高速eml激光器及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及eml 激光器技术领域，尤其涉及一种高速 eml 激光器及其制备方法。
背景技术：2.我国通信设备与系统技术实力强大，包括华为、中兴、烽火等企业已经成为市场主流通信设备的供应商，但是位于产业链源头的核心光芯片及器件薄弱，已成为制约信息技术发展的瓶颈，目前我国芯片和器件综合国产化率仅为12-13%。中兴通讯被禁运的216种芯片及模块中，10g速率光器件达到70种，25g速率光器件达到74种。
3.目前国内高速光芯片的产业链情况：25g以上速率的dml或eml市场主要被国外企业所占有，国内无成型可商业化的产品；50g apd技术尚不成熟，25g apd技术刚刚起步，尚未规模商用，50g apd技术尚未起步。高速电芯片方面市场主要被国外厂家（如semtech、macom、maxim）所占有。
4.50g pon用的高速光芯片和电芯片是目前光网络中的重要支撑产品。当前，商业化方案应用的光芯片和电芯片主要被欧美、日本等国外企业所占有（主要为：oclaro, macom, semtech, 三菱, 住友, aoi, renesas等公司），国产芯片的商业化应用率几乎为零，仅有少数几家公司处于样品或小批量阶段，亟待实现突破。本文提出一种新的eml激光器及制备方法。
技术实现要素：5.为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种高速 eml 激光器及其制备方法。主要设计由dfb激光二极管、ea调制器、soa放大器集成的激光器芯片，在共用一个有源层的基础上，通过外延pl、光栅周期、芯片工艺等设计，制作集成芯片，该结构设计及制备方法相较于对接生长、sag等现有方案，外延成本更低，工艺更为简单，且也能达到相关性能指标。
6.本发明具体采用以下技术方案：一种高速 eml 激光器，其特征在于：dfb激光二极管与eam调制器相邻，eam调制器与soa放大器相邻，中间均设置有一段20-50kω的隔离区隔离；且所述dfb激光二极管、eam调制器、soa均设置在同一脊波导上。
7.进一步地，dfb激光二极管与ea调制器，以及ea调制器与soa放大器中间设置的隔离区，隔离区长度均为50-100um；dfb长度为350-450um，ea长度为50-150um，soa长度为100-200um，脊波导宽度为2.0-3.0um。
8.一种高速 eml 激光器的制备方法，其特征在于：步骤1：在inp衬底上通过mocvd生长base wafer，包括n-inp缓冲层、n-inalas电子阻挡层、ingaalas下波导层、algainas有源层、ingaalas上波导层、p-inalas电子阻挡层、p-inp spacer层、p-ingaasp腐蚀停止层、p-inp spacer层、p-ingaasp光栅层以及p-inp保护层；
步骤2：在base wafer上制作光栅，使用全息曝光方式做好均匀部分光栅后，再送外延掩埋，其掩埋有p-inp 空间层、p-ingaasp过渡层、p-ingaas欧姆接触层、p-inp保护层，形成最终的外延片；步骤3：对外延片进行芯片制作，先生长sio2掩膜层，再通过光刻湿法制备脊波导层，然后去除所有sio2后，再生长一层sio2，做湿法腐蚀仅留下eam pad处的sio2，再生长sio2对dfb与eam交界处，eam与soa交界处进行浅层腐蚀，再对eam腐蚀槽进一步深腐蚀。接着生长sio2，然后做脊上开孔，包括dfb、eam、soa区域，接下来对3个区域进行p面金属及合金，再安排减薄、n面金属及n面合金，再解条镀光学膜，即完成芯片的制作。
