基于硅光子的具有N掺杂有源层的半导体光放大器制造技术

一种用于高功率操作的半导体光放大器，包括具有多层结构的增益介质，在其横截面中从上部到下部依次布置有P层、有源层、N层。增益介质从正面到背面以长度L延伸。有源层包括未掺杂半导体材料形成的多个阱层和n掺杂半导体材料形成的多个势垒层。每个阱层被一对势垒层夹在中间。正面的特征在于第一反射率Rf，而背面的特征在于第二反射率Rb。增益介质的镜面损耗α

【技术实现步骤摘要】
基于硅光子的具有N掺杂有源层的半导体光放大器


[0001]本专利技术涉及光通信技术。更具体地，本专利技术提供一种用于高功率升高的温度运行的处于硅光子平台的半导体光放大器。

技术介绍

[0002]在过去的几十年中，通信网络的使用呈爆炸式增长。在早期的互联网中，流行应用仅限于电子邮件、公告板，而且大多是信息性和基于文本的网页浏览，并且传输的数据量通常相对较小。今天，互联网和移动应用程序需要大量带宽来传输照片、视频、音乐和其他多媒体文件。例如，像Facebook这样的社交网络每天处理超过500TB的数据。由于对数据和数据传输的要求如此高，需要改进现有的数据通信系统来满足这些需求。
[0003]在现有单模光纤上的40
‑
Gbit/s以及随后的100
‑
Gbit/s的数据速率宽带DWDM(密集波分复用)光传输是下一代光纤通信网络的目标。最近，光学元件被集成在硅衬底上，用于制造与微电子芯片共存的大规模光子集成电路。包括滤波器、(解)复用器、分路器、调制器和光电探测器在内的一系列光子组件都已得到展示，主要是在硅光子平台上。绝缘体上硅衬底上的硅光子平台特别适用于1300nm和1550nm的标准WDM通信波段，因为硅(n＝3.48)及其氧化物SiO2(n＝1.44)都是透明的，并且形成高折射率对比、高限制波导，这非常适合中高集成硅光子集成电路(SPIC)。
[0004]硅光子平台中的半导体光放大器已经被实现用于光通信的许多应用。例如，基于半导体光放大器的波长可调激光器被作为SPIC中的关键元件来提供，用于具有提高光谱效率的宽带光通信。然而，在宽带高速数据通信应用中，开发用于升高的温度运行的高功率半导体光放大器(SOA)或反射式半导体光放大器(RSOA)存在技术挑战。因此，需要改进的技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及光通信技术。本专利技术的一个方面提供了一种用于在升高的温度运行中具有高功率的可调谐激光器的反射式半导体光放大器(RSOA)和/或半导体光放大器(SOA)。更具体地，本专利技术提供了一种增益介质，其具有应用于RSOA/SOA中的n型掺杂有源层，以在升高的温度下提供高饱和功率，以便制造高速数据通信应用中的宽带波长可调激光器，尽管其他应用是可能的。
[0006]在一个实施例中，本专利技术提供一种用于高功率操作的半导体光放大器。该半导体光放大器包括增益介质，该增益介质包括多层结构，该多层结构在其横截面中从上部到下部依次布置有P层、有源层、N层，并且以长度L从其正面向背面延伸布置。有源层包括未掺杂半导体材料形成的多个阱层和n掺杂半导体材料形成的多个势垒层。每个阱层被一对势垒层夹在中间。正面的特征在于第一反射率Rf，而背面的特征在于第二反射率Rb。增益介质的镜面损耗α
m
约为40
‑
200cm
‑1，其由下式给出：α
m
＝(1/2L)ln{1/(Rf
×
Rb)}。
[0007]可选地，增益介质被配置为在高达50℃的工作温度下产生至少大于15dBm的饱和
功率。
[0008]可选地，所述有源层包括宽度约5
‑
15nm、带隙约0.9
‑
1.1eV的多个势垒层。
[0009]可选地，每个势垒层包括调制掺杂区，其中n型掺杂浓度范围为1.0
×
10
18
cm
‑3～3.0
×
10
18
cm
‑3，宽度为7nm～10nm。
[0010]可选地，有源层包括宽度为约4
‑
8nm且带隙在相应放大波长范围内的多个阱层。对于C波段，带隙约为0.8eV。
[0011]可选地，增益介质对于1mm的长度L具有大于45
‑
100cm
‑1的镜面损耗，因为正面设有具有第一反射率Rf的抗反射涂层，第一反射率Rf约为0.005％或更小，以及背面设有具有第二反射率Rb大于90％的高反射涂层，用于形成反射式半导体光放大器。
[0012]可选地，所述增益介质被配置为用于在有源层中放大受激发射的光腔，其中所述受激发射从所述背面反射并从所述正面发射出去。
[0013]可选地，有源层由穿过光腔的线性波导制成，其中线性波导相对于正面形成非垂直的角度并且相对于背面形成基本垂直的角度。
[0014]可选地，增益介质对于1mm的长度L具有大于90
