一种高速外调激光器芯片和制备方法与流程

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种高速外调激光器芯片和制备方法。

背景技术：

1、近几年，随着5g移动通信的迅猛发展，客户端网络流量爆炸式增长，云计算、大数据等新兴互联网应用对网络带宽提出了更高的要求，5g移动通信的到来会进一步加快这一趋势，从而迫切需要开发高密度、高速和低成本的以太网系统。电吸收调制激光器(electro-absorption modulated laser，eml)作为一种稳定可靠的光源在长距离高速光纤传输系统中发挥着重要的作用，如何提高eml的功率、带宽和传输容量是目前研究发展中的热点问题。现阶段制作的电吸收调制激光器为了获得低阈值、高功率、高调制带宽等优良特性，通常采用的量子阱为压应变量子阱，但量子阱的重复压应变的累积会导致晶格结构被破坏，形成缺陷。为了提高电吸收调制激光器的响应带宽，目前通常会在量子阱材料中引入fe掺杂，fe掺杂中zn的扩散会导致较大的漏电流，结果反而是降低了响应带宽。

2、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明要解决的技术问题是提供一种高速外调激光器芯片和制备方法，目的在于解决只采用压应变量子阱，压应变的累积导致量子阱结构被破坏和较大漏电流降低芯片响应带宽的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提供一种高速外调激光器芯片，芯片包括位于同一衬底10和同一第一包覆层11上的调制器模块和激光器模块，所述激光器模块包括第一限制层14、第一多量子阱结构15和第二限制层16；所述调制器模块包括第三限制层17、第二多量子阱结构18和第四限制层19；

3、所述第一限制层14与所述第三限制层17对接，所述第一多量子阱结构15与所述第二多量子阱结构18对接，所述第二限制层16与所述第四限制层19对接；

4、在所述第一多量子阱结构15和所述第二多量子阱结构18的周围掩埋生长扩散阻挡层27。

5、优选地，所述激光器模块还包括第一填充层23和第一绝缘层24，其中：

6、所述第二限制层16选用浅脊波导，所述第一填充层23对所述第二限制层16两侧进行填充；

7、第一绝缘层24位于所述第二限制层16和所述第一填充层23之间，所述第一绝缘层24与所述第一填充层23高度齐平。

8、优选地，所述调制器模块还包括第二填充层25和第二绝缘层26，其中：

9、所述第四限制层19选用深脊波导，所述第二填充层25对所述第四限制层19两侧进行填充；

10、第二绝缘层26位于所述第三限制层17至所述第二填充层25之间，所述第二填充层25和所述第二绝缘层26高度齐平。

11、优选地，所述激光器模块和所述调制器模块还包括第二包覆层12、第一接触层13和电极层31，其中：

12、在所述激光器模块和所述调制器模块中，所述第二包覆层12位于所述第一接触层13的下方，所述第一接触层13的上方被所述电极层31覆盖。

13、优选地，在所述激光器模块中，所述第二包覆层12的下方为所述第二限制层16；在所述调制器模块中，所述第二包覆层12的下方为所述第四限制层19。

14、优选地，所述第一多量子阱结构15中量子阱的个数为5-10个，量子阱的宽度为1.6μm-1.7μm，所述第二多量子阱结构18中量子阱的个数为10-15个，量子阱的宽度为1.6μm-1.7μm；所述第一多量子阱结构15的带隙波长小于所述第二多量子阱结构18的带隙波长。

15、优选地，所述第一多量子阱结构15和所述第二多量子阱结构18中，量子阱的材料表示为inxga1-xasyp1-y，其中，x和y取值在0～1之间。

16、优选地，所述激光器模块背对所述调制器模块的端面镀有反射膜21，所述调制器模块背对所述激光器模块的端面镀有透射膜22，其中，所述反射膜21的反射率大于99％，所述透射膜22的反射率小于0.01％。

17、优选地，所述第二限制层16的表面形成光栅，所述光栅为四分之一激射波长的相移光栅、啁啾光栅和表面光栅中的一种。

18、第二方面，本发明提供一种高速外调激光器芯片制备方法，方法用于制备第一方面提到的高速外调激光器芯片，方法包括：

19、在衬底10上依次外延出第一包覆层11、第一限制层14、第一多量子阱结构15和第二限制层16；

20、在所述第二限制层16上光刻定义出激光器模块并生长掩蔽层将所述激光器模块掩蔽，再刻蚀掉除了所述激光器模块的部分，刻蚀至所述第一包覆层11；

21、再由所述第一包覆层11上依次外延出第三限制层17、第二多量子阱结构18和第四限制层19，在所述第四限制层19上光刻定义出调制器模块，在所述第一多量子阱结构15和所述第二多量子阱结构18的周围掩埋生长扩散阻挡层27；

