专利名称：高增益、低噪声980nm半导体微腔光放大器结构的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体光放大器领域，特别是—.种咼增、低噪声980nm半导体微腔光放大器结构背學技术半导体光放大器是全光网络传输系统和光纤互联网络中的重要组成部件，在通信、军用、航天和私用数据网络等方面都有着非常广泛的应用和市场需求相对于百前占统治地位的光纤放大器而曰，它拥有体积小、功耗小、成本低、易于与其它光电子器件集成等优点在光网络中，它将广泛应用于中继放大、波长变换、光开关、上下线路由等方面半导体光放大器包括行波光放大器和垂直腔面光放大祖 益均有很大发展随着对光放大器性能的要求越来越高，要求光放大器的增益也越来越高对于量子阱和量子点行波光放大器而曰 ，3横向光限制因子小，模式增、也小而且，如果通过加长行波光放大器的腔长来增加增益 的话，又会导致纵模间隔太小，从而使参与模式竞争 的纵模数多。这在很大程度上限制了有源区载流子浓 度，抑制了信号增益。对于量子阱和量子点垂直腔面 光放大器而言，又因有源区很薄使得它的增益也不大。发明内容本发明的目的在于提供一种高增益、低噪声9 80 nm半导体微腔光放大器结构，它能够在增大横向光 场限制的同时有效地抑制参与模式竞争的纵模数，从 而可以通过增加波导长度而获得更大增益。同时这种 微腔光放大器结构能够大幅度衰减放大的自发辐射对 信号的影响，从而提高了输出信号的信噪比。本发明提供 一 种高增益、低噪声9 8 0 nm半导体 微腔光放大器结构，其特征在于，包括一衬底，该衬底用于在其上进行光放大器各层材 料外延生长；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上； 一下布拉格反射器，该下布拉格反射器制作在缓 冲层上；一下垒层，该下垒层制作在下布拉格反射器上；一量子阱层，该量子阱层制作在下垒层上；一上垒层，该上垒层制作在量子阱层上；一上布拉格反射器，该上布拉格反射器制作在上 垒层的上面；一电极接触层，该电极接触层制作在上布拉格反 射器上，形成微腔光放大器；把微腔光放大器光刻成条状台面，并将它的两个端面刻蚀成4 5度倾角的斜面并镀有增透膜。其中该衬底是N-砷化镓材料。其中该缓冲层为N-砷化镓材料。其中该下布拉格反射器是由1 9个周期的、砷化镓和N-砷化铝层组成；每个周期的砷化镓和砷化铝层的厚度均为四分之一个谐振波长。其中该下垒层是不掺杂砷化镓材料。其中该量子阱层是不掺杂铟镓砷三元材料c其中该上垒层是不掺杂砷化镓材料。其中该上布拉格反射器是由l 5个周期的P-.砷化镓和P-砷化铝层组成；每个周期的砷化镓和砷化铝层的厚度均为四分之 一 个谐振波长。其中该电极接触层是P-砷化镓材料。本发明的有益效果是本发明提的 一 种高增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器结构，其是在半导体行波放大器波导结构的基础上，增加上下布拉格反射器，形成沿生长方向的光学微腔场限制。让信号光以4 5度倾角斜入射到光学微腔中，以z字形路线在光学微腔中传播这种微腔光放大器结构能够在增加横向光场限制的同时有效抑制参与模式竞争的纵模数，从而可以通过增加波导长度而获得更大增益。同时高品质因子光学微腔能够大幅度衰减放大的自发辐射对信号的影响，提咼输出信号的信噪比。本发明所涉及的高增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器结构易于采用现有的各种外延设备实现，有很好的重复性和很高的光放大器外延片的成品率。
以下通过结合附图对具有实施例的详细描述，进步说明本发明的结构、特点以及技术上的改进，其中:图1是本发明提出的高增益、低噪声98 0 nm半导体微腔光放大器结构的剖面示意图。图2是本发明高增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器的工作原理图。員体实施方式下面结合图1和图2详细说明依据本发明具体实施例咼增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器的结构及工作原理。请参阅图1 ，本发明 一 种高增益、低噪声980詣半导体微腔光放大器结构，其特征在于，包括:衬底1 ，该衬底1是用于制作生长光放大器所需的、不同的外延材料层，该衬底1是N-砷化镓材料；缓冲层2 ，该缓冲层2制作在衬底1上，该缓冲层2为N-砷化镓材料；一下布拉格反射器3，该下布拉格反射器3制作在缓冲层2上，该下布拉格反射器3是由1 9个周期的、N-砷化镓和N-砷化铝层组成；每个周期的砷化镓和砷化铝层的厚度均为四分之一个谐振波长；下垒层4，该下垒层4制作在下布拉格反射器3上该下垒层4是不掺杂砷化镓材料；一量子阱层5，该量子阱层5制作在下垒层4上， 该量子阱层5是不掺杂铟镓砷三元材料；一上垒层6，该上垒层6制作在量子阱层5上，该上垒层6是不掺杂砷化镓材料；上布拉格反射器7，该上布拉格反射器7制作在上垒层6的上面，该上布拉格反射器7是由15个周期的P-砷化镓和P-砷化铝层组成；每个周期的砷化镓和砷化铝层的厚度均为四分之一个谐振波长;电极接触层8，该电极接触层8制作在上布拉格反射器7上，形成微腔光放大器，该电极接触层8是p-_砷化镓材料；把微腔光放大器光刻成条状台面，并将它的两个一山 顿面刻蚀成4 5度倾角的斜面并镀有增透膜，可以有效地避免正反馈引起的激射。