一种垂直腔半导体光放大器，光放大系统及制备方法

摘要

本发明公开了一种本发明所提供的一种垂直腔半导体光放大器，包括顶热沉、底热沉和至少两个光放大芯片；顶热沉和底热沉沿厚度方向相对设置，光放大芯片位于顶热沉和底热沉之间，至少两个光放大芯片沿厚度方向堆叠以固定连接；光放大芯片包括有源区，与底热沉相接触的光放大芯片为第一芯片，第一芯片还包括底腔镜；与顶热沉相接触的光放大芯片为第二芯片，第二芯片还包括顶腔镜。由于谐振腔的长度是由多个光放大芯片的厚度决定，使得该谐振腔的长度可以较长，从而当光线在谐振腔内振荡时可以有效减少谐振腔内光功率体密度，使得垂直腔半导体光放大器具有更高的光功率安全阈值。本发明还提供了一种光放大系统及制备方法，同样具有上述有益效果。

权利要求

1.一种垂直腔半导体光放大器，其特征在于，包括顶热沉、底热沉和至少两个光放大芯片；

所述顶热沉和所述底热沉沿厚度方向相对设置，所述光放大芯片位于所述顶热沉和所述底热沉之间，至少两个所述光放大芯片沿所述厚度方向堆叠以固定连接；

所述光放大芯片包括有源区、位于所述有源区朝向所述底热沉一侧的缓冲区、以及位于所述有源区朝向所述顶热沉一侧的阻挡区；任意相邻两个所述光放大芯片之间，朝向所述底热沉一侧的光放大芯片的阻挡区与朝向所述顶热沉一侧的光放大芯片的缓冲区相接触以固定连接；

与所述底热沉相接触的光放大芯片为第一芯片，所述第一芯片还包括位于所述第一芯片中有源区朝向所述底热沉一侧的底腔镜；与所述顶热沉相接触的光放大芯片为第二芯片，所述第二芯片还包括位于所述第二芯片中有源区朝向所述顶热沉一侧的顶腔镜；

所述阻挡区为衬底去除工艺的截止区域。

2.根据权利要求1所述的垂直腔半导体光放大器，其特征在于，所述底腔镜位于所述第一芯片中有源区朝向所述底热沉一侧表面，所述第一芯片的缓冲区位于所述底腔镜朝向所述底热沉一侧表面，所述底热沉与所述第一芯片的缓冲区固定连接；所述顶腔镜位于所述第二芯片中有源区朝向所述顶热沉一侧表面，所述第二芯片的阻挡区位于所述顶腔镜朝向所述顶热沉一侧表面，所述顶热沉与所述第二芯片的阻挡区固定连接。

3.根据权利要求2所述的垂直腔半导体光放大器，其特征在于，所述底腔镜与所述顶腔镜均为布拉格反射镜。

4.根据权利要求1所述的垂直腔半导体光放大器，其特征在于，所述底热沉的材质为非金属材料，所述底热沉与所述第一芯片相互键合以固定连接。

5.根据权利要求1所述的垂直腔半导体光放大器，其特征在于，所述底热沉的材质为金属材料，所述底热沉与所述第一芯片相互焊接以固定连接。

6.根据权利要求1所述的垂直腔半导体光放大器，其特征在于，所述顶热沉的材质为非金属材料，所述顶热沉与所述第二芯片相互键合以固定连接。

7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的垂直腔半导体光放大器，其特征在于，所述光放大芯片任一所述有源区对应同一增益光波长。

8.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的垂直腔半导体光放大器，其特征在于，所述光放大芯片任一所述有源区对应的增益光波长均不相同。

9.一种垂直腔半导体光放大系统，其特征在于，包括信号光源，泵浦光源以及如权利要求1至8任一项权利要求所述的垂直腔半导体光放大器；所述信号光源所产生的信号光以及所述泵浦光源所产生的泵浦光均照射至所述垂直腔半导体光放大器中的所述有源区。

10.一种垂直腔半导体光放大器的制备方法，其特征在于，包括：

在底热沉表面固定连接光放大芯片中的第一芯片；所述光放大芯片包括有源区、位于所述有源区朝向所述底热沉一侧的缓冲区、位于所述有源区背向所述底热沉一侧的阻挡区、以及位于所述阻挡区背向所述底热沉一侧表面的衬底；所述第一芯片还包括位于所述第一芯片中有源区朝向所述底热沉一侧的底腔镜；所述阻挡区为衬底去除工艺的截止区域；

