一種光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片及制備方法與流程

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域的高速半導(dǎo)體光電器件，特別涉及一種光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片及制備方法。

背景技術(shù)：

隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)通信的帶寬及速率的要求越來(lái)越高，光載無(wú)線通信技術(shù)的提出，能夠很好的結(jié)合帶寬高速長(zhǎng)距離光纖通信以及便捷的短距離無(wú)線通信的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還能夠通過(guò)對(duì)復(fù)雜通信設(shè)備的集中化，大大降低通信系統(tǒng)的成本。在現(xiàn)有技術(shù)中，光載無(wú)線通信技術(shù)發(fā)核心思想是在蜂窩網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)，而基站與中心局之間的通信則采用光纖通信，且無(wú)線信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換后直接加載到光載波上進(jìn)行傳輸；而光載射頻信號(hào)的產(chǎn)生原理一般是兩束不同波長(zhǎng)的激光疊加后產(chǎn)生拍頻，主要有四種低噪聲光載射頻的產(chǎn)生技術(shù)，分別基于光頻率梳、光反饋回路、邊摸注入鎖定和光混頻的物理原理，而單一地利用這些效應(yīng)所產(chǎn)生的光載射頻的系統(tǒng)都存在缺點(diǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)生的光載射頻信號(hào)難以集成、可調(diào)諧范圍小或產(chǎn)生的拍頻信號(hào)線寬較寬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種發(fā)射線寬窄、發(fā)射頻率可調(diào)、可直接調(diào)制和體積小的光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片，以及提供其制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片，包括微環(huán)激光器、多模干涉耦合器、靜態(tài)分布式反饋式激光器、動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器、輸出定向耦合器與輸出波導(dǎo)和半導(dǎo)體晶元；通過(guò)在芯片背面增加共地電極，實(shí)現(xiàn)片上器件的注入電流獨(dú)立可調(diào)；所述的靜態(tài)分布式反饋式激光器和動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器均與多模干涉耦合器連接，同時(shí)，在這兩個(gè)分布式反饋式激光器上制作共面金屬傳輸線，完成電信號(hào)到光信號(hào)的直接上轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的直接調(diào)制和發(fā)射；所述多模干涉耦合器、輸出定向耦合器與輸出波導(dǎo)均與微環(huán)激光器連接；所述的半導(dǎo)體晶元與光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片中的其他器件連接；其中，光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片利用光混頻、邊模注入鎖定以及光反饋回路的物理機(jī)理，輸出一個(gè)低噪聲的拍頻信號(hào)。

在上述方案中，將這兩個(gè)分布式反饋式激光器輸出的信號(hào)分別對(duì)準(zhǔn)微環(huán)激光器內(nèi)兩個(gè)激射縱模進(jìn)行注入鎖定，再由微環(huán)激光器光混頻效應(yīng)產(chǎn)生相位關(guān)聯(lián)，又由微環(huán)激光器的背向散射建立光反饋回路，三種物理機(jī)理共同起作用，輸出一個(gè)低噪聲的拍頻信號(hào)；同時(shí)，可通過(guò)改變注入電流或改變微環(huán)激光器的周長(zhǎng)以及調(diào)節(jié)兩個(gè)分布式反饋式激光器的輸出波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)微環(huán)激光器的不同縱模，實(shí)現(xiàn)輸出拍頻信號(hào)的頻率可調(diào)。

進(jìn)一步的，所述的微環(huán)激光器、多模干涉耦合器、靜態(tài)分布式反饋式激光器、動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器和輸出波導(dǎo)均為脊形結(jié)構(gòu)，其中脊形臺(tái)寬度范圍在500nm～10mm；所述的微環(huán)激光器的周長(zhǎng)范圍在50mm～5000mm；所述的靜態(tài)分布式反饋式激光器和動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器的光柵周期范圍在50nm～10mm，并在其上面制作的共面金屬傳輸線和信號(hào)線與底線之間的間距范圍在5mm～500mm。

進(jìn)一步的，所述的輸出波導(dǎo)上分有介質(zhì)材料填充，其厚度范圍在100nm～5mm。

其中，本發(fā)明還提供動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器的制備方法，該方法包括以下步驟：

a)在半導(dǎo)體襯底上依次外延生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層，多量子阱有源芯層，以及p型半導(dǎo)體層；

b)依次對(duì)外延生長(zhǎng)完畢的晶圓進(jìn)行掩膜生長(zhǎng)、圖形產(chǎn)生、臺(tái)階刻蝕，得到脊波導(dǎo)、外圍脊形臺(tái)和晶圓臺(tái)面；

