WO2021249541A1 - 光电二极管及其芯片、芯片制作方法、波长控制方法和装置 - Google Patents

光电二极管及其芯片、芯片制作方法、波长控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种光电二极管芯片(10)及其制作方法,光电二极管芯片(10)在衬底(000a)上方依次包括光栅层(200a)、脊波导层(100a),脊波导层(100a)包括多个脊波导(100),光栅层(200a)包括多列光栅(200),其中至少两列光栅(200)具有不同的光栅周期间距,以对不同的波长进行筛选。还公开了一种光电二极管及其波长控制方法和装置,通过半导体温度控制器(20)对光电二极管芯片(10)进行温度调控,以激射出不同目标波长的激光,而不需要使用多个不同的独立的单波长激光发射器配合完成多个不同波长的激光的发射。

Description

光电二极管及其芯片、芯片制作方法、波长控制方法和装置
相关申请的引用
本公开要求于2021年06月12日向中华人民共和国国家知识产权局提交的申请号为202010538227.7、名称为“光电二极管芯片及制作方法”的发明专利申请;于2021年6月12日向中华人民共和国国家知识产权局提交的申请号为202010537365.3、名称为“光电二极管波长控制方法及光电二极管”的发明专利申请;于2021年6月12日向中华人民共和国国家知识产权局提交的申请号为202010537364.9、名称为“光电二极管波长控制方法及装置”的发明专利申请;于2021年6月12日向中华人民共和国国家知识产权局提交的申请号为202021096025.3、名称为“光电二极管”的实用新型专利申请;以及于2021年6月12日向中华人民共和国国家知识产权局提交的申请号为202021092723.6、名称为“光电二极管芯片及光电二极管”的实用新型专利申请的全部权益,并且以引用的方式将其全部内容并入本公开。
领域
本公开大体上涉及半导体技术领域,更具体地,涉及光电二极管及其芯片、芯片制作方法、波长控制方法和装置。
背景
光电二极管芯片包括接收光的光探测器芯片、发射光的芯片,激光发射器包含了发射光的芯片,是用于发射激光的器件。现有的激光发射器通常是单激光发射器,即发射一束或一条相同波长的激光,即出射单一波长的激光。在光传输领域,光传输通常采用波分复用。波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术。为了实现波分复用,发射端需要多个单波长激光发射器。而 每个单波长激光发射器都需要单独进行封装、耦合。例如,若要发射出40种不同波长的光,通常的做法是采用40个单独封装成的单波长激光发射器构成,而每个单独封装成的单波长激光发射器由激光器芯片封装而成;因此,40个不同波长意味着需要40个不同的激光器芯片和TO器件进行分别封装、耦合。这样会造成整个系统体积大,成本昂贵,且安装耗时耗力。
激光发射器是可以发射激光的器件。现有的激光发射器通常是单激光发射器,即发射一束/一条激光,且激射出单波长激光。在光通信传输领域中为了尽可能的提高光纤传输带宽,通常会采用密集型光波复用的传输系统。波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;即,这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。为了实现波分复用,发射端需要多个单波长激光发射器。而每个单波长激光发射器都需要单独进行封装、耦合。但是这样会造成整个系统体积大、组装复杂、成本高。
在光传输领域,光传输通常采用波分复用。波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;即在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。为了实现波分复用,发射端需要多个单波长激光发射器。而每个单波长激光发射器都需要单独进行封装、耦合。这样会造成整个系统体积大,成本高,且安装耗时耗力。
概述
一方面,本公开提供了光电二极管芯片,包括衬底,该芯片在衬底上方包括光栅层、以及位于光栅层上方的脊波导层,脊波导层包括多个脊波导,光栅层包括多列光栅,每个脊波导的下方对应一列光栅,多列光栅中至少两列光栅具有不同的光栅周期间距。
在某些实施方案中,多列光栅中任意两列光栅的光栅周期间距不同。
在某些实施方案中,多列光栅的光栅周期间距依据预设的激射波长与温度的变化曲线依次设置。
在某些实施方案中,芯片还包括覆盖脊波导层的电极、覆盖电极的第一绝缘介质膜、以及设于第一绝缘介质膜层上的电极连线;其中,第一绝缘介质膜在每个脊波导上方开设有第一开孔,电极连线通过第一开孔与电极连接。
