CN113433758A - 增加电致吸收光调变器频宽的方法及其元件结构和制程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种增加电致吸收光调变器频宽的方法及其元件结构和制程，其中该增加电致吸收光调变器频宽的方法为，首先，在一半导体元件(既有长度的电致吸收光调变器)的波导上，分段定义出多个电致吸收光调变器，如此可以通过缩短电致吸收光调变器的长度来增加元件的频宽。其次，使用高特征阻抗传输线串接该多个电致吸收光调变器，通过降低微波的反射来增加该半导体元件的频宽。最后，在该多个电致吸收光调变器的两端处分别形成阻抗匹配的微波信号的输入传输线与输出传输线。本发明的多个低阻抗的电致吸收光调变器除可以降低封装的寄生效应，同时可通过控制其阻抗来降低微波反射，增加元件的频宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种电致吸收光调变器，特别是涉及一种增加电致吸收光调变器频宽以及电致吸收调变激光元件频宽的方法。
背景技术
一般电致吸收光调变器(electroabsorption modulator,EAM)或是电致吸收调变激光元件(electroabsorption modulator Laser,EML)的频宽会由受限于电致吸收光调变器长度，以及封装后的打金线长度造成高寄生效应电感。图1为现有的电致吸收光调变激光元件的示意图，如图1所示，一电致吸收光调变激光元件2，具有一半导体元件3以及一激光二极管4。半导体元件3具有有源区5、电致吸收光调变器6、金属焊垫7以及封装金线8、9。图2为现有的电致吸收光调变激光元件的电路图，如图2所示，Z6为电致吸收光调变器6的阻抗，Z8、Z9分别是封装后产生的阻抗，ZS是50欧姆的输入端阻抗，ZL是50欧姆的负载阻抗。
为了要提升元件的频宽，现有常用的方式就是缩短电致吸收光调变器的自身长度。而采用此方式常需要修改到晶片的制程重新设定电致吸收调变激光元件的长晶参数；同时现有结构在封装上较为会造成元件封装上的困难，而且容易有并无法解决高寄生电感的问题。
发明内容
本发明是揭露将电致吸收光调变器的波导，以分段式金属电极部分分段形成定义出多段低阻抗的电致吸收光调变器，分段结构可缩短了电致吸收光调变器长度，可增加频宽；各段电致吸收光调变器以高特征阻抗传输线连接，除提供信号完整的传输路径，也可通过串接高特征阻抗的传输线与低特征阻抗的电致吸收光调变器的周期性结构，降低微波的反射而增加元件的频宽；如此便可缩短封装的金线长度。
本发明的目的是提供一种增加电致吸收光调变器频宽的方法，不需要经过重新长晶来缩短电致吸收光调变器长度即可增加电致吸收光调变激光元件的频宽。
本发明为达成上述目的提供一种增加电致吸收光调变器频宽的方法，包括下列步骤，首先，在一半导体元件的有源区上形成多个电致吸收光调变器。其次，使用高特征阻抗传输线串接该多个电致吸收光调变器，通过降低微波的反射来增加该半导体元件的频宽。最后，在该多个电致吸收光调变器的两端处分别形成阻抗匹配的微波信号的输入传输线与输出传输线。
与现有的电致吸收光调变激光元件比较，本发明具有以下优点：
1.多个低阻抗的电致吸收光调变器以高阻抗传输线串接，通过高低阻抗的串接，通过降低微波的反射来增加元件的频宽。
2.在电致吸收光调变器的两端，制作阻抗匹配的传输线作为微波信号的输入与输出，如此便可缩短封装的金线长度。由于寄生电感的降低，元件封装后的频宽也可提升。
3.增加电致吸收光调变激光元件的频宽不须要重新长晶来缩短电致吸收光调变器长度，只要在原有的晶片上，将电致吸收光调变器分段形成多个低阻抗的电致吸收光调变器即可。
附图说明
图1为现有的电致吸收光调变激光元件的示意图；
图2为现有的电致吸收光调变激光元件的电路图；
图3为本发明的增加电致吸收光调变器频宽的元件结构的示意图；
图4为本发明的增加电致吸收光调变器频宽的元件结构的电路图；
图5为S11反射损失(return loss)图；
图6为本发明的增加电致吸收光调变器频宽的方法的流程图；
图7为本发明的增加电致吸收光调变器频宽的半导体元件的制程的流程图。
符号说明
2、90：电致吸收光调变激光元件