下垒层4和上垒层6为砷化镓材料，容易形成强的载流子限制结构，降低漏电流，抑制温升。下布拉格反射器3和上布拉格反射器7形成沿生长方向的光学微腔，这种由多周期结构的布拉格反射器形成的光学微腔具有很高的品质因子和优良的选频特性，能够使光放大器获得更高的增益并提高输出信号的信噪比。请参阅图2 ，本发明的高增益、低噪声980nm半导体微腔光放大器的工作方式为图2所示为刻蚀加工之后的微腔光放大器幺士构，苴 7 、中上布拉格反射器1 2和下布拉格反射器13形成光学微腔信号光11以45度倾角斜入射到光学微腔中，并以Z字形路线在光学微腔中传播信号光11在上布拉格反射器12和下布拉格反射器13之间来回反射，形成沿生长方向上的驻波，量子阱14位于驻波波腹处上布拉格反射器1 2禾口下布拉格反射器13形成的光学微腔场限制可以有效地集中光场，使信号光场11与量子阱14的更好地耦合，从而获得更大的横向光限制因子同时，信号光1这种Z字形的传播方式保持了信号光i1沿光放大器轴向传播的行波分量，增加了信号光i1来回通过有源区的互作用次数这样能够在利用咼品质因子光学微腔有效地抑制参与模式血 兄争的纵模数的情况下，通过增加波导长度而获取更大的增■ 入另外，由于高p 叫质因子光学微腔員有优良的选频特性，能够大幅度降低放大的白发辐射对信号的影响，提高输出信号的信噪比。
权利要求
1、一种高增益、低噪声980nm半导体微腔光放大器结构，其特征在于，包括一衬底，该衬底用于在其上进行光放大器各层材料外延生长；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一下布拉格反射器，该下布拉格反射器制作在缓冲层上；一下垒层，该下垒层制作在下布拉格反射器上；一量子阱层，该量子阱层制作在下垒层上；一上垒层，该上垒层制作在量子阱层上；一上布拉格反射器，该上布拉格反射器制作在上垒层的上面；一电极接触层，该电极接触层制作在上布拉格反射器上，形成微腔光放大器；把微腔光放大器光刻成条状台面，并将它的两个端面刻蚀成45度倾角的斜面并镀有增透膜。
2.根据权利要求1o nm半导体微腔光放大噪声9 8 0 nm半导体微腔光 ，包括在其上进行光放大器各层材制作在衬底上； 该下布拉格反射器制作在缓制作在下布拉格反射器上； 阱层制作在下垒层上； 制作在量子阱层上； 该上布拉格反射器制作在上极接触层制作在上布拉格反 器；成条状台面，并将它的两个 斜面并镀有增透膜。所述的高增益、低噪声9 8 I结构，其特征在于，其中该衬底是N-砷化镓材料。
3 、根据权利要求1所述的高增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器结构，其特征在于，其中该 缓冲层为N-砷化镓材料。
4 、根据权利要求1所述的高增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器结构，其特征在于，其中该 下布拉格反射器是由1 9个周期的、N-砷化镓和N-砷 化铝层组成；每个周期的砷化镓和砷化铝层的厚度均 为四分之一个谐振波长。
5 、根据权利要求1所述的高增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器结构，其特征在于，其中该 下垒层是不掺杂砷化镓材料。
6 、根据权利要求1所述的高增益、低噪声9 8 0 rim半导体微腔光放大器结构，其特征在于，其中该 量子阱层是不掺杂铟镓砷三元材料。
7 、根据权利要求1所述的高增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器结构，其特征在于，其中该 上垒层是不掺杂砷化镓材料。
8 、根据权利要求1所述的高增益、低噪声9 8 0 nm半导体微腔光放大器结构，其特征在于，其中该 上布拉格反射器是由l 5个周期的P-砷化镓和P-砷化 铝层组成；每个周期的砷化镓和砷化铝层的厚度均为
9 、根据权利要求1所述的高增益、低噪声9 S nm半导体微腔光放大器结构，其特征在于，其中该 电极接触层是P-砷化镓材料。
全文摘要
一种高增益、低噪声980nm半导体微腔光放大器结构，其特征在于，包括一衬底，该衬底用于在其上进行光放大器各层材料外延生长；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一下布拉格反射器，该下布拉格反射器制作在缓冲层上；一下垒层，该下垒层制作在下布拉格反射器上；一量子阱层，该量子阱层制作在下垒层上；一上垒层，该上垒层制作在量子阱层上；一上布拉格反射器，该上布拉格反射器制作在上垒层的上面；一电极接触层，该电极接触层制作在上布拉格反射器上，形成微腔光放大器；把微腔光放大器光刻成条状台面，并将它的两个端面刻蚀成45度倾角的斜面并镀有增透膜。
文档编号H01S5/00GK101325309SQ200710118870
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月13日 优先权日2007年6月13日
发明者泉 张, 郑厚植 申请人:中国科学院半导体研究所