一种光拍频信号发射芯片及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种光拍频信号发射芯片，包括微环激光器、多模干涉耦合器、静态分布式反馈式激光器、动态调制分布式反馈式激光器、输出定向耦合器与输出波导和半导体晶元；通过在芯片背面增加共地电极，实现片上器件的注入电流独立可调；同时，在这两个分布式反馈式激光器上制作共面金属传输线，完成电信号到光信号的直接上转换，实现电信号的直接调制和发射；所述多模干涉耦合器、输出定向耦合器与输出波导均与微环激光器连接；所述的半导体晶元与光拍频信号发射芯片中的其他器件连接；其中，光拍频信号发射芯片利用光混频、边模注入锁定以及光反馈回路的物理机理，输出一个低噪声的拍频信号。

【技术实现步骤摘要】
一种光拍频信号发射芯片及制备方法
本专利技术涉及通信领域的高速半导体光电器件，特别涉及一种光拍频信号发射芯片及制备方法。
技术介绍
随着时代的进步，人们对通信的带宽及速率的要求越来越高，光载无线通信技术的提出，能够很好的结合带宽高速长距离光纤通信以及便捷的短距离无线通信的优势，同时还能够通过对复杂通信设备的集中化，大大降低通信系统的成本。在现有技术中，光载无线通信技术发核心思想是在蜂窝网络采用现有的无线技术，而基站与中心局之间的通信则采用光纤通信，且无线信号通过光电转换后直接加载到光载波上进行传输；而光载射频信号的产生原理一般是两束不同波长的激光叠加后产生拍频，主要有四种低噪声光载射频的产生技术，分别基于光频率梳、光反馈回路、边摸注入锁定和光混频的物理原理，而单一地利用这些效应所产生的光载射频的系统都存在缺点，导致产生的光载射频信号难以集成、可调谐范围小或产生的拍频信号线宽较宽。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种发射线宽窄、发射频率可调、可直接调制和体积小的光拍频信号发射芯片，以及提供其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种光拍频信号发射芯片，包括微环激光器、多模干涉耦合器、静态分布式反馈式激光器、动态调制分布式反馈式激光器、输出定向耦合器与输出波导和半导体晶元；通过在芯片背面增加共地电极，实现片上器件的注入电流独立可调；所述的静态分布式反馈式激光器和动态调制分布式反馈式激光器均与多模干涉耦合器连接，同时，在这两个分布式反馈式激光器上制作共面金属传输线，完成电信号到光信号的直接上转换，实现电信号的直接调制和发射；所述多模干涉耦合器、输出定向耦合器与输出波导均与微环激光器连接；所述的半导体晶元与光拍频信号发射芯片中的其他器件连接；其中，光拍频信号发射芯片利用光混频、边模注入锁定以及光反馈回路的物理机理，输出一个低噪声的拍频信号。在上述方案中，将这两个分布式反馈式激光器输出的信号分别对准微环激光器内两个激射纵模进行注入锁定，再由微环激光器光混频效应产生相位关联，又由微环激光器的背向散射建立光反馈回路，三种物理机理共同起作用，输出一个低噪声的拍频信号；同时，可通过改变注入电流或改变微环激光器的周长以及调节两个分布式反馈式激光器的输出波长对准微环激光器的不同纵模，实现输出拍频信号的频率可调。进一步的，所述的微环激光器、多模干涉耦合器、静态分布式反馈式激光器、动态调制分布式反馈式激光器和输出波导均为脊形结构，其中脊形台宽度范围在500nm～10mm；所述的微环激光器的周长范围在50mm～5000mm；所述的静态分布式反馈式激光器和动态调制分布式反馈式激光器的光栅周期范围在50nm～10mm，并在其上面制作的共面金属传输线和信号线与底线之间的间距范围在5mm～500mm。进一步的，所述的输出波导上分有介质材料填充，其厚度范围在100nm～5mm。其中，本专利技术还提供动态调制分布式反馈式激光器的制备方法，该方法包括以下步骤：a)在半导体衬底上依次外延生长n型半导体层，多量子阱有源芯层，以及p型半导体层；b)依次对外延生长完毕的晶圆进行掩膜生长、图形产生、台阶刻蚀，得到脊波导、外围脊形台和晶圆台面；c)在晶圆上依次沉积钝化层和介质层；d)在晶圆上依次旋涂光刻胶，曝光，热回流，等离子体刻蚀，制备电极接触窗口；e)在晶圆上进行金属沉积，制备传输线信号电极、传输线地电极和背面共地电极。进一步的，所述的钝化层的材料为二氧化硅或氮化硅，通过在钝化层上方增加介质层，实现脊形台的平坦化，使得点传输与半导体有良好接触而不发生断裂。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术结合了单一光反馈回路、边模注入锁定以及光混频技术的优点，通过三种技术的共同使用，减小了输出信号的线宽，提高了输出信号的质量；同时，通过在某一个分布式反馈式激光器上制作电传输线，完成电信号到光信号的转换，实现电信号的直接调制和发射；因此，本专利技术具有发射线宽窄、发射频率可调、可直接调制和体积小等特点。附图说明图1为本专利技术光拍频信号发射芯片整体结构图。图2为本专利技术动态调制分布式反馈式激光器的剖面结构图。图3为本专利技术动态调制分布式反馈式激光器的制备方法流程示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。