本發(fā)明涉及半導體，具體涉及ⅲ-ⅴ族有源芯片領域，尤其涉及一種半導體增益芯片。

背景技術：

1、在相干激光通信系統(tǒng)中，信號調(diào)制格式和階數(shù)對激光線寬較為敏感，需要利用窄線寬激光器才能實現(xiàn)高階多維調(diào)制，從而提高通信系統(tǒng)的傳輸速率和容量。在激光傳感系統(tǒng)和空間激光通信系統(tǒng)中，由于信號到達接收端時功率極小，需要利用相干檢測技術提高接收端的探測靈敏度。相關干檢測只有窄線寬激光器能實現(xiàn)。目前這些領域都需要線寬保持在幾khz到幾百hz，目前外腔結(jié)構窄線寬激光器可以更容易的達到，外腔結(jié)構中芯片為增益芯片。

2、傳統(tǒng)的增益芯片，主要依賴彎曲波導和增透膜降低反射率，消除諧振，抑制激射，從而產(chǎn)生寬譜的自發(fā)輻射光。隨著相干激光通信、激光傳感、空間激光通信的發(fā)展，對窄線寬激光器提出了新的要求：窄線寬激光器在保持現(xiàn)有的線寬下，出光功率需要進一步提升，基于上述要求，怎樣改進增益芯片的結(jié)構從而在現(xiàn)有的技術上進一步提高增益芯片的出光功率成為目前需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種半導體增益芯片。

2、根據(jù)本發(fā)明的實施例提供的一種半導體增益芯片，包括：依次層疊設置的n面金屬層、襯底、n型緩沖層、n型波導層、n型限制層、有源區(qū)、p型限制層、p型波導層、p型接觸層、p面電隔離層和p面金屬層；p型波導層的預設區(qū)域被制備為脊波導結(jié)構，脊波導結(jié)構包括直波導區(qū)域和斜波導區(qū)域，p型接觸層覆蓋脊波導結(jié)構和雙溝兩側(cè)的脊臺，p面電隔離層覆蓋脊波導結(jié)構兩側(cè)、雙溝與雙溝兩側(cè)的脊臺，p面金屬層覆蓋p型接觸層和p面電隔離層。

3、根據(jù)本發(fā)明的實施例，直波導區(qū)域和斜波導區(qū)域的兩側(cè)設置有三角形的側(cè)邊結(jié)構，側(cè)邊結(jié)構用于增加反射光在波導結(jié)構中光傳輸過程中的衍射損耗。

4、根據(jù)本發(fā)明的實施例，直波導區(qū)域的長度占半導體增益芯片的長度的1/2~2/3。

5、根據(jù)本發(fā)明的實施例，p面金屬層的材料包括ti/pt/au或者ti/au，厚度為200nm-500nm；n面金屬層包括augeni合金/au或者auge合金/au，厚度為200nm-500nm。

6、根據(jù)本發(fā)明的實施例，p面電隔離層的材料包括sinx或者siox，厚度為200nm-500nm。

7、根據(jù)本發(fā)明的實施例，p型接觸層的材料包括高摻雜的gaas或者inxga1-xas，摻雜濃度為1.5×1020cm-3-3×1020cm-3，厚度為100nm-200nm。

8、根據(jù)本發(fā)明的實施例，p型波導層的材料包括inp，厚度為1000nm-3000nm；n型波導層的材料為inxga1-xasyp1-y，厚度為50nm-300nm。

9、根據(jù)本發(fā)明的實施例，有源區(qū)的材料包括inxga1-xasyp1-y組成的量子阱/勢壘結(jié)構，厚度為10nm-30nm。

10、根據(jù)本發(fā)明的實施例，p型限制層和n型限制層的材料包括inxga1-xasyp1-y，厚度為20nm-100nm。

11、根據(jù)本發(fā)明的實施例，n型緩沖層的材料包括inp，厚度為50nm-200nm；襯底的材料包括inp。

12、本發(fā)明提供的半導體增益芯片，至少具有以下技術效果：

13、該半導體增益芯片通過將p型波導層的預設區(qū)域被制備為脊波導結(jié)構，脊波導結(jié)構包括直波導區(qū)域和斜波導區(qū)域，在直波導區(qū)域減少光傳輸過程中的傳輸損耗，增加芯片的出光功率。

14、在直波導區(qū)域和斜波導區(qū)域兩側(cè)增加三角形的側(cè)邊結(jié)構，在三角形的側(cè)邊結(jié)構中的反射光由于無法按照直線傳播產(chǎn)生衍射損耗，增加增益芯片光傳輸過程中的衍射損耗，減小芯片本身光振蕩，從而降低芯片反射率，抑制激射。由于增加了衍射損耗，減小芯片本身光振蕩，降低了增益芯片對增透膜層透過率的依賴。

15、通過合理設置直波導區(qū)域的長度，能夠進一步減少光傳輸過程中的傳輸損耗，增加芯片的出光功率。

技術特征：

1.一種半導體增益芯片，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述直波導區(qū)域和斜波導區(qū)域的兩側(cè)設置有三角形的側(cè)邊結(jié)構，所述側(cè)邊結(jié)構用于增加反射光在所述波導結(jié)構中光傳輸過程中的衍射損耗。

3.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述直波導區(qū)域的長度占所述半導體增益芯片的長度的1/2~2/3。

4.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述p面金屬層的材料包括ti/pt/au或者ti/au，厚度為200nm-500nm；

5.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述p面電隔離層的材料包括sinx或者siox，厚度為200nm-500nm。

6.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述p型接觸層的材料包括高摻雜的gaas或者inxga1-xas，摻雜濃度為1.5×1020cm-3-3×1020cm-3，厚度為100nm-200nm。

7.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述p型波導層的材料包括inp，厚度為1000nm-3000nm；

8.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述有源區(qū)的材料包括inxga1-xasyp1-y組成的量子阱/勢壘結(jié)構，厚度為10nm-30nm。

9.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述p型限制層和n型限制層的材料包括inxga1-xasyp1-y，厚度為20nm-100nm。

10.根據(jù)權利要求1所述的半導體增益芯片，其特征在于，所述n型緩沖層的材料包括inp，厚度為50nm-200nm；

技術總結(jié)
本發(fā)明提供一種半導體增益芯片，包括：依次層疊的N面金屬層、襯底、N型緩沖層、N型波導層、N型限制層、有源區(qū)、P型限制層、P型波導層、P型接觸層、P面電隔離層和P面金屬層；P型波導層的預設區(qū)域被制備為脊波導結(jié)構，包括直波導區(qū)域和斜波導區(qū)域，P型接觸層覆蓋脊波導結(jié)構和雙溝兩側(cè)的脊臺，P面電隔離層覆蓋脊波導結(jié)構兩側(cè)、雙溝與雙溝兩側(cè)的脊臺，P面金屬層覆蓋P型接觸層和P面電隔離層。直波導區(qū)域減少光傳輸過程中的傳輸損耗，增加芯片的出光功率。直波導區(qū)域和斜波導區(qū)域的兩側(cè)還設置三角形的側(cè)邊結(jié)構，側(cè)邊結(jié)構增加增益芯片光傳輸過程中的衍射損耗，減小光振蕩，從而降低芯片反射率，抑制激射。

技術研發(fā)人員：李韶杰,曹玉蓮,劉建國,劉澤秋,任夢涵
受保護的技術使用者：中國科學院半導體研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9