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(zhǎng)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(duì)接生長(zhǎng)無源波導(dǎo)層；在無源波導(dǎo)層上制作光柵；在多量子阱有源區(qū)上刻蝕電吸收調(diào)制區(qū)，并對(duì)接生長(zhǎng)電吸收調(diào)制層；在多量子阱有源區(qū)、無源波導(dǎo)層、光柵和電吸收調(diào)制層上生長(zhǎng)光限制脊波導(dǎo)層；在光限制脊波導(dǎo)層上生長(zhǎng)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(jīng)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(gè)管芯，進(jìn)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(dǎo)體光電子集成芯片和封裝技術(shù)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(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器、光放大器和點(diǎn)吸收調(diào)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(shù)】
[0002]時(shí)分波分復(fù)用堆疊式光接入網(wǎng)絡(luò)(TWDM-PON)是在時(shí)分復(fù)用PON(TDM-PON)的基礎(chǔ)上通過波長(zhǎng)堆疊構(gòu)成的，由于其不需要改動(dòng)已鋪設(shè)的光分配網(wǎng)(ODN)，在技術(shù)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(shù)的主選技術(shù)方案。
[0003]TWDM-PON的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)承襲自TDM-PON，光線路終端(0LT)仍然通過光分路器與所有光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)相連。但是上下行方向均提供若干波分復(fù)用(WDM)信道，共享同一個(gè)波長(zhǎng)信道的多個(gè)ONU則按TDM方式工作，因此ONU的無色化即波長(zhǎng)可調(diào)諧是TWDM-PON的關(guān)鍵技術(shù)之一，而為了提高網(wǎng)絡(luò)利用率，還必須引入波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)分配。進(jìn)而得出，高速率、大功率、小型化、可集成的波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器將成為TWDM-PON的關(guān)鍵使能器件之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N符合TWDM-PON系統(tǒng)要求、具備產(chǎn)業(yè)化能力的波長(zhǎng)可調(diào)諧的高速調(diào)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(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供技術(shù)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(zhǎng)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(duì)接生長(zhǎng)無源波導(dǎo)層；
[0010]在所述無源波導(dǎo)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(diào)制區(qū)，并對(duì)接生長(zhǎng)電吸收調(diào)制層；
[0012]在所述多量子阱有源區(qū)、所述無源波導(dǎo)層、所述光柵和所述電吸收調(diào)制層上生長(zhǎng)光限制脊波導(dǎo)層；
[0013]在所述光限制脊波導(dǎo)層上生長(zhǎng)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(jīng)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(gè)管芯，進(jìn)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(zhǎng)的緩沖層、下波導(dǎo)層、芯層以及上波導(dǎo)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(gè)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(zhǎng)所確定，其中，所述發(fā)射的中心波長(zhǎng)范圍為1530?1570nmo
[0022]優(yōu)選地，所述光限制脊波導(dǎo)為單脊直波導(dǎo)，其寬度為1.8?3um。
[0023]優(yōu)選地，所述電吸收調(diào)制層端面上有一層介質(zhì)膜，使所述電吸收調(diào)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(zhì)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(gè)管芯，進(jìn)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(jī)成器件，包括:
[0027]電吸收調(diào)制器區(qū)，所述電吸收調(diào)制器區(qū)用以外調(diào)制光信號(hào)、與所述電吸收調(diào)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(hào)強(qiáng)度、與所述光放大區(qū)相鄰的光柵波長(zhǎng)調(diào)諧區(qū)，所述光柵波長(zhǎng)調(diào)諧區(qū)用以調(diào)諧光信號(hào)波長(zhǎng)、與所述光柵波長(zhǎng)調(diào)諧區(qū)相鄰的相區(qū)，所述相區(qū)用以腔內(nèi)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(chǎn)生激光。
