全文摘要
一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，包括基板、分布式反馈‑多量子阱、电吸收‑多量子阱、光栅层、电隔离区和包层；基板的上表面并排设置有分布式反馈‑多量子阱和电吸收‑多量子阱，分布式反馈‑多量子阱的末端和电吸收‑多量子阱的首端相接；反馈‑多量子阱和电吸收‑多量子阱的上表面设置有光栅层，光栅层上方沉积设置有包层；包层上刻蚀设置有电隔离区；本实用新型实现了对信道切换间的窜扰的隔离。本实用新型芯片的可关断功率可以达到‑20dBm～‑60dBm，满足光信号隔离要求。
主设计要求
1.一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，包括基板(10)、分布式反馈-多量子阱(11)、电吸收-多量子阱(12)、光栅层(14)、电隔离区(30)和包层(20)；基板(10)的上表面并排设置有分布式反馈-多量子阱(11)和电吸收-多量子阱(12)，分布式反馈-多量子阱(11)的末端和电吸收-多量子阱(12)的首端相接；分布式反馈-多量子阱(11)和电吸收-多量子阱(12)的上表面设置有光栅层(14)，光栅层(14)上方沉积设置有包层(20)；包层(20)上刻蚀设置有电隔离区(30)。
设计方案
1.一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，包括基板(10)、分布式反馈-多量子阱(11)、电吸收-多量子阱(12)、光栅层(14)、电隔离区(30)和包层(20)；基板(10)的上表面并排设置有分布式反馈-多量子阱(11)和电吸收-多量子阱(12)，分布式反馈-多量子阱(11)的末端和电吸收-多量子阱(12)的首端相接；分布式反馈-多量子阱(11)和电吸收-多量子阱(12)的上表面设置有光栅层(14)，光栅层(14)上方沉积设置有包层(20)；包层(20)上刻蚀设置有电隔离区(30)。
2.根据权利要求1所述的一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，电隔离区(30)为凹槽状，电隔离区(30)的宽度为20um～100um。
3.根据权利要求1所述的一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，位于电隔离区(30)一侧的包层(20)上镀有分布式反馈区p-金属电极(40)，位于电隔离区(30)另一侧的包层(20)上镀有电吸收区p-金属电极(41)。
4.根据权利要求1所述的一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，分布式反馈-多量子阱(11)和电吸收-多量子阱(12)的中轴线位于同一水平面。
5.根据权利要求1所述的一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，基板(10)下表面镀有一层n-金属电极层(42)。
6.根据权利要求1所述的一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，分布式反馈区p-金属电极(40)一侧的端面设置有分布式反馈区高反射镀膜层(43)；电吸收区p-金属电极(41)一侧的端面设置有电吸收区抗反射镀膜层(44)。
7.根据权利要求6所述的一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，电吸收区抗反射镀膜层(44)反射率<1％；分布式反馈区高反射镀膜层(43)反射率>90％。
8.根据权利要求1所述的一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，其特征在于，包层(20)为InP包层；基板(10)为InP基板；光栅层(14)为分布式反馈激光器区均匀光栅层。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于半导体芯片结构技术领域，特别涉及一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构。
背景技术
