CN107748417B - 二极管模组的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种二极管模组，包括半导体基底层、二极管外延层及光波导。该半导体基底层具有一表面，该表面包括依次相邻设置的外延层生长区、光波导固定区及光纤接入区，该光纤接入区开设有光纤收容沟槽，该光纤收容沟槽的延伸方向指向该光波导固定区。该二极管外延层形成于该外延层生长区，该二极管外延层包括沿远离该表面依次排列的半导体缓冲层和PN结，该PN结之间形成有多重量子井结构层。该光波导形成于该光波导固定区，该光波导其中一侧面与该多重量子井结构层一侧面相对。本发明还涉及该二极管模组的制作方法及光互连装置。

Description

二极管模组的制作方法
本申请是申请号为2013101267744、申请日为2013年04月12日、发明创造名称为“二极管模组和其制作方法及光互连装置”的专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及光电半导体磊晶及光互连装置，特别涉及一种二极管磊晶模组的制作方法。
背景技术
在光通讯装置中，通常包括激光二极管、光电二极管及设置于激光二极管与光电二极管之间用于将激光二极管发出的光线传输至光电极体的光波导和光纤。一般地，激光二极管和光电二极管为分离的结构，使用时，将已经封装的激光二极管和光电二极管与光波导作进一步封装形成模组化的结构，进而形成光互连装置。然而，此种光互连装置经过了多次的模组化封装，体积较大，不利于光电产品小型化需求。
发明内容
有鉴于此，提供一种体积较小的二极管模组和其制作方法及光互连装置实为必要。
一种二极管模组，包括半导体基底层、二极管外延层及光波导。该半导体基底层具有一表面，该表面包括依次相邻设置的外延层生长区、光波导固定区及光纤接入区，该光纤接入区开设有光纤收容沟槽，该光纤收容沟槽的延伸方向指向该光波导固定区。该二极管外延层形成于该外延层生长区，该二极管外延层包括沿远离该表面依次排列的半导体缓冲层和PN结，该PN结之间形成有多重量子井结构层。该光波导形成于该光波导固定区，该光波导其中一侧面与该多重量子井结构层一侧面相对。
一种二极管模组的制作方法，包括步骤：提供半导体基底层，该半导体基底层具有一表面，该表面包括依次相邻设置的外延层生长区、光波导固定区及光纤接入区；在半导体基底层的表面的光纤接入区开设光纤收容沟槽，该光纤收容沟槽的延伸方向指向光波导固定区；采用外延生长法在该半导体基底层的表面的外延层生长区生长二极管外延层，该二极管外延层包括沿远离该表面依次排列的半导体缓冲层和PN结，该PN结之间形成有多重量子井结构层；及将光波导形成于该光波导固定区，且使该光波导其中一侧面与该多重量子井结构层一侧面相对，形成激光二极管磊晶模组。
一种光互连装置，包括激光二极管磊晶模组、光电二极管磊晶模组及光纤。该激光二极管磊晶模组第一半导体基底层、激光二极管外延层及第一光波导。该第一半导体基底层具有一第一表面，该第一表面包括依次相邻设置的第一外延层生长区、第一光波导固定区及第一光纤接入区，该第一光纤接入区开设有第一光纤收容沟槽，该第一光纤收容沟槽的延伸方向指向该第一光波导固定区。该激光二极管外延层形成于该第一外延层生长区，该激光二极管外延层包括沿远离该第一表面依次排列的N型缓冲层、第一N型半导体层、第一多重量子井结构层及第一P型半导体层。该第一光波导形成于该第一光波导固定区，该第一光波导其中一侧面与该第一多重量子井结构层一侧面相对。该光电二极管磊晶模组包括第二半导体基底层、光电二极管外延层及第二光波导。该第二半导体基底层具有一第二表面，该第二表面包括依次相邻设置的第二外延层生长区、第二光波导固定区及第二光纤接入区，该第二光纤接入区开设有第二光纤收容沟槽，该第二光纤收容沟槽的延伸方向指向该第二光波导固定区。该光电二极管外延层形成于该第二外延层生长区，该光电二极管外延层包括沿远离该第二表面依次排列的P型缓冲层、第二P型半导体层、第二多重量子井结构层及第二P型半导体层。该第二光波导形成于该第二光波导固定区，该第二光波导其中一侧面与该第二多重量子井结构层一侧面相对。该光纤的一端收容于该第一光纤收容槽且端面与该第一光波导正对，另一端收容于该第二光纤收容槽且端面与该第二光波导正对。
相对于现有技术，本发明实施例的光互连装置中的激光二极管磊晶模组和光电二极管磊晶模组均结合了光波导，并在基底层开设了光纤收容沟槽，在使用时，只需将激光二极管磊晶模组和光电二极管磊晶模组固定连接于电路基板并连接光纤即可，无需进行多次的模组化封装，结构简单且体积更小，有利于光电产品的小型化。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的半导体基底层立体示意图。
