电吸收调制激光器及其制作方法、通信设备与流程

1.本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种电吸收调制激光器及其制作方法、通信设备。


背景技术：

2.近年来，随着光通信技术的不断发展，对长距离高宽带的需求越来越大，推动着高速光电器件的研究发展，激光器在光通信领域应用广泛，直接调制激光器(directly modulated laser，dml)只有一个谐振腔，芯片尺寸较小，成本较低，但是dml消光比较小，频率啁啾影响较大，不适用于长距离传输，电吸收调制激光器(electro-absorption moduled laser，eml)具有大调制带宽、低频率啁啾的特点，可以实现更高速率和更远距离的传输，广泛用于光纤通讯骨干网、城域网、接入网以及芯片间互联通讯，eml由分布反馈(distributed feedback laser，dfb)激光器和电吸收调制器(electro absorption modulator，eam)单片集成，常规的eml采用对接生长外延制作，对接生长技术需要多次外延工艺，且需要量子阱的刻蚀和对接，工序复杂，工艺容差窗口较小，可靠性不易控制，导致eml制造成本较高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电吸收调制激光器及其制作方法、通信设备，有利于简化电吸收调制激光器的制作工艺，降低制造成本。
4.第一方面，本发明实施例提供一种电吸收调制激光器，包括衬底、dfb激光器芯片、eam芯片和有机光导线，所述dfb激光器芯片和所述eam芯片设置于所述衬底上，所述有机光导线用于连结所述dfb激光器芯片的出光端和所述eam芯片的入光端。
5.第二方面，本发明实施例提供一种电吸收调制激光器的制作方法，包括：
6.制作dfb激光器芯片和eam芯片；
7.将所述dfb激光器芯片和所述eam芯片贴装在衬底上；
8.通过有机光导线连结所述dfb激光器芯片的出光端和所述eam芯片的入光端。
9.第三方面，本发明实施例提供一种通信设备，包括本发明第一方面实施例所述的电吸收调制激光器。
10.本发明实施例包括：电吸收调制激光器及其制作方法、通信设备。根据本发明实施例提供的方案，通过分别制作出dfb激光器芯片和eam芯片并设置在衬底上，采用有机光导线连结dfb激光器芯片的出光端和eam芯片的入光端，能够实现不同芯片的光路级联，从而使得dfb激光器芯片输出光可以经过有机光导线传导进入eam芯片，无需进行额外的外延工艺即可制成电吸收调制激光器，有利于简化电吸收调制激光器的制作工艺，降低器件的制造成本。
11.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变
得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
12.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
13.下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
14.图1是本发明的一个实施例提供的电吸收调制激光器的顶视图；
15.图2是本发明的另一个实施例提供的电吸收调制激光器的侧视图；
16.图3是本发明的另一个实施例提供的电吸收调制激光器的顶视图；
17.图4是本发明的另一个实施例提供的电吸收调制激光器的顶视图；
18.图5是本发明的另一个实施例提供的电吸收调制激光器的顶视图；
19.图6是本发明一个实施例提供的电吸收调制激光器的制作方法的流程图；
20.图7是本发明另一个实施例提供的电吸收调制激光器的制作方法的流程图。
具体实施方式
21.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
22.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
23.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
24.本发明实施例提供一种电吸收调制激光器及其制作方法、通信设备，有利于简化eml的制作工艺，降低器件的制造成本。
25.下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
26.如图1和图2所示，本发明的第一方面实施例提供一种电吸收调制激光器，包括衬底100、dfb激光器芯片200、eam芯片300和有机光导线400，dfb激光器芯片200和eam芯片300设置于衬底100上，有机光导线400用于连结dfb激光器芯片200的出光端和eam芯片300的入光端。