3、10：半导体元件
4、60：激光二极管
5、12：有源区
6、14、16、18：电致吸收光调变器
22、24：高特征阻抗传输线
7、26、28：金属焊垫
8、9、46、48：封装金线
34：微波信号的输出传输线
38：微波信号的输入传输线
Z6、Z8、Z9、ZL、ZS、Z14、Z16、Z18、Z22、Z24、Z34、Z38：阻抗
100：半导体基板
S10-S94：步骤
具体实施方式
本发明的增加电致吸收光调变器频宽的方法及其元件结构和制程，不需要经过重新长晶来缩短电致吸收光调变器长度即可增加电致吸收光调变激光元件的频宽。
实施例1：图3为本发明的增加电致吸收光调变器频宽的元件结构的示意图，如图3所示，一半导体元件10，具有一有源区12。半导体元件10是形成于一半导体基板100之上，半导体基板100可以是III-V族半导体，包括GaAs砷化镓、InP磷化铟或GaN氮化镓。有源区12是为波导，构成有源区12的材料包括砷磷化铟镓(InGaAsP)或砷化铟镓铝(InGaAlAs)。
有源区12具有多个电致吸收光调变器14、16、18，多个电致吸收光调变器14、16、18的形成方式是在有源区12上使用一道黄光光刻制程定义出电致吸收光调变器14、16、18，再以真空镀膜制程沉积金薄膜来完成。电致吸收光调变器14、16、18是使用高特征阻抗传输线(HZTML)22、24来串接。使用高特征阻抗传输线22、24串接电致吸收光调变器14、16、18后通过降低微波的反射来增加半导体元件10的频宽。电致吸收光调变器14的一端是与阻抗匹配的微波信号的输出传输线34电连接，电致吸收光调变器18的一端是与阻抗匹配的微波信号的输入传输线38电连接。阻抗匹配的微波信号的输出传输线34与阻抗匹配的微波信号的输入传输线38也可用来降低微波反射，微波信号的输出传输线34与微波信号的输入传输线38的阻抗值可以是50欧姆，但并不限定为50欧姆的阻抗值。
金属焊垫(bonding pad)26、28是作为半导体元件10进行封装打线时电连接的位置，分别连接微波信号的输出传输线34与输入传输线38。
一激光二极管60与半导体元件10整合成一电致吸收光调变激光元件90，激光二极管60可以是一分布式回馈激光(Distributed Feedback Laser，DFB Laser)或一分散式布拉格反射镜激光(Distributed Bragg reflector Laser，DBR Laser)。在进行封装打线时，封装金线46、48会与金属焊垫26、28电连接。
图4为本发明的增加电致吸收光调变器频宽的元件结构的电路图，如图4所示，Z14、Z16、Z18分别为电致吸收光调变器14、16、18的阻抗，Z22、Z24分别是高特征阻抗传输线22、24的阻抗。Z34是阻抗匹配的微波信号的输出传输线34，Z38是阻抗匹配的微波信号的输入传输线38。ZS是50欧姆的输入端阻抗，ZL是50欧姆的负载阻抗。
图5为S11反射损失(return loss)图，如图5所示，上方曲线表示现有的电致吸收光调变激光元件的反射损失图，下方曲线表示本发明的电致吸收光调变激光元件的反射损失图。由反射损失的量测结果显示本发明使用高特征阻抗传输线22、24串接电致吸收光调变器14、16、18并加入微波信号的输出传输线34以及微波信号的输入传输线38后可降低微波反射。
实施例2：图6为本发明的增加电致吸收光调变器频宽的方法的流程图。本发明的增加电致吸收光调变器频宽的方法是通过图3的半导体元件10来实现。以下所安排的实现本发明的增加电致吸收光调变器频宽的方法的步骤并无特定的先后顺序，所安排的步骤顺序仅是为了能够详尽说明本发明的增加电致吸收光调变器频宽的方法。如图6所示，首先，在一半导体元件的有源区上形成多个电致吸收光调变器，如步骤S10所示。其次，使用高特征阻抗传输线串接该多个电致吸收光调变器，通过降低微波的反射来增加该半导体元件的频宽，如步骤S20所示。其次，在该多个电致吸收光调变器的两端处分别形成阻抗匹配的微波信号的输入传输线与输出传输线，如步骤S30所示。其次，形成与该微波信号的输入传输线与输出传输线的分别连接的金属焊垫，如步骤S40所示。最后，形成一激光二极管与该半导体元件整合成一电致吸收光调变激光元件，如步骤S50所示。
