一种半导体光放大器芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体光放大器芯片，包括依次层叠设置的如下组成部分：下(N面)电极层、衬底、缓冲层、无源波导层、掩埋异质有源区、掩埋倾斜波导层、盖层和上(P面)电极层；掩埋倾斜波导层包括：条形倾斜波导、锥形倾斜波导，其中，所述锥形倾斜波导与所述条形倾斜波导光学连接。由于掩埋倾斜波导层中的条形倾斜波导和宽度渐变的锥形倾斜波导倾斜设置，具有一定倾角，避免了光波在半导体光放大器内部发生谐振，使得光波仅在其中发生单程的光增益放大。锥形倾斜波导的宽度渐变，使其在芯片端面处具有较大的横向尺寸，使得半导体光放大器与光纤具有较大的模场交叠，从而具有较大的耦合效率和对准允差。和对准允差。和对准允差。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体光放大器芯片


[0001]本专利技术属于半导体光电子
，尤其涉及一种半导体光放大器芯片。

技术介绍

[0002]半导体光放大器(semiconductor optical amplifier，SOA)是伴随半导体激光器的出现而出现的，它与半导体激光器在结构上非常相似，在工作原理上也没有本质上的区别，都是光子引起受激辐射并得到放大。SOA和激光器最主要的区别在于SOA是用来放大外部输入的光子，通常情况下有输入和输出两个端口；而半导体激光器是放大内部自发辐射产生的光子，一般情况下只有一个输出端口。SOA具有功能多、体积小、成本低、易与其他光电器件集成等特点，无论是在光信号放大，还是在光信号处理和光交换应用中都具有独特和重要的作用，它是近期和下一代全光网络中的关键器件。
[0003]现有技术中SOA多采用宽接触型结构，波导一般采用脊波导或弯波导等方式降低噪声和光反馈，存在增益效率低、侧向光束质量差等问题，应用于光通信领域的光纤为单模光纤，单模光纤的芯径仅为5
‑
10μm，而现有的半导体光放大器的出光面尺寸远远大于单模光纤芯径。因此，SOA和外接的光纤之间的本征模场的大小和形状的差别导致了二者之间有很大的模式失配，二者之间的耦合效率极低，而且对准允差较小。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提供了一种半导体光放大器芯片，能够提高半导体光放大器的增益，同时提高半导体光放大器与光纤之间的耦合效率和对准允差。
[0005]为实现上述的目的，本专利技术提供了一种半导体光放大器芯片，包括：依次层叠设置的如下组成部分：
[0006]下电极层、衬底、缓冲层、无源波导层、掩埋异质有源区、掩埋倾斜波导层、盖层和上电极层；
[0007]其中，掩埋倾斜波导层，包括：条形倾斜波导；以及锥形倾斜波导，锥形倾斜波导与条形倾斜波导光学连接。
[0008]根据本专利技术的实施例，其中，掩埋倾斜波导层与半导体光放大器芯片的端面法线的夹角为倾斜角α，α的范围为2
‑
15
°
。
[0009]根据本专利技术的实施例，其中，锥形倾斜波导长度为L1，其中，L1的范围为500
‑
800μm；条形倾斜波导长度为L2，L2的范围为50
‑
200μm。
[0010]根据本专利技术的实施例，其中，锥形倾斜波导的宽端面宽度为W1，W1设置为5
‑
10μm，条形倾斜波导的端面宽度为W2，W2的范围为3
‑
8μm，W1与W2的差值大于等于2μm。
[0011]根据本专利技术的实施例，其中，掩埋异质有源区为应变多量子阱结构，应变多量子阱的个数至少为5个。
[0012]根据本专利技术的实施例，其中，上电极层形成有向下的凸起部，凸起部两侧分布有氧化硅隔离层；
[0013]无源波导层、掩埋异质有源区和掩埋倾斜波导层形成脊型结构，脊型结构的两侧分布有限制层。
[0014]根据本专利技术的实施例，其中，限制层的材料与掩埋异质有源区的材料之间具有相对折射率差。
[0015]根据本专利技术的实施例，其中，盖层的材料与掩埋异质有源区的材料之间具有相对折射率差。
[0016]根据本专利技术的实施例，其中，掩埋异质有源区与掩埋倾斜波导层部分重叠，掩埋倾斜波导层伸出掩埋异质有源区外的部分与无源波导层重叠。
[0017]根据本专利技术的实施例，其中，芯片端面镀有多层抗反射介质膜。
