一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器，包括互相耦合的半导体光放大器主体和光纤，所述半导体光放大器主体包括从下至上依次设置的衬底、缓冲层、下波导层、量子阱层、上波导层和上盖层，本实用新型专利技术有源区由量子阱和上下波导层构成，量子阱数目较少，上下波导层厚度较宽，构成较大的光腔结构，光波可以在大光腔中扩展，较窄的脊波导结构抑制了高阶横模，不低于3μm的沟槽宽度能够抑制绝大部分高阶横模，双沟槽脊波导结构能够实现近圆形的光束输出，减缓了X和Y方向上尺寸的差异，使得半导体光放大器输出光的模场与光纤相匹配，有效提高了两者的耦合效率。有效提高了两者的耦合效率。有效提高了两者的耦合效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器


[0001]本技术涉及半导体光电子器件
，具体为一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器。

技术介绍

[0002]半导体光放大器被广泛用于光通信，可用于对光信号的放大，也可用于处理光信号。在光通信领域，半导体光放大器放大作用主要应用于三个方面：（1）功率放大用来提高用作发射机的激光器功率；（2）在线放大器用来补偿光纤和其它传输媒介长距离连接的传输损耗；（3）用作前置放大来提高接收机的灵敏度。除了光放大的应用外半导体光放大器的非线性还使用在交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)、自相位调制(SPM)、四波混频(FWM)实现波长转换，以及高速波分复用(WDM)和时分复用(TDM)网络中，实现高速全光开关。
[0003]现有技术中半导体光放大器多采用掩埋异质结构，波导一般采用斜波导或弯波导等方式降低噪声。上述结构存在增益效率低，尤其是垂直发散角大等问题，光纤的波导结构是对称的圆柱形结构，这样导致其本征模场是对称的圆形光斑，而现有半导体光放大器的本征模场是椭圆形光斑。因此，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，耦合效率极低，而且对准允差较小。更进一步的，由于现有的半导体光放大器无法抑制横向高阶横模激射，表现为远场光场图为多瓣光斑，使得其难以于单模光纤耦合。因此，现有的半导体光放大器，无法满足光纤通信对高耦合效率半导体光放大器的要求。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器，量子阱层结构提高了半导体光放大器的增益，降低了阈值电流，将半导体光放大器的椭圆光斑转换为近似对称的圆形光斑，结合锥形波导结构，提高了半导体光放大器与光纤的耦合效率，又提高了其对准容差，降低了耦合封装工艺难度和成本，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器，包括互相耦合的半导体光放大器主体和光纤，所述半导体光放大器主体包括从下至上依次设置的衬底、缓冲层、下波导层、量子阱层、上波导层和上盖层，所述上盖层包括长条形的脊波导以及分别刻蚀在脊波导两侧的第一沟槽和第二沟槽，所述半导体光放大器主体的上表面设置有第一电极层，所述半导体光放大器主体的下表面设置有第二电极层，所述下波导层和上波导层之间设有两个腔面，两个所述腔面分别为出光腔面和背光腔面，所述出光腔面上镀制有第一增透膜，所述背光腔面上镀制有第二增透膜。
[0006]优选的，所述上盖层的厚度设置为1.2
‑
3μm，所述第一沟槽和第二沟槽关于上盖层的中轴线对称设置。
[0007]优选的，所述第一沟槽和第二沟槽的侧壁均呈竖直设置，所述第一沟槽和第二沟
槽的内底部与上波导层之间的间距为T，T的取值范围在0.2
‑
0.5μm。
[0008]优选的，所述脊波导的宽度设为W1，W1的取值范围在2
‑
6μm，所述第一沟槽和第二沟槽的宽度设为W2，W2的取值范围在3
‑
5μm。
[0009]优选的，所述下波导层和上波导层的厚度均设置为200
‑
800nm。
[0010]优选的，所述第一增透膜和第二增透膜的反射率均不高于0.5%。
[0011]优选的，所述第一电极层和第二电极层为电流注入的窗口区，所述第一电极层和第二电极层均与量子阱层对应设置，所述第一电极层和第二电极层的面积覆盖量子阱层，所述第一电极层和第二电极层的周围均设置有氧化硅绝缘层。
