[发明专利]双沟宽脊型半导体光放大器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，特别涉及一种双沟宽脊型半导体光放大 器及其制备方法。

背景技术

大功率半导体光放大器(SOAs)(如波长1.55μm)在自由空间光通信， 眼安全激光测距和图像处理是必不可少的器件。尽管之前用到的瓦级光放 大器都是固态放大器，比如光纤放大器(EDFAs)，但SOAs因为具有体积 小、重量轻、波长灵活、增益带宽宽、光-电转换效率高、易于与其它半导 体器件(如激光器、探测器，调制器)集成等特点，因此大输出功率超过 1W的SOAs目前仍然是国际上研究的热点。

传统的脊型波导SOAs模式体积小、光限制因子大，因此输出功率受 到限制(最大100mW)。通过楔形波导增加有源区的宽度可以增加饱和输 出功率，但是这些楔形波导SOAs的光束不稳定，而且把输出光耦合到单 模光纤需要复杂的光学系统。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种半导体光放大器，以克服输出功率 不稳定等问题。

基于上述问题，本发明提出了一种双沟宽脊型半导体光放大器，包括 衬底以及生长其上的外延层，外延层上部包括n型波导层、n型波导层上 部的有源区量子阱层、有源区量子阱层上部的p型包层和欧姆接触层，其 中，在所述欧姆接触层部分区域垂直向下刻蚀至n型波导层中，形成双沟 限制的脊型结构，所述双沟为两条互相平行的沟槽。

根据本发明的一种具体实施方案，所述衬底为矩形衬底，所述沟槽在 衬底上的投影为平行四边形且与所述矩形之间的倾角为1-10°。

根据本发明的一种具体实施方案，所述倾角为5°。

根据本发明的一种具体实施方案，所述脊型结构的宽度与所述脊型波 导的厚度近似相等。

根据本发明的一种具体实施方案，所述所述n型波导层厚度为4μm 以上。

根据本发明的一种具体实施方案，所述有源量子阱层的折射率大于所 述n型波导层和p型包层的折射率。

根据本发明的一种具体实施方案，所述有源量子阱层由3-5个量子阱 构成。

根据本发明的一种具体实施方案，所述n型波导层采用阶梯渐变n掺 杂的GaInAsP材料制备。

根据本发明的一种具体实施方案，放大器使用的波长为1.55μm。

另外，本发明还提供一种以上任意一种所述光放大器与激光器、探测 器或调制器的集成应用。

而且，本发明还提供一种双沟宽脊型半导体光放大器的制备方法，包 括以下步骤：

在衬底上生长含波导层的多层外延层，制成外延片；

在上述外延片上光刻出倾角1-10°的双沟条形，将外延片腐蚀到波导 层，形成脊形波导，使得脊型的宽度等于波导的厚度。

根据本发明的一种具体实施方案，上述制备方法中，为保持侧墙垂直 于水平衬底，采用干法和湿法腐蚀相结合的方法制备脊型波导。

通过上述技术方案可知，本发明双沟宽脊型单模半导体光放大器有如 下有益效果：

(1)本发明的波导采用双沟宽脊型结构，由于该结构采用波导耦合 的方式，用平面波导做滤波器，实现了大模式体积下的单模输出，提高了 输出功率，同时也提高了耦合效率；

(2)通过沟槽以及宽脊长度方向与衬底形成一定倾角，进一步提高 单模输出效果，提高输出功率；

(3)通过将脊型波导的宽度与脊型的高度设定为近似相等，宽脊型 波导产生的高阶模耦合到平面波导的连续模中，平面波导作为模式滤波器 可滤除高阶空间模，产生大尺寸单模；

(4)通过设定n型波导层和P型包层的折射率略小于量子阱的折射 率，模式将下移，发光中心在波导处，提高输出功率。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施方式，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1是本发明具体实施方式一的半导体光放大器结构的剖面图；

图2是本发明具体实施方式一的半导体光放大器结构的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

在本发明中，技术术语“近似相等”是指脊型波导的宽度(w)与脊型 的高度(h)数值差别在公差范围内，所述公差为±5％。