9.进一步地，所述n-inp缓冲层的厚度为300-700nm、n-inalas电子阻挡层的厚度为30-60nm、ingaalas下波导层的厚度为30-50nm、algainas有源层的厚度为90-120nm、ingaalas上波导层的厚度为30-50nm、p-inalas电子阻挡层的厚度为30-60nm、p-inp spacer层的厚度为30-60nm、p-ingaasp腐蚀停止层的厚度为10-20nm、p-inp spacer层的厚度为20-50nm、p-ingaasp光栅层的厚度为20-50nm、p-inp保护层的厚度为20-50nm，即完成base wafer的生长。
10.进一步地，在步骤2中，在base wafer上，通过全息曝光及部分光栅腐蚀技术，制作仅dfb区域有光栅，光栅占dfb区域40-70%，之后安排外延进行掩埋，其掩埋依次为1500-2200nm的p-inp、20-50nm的p-ingaasp、200-400nm的p-ingaas，即完成外延片的生长。
11.进一步地，在步骤3中，对外延片先生长sio2掩膜层，再通过光刻湿法制备脊波导层，脊波导宽度为2.0-3.0um，去除所有sio2后，再生长一层2um的sio2，做湿法腐蚀仅留下eam pad处的sio2，再生长1000-3000a的 sio2，然后在dfb与eam交界处，eam与soa交界处进行脊上开孔及浅层腐蚀，腐蚀到p-inp11仅剩1/3厚度，再对eam腐蚀槽进行光刻去sio2及深腐蚀，腐蚀深度40-70nm；然后再生长1000-3000a sio2做脊上开孔，包括dfb、eam、soa区域，接下来对3个区域进行p面金属及合金，再安排减薄、n面金属及n面合金，再解条镀光学膜，即完成芯片的制作。
12.本发明及其优选方案相较于对接生长、sag等现有方案，外延成本更低，工艺更为简单，且也能达到相关性能指标。
附图说明
13.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：图1是本发明实施例高速eml激光器的设计结构示意图；图2是本发明实施例高速eml激光器的芯片结构示意图；图3是本发明实施例高速eml激光器的芯片结构3d示意图；图4是本发明实施例高速eml激光器的带宽测试数据；图5是本发明实施例高速eml激光器的眼图测试数据。
具体实施方式
14.为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：为了得到更高功率、更高速率的电吸收调制激光器，需要分别对ld和eam的结构进
行优化，本实施例提供了一种对接生长的高速电吸收调制激光器及其制备方法，详细技术方案如下：本发明提供了一种高速 eml 激光器。高速eml激光器设计为同一有源层结构，其通过外延pl、光栅周期、芯片工艺等设计集成，其芯片主要包括dfb激光二极管、ea调制器、soa放大器三种芯片。
15.其要旨在于：dfb激光二极管与eam调制器相邻，eam调制器与soa相邻，中间均有一段20-50kω的隔离区隔离。dfb、eam、soa均在同一脊波导上作为同有源层结构设计方案，其包括：dfb激光二极管、ea调制器、soa放大器，均在同一脊波导结构上，dfb激光二极管与ea调制器中间设计隔离区，ea调制器与soa放大器中间也设计隔离区，隔离区长度均为50-100um，dfb长度在350-450um，ea长度在50-150um，soa长度在100-200um，其脊波导宽度设计为2.0-3.0um。
16.在此基础上，高速eml激光器的设计结构生长依次如下，在inp衬底上通过mocvd生长n-inp缓冲层（300-700nm）、n-inalas电子阻挡层（30-60nm）、ingaalas下波导层（30-50nm）、algainas有源层（90-120nm）、ingaalas上波导层（30-50nm）、p-inalas电子阻挡层（30-60nm）、p-inp spacer层（30-60nm）、p-ingaasp腐蚀停止层（10-20nm）、p-inp spacer层（20-50nm）、p-ingaasp光栅层（20-50nm）、p-inp保护层（20-50nm），即完成base wafer的生长。