在某些实施方案中,每个脊波导上方的第一开孔与相邻的脊波导上方的第一开孔彼此错开。
在某些实施方案中,芯片还包括设于脊波导与电极之间的第二绝缘介质膜,第二绝缘介质膜包裹覆盖脊波导,第二绝缘介质膜在每个脊波导上方开设第二开孔,电极通过第二开孔与脊波导接触。
在某些实施方案中,芯片还包括多个焊盘,焊盘与脊波导层上的第一开孔一一对应,电极连线通过一个第一开孔将该开孔处的电极与对应的一个焊盘连接。
在某些实施方案中,在光栅层下方芯片还包括:在衬底上方由下往上依次分布的缓冲层、下波导层、量子阱层、上波导层;在光栅层与脊波导层之间芯片还包括:腐蚀截止层。
在某些实施方案中,本公开所述的芯片包括出光端、背光端,在出光端蒸镀有增透膜,背光端蒸镀有反射膜。
另一方面,本公开提供了光电二极管,该光电二极管芯片包括前面任一项的光电二极管芯片。
另一方面,本公开提供了光电二极管芯片的制作方法,该方法包括:
在衬底上方生长光栅基层;
在光栅基层进行光栅的刻蚀以制作出多列光栅,多列光栅形成光栅层,多列光栅中至少两列光栅具有不同的光栅周期间距;
在光栅层上方生长出脊波导基层;以及
在脊波导基层刻蚀出多个脊波导,多个脊波导形成脊波导层,每 个脊波导与一列光栅对应、且位于对应光栅上方。
在某些实施方案中,在在衬底上方生长光栅基层之前,该方法还包括:
在衬底上方采用第一生长法沉积生长由下往上依次分布的缓冲层、下波导层、量子阱层、上波导层;
在衬底上方生长光栅基层,包括:
在上波导层上方生长光栅基层;
在光栅层上方生长出脊波导基层,包括:
在光栅层上方采用第一生长法沉积生长由下往上依次分布的腐蚀截止层、正性掺杂的顶层,其中,正性掺杂的顶层为脊波导基层;
在脊波导基层刻蚀出多个脊波导,包括:
在正性掺杂的顶层上采用第二生长法生长腐蚀钝化膜,
采用刻蚀工艺在腐蚀钝化膜上刻蚀出由下往上依次分布的脊波导层、刻蚀阻挡介质膜,脊波导层包括多个脊波导;并且
在脊波导基层刻蚀出多个脊波导之后,该方法还包括:
腐蚀刻蚀阻挡介质膜以在每个脊波导上方开设第二开孔,
在每个脊波导上方制作电极以生成半导体bar条,
在半导体bar条上采用第二生长法沉积生长绝缘介质膜,使多个脊波导中相邻脊波导之间、相邻脊波导的电极之间、电极上生长有绝缘介质膜,
在每个脊波导对应的电极的绝缘介质膜上开设第一开孔,
在预设的焊盘位置光刻焊盘,以及
在每个焊盘与对应的第一开孔之间光刻电极连线。
在某些实施方案中,在每个脊波导上方制作电极以生成半导体bar条包括:
采用光刻剥离工艺在脊波导上制作由下往上依次分布的第一电极、第二电极、第三电极,以生成半导体bar条。
在某些实施方案中,该方法还包括:
对衬底的背面进行减薄处理,使半导体bar条达到预设厚度,以及抛光处理;
在衬底的背面蒸镀负极接触层;
在预设温度和预设工作环境下快速合金预设时长,以形成欧姆接触;
对半导体bar条进行解理得到多个光电二极管芯片;
在每个光电二极管芯片的出光端蒸镀反射率为第一反射率的增透膜;以及
在每个光电二极管芯片的另一端蒸镀反射率为第二反射率的反射膜。
在某些实施方案中,第一电极为钛电极,第二电极为铂电极,第三电极为金电极。
又一方面,本公开提供了光电二极管波长控制方法,应用于驱动电芯片,该方法包括:
控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度调控;以及
控制光电二极管芯片在每到达一个目标温度时激射出波长包含对应目标波长的目标激光,目标波长与目标温度相关,目标激光具有频谱宽度。
在某些实施方案中,温度调控为多个不同温控时刻对应的递进式温度调控。
在某些实施方案中,控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度调控,包括:
通过在不同温控时刻对半导体温度控制器设置不同的工作电压,使半导体温度控制器在不同工作电压下对光电二极管芯片进行温度调控。
在某些实施方案中,控制光电二极管芯片在每到达一个目标温度时激射出波长包含对应目标波长的目标激光,包括:
确定每个目标温度对应的光电二极管芯片的脊波导;以及
在每个时刻对对应的脊波导进行加电控制,使每个脊波导分别对光电二极管芯片的量子阱层进行加电并激射出波长包含对应目标波长的目标激光。
在某些实施方案中,确定每个目标温度对应的光电二极管芯片的 脊波导,包括:
根据目标温度确定对应的目标波长;以及
根据目标波长确定光电二极管芯片上对应的的脊波导。
在某些实施方案中,光电二极管芯片的每个脊波导上开设有开孔,光电二极管芯片还包括每个开孔一一对应的焊盘、电极连线、电极,焊盘通过电极连线穿过对应开孔与脊波导连接。
在某些实施方案中,在每个时刻对对应的脊波导进行加电控制,包括:
在每个时刻通过对对应的脊波导连接的焊盘进行加电驱动,使通过焊盘对对应的脊波导进行加电控制。
在某些实施方案中,该方法还包括:
根据目标波长对应的脊波导确定光电二极管芯片上对应的光栅,使对应的光栅对目标温度对应的目标激光进行光栅筛选,得到对应的窄频谱宽度激光,将窄频谱宽度激光作为目标温度对应的目标激光。
在某些实施方案中,使对应的光栅对目标温度对应的目标激光进行光栅筛选,得到对应的窄频谱宽度激光,包括:
使对应的光栅对目标温度对应的目标激光通过光栅后沿进行全反射,再通过光栅前沿进行半透半反射,使目标激光的载流子在光栅中震荡,以得到对应的窄频谱宽度激光。
另一方面,本公开提供了光电二极管,包括光电二极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片,半导体温度控制器位于光电二极管芯片的一侧,光电二极管根据前面所述的方法发射不同波长的激光。
在某些实施方案中,光电二极管芯片的光栅腔长大于2mm。
在某些实施方案中,光栅通过电子束光刻技术或全息技术在对应的脊波导正下方生长而成。
另一方面,本公开实施例提供了光电二极管,包括光电二极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片,半导体温度控制器位于光电二极管芯片的一侧,用于将光电二极管芯片调控到目标温度,驱动电芯片用于对目标温度的光电二极管芯片进行加电控制,使目标温度的光电二极管芯片激射出包含对应目标波长的目标激光,目标波长与目标 温度相关,目标激光具有频谱宽度。
在某些实施方案中,光电二极管芯片包括量子阱层、多个脊波导,驱动电芯片用于对目标温度对应的脊波导进行加电控制,使量子阱层通过脊波导进行加电形成离子反转,以激射出波长包含对应目标波长的目标激光。
在某些实施方案中,光电二极管芯片还包括多个一一对应的焊盘、电极连线、电极,焊盘依次通过对应的电极连线、电极与对应的脊波导连接,驱动电芯片还用于依次通过一一对应的焊盘、电极连线、电极对对应的脊波导进行加电控制。
在某些实施方案中,光电二极管芯片还包括多列光栅、每个脊波导对应一列光栅,光栅用于对对应脊波导所对应的目标激光进行光栅筛选,使对应的目标激光的频谱宽度达到目标频谱宽度。
在某些实施方案中,每个脊波导上方开设有第一开孔、第二开孔,焊盘通过对应的电极连线穿过对应的第一开孔与对应的电极连接;
其中,任意两根电极连线之间、任意两个脊波导之间、任意两个电极之间、任意两个焊盘之间不接触。
在某些实施方案中,光电二极管芯片的光栅腔长大于2mm。
在某些实施方案中,驱动电芯片与半导体温度控制器连接,驱动电芯片用于通过对半导体温度控制器设置不同的电压,从而使半导体温度控制器对光电二极管芯片调控不同的温度。
在某些实施方案中,光电二极管还包括陶瓷载体,光电二极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片均设置在陶瓷载体上。
在某些实施方案中,光栅的后沿用于进行全反射,光栅的前沿用于进行半透半反射。
在某些实施方案中,多列光栅的光栅周期间距依据预设的激射波长与温度的变化曲线依次设置。
在某些实施方案中,光栅采用InGaAsP光栅材料,每个光栅的光栅周期间距为对应的目标波长与2倍的光栅材料的折射率的比例。
另一方面,本公开提供了光电二极管芯片,该光电二极管芯片为前面的光电二极管的组成部分,该芯片包括衬底,芯片在衬底上方包 括光栅层、以及位于光栅层上方的脊波导层,脊波导层包括多个脊波导,光栅层包括多列光栅,每个脊波导的下方对应一列光栅,多列光栅中至少两列光栅具有不同的光栅周期间距。
在某些实施方案中,在每个脊波导上方刻有电极;在多个脊波导中相邻脊波导之间、相邻脊波导的电极之间、电极上生长有绝缘介质膜;在每个电极的绝缘介质膜上开设有开孔;芯片还包括多个焊盘,每个焊盘通过对应的电极连线穿过对应的开孔与对应的电极连接。
在某些实施方案中,在光栅层下方芯片还包括:在衬底上方由下往上依次分布的缓冲层、下波导层、量子阱层、上波导层;在光栅层与脊波导层之间芯片还包括:腐蚀截止层。
又一方面,本公开提供了光电二极管波长控制方法,应用于激光装置,该激光装置包括光电二极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片,其中,光电二极管芯片为一种光电二极管,光电二极管芯片上设有多个发光条和多对电极,每个发光条对应一对电极,该方法包括:
接收用户指令,根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;
根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;
控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,目标激光具有频谱宽度;以及