去除所述衬底；

在所述第一芯片背向所述底热沉一侧表面沿所述光放大芯片的厚度方向依次堆叠设置所述光放大芯片，并在设置任一所述光放大芯片之后，去除当前固定连接的光放大芯片的衬底；任意相邻两个所述光放大芯片之间，朝向所述底热沉一侧的光放大芯片的阻挡区与背向所述底热沉一侧的光放大芯片的缓冲区相接触以固定连接；所述光放大芯片中距离所述底热沉最远的光放大芯片为第二芯片，所述第二芯片还包括位于所述第二芯片中有源区背向所述底热沉一侧的顶腔镜；

在所述第二芯片背向所述底热沉一侧表面设置顶热沉，以制成所述垂直腔半导体光放大器。

说明书

一种垂直腔半导体光放大器，光放大系统及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光放大器技术领域，特别是涉及一种垂直腔半导体光放大器、一种垂直腔半导体光放大系统及一种垂直腔半导体光放大器的制备方法。

背景技术

[0002] 垂直腔半导体光放大器不仅具有传统边发射半导体光放大器体积小、重量轻等优点，而且还具有输出圆对称光斑易于光纤耦合等天然优势，具有很好的应用前景。但是在现有技术中，垂直腔半导体光放大器的光功率安全阈值较低。所以如何提高半导体光放大器的光功率安全阈值是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种垂直腔半导体光放大器，具有较高的光功率安全阈值；本发明的另一目的在于提供一种垂直腔半导体光放大系统，具有较高的光功率安全阈值；
本发明的另一目的在于提供一种垂直腔半导体光放大器的制备方法，所制备而成的垂直腔半导体光放大器具有较高的光功率安全阈值。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种垂直腔半导体光放大器，包括顶热沉、底热沉和至少两个光放大芯片；

[0005] 所述顶热沉和所述底热沉沿厚度方向相对设置，所述光放大芯片位于所述顶热沉和所述底热沉之间，至少两个所述光放大芯片沿所述厚度方向堆叠以固定连接；

[0006] 所述光放大芯片包括有源区、位于所述有源区朝向所述底热沉一侧的缓冲区、以及位于所述有源区朝向所述顶热沉一侧的阻挡区；任意相邻两个所述光放大芯片之间，朝向所述底热沉一侧的光放大芯片的阻挡区与朝向所述顶热沉一侧的光放大芯片的缓冲区相接触以固定连接；

[0007] 与所述底热沉相接触的光放大芯片为第一芯片，所述第一芯片还包括位于所述第一芯片中有源区朝向所述底热沉一侧的底腔镜；与所述顶热沉相接触的光放大芯片为第二芯片，所述第二芯片还包括位于所述第二芯片中有源区朝向所述顶热沉一侧的顶腔镜。

[0008] 可选的，所述底腔镜位于所述第一芯片中有源区朝向所述底热沉一侧表面，所述第一芯片的缓冲区位于所述底腔镜朝向所述底热沉一侧表面，所述底热沉与所述第一芯片的缓冲区固定连接；所述顶腔镜位于所述第二芯片中有源区朝向所述顶热沉一侧表面，所述第二芯片的阻挡区位于所述顶腔镜朝向所述顶热沉一侧表面，所述顶热沉与所述第二芯片的阻挡区固定连接。

[0009] 可选的，所述底腔镜与所述顶腔镜均为布拉格反射镜。

[0010] 可选的，所述底热沉的材质为非金属材料，所述底热沉与所述第一芯片相互键合以固定连接。

[0011] 可选的，所述底热沉的材质为金属材料，所述底热沉与所述第一芯片相互焊接以固定连接。

[0012] 可选的，所述顶热沉的材质为非金属材料，所述顶热沉与所述第二芯片相互键合以固定连接。

[0013] 可选的，所述光放大芯片任一所述有源区对应同一增益光波长。

[0014] 可选的，所述光放大芯片任一所述有源区对应的增益光波长均不相同。

[0015] 本发明还提供了一种垂直腔半导体光放大系统，包括信号光源，泵浦光源以及如权利要求1至8任一项权利要求所述的垂直腔半导体光放大器；所述信号光源所产生的信号光以及所述泵浦光源所产生的泵浦光均照射至所述垂直腔半导体光放大器中的所述有源区。

