一種單片集成器件的制作方法及單片集成器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種單片集成器件的制作方法，包括：選擇一襯底；在襯底上外延生長多量子阱有源區(qū)；在多量子阱有源區(qū)上刻蝕光柵層和相位層，并對接生長無源波導層；在無源波導層上制作光柵；在多量子阱有源區(qū)上刻蝕電吸收調制區(qū)，并對接生長電吸收調制層；在多量子阱有源區(qū)、無源波導層、光柵和電吸收調制層上生長光限制脊波導層；在光限制脊波導層上生長電接觸層；在電接觸層上制作P電極；在襯底背面制作N電極；將經上述操作后的襯底解理成條狀且一端蒸鍍高反射膜、另一端蒸鍍抗反射薄膜，并解理成單個管芯，進行封裝。本發(fā)明提供的制作方法，能夠有效地解決了TWDM?PON的核心半導體光電子集成芯片和封裝技術的問題。
【專利說明】
一種單片集成器件的制作方法及單片集成器件
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及光電子器件技術領域，特別是指一種波長可調諧激光器、光放大器和點吸收調制器的單片集成器件制作方法，及使用該制作方法生成的單片集成器件。
【背景技術】
[0002]時分波分復用堆疊式光接入網絡(TWDM-PON)是在時分復用PON(TDM-PON)的基礎上通過波長堆疊構成的，由于其不需要改動已鋪設的光分配網(ODN)，在技術上與現(xiàn)有的EPON和GPON兼容，因此成為了下一代接入通信技術的主選技術方案。
[0003]TWDM-PON的系統(tǒng)網絡結構承襲自TDM-PON，光線路終端(0LT)仍然通過光分路器與所有光網絡單元(ONU)相連。但是上下行方向均提供若干波分復用(WDM)信道，共享同一個波長信道的多個ONU則按TDM方式工作，因此ONU的無色化即波長可調諧是TWDM-PON的關鍵技術之一，而為了提高網絡利用率，還必須引入波長的動態(tài)分配。進而得出，高速率、大功率、小型化、可集成的波長可調諧激光器將成為TWDM-PON的關鍵使能器件之一。
【發(fā)明內容】
[0004]有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N符合TWDM-PON系統(tǒng)要求、具備產業(yè)化能力的波長可調諧的高速調制、大功率輸出的激光單片集成芯片的制作方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施例提供技術方案如下:
[0006]—方面，提供一種單片集成器件的制作方法，包括:
[0007]選擇一襯底；
[0008]在所述襯底上外延生長多量子阱有源區(qū)；
[0009]在所述多量子阱有源區(qū)上刻蝕光柵層和相位層，并對接生長無源波導層；
[0010]在所述無源波導層上制作光柵；
[0011]在所述多量子阱有源區(qū)上刻蝕電吸收調制區(qū)，并對接生長電吸收調制層；
[0012]在所述多量子阱有源區(qū)、所述無源波導層、所述光柵和所述電吸收調制層上生長光限制脊波導層；
[0013]在所述光限制脊波導層上生長電接觸層；
[0014]在所述電接觸層上制作P電極；
[0015]在所述襯底背面制作N電極；
[0016]將經上述操作后的襯底解理成條狀且一端蒸鍍高反射膜、另一端蒸鍍抗反射薄膜，并解理成單個管芯，進行封裝。
[0017]優(yōu)選地，所述襯底為N型磷化銦，摻雜濃度為2*10~17?8*10~18cnf3。
[0018]優(yōu)選地，所述多量子阱有源區(qū)包括:
[0019]依次生長的緩沖層、下波導層、芯層以及上波導層。
[0020]優(yōu)選地，所述多量子阱有源區(qū)芯層的材料為銦鎵砷磷，其量子阱和皇的周期為6?9個周期，厚度為70?120nmo
[0021]優(yōu)選地，所述光柵為布拉格反饋式光柵，所述布拉格反饋式光柵的周期根據(jù)所述的該單片集成器件的發(fā)射中心波長所確定，其中，所述發(fā)射的中心波長范圍為1530?1570nmo
[0022]優(yōu)選地，所述光限制脊波導為單脊直波導，其寬度為1.8?3um。
[0023]優(yōu)選地，所述電吸收調制層端面上有一層介質膜，使所述電吸收調制層端面反射率在10~-8到5%。
[0024]優(yōu)選地，所述多量子阱有源區(qū)端面上有一層介質膜，使所述多量子阱有源區(qū)端面反射率在5%到99.99 %。