实施例3：图7为本发明的增加电致吸收光调变器频宽的半导体元件的制程的流程图。所安排的实现本发明的增加电致吸收光调变器频宽的半导体元件的制程的步骤并无特定的先后顺序，所安排的步骤顺序仅是为了能够详尽说明本发明的制程。如图7所示，首先，提供一半导体基材，在该半导体基材上形成一有源区，如步骤S60所示。其次，在该有源区上形成多个电致吸收光调变器，如步骤S70所示。其次，在该半导体基材上形成高特征阻抗传输线，用来串接该多个电致吸收光调变器，如步骤S80所示。其次，在该多个电致吸收光调变器的两端处分别形成阻抗匹配的微波信号的输入传输线与输出传输线，如步骤S90所示。其次，形成与该微波信号的输入传输线与输出传输线的分别连接的金属焊垫，如步骤S92所示。最后，形成一激光二极管与该半导体元件整合成一电致吸收光调变激光元件，如步骤S94所示。使用实施例3的制程可以制作出实施例1的增加电致吸收光调变器频宽的元件结构。
Claims (12)
1.一种增加电致吸收光调变器频宽的方法，包括下列步骤：
在半导体元件的有源区上形成多个电致吸收光调变器；
使用高特征阻抗传输线串接该多个电致吸收光调变器，通过降低微波的反射来增加该半导体元件的频宽；以及
在该多个电致吸收光调变器的两端处分别形成阻抗匹配的微波信号的输入传输线与输出传输线。
2.如权利要求1所述的增加电致吸收光调变器频宽的方法，还包括，形成与该微波信号的输入传输线与输出传输线的分别连接的金属焊垫。
3.如权利要求1所述的增加电致吸收光调变器频宽的方法，还包括，形成激光二极管，与该半导体元件整合成电致吸收光调变激光元件，该激光二极管是分布式回馈激光(Distributed Feedback Laser，DFB Laser)或分散式布拉格反射镜激光(DistributedBragg reflector Laser，DBR Laser)。
4.如权利要求1所述的增加电致吸收光调变器频宽的方法，其中，形成该多个电致吸收光调变器的方式是使用一道黄光光刻制程，通过缩短该多个电致吸收光调变器的长度来增加频宽。
5.一种增加电致吸收光调变器频宽的元件结构，其特征在于，包括。
有源区，设置在半导体元件上，该有源区具有多个电致吸收光调变器；
高特征阻抗传输线，用来串接该多个电致吸收光调变器，通过降低微波的反射来增加该半导体元件的频宽；以及
阻抗匹配的微波信号的输入传输线与输出传输线，设置在该多个电致吸收光调变器的两端。
6.如权利要求5所述的增加电致吸收光调变器频宽的元件结构，还包括，两金属焊垫，分别连接该微波信号的输入传输线与输出传输线。
7.如权利要求5所述的增加电致吸收光调变器频宽的元件结构，还包括，激光二极管，与该半导体元件整合成电致吸收光调变激光元件，该激光二极管是分布式回馈激光(DFBLaser)或分散式布拉格反射镜激光(DBR Laser)。
8.如权利要求5所述的增加电致吸收光调变器频宽的元件结构，其中，该多个电致吸收光调变器的形成方式是使用一道黄光光刻制程。
9.一种增加电致吸收光调变器频宽的半导体元件的制程，包括下列步骤：
提供半导体基材，在该半导体基材上形成有源区；
在该有源区上形成多个电致吸收光调变器；
在该半导体基材上形成高特征阻抗传输线，用来串接该多个电致吸收光调变器；以及
在该多个电致吸收光调变器的两端处分别形成阻抗匹配的微波信号的输入传输线与输出传输线。
10.如权利要求9所述的增加电致吸收光调变器频宽的半导体元件的制程，还包括，形成与该微波信号的输入传输线与输出传输线分别连接的金属焊垫。
11.如权利要求9所述的增加电致吸收光调变器频宽的半导体元件的制程，还包括，形成激光二极管，与该半导体元件整合成电致吸收光调变激光元件，该激光二极管是分布式回馈激光(DFB Laser)或分散式布拉格反射镜激光(DBR Laser)。
12.如权利要求9所述的增加电致吸收光调变器频宽的半导体元件的制程，其中，形成该多个电致吸收光调变器的方式是使用一道黄光光刻制程。
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