[0018]根据本专利技术上述实施例的半导体光放大器芯片，由于掩埋倾斜波导层中的条形倾斜波导和锥形倾斜波导倾斜设置，具有一定倾角，且掩埋倾斜波导层包括条形倾斜波导和宽度渐变的锥形倾斜波导，避免了光波在半导体光放大器内部发生谐振，使得光波仅在其中发生单程的光增益放大。锥形倾斜波导的宽度渐变，使其在芯片端面处具有较大的横向尺寸，使得半导体光放大器与光纤具有较大的模场交叠，从而具有较大的耦合效率和对准允差。
[0019]根据本专利技术上述实施例的半导体光放大器芯片，通过掩埋倾斜波导层中条形倾斜波导和锥形倾斜波导的作用，改善了半导体光放大器的近场和远场特性，提高了与光纤的耦合效率；光波经过掩埋倾斜波导层的作用扩展至位于掩埋异质有源区下的无源波导层，改变了近场光斑的纵向尺寸，使出光面的近场光斑和光纤的模场半径相匹配，与光纤具有极高的耦合效率。
附图说明
[0020]图1示意性示出了根据本专利技术实施例的半导体光放大器芯片的立体示意图；
[0021]图2示意性示出了根据本专利技术实施例的半导体光放大器芯片部分结构的端面示意图；
[0022]图3示意性示出了根据本专利技术实施例的半导体光放大器芯片的掩埋倾斜波导层立体示意图；
[0023]图4示意性示出了根据本专利技术实施例的半导体光放大器芯片的掩埋倾斜波导层平面示意图；
[0024]【附图标记】
[0025]10
‑
下电极层；
[0026]20
‑
衬底；
[0027]30
‑
缓冲层；
[0028]40
‑
无源波导层；
[0029]50
‑
掩埋异质有源区；
[0030]60
‑
掩埋倾斜波导层；601
‑
条形倾斜波导；602
‑
锥形倾斜波导；
[0031]70
‑
盖层；
[0032]80
‑
上电极层；81
‑
氧化硅隔离层；
[0033]90
‑
限制层。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0035]SOA的应用主要体现在以下两个方面：利用SOA非线性效应的全光信号处理，全光信号处理包括：全光波长变换、全光逻辑、全光缓存、全光再生、全光开关等；利用SOA线性效应的光信号传输放大，光信号的传输放大包括在接收机前对光信号的前置放大，在发射机后的功率放大和传输链路中的线路放大，尽量压制非线性效应，现有技术中大多利用SOA的线性增益特性进行光信号的传输放大。
[0036]SOA主要可以分为两大类，一类是法布里珀罗SOA(FP
‑
SOA)，它是直接利用解理面的反射约30％的反射率作为FP腔，让光子在有源区内得到多次放大输出；另一类是行波SOA(TW
‑
SOA)，它是在SOA的两个端面镀上抗反膜来降低光子在端面上的反射，实现输入光信号的单程放大。与FP
‑
SOA相比，TW
‑
SOA由于具有较小的噪声指数和增益起伏，较大的饱和输出功率和增益带宽，在光纤通信中更具有实用价值。
[0037]在高速光通信系统中，当SOA用于补偿无源器件的损耗时，希望其有大的线性增益。从理论上来说，只要SO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体光放大器芯片，包括依次层叠设置的如下组成部分：下电极层、衬底、缓冲层、无源波导层、掩埋异质有源区、掩埋倾斜波导层、盖层和上电极层；其中，所述掩埋倾斜波导层，包括：条形倾斜波导；以及锥形倾斜波导，其中，所述锥形倾斜波导与所述条形倾斜波导光学连接。2.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述掩埋倾斜波导层与所述半导体光放大器芯片的端面法线的夹角为倾斜角α，所述α的范围为2
‑
15
°
。3.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述锥形倾斜波导长度为L1，其中，L1的范围为500
‑
800μm；所述条形倾斜波导长度为L2，L2的范围为50
‑
200μm。4.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述锥形倾斜波导的宽端面宽度为W1，W1设置为5
‑
10μm，所述条形倾斜波导的端面宽度为W2，W2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭满清，游道明，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：