.1％与-2％之间。9.如权利要求1所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，一拉伸应变量子阱层层数的所述多个量子阱层包括相对于该半导体基板具有拉伸应变的材料，一压缩应变量子阱层层数的所述多个量子阱层包括相对于该半导体基板具有压缩应变的材料，其中该拉伸应变量子阱层层数大于该压缩应变量子阱层层数。10.如权利要求9所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，每一该拉伸应变量子阱层层数的所述多个量子阱层相对于该半导体基板具有拉伸应变率介于-0.1％与-2％之间。11.如权利要求10所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，每
一该压缩应变量子阱层层数的所述多个量子阱层相对于该半导体基板具有压缩应变率大于或等于0.1％且小于或等于2％。12.如权利要求9所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，一总拉伸应变率为该拉伸应变量子阱层层数的所述多个量子阱层所具有的相对于该半导体基板的拉伸应变率之和，一总压缩应变率为该压缩应变量子阱层层数的所述多个量子阱层所具有的相对于该半导体基板的压缩应变率之和，其中一总应力应变率为该总拉伸应变率与该总压缩应变率之和，该总应力应变率小于0％。13.如权利要求9所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，一总拉伸应变率为该拉伸应变量子阱层层数的所述多个量子阱层所具有的相对于该半导体基板的拉伸应变率之和，一总压缩应变率为该压缩应变量子阱层层数的所述多个量子阱层所具有的相对于该半导体基板的压缩应变率之和，其中一总应力应变率为该总拉伸应变率与该总压缩应变率之和，该总应力应变率除以该量子阱层总层数介于-0.1％与-2％之间。14.如权利要求1所述的电致吸收光调变器与激光二极管的整合结构，其特征在于，一拉伸应变量子阱层层数的所述多个量子阱层包括相对于该半导体基板具有拉伸应变的材料，一压缩应变量子阱层层数的所述多个量子阱层包括相对于该半导体基板具有压缩应变的材料，其中一总拉伸应变率为该拉伸应变量子阱层层数的所述多个量子阱层所具有的相对于该半导体基板的拉伸应变率之和，一总压缩应变率为该压缩应变量子阱层层数...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜胜宏，
申请(专利权)人：晶连股份有限公司，
类型：发明
国别省市：