CN207149876U - 一种双量子阱电吸收调制激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双量子阱电吸收调制激光器，包括设置在顶部的包层和设置在底部的n‑型InP衬底，以及从下到上依次设置在n‑型InP衬底和顶部的包层之间的调制器多量子阱、激光器多量子阱和光栅层，以及设置在两端的高反射膜和抗反射膜，通过在激光器下方设置调制器的量子阱，不需要在激光器量子阱的出光端对接调制器的量子阱，改善了一般EML遇到的缺点，工艺简单易控制，带宽易提升，耦光效率、高温高频特性优异，并适用于单片集成和大规模生产。
Description
技术领域
本实用新型属于光通讯高速器件技术领域，特别涉及一种双量子阱电吸收调制激光器。
背景技术
对于目前光通讯带宽的需求提升，长距离高带宽应用日益广泛，以传统DFB-LD激光器来达成相应的需求尤其在长距离传输下不易达成，主要的问题在于DFB-LD组件需同时完成光功率输出与高速调制两项功能，而长距离传输所遭遇的色散与功率损耗的问题需要克服， DFB-LD组件受制于直接调制的限制，让色散与功率不足的问题成为瓶颈。而EML器件为DFB-LD和EAM的集成组件，能分别针对光功率输出与高速调制的功能，以DFB-LD和EAM 来各自完成，能克服上述的瓶颈。对于传统工艺的EML这类的集成组件，虽能解决上述提到的严重色散和功率损耗问题，但工艺复杂，良率差等缺点，成为传统EML工艺上的诟病。本实用新型目的在于提供一种新型结构的双量子阱电吸收调制激光器，我们这个新结构的目的是克服复杂工艺，使其简单化，易于控制。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种双量子阱电吸收调制激光器，解决了现有EML芯片中结构与工艺技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种双量子阱电吸收调制激光器，包括设置在顶部的包层和设置在底部的n-型InP衬底，以及从下到上依次设置在n-型InP衬底和顶部的包层之间的调制器多量子阱、激光器多量子阱和光栅层，以及设置在两端的高反射膜和抗反射膜；
n-型InP衬底、包层和调制器多量子阱的一端与高反射膜接触，另一端与抗反射膜接触；激光器多量子阱和光栅层的一端与高反射膜接触，另一端不接触抗反射膜，激光器多量子阱和光栅层与抗反射膜之间填充有包层。
n-型InP衬底底面设置有n面金属电极，包层顶面设置有p面金属电极，p面金属电极包括激光器正极金属电极和调制器金属电极，且激光器正极金属电极和调制器金属电极之间设置有电隔离区，高反射膜与电隔离区之间为激光器正极金属电极，抗反射膜与电隔离区之间为调制器金属电极。
激光器多量子阱和光栅层的另一端设置在电隔离区左下方，不进入电隔离区正下方区域。
激光器多量子阱和光栅层的长度为调制器多量子阱的一半。
调制器多量子阱的上下分别设置有调制器上层分别限制异质层和调制器下层分别限制异质层；激光器多量子阱的上下分别设置有激光器上层分别限制异质层和激光器下层分别限制异质层。
调制器的上层分别限制异质层与激光器区域的下层分别限制异质层之间设置有刻蚀停止层。
电隔离区为刻蚀在激光器与调制器之间的U型电隔离沟槽。
包层的折射率低于激光器多量子阱和调制器多量子阱的折射率。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果，在激光器多量子阱下方设置有调制器(EAM)多量子阱，激光器端的光被耦合进调制器的量子阱区域，该新型结构与传统EML 原理是一致的，都是通过激光器(LD)区域加载正向偏置的电压，即n型InP衬底的下方为背面金属电极，作为激光器的负极；在激光器区域的正上方设有正型金属电极，DFB-LD持续输出，连续工作在阈值电流之上，而在调制器(EAM)的正上方的金属电极，加载零偏压和反向偏压，反向偏压会使得EAM的量子阱能带发生扭转变形，进而调制光的输出；本实用新型提出双量子阱(Twin-QW)EML的结构设计合理，通过在激光器下方设置调制器的量子阱，不需要在激光器量子阱的出光端对接调制器的量子阱，改善了一般EML遇到的缺点，工艺简单易控制，带宽易提升，耦光效率、高温高频特性优异，并适用于单片集成和大规模生产。
进一步的，通过在调制器的上层分别限制异质层与激光器区域的下层分别限制异质层之间设置有刻蚀停止层，可实现由其一次外延完成激光器与调制器的发光区域，依靠SiO2掩膜，刻蚀工艺，刻蚀至LD量子阱与EAM之间的刻蚀停止层，保证了整个工艺流程简单，易控制，且这样使得调制器上端材料折射率小，DFB-LD的发出的光易耦合进EAM的量子阱区域，从而提高了耦光效率，且采用InAIGaAs材料，使得高温高频特性优异，良率高和功耗低的优点。