根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,执行根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,直至激射出所有不同目标波长的目标激光,目标激光具有频谱宽度。
在某些实施方案中,在使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光之后,该方法还包括:
控制光电二极管芯片对目标激光进行波长筛选,使目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度。
在某些实施方案中,根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,包括:
在预设的对照列表中查找与当前目标温度对应的发光条,将查找到的发光条作为目标发光条。
在某些实施方案中,控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,包括:
控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极通过目标发光条上的脊波导对目标发光条的量子阱层进行加电调制,使包含目标波长的目标激光从目标发光条上激射出来。
在某些实施方案中,控制光电二极管芯片对目标激光进行波长筛选,使目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度,包括:
控制目标发光条上的脊波导对应的光栅对目标激光进行光栅筛选,使经过光栅筛选后的目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度。
在某些实施方案中,控制目标发光条上的脊波导对应的光栅对目标激光进行光栅筛选,包括:
控制目标发光条上的脊波导对应的光栅对目标激光通过光栅的后沿进行全反射,再通过光栅的前沿进行半透半反射,使目标激光的载流子在光栅中震荡,以筛选出特定波长的激光。
在某些实施方案中,光栅通过电子束光刻技术在对应的脊波导正下方形成。
在某些实施方案中,光电二极管芯片上的光栅腔长大于2mm。
在某些实施方案中,光电二极管芯片上设有12个或14个发光条。
另一方面,本公开提供了光电二极管波长控制装置,光电二极管芯片上设有多个发光条和多对电极,每个发光条对应一对电极,装置包括:
温控模块,配置为接收用户指令,根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;
匹配模块,配置为根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;
加电模块,配置为控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,目标激光具有频谱宽度;以及
循环模块,配置为根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,执行根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,直至激射出所有不同目标波长的目标激光。
另一方面,本公开提供了计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,使得处理器执行如前面所述任一项的方法的步骤。
另一方面,本公开提供了计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行程序时执行如前面所述任一项的方法的步骤。
本公开的某些技术方案提供光电二极管芯片在衬底上方依次包括光栅层、以及位于光栅层上方的脊波导层,脊波导层包括多个脊波导,光栅层包括多列光栅,每个脊波导的下方对应一列光栅,多列光栅中至少两列光栅具有不同的光栅周期间距。通过该光电二极管芯片的不同脊波导能够激射出不同中心波长的光,并通过对应的光栅对激射出的光进行波长筛选以得到具有一定频谱宽度的目标激光。使用该光电二极管芯片后不需要像现有技术那样采用多个光电二极管芯片和TO器件来实现发射不同波长的激光,因此,本公开某些技术方案能够减少安装、组合的复杂度,同时由于使用仪器较少因此节省了成本和工艺周期。
本公开的某些技术方案,驱动电芯片控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度调控;驱动电芯片控制光电二极管芯片在每到达一个目标温度时激射出波长包含对应目标波长的目标激光,目标波 长与目标温度相关,目标激光具有频谱宽度。通过本公开某些实施方案可以通过调控光电二极管芯片的温度从而使光电二极管芯片在不同温度激射出不同波长的激光,进而减少了光电二极管芯片与TO器件的使用,减少了安装、组合复杂度,同时节约了成本和工艺周期。