[0012]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0013]1、有源区由量子阱和上下波导层构成，量子阱数目较少，上下波导层厚度较宽，构成较大的光腔结构，光波可以在大光腔中扩展，因此其光学限制小，该结构的光学限制因子不超过2%，有源区的内部损耗因为极低的光学限制而降低，通过优化设计，使得上下波导层的厚度不超过800μm，有效避免了因波导层过厚而产生高阶横模，因此，该有源区结构能够实现低内部损耗和抑制高阶横模，具有高增益和高输出光质量的特性；
[0014]2、较窄的脊波导结构抑制了高阶横模，不超过6μm的脊宽则保证了高阶横模的增益峰值不处于脊波导内，即脊波导内仅有基模激射而抑制了高阶横模。并且，不低于2μm的脊波导宽度，在抑制高横模的基础上，保持了基模较高的模式增益，因此本方案的脊波导结构能有效抑制高阶横模，并保证基横模的有效增益；
[0015]3、双沟槽结构抑制了高阶横模，分布于脊波导两侧的沟槽具有竖直的侧壁，且由于其较深的刻蚀深度，使得高阶横模泄露到脊波导两侧的高折射率沟槽区域中，从而产生一个复杂的波导模式，由于高阶模和双沟槽两侧高折射率的交叠，使得高阶模损耗增大。对于同一脊宽，沟槽宽度越小，则沟槽效果越强，即光模式与双沟槽两侧高折射率区交叠越多，双沟槽造成的高阶模式损耗越大，不低于3μm的沟槽宽度能够抑制绝大部分高阶横模；
[0016]4、双沟槽脊波导结构能够实现近圆形的光束输出，通过采用双沟槽脊波导结构，减缓了X和Y方向上尺寸的差异，通过优化脊波导宽度W1、沟槽宽度W2以及沟槽距离上波导层的距离T，使得输出光束为近圆形，改变了输出光束的形状，使得半导体光放大器输出光的模场与光纤相匹配，有效提高了两者的耦合效率。
附图说明
[0017]图1为本技术的立体结构示意图；
[0018]图2为本技术的腔面处平面结构示意图；
[0019]图3为本技术的上盖层立体结构示意图；
[0020]图4为本技术的上波导层平面结构示意图；
[0021]图5为本技术的半导体光放大器主体与光纤耦合的原理示意图；
[0022]图6为本技术的腔面上第一增透膜第二增透膜的结构示意图；
[0023]图7为本技术的输出光斑形状示意图。
[0024]图中：10、衬底；20、缓冲层；30、下波导层；40、量子阱层；50、上波导层；60、上盖层；61、脊波导；62、第一沟槽；63、第二沟槽；70、第一电极层；80、第二电极层；90、腔面；91、第一增透膜；92、第二增透膜；100、半导体光放大器主体；110、光纤。
具体实施方式
[0025]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0026]请参阅图1
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7，本技术提供一种技术方案：一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器，包括互相耦合的半导体光放大器主体100和光纤110，半导体光放大器主体100包括从下至上依次设置的衬底10、缓冲层20、下波导层30、量子阱层40、上波导层50和上盖层60，上盖层6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器，其特征在于，包括互相耦合的半导体光放大器主体（100）和光纤（110），所述半导体光放大器主体（100）包括从下至上依次设置的衬底（10）、缓冲层（20）、下波导层（30）、量子阱层（40）、上波导层（50）和上盖层（60），所述上盖层（60）包括长条形的脊波导（61）以及分别刻蚀在脊波导（61）两侧的第一沟槽（62）和第二沟槽（63），所述半导体光放大器主体（100）的上表面设置有第一电极层（70），所述半导体光放大器主体（100）的下表面设置有第二电极层（80），所述下波导层（30）和上波导层（50）之间设有两个腔面（90），两个所述腔面（90）分别为出光腔面和背光腔面，所述出光腔面上镀制有第一增透膜（91），所述背光腔面上镀制有第二增透膜（92）。2.根据权利要求1所述的一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器，其特征在于：所述上盖层（60）的厚度设置为1.2
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3μm，所述第一沟槽（62）和第二沟槽（63）关于上盖层（60）的中轴线对称设置。3.根据权利要求1所述的一种高耦合效率的双沟脊型半导体光放大器，其特征在于：所述第一沟槽（62）和第二沟槽（63）的侧壁均呈竖直设置，所述第一沟槽（62...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡俊原，顾千澜，费俊娇，
申请(专利权)人：厦门亨光芯睿科技有限公司，
类型：新型
国别省市：