CN1467889A - 同一源区半导体光放大器、电吸收调制器集成器件 - Google Patents
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Abstract
一种同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，包括：一n型重掺杂磷化铟衬垫；一负电极，该负电极制作在衬垫的下方；一n型掺杂磷化铟缓冲层，该缓冲层制作在衬垫上；一无掺杂铟镓砷磷下限制层，该下限制层制作在缓冲层上；一无掺杂有源层，该有源层制作在下限制层上；一无掺杂铟镓砷磷上限制层，该上限制层制作在有源层上；一p型掺杂磷化铟盖层，该盖层制作在上限制层上；一电吸收调制器部分，该调制器部分制作在盖层上的一侧；一半导体放大器部分，该半导体放大器部分制作在盖层上的另一侧；在电吸收调制器部分与半导体放大器部分之间有一隔离沟，该隔离沟是50μm；在上述结构的两侧制作有二氧化硅/二氧化钛增透膜。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子集成器件，特别是指一种同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件。
背景技术
和铌酸锂调制器相比较，居于量子限制斯塔克效应半导体量子阱的电吸收调制器具有低啁啾，体积小，驱动电压小，功耗小和易集成等优点。在长距离光纤通信网络中有着广泛的应用前景。特别是工作在1.55μ(m)波段的多量子阱偏振不灵敏电吸收调制越来越引起人们的注意。由于电吸收调制器在极高频下有低啁啾，信号波型不易扭曲等优点，在高速通信网络中，无论是开关调制(数字应用)，还是高频模拟调制(模拟应用)，电吸收调制器都是必不可少的。在数字应用中，在大容量传输系统中波分复用技术是非常重要的，目前已经实现了每秒传输太以上位数传输实验。为了扩充传输容量，很多研究小组投入很大的精力研究如何拓宽光传输带宽。作为外调制器的电吸收调制器因具有极宽的带宽(目前最宽的带宽已经超过60GHz)而满足宽带传输的要求。另一方面，由于外调制器具有极低的传输损耗和微波系统具有兼容性，利用外调制器调制的光纤光连接在微波传输系统中也有广泛的用途。光纤光连接(比如那些应用在无线手机系统的)要求高动态范围和低噪声。光连接的动态范围主要由外光调制器的扭曲决定，而噪声主要是由光连接增益决定的。作为外调制器的电吸收调制器所具有的低噪声正好符合模拟系统的要求。
由于电吸收调制器的本征模斑是椭圆模，而且其模斑的大小太小，这样和具有圆形本征模斑的光纤之间就存在着很大的模式失配，其耦合效率就很低，反应在系统中就是插入损耗太大。影响电吸收调制器在高速、宽带光通信网络中的进一步应用是其光纤到光纤的插入损耗，一般都在15dB以上。这样为了减少损耗，必须额外地引入价格昂贵的掺铒光纤放大器。这样极大地提高了光通信系统的成本。为了减少插入损耗，主要有两种方法。一种是在调制器的两端集成无源的模板转换器(SSC)，在电吸收调制器的两端集成上楔型波导，使得光在从光纤耦合进电吸收调制器的过程中可以绝热地将圆形的模斑转换成和平板波导相匹配的椭圆型模斑，在经过调制器调制后的光信号再由出端的模斑转换器将椭圆型的模斑转换为圆形的模斑，这样就有效地降低了耦合损耗，提高耦合效率。但是这样的方法存在的缺点是需要用复杂的电子束曝光才能制作水平方向上的楔型波导，导致器件的成本太高，成品率下降。令一种方法是在电吸收调制器上集成上一个不同源区的半导体光放大器，这种方法的优点是能够通过放大器对信号光的功率补偿，有效地降低插入损耗，甚至可以得到无插损的集成器件。这样的方法同样存在着缺点，首先，不同的源区材料的生长不仅需要多次外延，而且还需要难度很大的对接生长，这样就增加了器件的制作难道减少了成品率。同时，由于不同源区的半导体材料不一样，其折射率也不尽相同，这样就使得半导体光放大器和电吸收调制器之间的反射不能忽略，从而影响半导体光放大器的增益波纹。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，既可以减少半导体光放大器和电吸收调制器集成器件的制作难度。又可以减少整个器件的插入损耗，提高耦合效率。提高成品率，降低系统成本。技术方案
