TWI581401B - Reflective Semiconductor Optical Amplifier - Google Patents
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Description
本發明係一種反射式半導體光放大器，尤指一種利用反射式半導體光放大器飽和區進行分波多工被動光纖網路的光放大器。
隨著全球網際網路的急遽成長，網路業者所提供的服務越來越多樣化，整合語音、數據及影像之三合一多媒體資訊傳輸的需求與日劇增，既有的寬頻接取網路(Asymmetric Digital Subscriber Line,ADSL)、Cable Modem無法滿足三合一多媒體資訊需求。分波多工被動光纖網路(Wavelength division multiplexing passive optical network；WDM-PON)技術針對個別的用戶端(Optical Networks Unit,ONU)使用特定的波長來載送信息是實現光纖到家(fiber to the home,FTTH)和解決頻寬需求增加的最佳途徑。
目前市場的反射式半導體光放大器的磊晶全結構如第1圖所所示，在基板101之上分別磊晶成長由N型磷化銦(InP)所組成N型披覆層(N type cladding layer)102、由磷砷化鎵銦(InGaAsP)四元材料層(quaternary)103、層由磷砷化鎵銦(InGaAsP)之量子井所組成主動層(active layer)104、由P型磷化銦所組成P型披覆層(P type cladding layer)105、由磷砷化銦(InGaAs)所組成歐姆接觸電層106。在此磊晶全結構上製作反射式半導體光放大器，如第2圖所示，第2圖為反射式半導體光放大器之俯視圖。光由低反射層203進入波導區202，傳送至主動區201進行光放大，再傳遞到高
反射層204，由高反射層204反射後由原來路徑到低反射層203輸出。此種反射式半導體光放大器應用於分波多工被動光纖網路的發訊模組中，是將主動區201偏壓在飽和區中，利用飽和區的非線性特性壓縮注入光的邏輯“1”、邏輯“0”的準位，使得注入光近似直流光，在主動區201加上欲發訊的調變信號，調變此近似直流光，完成發訊動作。
此結構的反射式半導體光放大器工作在飽和區，而達到幾乎抹除掉注入光的調變信號時，其注入光的消光比(Extinction Ratio)不能達到目前乙太被動光纖網路(Ethernet passive optical network)的標準。有鑒於此，本案發明人乃亟思加以改良創新，提出一種反射式半導體光放大器之設計。
為解決習知技術之問題，本發明之一目的係提供一種反射式半導體光放大器，以便能當作分波多工被動光纖網路的發訊模組使用。
為達成上述發明目的，本發明之反射式半導體光放大器係使用分光隔絕器將注入光與輸出光分開不同路徑，注入光被分光隔絕器引導至兩個或兩個以上的主動區，利用飽和特性壓縮注入光的消光比，使其近似直流光，然後再經另外一個主動區放大及調變，至高反射層反射成輸出光，再經分光隔絕器由原來的注入方向輸出。
本發明透過二個或二個以上的主動區來壓縮注入光之消光比，使得注入光的消光比能達到乙太被動光纖網路之標準，並降底注入光所欲之功率。
101‧‧‧基板
102‧‧‧N型披覆層
103‧‧‧四元材料層
104‧‧‧主動層
105‧‧‧P型披覆層
106‧‧‧歐姆接觸電層
201‧‧‧主動區
202‧‧‧波導區
203‧‧‧低反射層
204‧‧‧高反射層
300‧‧‧基板
301‧‧‧第一主動區
302‧‧‧第二主動區
303‧‧‧第三主動區
304‧‧‧第一波導區
305‧‧‧第二波導區
306‧‧‧第三波導區
307‧‧‧第四波導區
308‧‧‧第一分光隔絕器
309‧‧‧第二分光隔絕器
310‧‧‧低反射層
311‧‧‧高反射層
312‧‧‧第一溝槽
313‧‧‧第二溝槽
401‧‧‧基板
402‧‧‧N型披覆層
403‧‧‧四元材料層
404‧‧‧主動層
4041‧‧‧第一主動區
4042‧‧‧第二主動區
4043‧‧‧第三主動區