c)在晶圓上依次沉積鈍化層和介質(zhì)層；

d)在晶圓上依次旋涂光刻膠，曝光，熱回流，等離子體刻蝕，制備電極接觸窗口；

e)在晶圓上進(jìn)行金屬沉積，制備傳輸線信號(hào)電極、傳輸線地電極和背面共地電極。

進(jìn)一步的，所述的鈍化層的材料為二氧化硅或氮化硅，通過(guò)在鈍化層上方增加介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)脊形臺(tái)的平坦化，使得點(diǎn)傳輸與半導(dǎo)體有良好接觸而不發(fā)生斷裂。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)合了單一光反饋回路、邊模注入鎖定以及光混頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)三種技術(shù)的共同使用，減小了輸出信號(hào)的線寬，提高了輸出信號(hào)的質(zhì)量；同時(shí)，通過(guò)在某一個(gè)分布式反饋式激光器上制作電傳輸線，完成電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的直接調(diào)制和發(fā)射；因此，本發(fā)明具有發(fā)射線寬窄、發(fā)射頻率可調(diào)、可直接調(diào)制和體積小等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器的剖面結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器的制備方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專(zhuān)利的限制；為了更好說(shuō)明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明的光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括微環(huán)激光器1、多模干涉耦合器2、靜態(tài)分布式反饋式激光器3、動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器4、輸出定向耦合器與輸出波導(dǎo)5和半導(dǎo)體晶元6；所述的靜態(tài)分布式反饋式激光器3和動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器4均與多模干涉耦合器2連接；所述多模干涉耦合器2、輸出定向耦合器與輸出波導(dǎo)5均與微環(huán)激光器1連接；所述的半導(dǎo)體晶元6與光拍頻信號(hào)發(fā)射芯片中的其他器件連接。

其中，所述的微環(huán)激光器1、多模干涉耦合器2、靜態(tài)分布式反饋式激光器3、動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器4和輸出波導(dǎo)均為脊形結(jié)構(gòu)，其中脊形臺(tái)寬度范圍在500nm～10mm；所述的微環(huán)激光器1的周長(zhǎng)范圍在50mm～5000mm；所述的靜態(tài)分布式反饋式激光器3和動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器4的光柵周期范圍在50nm～10mm，并在其上面制作的共面金屬傳輸線和信號(hào)線與底線之間的間距范圍在5mm～500mm；所述的輸出波導(dǎo)上分有介質(zhì)材料填充，其厚度范圍在100nm～5mm。

在本實(shí)施例中，通過(guò)在芯片背面增加共地電極，實(shí)現(xiàn)片上器件的注入電流獨(dú)立可調(diào)；同時(shí)，在兩個(gè)分布式反饋式激光器上制作共面金屬傳輸線，在寬頻帶上實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，完成電信號(hào)到光信號(hào)的直接上轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的直接調(diào)制和發(fā)射；同時(shí)，這兩個(gè)分布式反饋式激光器輸出的信號(hào)分別對(duì)準(zhǔn)微環(huán)激光器內(nèi)兩個(gè)激射縱模進(jìn)行注入鎖定，再由微環(huán)激光器光混頻效應(yīng)產(chǎn)生相位關(guān)聯(lián)，又由微環(huán)激光器的背向散射建立光反饋回路，三種物理機(jī)理共同起作用，使得三個(gè)激光器達(dá)到互相鎖定的狀態(tài)，兩個(gè)被注入鎖定的縱模疊加輸出一個(gè)低噪聲的拍頻信號(hào)。

其中，可通過(guò)改變注入電流或改變微環(huán)激光器的周長(zhǎng)以及調(diào)節(jié)兩個(gè)分布式反饋式激光器的輸出波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)微環(huán)激光器的不同縱模，實(shí)現(xiàn)輸出拍頻信號(hào)的頻率可調(diào)。

在上述方案中的動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器的剖面結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，包括分布反饋式激光器的脊波導(dǎo)401、外圍脊形臺(tái)402、有源芯層403、半導(dǎo)體襯底404、鈍化層405、介質(zhì)層406、傳輸線信號(hào)電極407、傳輸線地電極408、背面共地電極409。

同時(shí)，本發(fā)明的動(dòng)態(tài)調(diào)制分布式反饋式激光器的制備方法流程示意圖如圖3所示，具體工藝步驟如下：

a)在半導(dǎo)體襯底404上依次外延生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層，多量子阱有源芯層403，以及p型半導(dǎo)體層；

b)依次對(duì)外延生長(zhǎng)完畢的晶圓進(jìn)行掩膜生長(zhǎng)、圖形產(chǎn)生、臺(tái)階刻蝕，得到脊波導(dǎo)401、外圍脊形臺(tái)402和晶圓臺(tái)面；

c)在晶圓上依次沉積鈍化層405和介質(zhì)層406；

d)在晶圓上依次旋涂光刻膠，曝光，熱回流，等離子體刻蝕，制備電極接觸窗口；

e)在晶圓上進(jìn)行金屬沉積，制備傳輸線信號(hào)電極407、傳輸線地電極408和背面共地電極409。

所述的鈍化層的材料為二氧化硅或氮化硅，通過(guò)在鈍化層上方增加介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)脊形臺(tái)的平坦化，是電傳輸與半導(dǎo)體有良好接觸而不發(fā)生斷裂。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。