[0016] 本发明还提供了一种垂直腔半导体光放大器的制备方法，包括：

[0017] 在底热沉表面固定连接光放大芯片中的第一芯片；所述光放大芯片包括有源区、位于所述有源区朝向所述底热沉一侧的缓冲区、位于所述有源区背向所述底热沉一侧的阻挡区、以及位于所述阻挡区背向所述底热沉一侧表面的衬底；所述第一芯片还包括位于所述第一芯片中有源区朝向所述底热沉一侧的底腔镜；

[0018] 去除所述衬底；

[0019] 在所述第一芯片背向所述底热沉一侧表面沿所述光放大芯片的厚度方向依次堆叠设置所述光放大芯片，并在设置任一所述光放大芯片之后，去除当前固定连接的光放大芯片的衬底；任意相邻两个所述光放大芯片之间，朝向所述底热沉一侧的光放大芯片的阻挡区与背向所述底热沉一侧的光放大芯片的缓冲区相接触以固定连接；所述光放大芯片中距离所述底热沉最远的光放大芯片为第二芯片，所述第二芯片还包括位于所述第二芯片中有源区背向所述底热沉一侧的顶腔镜；

[0020] 在所述第二芯片背向所述底热沉一侧表面设置顶热沉，以制成所述垂直腔半导体光放大器。

[0021] 本发明所提供的一种垂直腔半导体光放大器，包括顶热沉、底热沉和至少两个光放大芯片；顶热沉和底热沉沿厚度方向相对设置，光放大芯片位于顶热沉和底热沉之间，至少两个光放大芯片沿厚度方向堆叠以固定连接；光放大芯片包括有源区，与底热沉相接触的光放大芯片为第一芯片，第一芯片还包括位于第一芯片中有源区朝向底热沉一侧的底腔镜；与顶热沉相接触的光放大芯片为第二芯片，第二芯片还包括位于第二芯片中有源区朝向顶热沉一侧的顶腔镜。

[0022] 由于顶腔镜与底腔镜之间谐振腔的长度是由多个光放大芯片的厚度决定，相应的每块光放大芯片中各个结构的厚度可以较低，从而在生长制备光放大芯片时可以保证每块光放大芯片的缺陷较少；同时由于顶腔镜与底腔镜之间谐振腔的长度是由多个光放大芯片的厚度决定，不受生长工艺干扰，使得该谐振腔的长度可以较长，从而当光线在谐振腔内振荡时可以有效减少谐振腔内光功率体密度，在材料损伤阈值预定的情况下，增加了腔体内光功率安全阈值，使得垂直腔半导体光放大器具有更高的光功率安全阈值。

[0023] 本发明还提供了一种垂直腔半导体光放大系统及一种垂直腔半导体光放大器的制备方法，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

[0024] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0025] 图1为本发明实施例所提供的一种垂直腔半导体光放大器的结构示意图；

[0026] 图2为图1中光放大芯片的结构示意图；

[0027] 图3为图1中第一芯片的结构示意图；

[0028] 图4为图1中第二芯片的结构示意图；

[0029] 图5至图9为本发明实施例所提供的一种垂直腔半导体光放大器制备方法的工艺流程图。

[0030] 图中：1.底热沉、2.顶热沉、3.光放大芯片、31.第一芯片、32.第二芯片、4.有源区、5.缓冲区、6.阻挡区、7.底腔镜、8.顶腔镜、9.衬底。

具体实施方式

[0031] 本发明的核心是提供一种垂直腔半导体光放大器。在现有技术中，垂直腔半导体光放大器仅由一光放大芯片构成，即垂直腔半导体光放大器内谐振腔的顶腔镜以及底腔镜之间通常只设置有一个有源区。为了增加谐振腔的长度，就需要制备厚度较厚的光放大芯片，但是在生长工艺中，厚度越厚，其中缺陷的积累就越多；同时由于生长工艺的限制，无法有效增加谐振腔的长度，从而导致谐振腔内光功率体密度较高，使得直腔半导体光放大器的光功率安全阈值较低。