405‧‧‧P型披覆層
4051~4053‧‧‧P型披覆層
406‧‧‧歐姆接觸電層
407‧‧‧絕緣層
408‧‧‧金屬導電層
第1圖係為先前技術之反射式半導體磊晶全結構圖。
第2圖係為先前技術之反射式半導體構造圖。
第3圖係為本發明之應用於分波多工被動光纖網路之反射式半導體光放大器之構造圖。
第4~6圖係為本發明反射式半導體光放大器之全結構圖。
以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。
請參閱第3圖，其係為本發明之反射式半導體光放大器構造圖，反射式半導體光放大器係於第1圖之磊晶片上製作，反射式半導體光放大器包含基板300，基板300包含第一主動區301、第二主動區302、第三主動區303、第一波導區304、第二波導區305、第三波導區306、第四波導區307、第一分光隔絕器308、第二分光隔絕器309、低反射層310、高反射層311、第一溝槽312、以及第二溝槽313。
低反射層310設置於基板300之一側，且低反射層310之一端係用以接收注入光。第二波導區305之一端與低反射層310之另一端連接，第一分光隔絕器308設置於第一溝槽312，且第一分光隔絕器308之一端連接第一波導區304之另一端，第二波導區305之一端連接第一分光隔絕器308之另一端，第二分光隔絕器309設置於第二溝槽313，且第二分光隔絕器309之一端分別連接第二波導區305之另一端，以及第三波導區306之另一端，第一主動區301以及第二主動區302設置於第二波導區305之一側，第三主動區303設置於第四波導區307之一側，高反射層311設置於基板300之另一側，且高反射層311之一端又連接第四波導區307之另一端。
分光隔絕器主要功能是將光訊號導引往特定方向傳播，可為循環器(Optical Circulator)、薄膜濾波器、波導形式。其循環器使用的材料是雙折射晶體，如LiNbO3(鈮酸鋰)。
請接著參閱第4~6圖，其為本發明之反射式半導體光放大器全結構圖以及製程示意圖。第4圖之反射式半導體光放大器全結構圖包含了基板401、N型披覆層402、四元材料層403、主動層404(包含第一主動區4041、第二主動區4042、第三主動區4043)、P型披覆層405(對應第一主動區4041、第二主動區4042、第三主動區4043之披覆層4051~4053)。第4圖係將第1圖之磊晶片先去除磷砷化銦(InGaAs)之歐姆接觸電層106、P型磷化銦之P型披覆層(P type cladding layer)105剩下3000Å，在此晶片使用光學微影技術沿磊晶片之[011]方向定義出第一主動區4041、第二主動區4042、第三主動區4043之區域以及對應之P型披覆層4051、4052、以及4053，並使用電子迴旋加速共振活性離子蝕刻(electron cyclotron resonance reactive ion etch，簡稱ECR-RIE)的方法蝕刻，露出磷砷化鎵銦(InGaAsP)四元材料層(quaternary)403。將蝕刻後的晶片清洗乾淨後，再進行二度磊晶，成長P型磷化銦(P-InP)披覆層405、P型砷化鎵銦(P-InGaAs)所組成歐姆接觸電層406，以形成主動層404，如第5圖所示。
接著，使用第5圖的晶片使用光學微影技術沿磊晶片[011]方向定義出第3圖的各個元件，在N型披覆層402定義出如溝槽s1之第一溝槽312、第二溝槽313；在四元材料層403定義出第一波導區304、、第二波導區305、第三波導區306，以及第四波導區307；使用電子迴旋加速共振活性離子蝕刻的方法在主動層404蝕刻出第一主動區301、第二主動區302、第三
主動區303。第三波導區306之磷砷化鎵銦量子井於主動層404露出，並使用電漿輔助化學氣相沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，簡稱PECVD)成長二氧化矽(SiO2)當絕緣層407，再於二氧化矽上方舖上AZ5214光阻，以氧離子體(oxygen plasma)蝕刻直到頂端之二氧化矽露出，再以氟化碳離子體(CF4 plasma)蝕刻頂端二氧化矽至半導體露出，去除光阻。運用光學微影技術定義接觸區域，使用電子蒸鍍法蒸鍍金屬導電層408，如圖6所示。選用一氧化矽(SiO)當靶材，使用電子蒸鍍法蒸鍍在全結構圖之左右二側定義出低反射層310、高反射層311。第一溝槽312以及第二溝槽313主要是放置分光隔絕器308、309或是其他可分光的元件。
