CN117742017A - 一种电吸收调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电吸收调制器，包括衬底、第一壁垒层、第一量子阱层、第二量子阱层；所述衬底和所述第一壁垒层、所述第一量子阱层和所述第二量子阱层之间应力搭配层叠设置；所述第一壁垒层贴合在所述衬底上，所述第一量子阱层和所述第二量子阱层依次层叠在所述第一壁垒层远离所述衬底的表面上，并与所述第一壁垒层构成一个量子阱单元；在所述第二量子阱层上可重复设置所述量子阱单元，以形成多量子阱结构。本发明提出了采用应力解决量子限制斯塔克效应和波函数重合值的效益悖反的问题，可提高理论最大消光比的上限，提高电吸收器最大吸收率，减少电吸收器的插入损耗，同时，对新型类型II阶梯结构增加了设计自由度。
Description
技术领域
本发明涉及电吸收调制器，尤其涉及一种阶梯量子阱电吸收调制器。
背景技术
电吸收调制激光器是高速大容量通信中的关键器件，此器件包括两个基本元件，一个是直流分布反馈激光器光源，另一个是电吸收调制器，而此两种元件均是基于量子阱结构的有源层。
量子阱型电吸收器的动态消光比是最重要的性能之一。动态消光比取决于在电调制吸收器在不同调制电平下的光吸收差值。在相同调制电平差的情况下，消光比高意味着更好的信号质量和更低的功耗，是器件设计的方向。最常用的提高吸收强度的方法之一是将量子阱的零偏压吸收峰调整到离信号波长更近的区域，随着反偏电压的增加，吸收峰随着价带导带能级的接近而接近信号波长，从而实现高吸收强度。但是普通量子阱随着偏压增大至设计电压时，导带波函数与价带波函数会移动到相反方向，波函数重合度降低从而降低最大吸收率，导致消光比不能达到最大，进而降低了电吸收器的效率。为解决上述的技术问题，现在急需要一种高效的电吸收调制器。
发明内容
本发明的目的是提供一种电吸收调制器，利于提高电吸收调制器的吸收效率。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种电吸收调制器，包括衬底、第一壁垒层、第一量子阱层、第二量子阱层；所述衬底和所述第一壁垒层、所述第一量子阱层和所述第二量子阱层之间应力搭配层叠设置；所述第一壁垒层贴合在所述衬底上，所述第一量子阱层和所述第二量子阱层依次层叠在所述第一壁垒层远离所述衬底的表面上，并与所述第一壁垒层构成一个量子阱单元；在所述第二量子阱层上可重复设置所述量子阱单元，以形成多量子阱结构。
进一步的，所述第一量子阱层的晶格长度大于所述衬底的晶格长度。
进一步的，所述第二量子阱层的晶格长度小于所述衬底的晶格长度。
进一步的，所述第一量子阱层的材料是可实现压力形变的材料。
进一步的，所述第一量子阱层的材料为Al0.25Ga0.0758In0.6742As。
进一步的，所述第二量子阱层的材料是可实现张力形变的材料。
进一步的，所述第二量子阱层的材料为Al0.14637Ga0.36363In0.49As。
进一步的，所述第一量子阱层和所述第二量子阱层之间存在相反应力。
采用上述方案，本发明的有益效果是：
相比于现有技术，本发明提出了采用应力解决量子限制斯塔克效应和波函数重合值的效益悖反的问题，可提高理论最大消光比的上限，提高电吸收器最大吸收率，减少电吸收器的插入损耗，同时，对新型类型II阶梯结构增加了设计自由度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为类型II量子阱电吸收调制器量子阱能带结构示意图；
图3为类型II阶梯量子阱特性模拟示意图。
其中，附图标识说明：
1—衬底；2—第一壁垒层；
3—第一量子阱层；4—第二量子阱层；
5—第二壁垒层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
参照图1至3所示，本发明提供一种电吸收调制器，一实施例中，包括衬底1、第一壁垒层2、第一量子阱层3、第二量子阱层4；所述衬底1和所述第一壁垒层2、所述第一量子阱层3和所述第二量子阱层4之间应力搭配层叠设置；所述第一壁垒层2贴合在所述衬底1上，所述第一量子阱层3和所述第二量子阱层4依次层叠在所述第一壁垒层2远离所述衬底1的表面上，并与所述第一壁垒层2构成一个量子阱单元；在所述第二量子阱层4上可重复设置所述量子阱单元，以形成多量子阱结构。
在该实施例中，衬底1主要是起到支撑的作用，便于后期壁垒层和半导体层的生长。其中，衬底1的材料可以包括P掺杂InP衬底1，或选用其他常规材料作为衬底1，这里不做详细的列举。