‑
200cm
‑1的镜面损耗，因为正面设置有具有大约0.005％或更小的第一反射率Rf的抗反射涂层，并且背面设有具有约为0.005％或更小的第二反射率Rb的抗反射涂层，用于形成对称半导体光放大器。
[0015]可选地，所述增益介质被配置为用于在有源层中放大激光的光腔，其中所述激光从所述背面入射一次并从所述正面射出。
[0016]可选地，有源层由穿过光腔的线性波导制成，其中线性波导相对于正面形成非垂直的角度并且相对于背面形成非垂直的角度。
[0017]任选地，P层包括附接到有源层的上部的p型限制层和附接到p型限制层的更远离有源层的一侧的p型包层。
[0018]可选地，p型限制层包括第一限制子层和第二限制子层，该第一限制子层具有拥有约0.9
‑
1.1eV的带隙的5
‑
15nm的厚度，附接到紧邻有源层的上部的、具有约0.9
‑
1.1eV的稍小的带隙的势垒层；该第二限制子层具有15
‑
25nm的厚度和约1.1
‑
1.2eV的带隙，附接到第一限制子层的更远离有源层的一侧。
[0019]可选地，N
‑
层包括附接到有源层下部的n型限制层和附接到n型限制层更远离有源层的一侧的n型包层。
[0020]可选地，n
‑
型限制层包括第一限制子层和第二限制子层，该第一限制子层具有拥有约0.9
‑
1.1eV的带隙的5
‑
15nm的厚度，附接到紧邻有有源层的下部的、具有约0.9
‑
1.1eV的稍小的带隙的势垒层；该第二限制子层具有15
‑
80nm厚度和约1.1
‑
1.2eV的带隙，附接到第一限制子层的更远离有源层的一侧。
[0021]在替代实施例中，本专利技术提供了用于高功率操作的硅光子平台的波长可调激光器。波长可调激光器包括硅光子衬底。此外，波长可调激光器包括如本文所述的在硅光子衬底上的第一半导体光放大器。增益介质被配置为光腔，其正面涂有抗反射涂层，背面涂有高反射涂层，以产生在其有源层中放大并在穿过正面之前被背面反射的激光。波长可调激光器还包括波长调谐器，该波长调谐器形成在硅光子衬底中并被配置为经由第一波导接收激光并且在宽带范围内调谐激光的波长。此外，波长可调激光器包括波长锁定器，该波长锁定器形成在硅光子衬底中，并被配置为与波长调谐器耦合并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可调谐激光器(100)的大功率工作的半导体光放大器，所述半导体光放大器包括：增益介质(110、160)，包括具有P层和N层的多层结构；具有第一反射率的正面(102、141)；和具有第二反射率的背面(101、142)，其特征在于：所述第一反射率和所述第二反射率被配置为使得所述增益介质进行产生、反射和放大激光中的至少一者；以及N掺杂有源层(115、165)形成在所述P层和所述N层之间，所述N掺杂有源层(115、165)具有与N掺杂势垒层(15)交替的未掺杂阱层(11)。2.根据权利要求1所述的半导体光放大器，其中：所述增益介质具有从所述正面到所述背面的长度L；以及所述增益介质根据α
m
＝(1/2L)ln{1/(Rf
×
Rb)}而具有40cm
‑1到200cm
‑1之间的镜面损耗α
m
，其中Rf是所述第一反射率，并且Rb是所述第二反射率。3.根据权利要求1所述的半导体光放大器，其中所述N掺杂有源层被配置为在高达50℃的工作温度下为所述增益介质提供至少15dBm的饱和功率。4.根据权利要求1所述的半导体光放大器，其中所述N掺杂势垒层具有在5nm到15nm之间的宽度，以及在0.9eV到1.1eV之间的带隙。5.根据权利要求4所述的半导体光放大器，其中所述N掺杂势垒层中的每个N掺杂势垒层包括调制掺杂区(15)，基于10nm的势垒层宽度，所述调制掺杂区(15)具有在7nm至10nm宽度范围内的1.0
×
10
18
cm
‑3至3.0
×
10
18
cm
‑3的N型掺杂剂浓度范围。6.根据权利要求1所述的半导体光放大器，其中所述未掺杂阱层具有4nm至8nm之间的宽度和0.8eV的带隙。7.根据权利要求1所述的半导体光放大器，其中所述增益介质对于1mm的长度而言具有大于45cm
‑1至100cm
‑1的镜面损耗，所述正面设有抗反射涂层，所述第一反射率小于或等于0.005％，所述背面设有反射涂层，并且所述第二反射率大于90％。8.根据权利要求7所述的半导体光放大器，其中所述N掺杂有源层被配置为穿过所述增益介质的光腔的线性波导，并且其中所述线性波导相对于所述正面形成非垂直的角度，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓光，R，
申请(专利权)人：马维尔亚洲私人有限公司，
类型：发明
国别省市：