本发明的技术方案是，本发明一种同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，该器件包括：
一n型重掺杂磷化铟衬垫；
一负电极，该负电极制作在衬垫的下方
一n型掺杂磷化铟缓冲层，该缓冲层制作在衬垫上；
一无掺杂铟镓砷磷下限制层，该下限制层制作在缓冲层上；
一无掺杂有源层，该有源层制作在下限制层上；
一无掺杂铟镓砷磷上限制层，该上限制层制作在有源层上；
一p型掺杂磷化铟盖层，该盖层制作在上限制层上；
一电吸收调制器部分，该调制器部分制作在盖层上的一侧；
一半导体放大器部分，该半导体放大器部分制作在盖层上的另一侧；
在电吸收调制器部分与半导体放大器部分之间有一隔离沟，该隔离沟是50μm；
在上述结构的两侧制作有二氧化硅/二氧化钛增透膜。
其中电吸收调制器部分包括一p型重掺杂铟镓砷接触层和制作在其上的正电极，该接触层是掺锌的，浓度是1019/cm3，厚度是0.2μm；正电极是金/锌/金，或者是钛/铂/金电极。
其中半导体放大器部分包括一p型重掺杂铟镓砷接触层和制作在其上的正电极，该正电极是金/锌/金，或者是钛/铂/金电极；该接触层是掺锌的，浓度是1019/cm3，厚度是0.2μm。
其中n型重掺杂磷化铟衬垫是掺硫的，浓度是1019/cm3。
其中n型掺杂磷化铟缓冲层是掺硅的，浓度是1018/cm3。
其中无掺杂铟镓砷磷下限制层带隙波长为1.2μm，晶格常数与磷化铟匹配，厚度是100nm。
其中无掺杂有源层是张应变体材料，或者是张应变量子阱。
其中张应变量子阱是单量子阱，或者是多量子阱。
其中量子阱的垒是与磷化铟匹配的，或者压应变的。
其中无掺杂铟镓砷磷上限制层带隙波长为1.2μm，晶格常数与磷化铟匹配，厚度是100nm。
其中p型掺杂磷化铟盖层是掺锌的，浓度是1018/cm3，厚度是1.5μm。
其中该增透膜是二氧化硅和二氧化钛多层材料，其反射率小于10-4。
其中负电极是金/锗/镍电极。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明一种同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，该器件包括：
一n型重掺杂磷化铟衬垫2，该n型重掺杂磷化铟衬垫2是掺硫的，浓度是1019/cm3；
一负电极1，该负电极1制作在衬垫2的下方
一n型掺杂磷化铟缓冲层3，该缓冲层3制作在衬垫2上，该n型掺杂磷化铟缓冲层3是掺硅的，浓度是1018/cm3；
一无掺杂铟镓砷磷下限制层4，该下限制层4制作在缓冲层3上，该无掺杂铟镓砷磷下限制层4带隙波长为1.2μm，晶格常数与磷化铟匹配，厚度是100nm；
一无掺杂有源层5，该有源层5制作在下限制层4上，该无掺杂有源层5是张应变体材料，或者是张应变量子阱，张应变量子阱是单量子阱，或者是多量子阱；量子阱的垒是与磷化铟匹配的，或者压应变的；
一无掺杂铟镓砷磷上限制层6，该上限制层6制作在有源层5上，该无掺杂铟镓砷磷上限制层6带隙波长为1.2μm，晶格常数与磷化铟匹配，厚度是100nm；
一p型掺杂磷化铟盖层7，该盖层7制作在上限制层6上，该p型掺杂磷化铟盖层7是掺锌的，浓度是1018/cm3，厚度是1.5μm；
一电吸收调制器部分20，该调制器部分20制作在盖层7上的一侧，其中电吸收调制器部分20包括一p型重掺杂铟镓砷接触层8和制作在其上的正电极9，该接触层8是掺锌的，浓度是1019/cm3，厚度是0.2μm；正电极9是金/锌/金，或者是钛/铂/金电极；
一半导体放大器部分30，该半导体放大器部分30制作在盖层7上的另一侧，其中半导体放大器部分30包括一p型重掺杂铟镓砷接触层12和制作在其上的正电极11，该正电极11是金/锌/金，或者是钛/铂/金电极；该接触层12是掺锌的，浓度是1019/cm3，厚度是0.2μm；
在电吸收调制器部分20与半导体放大器部分30之间有一隔离沟，该隔离沟是50μm；
在上述结构的两侧制作有二氧化硅/二氧化钛增透膜13，该增透膜13是二氧化硅和二氧化钛多层材料，其反射率小于10-4。
