电吸收调制激光器芯片及其制作方法与流程

1.本发明涉及光通信技术领域，具体为一种电吸收调制激光器芯片及其制作方法。


背景技术：

2.近年来，云计算、数据中心的不断发展对短距离宽带传输的需求越来越大。极大地推动着数据中心从10g/25g朝40g/100g架构的升级，也将大幅提升对高速率光模块的需求，从而推动了高速光电器件的发展。在传输网领域，直接调制激光器(dml)具有低成本低功耗的优势，但其调制带宽及传输距离受张弛振荡频率及啁啾限制，因此在高速调制器件中，通常采用外调制方式实现高速信号的调制。
3.对于高速调制的外调制器，主要有mz调制器和半导体电吸收调制器，其中电吸收调制器相比mz调制器具有驱动电压低、调制速率高、啁啾小及尺寸小等优点，电吸收调制激光器eml将dfb分布式反馈激光器与eam调制器集成，dfb激光器仅实现光的增益及光栅选模，由eam调制器负责对激光器输出光进行强度调制，故与dml相比具有更高带宽及更好的啁啾特性，可实现更高速率和更远距离的传输，因此电吸收调制激光器eml在传输网领域被广泛使用。
4.因光调制原理是使用eam调制器进行光吸收，在eam的调制过程中会产生较大的吸收损耗，为延长传输网的传输距离，需要对eml输出的光功率进行放大，一般有两种光放大器：掺铒光纤放大器edfa及半导体光放大器soa，其中soa作为半导体光电子器件，与eml材料体系相同，故可在同一衬底单片集成制作，集成器件体积更小，稳定性更好，且耦合效率更高；此外，soa放大器在恒定电流下，其通过的光信号会产生负啁啾，而eml在工作条件下会产生不利于传输的正啁啾，故soa放大器与eml集成后，能减小输出信号的啁啾，延长传输距离。
5.而现有的soa-eml电吸收调制激光器中，存在着需要多个驱动电流、散热面积小等问题，会影响eam电吸收调制器的调制性能。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种电吸收调制激光器芯片及其制作方法，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
7.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种电吸收调制激光器芯片，包括集成的dfb激光器、eam电吸收调制器以及soa光放大器，所述dfb激光器的电极和所述soa光放大器的电极通过可调阻值的电极连接件连接。
8.进一步，所述电极连接件通过改变形状和/或宽度来调整阻值大小。
9.进一步，所述电极连接件呈长条状或波浪条状。
10.进一步，所述电极连接件的材质为ti、pt中的一种或多种。
11.进一步，还包括贯穿所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器的波导。
12.进一步，所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器沿芯片的出光方向依次布设。
13.进一步，所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器均制作在衬底上。
14.本发明实施例提供另一种技术方案：一种电吸收调制激光器芯片的制作方法，用于制作上述的电吸收调制激光器芯片，包括如下步骤：
15.s1，在衬底上集成所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器，
16.s2，采用可调阻值的电极连接件连接所述dfb激光器的电极和所述soa光放大器的电极。
17.进一步，在所述衬底上外延生长inp缓冲层、有源层、inp层以及光栅层，接着在所述dfb激光器对应的区域制作光栅，并再次掩埋p-inp层。
18.进一步，继续生长掩膜层，并进行脊波导的制作，接着在脊上制作电注入窗口。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用电极连接件将soa与dfb器件连接，实现单源表测试dfb激光器及soa光放大器性能，同样在封装工作时可减少驱动数量，使dfb激光器和soa光放大器在单电流源的情况下进行出光选模及光放大，提高出光功率并减小啁啾，增加传输距离，由于金属电极的金属良好的散热性能，也增加了dfb激光器和soa光放大器的散热面积，此外，由于采用可调阻值的电极连接件，使dfb激光器和soa光放大器在单电流驱动下更合理的分配电流，实现均衡的光功率输出。
附图说明
20.图1为传统的电吸收调制激光器芯片的示意图；
21.图2为本发明实施例提供的一种电吸收调制激光器芯片的示意图；
22.图3为本发明实施例提供的一种电吸收调制激光器芯片的电极连接件的第一种形式的示意图；
23.图4为本发明实施例提供的一种电吸收调制激光器芯片的电极连接件的第二种形式的示意图；