22、所述激光器模块与所述调制器模块高度齐平后，在所述激光器模块与所述调制器模块之间进行刻蚀形成隔离沟；

23、所述激光器模块发射激光，激光经所述隔离沟传输至所述调制器模块，所述调制器模块对所述激光进行调制。

24、本发明具有以下有益效果：

25、1.本发明采用交替生长压应变量子阱与张应变量子阱的方法，以补偿应变超晶格生长，利用压应变量子阱低阈值、高功率、高调制特性、优良的温度特性的同时用张应变量子阱缓解压应变，防止晶格结构被破坏。

26、2.本发明在芯片的多量子阱结构周围掩埋生长扩散阻挡层，扩散阻挡层能有效阻止zn的扩散，减少漏电流，提高了芯片的调制带宽。

技术特征：

1.一种高速外调激光器芯片，其特征在于，芯片包括位于同一衬底(10)和同一第一包覆层(11)上的调制器模块和激光器模块，所述激光器模块包括第一限制层(14)、第一多量子阱结构(15)和第二限制层(16)；所述调制器模块包括第三限制层(17)、第二多量子阱结构(18)和第四限制层(19)；

2.根据权利要求1所述的高速外调激光器芯片，其特征在于，所述激光器模块还包括第一填充层(23)和第一绝缘层(24)，其中：

3.根据权利要求1所述的高速外调激光器芯片，其特征在于，所述调制器模块还包括第二填充层(25)和第二绝缘层(26)，其中：

4.根据权利要求2所述的高速外调激光器芯片，其特征在于，所述激光器模块和所述调制器模块还包括第二包覆层(12)、第一接触层(13)和电极层(31)，其中：

5.根据权利要求4所述的高速外调激光器芯片，其特征在于，在所述激光器模块中，所述第二包覆层(12)的下方为所述第二限制层(16)；在所述调制器模块中，所述第二包覆层(12)的下方为所述第四限制层(19)。

6.根据权利要求4所述的高速外调激光器芯片，其特征在于，所述第一多量子阱结构(15)中量子阱的个数为5-10个，量子阱的宽度为1.6μm-1.7μm，所述第二多量子阱结构(18)中量子阱的个数为10-15个，量子阱的宽度为1.6μm-1.7μm；所述第一多量子阱结构(15)的带隙波长小于所述第二多量子阱结构(18)的带隙波长。

7.根据权利要求1所述的高速外调激光器芯片，其特征在于，所述第一多量子阱结构(15)和所述第二多量子阱结构(18)中，量子阱的材料表示为inxga1-xasyp1-y，其中，x和y取值在0～1之间。

8.根据权利要求1所述的高速外调激光器芯片，其特征在于，所述激光器模块背对所述调制器模块的端面镀有反射膜(21)，所述调制器模块背对所述激光器模块的端面镀有透射膜(22)，其中，所述反射膜(21)的反射率大于99％，所述透射膜(22)的反射率小于0.01％。

9.根据权利要求1所述的高速外调激光器芯片，其特征在于，所述第二限制层(16)的表面形成光栅，所述光栅为四分之一激射波长的相移光栅、啁啾光栅和表面光栅中的一种。

10.一种高速外调激光器芯片制备方法，其特征在于，方法用于制备权利要求1至9任一所述的高速外调激光器芯片，方法包括：

技术总结
本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种高速外调激光器芯片和制备方法，芯片包括位于同一衬底和同一第一包覆层上的调制器模块和激光器模块，所述激光器模块包括第一限制层、第一多量子阱结构和第二限制层；所述调制器模块包括第三限制层、第二多量子阱结构和第四限制层；所述第一限制层与所述第三限制层对接，所述第一多量子阱结构与所述第二多量子阱结构对接，所述第二限制层与所述第四限制层对接；在所述第一多量子阱结构和所述第二多量子阱结构的周围掩埋生长扩散阻挡层。本发明在芯片的多量子阱结构周围掩埋生长扩散阻挡层，扩散阻挡层能有效阻止Zn的扩散，减少漏电流，提高了芯片的调制带宽。

技术研发人员：刘宇翔,万枫,余洁,熊永华
受保护的技术使用者：武汉光迅科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15