由于量子阱的增益谱很宽，在大的注入电流下可以达到300nm左右，而激子的吸收峰很陡，很窄。这样只要量子阱的光荧光峰值位置合适，(1.5-1.53um之间)。对半导体光放大器部分注入正向电流，而电吸收调制器部分加反偏电压，就有可能放大器起放大作用，补偿光信号在器件中的损耗，而电吸收调制器起调制作用，从而使得整个器件的插入损耗减为零。由于半导体光放大器和电吸收调制器是同一源区，所以二者之间的耦合效率可以是100％。同时不存在折射率差问题，因此可以不考虑剩余反射率对光放大器增益波纹影响问题。同样由于半导体光放大器和电吸收调制器是同一源区，所以结构，工艺简单，只需要一次外延。这有利于提高成品率，降低成本。
和现有的集成技术相比，本发明具有结构、工艺简单，外延次数少，有利于提高器件成品率，降低成本，有利于产品化规模生产。
Claims (13)
1、一种同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，该器件包括：
一n型重掺杂磷化铟衬垫；
一负电极，该负电极制作在衬垫的下方
一n型掺杂磷化铟缓冲层，该缓冲层制作在衬垫上；
一无掺杂铟镓砷磷下限制层，该下限制层制作在缓冲层上；
一无掺杂有源层，该有源层制作在下限制层上；
一无掺杂铟镓砷磷上限制层，该上限制层制作在有源层上；
一p型掺杂磷化铟盖层，该盖层制作在上限制层上；
一电吸收调制器部分，该调制器部分制作在盖层上的一侧；
一半导体放大器部分，该半导体放大器部分制作在盖层上的另一侧；
在电吸收调制器部分与半导体放大器部分之间有一隔离沟，该隔离沟是50μm；
在上述结构的两侧制作有二氧化硅/二氧化钛增透膜。
2、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中电吸收调制器部分包括一p型重掺杂铟镓砷接触层和制作在其上的正电极，该接触层是掺锌的，浓度是1019/cm3，厚度是0.2μm；正电极是金/锌/金，或者是钛/铂/金电极。
3、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中半导体放大器部分包括一p型重掺杂铟镓砷接触层和制作在其上的正电极，该正电极是金/锌/金，或者是钛/铂/金电极；该接触层是掺锌的，浓度是1019/cm3，厚度是0.2μm。
4、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中n型重掺杂磷化铟衬垫是掺硫的，浓度是1019/cm3。
5、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中n型掺杂磷化铟缓冲层是掺硅的，浓度是1018/cm3。
6、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中无掺杂铟镓砷磷下限制层带隙波长为1.2μm，晶格常数与磷化铟匹配，厚度是100nm。
7、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中无掺杂有源层是张应变体材料，或者是张应变量子阱。
8、根据权利要求7所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中张应变量子阱是单量子阱，或者是多量子阱。
9、根据权利要求7或8所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中量子阱的垒是与磷化铟匹配的，或者压应变的。
10、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中无掺杂铟镓砷磷上限制层带隙波长为1.2μm，晶格常数与磷化铟匹配，厚度是100nm。
11、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中p型掺杂磷化铟盖层是掺锌的，浓度是1018/cm3，厚度是1.5μm。
12、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器集成器件，其特征在于，其中该增透膜是二氧化硅和二氧化钛多层材料，其反射率小于10-4。
13、根据权利要求1所述的同一源区偏振不灵敏半导体光放大器、电吸收调制器成器件，其特征在于，其中负电极是金/锗/镍电极。
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