一种单片集成器件的制作方法及单片集成器件

摘要

本发明提供了一种单片集成器件的制作方法，包括：选择一衬底；在衬底上外延生长多量子阱有源区；在多量子阱有源区上刻蚀光栅层和相位层，并对接生长无源波导层；在无源波导层上制作光栅；在多量子阱有源区上刻蚀电吸收调制区，并对接生长电吸收调制层；在多量子阱有源区、无源波导层、光栅和电吸收调制层上生长光限制脊波导层；在光限制脊波导层上生长电接触层；在电接触层上制作P电极；在衬底背面制作N电极；将经上述操作后的衬底解理成条状且一端蒸镀高反射膜、另一端蒸镀抗反射薄膜，并解理成单个管芯，进行封装。本发明提供的制作方法，能够有效地解决了TWDM‑PON的核心半导体光电子集成芯片和封装技术的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及光电子器件技术领域，特别是指一种波长可调谐激光器、光放大器和点吸收调制器的单片集成器件制作方法，及使用该制作方法生成的单片集成器件。

背景技术

时分波分复用堆叠式光接入网络(TWDM-PON)是在时分复用PON(TDM-PON)的基础上通过波长堆叠构成的，由于其不需要改动已铺设的光分配网(ODN)，在技术上与现有的EPON和GPON兼容，因此成为了下一代接入通信技术的主选技术方案。

TWDM-PON的系统网络结构承袭自TDM-PON，光线路终端(OLT)仍然通过光分路器与所有光网络单元(ONU)相连。但是上下行方向均提供若干波分复用(WDM)信道，共享同一个波长信道的多个ONU则按TDM方式工作，因此ONU的无色化即波长可调谐是TWDM-PON的关键技术之一，而为了提高网络利用率，还必须引入波长的动态分配。进而得出，高速率、大功率、小型化、可集成的波长可调谐激光器将成为TWDM-PON的关键使能器件之一。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种符合TWDM-PON系统要求、具备产业化能力的波长可调谐的高速调制、大功率输出的激光单片集成芯片的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种单片集成器件的制作方法，包括：

选择一衬底；

在所述衬底上外延生长多量子阱有源区；

在所述多量子阱有源区上刻蚀光栅层和相位层，并对接生长无源波导层；

在所述无源波导层上制作光栅；

在所述多量子阱有源区上刻蚀电吸收调制区，并对接生长电吸收调制层；

在所述多量子阱有源区、所述无源波导层、所述光栅和所述电吸收调制层上生长光限制脊波导层；

在所述光限制脊波导层上生长电接触层；

在所述电接触层上制作P电极；

在所述衬底背面制作N电极；

将经上述操作后的衬底解理成条状且一端蒸镀高反射膜、另一端蒸镀抗反射薄膜，并解理成单个管芯，进行封装。

优选地，所述衬底为N型磷化铟，掺杂浓度为2*10^17～8*10^18cm^-3。

优选地，所述多量子阱有源区包括：

依次生长的缓冲层、下波导层、芯层以及上波导层。

优选地，所述多量子阱有源区芯层的材料为铟镓砷磷，其量子阱和垒的周期为6～9个周期，厚度为70～120nm。

优选地，所述光栅为布拉格反馈式光栅，所述布拉格反馈式光栅的周期根据所述的该单片集成器件的发射中心波长所确定，其中，所述发射的中心波长范围为1530～1570nm。

优选地，所述光限制脊波导为单脊直波导，其宽度为1.8～3um。

优选地，所述电吸收调制层端面上有一层介质膜，使所述电吸收 调制层端面反射率在10^-8到5％。

优选地，所述多量子阱有源区端面上有一层介质膜，使所述多量子阱有源区端面反射率在5％到99.99％。

优选地，所述将芯片解理成条状且所述芯片的一端蒸镀高反射膜、另一端蒸镀抗反射薄膜，并解理成单个管芯，进行封装，所述封装为蝶形封装。

另一方面，还提供了一种单片机成器件，包括：

电吸收调制器区，所述电吸收调制器区用以外调制光信号、与所述电吸收调制区相邻的光放大区，所述光放大区用以放大光信号强度、与所述光放大区相邻的光栅波长调谐区，所述光栅波长调谐区用以调谐光信号波长、与所述光栅波长调谐区相邻的相区，所述相区用以腔内激射光的相位匹配，以及与所述相区相邻的增益区，所述增益区用以产生激光。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，采用本发明提供的单片机成器件的制作方法及单片集成器件，其DBR(Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射激光器又称波长可调谐激光器)部分提供连续光信号，只负责调制波长，不负责调制信号带宽，进而增加了工作稳定性和多用途性。由于其对接集成数量较多，对接处均有部分光损耗，故采用SOA(Semiconductor Optical Amplifier，半导体光放大器)放大DBR连续光信号，以此保证其大光功率输出。同时，采用EAM(Electro Absorption Modulator电吸收调制器)端加反向电压吸收作为外调制器，保证高速调制的同时极大地降低了传输啁啾,提高了有效传输距离。有效地解决了TWDM-PON的核心半导体光电子集成芯片和封装技术的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单片集成器件的制作方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种单片集成器件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本申请提供一种符合TWDM-PON系统要求、具备产业化能力的波长可调谐的高速调制、大功率输出的激光单片集成芯片的制作方法。采用本发明实施例制作方法生成的单片集成器件有效的解决了TWDM-PON的核心半导体光电子集成芯片和封装技术的问题。

