CN107621676B - 一种光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光模块，包括：发光源(11)、光电接收器(12)、合成芯片(13)和光接口(14)；其中，所述合成芯片(13)分别与所述发光源(11)和所述光电接收器(12)相连接且包括驱动器(131)、限幅放大器(132)和处理器(133)；所述发光源(11)和所述光电接收器(12)分别与所述光接口(14)相连接。本发明提供的光模块，较现有技术中的光模块功耗更小、成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。
背景技术
光模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射部分和接收部分。发射部分是输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。接收部分是一定码率的光信号输入模块后由光电探测器转换为电信号。经前置放大器后输出相应码率的电信号。
随着越发成熟的光网络建设，各大设备商、原料商、器件商逐鹿光通信产业，从而加剧了光通信产业链的商业化技术性竞争。其中，光模块作为光纤通信系统的核心部件，在当前世界范围内对其的海量需求，但随着光模块需求的增加，现有光模块的制造成本高和光模块的功耗高等问题也越来越突出。
然而，目前由于光模块中光电探测器的限制，降低光模块的成本和减小功耗变的尤为艰难。因此如何提高光模块的性能、降低功耗和成本就变得极其重要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光模块，包括：发光源11、光电接收器12、合成芯片13和光接口14；其中，
所述合成芯片13分别与所述发光源11和所述光电接收器12相连接；所述发光源11和所述光电接收器12分别与所述光接口14相连接。
在本发明的一个实施例中，所述合成芯片13包括驱动器131、限幅放大器132和处理器133；其中，所述驱动器131分别与所述发光源11和所述处理器133相连接，所述限幅放大器132分别与所述光电接收器12和所述处理器133相连接，所述处理器133分别与所述驱动器131和所述限幅放大器132相连接。
在本发明的一个实施例中，所述发光源11的负端连接所述合成芯片13，所述发光源的正端连接直流电源。
在本发明的一个实施例中，所述光电接收器12包括光电探测器121和输入放大器122；其中，所述光电探测器121将接收到的光信号转换成电信号，并通过所述光电探测器121的输出端将所述电信号传输至所述输入放大器122，所述输入放大器122电连接至所述限幅放大器132。
在本发明的一个实施例中，所述光电探测器121为横向PiN结构GeSn光电探测器。
在本发明的一个实施例中，所述GeSn光电探测器包括：
Si衬底101；
Ge外延层102，所述Ge外延层102设置于所述Si衬底101上且包括水平方向依次排列的N型掺杂区、i型区和P型掺杂区；
GeSn层103，设置在所述i型区表面；
金属电极104，一端分别连接所述N型掺杂区和所述P型掺杂区，另一端分别连接至所述放大器132；
SiO2钝化层105，设置于所述Ge外延层102和所述GeSn层103表面。
在本发明的一个实施例中，所述Ge外延层102包括晶化Ge籽晶层和晶化Ge主体层；其中，所述晶化Ge籽晶层设置于所述Si衬底101上表面，所述晶化Ge主体层设置于所述晶化Ge籽晶层上表面。
在本发明的一个实施例中，所述晶化Ge籽晶层和所述晶化Ge主体层是经过LRC工艺晶化处理后形成的。
在本发明的一个实施例中，所述金属电极104包括正电极1041和负电极1042；其中，所述正电极1041的一端连接所述P型掺杂区1023，所述正电极1041的另一端连接至所述输入放大器122；所述负电极1042一端连接所述N型掺杂区1021，另一端连接至所述输入放大器122。
在本发明的一个实施例中，所述GeSn层103的源气体为SnCl4和GeH4；其中，所述SnCl4和所述GeH4气体流量比为0.95～0.99。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的光模块，采用具备高速响应率和高量子效率的特性的光电探测器，进而提高了光模块的性能和降低了光模块功耗。
2.本发明提供的光模块，具有体积更小、成本更低及更加稳定的性能。
附图说明
为了清楚说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种光模块的光电接收器结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种GeSn光电探测器结构示意图；
图4a-图4k为本发明实施例提供的一种GeSn光电探测器的制备方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图，光模块包括：发光源11、光电接收器12、合成芯片13和光接口14；其中，
