一种具有调制器的激光芯片、准备方法及光模块技术

本申请提供的具有调制器的激光芯片、准备方法及光模块，包括：N电极层、N型半导体材料层、有源层、上波导层、P型半导体材料层；还包括：第一脊波导沟槽，贯穿至N型半导体材料层；第二脊波导沟槽，贯穿至N型半导体材料层，与第一脊波导沟槽之间设置有脊波导；第一钝化层，覆盖设置在脊波导一侧的P型半导体材料层的上方以及第一脊波导沟槽内；第二钝化层，覆盖设置在脊波导另一侧P型半导体材料层的上方以及第二脊波导沟槽内；第一P电极层，设置在P型半导体材料层上方的第二钝化层上；第二P电极层，设置在脊波导上；悬浮电极，悬空设置在第二脊波导沟槽上，电连接第一P电极层和第二P电极层。更好的把高速性能和调制效率的优化结合起来。来。来。

【技术实现步骤摘要】
一种具有调制器的激光芯片、准备方法及光模块


[0001]本申请涉及光通信
，尤其涉及一种具有调制器的激光芯片、制备方法及光模块。

技术介绍

[0002]随着物联网、大数据和云计算技术的飞速发展，信息交互所需要的数据通信量呈现出爆炸式增长，应运而生的光纤通信技术随之成为能够实现高速信息传输的首选技术，相关行业对单个器件传输速率的要求也越来越高，高速带调制器的激光器是未来信息技术的最核心的组成部分，如基于III
‑
V族化合物的高速带调制器的激光器。
[0003]基于III
‑
V族化合物的高速带调制器的激光器主要包括分布反馈(Distributed Feedback,DFB)直调激光器(Directly Modulated Laser,DML)、集成电吸收调制器(Electro
‑
absorption modulator,EAM)的外腔调制激光器(Externally Modulated Laser,EML)和集成马赫－曾德尔干涉仪(Mach
–
Zehnder interferometer，MZI)的外腔调制激光器。在过去10年中，EML在光通信行业广泛应用在：传输网络10公里
‑
80公里及以上应用，接入网中10G PON OLT应用，数据中心中100G、200G、400G模块，5G网络中回传等。芯片类别主要包括10G、25G、56G EML，调制模式分为1比特的NRZ和2比特的PAM4应用。
[0004]EML通常由一个DFB激光器和一个EAM调制器单片集成而成，尺寸小、制造过程相对简单，是光通信
非常实用的带调制器的激光器。目前EML向更高速率更高效率升级的主要障碍在于其整体高速电路设计和整体光场限制设计。然而，EML的高速性能和调制效率在设计上很多时候是相互矛盾的。一般来说，EML的高速性能受到器件电容限制，因此为提高EML的高速性能需要减小尺寸，但减小EML的尺寸通常需要有源区体积减小。然而由于器件的调制效率的提升需要更好的光学限制，EML有源区减小会影响器件调制效率。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种具有调制器的激光芯片、制备方法及光模块，能够更好的把高速性能和调制效率的优化结合起来。
[0006]第一方面，本申请提供了一种具有调制器的激光芯片，用于光模块，包括：
[0007]位于底部的N电极层；
[0008]N型半导体材料层，设置在所述N电极层上；
[0009]有源层，设置在所述N型半导体材料层上；
[0010]上波导层，设置在所述有源层上；
[0011]P型半导体材料层，设置在所述上波导层上；
[0012]第一脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述N型半导体材料层；
[0013]第二脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述N型半导体材料层，与所述第一脊波导沟槽之间设置有脊波导；
[0014]第一钝化层，覆盖设置在所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方以及所
述第一脊波导沟槽内；
[0015]第二钝化层，覆盖设置在所述脊波导另一侧所述P型半导体材料层的上方以及所述第二脊波导沟槽内；
[0016]第一P电极层，设置在所述P型半导体材料层上方的所述第二钝化层上；
[0017]第二P电极层，设置在所述脊波导上；
[0018]悬浮电极，悬空设置在所述第二脊波导沟槽上，一端电连接所述第一P电极层，另一端电连接所述第二P电极层。
[0019]第二方面，本申请提供了一种具有调制器的激光芯片制备方法，用于制备第一方面所述的具有调制器的激光芯片，所述方法包括：
[0020]在N型半导体材料层的一侧依次形成有源层、上波导层和P型半导体材料层；
[0021]自所述P型半导体材料层的顶部刻蚀至所述N型半导体材料层形成第一脊波导沟槽和第二脊波导沟槽，所述第一脊波导沟槽和所述第二脊波导沟槽之间形成脊波导；
[0022]在所述P型半导体材料层上方、所述第一脊波导沟槽和所述第二脊波导沟槽内设置钝化层；
[0023]去掉所述脊波导顶部的钝化层，以在所述脊波导的一侧形成第一钝化层、另一侧形成第二钝化层；
[0024]在所述第二钝化层上形成第一P电极层，在所述脊波导上形成第二P电极层；
[0025]在所述第二脊波导沟槽内填充可去除材料，在所述可去除材料上形成电极且使所述电极电连接所述第一P电极层和所述第二P电极层；
[0026]去除所述可去除材料使所述电极悬置，以在所述第二脊波导沟槽上方形成悬浮电极；
[0027]在所述N型半导体材料层的另一侧形成N电极层。
[0028]本申请提供的一种具有调制器的激光芯片及制备方法中，第一脊波导沟槽和第二脊波导沟槽的底部位于有源层下方的N型半导体材料层，即第一脊波导沟槽和第二脊波导沟槽刻透有源区，使有源层不在连续完整，进而形成深脊波导结构；并且第一脊波导沟槽内设置有第一钝化层和第二脊波导沟槽内设置有第二钝化层，使得光场被更为强烈的限制在有源层内，达到提升光场在有源层限制比例的作用，光场限制比例是具有调制器的激光芯片和调制器设计的重要参数，比例提高对于具有调制器的激光芯片的调制效率非常有益。同时，采用悬浮电极，悬浮电极跨过脊波导沟槽，当通过悬浮电极进行电注入时，悬浮电极悬置在空中进行跨越，悬浮电极不与脊波导沟槽的底部和侧壁的钝化层接触，从而极大程度的降低电极覆盖脊波导沟槽底部和侧壁时产生的寄生电容，达到提高具有调制器的激光芯片速率的效应。如此本申请提供的具有调制器的激光芯片及制备方法中，深脊波导结构与悬浮电极结合，使悬浮电极从脊波导沟槽上跨过，在深脊波导提升器件性能的同时进一步提升具有调制器的激光芯片的速率，并且有效避免掉深脊波导需要更多金属覆盖从而增大电容降低速率的矛盾。