24.附图标记中：a-dfb激光器区域；b-eam电吸收调制器区域；c-soa光放大器区域；1-电极；2-波导；3-光栅。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.请参阅图2、图3和图4，本发明实施例提供一种电吸收调制激光器芯片，包括集成的dfb激光器、eam电吸收调制器以及soa光放大器，所述dfb激光器的电极和所述soa光放大器的电极通过可调阻值的电极连接件连接。在本实施例中，使用电极连接件将soa与dfb器件连接，实现单源表测试dfb激光器及soa光放大器性能，同样在封装工作时可减少驱动数量，使dfb激光器和soa光放大器在单电流源的情况下进行出光选模及光放大，提高出光功
率并减小啁啾，增加传输距离，由于金属电极的金属良好的散热性能，也增加了dfb激光器和soa光放大器的散热面积，此外，由于采用可调阻值的电极连接件，使dfb激光器和soa光放大器在单电流驱动下更合理的分配电流，实现均衡的光功率输出。具体地，与如图1所示的常规集成soa的eml不同，本实施例在现有soa-eml电吸收调制器基础上，使用金属电极连接件将soa光放大器与dfb激光器连接，可实现单源表测试dfb激光器及soa光放大器性能、好坏，同时在封装工作时可减少驱动数量，使dfb激光器和soa光放大器在单电流源的情况下进行出光选模及光放大。相较于常规集成soa光放大器的电吸收调制器，本发明的电吸收调制器，既简化了测试系统，减少测试系统源表数量，也简化后期工作时的驱动电路，只需要单电流源即可同时驱动dfb激光器及soa光放大器；在单电流源驱动下，相较传统电吸收调制激光器，soa光放大器及dfb激光器同时工作的出光功率更大，可实现更远距离的传输；还可通过调整连接电极的电阻，改变单电流源下dfb激光器及soa光放大器的电流比，实现更均衡的光功率输出。同时本发明对于芯片外延集成类型或波导结构无特殊要求，无论是对接生长、选择区域生长还是同外延结构，无论是脊波导结构或掩埋异质结结构，都可使用本实施例的结构。为了更好地区分所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器的位置，将所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器分别定义为dfb激光器区域a、eam电吸收调制器区域b以及soa光放大器区域c，如图2所示，dfb激光器区域a的电极1通过电极连接件4与soa光放大器区域c的电极1电连接。
27.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2、图3和图4，所述电极连接件4通过改变形状和/或宽度来调整阻值大小。所述电极连接件4呈长条状或波浪条状。所述电极连接件4的材质为ti、pt中的一种或多种。在本实施例中，可调阻值大小可以通过电极连接件的形状或者材质来进行调整，如采用变化电极连接件的形状，也就是通过结构的形式来进行调整，可以将电极连接件的形状设计成如图3所示的长条状，或者是如图4所示的波浪条状，可以通过改变长条状的宽度、长度，或者是通过改变波浪条状的弯曲程度，弯曲数量等来灵活调整阻值大小。还可以通过选择电极连接件的材质，也就是通过材质的方式来进行调整，如选择ti、pt等高电阻率金属，可以通过金属的配比、质量等来灵活调整阻值。当然也可以同时通过结构和材质的方式来进行调整。当天，通过结构和材质的调整，也能够与eam调制器进行啁啾互补，增加传输距离。
28.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2、图3和图4，本芯片还包括贯穿所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器的波导2。在本实施例中，波导2也呈条状，依次贯穿dfb激光器区域a、eam电吸收调制器区域b以及soa光放大器区域c。优选的，波导可使用脊波导结构(rwg)或掩埋异质结结构(bh)。
29.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2、图3和图4，所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器沿芯片的出光方向依次布设。所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器均制作在衬底上。
30.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2、图3和图4，dfb激光器与soa光放大器工作使用一个电流源驱动。dfb激光器与eam电吸收调制器的集成可使用同外延生长、对接生长或选择性区域生长，集成方式无特殊要求。
31.请参阅图2至图4，本发明实施例提供一种电吸收调制激光器芯片的制作方法，用于制作上述的电吸收调制激光器芯片，包括如下步骤：s1，在衬底上集成所述dfb激光器、所