本發明主要係一種反射式半導體光放大器。利用二個或二個以上的主動區壓縮具有調變信號的注入光，以提高注入光的消光比，使注入光的消光比能達到乙太被動光纖網路的標準。以下接著以實施例來說明本發明的方法之實現步驟及其優點，但非用來限制本發明之範圍。
請參考第3圖，係為本發明反射式半導體光放大器第一實施例。本實施例係於第1圖之磊晶片上製作第3圖所示之反射式半導體光放大器。
當注入光於注入低反射層310後，經第一波導區304及第一分光隔絕器308，將光引導至第二波導區305，而注入光行經第一主動區301、第二主動區302時，第一主動區301以及第二主動區302壓縮注入光的邏輯“1”以及邏輯“0”的準位，以設置成近似直流光，此其近似直流光再經第二分光隔絕器309、第四波導區307送至第三主動區303進行調變，而調變後的光由高反射層311反射，經過第四波導區307、第二分光隔絕器309送至第三波導
區306，最後經分光隔絕器308、第一波導區304、低反射層310將調變後的光輸出。
本發明所提供之應用於分波多工被動光纖網路的反射式半導體光放大器，與前述引證市售的產品技術及其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點：
1.利用現有市場已成熟量產之反射式半導體光放大器磊晶片製作本發明，因此量產良率極高，成本極低。
2.使用兩個或兩個以上的主動區壓縮注入光的邏輯“1”、邏輯“0”的準位，能夠提高注入光的消光比，使注入光的消光比能達到乙太被動光纖網路的標準。
3.目前市場上的反射式半導體光放大器欲使用飽和區，其注入光的功率要足夠大才能壓縮注入光的邏輯“1”、邏輯“0”的準位，本發明使用兩個或兩個以上的主動區來壓縮注入光的邏輯“1”、邏輯“0”的準位，可降低注入光的功率。
上述詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
300‧‧‧基板
301‧‧‧第一主動區
302‧‧‧第二主動區
303‧‧‧第三主動區
304‧‧‧第一波導區
305‧‧‧第二波導區
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312‧‧‧第一溝槽
313‧‧‧第二溝槽
Claims (4)
- 一種反射式半導體光放大器，包含：一基板；一低反射層，設置於該基板之一側，該低反射層之一端係接收外部之一注入光；一第一波導區，該第一波導區之一端連接該低反射層之另一端；一第一分光隔絕器，該第一分光隔絕器之一端連接該第一波導區之另一端；一第二波導區，該第二波導區之一端連接該第一分光隔絕器之另一端；一第三波導區，該第三波導區之一端連接該第一分光絕器之另一端；一第二分光隔絕器，該第二分光隔絕器之一端分別連接該第二波導區之另一端以及該第三波導區之另一端；一第一主動區，設置於該第二波導區之一側；一第二主動區，設置於該第二波導區之一側；一第四波導區，該第四波導區之一端連接該第二分光隔絕器另一端；一第三主動區，設置於該第四波導區之一側；以及一高反射層，設置於該基板之另一側，該高反射層之一端連接該第四波導區之另一端；其中，該第一主動區以及該第二主動區係配置於壓縮該注入光的邏輯準位以提高消光比，以設置成近似直流光，該第三主動區係配置於對該近似直流光進行放大及調變。
- 如請求項1所述之反射式半導體光放大器，其中該第一分光隔絕器或該第二分光隔絕器為循環器。
- 如請求應1所述之反射式半導體光放大器，其中該第一分光隔絕器或該第二分光隔絕器為薄膜濾波器。
- 如請求項1項所述之反射式半導體光放大器，其中該第一分光隔絕器或該第二分光隔絕器為波導形式之隔絕器。
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