[0032] 而本发明所提供的一种垂直腔半导体光放大器，包括顶热沉、底热沉和至少两个光放大芯片；顶热沉和底热沉沿厚度方向相对设置，光放大芯片位于顶热沉和底热沉之间，至少两个光放大芯片沿厚度方向堆叠以固定连接；光放大芯片包括有源区，与底热沉相接触的光放大芯片为第一芯片，第一芯片还包括位于第一芯片中有源区朝向底热沉一侧的底腔镜；与顶热沉相接触的光放大芯片为第二芯片，第二芯片还包括位于第二芯片中有源区朝向顶热沉一侧的顶腔镜。

[0033] 由于顶腔镜与底腔镜之间谐振腔的长度是由多个光放大芯片的厚度决定，相应的每块光放大芯片中各个结构的厚度可以较低，从而在生长制备光放大芯片时可以保证每块光放大芯片的缺陷较少；同时由于顶腔镜与底腔镜之间谐振腔的长度是由多个光放大芯片的厚度决定，不受生长工艺干扰，使得该谐振腔的长度可以较长，从而当光线在谐振腔内振荡时可以有效减少谐振腔内光功率体密度，在材料损伤阈值预定的情况下，增加了腔体内光功率安全阈值，使得垂直腔半导体光放大器具有更高的光功率安全阈值。

[0034] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035] 请参考图1，图2，图3以及图4，图1为本发明实施例所提供的一种垂直腔半导体光放大器的结构示意图；图2为图1中光放大芯片的结构示意图；图3为图1中第一芯片的结构示意图；图4为图1中第二芯片的结构示意图。

[0036] 参见图1，在本发明实施例中，光放大器包括顶热沉2、底热沉1和至少两个光放大芯片3；所述顶热沉2和所述底热沉1沿厚度方向相对设置，所述光放大芯片3位于所述顶热沉2和所述底热沉1之间，至少两个所述光放大芯片3沿所述厚度方向堆叠以固定连接；所述光放大芯片3包括有源区4、位于所述有源区4朝向所述底热沉1一侧的缓冲区5、以及位于所述有源区4朝向所述顶热沉2一侧的阻挡区6；任意相邻两个所述光放大芯片3之间，朝向所述底热沉1一侧的光放大芯片3的阻挡区6与朝向所述顶热沉2一侧的光放大芯片3的缓冲区5相接触以固定连接；与所述底热沉1相接触的光放大芯片3为第一芯片31，所述第一芯片31还包括位于所述第一芯片31中有源区4朝向所述底热沉1一侧的底腔镜7；与所述顶热沉2相接触的光放大芯片3为第二芯片32，所述第二芯片32还包括位于所述第二芯片32中有源区4朝向所述顶热沉2一侧的顶腔镜8。

[0037] 上述顶热沉2和底热沉1均用于光放大芯片3的散热，该顶热沉2以及底热沉1可以将光放大芯片3工作时所产生的废热导出光放大芯片3，以保证光放大器工作在合适的温度范围内。在本发明实施例中，顶热沉2以及底热沉1需要沿厚度方向相对设置，而下述的光放大器会在顶热沉2与底热沉1之间沿厚度方向堆叠设置。此时本发明实施例所提供的垂直腔半导体光放大器整体呈类三明治型结构，仅有一个光放大芯片3与底热沉1相接触，同时也仅有一个光放大芯片3与顶热沉2相接触。有关顶热沉2和底热沉1的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

[0038] 参见图2，在本发明实施例中，任一光放大芯片3均位于顶热沉2和底热沉1之间，光放大芯片3均包括有源区4、位于所述有源区4朝向所述底热沉1一侧的缓冲区5、以及位于所述有源区4朝向所述顶热沉2一侧的阻挡区6。上述有源区4用于提供对外部信号光的光增益，外部输入的泵浦光以及信号光均会传输至有源区4，信号光在有源区4中可以抽取泵浦光的能量以对信号光实现光增益。上述有源区4的具体结构可以是量子阱等结构，有关有源区4的具体结构以及具体材料可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