本实用新型应用于光通讯10Gbps、25Gbps等高速器件，通过在n型磷化铟(InP)衬底生长双量子阱(Twin Quantum Well,Twin-QW)，并采用刻蚀，形成新型结构的集成电致吸收调制激光器(Electro-absorption modulated laser，EML)，该结构同时具备分布式反馈激光器 (Distributed Feedback Laser，DFB Laser)与电致吸收调制器(Electro-Absorption Modulator，EAM) 的集成化功能。
本实用新型设计的双量子阱电吸收调制器结构能应用于光通讯领域的10Gbps、25Gbps等高速带宽需求，该结构的优点在于制造简单，工艺好控制，高温特性好，耦光效率高等，相较于传统的对接生长技术(Butt-Joint)和选择区域生长(Selective AreaGrowth)技术而言，本实用新型提出的双量子阱结构更能表现出工艺生产上的优势。其中，对接生长技术缺点在于二次外延时，激光器端的量子阱与电吸收调制器端的量子阱对接非常容易出现偏差，造成耦光效率低，且工艺复杂，导致最终良率低。而选择区域生长的缺点在于难于精确控制应变和调整材料组分，每个器件难以独立优化。双量子阱(Twin-QW)的EML以其独特的结构，简单的工艺制程，且DFB-LD与EAM区域耦光效率高；在材料增益区结构方面，量子井与势垒材料均为铟铝镓砷(InAIGaAs)，此材料优势在于易于芯片高速调制，且该结构芯片高温特性优异。
附图说明
图1是本结构在有机化学气相沉积(MOCVD)生长的结构图。
图2是本实用新型双量子阱的电吸收可调制激光器芯片图。
图3为传统的集成电吸收调制激光器示意图。
图4是本实用新型双量子阱电吸收调制激光器的原理图；
附图中：1-InP衬底，2-调制器的下分别限制异质层(SCH)，3-调制器的多量子阱区(EAM MQW)，4-调制器的上分别限制异质层，5-刻蚀停止层(ESL)，6-激光器(DFB LD)区域下层的分别限制异质层(SCH)，7-激光器的多量子阱区域，8-激光器上层分别限制异质层，9-光栅层(Grating Layer)，10-包层，11-高反射膜(High-Reflection,HR)，12-抗反射膜(Anti-Reflection,AR)，13-电隔离区，14-n面金属电极，15-激光器正极金属电极，16-调制器的金属电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
如图3所示，传统的集成电吸收调制激光器是在n型InP衬底1上，经MOCVD生长LD多量子阱7，再进行光栅层9；利用SiO2掩膜，刻蚀掉右侧的光栅层和LD多量子阱；再次MOCVD生长，依靠SAG技术，生长EAM多量子阱3；在EAM左上方，和紧依LD，刻蚀U 型电隔离沟槽13；电隔离区13的左侧和HR膜11之间，设置LD区域的正型金属电极15；电隔离区13的右侧和AR膜之间，设置EAM区域的金属电极；衬底下端则是芯片的n面金属电极14。
如图1和图2所示，一种双量子阱电吸收调制激光器，包括设置在顶部的包层10和设置在底部的n-型InP衬底1，以及从下到上依次设置在n-型InP衬底1和顶部的包层10之间的调制器(EAM)多量子阱3、激光器(LD)多量子阱7和光栅层9，以及设置在两端的高反射膜11和抗反射膜12；调制器(EAM)多量子阱3的上下分别设置有调制器(EAM)上层分别限制异质层4和调制器(EAM)下层分别限制异质层2；激光器(LD)多量子阱7的上下分别设置有激光器(LD)上层分别限制异质层8和激光器(LD)下层分别限制异质层6；调制器(EAM)的上层分别限制异质层4激光器(LD)区域的下层分别限制异质层6之间设置有刻蚀停止层5；包层10的折射率低于激光器(LD)多量子阱7和调制器(EAM)多量子阱的折射率。
n-型InP衬底1底面设置有n面金属电极14，包层10顶面设置有p面金属电极，p面金属电极包括激光器正极金属电极15和调制器金属电极16，且激光器正极金属电极15和调制器金属电极16之间设置有电隔离区13，高反射膜11与电隔离区13之间为激光器正极金属电极15，抗反射膜12与电隔离区13之间为调制器金属电极16。
n-型InP衬底1、包层10和调制器(EAM)多量子阱3的一端与高反射膜11接触，另一端与抗反射膜12接触；激光器(LD)多量子阱7和光栅层9的一端与高反射膜11接触，另一端不接触抗反射膜12，激光器(LD)多量子阱7和光栅层9与抗反射膜12之间填充有包层 10。
