双沟宽脊型半导体光放大器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子技术领域，特别涉及一种双沟宽脊型半导体光放大器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]大功率半导体光放大器(S0As)(如波长1.55μπι)在自由空间光通信，眼安全激光测距和图像处理是必不可少的器件。尽管之前用到的瓦级光放大器都是固态放大器，比如光纤放大器(EDFAs)，但SOAs因为具有体积小、重量轻、波长灵活、增益带宽宽、光-电转换效率高、易于与其它半导体器件(如激光器、探测器，调制器)集成等特点，因此大输出功率超过IW的SOAs目前仍然是国际上研究的热点。
[0003]传统的脊型波导SOAs模式体积小、光限制因子大，因此输出功率受到限制(最大100mW)。通过楔形波导增加有源区的宽度可以增加饱和输出功率，但是这些楔形波导SOAs的光束不稳定，而且把输出光耦合到单模光纤需要复杂的光学系统。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明目的是提供一种半导体光放大器，以克服输出功率不稳定等问题。
[0005]基于上述问题，本发明提出了一种双沟宽脊型半导体光放大器，包括衬底以及生长其上的外延层，外延层上部包括η型波导层、η型波导层上部的有源区量子阱层、有源区量子阱层上部的P型包层和欧姆接触层，其中，在所述欧姆接触层部分区域垂直向下刻蚀至η型波导层中，形成双沟限制的脊型结构，所述双沟为两条互相平行的沟槽。
[0006]根据本发明的一种具体实施方案，所述衬底为矩形衬底，所述沟槽在衬底上的投影为平行四边形且与所述矩形之间的倾角为1-10°。
[0007]根据本发明的一种具体实施方案，所述倾角为5°。
[0008]根据本发明的一种具体实施方案，所述脊型结构的宽度与所述脊型波导的厚度近似相等。
[0009]根据本发明的一种具体实施方案，所述所述η型波导层厚度为4μπι以上。
[0010]根据本发明的一种具体实施方案，所述有源量子阱层的折射率大于所述η型波导层和P型包层的折射率。
[0011]根据本发明的一种具体实施方案，所述有源量子阱层由3-5个量子阱构成。
[0012]根据本发明的一种具体实施方案，所述η型波导层采用阶梯渐变η掺杂的GaInAsP材料制备。
[0013]根据本发明的一种具体实施方案，放大器使用的波长为1.55μπι。
[0014]另外，本发明还提供一种以上任意一种所述光放大器与激光器、探测器或调制器的集成应用。
[0015]而且，本发明还提供一种双沟宽脊型半导体光放大器的制备方法，包括以下步骤:
[0016]在衬底上生长含波导层的多层外延层，制成外延片；
[0017]在上述外延片上光刻出倾角1-10°的双沟条形，将外延片腐蚀到波导层，形成脊形波导，使得脊型的宽度等于波导的厚度。
[0018]根据本发明的一种具体实施方案，上述制备方法中，为保持侧墙垂直于水平衬底，采用干法和湿法腐蚀相结合的方法制备脊型波导。
[0019]通过上述技术方案可知，本发明双沟宽脊型单模半导体光放大器有如下有益效果:
[0020](I)本发明的波导采用双沟宽脊型结构，由于该结构采用波导耦合的方式，用平面波导做滤波器，实现了大模式体积下的单模输出，提高了输出功率，同时也提高了耦合效率；
[0021](2)通过沟槽以及宽脊长度方向与衬底形成一定倾角，进一步提高单模输出效果，提高输出功率；
[0022](3)通过将脊型波导的宽度与脊型的高度设定为近似相等，宽脊型波导产生的高阶模耦合到平面波导的连续模中，平面波导作为模式滤波器可滤除高阶空间模，产生大尺寸单模；
[0023](4)通过设定η型波导层和P型包层的折射率略小于量子阱的折射率，模式将下移，发光中心在波导处，提高输出功率。
【附图说明】
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合【具体实施方式】，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中:
[0025]图1是本发明【具体实施方式】一的半导体光放大器结构的剖面图；
[0026]图2是本发明【具体实施方式】一的半导体光放大器结构的俯视图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、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，对本发明作进一步的详细说明。
[0028]在本发明中，技术术语“近似相等”是指脊型波导的宽度(W)与脊型的高度(h)数值差别在公差范围内，所述公差为±5%。
[0029]本发明提出的双沟宽脊型半导体光放大器，包括衬底以及生长其上的外延层，夕卜延层上部包括η型波导层、η型波导层上部的有源区量子阱层、有源区量子阱层上部的P型包层和欧姆接触层，其中在所述欧姆接触层部分区域垂直向下刻蚀至η型波导层中，形成双沟限制的脊型结构，所述双沟为两条互相平行的沟槽。
[0030]对于衬底和外延层的选择，衬底可以为本领域常用的半导体材料，衬底之上的外延层包括但不限于缓冲层、波导层、量子阱层、电极层、电隔离层、缓冲层和P型包层。
[0031]衬底优选为矩形衬底，所述沟槽在衬底上的投影为平行四边形，优选与所述矩形之间的倾角为1-10°，更优选的是5°。
[0032]对于有源区量子阱层的选择，其为非故意掺杂阱，优选为2-10个量子阱构成，更优选的是3-5个量子阱。
[0033]对于脊型波导的宽度和厚度，优选所述脊型结构的宽度与所述脊型波导的厚度近似相等。用耦合模式分析脊型区域和平板区之间的关系，无源脊型波导的模式数不依赖于它的实际尺寸，而是依赖于刻蚀后平面波导的高度与脊型的高度比(?t/h)，以及与脊型的宽度比(?t/w)。其中脊型波导的宽度(W)与脊型的高度(h)近似相等，其中t、h、w的长度通过场在附近包层的衰减长度决定。平面波导t作为模式滤波器可滤除高阶空间模，因为宽脊型波导产生的高阶模耦合到平面波导的连续模中，然后，向侧向辐射能量，滤掉高阶空间模，产生大尺寸单模。
[0034]优选的，所述有源量子阱层的折射率大于所述η