[0039] 上述有源区4的相对两侧分别生长有缓冲区5以及阻挡区6，上述缓冲区5和阻挡区6用于保护有源区4，使得有源区4不易受到损坏。上述阻挡区6还主要用于作为衬底去除工艺的截止区域，以保证在衬底去除工艺中保护有源区4免受物理和化学损伤以及防止有源区4氧化，有关衬底去除工艺的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。同时，该阻挡区6还会提供该光放大芯片3与其余光放大芯片3之间的连接界面。

[0040] 上述缓冲区5还主要用于提供与其他部件的连接界面，以实现光放大芯片3的固定连接。由于在本发明实施例中，任意相邻两个所述光放大芯片3之间，朝向所述底热沉1一侧的光放大芯片3的阻挡区6与朝向所述顶热沉2一侧的光放大芯片3的缓冲区5相接触以固定连接。为了减少制备工艺中在相邻光放大芯片3之间引入材料缺陷，保证光放大器具有较高的质量，相邻两个光放大芯片3之间的缓冲区5以及阻挡区6的晶格建议相互匹配，以减少缓冲区5和阻挡区6之间界面的缺陷。有关上述晶格相互匹配的具体程度可以视具体情况而定，在此不做具体限定。当缓冲区5的晶格和阻挡区6的晶格严格匹配可以实现原子力键合时，放大芯片3之间的粘合力最好热导率最高。需要说明的是，在本发明实施例中阻挡区6主要起保护作用，在衬底去除工艺中保护有源区4不受到损伤；而缓冲区5主要用于减少连接界面所产生的位错。有关缓冲区5以及阻挡区6的具体结构以及具体材质可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

[0041] 参见图3以及图4，在本发明实施例中，在底热沉1与顶热沉2之间沿厚度方向堆叠有多个光放大芯片3，而相邻光放大芯片3之间朝向底热沉1一侧光放大芯片3的阻挡区6与朝向顶热沉2一侧的光放大芯片3的缓冲区5相互键合以固定连接，而与底热沉1相接触的光放大芯片3在本发明实施例中为第一芯片31，与顶热沉2相接触的光放大芯片3在本发明实施例中为第二芯片32，而在第一芯片31与第二芯片32之间的光放大芯片3在本发明实施例中通常称为中间芯片。上述第一芯片31会与底热沉1固定连接，而第二芯片32会与顶热沉2固定连接。上述第一芯片31还包括位于第一芯片31中有源区4朝向底热沉1一侧的底腔镜7，而第二芯片32还包括位于第二芯片32中有源区4朝向顶热沉2一侧的顶腔镜8，而由底腔镜7、顶腔镜8及其之间各有源区4在光放大器中构成一增益谐振腔，从外界输入的信号光会在该增益谐振腔内振荡放大，其中有源区4用于提供对信号光的光增益。

[0042] 具体的，上述底腔镜7通常位于第一芯片31中有源区4朝向底热沉1一侧表面，而第一芯片31的缓冲区5位于底腔镜7朝向底热沉1一侧表面，底热沉1与第一芯片31的缓冲区5固定连接。此时，上述第一芯片31的缓冲区5还起到保护底腔镜7的作用。由于上述底热沉1通常与第一芯片31的缓冲区5固定连接，当底热沉1具体是与第一芯片31的缓冲区5直接键合时，该第一芯片31的缓冲区5的晶格建议与底热沉1的晶格相互匹配。有关上述晶格相互匹配的具体程度可以视具体情况而定，在此不做具体限定。当第一芯片31的缓冲区5的晶格和底热沉1的晶格严格匹配可以实现原子力键合时，第一芯片31与底热沉1之间的粘合力最好热导率最高。

[0043] 上述顶腔镜8通常位于第二芯片32中有源区4朝向顶热沉2一侧表面，第二芯片32的阻挡区6位于顶腔镜8朝向顶热沉2一侧表面，顶热沉2与所述第二芯片32的阻挡区6固定连接。此时，上述第二芯片32的阻挡区6还起到保护顶腔镜8的作用。由于上述顶热沉2通常与第二芯片32的阻挡区6固定连接，当顶腔镜8具体是与第二芯片32的阻挡区6直接键合时，该第二芯片32的阻挡区6的晶格需要与顶热沉2的晶格相互匹配。有关上述晶格相互匹配的具体程度可以视具体情况而定，在此不做具体限定。当第二芯片32的阻挡区6的晶格和顶热沉2的晶格严格匹配可以实现原子力键合时，第二芯片32与顶热沉2之间的粘合力最好热导率最高。