本公开的某些技术方案通过接收用户指令,根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,目标激光具有频谱宽度;根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,执行根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,直至激射出所有不同目标波长的目标激光。通过调控光电二极管芯片的温度从而使光电二极管芯片激射出不同波长的激光,进而减少了激光装置芯片与TO器件的使用,减少了安装、组合复杂度,同时节约了成本和工艺周期。
附图的简要说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开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地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中光电二极管芯片的结构示意图;
图2为一实施例中光栅层的俯视示意图;
图3为一实施例中激射波长与温度的变化曲线图;
图4为一实施例中光电二极管芯片的剖面示意图;
图5为一实施例中光电二极管芯片的正视图;
图6为一实施例中光电二极管芯片的剖视示意图;
图7为一实施例中光电二极管芯片的制作方法的流程示意图;
图8为一实施例中制作光栅后的外延剖视图;
图9为一实施例中生长出腐蚀截止层、正性掺杂的顶层后的外延剖视图;
图10为一实施例中刻蚀出脊波导层、刻蚀阻挡介质膜后的外延剖视图;
图11为制作出电极后的外延剖视图;
图12为生长出绝缘介质膜后的外延剖视图;
图13为一实施例中为一个脊波导开设第一开孔后的外延剖视图;
图14为一实施例中蒸镀负极接触层后的外延剖视图;
图15为一实施例中蒸镀反射膜、增透膜后芯片正视图;
图16为一实施例提供的DWDM传输系统结构框图;
图17为一实施例提供的光电二极管波长控制方法的流程示意图;
图18为一实施例提供的光电二极管的结构示意图;
图19为一实施例提供的光电二极管芯片温度与激射波长的曲线图;
图20为一实施例中光电二极管芯片的剖面示意图;
图21为一实施例中光电二极管芯片的正视图;
图22为一实施例中光栅层的俯视示意图;
图23为一实施例中光电二极管芯片的剖视示意图;
图24为一实施例提供的光电二极管波长控制方法的流程示意图;
图25为一实施例提供的光电二极管波长控制装置的结构框图;并且
图26为一实施例提供的光电二极管芯片的正面俯视图。
其中,附图标记如下:
发光条1、正极电极2、光电二极管芯片10、半导体温度控制器20、驱动电芯片30、陶瓷载体40、脊波导100(脊波导101、脊波导102)、光栅200(光栅201、光栅202、光栅203)、电极400(电极401、 电极402)、绝缘介质膜300(第一绝缘介质膜301、第二绝缘介质膜302)、电极连线500(电极连线501)、焊盘700、开孔600(第一开孔601、第二开孔602)、衬底000a、脊波导层100a、光栅层200a、绝缘介质膜层300a、电极层400a、电极连线层500a、缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a、腐蚀截止层1200a、正性掺杂的顶层100b、刻蚀阻挡介质膜400b、负极接触层1300a、增透膜层1400a、反射膜层1500a。
详述
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例中的附图,对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
为了对本公开的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本公开的具体实施方式。以下描述中,需要理解的是,“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作,仅是为了便于描述本技术方案,而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位,因此不能理解为对本公开的限制。
还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时,该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上,或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案,而不能理解 为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量,由此,限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