17.进一步地，在base wafer上，通过全息曝光及部分光栅腐蚀技术，制作仅dfb区域有光栅，光栅占dfb区域40-70%，之后安排外延进行掩埋，其掩埋依次为p-inp（1500-2200nm）、p-ingaasp（20-50nm）、p-ingaas（200-400nm），即完成外延片的生长，结构见图1。
18.进一步地，对外延片先生长sio2掩膜层，再通过光刻湿法制备脊波导层，脊波导宽度设计2.0-3.0um，去除所有sio2后，再生长一层2um的sio2，做湿法腐蚀仅留下eam pad处的sio2，再生长1000-3000a sio2，然后在dfb与eam交界处，eam与soa交界处进行脊上开孔及浅层腐蚀，腐蚀到p-inp11仅剩1/3厚度，再对eam腐蚀槽进行光刻去sio2及深腐蚀，腐蚀深度40-70nm。然后再生长1000-3000a sio2做脊上开孔，包括dfb、eam、soa区域，接下来对3个区域进行p面金属及合金，再安排减薄、n面金属及n面合金，再解条镀光学膜，即完成芯片的制作，如图2、图3。
19.具体地，高速eml激光器设计结构如图1所示，先在inp sub层0上生长n-inp缓冲层1（300-700nm）；再生长n-inalas电子阻挡层2（30-60nm）；接着生长ingaalas下波导层3（30-50nm）；接下来生长algainas有源层4（90-120nm），阱垒为7-10对；再继续生长ingaalas上波导层5（30-50nm）；再生长p-inalas电子阻挡层6（30-60nm）；然后是p-inp spacer层7（30-60nm）、p-ingaasp腐蚀停止层8（10-20nm）、p-inp spacer层9（20-50nm）、p-ingaasp光栅层10（20-50nm）及p-inp保护层（20-50nm）。
20.接下来通过安排全息曝光及部分光栅腐蚀技术，制作仅dfb区域有光栅，光栅占空比控制在40-70%，且占dfb区域40-70%，之后安排外延进行掩埋，先掩埋p-inp层11（1500-2200nm），接着是p-ingaasp层12（20-50nm），然后生长p-ingaas层13（200-400nm），即完成外延片的生长。
21.高速eml激光器制备后如图3所示，制备的具体步骤如下：1）对外延片先生长sio2掩膜层，再通过光刻湿法制备脊波导层，脊波导宽度设计
2.0-3.0um，槽宽10-20um，然后去除现有的sio2掩膜，重新生长2.0um的sio2；2）接着安排光刻及湿法腐蚀，只保留eam pad区15的sio2层17；3）安排生长一层1000-3000a sio2层，然后安排光刻及湿法腐蚀，对dfb14与eam15交界处，eam15与soa16交界处进行脊上开孔及浅层腐蚀，腐蚀到p-inp11仅剩1/3厚度；4）做光刻对eam腐蚀槽进一步深腐蚀，腐蚀深度40-70nm；5）生长1000-3000a sio2，然后做dfb、eam、soa区域的脊上开孔；6）接下来对3个区域进行p面金属ti-pt-au及合金；6）安排减薄，减薄厚度至90-120um、n面金属geau-ni-au及n面合金，再解条镀光学膜，即完成芯片的制作，如图2、图3所示。
22.在后续的芯片带宽测试（如图4所示）达到35ghz以上，及在50g nrz电路评估板上测试眼图（如图5所示）均获得较好的效果。
23.本专利不局限于最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的高速 eml 激光器及其制备方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