在本实用新型的优选实施例中，激光器(LD)多量子阱7和光栅层9的另一端设置在电隔离区13的左下方或激光器(LD)多量子阱7和光栅层9的长度为调制器(EAM)多量子阱 3的一半，且激光器(LD)多量子阱7和光栅层9的长度相等，电隔离区13为刻蚀在激光器与调制器之间的U型沟槽。
如图4所示，左侧为分布反馈式激光器(DFB-LD)量子阱能带图，右侧为电调制激光器 (EAM)量子阱能带图；由禁带宽度(Eg)小，即发光波长较大的作为激光器(LD)区域，禁带宽度大，发光波长小的作为电调制激光器(EAM)的区域。生长该结构，是采用在n-型 InP衬底1，依次生长EAM的下层分别限制异质层2、EAM的多量子阱3、EAM的上层分别限制异质层4、刻蚀停止层5、LD区域的下层分别限制异质层6、LD多量子阱7、LD上层分别限制异质层8，一次外延完成。再其表面进行激光全息干涉，刻蚀形成光栅(Grating)9，该新型结构主要利用左侧LD区域上方的SiO2掩膜，刻蚀右侧的LD区域至刻蚀停止层，是实现该新型结构的关键，进行MOCVD的二次外延，完成包层10(Cladding Layer)生长。
Claims (8)
1.一种双量子阱电吸收调制激光器，其特征在于，包括设置在顶部的包层(10)和设置在底部的n-型InP衬底(1)，以及从下到上依次设置在n-型InP衬底(1)和顶部的包层(10)之间的调制器多量子阱(3)、激光器多量子阱(7)和光栅层(9)，以及设置在两端的高反射膜(11)和抗反射膜(12)；
n-型InP衬底(1)、包层(10)和调制器多量子阱(3)的一端与高反射膜(11)接触，另一端与抗反射膜(12)接触；激光器多量子阱(7)和光栅层(9)的一端与高反射膜(11)接触，另一端不接触抗反射膜(12)，激光器多量子阱(7)和光栅层(9)与抗反射膜(12)之间填充有包层(10)。
2.根据权利要求1所述的一种双量子阱电吸收调制激光器，其特征在于，n-型InP衬底(1)底面设置有n面金属电极(14)，包层(10)顶面设置有p面金属电极，p面金属电极包括激光器正极金属电极(15)和调制器金属电极(16)，且激光器正极金属电极(15)和调制器金属电极(16)之间设置有电隔离区(13)，高反射膜(11)与电隔离区(13)之间为激光器正极金属电极(15)，抗反射膜(12)与电隔离区(13)之间为调制器金属电极(16)。
3.根据权利要求2所述的一种双量子阱电吸收调制激光器，其特征在于，激光器多量子阱(7)和光栅层(9)的另一端设置在电隔离区(13)左下方，不进入电隔离区(13)的正下方区域。
4.根据权利要求1所述的一种双量子阱电吸收调制激光器，其特征在于，激光器多量子阱(7)和光栅层(9)的长度为调制器多量子阱(3)的一半。
5.根据权利要求1所述的一种双量子阱电吸收调制激光器，其特征在于，调制器多量子阱(3)的上下分别设置有调制器上层分别限制异质层(4)和调制器下层分别限制异质层(2)；激光器多量子阱(7)的上下分别设置有激光器上层分别限制异质层(8)和激光器下层分别限制异质层(6)。
6.根据权利要求5所述的一种双量子阱电吸收调制激光器，其特征在于，调制器的上层分别限制异质层(4)与激光器区域的下层分别限制异质层(6)之间设置有刻蚀停止层(5)。
7.根据权利要求1所述的一种双量子阱电吸收调制激光器，其特征在于，电隔离区(13)为刻蚀在激光器与调制器之间的U型电隔离沟槽。
8.根据权利要求1所述的一种双量子阱电吸收调制激光器，其特征在于，包层(10)的折射率低于激光器多量子阱(7)和调制器多量子阱(3)的折射率。
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|---|---|---|---|---|
| CN109687284A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-04-26 | 武汉电信器件有限公司 | 一种激光器芯片及其制作方法 |
| WO2022179226A1 (zh) * | 2021-02-24 | 2022-09-01 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 一种eml芯片及光模块 |
| WO2022188581A1 (zh) * | 2021-03-11 | 2022-09-15 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | Eml芯片及光模块 |
| WO2022222919A1 (zh) * | 2021-04-20 | 2022-10-27 | 华为技术有限公司 | 电吸收调制激光器、光发射组件和光终端 |
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