在衬底1上采用气体沉积或外延生长技术形成第一壁垒层2，第一壁垒层2采用的是常规的壁垒材料。但是，为了更好的技术效果，第一壁垒层2的材料的晶格常数与衬底1的晶格常数较为接近，此处晶格常数也可以称为其他名称。第一量子阱层3采用同样的方法在第一壁垒层2远离衬底1的表面进行生长，第一量子阱层3的晶格常数与第一壁垒层2相比具有较长的晶格常数。此后，在第一量子阱层3的表面采用气体沉积或外延生长技术生长第二量子阱层4，第二量子阱层4的晶格常数与第一量子阱层3之间的晶格常数不同，小于衬底1的晶格常数。第一壁垒层2、第一量子阱层3和第二量子阱层4作为量子阱基础单元，在第二量子阱层4表面可以继续生长上述重复单位(如在第二量子阱层4表面继续生长第二壁垒层5，第二壁垒层5与第一壁垒层2所用的材料为相同的材料，在第二壁垒层5表面继续生长第三量子阱层，在第三量子阱层表面继续生长第五量子阱层，以此重复)，从而形成多量子阱结构。
此外，第一量子阱层3和第二量子阱层4与衬底1之间不同的晶格常数会在其半导体层产生应力，使能带发生能量上的变化(如图2所示)，具有该量子阱结构的电吸收调制器能带在其施加从零(图2中的(a)为0偏压时的能带)到设计偏压(图2中的(b)是在最大操作偏压下的能带)时，波函数重合会在随着电压的增加而增加。具体波函数重合率如图3中的(a)所示(图3中的(a)为波函数重合值随电压变化)，波函数重合率在设计偏压下达到最大值。吸收峰随所加电场增加逐步移动到目标吸收波长，如图3中的(b)所示(设计的最大吸收电压由虚线标出)。该设计成功在零偏压下减少吸收强度，并在设计操作电压下，实现比常规量子阱更高吸收强度以实现更高动态消光比。
作为一种优选地实施例，第一量子阱层3的厚度可以为3nm，第二量子阱层4的厚度可以为9nm。
同时，为了实现更好的技术效果，第一量子阱层3的材料选自Al0.25Ga0.0758In0.6742As，第二量子阱层4的材料选自Al0.14637Ga0.36363In0.49As。
实施例1：
提供一种本申请中的电吸收调制器，包括衬底1、第一壁垒层2、第一量子阱层3、第二量子阱层4；衬底1、第一壁垒层2、第一量子阱层3和第二量子阱层4之间应力搭配层叠设置。其中，第一量子阱层3的材料为Al0.25Ga0.0758In0.6742As，第二量子阱层4的材料为Al0.14637Ga0.36363In0.49As。在电吸收调制器的施加的电压为16V/μm时，波函数重合度为95％。
对比例1：
提供一种常规传统的电吸收调制器作为对比，包括衬底1、壁垒层、量子阱层作为一个量子阱单元，后续重复该量子阱单元形成多量子阱结构。在电吸收调制器的施加的电压为16V/μm时，波函数重合率仅为60％，是实施例1的63％。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电吸收调制器，其特征在于，包括衬底、第一壁垒层、第一量子阱层、第二量子阱层；所述衬底和所述第一壁垒层、所述第一量子阱层和所述第二量子阱层之间应力搭配层叠设置；所述第一壁垒层贴合在所述衬底上，所述第一量子阱层和所述第二量子阱层依次层叠在所述第一壁垒层远离所述衬底的表面上，并与所述第一壁垒层构成一个量子阱单元；在所述第二量子阱层上可重复设置所述量子阱单元，以形成多量子阱结构。
2.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述第一量子阱层的晶格长度大于所述衬底的晶格长度。
3.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述第二量子阱层的晶格长度小于所述衬底的晶格长度。
4.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述第一量子阱层的材料是可实现压力形变的材料。
5.根据权利要求4所述的电吸收调制器，其特征在于，所述第一量子阱层的材料为Al0.25Ga0.0758In0.6742As。
6.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述第二量子阱层的材料是可实现张力形变的材料。
7.根据权利要求6所述的电吸收调制器，其特征在于，所述第二量子阱层的材料为Al0.14637Ga0.36363In0.49As。
8.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述第一量子阱层和所述第二量子阱层之间存在相反应力。
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2023
- 2023-12-22 CN CN202311781929.8A patent/CN117742017A/zh active Pending
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