本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光放大器領(lǐng)域，特別涉及一種具有拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的GaAs基半導(dǎo)體光放大器。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體光放大器是以半導(dǎo)體材料作為增益介質(zhì)，能對(duì)外來光子進(jìn)行放大或提供增益的光電器件，其具有工作波長范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、可與其他有源和無源光電子器件進(jìn)行混合或單片集成、制作工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。半導(dǎo)體光放大器是未來全光網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)處理和補(bǔ)償光損耗的重要器件，在光通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，不僅可做光發(fā)送機(jī)的功率放大器、線路的中繼放大器、光接收機(jī)的前置放大器和光分路補(bǔ)償放大器，而且還可以作為非線性器件用于光開關(guān)和波長變換器等光信號(hào)處理模塊。

隨著光通信技術(shù)發(fā)展的需要，對(duì)半導(dǎo)體光放大器的輸出功率、小信號(hào)增益、增益偏振靈敏度及噪聲指數(shù)性能有更高的要求。目前半導(dǎo)體光放大器存在模式體積小、光增益及飽和光輸出功率小等問題，采用多個(gè)直波導(dǎo)半導(dǎo)體光放大器的陣列，通過光聚合可實(shí)現(xiàn)功率的增加，但是這種結(jié)構(gòu)需要外部光學(xué)部件來實(shí)現(xiàn)光聚合無法實(shí)現(xiàn)小型化要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種具有拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的GaAs基半導(dǎo)體光放大器，通過采用拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，改變半導(dǎo)體光放大器的模式體積和發(fā)散角，提高半導(dǎo)體光放大器的光增益和光輸出功率。

本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體光放大器，所述半導(dǎo)體光放大器包括N型GaAs襯底、N型Al_xGa_1-xAs緩沖層、N型AlGaAsSb下限制層、N型Al_xGa_1-xAs下波導(dǎo)層、In_xGa_1-xAs量子阱有源區(qū)、P型Al_xGa_1-xAs拋物線形曲面上波導(dǎo)層、P型AlGaAsSb上限制層。

本發(fā)明通過把P型上波導(dǎo)層制備成拋物線形曲面結(jié)構(gòu)，使拋物線形曲面尖端的光子密度提高，該結(jié)構(gòu)可提高半導(dǎo)體光放大器的模式體積，使半導(dǎo)體光放大器具有更高的增益，同時(shí)該拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有利于壓縮半導(dǎo)體光放大器的發(fā)散角，實(shí)現(xiàn)高輸出功率及光纖耦合的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提出的一種具有拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的GaAs基半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明提出一種具有拋物線形曲面波導(dǎo)的GaAs基半導(dǎo)體光放大器，所述半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)由襯底、N型緩沖層、N型下限制層、N型下波導(dǎo)層、量子阱有源區(qū)、P型上波導(dǎo)層、P型上限制層構(gòu)成，其中P型波導(dǎo)層為拋物線形的曲面結(jié)構(gòu)，下面以N型GaAs襯底、N型Al_xGa_1-xAs緩沖層、N型AlGaAsSb下限制層、N型Al_xGa_1-xAs下波導(dǎo)層、In_xGa_1-xAs量子阱有源區(qū)、P型Al_xGa_1-xAs拋物線形曲面結(jié)構(gòu)上波導(dǎo)層、P型AlGaAsSb上限制層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光放大器為例進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1所示，該半導(dǎo)體光放大器包括襯底1、緩沖層2、N型下限制層3、N型下波導(dǎo)層4、量子阱有源層5、P型拋物形上波導(dǎo)層6、P型上限制層7。本實(shí)施例中襯底為N型GaAs襯底；緩沖層2為Al_xGa_1-xAs材料；下限制層3為N型AlGaAsSb；下波導(dǎo)層4為N型Al_xGa_1-xAs；量子阱有源區(qū)5為In_xGa_1-xAs材料；上波導(dǎo)層6為P型Al_xGa_1-xAs材料；上限制層7為P型AlGaAsSb材料，其中上波導(dǎo)層采用拋物線形曲面結(jié)構(gòu)。

具體步驟如下：

步驟一：采用分子束外延（MBE）或金屬有機(jī)氣相外延沉積（MOCVD）技術(shù)在N型GaAs襯底上依次外延制備N型Al_xGa_1-xAs緩沖層、N型AlGaAsSb下限制層、N型Al_xGa_1-xAs下波導(dǎo)層、In_xGa_1-xAs量子阱有源區(qū)、P型Al_xGa_1-xAs上波導(dǎo)層、P型AlGaAsSb上限制層，獲得半導(dǎo)體光放大器外延片。

采用分子束外延技術(shù)進(jìn)行半導(dǎo)體光放大器外延片制備時(shí)，首先，對(duì)GaAs襯底進(jìn)行初步處理，在分子束外延設(shè)備進(jìn)樣室200~250℃預(yù)處理90~120分鐘；接著，在緩沖室對(duì)GaAs襯底390~400℃處理100~120分鐘；最后，在生長室進(jìn)行650~680℃適當(dāng)時(shí)間氧化層去除處理。襯底處理完成后，依次進(jìn)行各層材料的外延生長，完成外延片的制備，其中量子阱有源區(qū)In_xGa_1-xAs外延生長溫度550~580℃，生長速率0.6ML/s，波導(dǎo)層Al_xGa_1-xAs外延生長溫度550~580℃，生長速率0.6ML/s。

步驟二：對(duì)外延制備的半導(dǎo)體光放大器外延片進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)外延片進(jìn)行電子束曝光或紫外光刻工藝，采用電感耦合等離子體刻蝕（ICP）與濕法刻蝕相結(jié)合的工藝進(jìn)行拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制備。對(duì)上限制層、上波導(dǎo)層和有源區(qū)進(jìn)行刻蝕，刻蝕出拋物線形曲面結(jié)構(gòu)，刻蝕深度到達(dá)光放大器下波導(dǎo)層上，最終獲得具有拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的外延片。

步驟三：對(duì)光刻與刻蝕工藝后的外延片進(jìn)行P面電極制備，并對(duì)N型GaAs襯底進(jìn)行減薄，進(jìn)行N面電極的制備。

步驟四：對(duì)光放大器芯片光信號(hào)輸入端與光信號(hào)輸出端制備抗反射膜，然后進(jìn)行解理，獲得目標(biāo)尺寸的半導(dǎo)體光放大器芯片。

步驟五：對(duì)芯片進(jìn)行引金絲，芯片篩選工藝，最后封裝獲得半導(dǎo)體光放大器器件。

通過以上步驟實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)所要求保護(hù)的一種具有拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的GaAs基半導(dǎo)體光放大器。由于本發(fā)明所提出的半導(dǎo)體光放大器具有拋物線形曲面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可提高半導(dǎo)體光放大器的模式體積，使半導(dǎo)體光放大器具有更高的增益，同時(shí)該拋物線形曲面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有利于壓縮半導(dǎo)體光放大器的發(fā)散角，實(shí)現(xiàn)高輸出功率及光纖耦合的效率。