如图1所示，为图1为本发明实施例提供的一种单片集成器件的制作方法流程示意图。本发明实施例提供的一种单片集成器件的制作方法，包括：

S101：选择一衬底；

S102：在所述衬底上外延生长多量子阱有源区；

S103：在所述多量子阱有源区上刻蚀光栅层和相位层，并对接生长无源波导层；

S104：在所述无源波导层上制作光栅；

S105：在所述多量子阱有源区上刻蚀电吸收调制区，并对接生长电吸收调制层；

S106：在所述多量子阱有源区、所述无源波导层、所述光栅和所述电吸收调制层上生长光限制脊波导层；

S107：在所述光限制脊波导层上生长电接触层；

S108：在所述电接触层上制作P电极；

S109：在所述衬底背面制作N电极；

S110：将经上述操作后的衬底解理成条状且一端蒸镀高反射膜、 另一端蒸镀抗反射薄膜，并解理成单个管芯，进行封装。

优选地，本发明实施例中所选择的衬底为N型磷化铟，掺杂浓度为2*10^17～8*10^18cm^-3。

进一步地，所述多量子阱有源区包括：依次生长的缓冲层、下波导层、芯层以及上波导层。优选地，所述多量子阱有源区芯层的材料为铟镓砷磷，其量子阱和垒的周期为6～9个周期，厚度为70～120nm。

优选地，本发明实施例中所述光栅为布拉格反馈式光栅，所述布拉格反馈式光栅的周期根据所述的该单片集成器件的发射中心波长所确定，其中，所述发射的中心波长范围为1530～1570nm。

优选地，本发明实施例中所述光限制脊波导为单脊直波导，其宽度为1.8～3um。

进一步地，本发明实施例中所述电吸收调制层端面上有一层介质膜，使所述电吸收调制层端面反射率在10^-8到5％。优选地，所述多量子阱有源区端面上有一层介质膜，使所述多量子阱有源区端面反射率在5％到99.99％。但本发明并不以此为限

优选地，所述将芯片解理成条状且所述芯片的一端蒸镀高反射膜、另一端蒸镀抗反射薄膜，并解理成单个管芯，进行封装即步骤S110中，所述封装过程采用的是蝶形封装。

另一方面，如图2所示，为本发明实施例提供的一种单片集成器件的结构示意图。提供了的一种单片机成器件，包括：

电吸收调制器区11、与所述电吸收调制区11相邻的光放大区12、与所述光放大区12相邻的光栅波长调谐区13、与所述光栅波长调谐区13相邻的相区14，以及与所述相区14相邻的增益区15。其中，所述电吸收调制器区11用以外调制光信号、所述光放大区12用以放大光信号强度、所述光栅波长调谐区13用以调谐光信号波长、所述相区14用以腔内激射光的相位匹配，以及与所述增益区15用以产生激光。

进一步地，参照图2中，16、17和18三层分别为四元材料的下波导限制层，多量子阱层和上波导限制层，其中，本实施例中的四元材料为铟镓砷磷，但并不以此为限；19为二氧化硅隔离层；20为磷化铟脊波导限制层；21为铟镓砷接触层；22为金铂合金电极层；23层为磷化铟衬底层。参照图2，11-15是如图2所示不同功能区域的横向的结构图示，而16-23是如图2所示该单片集成器件的层级结构图示，主要反映的是增益区15的层级结构，而11-14功能区的层级结构在此基础之上略有不同。对应参考上述方法实施例中的制作方法操作流程，即可生成有效解决TWDM-PON的核心半导体光电子集成芯片和封装技术的问题的单片集成器件。

上述方案中，采用本发明提供的单片机成器件的制作方法及单片集成器件，其DBR(Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射激光器又称波长可调谐激光器)部分提供连续光信号，只负责调制波长，不负责调制信号带宽，进而增加了工作稳定性和多用途性。由于其对接集成数量较多，对接处均有部分光损耗，故采用SOA(Semiconductor Optical Amplifier，半导体光放大器)放大DBR连续光信号，以此保证其大光功率输出。同时，采用EAM(Electro Absorption Modulator电吸收调制器)端加反向电压吸收作为外调制器，保证高速调制的同时极大地降低了传输啁啾,提高了有效传输距离。有效地解决了TWDM-PON的核心半导体光电子集成芯片和封装技术的问题。

此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块，以便更加特别地强调其实现方式的独立性。

本发明实施例中，模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过 程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同物理上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。

实际上，可执行代码模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存储设备上)，并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。

在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，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，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。