27.通过分别在不同的外延片上制作dfb激光器芯片200和eam芯片300，可以将不同有源区分开优化，有利于改善芯片的工作特性，提升eml的输出光功率和调制性能。再将dfb激光器芯片200和eam芯片300贴装在衬底100上，由于有机光导线400具备导光功能，dfb激光器芯片200和eam芯片300能够通过有机光导线400进行光路连结，另外有机光导线400还具有一定的弹性，并且插损低，不同芯片之间由于贴片偏差造成的耦合损失可通过有机光导线400进行补偿，有利于提高芯片的耦合效率，通过有机光导线400连结dfb激光器芯片200
和eam芯片300，能够不使用对接生长技术制作eml，避免多次外延工艺，有利于提高eml的成品率。
28.在本实施例中，通过分别制作出dfb激光器芯片200和eam芯片300并设置在衬底100上，采用有机光导线400连结dfb激光器芯片200的出光端和eam芯片300的入光端，能够实现不同芯片的光路级联，从而使得dfb激光器芯片200输出光可以经过有机光导线400传导进入eam芯片300，无需进行额外的外延工艺即可制成电吸收调制激光器，有利于简化电吸收调制激光器的制作工艺，降低器件的制造成本。
29.如图1所示，在上述的电吸收调制激光器中，dfb激光器芯片200设置有输出波导210，输出波导210连接至有机光导线400，eam芯片300设置有输入波导310，有机光导线400连接至输入波导310。
30.在本实施例中，dfb激光器芯片200光信号通过输出波导210输出进入有机光导线400，经有机光导线400传导进入eam芯片300的输入波导310，能够实现dfb激光器芯片200的输出光信号汇入eam芯片300进行调制处理，通过有机光导线400分别连接输出波导210和输入波导310，能够实现光信号的输出耦合和输入耦合，有利于提升eml集成光源性能。需要说明的是，为了保证工艺的一致性，输出波导210和输入波导310可以具有相同的物理结构，此外，输出波导210和输入波导310具有相同或不同的物理尺寸，本领域技术人员可根据实际情况对具体的物理尺寸进行设计，例如设计符合模场匹配要求。
31.如图1所示，在上述的电吸收调制激光器中，衬底100设置有两个dfb激光器芯片200，两个dfb激光器芯片200的出光端分别连接至有机光导线400。
32.需要说明的是，由于eam区域为电吸收区域，材料的本征吸收常有几db，造成eml出光功率较低。通过设置两个dfb激光器芯片200，输出光分别从两个dfb激光器芯片200的出光端汇入同一个eam芯片300进行光调制，使得输入光功率增加一倍，例如输入光功率增加3db，则经过eam芯片300输出的光功率也增加3db，从而能够获取高功率输出。
33.需要说明的是，dfb激光器芯片200的数量还可以为三个、四个、五个等，本发明实施例不对具体数量作限制，本领域技术人员可根据实际需求进行设计，多个dfb激光器芯片200在衬底100阵列排布。采用非单个dfb激光器芯片200可以提高eml输出光功率，可以理解的是，一个以上dfb激光器芯片200的输出光经过有机光导线400共同汇入同一个eam芯片300，则输入光功率增加，则eam芯片300输出的光功率也增加，有利于提高eml的出光功率。
34.如图3和图4所示，在上述的电吸收调制激光器中，eam芯片300为集总电极调制器芯片或行波电极调制器芯片。
35.不同的磷化铟材料光通信芯片由于性能不同，需不同的外延结构实现，若单片集成集总电极调制器芯片，即eam芯片300为集总电极调制器芯片，由于衬底均为n掺杂磷化铟衬底100，制作eml可采用对接生长的方式，先刻蚀部分区域的量子阱结构再进行外延再生长，这种制作方式工艺难度大，成品率低。另外，对于单片集成行波电极调制器芯片，即eam芯片300为行波电极调制器芯片，由于激光器区域采用n掺杂磷化铟衬底，而调制器区域需采用绝缘衬底，较难通过单片集成实现。区别于上述的集成方案，本发明实施例的电吸收调制激光器能够分别在不同的外延片上制作dfb激光器芯片200和eam芯片300，再将dfb激光器芯片200和eam芯片300贴装在衬底100上，通过有机光导线400进行光路连结，单个芯片的工艺复杂程度和成本与dml一致，能够有效地简化eml的制作工艺和降低制造成本。
36.可以理解的是，eam芯片300可以为集总电极调制器芯片或行波电极调制器芯片，本领域技术人员可根据实际需求选择不同种类的eam芯片300，本发明实施例不作具体限制，以下将分别用两个具体实施例作介绍。
37.如图3所示，本实施例使用集总电极调制器芯片制作电吸收调制激光器，集总电极调制器芯片只有一个电极，如图3中的第一电极320，调制信号直接通过金属打线加载在第一电极320，通过第一金属打线330输入调制信号，并通过第二金属打线340输出调制信号，第一金属打线330和第二金属打线340集中在第一电极320上。
38.如图4所示，在本实施例中，区别于上述图3的电吸收调制激光器，本实施例使用行波电极调制器芯片制作电吸收调制激光器，行波电极调制器芯片有两个电极，调制信号输入和输出分别加载在不同电极，如图4中的第二电极350和第三电极360，第二电极350与第三金属打线370连接，调制信号通过第三金属打线370输入至第二电极350，第三电极360与第四金属打线380连接，通过第四金属打线380输出调制信号，调制信号的传输方向与光信号的传输方式一致，可以理解的是，第二电极350作为调制信号的接入电极，第三电极360作为调制信号的引出电极。
