半导体光电子器件和混合楔型波导模斑转换器集成器件 【技术领域】
本发明涉及半导体光电子集成器件，特别是一种半导体光电子器件和混合楔型波导模斑转换器集成器件。
背景技术
光学模块的主要成本不在于芯片，而在于耦合封装的成本。为了减少芯片和单模光纤之间的耦合损耗，已经发展了许多高成本的技术包括微光学和高精度的动态对准。半导体光电子器件芯片和单模光纤的耦合损耗只要来源于二者之间的本征光场不匹配，半导体光电子器件芯片的模斑较小，只有1-2um，而单模光纤的本征模斑较大，一般有4-10um。一个重要的减少耦合封装成本的方法是在半导体光电子芯片上单片集成一个模斑转换器，这个模斑转换器可以绝热地将半导体光电子器件小的模斑转换成和单模光纤相匹配的大的光斑。这样二者之间的耦合损耗就可以大大地降低了。
目前主要有三种类型的模斑转换器，第一种是垂直方向上的楔型波导结构，这种波导的厚度是从有源区部分到出光端或者入光端逐渐地变化，信号光在传输过程中绝热或者准绝热地从小的光斑变化为与单模光纤相匹配的大光斑。文献IEEE Photon.Technol.Lett.，Vol.2，No.2，pp88-90，1990和Electron.Lett.，Vol.31，No.13，pp1069-1070，1995对此有报道。这种类型的模斑转换器地优点是能够很有效地将光信号在垂直于器件结平面的方向上的近场模斑扩大，也就是将这个方向上的远场发散角减少。但是缺点是，对信号光在平行于器件结平面的近场模斑和远场发散角的改善无能为力，另一方面，由于这种类型的模斑转换器的楔型波导在垂直方向上是渐变的，所以需要复杂的选择外延生长或者选择性腐蚀。第二种类型的模斑转换器是无源波导的宽度变化的楔型结构。在这种结构中，波导的宽度，也就是平行与器件结平面方向上的波导尺度的渐变。这种类型的模斑转换器的优点是可以对信号光在平行结平面上的近场模斑大小和远场发散角改善。使得信号光在传输过程中能够绝热或者准绝热地将匹配于半导体光电子器件的小的模斑转换为匹配与单模光纤的大的模斑。但是这种类型的模斑转换器的缺点是对垂直于结平面方向上的信号光的性质的改善无能为力。同时，在工艺上需要复杂的电子束曝光。文献IEEE Photon.Technol.Lett.，Vol.6，001412-1414，1994和Appl.Phys.Lett.，Vol64.，No.5，pp1539-1541，1994，对此类结构有报道。第三种类型的模斑转换器是所谓的双层结构的波导。在这种结构中转换器由楔型的有源波导和下面的和光纤匹配的无源波导组成。信号光在传输过程中从有源波导中绝热地传输到无源波导中，从而达到减少耦合损耗的目的。这种结构的优点是出光端的光束发散角易于控制，缺点是这种模斑转换器结构复杂，同时有源波导和无源波导之间的耦合难度也很大，从而导致集成器件的成品率不高。
以上所述的三种类型的模斑转换器主要是针对但端耦合的器件，如半导体激光器、探测器等。对于双端耦合的器件，如电吸收调制器、半导体光放大器等，需要两个方向上的模斑转换。目前从掌握到的文献看来，半导体光放大器、电吸收调制器和模斑转换器的集成器件中，其中，模斑转换器部分都是上面三种类型中的一种。这样在从器件到光纤的耦合上也就是出光端可以改善耦合损耗，但是在从光纤到器件之间的耦合上也就是入光端却没有太大的改善。从整体上对器件的插入损耗的减少没有带来太大的帮助。
【发明内容】
本发明提出了一种半导体光电子器件和混合楔型波导模斑转换器集成器件，该模斑转换器是不对称的模斑转换器结构，在这个结构中，既考虑到出光端的耦合情况，又考虑到入光端的耦合情况，从而同时改善器件的耦合效率。
本发明的技术方案是：
一种半导体光电子器件和混合楔型波导模斑转换器集成器件，其特征在于，该器件包括：一n型重掺杂磷化铟衬底；一负电极，该负电极制作在衬底下方；一n型掺杂磷化铟缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一有源器件，该有源器件制作在缓冲层上；一p型磷化铟盖层，该盖层制作在有源器件上；一p型重掺杂磷化铟接触层，该接触层制作在盖层上；一模斑转换器，该转换器制作在有源器件的入光端和输出端；一二氧化硅/二氧化钛增透膜，该增透膜制作在器件的输入和输出端；一正电极，该正电极制作在接触层的上方。
其中所述的有源器件包括：一不掺杂下限制层，一不掺杂有源层制作在下限制层上，一不掺杂上限制层制作在有源层上。
其中所述的n型重掺杂的磷化铟衬底是掺硫的浓度为1019/cm3。
其中所述的n型掺杂的磷化铟缓冲层是掺硅的，浓度为1018/cm3。
其中所述的不掺杂下限制层是铟镓砷磷，其带隙波长为1.2μm，晶格常数于磷化铟匹配，厚度为100nm；所述的有源层是不掺杂的或为偏振不灵敏半导体光放大器的有源层，为张应变量子阱结构。
