[发明专利]具有量子点结构的光学器件

说明书

技术领域

本发明涉及光电子学领域。本发明具体涉及一种具有量子点结构 的光学器件和包括这样的光学器件的光信号处理单元。

背景技术

为了获得具有改进性能的光学器件，采用诸如InAs/InGaAsP之类 的结构的、基于量子点的器件变得越来越具有吸引力。典型地，衬底 由InP制成，活性材料是嵌入InGaAsP势垒内的InAs量子点。这种器件 的示例是激光源、光放大器、光传感器(检测器)等。在使用基于量 子点的器件的方面的关注主要在于它们能够提供低啁啾、低噪声、对 温度的低灵敏度以及宽波长应用。

量子阱和量子点半导体结构在相关领域中是公知的。简而言之， 将量子阱结构布置为允许电子或空穴沿着两个空间维度进行传播，同 时在第三维度上限制该传播，而将量子点结构布置为在三个维度中限 制载体。

对于光学器件而言，使用量子点结构的一个优点在于：利用这样 的结构，可以实现主动锁模激光器中相对较低的定时抖动。

然而，基于量子点的器件关于偏振方面承受相对较高的灵敏度。 这是一个缺陷，原因如下：众所周知，可以使从光源发射的光信号发 生偏振。这意味着光信号的分量的振荡方向垂直于光信号自身的传播 方向。偏振的公知示例是具有分别被称作TE模和TM模的电分量和磁 分量的偏振。所发射的光信号通常通过光纤向光接收机传播。实际上， 当偏振光信号沿着光纤传播时，该偏振光信号在其偏振态方面经受特 定的失真。这是由于光纤通常不能将偏振模式保持在从光源发射时的 原始状态。因此，在接收机端接收到具有失真偏振的光信号。因此， 如果该接收机是偏振敏感器件，则其将不能正确处理接收到的光信号。 如上所述，基于量子点的器件是偏振敏感的，并因此具有该缺点。

为了克服该问题，已知特定的解决方案。这些解决方案之一涉及 将基于块体(bulk-based)的激光器与基于量子点的激光器进行级联。 然而，这两种器件的级联会导致结构上复杂、尺寸增大以及成本升高， 并可能引起耦合损耗。

另一解决方案涉及分离光信号以改变其偏振。在这样的情况下， 分离输入信号以将信号分成两个偏振，TM和TE。TM部分然后由偏振 器进行旋转，并在被发送至SOA中之前与TE部分进行重新组合。然而， 由于该解决方案并不容易实现，这是由于在重新组合过程中需要避免 两个臂之间的相消干涉(destructive interference)，此外还会引起封装 成本的大幅升高。

发明内容

本发明的目的在于克服或实质上减少上述缺点。本发明提出的解 决方案涉及极薄层材料作为分隔部的使用，该材料对由堆叠的先前量 子点层所感应的应变场不敏感。这样的材料可以是诸如InP或GaAS或 GaP等二元材料，然而，由于InP提供了相对更好的平滑特性，因此InP 是优选的。

在沉积后续量子点层之前，有效地使分隔层的生长面变得平滑。 实际上，二元分隔部的沉积过程也会引起在沉积过程自身期间该分隔 部的正面的平滑生长。

该解决方案允许在不引起实质上不均匀的展宽或位错的情况下 紧密地堆叠量子点层。

有利地，只要该附加InP层足够薄，该附加InP层就可以允许在量 子点之间通过隧穿效应而有效耦合。实际上，尽管厚度甚至可以低至 1nm，但厚度为5nm以下的InP层就被视为足够薄以允许隧穿效应。在 该范围内，一些优选值可以是2-3nm，这是由于平滑的效率随着InP的 厚度而提高。因此，InP层(分隔部)用于使表面变平滑，并且载体可 以在该InP层中开辟隧穿，以便在量子点层之间提供所需的耦合。

在本发明的一些实施例中，提供了一种制造具有一个或多个量子 点层以及一个或多个势垒层的光学器件的方法，所述方法包括：在势 垒层上生长分隔层的步骤，其中，所述分隔层适于实质上阻挡由量子 点层所感应的应变场。

在一个实施例中，所生长的分隔层具有带实质上平滑表面的生长 面。

优选地，在所述分隔层上生长后续势垒层，所述后续势垒层具有 带实质上平滑表面的生长面。

优选地，InP材料的分隔层位于后续量子点层之间，并且在使用中 允许在量子点层之间通过隧穿效应进行耦合。