[0029]第三方面,本申请提供了一种具有调制器的激光芯片，用于光模块，包括：
[0030]位于底部的N电极层；
[0031]N型半导体材料层，设置在所述N电极层上；
[0032]有源层，设置在所述N型半导体材料层上；
[0033]上波导层，设置在所述有源层上；
[0034]P型半导体材料层，设置在所述上波导层上；
[0035]第一脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述P型半导体材料层；
[0036]第二脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述P型半导体材料层，与所述第一脊波导沟槽之间设置有脊波导；
[0037]第一钝化层，覆盖设置在所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方以及所述第一脊波导沟槽内；
[0038]第二钝化层，覆盖设置在所述脊波导另一侧所述P型半导体材料层的上方以及所述第二脊波导沟槽内；
[0039]第一P电极层，设置在所述P型半导体材料层上方的所述第二钝化层上；
[0040]第二P电极层，设置在所述脊波导上；
[0041]悬浮电极，悬空设置在所述第二脊波导沟槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有调制器的激光芯片，其特征在于，用于光模块，包括：位于底部的N电极层；N型半导体材料层，设置在所述N电极层上；有源层，设置在所述N型半导体材料层上；上波导层，设置在所述有源层上；P型半导体材料层，设置在所述上波导层上；第一脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述N型半导体材料层；第二脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述N型半导体材料层，与所述第一脊波导沟槽之间设置有脊波导；第一钝化层，覆盖设置在所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方以及所述第一脊波导沟槽内；第二钝化层，覆盖设置在所述脊波导另一侧所述P型半导体材料层的上方以及所述第二脊波导沟槽内；第一P电极层，设置在所述P型半导体材料层上方的所述第二钝化层上；第二P电极层，设置在所述脊波导上；悬浮电极，悬空设置在所述第二脊波导沟槽上，一端电连接所述第一P电极层，另一端电连接所述第二P电极层。2.根据权利要求1所述的具有调制器的激光芯片，其特征在于，所述上波导层包括P型光栅层；所述具有调制器的激光芯片还包括：第三P电极层，设置在所述脊波导上且位于所述P型光栅层的上方，一端设置在所述第一钝化层上且延伸至所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方，另一端设置在所述第二钝化层上且延伸至所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方。3.一种具有调制器的激光芯片，其特征在于，用于光模块，包括：位于底部的N电极层；N型半导体材料层，设置在所述N电极层上；有源层，设置在所述N型半导体材料层上；上波导层，设置在所述有源层上；P型半导体材料层，设置在所述上波导层上；第一脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述P型半导体材料层；第二脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述P型半导体材料层，与所述第一脊波导沟槽之间设置有脊波导；第一钝化层，覆盖设置在所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方以及所述第一脊波导沟槽内；第二钝化层，覆盖设置在所述脊波导另一侧所述P型半导体材料层的上方以及所述第二脊波导沟槽内；第一P电极层，设置在所述P型半导体材料层上方的所述第二钝化层上；第二P电极层，设置在所述脊波导上；悬浮电极，悬空设置在所述第二脊波导沟槽上，一端电连接所述第一P电极层，另一端
电连接所述第二P电极层。4.根据权利要求3所述的具有调制器的激光芯片，其特征在于，所述上波导层包括P型光栅层；所述具有调制器的激光芯片还包括：第三P电极层，设置在所述脊波导上，一端设置在所述第一钝化层上且延伸至所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方，另一端设置在所述第二钝化层上且延伸至所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方。5.一种具有调制器的激光芯片，其特征在于，用于光模块，包括：位于底部的N电极层；N型半导体材料层，设置在所述N电极层上；有源层，设置在所述N型半导体材料层上；上波导层，设置在所述有源层上；P型半导体材料层，设置在所述上波导层上；第一脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述N型半导体材料层；第二脊波导沟槽，自顶部贯穿至所述N型半导体材料层，与所述第一脊波导沟槽之间设置有脊波导；第一钝化层，覆盖设置在所述脊波导一侧的所述P型半导体材料层的上方以及所述第一脊波导沟槽内；第二钝化层，覆盖设置在所述脊波导另一侧所述P型半导体材料层的上方以及所述第二脊波导沟槽内；第一P电极层，设置在所述P型半导体材料层上方的所述第二钝化层上；第二P电极层，设置在所述脊波导上；第四P电极层，设置在所述第二脊波导沟槽内的所述第二钝化层上，一端电连接所述第一P电极层，另一端电连接所述第二P电极层。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静思，陈骁，
申请(专利权)人：青岛海信宽带多媒体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：