[0028]本發(fā)明的實(shí)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(jī)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(zhǎng)可調(diào)諧激光器)部分提供連續(xù)光信號(hào)，只負(fù)責(zé)調(diào)制波長(zhǎng)，不負(fù)責(zé)調(diào)制信號(hào)帶寬，進(jìn)而增加了工作穩(wěn)定性和多用途性。由于其對(duì)接集成數(shù)量較多，對(duì)接處均有部分光損耗，故采用S0A(SemiconductorOptical Amplifier，半導(dǎo)體光放大器)放大DBR連續(xù)光信號(hào)，以此保證其大光功率輸出。同時(shí)，采用EAM(Electro Absorpt1n Modulator電吸收調(diào)制器)端加反向電壓吸收作為外調(diào)制器，保證高速調(diào)制的同時(shí)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(dǎo)體光電子集成芯片和封裝技術(shù)的問題。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實(shí)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(shí)施例提供的一種單片集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明的實(shí)施例要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N符合TWDM-PON系統(tǒng)要求、具備產(chǎn)業(yè)化能力的波長(zhǎng)可調(diào)諧的高速調(diào)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(shí)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(dǎo)體光電子集成芯片和封裝技術(shù)的問題。
[0034]如圖1所示，為圖1為本發(fā)明實(shí)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(shí)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(zhǎng)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(duì)接生長(zhǎng)無源波導(dǎo)層；
[0038]S104:在所述無源波導(dǎo)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(diào)制區(qū)，并對(duì)接生長(zhǎng)電吸收調(diào)制層；
[0040]S106:在所述多量子阱有源區(qū)、所述無源波導(dǎo)層、所述光柵和所述電吸收調(diào)制層上生長(zhǎng)光限制脊波導(dǎo)層；
[0041]S107:在所述光限制脊波導(dǎo)層上生長(zhǎng)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(jīng)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(gè)管芯，進(jìn)行封裝。
[0045 ]優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)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(jìn)一步地，所述多量子阱有源區(qū)包括:依次生長(zhǎng)的緩沖層、下波導(dǎo)層、芯層以及上波導(dǎo)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(gè)周期，厚度為70?120nmo
[0047]優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)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(zhǎng)所確定，其中，所述發(fā)射的中心波長(zhǎng)范圍為 1530 ?1570nm。
[0048]優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中所述光限制脊波導(dǎo)為單脊直波導(dǎo)，其寬度為1.8?3um。
[0049]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中所述電吸收調(diào)制層端面上有一層介質(zhì)膜，使所述電吸收調(diào)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(zhì)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(gè)管芯，進(jìn)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(shí)施例提供的一種單片集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。提供了的一種單片機(jī)成器件，包括:
[0052]電吸收調(diào)制器區(qū)11、與所述電吸收調(diào)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(zhǎng)調(diào)諧區(qū)13、與所述光柵波長(zhǎng)調(diào)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(diào)制器區(qū)11用以外調(diào)制光信號(hào)、所述光放大區(qū)12用以放大光信號(hào)強(qiáng)度、所述光柵波長(zhǎng)調(diào)諧區(qū)13用以調(diào)諧光信號(hào)波長(zhǎng)、所述相區(qū)14用以腔內(nèi)激射光的相位匹配，以及與所述增益區(qū)15用以產(chǎn)生激光。
[0053]進(jìn)一步地，參照?qǐng)D2中，16、17和18三層分別為四元材料的下波導(dǎo)限制層，多量子阱層和上波導(dǎo)限制層，其中，本實(shí)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(dǎo)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?qǐng)D2，11_15是如圖2所示不同功能區(qū)域的橫向的結(jié)構(gòu)圖示，而16-23是如圖2所示該單片集成器件的層級(jí)結(jié)構(gòu)圖示，主要反映的是增益區(qū)15的層級(jí)結(jié)構(gòu)，而11-14功能區(qū)的層級(jí)結(jié)構(gòu)在此基礎(chǔ)之上略有不同。對(duì)應(yīng)參考上述方法實(shí)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(dǎo)體光電子集成芯片和封裝技術(shù)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(jī)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(zhǎng)可調(diào)諧激光器)部分提供連續(xù)光信號(hào)，只負(fù)責(zé)調(diào)制波長(zhǎng)，不負(fù)責(zé)調(diào)制信號(hào)帶寬，進(jìn)而增加了工作穩(wěn)定性和多用途性。由于其對(duì)接集成數(shù)量較多，對(duì)接處均有部分光損耗，故采用S0A(SemiconductorOptical Amplifier，半導(dǎo)體光放大器)放大DBR連續(xù)光信號(hào)，以此保證其大光功率輸出。同時(shí)，采用EAM(Electro Absorpt1n Modulator電吸收調(diào)制器)端加反向電壓吸收作為外調(diào)制器，保證高速調(diào)制的同時(shí)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(dǎo)體光電子集成芯片和封裝技術(shù)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(qiáng)調(diào)其實(shí)現(xiàn)方式的獨(dú)立性。