述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器，s2，采用可调阻值的电极连接件连接所述dfb激光器的电极和所述soa光放大器的电极。在不添加新工艺的条件下，使dfb激光器与soa光放大器连接驱动，在芯片测试时只需单电流源即可完成dfb与soa的性能测试。另外，只需提供单电流驱动即可使dfb激光器与soa放大器工作，减少工作时的驱动数量，降低功耗，减少驱动电路复杂程度。而且增大芯片表面金属电极面积，提高芯片的散热性能。通过soa光放大器的集成，与eam调制器进行啁啾互补，且输出光功率高，增加传输距离。
32.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2、图3和图4，首先利用mocvd在衬底片上外延生长inp缓冲层、有源层、inp层及光栅层。然后在dfb区域制作光栅3，并利用mocvd再次掩埋p-inp层。接着生长sio2掩膜层，进行脊波导的制作，然后在脊上制作电注入窗口。然后制作电极，见图3和图4，为电极覆盖结构图，电极连接件4可与器件其他电极同时制作，也可单独增加一步电极工艺，由ti、pt等电阻率较高金属制作电极，更改电阻。最后进行常规减薄、合金、解条、镀膜、解个等制作工艺。
33.至此，本发明解决需要多个驱动电流的问题，同时通过金属良好的散热性能，增加dfb激光器和soa光放大器的散热面积，也不影响eam电吸收调制器的调制性能。相较于已有的soa-eml电吸收调制激光器，本发明的电吸收调制激光器，在不影响调制速率和光放大的情况下，具有单电流源即可驱动、散热面积更大的优点；相比传统电吸收调制器，工作的出光功率更大，可实现更远距离的传输；此外，通过调整dfb激光器与soa光放大器电极连接图形改变电阻值，使dfb激光器和soa光放大器在单电流驱动下更合理的分配电流，实现均衡的光功率输出。
34.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种电吸收调制激光器芯片，包括集成的dfb激光器、eam电吸收调制器以及soa光放大器，其特征在于：所述dfb激光器的电极和所述soa光放大器的电极通过可调阻值的电极连接件连接。2.如权利要求1所述的电吸收调制激光器芯片，其特征在于：所述电极连接件通过改变形状和/或宽度来调整阻值大小。3.如权利要求1所述的电吸收调制激光器芯片，其特征在于：所述电极连接件呈长条状或波浪条状。4.如权利要求1或3所述的电吸收调制激光器芯片，其特征在于：所述电极连接件的材质为ti、pt中的一种或多种。5.如权利要求1所述的电吸收调制激光器芯片，其特征在于：还包括贯穿所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器的波导。6.如权利要求1所述的电吸收调制激光器芯片，其特征在于：所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器沿芯片的出光方向依次布设。7.如权利要求1所述的电吸收调制激光器芯片，其特征在于：所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器均制作在衬底上。8.一种电吸收调制激光器芯片的制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1-7任一所述的电吸收调制激光器芯片，包括如下步骤：s1，在衬底上集成所述dfb激光器、所述eam电吸收调制器以及所述soa光放大器，s2，采用可调阻值的电极连接件连接所述dfb激光器的电极和所述soa光放大器的电极。9.如权利要求8所述的电吸收调制激光器芯片的制作方法，其特征在于：在所述衬底上外延生长inp缓冲层、有源层、inp层以及光栅层，接着在所述dfb激光器对应的区域制作光栅，并再次掩埋p-inp层。10.如权利要求9所述的电吸收调制激光器芯片的制作方法，其特征在于：继续生长掩膜层，并进行脊波导的制作，接着在脊上制作电注入窗口。

技术总结
本发明涉及一种电吸收调制激光器芯片，包括集成的DFB激光器、EAM电吸收调制器以及SOA光放大器，所述DFB激光器的电极和所述SOA光放大器的电极通过可调阻值的电极连接件连接。还提供一种电吸收调制激光器芯片的制作方法。本发明使用电极连接件将SOA与DFB器件连接，实现单源表测试DFB激光器及SOA光放大器性能，同样在封装工作时可减少驱动数量，使DFB激光器和SOA光放大器在单电流源的情况下进行出光选模及光放大，提高出光功率并减小啁啾，增加传输距离，由于金属电极的金属良好的散热性能，也增加了DFB激光器和SOA光放大器的散热面积，此外，由于采用可调阻值的电极连接件，使DFB激光器和SOA光放大器在单电流驱动下更合理的分配电流，实现均衡的光功率输出。实现均衡的光功率输出。实现均衡的光功率输出。


技术研发人员：李鸿建 陈云飞
受保护的技术使用者：武汉云岭光电股份有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/15