半导体光放大器的MOCVD外延生长工艺研究

摘要

半导体光放大器（SOA）是未来全光网中十分重要的光有源器件，无论是在光信号处理、光通信网络，还是在生物医学光子学、光传感等领域都具有广泛的应用前景，尤其是对现有光纤网络在1.3μm波段扩容具有重要的意义。在光纤通信系统中，作为未来全光网络中的关键光子器件以及光子集成（PIC）和光电子集成（OEIC）中的重要功能单元，半导体光放大器也将发挥越来越重要的作用。
　　 高增益、高饱和输出功率、偏振无关性是光网络对半导体光放大器提出的基本要求。为提高半导体光放大器的性能并增加其与其它光电子器件集成的灵活性，偏振相关性是亟待解决的问题之一，半导体能带工程的发展使得偏振无关的增益可以通过采用应变量子阱结构来实现。本论文从理论上分析了应变的引入对低维量子材料能带结构的影响，并设计了4C3T（C和T分别代表压应变量子阱和张应变量子阱）的InGaAsP/InP混合应变多量子阱结构来实现增益的偏振不相关性。
　　 本论文采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备对体材料，压应变、张应变和混合应变量子阱结构材料进行了生长，并通过电化学电容电压剖析仪（ECV）、光荧光谱仪（PL）和X射线双晶衍射仪（XRD）等仪器对生长的外延材料进行了测试分析，最终为器件的制作提供了高质量的外延材料。
　　 量子点半导体光放大器具有高微分增益、高饱和输出功率、超快的增益恢复时间等优点，可以实现对高速率光信号无码型效应的光放大和信号处理。本论文在InAs/GaAs量子点方面做了理论分析和工艺生长。通过控制MOCVD反应室的压力，调整外延层的生长温度、生长厚度、V/III比进行了InAs/GaAs量子点的外延工艺生长，并采用原子力显微镜（AFM）对生长结果进行了测试分析，得到了较好均匀性和较高密度分布的量子点。