所述合成芯片13分别与所述发光源11和所述光电接收器12相连接；所述发光源11和所述光电接收器12分别与所述光接口14相连接。
进一步地，所述合成芯片13包括驱动器131、限幅放大器132和处理器133；其中，所述驱动器131分别与所述发光源11和所述处理器133相连接，所述限幅放大器132分别与所述光电接收器12和所述处理器133相连接，所述处理器133分别与所述驱动器131和所述限幅放大器132相连接。
其中，所述发光源11的负端连接所述合成芯片13，所述发光源的正端连接直流电源。
进一步地，合成芯片通过信号输入端连接数据接收端DATA，接收用户发出的发送或者接收控制指令以及数据信号。合成芯片的偏置电流输出端和调制电流端子分别连接发光源的负端，发光源的正端连接直流电源。当用户需要发送数据时，合成芯片中的驱动器产生偏置电流作用于发光源，驱动发光源发光。与此同时，用户发出的数据信号输入到驱动器，进而生成调制电流调制到偏置电流上，通过控制发光源的导通程度来改变其发光强弱，进而将数据信号转变成光信号。
优选地，请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种光电接收器结构示意图，所述光电接收器12包括光电探测器121和输入放大器122；其中，所述光电探测器121将接收到的光信号转换成电信号，并通过所述光电探测器121的输出端将所述电信号传输至所述输入放大器122，所述输入放大器122电连接至所述限幅放大器132。
进一步地，光电接收器通过其内部的光电探测器接收通过光纤输入的光信号，并将光信号转换成电信号，经过光电接收器内部的输入放大器后输入到合成芯片中的限幅放大器中，以对接收到的信号的幅值进行放大处理，然后输出至后续电路。
优选地，所述光电探测器121为横向PiN结构GeSn光电探测器。
进一步地，请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种GeSn光电探测器结构示意图，所述GeSn光电探测器包括：
Si衬底101；
Ge外延层102，所述Ge外延层102设置于所述Si衬底101上且水平方向依次排列的包括N型掺杂区、i型区和P型掺杂区；
GeSn层103，设置在所述i型区表面；
金属电极104，一端分别连接所述N型掺杂区和所述P型掺杂区，另一端分别连接至所述限幅放大器132；
SiO2钝化层105，设置于所述Ge外延层102和所述GeSn层103表面。
优选地，所述Ge外延层102包括晶化Ge籽晶层和晶化Ge主体层；其中，所述晶化Ge籽晶层设置于所述Si衬底101上表面，所述晶化Ge主体层设置于所述晶化Ge籽晶层上表面。
优选地，所述晶化Ge籽晶层和所述晶化Ge主体层是经过LRC工艺晶化处理后形成的。
进一步地，所述金属电极104包括正电极1041和负电极1042；其中，所述正电极1041的一端连接所述P型掺杂区1023，所述正电极1041的另一端连接至所述输入放大器122；所述负电极1042一端连接所述N型掺杂区1021，另一端连接至所述输入放大器122。
优选地，所述GeSn层103的源气体为SnCl4和GeH4；其中，所述SnCl4和所述GeH4气体流量比为0.95～0.99。
本实施例提供的光模块，较现有技术中的光模块功耗更小、成本更低。
实施例二
本实施例在上述实施例的基础上，重点对GeSn光电探测器的结构和工艺进行详细介绍。
具体地，该GeSn光电探测器包括：Si衬底以及设置于该Si衬底上的Ge外延层、GeSn层及金属电极。其中，Ge外延层包括水平方向依次排列的N型掺杂区、i型区和P型掺杂区从而形成横向P-i-N结构，GeSn层设置在该i型区表面上，金属电极包括正电极和负电极且分别设置于P型掺杂区和N型掺杂区之上。
进一步地，为便于更清楚地理解本实施例，下面特举具体例子进行详细描述。
请一并参见图4a-图4k，图4a-图4k为本发明实施例提供的一种GeSn光电探测器的制备方法示意图。本实施例在上述实施例的基础上，对本发明的GeSn光电探测器的制备方法进行详细说明如下：
S101、衬底选取。如图4a所示，选取单晶Si衬底001为初始材料；
S102、Ge外延层生长。
S1021、Ge籽晶层生长。如图4b所示，在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底表面生长厚度为40～50nm的Ge籽晶层002；
S1022、Ge主体层生长。如图4c所示，在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在所述Ge籽晶层表面生长厚度为250nm的Ge主体层003；
S103、保护层的制备。如图4d所示，利用CVD工艺在所述Ge主体层表面上淀积厚度为150nm SiO2层004；
S104、Ge外延层的晶化。如图4e所示，将包括所述单晶Si衬底、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s，自然冷却所述整个衬底材料，得到Ge外延层005。