39.需要说明的是，第一电极320、第二电极350、第三电极360的材质可以为金、锗、银、铜、铂、钛、镍、钴、钯中任意一种或其组合体，本领域技术人员可根据实际需求进行选择。
40.如图5所示，在上述的电吸收调制激光器中，衬底包括第一衬底110和第二衬底120，dfb激光器芯片200设置在第一衬底110上，eam芯片300设置在第二衬底120上。
41.在本实施例中，区别于上述图1的电吸收调制激光器，通过采用不同的衬底100，可以直接在第一衬底110上制作出dfb激光器芯片200，在第二衬底120上制作出eam芯片300，能够分别在不同的外延片上进行工艺制作，优化不同芯片的工作特性，有利于改善eml的成品率，将dfb激光器芯片200和eam芯片300制作完成后，可直接通过有机光导线400进行连结，制作工艺简单。
42.可以理解的是，本发明实施例的电吸收调制激光器的dfb激光器芯片200和eam芯片300可以设置在同一衬底100，也可以设置在不同衬底100。
43.在上述的电吸收调制激光器中，衬底100的材料为陶瓷、金属、硅、氮化硅、碳化硅或者氧化硅。
44.需要说明的是，本领域技术人员可根据电吸收调制激光器的使用需求选择合适的衬底100材料，选择化学稳定性好、导热性能好的衬底材料，有利于延长器件的工作寿命。
45.在上述的电吸收调制激光器中，有机光导线400的材料为苯并环丁烯、聚酰亚胺或者环氧树脂。
46.需要说明的是，采用苯并环丁烯(benzocyclobutene，bcb)制得的bcb胶是一种光敏光刻胶，具有介电常数低和良好的绝缘性等特点，同时能够作为一种有机粘结介质，可以实现硅衬底、玻璃衬底等多种材料基底之间的有效键合，对衬底表面的平整度和粗糙度要求较低，苯并环丁烯是一种能够满足各种要求的良好性能材料。采用su-8环氧树脂制得的su-8胶是一种负性、近紫外线光刻胶，在近紫外光范围内光吸收度很低，且整个光刻胶层所获得的曝光量均匀一致，具有良好的力学性能、抗化学腐蚀性和热稳定性。
47.可以理解的是，有机光导线400可根据实际需求选用不同的有机物制成，只要能实现导光功能即可。
48.需要说明的是，在上述的电吸收调制激光器中，还可以增加光放大器结构，有利于提高eml的输出光功率。例如在eam芯片300末端集成半导体光放大器(semiconductor opticalamplifier，soa)，采用有机光导线400进行器件的连结。
49.如图6所示，本发明的一个实施例提供一种电吸收调制激光器的制作方法，包括以下步骤：
50.步骤s610：制作dfb激光器芯片和eam芯片；
51.步骤s620：将dfb激光器芯片和eam芯片贴装在衬底上；
52.步骤s630：通过有机光导线连结dfb激光器芯片的出光端和eam芯片的入光端。
53.在本实施例中，通过分别制作出dfb激光器芯片200和eam芯片300，并将dfb激光器芯片200和eam芯片300贴装在衬底100上，采用有机光导线400连结dfb激光器芯片200的出光端和eam芯片300的入光端，能够实现不同芯片的光路级联，从而使得dfb激光器芯片200输出光可以经过有机光导线400传导进入eam芯片300，无需进行额外的外延工艺即可制成电吸收调制激光器，有利于简化电吸收调制激光器的制作工艺，降低器件的制造成本。
54.需要说明的是，可以采用自动贴装的方式将dfb激光器芯片200和eam芯片300贴装在衬底100上，例如将衬底100放置在自动化设备上，能够保证工艺的一致性，缩短制造时间，方便进行批量生产。
55.如图7所示，基于图6的电吸收调制激光器的制作方法，步骤s610中制作dfb激光器芯片和eam芯片，包括以下步骤：
56.步骤s710：在磷化铟衬底上生长制作出有源区域的量子阱结构；
57.步骤s720：通过工艺脊波导刻蚀、介质层开窗、金属电极沉积、衬底减薄、芯片解理和芯片镀膜制作出dfb激光器芯片和eam芯片。
58.需要说明的是，通过在磷化铟衬底上生长制作出有源区域的量子阱结构，提供芯片制作的结构条件，经过脊波导刻蚀、介质层开窗、金属电极沉积、衬底减薄、芯片解理和芯片镀膜多个工艺步骤制作出dfb激光器芯片200和eam芯片300，可以分别对不同的芯片结构进行优化，保证良好的工作特性。
59.本发明的实施例还提供一种通信设备，包括如上实施例的电吸收调制激光器。
60.在本实施例提供的通信设备中，通过采用有机光导线400连结dfb激光器芯片200的出光端和eam芯片300的入光端，能够实现不同芯片的光路级联，从而使得dfb激光器芯片200输出光可以经过有机光导线400传导进入eam芯片300，无需进行额外的外延工艺即可制成电吸收调制激光器，有利于简化电吸收调制激光器的制作工艺，可以降低通信设备的制造成本。
61.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。