[0025]優(yōu)選地，所述將芯片解理成條狀且所述芯片的一端蒸鍍高反射膜、另一端蒸鍍抗反射薄膜，并解理成單個管芯，進行封裝，所述封裝為蝶形封裝。
[0026]另一方面，還提供了一種單片機成器件，包括:
[0027]電吸收調制器區(qū)，所述電吸收調制器區(qū)用以外調制光信號、與所述電吸收調制區(qū)相鄰的光放大區(qū)，所述光放大區(qū)用以放大光信號強度、與所述光放大區(qū)相鄰的光柵波長調諧區(qū)，所述光柵波長調諧區(qū)用以調諧光信號波長、與所述光柵波長調諧區(qū)相鄰的相區(qū)，所述相區(qū)用以腔內激射光的相位匹配，以及與所述相區(qū)相鄰的增益區(qū)，所述增益區(qū)用以產生激光。
[0028]本發(fā)明的實施例具有以下有益效果:
[0029]上述方案中，采用本發(fā)明提供的單片機成器件的制作方法及單片集成器件，其DBR(Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射激光器又稱波長可調諧激光器)部分提供連續(xù)光信號，只負責調制波長，不負責調制信號帶寬，進而增加了工作穩(wěn)定性和多用途性。由于其對接集成數(shù)量較多，對接處均有部分光損耗，故采用S0A(SemiconductorOptical Amplifier，半導體光放大器)放大DBR連續(xù)光信號，以此保證其大光功率輸出。同時，采用EAM(Electro Absorpt1n Modulator電吸收調制器)端加反向電壓吸收作為外調制器，保證高速調制的同時極大地降低了傳輸啁啾，提高了有效傳輸距離。有效地解決了TWDM-PON的核心半導體光電子集成芯片和封裝技術的問題。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種單片集成器件的制作方法流程示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種單片集成器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的實施例要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0033]本申請?zhí)峁┮环N符合TWDM-PON系統(tǒng)要求、具備產業(yè)化能力的波長可調諧的高速調制、大功率輸出的激光單片集成芯片的制作方法。采用本發(fā)明實施例制作方法生成的單片集成器件有效的解決了 TWDM-PON的核心半導體光電子集成芯片和封裝技術的問題。
[0034]如圖1所示，為圖1為本發(fā)明實施例提供的一種單片集成器件的制作方法流程示意圖。本發(fā)明實施例提供的一種單片集成器件的制作方法，包括:
[0035]SlOl:選擇一襯底；
[0036]S102:在所述襯底上外延生長多量子阱有源區(qū)；
[0037]S103:在所述多量子阱有源區(qū)上刻蝕光柵層和相位層，并對接生長無源波導層；
[0038]S104:在所述無源波導層上制作光柵；
[0039]S105:在所述多量子阱有源區(qū)上刻蝕電吸收調制區(qū)，并對接生長電吸收調制層；
[0040]S106:在所述多量子阱有源區(qū)、所述無源波導層、所述光柵和所述電吸收調制層上生長光限制脊波導層；
[0041]S107:在所述光限制脊波導層上生長電接觸層；
[0042]S108:在所述電接觸層上制作P電極；
[0043]S109:在所述襯底背面制作N電極；
[0044]S110:將經上述操作后的襯底解理成條狀且一端蒸鍍高反射膜、另一端蒸鍍抗反射薄膜，并解理成單個管芯，進行封裝。
[0045 ]優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中所選擇的襯底為N型磷化銦，摻雜濃度為2* I O' 17?8* 10~18 cm—30
[0046]進一步地，所述多量子阱有源區(qū)包括:依次生長的緩沖層、下波導層、芯層以及上波導層。優(yōu)選地，所述多量子阱有源區(qū)芯層的材料為銦鎵砷磷，其量子阱和皇的周期為6?9個周期，厚度為70?120nmo