[0044] 需要说明的是，在本发明实施例中垂直腔半导体光放大器中第一芯片31包括缓冲区5、底腔镜7、有源区4以及阻挡区6；第二芯片32包括缓冲区5、有源区4、顶腔镜8以及阻挡区6；中间芯片包括缓冲区5、有源区4以及阻挡区6。

[0045] 在本发明实施例中，上述底腔镜7与顶腔镜8通常均为布拉格反射镜，即底腔镜7的结构以及顶腔镜8的结构通常均为布拉格反射镜结构。有关布拉格反射镜的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。在本发明实施例中使用布拉格反射镜作为底腔镜7以及顶腔镜8可以使得底腔镜7和顶腔镜8对光具有很高的反射率，同时便于将底腔镜7集成在第一芯片31中，并将顶腔镜8集成在第二芯片32中。

[0046] 本发明实施例所提供的一种垂直腔半导体光放大器，包括顶热沉2、底热沉1和至少两个光放大芯片3；顶热沉2和底热沉1沿厚度方向相对设置，光放大芯片3位于顶热沉2和底热沉1之间，至少两个光放大芯片3沿厚度方向堆叠以固定连接；光放大芯片3包括有源区4，与底热沉1相接触的光放大芯片3为第一芯片31，第一芯片31还包括位于第一芯片31中有源区4朝向底热沉1一侧的底腔镜7；与顶热沉2相接触的光放大芯片3为第二芯片32，第二芯片32还包括位于第二芯片32中有源区4朝向顶热沉2一侧的顶腔镜8。

[0047] 由于顶腔镜8与底腔镜7之间谐振腔的长度是由多个光放大芯片3的厚度决定，相应的每块光放大芯片3中各个结构的厚度可以较低，从而在生长制备光放大芯片3时可以保证每块光放大芯片3的缺陷较少；同时由于顶腔镜8与底腔镜7之间谐振腔的长度是由多个光放大芯片3的厚度决定，不受生长工艺干扰，使得该谐振腔的长度可以较长，从而当光线在谐振腔内振荡时可以有效减少谐振腔内光功率体密度，在材料损伤阈值预定的情况下，增加了腔体内光功率安全阈值，使得垂直腔半导体光放大器具有更高的光功率安全阈值。

[0048] 有关本发明所提供的一种垂直腔半导体光放大器的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

[0049] 区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对垂直腔半导体光放大器的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

[0050] 在本发明实施例中，所述底热沉1的材质可以为非金属材料，所述底热沉1与所述第一芯片31相互键合以固定连接。当外界的泵浦光具体是通过背照式或透射式的泵浦方式照射至有源区4时，上述底热沉1通常需要具有一定的透光性，相应的上述底热沉1的材质通常选用如金刚石、氮化铝等高导热非金属材料，相应的上述底热沉1与第一芯片31之间会采用材料键合工艺固定连接。有关材料键合工艺的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

[0051] 在本发明实施例中，所述底热沉1的材质还可以为金属材料，所述底热沉1与所述第一芯片31相互焊接以固定连接。当外界的泵浦光具体是通过反射式的泵浦方式照射至有源区4时，上述底热沉1的材质通常选用如钨铜、无氧铜等高导热金属材料以增加底热沉1的散热性，相应的上述底热沉1与第一芯片31之间会采用焊接工艺固定连接。有关焊接工艺的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

[0052] 在本发明实施例中，所述顶热沉2的材质可以为非金属材料，所述顶热沉2与所述第二芯片32相互键合以固定连接。为了便于泵浦光以及信号光的注入，上述顶热沉2通常需要具有一定的透光性，相应的该顶热沉2的材质通常选用如金刚石等高导热非金属材料，相应的上述顶热沉2与第二芯片32之间会采用材料键合工艺固定连接。有关材料键合工艺的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

[0053] 作为优选的，在本发明实施例中，所述光放大芯片3任一所述有源区4对应同一增益光波长；即此时整个光放大器中各个有源区4均会对同一波长的信号光进行光增益。相比于现有技术中仅设置单一有源区4，由于本发明实施例所提供的光放大器具有多个有源区4，此时可以实现对单波长信号光更高的增益水平以及更高的饱和输出光功率。