连续可调激光器由于其快速容量可扩展性，是目前北美市场以太网和有线电视网络容量扩展的最佳方案，其核心是需要一个激光器可以发出不同信道的波长，且在不同信道之间切换时不产生相互窜扰。传统的做法是改变光栅区施加电压来改变谐振腔低损耗区所对应的波长来改变激光的波长(可调谐激光器)，但无法实现不同信道间的光隔离。并且此种可调谐激光器制造工艺复杂，调谐波长精度难于控制从而很难实现量产。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，以解决上述问题。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种可关断的连续调谐半导体激光器芯片结构，包括基板、分布式反馈-多量子阱、电吸收-多量子阱、光栅层、电隔离区和包层；基板的上表面并排设置有分布式反馈-多量子阱和电吸收-多量子阱，分布式反馈-多量子阱的末端和电吸收-多量子阱的首端相接；分布式反馈-多量子阱和电吸收-多量子阱的上表面设置有光栅层，光栅层上方沉积设置有包层；包层上刻蚀设置有电隔离区。
进一步的，电隔离区为凹槽状，电隔离区的宽度为20um～100um。
进一步的，位于电隔离区一侧的包层上镀有分布式反馈区p-金属电极，位于电隔离区另一侧的包层上镀有电吸收区p-金属电极。
进一步的，分布式反馈-多量子阱和电吸收-多量子阱的中轴线位于同一水平面。
进一步的，基板下表面镀有一层n-金属电极层。
进一步的，分布式反馈区p-金属电极一侧的端面设置有分布式反馈区高反射镀膜层；电吸收区p-金属电极一侧的端面设置有电吸收区抗反射镀膜层。
进一步的，电吸收区抗反射镀膜层反射率<1％；分布式反馈区高反射镀膜层反射率>90％。
进一步的，包层为InP包层；基板为InP基板；光栅层为分布式反馈激光器区均匀光栅层。
与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：
本实用新型芯片结构是分布式反馈区和电吸收区的集成，其主要表现在电吸收区的快速彻底的光信号吸收。具体为分布式反馈区进行光信号调制，并在电吸收区对信道切换期间不需要的光信号进行快速吸收关断。本实用新型芯片是在快速调制的分布式反馈激光器出光端集成光电开关，在切换信道时快速关断不稳定激光器调制信号，实现了对信道切换间的窜扰的隔离。本实用新型芯片的可关断功率可以达到-20dBm～-60dBm，满足光信号隔离要求。
本实用新型芯片分布式反馈-多量子阱和电吸收-多量子阱的中轴线位于同一水平面，这样可以使得激光从分布式反馈-多量子阱传输到电吸收-多量子阱时不会因为两者的水平轴错位而导致大量的光损耗与光反射。
本实用新型芯片电隔离区的宽度为20-100um，采用刻蚀或离子注入的方式形成，这样的宽度可以使分布式反馈激光器区与电吸收区实现可靠的电隔离，防止两个区域在高速调制时发生窜扰，影响传输特性。
附图说明
图1为可关断芯片结构顶视示意图；
图2-a为可关断芯片的光功率-电流曲线图；
图2-b为可关断芯片的光功率-电压曲线图；
图3-a为可关断芯片制作步骤一示意图；
图3-b为可关断芯片制作步骤二示意图；
图3-c为可关断芯片制作步骤三示意图；
图3-d为可关断芯片制作步骤四示意图；
图4为侧视图。
其中：10、基板，11、分布式反馈-多量子阱，12、电吸收-多量子阱，14、光栅层，20、包层，30、电隔离区，40、分布式反馈激光器区p-金属电极，41、电吸收区p-金属电极，42、n-金属电极层，43、分布式反馈激光器区高反射镀膜层，44、电吸收区抗反射镀膜层，100、分布式反馈激光器区，200、电吸收区。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明：
