[发明专利]半导体光学装置

说明书

本发明涉及一种半导体光学装置(100)，所述半导体光学装置(100)包括限定第一模式尺寸的第一波导区域(101)和限定小于所述第一模式尺寸的第二模式尺寸的第二有源波导区域。所述第二有源波导区域光学耦合到所述第一波导区域(101)，所述第二有源波导区域包括多量子阱底层(103)和位于所述多量子阱底层103)上方的多量子阱上层(105)。所述多量子阱底层(103)通过间隔层(107)与所述多量子阱上层(105)物理分离。所述多量子阱上层(105)包括模式变换区域(105a)，所述模式变换区域(105a)用于将光学模式的尺寸从所述第一模式尺寸减小到所述第二模式尺寸。在实现形式中，所述第一波导区域(101)为包括另一多量子阱层的第一波导有源区域，由所述另一多量子阱层限定的所述模式指数基本上等于由所述多量子阱底层(103)限定的所述模式指数。

技术领域

本发明涉及一种半导体光学装置。具体地，本发明涉及一种用于马赫增德尔调制器的半导体光学装置。

背景技术

近年来，针对RF信号而调制光的光学调制器已成为配置光纤通信网络中的重要组件之一。具体地，使用波导型光学干涉仪的马赫增德尔干涉仪型光学调制器(或简称为“马赫增德尔调制器(Mach Zehnder modulator，MZM)”)能够实现40Gbps或更高的高速调制。然而，随着光通信网络中的比特率增加，马赫增德尔调制器等光电网络组件中的光损耗成了一个更重要的问题。为了克服这个问题，已尝试将半导体光学放大器(semiconductoroptical amplifier，SOA)、固定波长激光器、可调谐激光器和其它有源部分集成到MZM设备中。

为了最小化设备长度并最大化MZM中的相位调制(phase modulating，PM)芯的速度、多量子阱(multiple quantum well，MQW)芯通常需要大量的量子阱，例如20至30或更多。这导致一种非常严格限制的光学模式，这种光学模式反过来产生非常大的角发散(其中远场的典型FWHM大于50度)。这种大的角发散和小模式尺寸导致MZM和光纤之间的耦合效率非常差又导致对准公差非常紧密。

为了克服这个问题，许多传统设备在MZM的输入和输出面上并入波导模式变换器。波导模式变换器通常通过选择性区域外延来实现，以将无源波导模式变换器对接耦合到MZM芯，因为选择性区域外延允许再生长材料的厚度和带隙两者通过使用图案氧化掩膜随着长度的函数变化而变化。然而，这样的附加生长步骤增加了制造的复杂性并且可能使设备的产量降低，从而导致设备成本增加。

此外，MZM芯的严格限制的光学模式也不能很好地匹配于其它有源光学元件所需的光学模式，其它有源光学元件包括需要与MZM单片集成的SOA和激光器增益区域。典型的SOA或激光器增益区域需要约3至6个量子阱并在较MZM相位调制芯的约70％低得多的20至30％之间的光限制因子下操作。

为了克服最佳设计中的这种差异，通常在设备的SOA或激光器有源和相位调制区域之间需要模式变换器或扩展器，以便在没有引入过多损耗和/或反射的情况下修改模式尺寸。此外，这通常使用选择性区域外延进行。

由于包括SOA和/或激光器增益区域已经需要使用附加的再生长阶段来生长增益区域，所以增加又一个步骤以再次添加模式变换器有可能降低产量。

因此，需要一种改进型半导体光学装置，尤其是一种能够简化在马赫增德尔调制器(Mach Zehnder Modulator，MZM)的面处的模式扩展及简化MZM芯与正向偏置有源部分(例如半导体光学放大器(semiconductor optical amplifier，SOA)或半导体激光器)的集成的改进型半导体光学装置。

发明内容