图2是在图1中的半导体基底层形成光纤收容沟槽后的立体示意图。
图3是图2的半导体基底层上生长激光二极管外延层后的剖视图。
图4是在图3的半导体基底层形成光波导后形成的激光二极管磊晶模组的剖视图。
图5是本发明第二实施例提供的光电二极管磊晶模组的剖视图。
图6是本发明第三实施例提供的光互连装置剖视图。
图7是图6光互连装置的俯视图。
主要元件符号说明
半导体基底层 10，10a
表面 101
外延层生长区 102
光波导固定区 103
光纤接入区 104
光纤收容沟槽 105，105a
激光二极管外延层 20
N型缓冲层 201
N型半导体层 202，204a
多重量子井结构层 203，203a
P型半导体层 204，202a
光出射面 205
激光二极管磊晶模组 100
光波导 30，30a
光电二极管磊晶模组 200
光电二极管外延层 20a
P型缓冲层 201a
光入射面 205a
光互连装置 300
第一电路基板 40
第二电路基板 50
光纤 60
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1至图4，本发明实施例提供一种激光二极管磊晶模组的制作方法，包括以下步骤：
第一步，请参阅图1，提供半导体基底层10。
本实施例中，该半导体基底层10的材料为磷化铟(InP)，用于生长激光二极管的外延层及设置光波导。当然，该半导体基底层10也可以为其它材料，只要可以生长激光二极管的外延层即可，并不以本实施例为限。
该半导体基底层10具有一表面101，该表面101包括依次相邻设置的外延层生长区102、光波导固定区103及光纤接入区104。该外延层生长区102用于生长激光二极管的外延层，该光波导固定区103用于固定于光波导，该光纤接入区104用于接入一光纤的端部。
第二步，请参阅图2，在半导体基底层10的表面101的光纤接入区104开设光纤收容沟槽105。
本实施例中，该光纤收容沟槽105为横截面为三角形的V形槽。可以理解的是，该光纤收容沟槽的截形状也可以为梯形、长方形或多边形等，只要可以使光纤收容于其内即可。该光纤收容沟槽105优选为V形槽，因为V形槽的两内壁可将光纤卡合定位,可更好地将光纤的轴向进行定位。该光纤收容沟槽105的延伸方向指向光波导固定区103。
第三步，请参阅图3，采用外延生长法在该半导体基底层10的表面101的外延层生长区102生长激光二极管外延层20。
本实施例中，该激光二极管外延层20可以通过化学气相沈积法(MOCVD)进行生长，该激光二极管外延层20包括沿远离表面101方向依次排列的N型缓冲层201、N型半导体层202、多重量子井结构层203、P型半导体层204，该P型半导体层204和N型半导体层202形成一PN结，垂直于PN结面的一对平行平面构成谐振腔，该多重量子井结构层203的相邻于该一对平行平面且垂直于PN结面的侧面为光出射面205，该光出射面205与该光波导固定区103。本实施例中，该N型缓冲层201、N型半导体层202及P型半导体层204可以为但不限于III-V族材料。
第四步，请参阅图4，将光波导30形成于该光波导固定区103，形成激光二极管磊晶模组100。
本实施例中，该光波导30为薄膜波导，该光波导30的一侧与该激光二极管外延层20相邻，且该多重量子井结构层203的光出射面205与该光波导30相对，本实施例中，该光波导30与该激光二极管外延层20紧贴。本实施例中，该光波导30的材料可以为掺杂的二氧化硅，其可以采用外延生长法形成于该光波导固定区103。当然，该光波导30也可以通过粘接的方法形成于该光波导固定区103，并不以本实施例为限。可以理解，该光波导30也可以其它类型的光波导，如带状波导等。
请参阅图4，本实施例的激光二极管磊晶模组100包括半导体基底层10、激光二极管外延层20及光波导30。该半导体基底层10具有一表面101，该表面101包括依次相邻设置的外延层生长区102、光波导固定区103及光纤接入区104，光纤接入区104开设有光纤收容沟槽105，该光纤收容沟槽105的延伸方向指向光波导固定区103。该激光二极管外延层20形成于该外延层生长区102，该激光二极管外延层20包括沿远离表面101方向依次排列的N型缓冲层201、N型半导体层202、多重量子井结构层203及P型半导体层204，该多重量子井结构层203具有与该光波导固定区103相邻的光出射面205。该光波导30形成于该光波导固定区103且与该光出射面205相对。