本专利技术的光拍频信号发射芯片整体结构图如图1所示，包括微环激光器1、多模干涉耦合器2、静态分布式反馈式激光器3、动态调制分布式反馈式激光器4、输出定向耦合器与输出波导5和半导体晶元6；所述的静态分布式反馈式激光器3和动态调制分布式反馈式激光器4均与多模干涉耦合器2连接；所述多模干涉耦合器2、输出定向耦合器与输出波导5均与微环激光器1连接；所述的半导体晶元6与光拍频信号发射芯片中的其他器件连接。其中，所述的微环激光器1、多模干涉耦合器2、静态分布式反馈式激光器3、动态调制分布式反馈式激光器4和输出波导均为脊形结构，其中脊形台宽度范围在500nm～10mm；所述的微环激光器1的周长范围在50mm～5000mm；所述的静态分布式反馈式激光器3和动态调制分布式反馈式激光器4的光栅周期范围在50nm～10mm，并在其上面制作的共面金属传输线和信号线与底线之间的间距范围在5mm～500mm；所述的输出波导上分有介质材料填充，其厚度范围在100nm～5mm。在本实施例中，通过在芯片背面增加共地电极，实现片上器件的注入电流独立可调；同时，在两个分布式反馈式激光器上制作共面金属传输线，在宽频带上实现阻抗匹配，完成电信号到光信号的直接上转换，实现电信号的直接调制和发射；同时，这两个分布式反馈式激光器输出的信号分别对准微环激光器内两个激射纵模进行注入锁定，再由微环激光器光混频效应产生相位关联，又由微环激光器的背向散射建立光反馈回路，三种物理机理共同起作用，使得三个激光器达到互相锁定的状态，两个被注入锁定的纵模叠加输出一个低噪声的拍频信号。其中，可通过改变注入电流或改变微环激光器的周长以及调节两个分布式反馈式激光器的输出波长对准微环激光器的不同纵模，实现输出拍频信号的频率可调。在上述方案中的动态调制分布式反馈式激光器的剖面结构图如图2所示，包括分布反馈式激光器的脊波导401、外围脊形台402、有源芯层403、半导体衬底404、钝化层405、介质层406、传输线信号电极407、传输线地电极408、背面共地电极409。同时，本专利技术的动态调制分布式反馈式激光器的制备方法流程示意图如图3所示，具体工艺步骤如下：a)在半导体衬底404上依次外延生长n型半导体层，多量子阱有源芯层403，以及p型半导体层；b)依次对外延生长完毕的晶圆进行掩膜生长、图形产生、台阶刻蚀，得到脊波导401、外围脊形台402和晶圆台面；c)在晶圆上依次沉积钝化层405和介质层406；d)在晶圆上依次旋涂光刻胶，曝光，热回流，等离子体刻蚀，制备电极接触窗口；e)在晶圆上进行金属沉积，制备传输线信号电极407、传输线地电极408和背面共地电极409。所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光拍频信号发射芯片，其特征在于，包括微环激光器(1)、多模干涉耦合器(2)、静态分布式反馈式激光器(3)、动态调制分布式反馈式激光器(4)、输出定向耦合器与输出波导(5)和半导体晶元(6)；所述的静态分布式反馈式激光器(3)和动态调制分布式反馈式激光器(4)均与多模干涉耦合器(2)连接，同时，在这两个分布式反馈式激光器上制作共面金属传输线，完成电信号到光信号的直接上转换，实现电信号的直接调制和发射；所述多模干涉耦合器(2)、输出定向耦合器与输出波导(5)均与微环激光器(1)连接；所述的半导体晶元(6)与光拍频信号发射芯片中的其他器件连接；在光拍频信号发射芯片背面增加共地电极，实现注入电流独立可调；光拍频信号发射芯片利用光混频、边模注入锁定以及光反馈回路的物理机理，输出一个低噪声的拍频信号。

【技术特征摘要】
1.一种光拍频信号发射芯片，其特征在于，包括微环激光器(1)、多模干涉耦合器(2)、静态分布式反馈式激光器(3)、动态调制分布式反馈式激光器(4)、输出定向耦合器与输出波导(5)和半导体晶元(6)；所述的静态分布式反馈式激光器(3)和动态调制分布式反馈式激光器(4)均与多模干涉耦合器(2)连接，同时，在这两个分布式反馈式激光器上制作共面金属传输线，完成电信号到光信号的直接上转换，实现电信号的直接调制和发射；所述多模干涉耦合器(2)、输出定向耦合器与输出波导(5)均与微环激光器(1)连接；所述的半导体晶元(6)与光拍频信号发射芯片中的其他器件连接；在光拍频信号发射芯片背面增加共地电极，实现注入电流独立可调；光拍频信号发射芯片利用光混频、边模注入锁定以及光反馈回路的物理机理，输出一个低噪声的拍频信号。2.根据权利要求1所述的一种光拍频信号发射芯片，其特征在于，所述的微环激光器(1)、多模干涉耦合器(2)、静态分布式反馈式激光器(3)、动态调制分布式反馈式激光器(4)和输出波导均为脊形结构，其中脊形台宽度范围为500nm～10mm。3.根据权利要求1所述的一种光拍频信号发射芯片，其特征在于，所述的微环激光器(1)的周长范围为50mm～5000mm；所述的静态分布式反馈式激光器(3)和动态调制分布式反馈式激光器(4)的光栅周期范围为50nm～10mm。4.根据权利要求1所述的一种光拍频信号发射芯片，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钰杰，王易，余思远，蔡鑫伦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44