其中所述的不掺杂上限制层是铟镓砷磷，其带隙波长为1.2μm，晶格常数于磷化铟匹配的，厚度为100nm。
其中所述的p型掺杂磷化铟盖层是掺锌的，1018/cm3，厚度为1.5μm。
其中所述的p型重掺杂接触层是掺锌的，浓度为1019/cm3，厚度为0.2μm。
其中所述的输入端的模斑转换器是混合楔型波导结构，水平方向上的楔型是从4μm变到2μm，同时垂直方向上也有楔型结构。
其中所述的二氧化硅/二氧化钛增透膜是多层的，其反射率小于10-4。
【附图说明】
为进一步说明本发明的结构下面结合实施例，对本发明作详细的描述，其中：
图1为本发明的器件的剖面图；
图2为本发明的器件的平面图。
【具体实施方式】
实施例1
请参阅图1所示，本发明偏振不灵敏电吸收调制器和混合楔型波导模斑转换器集成器件；
该器件包括：
一n型重掺杂磷化铟衬底1，该磷化铟衬底1是掺硫的浓度为1019/cm3；
一负电极10，该负电极10制作在衬底1下方，该负电极10为金/锗/镍负电极；
一n型掺杂磷化铟缓冲层2，该缓冲层2制作在衬底1上，该磷化铟缓冲层2是掺硅的，浓度为1018/cm3。；
一有源器件100，该有源器件100制作在缓冲层2上，该有源器件100包括：一不掺杂下限制层3，该下限制层3是铟镓砷磷，其带隙波长为1.2μm，晶格常数于磷化铟匹配，厚度为100nm，一不掺杂有源层4制作在下限制层3上，该有源层4是不掺杂的，一不掺杂上限制层5制作在有源层4上，该上限制层5是铟镓砷磷，其带隙波长为1.2μm，晶格常数于磷化铟匹配的，厚度为100nm；
一p型磷化铟盖层7，该盖层7是掺锌的，1018/cm3，厚度为1.5μm，该盖层7制作在有源器件100上；
一p型重掺杂磷化铟接触层8，该接触层8是掺锌的，浓度为1019/cm3，厚度为0.2μm，该接触层8制作在盖层7上；
一模斑转换器6，该转换器6制作在有源器件100的入光端和输出端(图1中的左右侧)，该模斑转换器6的水平方向是楔型结构，是从4μm变到2μm，同时垂直方向上也有楔型结构；
一二氧化硅/二氧化钛增透膜11，该增透膜11制作在器件的输入和输出端，该二氧化硅/二氧化钛增透膜11是多层的，其反射率小于10-4；
一正电极9，该正电极9制作在接触层8的上方，该正电极9为钛/铂/金正电极。
实施例2
请再参阅图1，本发明偏振不灵敏半导体光放大器和混合楔型波导模斑转换器集成器件；
该器件包括：
一n型重掺杂磷化铟衬底1，该磷化铟衬底1是掺硫的浓度为1019/cm3；
一负电极10，该负电极10制作在衬底1下方，该负电极10为金/锗/镍负电极；
一n型掺杂磷化铟缓冲层2，该缓冲层2制作在衬底1上，该磷化铟缓冲层2是掺硅的，浓度为1018/cm3。；
一有源器件100，该有源器件100制作在缓冲层2上，该有源器件100包括：一不掺杂下限制层3，该下限制层3是铟镓砷磷，其带隙波长为1.2μm，晶格常数于磷化铟匹配，厚度为100nm，一不掺杂有源层4制作在下限制层3上，该有源层4是为偏振不灵敏半导体光放大器的有源层，为张应变量子阱结构，一不掺杂上限制层5制作在有源层4上，该上限制层5是铟镓砷磷，其带隙波长为1.2μm，晶格常数于磷化铟匹配的，厚度为100nm；
一p型磷化铟盖层7，该盖层7是掺锌的，1018/cm3，厚度为1.5μm，该盖层7制作在有源器件100上；
一p型重掺杂磷化铟接触层8，该接触层8是掺锌的，浓度为1019/cm3，厚度为0.2μm，该接触层8制作在盖层7上；
一模斑转换器6，该转换器6制作在有源器件100的入光端和输出端(图1中的左右侧)，该模斑转换器6的水平方向是楔型结构，是从4μm变到2μm，同时垂直方向上也有楔型结构；
一二氧化硅/二氧化钛增透膜11，该增透膜11制作在器件的输入和输出端，该二氧化硅/二氧化钛增透膜11是多层的，其反射率小于10-4；
一正电极9，该正电极9制作在接触层8的上方，该正电极9为钛/铂/金正电极。
图2为图1的俯视图，其中12为集成器件入光端的水平方向上的波导结构，13、14为有源区上的水平方向上平板波导结构。
本发明和现有的两端耦合的半导体光电子器件和模斑转换器集成器件相比较，本发明充分考虑了器件在从光纤到光纤的耦合中的波对称性，在光电子器件的受光部分(输入端)集成上混合楔型波导的模斑转换器，垂直方向上的楔型波导保证本征模斑在垂直方向上的远场发散角与光纤的远场发散角匹配，水平方向上的楔型是从宽变窄，有利于增加集成器件的受光面积，从而提高从光纤到集成器件的耦合效率。同时，在光电子器件的出光部分(输出端)集成上单一垂直方向上的楔型波导，而水平方向上是均匀的波导结构，这样有利于提高从器件到光纤的耦合效率。达到降低整个集成器件的插入损耗，提高耦合效率。