[0047]優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中所述光柵為布拉格反饋式光柵，所述布拉格反饋式光柵的周期根據(jù)所述的該單片集成器件的發(fā)射中心波長所確定，其中，所述發(fā)射的中心波長范圍為 1530 ?1570nm。
[0048]優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中所述光限制脊波導為單脊直波導，其寬度為1.8?3um。
[0049]進一步地，本發(fā)明實施例中所述電吸收調制層端面上有一層介質膜，使所述電吸收調制層端面反射率在10~-8到5%。優(yōu)選地，所述多量子阱有源區(qū)端面上有一層介質膜，使所述多量子阱有源區(qū)端面反射率在5%到99.99%。但本發(fā)明并不以此為限
[0050]優(yōu)選地，所述將芯片解理成條狀且所述芯片的一端蒸鍍高反射膜、另一端蒸鍍抗反射薄膜，并解理成單個管芯，進行封裝即步驟SllO中，所述封裝過程采用的是蝶形封裝。
[0051]另一方面，如圖2所示，為本發(fā)明實施例提供的一種單片集成器件的結構示意圖。提供了的一種單片機成器件，包括:
[0052]電吸收調制器區(qū)11、與所述電吸收調制區(qū)11相鄰的光放大區(qū)12、與所述光放大區(qū)12相鄰的光柵波長調諧區(qū)13、與所述光柵波長調諧區(qū)13相鄰的相區(qū)14，以及與所述相區(qū)14相鄰的增益區(qū)15。其中，所述電吸收調制器區(qū)11用以外調制光信號、所述光放大區(qū)12用以放大光信號強度、所述光柵波長調諧區(qū)13用以調諧光信號波長、所述相區(qū)14用以腔內激射光的相位匹配，以及與所述增益區(qū)15用以產生激光。
[0053]進一步地，參照圖2中，16、17和18三層分別為四元材料的下波導限制層，多量子阱層和上波導限制層，其中，本實施例中的四元材料為銦鎵砷磷，但并不以此為限；19為二氧化硅隔離層;20為磷化銦脊波導限制層;21為銦鎵砷接觸層；22為金鉑合金電極層;23層為磷化銦襯底層。參照圖2，11_15是如圖2所示不同功能區(qū)域的橫向的結構圖示，而16-23是如圖2所示該單片集成器件的層級結構圖示，主要反映的是增益區(qū)15的層級結構，而11-14功能區(qū)的層級結構在此基礎之上略有不同。對應參考上述方法實施例中的制作方法操作流程，即可生成有效解決TWDM-PON的核心半導體光電子集成芯片和封裝技術的問題的單片集成器件。
[0054]上述方案中，采用本發(fā)明提供的單片機成器件的制作方法及單片集成器件，其DBR(Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射激光器又稱波長可調諧激光器)部分提供連續(xù)光信號，只負責調制波長，不負責調制信號帶寬，進而增加了工作穩(wěn)定性和多用途性。由于其對接集成數(shù)量較多，對接處均有部分光損耗，故采用S0A(SemiconductorOptical Amplifier，半導體光放大器)放大DBR連續(xù)光信號，以此保證其大光功率輸出。同時，采用EAM(Electro Absorpt1n Modulator電吸收調制器)端加反向電壓吸收作為外調制器，保證高速調制的同時極大地降低了傳輸啁啾，提高了有效傳輸距離。有效地解決了TWDM-PON的核心半導體光電子集成芯片和封裝技術的問題。
[0055]此說明書中所描述的許多功能部件都被稱為模塊，以便更加特別地強調其實現(xiàn)方式的獨立性。
[0056]本發(fā)明實施例中，模塊可以用軟件實現(xiàn)，以便由各種類型的處理器執(zhí)行。舉例來說，一個標識的可執(zhí)行代碼模塊可以包括計算機指令的一個或多個物理或者邏輯塊，舉例來說，其可以被構建為對象、過程或函數(shù)。盡管如此，所標識模塊的可執(zhí)行代碼無需物理地位于一起，而是可以包括存儲在不同物理上的不同的指令，當這些指令邏輯上結合在一起時，其構成模塊并且實現(xiàn)該模塊的規(guī)定目的。
[0057]實際上，可執(zhí)行代碼模塊可以是單條指令或者是許多條指令，并且甚至可以分布在多個不同的代碼段上，分布在不同程序當中，以及跨越多個存儲器設備分布。同樣地，操作數(shù)據(jù)可以在模塊內被識別，并且可以依照任何適當?shù)男问綄崿F(xiàn)并且被組織在任何適當類型的數(shù)據(jù)結構內。所述操作數(shù)據(jù)可以作為單個數(shù)據(jù)集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存儲設備上)，并且至少部分地可以僅作為電子信號存在于系統(tǒng)或網絡上。