请参阅图5，本发明第二实施例提供一种光电二极管磊晶模组200，该光电二极管磊晶模组200与第一实施例的激光二极管磊晶模组100的结构相似，不同之处在于光电二极管磊晶模组200包括光电二极管外延层20a，以取代激光二极管磊晶模组100的激光二极管外延层20。光电二极管磊晶模组200包括与激光二极管磊晶模组100的半导体基底层10、光波导30及光纤收容沟槽105结构对应相同的半导体基底层10a、光波导30a及光纤收容沟槽105a。该光电二极管外延层20a包括沿远离半导体基底层10a方向依次排列的P型缓冲层201a、P型半导体层202a、多重量子井结构层203a及N型半导体层204a，该多重量子井结构层203a具有与该光波导30a相邻的光入射面205a。
请参阅图6和图7，本发明第三实施例提供一种光互连装置300，包括一第一电路基板40、一第二电路基板50、两个激光二极管磊晶模组100、两个光电二极管磊晶模组200及两根光纤60。该第一电路基板40和第二电路基板50均具有导电线路(图未示)，该两个激光二极管磊晶模组100均固定于该第一电路基板40，且分别通过电极(图未示)与该第一电路基板40的导电线路电连接；该两个光电二极管磊晶模组200均固定于该第二电路基板50，且分别通过电极(图未示)与该第二电路基板50的导电线路电连接。其中一根光纤60的两端分别收容卡合于其中一个激光二极管磊晶模组100的光纤收容沟槽105和其中一个光电二极管磊晶模组200的光纤收容沟槽105a，且该光纤60的两个端面分别正对对应相邻的光波导30和30a；另外一根光纤60的两端分别收容卡合于另外一个激光二极管磊晶模组100的光纤收容沟槽105和另外一个光电二极管磊晶模组200的光纤收容沟槽105a，且该光纤60的两个端面分别正对对应相邻的光波导30和30a。该光纤60可将光电二极管磊晶模组200的光出射面205发出并经由光波导30传导的光线传输至该光波导30a，并进一步传输至光入射面205a并进入到光电二极管磊晶模组200的多重量子井结构层203a，使该光电二极管磊晶模组200产生电信号并传导至该第二电路基板50的导电线路。本实施例中，该光纤60的两端分别通过粘胶固定于该光纤收容沟槽105和105a，当然也可以选择其它固定方式，并不限于本实施例。
需要说明的是，本发明实施例激光二极管磊晶模组100和光电二极管磊晶模组200在使用时均需形成电极结构。
相对于现有技术，本发明实施例的光互连装置300中的激光二极管磊晶模组100和光电二极管磊晶模组200均结合了光波导，并在基底层10开设了光纤收容沟槽105，在使用时，只需将激光二极管磊晶模组100和光电二极管磊晶模组200固定连接于电路基板并连接光纤即可，无需进行多次的模组化封装，结构简单且体积更小，有利于光电产品的小型化。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，以用于本发明等设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种二极管模组的制作方法，其特征在于：所述二极管模组，包括：半导体基底层，具有一表面，该表面包括依次相邻设置的外延层生长区、光波导固定区及光纤接入区，该光纤接入区开设有光纤收容沟槽，该光纤收容沟槽的延伸方向指向该光波导固定区；二极管外延层，形成于该外延层生长区，该二极管外延层包括沿远离该表面依次排列的半导体缓冲层和PN结，该PN结之间形成有多重量子井结构层；及光波导，形成于该光波导固定区，该光波导其中一侧面与该多重量子井结构层一侧面相对；
所述二极管模组的制作方法包括步骤：
提供半导体基底层，该半导体基底层具有一表面，该表面包括依次相邻设置的外延层生长区、光波导固定区及光纤接入区；
在半导体基底层的表面的光纤接入区开设光纤收容沟槽，该光纤收容沟槽的延伸方向指向光波导固定区；
采用外延生长法在该半导体基底层的表面的外延层生长区生长二极管外延层，该二极管外延层包括沿远离该表面依次排列的半导体缓冲层和PN结，该PN结之间形成有多重量子井结构层；
及将光波导形成于该光波导固定区，且使该光波导其中一侧面与该多重量子井结构层一侧面相对，形成激光二极管磊晶模组。
2.如权利要求1所述的二极管模组的制作方法，其特征在于，该将光波导形成于该光波导固定区的方法为外延生长法。
3.如权利要求1所述的二极管模组的制作方法，其特征在于，该半导体缓冲层为N型缓冲层，该PN结包括P型半导体层和N型半导体层，其中该N型半导体层相邻于该N型缓冲层。
4.如权利要求1所述的二极管模组的制作方法，其特征在于，该半导体缓冲层为P型缓冲层，该PN结包括P型半导体层和N型半导体层，其中该P型半导体层相邻于该P型缓冲层。
5.如权利要求1所述的二极管模组的制作方法，其特征在于，该光纤收容沟槽为V型沟槽、或横截面为多边形的沟槽。
6.如权利要求1所述的二极管模组的制作方法，其特征在于，该光波导为薄膜波导。
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