S105、P型离子注入。如图4f所示，选择性刻蚀SiO2层，B离子注入，在所述Ge外延层形成掺杂浓度为1×1020cm-3的P型掺杂区006。
S106、N型离子注入。如图4g所示，刻蚀掉SiO2层004，重新淀积厚度为200nm的SiO2保护层007；如图4h所示，选择性刻蚀，P离子注入，在所述Ge外延层形成掺杂浓度为1×1020cm-3的N型掺杂区008，刻蚀掉SiO2保护层007，高温退火。
S107、在未掺杂的Ge外延层(i型区)上进行选择性GeSn材料生长。如图4i所示，在H2氛围中将温度降到350℃以下，SnCl4和GeH4分别作为Sn和Ge源。GeH4/SnCl4气体流量比为0.95～0.99(由Ge/Sn组分决定)。生长厚度为150～200nm的无掺杂的GeSn材料009；
S008、金属接触孔制备。如图4j所示，淀积厚度为300～350nm的SiO2钝化层010，隔离台面与外界电接触。刻蚀接触孔，用刻蚀工艺选择性刻蚀掉指定区域的SiO2钝化层010形成金属接触孔。
S009、金属互连制备。如图4k所示。利用电子束蒸发工艺淀积厚度为150～200nm的金属层011。利用刻蚀工艺刻选择性蚀掉指定区域的金属层，采用化学机械抛光进行平坦化处理。
综上，本文中应用了具体个例对本发明一种基于红外发光源的光模块的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。
Claims (5)
1.一种光模块，其特征在于，包括：发光源(11)、光电接收器(12)、合成芯片(13)和光接口(14)；其中，
所述合成芯片(13)分别与所述发光源(11)和所述光电接收器(12)相连接；所述发光源(11)和所述光电接收器(12)分别与所述光接口(14)相连接；
所述光电接收器(12)包括光电探测器(121)和输入放大器(122)；其中，所述光电探测器(121)将接收到的光信号转换成电信号，并通过所述光电探测器(121)的输出端将所述电信号传输至所述输入放大器(122)，所述输入放大器(122)电连接至限幅放大器(132)；
所述光电探测器(121)为横向PiN结构GeSn光电探测器，所述GeSn光电探测器包括：
Si衬底(101)；
Ge外延层(102)，所述Ge外延层(102)设置于所述Si衬底(101)上，所述Ge外延层(102)包括水平方向依次排列的N型掺杂区(1021)、i型区(1022)和P型掺杂区(1023)；
GeSn层(103)，设置在所述i型区(1022)表面；
金属电极(104)，一端分别连接所述N型掺杂区(1021)和所述P型掺杂区(1023)，另一端连接至所述输入放大器(122)；
SiO2钝化层(105)，设置于所述Ge外延层(102)和所述GeSn层(103)的表面；
所述Ge外延层(102)包括晶化Ge籽晶层和晶化Ge主体层；其中，所述晶化Ge籽晶层设置于所述Si衬底(101)上表面，所述晶化Ge主体层设置于所述晶化Ge籽晶层上表面；
所述晶化Ge籽晶层和所述晶化Ge主体层是经过LRC工艺晶化处理后形成的；其中，
所述LRC工艺晶化的参数包括：激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；所述LRC工艺之前，在Ge主体层上形成有SiO2保护层，所述LRC工艺后去除SiO2保护层；
所述Ge籽晶层的厚度为40～50nm，所述Ge主体层的厚度为250nm，所述SiO2保护层的厚度为150nm。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述合成芯片(13)包括驱动器(131)、限幅放大器(132)和处理器(133)；其中，所述驱动器(131)分别与所述发光源(11)、所述处理器(133)相连接，所述限幅放大器(132)分别与所述光电接收器(12)、所述处理器(133)相连接，所述处理器(133)分别与所述驱动器(131)、所述限幅放大器(132)相连接。
3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述发光源(11)的负端连接所述合成芯片(13)，所述发光源(11)的正端连接直流电源。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述金属电极(104)包括正电极(1041)和负电极(1042)；其中，所述正电极(1041)的一端连接所述P型掺杂区(1023)，所述正电极(1041)的另一端连接至所述输入放大器(122)；所述负电极(1042)一端连接所述N型掺杂区(1021)，另一端连接至所述输入放大器(122)。
5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述GeSn层(103)的源气体为SnCl4和GeH4；其中，所述SnCl4和所述GeH4气体流量比为0.95～0.99。
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