[0058]在模塊可以利用軟件實現(xiàn)時，考慮到現(xiàn)有硬件工藝的水平，所以可以以軟件實現(xiàn)的模塊，在不考慮成本的情況下，本領域技術人員都可以搭建對應的硬件電路來實現(xiàn)對應的功能，所述硬件電路包括常規(guī)的超大規(guī)模集成(VLSI)電路或者門陣列以及諸如邏輯芯片、晶體管之類的現(xiàn)有半導體或者是其它分立的元件。模塊還可以用可編程硬件設備，諸如現(xiàn)場可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯設備等實現(xiàn)。
[0059]在本發(fā)明各方法實施例中，所述各步驟的序號并不能用于限定各步驟的先后順序，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，對各步驟的先后變化也在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0060]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種單片集成器件的制作方法，其特征在于，包括: 選擇一襯底； 在所述襯底上外延生長多量子阱有源區(qū)； 在所述多量子阱有源區(qū)上刻蝕光柵層和相位層，并對接生長無源波導層； 在所述無源波導層上制作光柵； 在所述多量子阱有源區(qū)上刻蝕電吸收調制區(qū)，并對接生長電吸收調制層； 在所述多量子阱有源區(qū)、所述無源波導層、所述光柵和所述電吸收調制層上生長光限制脊波導層； 在所述光限制脊波導層上生長電接觸層； 在所述電接觸層上制作P電極； 在所述襯底背面制作N電極； 將經上述操作后的襯底解理成條狀且一端蒸鍍高反射膜、另一端蒸鍍抗反射薄膜，并解理成單個管芯，進行封裝。2.根據(jù)權利要求1所述的單片集成器件制作方法，其特征在于，所述襯底為N型磷化銦，摻雜濃度為 2*10'17 ?8*10'18cm—3。3.根據(jù)權利要求1所述的單片集成器件制作方法，其特征在于，所述多量子阱有源區(qū)包括: 依次生長的緩沖層、下波導層、芯層以及上波導層。4.根據(jù)權利要求3所述的單片集成器件制作方法，其特征在于，所述多量子阱有源區(qū)芯層的材料為銦鎵砷磷，其量子阱和皇的周期為6?9個周期，厚度為70?120nm。5.根據(jù)權利要求1所述的單片集成器件制作方法，其特征在于，所述光柵為布拉格反饋式光柵，所述布拉格反饋式光柵的周期根據(jù)所述的該單片集成器件的發(fā)射中心波長所確定，其中，所述發(fā)射的中心波長范圍為1530?1570nm。6.根據(jù)權利要求1所述的單片集成器件制作方法，其特征在于，所述光限制脊波導為單脊直波導，其寬度為1.8?3um。7.根據(jù)權利要求1所述的單片集成器件制作方法，其特征在于，所述電吸收調制層端面上有一層介質膜，使所述電吸收調制層端面反射率在10~-8到5%。8.根據(jù)權利要求1所述的單片集成器件制作方法，其特征在于，所述多量子阱有源區(qū)端面上有一層介質膜，使所述多量子阱有源區(qū)端面反射率在5%到99.99%。9.根據(jù)權利要求1-8任意一項所述的單片集成器件制作方法，其特征在于，所述將芯片解理成條狀且所述芯片的一端蒸鍍高反射膜、另一端蒸鍍抗反射薄膜，并解理成單個管芯，進行封裝，所述封裝為蝶形封裝。10.一種單片機成器件，其特征在于，包括: 電吸收調制器區(qū)，所述電吸收調制器區(qū)用以外調制光信號、與所述電吸收調制區(qū)相鄰的光放大區(qū)，所述光放大區(qū)用以放大光信號強度、與所述光放大區(qū)相鄰的光柵波長調諧區(qū)，所述光柵波長調諧區(qū)用以調諧光信號波長、與所述光柵波長調諧區(qū)相鄰的相區(qū)，所述相區(qū)用以腔內激射光的相位匹配，以及與所述相區(qū)相鄰的增益區(qū)，所述增益區(qū)用以產生激光。
【文檔編號】H01S5/22GK105914582SQ201610389643
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】韓宇
【申請人】武漢華工正源光子技術有限公司