[0054] 作为优选的，在本发明实施例中，所述光放大芯片3任一所述有源区4对应的增益光波长均不相同；即此时整个光放大器中各个有源区4会对不同波长的信号光进行光增益，此时整个光放大器可以对多种波长的信号光进行光增益，即此时整个光放大器可以具有非常宽的增益谱带宽。

[0055] 需要说明的是，在本发明实施例中可以将上述两种情况混合设置，即将一部分有源区4设置为可以对同一光波长进行光增益，而将另一部分有源区4设置为可以对不同光波长进行光增益，从而可以使得光放大器同时具有更高的增益水平、更高的饱和输出光功率以及更宽的增益谱带宽，使得光放大器具有更广阔的应用价值。

[0056] 本发明实施例所提供的一种垂直腔半导体光放大器，当光放大芯片3任一有源区4对应同一增益光波长时，可以实现对单波长信号光更高的增益水平以及更高的饱和输出光功率；当光放大芯片3任一有源区4对应的增益光波长均不相同时，可以实现整个光放大器具有非常宽的增益谱带宽。

[0057] 本发明还提供了一种垂直腔半导体光放大系统，包括信号光源，泵浦光源以及如上述任一发明实施例所提供的垂直腔半导体光放大器，其中，所述信号光源所产生的信号光以及所述泵浦光源所产生的泵浦光均照射至所述垂直腔半导体光放大器中的有源区4。有关垂直腔半导体光放大系统的其余结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

[0058] 由于上述发明实施例所提供的垂直腔半导体光放大器具有更高的光功率安全阈值，从而使得本发明实施例所提供的垂直腔半导体光放大系统同样具有较高的光功率安全阈值，有效增加垂直腔半导体光放大系统的可靠性。

[0059] 下面对本发明实施例所提供的一种垂直腔半导体光放大器的制备方法进行介绍，下文描述的制备方法与上述描述的垂直腔半导体光放大器的结构可以相互对应参照。

[0060] 请参考图5至图9，图5至图9为本发明实施例所提供的一种垂直腔半导体光放大器制备方法的工艺流程图。

[0061] 参见图5，在本发明实施例中，所述垂直腔半导体光放大器的制备方法包括：

[0062] S101：在底热沉表面固定连接光放大芯片中的第一芯片。

[0063] 参见图6，在本发明实施例中，所述光放大芯片3包括有源区4、位于所述有源区4朝向所述底热沉1一侧的缓冲区5、位于所述有源区4背向所述底热沉1一侧的阻挡区6、以及位于所述阻挡区6背向所述底热沉1一侧表面的衬底9；所述第一芯片31还包括位于所述第一芯片31中有源区4朝向所述底热沉1一侧的底腔镜7。

[0064] 有关光放大芯片3、第一芯片31以及底热沉1的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。有关底热沉1与第一芯片31之间具体的连接关系同样以在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，光放大芯片3还包括沉底，即上述阻挡区6、有源区4以及缓冲区5均在沉底表面依次生长制备而成。具体的，上述阻挡区6会设置在衬底9表面，而有源区4设置在阻挡区6背向沉底一侧、缓冲区5设置在有源区4背向沉底一侧。而对于第一芯片31而言，底腔镜7位于有源区4背向沉底一侧，该底腔镜7通常位于缓冲区5与有源区4之间；即第一芯片31的衬底9表面通常依次设置有阻挡区6、有源区4、底腔镜7以及缓冲区5。

[0065] 在本步骤中，会将第一芯片31与底热沉1固定连接。当底热沉1为非金属材料时，通常是通过材料键合工艺将底热沉1与第一芯片31，通常是与第一芯片31的缓冲区5相互键合以固定连接；而当底热沉1为金属材料时，通常是通过焊接工艺将底热沉1与第一芯片31的缓冲区5相互焊接以固定连接。当然，根据底热沉1材料种类的不同，还可以通过其他工艺将底热沉1与第一芯片31固定连接，有关其具体的连接工艺在本步骤中不做具体限定。