请参阅图1至图4，可关断的调制半导体激光器芯片包括基板10，基板10上端左侧设置有分布式反馈-多量子阱11，基板10上端右侧设置有电吸收-多量子阱12，分布式反馈-多量子阱11和电吸收-多量子阱12同轴，分布式反馈-多量子阱11的末端和电吸收-多量子阱12的首端相接，所述分布式反馈-多量子阱11和电吸收-多量子阱12的中轴线位于同一水平面，光栅层14上方沉积有InP包层20，包层20上面刻蚀凹槽，该凹槽为电隔离区30，电隔离区30的宽度为20um～100um，所述电隔离区30采用刻蚀或离子注入的方式形成，位于电隔离区30左侧的包层20上镀有分布式反馈区p-金属电极40，位于电隔离区30右侧的包层20上镀有电吸收区p-金属电极41，InP基板10下端面镀有一层n-金属电极层42，可关断芯片的左侧端面设置有分布式反馈区高反射镀膜层43，可关断芯片的右侧端面设置有电吸收区抗反射镀膜层44。本实用新型的芯片结构中的分布式反馈区与电吸收区的实用长度为：分布式反馈区域长度可为100um-300um调节，电吸收区域长度可为50um-200um调节。采用本结构，与传统直接调制激光器不同，高频信号施加在分布式反馈区进行高频调制，可通过设计半导体制冷器调整分布式反馈激光器芯片温度来实现波长的连续可调(芯片温度可为25℃-55℃调节)，在相邻信道间切换时利用量子限制斯塔克效应在电吸收区进行快速的光吸收，从而实现在分布式反馈区调制信号未稳定期间的光隔离。采用此结构芯片可以实现对信道切换期间窜扰的隔离，并使得制造工艺成本及复杂度降低，降低客户封装过程中的成本。
电吸区端面具有抗反射镀膜层44，端面反射率可以降到<1％；分布式反馈区端面具有高反射镀膜层43，端面反射率>90％。
本实用新型中的可关断芯片设计采用半导体制冷器温控技术，实现对芯片的温度控制，目的是实现通过温度调制光源波长。
一般直接调制芯片只能实现单一波长输出且无法实现不同信道见的光隔离。而本实用新型采用分布式反馈和电吸收集成的结构设计实现光波长的调谐的同时解决不同信道间的窜扰问题。本实用新型采用半导体制冷器技术对芯片进行温度控制，可通过温度实现调制光波长，并在电吸收区加负偏压对调制期不需要的光信号进行快速吸收，实现了不同信道间的信号隔离，防止窜扰。此设计极大降低了芯片制造工艺复杂度和成本，同时也为客户带来了封装成本的降低。如图2-a所示，可关断芯片的光功率曲线平直，这对芯片的可靠性和稳定性有很大的帮助。如图2-b所示，可关断芯片的电吸收区在加负偏压时，出光功率在随着负偏压的增大而减小，在-5V下吸收光功率可达到-25dBm。说明本实用新型设计可以完全满足光信号隔离的要求，达到可关断的指标要求。
可关断调制激光器芯片的制造流程示意图，包括以下四个步骤。
步骤一、参照图2-a，光栅制造步骤，目的是形成本实用新型中全衍射光栅，通过通用光刻技术及选择性刻蚀技术使得分布式反馈区光栅层14上形成均匀衍射光栅形状。
步骤二、参照图2-b，波导形成工艺，使用气相化学沉积的方法在光栅层14上方沉积InP包层20，然后使用通用的光刻技术与刻蚀技术，在晶圆表面制造出激光器波导。
步骤三、参照图2-c，电隔离区制造流程，使用通用的硬掩模技术与干法刻蚀技术，在包层20上面刻蚀凹槽，形成电隔离区30。
步骤四、参照图2-d，通过气相化学沉积的方法在波导表面沉积绝缘层，然后使用通用光刻及镀金技术在波导上方形成分布式反馈区p-金属电极40和电吸收区p-金属电极41。最后将InP基板10背面减薄抛光后镀上n-金属电极层42。之后再经过切割和镀膜工艺在芯片的两面形成分布式反馈区高反射镀膜层43与电吸收区抗反射镀膜层44。
至此可关断的电吸收调制激光器芯片制造完成。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920102072.5
申请日:2019-01-21
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:61(陕西)
授权编号:CN209233159U
授权时间:20190809
主分类号:H01S 5/12
专利分类号:H01S5/12;H01S5/06
范畴分类:38H;
申请人:陕西源杰半导体技术有限公司咸阳分公司
第一申请人:陕西源杰半导体技术有限公司咸阳分公司
申请人地址:712000 陕西省咸阳市西咸新区沣西新城总部经济园9号楼1311室
发明人:董延;李马惠;穆瑶;卫思逸;杨亚楠;任鹏强;伍成阳;韦盼;焦富翔
第一发明人:董延
当前权利人:陕西源杰半导体技术有限公司咸阳分公司
代理人:徐文权
代理机构:61200
代理机构编号:西安通大专利代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计