[发明专利]基于硅光子的具有N掺杂有源层的半导体光放大器

说明书

一种用于高功率操作的半导体光放大器，包括具有多层结构的增益介质，在其横截面中从上部到下部依次布置有P层、有源层、N层。增益介质从正面到背面以长度L延伸。有源层包括未掺杂半导体材料形成的多个阱层和n掺杂半导体材料形成的多个势垒层。每个阱层被一对势垒层夹在中间。正面的特征在于第一反射率Rf，而背面的特征在于第二反射率Rb。增益介质的镜面损耗α_m约为40‑200cm^‑1，其由下式给出：α_m＝(1/2L)ln{1/(Rf×Rb)}。

技术领域

本发明涉及光通信技术。更具体地，本发明提供一种用于高功率升高的温度运行的处于硅光子平台的半导体光放大器。

背景技术

在过去的几十年中，通信网络的使用呈爆炸式增长。在早期的互联网中，流行应用仅限于电子邮件、公告板，而且大多是信息性和基于文本的网页浏览，并且传输的数据量通常相对较小。今天，互联网和移动应用程序需要大量带宽来传输照片、视频、音乐和其他多媒体文件。例如，像Facebook这样的社交网络每天处理超过500TB的数据。由于对数据和数据传输的要求如此高，需要改进现有的数据通信系统来满足这些需求。

在现有单模光纤上的40-Gbit/s以及随后的100-Gbit/s的数据速率宽带DWDM(密集波分复用)光传输是下一代光纤通信网络的目标。最近，光学元件被集成在硅衬底上，用于制造与微电子芯片共存的大规模光子集成电路。包括滤波器、(解)复用器、分路器、调制器和光电探测器在内的一系列光子组件都已得到展示，主要是在硅光子平台上。绝缘体上硅衬底上的硅光子平台特别适用于1300nm和1550nm的标准WDM通信波段，因为硅(n＝3.48)及其氧化物SiO₂(n＝1.44)都是透明的，并且形成高折射率对比、高限制波导，这非常适合中高集成硅光子集成电路(SPIC)。

硅光子平台中的半导体光放大器已经被实现用于光通信的许多应用。例如，基于半导体光放大器的波长可调激光器被作为SPIC中的关键元件来提供，用于具有提高光谱效率的宽带光通信。然而，在宽带高速数据通信应用中，开发用于升高的温度运行的高功率半导体光放大器(SOA)或反射式半导体光放大器(RSOA)存在技术挑战。因此，需要改进的技术。

发明内容

本发明涉及光通信技术。本发明的一个方面提供了一种用于在升高的温度运行中具有高功率的可调谐激光器的反射式半导体光放大器(RSOA)和/或半导体光放大器(SOA)。更具体地，本发明提供了一种增益介质，其具有应用于RSOA/SOA中的n型掺杂有源层，以在升高的温度下提供高饱和功率，以便制造高速数据通信应用中的宽带波长可调激光器，尽管其他应用是可能的。

在一个实施例中，本发明提供一种用于高功率操作的半导体光放大器。该半导体光放大器包括增益介质，该增益介质包括多层结构，该多层结构在其横截面中从上部到下部依次布置有P层、有源层、N层，并且以长度L从其正面向背面延伸布置。有源层包括未掺杂半导体材料形成的多个阱层和n掺杂半导体材料形成的多个势垒层。每个阱层被一对势垒层夹在中间。正面的特征在于第一反射率Rf，而背面的特征在于第二反射率Rb。增益介质的镜面损耗α_m约为40-200cm^-1，其由下式给出：α_m＝(1/2L)ln{1/(Rf×Rb)}。

可选地，增益介质被配置为在高达50℃的工作温度下产生至少大于15dBm的饱和功率。

可选地，所述有源层包括宽度约5-15nm、带隙约0.9-1.1eV的多个势垒层。

可选地，每个势垒层包括调制掺杂区，其中n型掺杂浓度范围为1.0×10¹⁸cm^-3～3.0×10¹⁸cm^-3，宽度为7nm～10nm。

可选地，有源层包括宽度为约4-8nm且带隙在相应放大波长范围内的多个阱层。对于C波段，带隙约为0.8eV。