[0066] S102：去除衬底。

[0067] 参见图7，在本步骤中，通常会通过衬底去除工艺将第一芯片31的衬底9去除，该衬底去除工艺会截止到第一芯片31的阻挡区6，即阻挡区6为衬底去除工艺的截止区。在本步骤之后，通常会将暴露的阻挡区6表面清洁干净，以便后续键合光放大芯片3以及顶热沉2。

[0068] S103：在第一芯片背向底热沉一侧表面沿光放大芯片的厚度方向依次堆叠设置光放大芯片，并在设置任一光放大芯片之后，去除当前固定连接的光放大芯片的衬底。

[0069] 参见图8，在本发明实施例中，任意相邻两个所述光放大芯片3之间，朝向所述底热沉1一侧的光放大芯片3的阻挡区6与背向所述底热沉1一侧的光放大芯片3的缓冲区5相接触以固定连接；所述光放大芯片3中距离所述底热沉1最远的光放大芯片3为第二芯片32，所述第二芯片32还包括位于所述第二芯片32中有源区4背向所述底热沉1一侧的顶腔镜8。

[0070] 有关光放大芯片3之间具体的连接关系已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本步骤中，会在第一芯片31背向底热沉1一侧依次键合光放大芯片3以实现光放大芯片3沿厚度方向堆叠设置。具体的，会在键合任一光放大芯片3时，将光放大芯片3的缓冲区5键合至前一光放大芯片3的阻挡区6，并在键合任一光放大芯片3之后，通过衬底去除工艺将当前键合的光放大芯片3的衬底9去除。

[0071] 其中，沿厚度方向依次键合的最后一个光放大芯片3为第二芯片32，有关第二芯片32的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。上述顶腔镜8通常位于第二芯片32中有源区4与阻挡区6之间，即第二芯片32的衬底9表面依次设置有阻挡区6、顶腔镜8、有源区4以及缓冲区5。

[0072] 在本发明实施例中，去除衬底9后可以降低光放大芯片3的厚度，有利于高效率的泵浦光输入以及信号光的振荡放大过程；同时由于芯片衬底9去除后垂直腔半导体光放大器的整体厚度得到了控制，有利于实现光放大器垂直方向的高热导率，从而便于底热沉1以及顶热沉2将有源区4工作时产生的废热导出光放大芯片3，保证光放大器工作在适合的温度。

[0073] S104：在第二芯片背向底热沉一侧表面设置顶热沉，以制成垂直腔半导体光放大器。

[0074] 参见图9，有关顶热沉2的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本步骤中，由于顶热沉2通常为非金属材料，相应的该顶热沉2通常是通过材料键合工艺与第二芯片32，通常是与第二芯片32的阻挡区6相互键合以固定连接。当然，根据顶热沉2材料种类的不同，还可以通过其他工艺将顶热沉2与第二芯片32固定连接，有关其具体的连接工艺在本步骤中不做具体限定。

[0075] 本发明实施例所提供的一种垂直腔半导体光放大器的制备方法，去除衬底9后可以降低光放大芯片3的厚度，有利于高效率的泵浦光输入以及信号光的振荡放大过程；同时由于芯片衬底9去除后垂直腔半导体光放大器的整体厚度得到了控制，有利于实现光放大器垂直方向的高热导率，从而便于底热沉1以及顶热沉2将有源区4工作时产生的废热导出光放大芯片3，保证光放大器工作在适合的温度。

[0076] 同时所制备而成的垂直腔半导体光放大器中，由于顶腔镜8与底腔镜7之间谐振腔的长度是由多个光放大芯片3的厚度决定，相应的每块光放大芯片3中各个结构的厚度可以较低，从而在生长制备光放大芯片3时可以保证每块光放大芯片3的缺陷较少；同时由于顶腔镜8与底腔镜7之间谐振腔的长度是由多个光放大芯片3的厚度决定，不受生长工艺干扰，使得该谐振腔的长度可以较长，从而当光线在谐振腔内振荡时可以有效减少谐振腔内光功率体密度，在材料损伤阈值预定的情况下，增加了腔体内光功率安全阈值，使得垂直腔半导体光放大器具有更高的光功率安全阈值。

[0077] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

[0078] 专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

[0079] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

[0080] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0081] 以上对本发明所提供的一种垂直腔半导体光放大器、一种垂直腔半导体光放大系统及一种垂直腔半导体光放大器的制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。