技术特征：1.一种高速 eml 激光器，其特征在于：dfb激光二极管与eam调制器相邻，eam调制器与soa放大器相邻，中间均设置有一段20-50kω的隔离区隔离；且所述dfb激光二极管、eam调制器、soa均设置在同一脊波导上。2.根据权利要求1所述的高速 eml 激光器，其特征在于：dfb激光二极管与ea调制器，以及ea调制器与soa放大器中间设置的隔离区，隔离区长度均为50-100um；dfb长度为350-450um，ea长度为50-150um，soa长度为100-200um，脊波导宽度为2.0-3.0um。3.一种高速 eml 激光器的制备方法，其特征在于：步骤1：在inp衬底上通过mocvd生长base wafer，包括n-inp缓冲层、n-inalas电子阻挡层、ingaalas下波导层、algainas有源层、ingaalas上波导层、p-inalas电子阻挡层、p-inp spacer层、p-ingaasp腐蚀停止层、p-inp spacer层、p-ingaasp光栅层以及p-inp保护层；步骤2：在base wafer上制作光栅，使用全息曝光方式做好均匀部分光栅后，再送外延掩埋，其掩埋有p-inp 空间层、p-ingaasp过渡层、p-ingaas欧姆接触层、p-inp保护层，形成最终的外延片；步骤3：对外延片进行芯片制作，先生长sio2掩膜层，再通过光刻湿法制备脊波导层，然后去除所有sio2后，再生长一层sio2，做湿法腐蚀仅留下eam pad处的sio2，再生长sio2对dfb与eam交界处，eam与soa交界处进行浅层腐蚀，再对eam腐蚀槽进一步深腐蚀；接着生长sio2，然后做脊上开孔，包括dfb、eam、soa区域，接下来对3个区域进行p面金属及合金，再安排减薄、n面金属及n面合金，再解条镀光学膜，即完成芯片的制作。4.根据权利要求3所述的高速 eml 激光器的制备方法，其特征在于：所述n-inp缓冲层的厚度为300-700nm、n-inalas电子阻挡层的厚度为30-60nm、ingaalas下波导层的厚度为30-50nm、algainas有源层的厚度为90-120nm、ingaalas上波导层的厚度为30-50nm、p-inalas电子阻挡层的厚度为30-60nm、p-inp spacer层的厚度为30-60nm、p-ingaasp腐蚀停止层的厚度为10-20nm、p-inp spacer层的厚度为20-50nm、p-ingaasp光栅层的厚度为20-50nm、p-inp保护层的厚度为20-50nm，即完成base wafer的生长。5.根据权利要求3所述的高速 eml 激光器的制备方法，其特征在于：在步骤2中，在base wafer上，通过全息曝光及部分光栅腐蚀技术，制作仅dfb区域有光栅，光栅占dfb区域40-70%，之后安排外延进行掩埋，其掩埋依次为1500-2200nm的p-inp、20-50nm的p-ingaasp、200-400nm的p-ingaas，即完成外延片的生长。6.根据权利要求3所述的高速 eml 激光器的制备方法，其特征在于：在步骤3中，对外延片先生长sio2掩膜层，再通过光刻湿法制备脊波导层，脊波导宽度为2.0-3.0um，去除所有sio2后，再生长一层2um的sio2，做湿法腐蚀仅留下eam pad处的sio2，再生长1000-3000a的 sio2，然后在dfb与eam交界处，eam与soa交界处进行脊上开孔及浅层腐蚀，腐蚀到p-inp11仅剩1/3厚度，再对eam腐蚀槽进行光刻去sio2及深腐蚀，腐蚀深度40-70nm；然后再生长1000-3000a sio2做脊上开孔，包括dfb、eam、soa区域，接下来对3个区域进行p面金属及合金，再安排减薄、n面金属及n面合金，再解条镀光学膜，即完成芯片的制作。
技术总结本发明提出一种高速EML激光器及其制备方法，主要为由DFB激光二极管、EA调制器、SOA放大器集成的激光器芯片，在共用一个有源层的基础上，通过外延PL、光栅周期、芯片工艺等设计，制作集成芯片，该结构设计及制备方法相较于对接生长、SAG等现有方案，外延成本更低，工艺更为简单，且也能达到相关性能指标。且也能达到相关性能指标。且也能达到相关性能指标。
技术研发人员：吴林福生 杨重英 施文贞 王诚鹏 缪锦章 伍蓉 唐琴
受保护的技术使用者：福建中科光芯光电科技有限公司
技术研发日：2022.07.13
技术公布日：2022/11/1