[0056]本發(fā)明實(shí)施例中，模塊可以用軟件實(shí)現(xiàn)，以便由各種類型的處理器執(zhí)行。舉例來說，一個(gè)標(biāo)識(shí)的可執(zhí)行代碼模塊可以包括計(jì)算機(jī)指令的一個(gè)或多個(gè)物理或者邏輯塊，舉例來說，其可以被構(gòu)建為對(duì)象、過程或函數(shù)。盡管如此，所標(biāo)識(shí)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(chǔ)在不同物理上的不同的指令，當(dāng)這些指令邏輯上結(jié)合在一起時(shí)，其構(gòu)成模塊并且實(shí)現(xiàn)該模塊的規(guī)定目的。
[0057]實(shí)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(gè)不同的代碼段上，分布在不同程序當(dāng)中，以及跨越多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備分布。同樣地，操作數(shù)據(jù)可以在模塊內(nèi)被識(shí)別，并且可以依照任何適當(dāng)?shù)男问綄?shí)現(xiàn)并且被組織在任何適當(dāng)類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)。所述操作數(shù)據(jù)可以作為單個(gè)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(chǔ)設(shè)備上)，并且至少部分地可以僅作為電子信號(hào)存在于系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)上。
[0058]在模塊可以利用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，考慮到現(xiàn)有硬件工藝的水平，所以可以以軟件實(shí)現(xiàn)的模塊，在不考慮成本的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員都可以搭建對(duì)應(yīng)的硬件電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)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(dǎo)體或者是其它分立的元件。模塊還可以用可編程硬件設(shè)備，諸如現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯設(shè)備等實(shí)現(xiàn)。
[0059]在本發(fā)明各方法實(shí)施例中，所述各步驟的序號(hào)并不能用于限定各步驟的先后順序，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，對(duì)各步驟的先后變化也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0060]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)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(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(zhǎng)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(duì)接生長(zhǎng)無源波導(dǎo)層； 在所述無源波導(dǎo)層上制作光柵； 在所述多量子阱有源區(qū)上刻蝕電吸收調(diào)制區(qū)，并對(duì)接生長(zhǎng)電吸收調(diào)制層； 在所述多量子阱有源區(qū)、所述無源波導(dǎo)層、所述光柵和所述電吸收調(diào)制層上生長(zhǎng)光限制脊波導(dǎo)層； 在所述光限制脊波導(dǎo)層上生長(zhǎng)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(jīng)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(gè)管芯，進(jìn)行封裝。2.根據(jù)權(quán)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(quán)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(zhǎng)的緩沖層、下波導(dǎo)層、芯層以及上波導(dǎo)層。4.根據(jù)權(quán)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(gè)周期，厚度為70?120nm。5.根據(jù)權(quán)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(zhǎng)所確定，其中，所述發(fā)射的中心波長(zhǎng)范圍為1530?1570nm。6.根據(jù)權(quán)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(dǎo)為單脊直波導(dǎo)，其寬度為1.8?3um。7.根據(jù)權(quán)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(diào)制層端面上有一層介質(zhì)膜，使所述電吸收調(diào)制層端面反射率在10~-8到5%。8.根據(jù)權(quán)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(zhì)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(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)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(gè)管芯，進(jìn)行封裝，所述封裝為蝶形封裝。10.一種單片機(jī)成器件，其特征在于，包括: 電吸收調(diào)制器區(qū)，所述電吸收調(diào)制器區(qū)用以外調(diào)制光信號(hào)、與所述電吸收調(diào)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(hào)強(qiáng)度、與所述光放大區(qū)相鄰的光柵波長(zhǎng)調(diào)諧區(qū)，所述光柵波長(zhǎng)調(diào)諧區(qū)用以調(diào)諧光信號(hào)波長(zhǎng)、與所述光柵波長(zhǎng)調(diào)諧區(qū)相鄰的相區(qū)，所述相區(qū)用以腔內(nèi)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(chǎn)生激光。
【文檔編號(hào)】H01S5/22GK105914582SQ201610389643
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】韓宇
【申請(qǐng)人】武漢華工正源光子技術(shù)有限公司