高速调制激光器的制作方法

本发明涉及激光器，例如涉及改进调制激光器的速度。

背景技术：

1、在外部调制激光器(modulated laser，ml)中，可能需要在高速和低偏置要求之间进行权衡。

2、解决这个问题的标准方法是使用pin结构，其中，半导体材料的本征层夹在调制器中的p型半导体层与n型半导体层之间。为了满足高速要求，调制器应具有低电容。这意味着，对于标准pin结构，本征区应该相对厚。

3、但是，更大的本征厚度意味着穿过本征区的电场更弱。因此，对于给定的外部偏置，调制器可能具有较低的消光比。

4、图1(a)和图1(b)分别示意性地示出了包括分布式反馈(distributed feedback，dfb)激光器部分10和马赫-曾德尔(mach-zehnder，mz)调制器部分21的标准ml的顶视图和侧视图。dfb部分和mz部分通常使用对接耦合方法光学耦合，在它们之间具有隔离区。该设备具有光进入该设备的后表面13和光从该设备发射的前表面14。后表面13可以涂覆高反射(high-reflection，hr)涂层，前表面14可以涂覆抗反射(anti-reflection，ar)涂层。电偏置可以通过电极20a、20b和20c施加到设备的部分。

5、m-z本征区(mqw2)的多量子阱(multiple quantum well，mqw)材料19与dfb本征区(mqw1)的mqw材料16对接耦合生长。在该示例中，mqw1层16在其上方具有p型半导体层15，在其下方具有n型半导体层17。mqw2层19在其上方具有p型半导体层18，在其下方具有n型半导体层17。dfb部分与mz部分之间的深蚀刻用于实现电气隔离。

6、多模干涉仪(multi-mode interferometer，mmi)22将输入到调制器21a、21b的两个臂的光分割。第二mmi 24重新组合来自两个臂的光。马赫-曾德尔调制器(mqw2)的mqw材料19与dfb(mqw1)的mqw材料16对接耦合生长。激光器也可以是可调dbr激光器。激光器和马赫-曾德尔调制器可以单片集成或光学耦合。引导光的mmi芯可以具有与mqw2区相同的组成，或者可以包括单独过度生长材料。

7、图1(c)示出了调制器中mqw2区19的电场分布。电场高于本征区任一侧的n型层和p型层中的电场，并且近似恒定。调制器的带宽也主要由pin结构的电容决定。

8、为了实现可靠的ml，对接耦合的制备和生长条件是非常关键的。为了提高输出功率，dfb通常采用hr涂覆。dfb的波导通常设计为只有基模，波导通常具有均匀的宽度，但根据激光器设计，波导宽度也可以是可变的。调制器本征区上的场近似恒定。

9、在传统的电吸收调制激光器(electroabsorption modulated laser，eml)中，也需要在电吸收调制器(electroabsorption modulator，eam)上的带宽与施加的外部偏置之间进行权衡，因为本征区中的带宽和电场都取决于pin本征区的厚度。

10、希望开发一种具有改进性能的调制激光器。

技术实现思路

1、根据一个方面，提供了一种调制激光器，包括光学耦合到调制器的激光器，所述调制器具有本征区域，所述本征区域包括：多量子阱材料；场控制层，具有掺杂密度，以增强所述多量子阱材料中的电场；收集层，具有比所述多量子阱材料的带隙更高的带隙。

2、调制激光器可以是外部调制激光器。调制器可以调制激光器发射的光。调制器可以具有pin结构或nip结构。该结构包括在p型半导体材料层与n型半导体材料层之间的本征区。这种结构可以方便地通过半导体沉积和/或生长技术制成。

3、本征区可以由半导体材料制成，包括但不限于inp、ingaasp、ingaalas、ingaalassb、gaas、algaas、gan、algan ge或si。因此，该结构与一系列半导体材料兼容，所述半导体材料可以根据调制激光器的应用选择。

4、激光器可以是分布式反馈激光器、分布式布拉格反射激光器或可调激光器。因此，该设备可以根据其期望的应用来调整。调制激光器还可以具有光学耦合到调制器的半导体光放大器(semiconductor optical amplifier，soa)。soa可以接收调制器发射的光。相位部分也可以光学耦合到激光器和调制器。

5、调制器可以是马赫-曾德尔调制器或电吸收调制器。这种调制器通常用于电信应用。

6、可以在设备部分的相对顶侧和底侧上的电极或触点上施加电压，以控制激光器和调制器部分。这可以使调制激光器的不同部分被独立控制。当调制器是马赫-曾德尔调制器时，电极可以是集总电极或行波电极，或电容负载的分段行波电极。当调制器是电吸收调制器时，电极可以是集总电极或行波电极。

7、调制器可以是马赫-曾德尔调制器，调制激光器还可以包括分光器。这可以使离开激光器的光被光学分割成两个波导干涉仪臂。如果在马赫-曾德尔调制器中的一个臂上施加电压，则通过调制器的该臂的光会引起相移。当来自两个臂中每一个臂的光被重组时，相位差被转换为振幅调制。

8、收集层的掺杂密度可以在1.0e15/cm3与8e17/cm3之间。这可以实现控制收集层的行为。掺杂密度可以取决于收集层的厚度。收集层的引入可以降低结构的总电容。同时，它还可以使载流子(主要是电子)移动到pin结构的n侧。

9、收集层可以是p掺杂或n掺杂的。这可以实现调制器结构的多功能性。

10、收集层的带隙可以是恒定的或分级的。恒定的带隙可以使该层容易地制造。

11、收集层的厚度可以在20nm与1000nm之间。场控制层的厚度可以在10nm与500nm之间。

12、场控制层可以具有比多量子阱材料的带隙更高的带隙。场控制层的掺杂密度可以在1e17/cm3与1e19/cm3之间，使得它不会引入额外的吸收，并且使得穿过mqw材料的电场更大。

13、当调制器是电吸收调制器时，在收集层中，电荷可以主要由电子携带。在调制器为eam的工作条件下，eam吸收入射光。因此，电荷载流子在本征区的mqw材料中产生：mqw材料的导带中的电子和价带中的空穴。在反向偏置下，孔移动到p-inp侧，类似于传统的pin结构。电子移动到收集层和n-inp层。因此，在收集层中，电子是有效的电荷载流子。

14、调制器可以包括前表面，所述前表面是调制激光器的发射面，并且所述前表面涂覆有抗反射涂层。抗反射涂层可以防止在前表面处离开设备的光的反射。这可以提高调制激光器的效率。

15、激光器可以包括涂覆有高反射涂层的后反射器。这可以增加功率并提高激光器的效率。后反射器可以是后端面，而前表面可以是前端面。前端面和后端面可以是劈裂面。这是制造调制激光器的方便方法。后反射器和前表面也可以通过其它方便的方法形成。

16、调制激光器可以包括用于沿着设备引导光的波导，该波导可以是脊波导或埋入式异质结构波导。这可以实现设备结构的多功能性。

17、调制激光器可以与其它光学功能结构集成，并可以用于各种应用，例如电信系统。