基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片制造技术

本发明专利技术涉及基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片，属于芯片制备技术领域。本发明专利技术主要是在增益芯片中设置多量子阱有源层和量子阱中量子点层，可以解决现有增益芯片谱宽有限，增益饱和功率较小等难题。发明专利技术通过结合量子阱及量子点的发光性能优势，弥补两者的不足，实现连续超宽光谱发光。同时针对外腔窄线宽半导体激光器的应用需求，采用高密度、低层数量子点，减小增益芯片的光学限制因子，提高饱和增益，从而保证外腔激光器拥有较大的输出光功率。本发明专利技术解决了目前单量子阱材料和单量子点材料难以实现超宽谱高增益饱和的增益芯片难题，为窄线宽可调谐半导体激光器提供高性能的增益芯片。光器提供高性能的增益芯片。光器提供高性能的增益芯片。

【技术实现步骤摘要】
基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片


[0001]本专利技术属于芯片制备
，涉及基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片。

技术介绍

[0002]典型的外腔半导体激光器需要用到高性能的增益芯片，用以提供粒子数反转必要的有源材料。增益芯片的光谱范围、出光功率、增益饱和性能等都决定了最终外腔半导体激光器的激射波长、激光功率及增益饱和特性。尤其针对目前光通信、光传感领域广泛应用的窄线宽可调谐外腔半导体激光器，其增益芯片需要满足宽光谱、低光限制因子、单模等特性，用以配合外腔反馈结构形成MHz以下线宽的激光输出。
[0003]现有的增益芯片多基于多量子阱结构有源区，目前商用的增益芯片在O波段、C波段的 3dB光谱范围约为50nm。对应的外腔可调谐窄线宽半导体激光器的激射波长也在相应光谱范围内，可调谐的光谱范围较窄，难以实现80nm以上的光谱调谐范围。为了拓展增益芯片的光谱范围，一般采用啁啾量子阱结构、量子阱混杂、引入量子阱高阶跃迁、量子短线等手段。但是这些方法都不尽完善，如啁啾量子阱受限于非对称量子阱结构带来的光子重吸收问题；量子阱混杂的增益芯片损耗较大，难以实现高增益等。
[0004]因此技术人员尝试采用量子点结构作为增益芯片有源材料，利用量子点结构的非均匀性实现超宽光谱。但是仅仅利用量子点的非均匀性特性实现宽光谱有一定局限性，量子点增益芯片在低电流注入时处于基态(GS)发射，随着注入电流的增加，量子点增益芯片会处于激发态(ES)发射。激发态光谱一般较基态光谱红移。因此难以实现整个工作电流区域的宽光谱，从而限制了量子点增益芯片的应用。
[0005]再者，受限于现有量子点生长密度较低，量子点增益芯片为提供足够的增益，需要多层量子点，而多层量子点的设计则会增加芯片的光学限制因子，从而降低芯片的饱和增益，难以配合外腔反馈结构实现高功率的激光输出。
[0006]为克服上述困难，有必要研究一种基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片，用于解决现有量子阱增益芯片谱宽窄，以及量子点增益芯片发光谱随注入电流改变出现的不连续变化问题，从而进一拓展光谱范围。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]1.基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片，所述饱和增益芯片的外延结构中由下至上依次为N面电极、N面衬底、N面缓冲层、N面限制层、N面波导层、混合量子阱量子点有源层、P面波导层、P面限制层、波导结构、P面接触层、P面电极；
[0010]所述混合量子阱量子点有源层由被势垒分隔的量子阱有源层和量子阱中量子点层组成，其中量子阱有源层和量子阱中量子点层的上下位置可变换。
[0011]优选的，所述混合量子阱量子点有源层中量子阱有源层的层数不多于量子阱中量子点层的层数。
[0012]优选的，所述饱和增益芯片采用GaAs材料体系或InP材料体系。
[0013]优选的，所述饱和增益芯片的侧面两端镀制膜层，所述膜层为增透膜层或高反膜层；
[0014]所述饱和增益芯片同外部反馈结构耦合的一端镀制增透膜层。
[0015]进一步优选的，所述饱和增益芯片设置镀增透膜层的一端通过采用弯曲波导或者斜波导来减小端面反射率。
[0016]优选的，所述饱和增益芯片通过采用脊波导结构或者掩埋异质结结构来保证单模特性。
[0017]优选的，所述饱和增益芯片中镀制增透膜层的一端通过增加放大波导段来提升增益芯片的输出光功率。
[0018]本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片，主要是在增益芯片中设置多量子阱有源层和量子阱中量子点层，可以解决现有增益芯片谱宽有限，增益饱和功率较小等难题。量子阱本身难以实现宽光谱，但是具有随着注入电流变化光谱呈现连续变化的特性；量子点易实现宽光谱，但是其基态、激发态光谱导致的光谱不连续性特性。因此本专利技术通过结合量子阱及量子点的发光性能优势，弥补两者的不足，实现连续超宽光谱发光。同时针对外腔窄线宽半导体激光器的应用需求，采用高密度、低层数量子点，减小增益芯片的光学限制因子，提高饱和增益，从而保证外腔激光器拥有较大的输出光功率。本专利技术解决了目前单量子阱材料和单量子点材料难以实现超宽谱高增益饱和的增益芯片难题，为窄线宽可调谐半导体激光器提供高性能的增益芯片。
[0019]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0021]图1为实施例1中饱和增益芯片结构图；
[0022]图2为不同组合的混合量子阱量子点有源层(QW
‑
QD)，其中a、b、c和d分别为不同组成的混合量子金量子点有源层；
[0023]图3为饱和增益芯片中将镀增透膜层的一端设置为采用斜波导(a)或者弯曲波导(b)；
[0024]图4为将施例1中饱和增益芯片(GaAs材料体系)的可见光光谱测试图。
具体实施方式
[0025]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]实施例1
[0027]基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片(GaAs材料体系)，如图 1所示，具体如下：由下至上依次为N面电极(N
‑
M)、N面衬底(N
‑
S)、N面缓冲层(N
‑
B)、 N面限制层(N
‑
SCH)、N面波导层(N
‑
W)、混合量子阱量子点有源层(QW
‑
QD)、P面波导层(P
‑
W)、P面限制层(P
‑
SCH)、波导结构(WG)、P面接触层(P
‑
T)，P面电极 (P
‑
M)。
[0028]其中最为关键的就是混合量子阱量子点有源层(QW
‑
QD)，采用多量子阱加多量子点层，由下至上依次为量子阱中量子点层、量子阱有源层、量子阱中量子点层，其中量子阱有源层的材料采用InGaAs，势垒的材料采用GaAs本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于量子阱及量子点混合有源区的超宽谱高增益饱和增益芯片，其特征在于，所述饱和增益芯片的外延结构中由下至上依次为N面电极、N面衬底、N面缓冲层、N面限制层、N面波导层、混合量子阱量子点有源层、P面波导层、P面限制层、波导结构、P面接触层、P面电极；所述混合量子阱量子点有源层由被势垒分隔的量子阱有源层和量子阱中量子点层组成，其中量子阱有源层和量子阱中量子点层的上下位置可变换。2.根据权利要求1所述的饱和增益芯片，其特征在于，所述混合量子阱量子点有源层中量子阱有源层的层数不多于量子阱中量子点层的层数。3.根据权利要求1所述的饱和增益芯片，其特征在于，所述饱和增益芯片采用GaAs材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯琛，廖苗苗，罗晶，刘绍殿，吴婧，段利华，张靖，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：