参考图1-6,该光电二极管芯片包括衬底000a,该芯片在衬底000a上方包括光栅层200a、以及位于光栅层200a上方的脊波导层100a,脊波导层100a包括多个脊波导100(例如:脊波导101、脊波导102等),光栅层200a包括多列光栅100(例如:光栅201、光栅202、光栅203等),每个脊波导100的下方对应一列光栅200,例如:脊波导101下方对应光栅201,脊波导102下方对应光栅202。多列光栅200中至少两列光栅200具有不同的光栅周期间距。例如,光栅201与光栅202之间具有不同的周期间距。光栅周期间距决定了经该列光栅200进行波长筛选后的激光的频谱宽度,采用不同的光栅周期间距,可以对不同的波长进行筛选。
在某些实施方案中,多列光栅200中任意两列光栅200的光栅周期间距不同;在另一个具体实施例中多列光栅200中任一光栅200与相邻光栅200的周期间距不同。
图2为一实施例中光栅层的俯视示意图;参考图2,光栅层包括多列光栅200(例如:光栅201、光栅202、光栅203等),光栅201-203中每列光栅的光栅周期间距Λ均不相等。例如:光栅201中相邻光栅之间的光栅周期间距为Λ1,光栅202中相邻光栅之间的光栅周期间距为Λ2,光栅203中相邻光栅之间的光栅周期间距为Λ3。
在对应脊波导正下方对应的光栅列,使其可以对指定波长的光进行光栅筛选,从而得到半波宽度更窄的窄线宽波长,根据如下式(1)计算可以通过设计光栅周期间距实现对指定波长的筛选,其中Λ为上述光栅周期间距,λ为筛选波长,n为材料折射率。
Λ=λ/2n  式(1)
图3为一实施例中激射波长与温度的变化曲线图;参考图3,横坐标为温度,纵坐标为波长,每个温度都对应一个波长,此波长可以为激射出的光的中心波长。在某些实施方案中,多列光栅的光栅周期 间距依据预设的激射波长与温度的变化曲线依次设置。由图3选取波长后,结合式(1)可以计算出对该波长进行波长筛选所对应的光栅的光栅周期间距,以适用于温控激射波长。
图4为芯片的局部剖面示意图;参考图4,该芯片包括覆盖脊波导层100a的电极400,脊波导层100a有多个脊波导100(例如脊波导101、脊波导102),电极400可以包括电极401、电极402,电极连线可以包括电极连线501,脊波导101上覆盖电极401,脊波导102上覆盖电极402,在电极401、402上覆盖有第一绝缘介质膜301,在第一绝缘介质膜301上设有电极连线501;本图中,电极连线501为电极401对应的电极连线,因此,第一绝缘介质膜301在脊波导101上方开设有第一开孔601,电极连线501通过第一开孔601与电极401连接,电极连线501不与电极402连接。对于电极连线501的覆盖处,第一绝缘介质膜301未在脊波导102的上方开设开孔,因此电极连线501也不与脊波导102的电极402连接,因此确保电极连线501与脊波导102绝缘,其仅能独立控制脊波导101。应当知晓,虽然脊波导102对应的电极402所对应的电极连线、第一绝缘介质膜301在脊波导102上方开设的第一开孔601在图中均未示出,但是对于脊波导102以及其他的脊波导,都可以采用与脊波导101类似的方式,在第一绝缘介质膜301上开设第一开孔601,使得脊波导100对应的电极连线500与脊波导100的电极400一一对应连接,从而可以独立控制每个脊波导100,此处不再一一赘述。
参阅图5,在本实施例的具体实施方式中,脊波导100上方的第一开孔601与相邻的脊波导100上方的第一开孔601彼此错开,在某些实施方案中,多个脊波导100中任意两个脊波导100的第一开孔601均彼此错开,从而避免其电极连线500接触短路。
该芯片还包括设于脊波导100与电极400之间的第二绝缘介质膜302,参考图4,脊波导101与电极401之间设有第二绝缘介质膜302,第二绝缘介质膜在每个在脊波导101上方设有第二开孔602,使得脊波导101与电极401部分连接;脊波导102与电极402之间设有第二绝缘介质膜302,在脊波导102上方设有第二开孔,使得脊波导102 与电极402部分连接。
参考图5,该光电二极管芯片包括多个脊波导100,该芯片还包括多个焊盘700,焊盘700与脊波导层上的第一开孔601一一对应,电极连线500通过一个第一开孔601将该开孔处的电极400(图中未画出)与对应的一个焊盘700连接。开孔600包括第一开孔601、第二开孔602。
在某些实施方案中,根据实际生产需要,一个光电二极管芯片可以包括40个脊波导100,每个脊波导100可以激射出一种波长的光。对应的有40列光栅200。每个脊波导100对应一列光栅200、一个第一开孔601、一个第二开孔602、一个电极400、一个电极连线500、一个焊盘700。参考图5,脊波导100对应的第一开孔601是错开的,因此对应的电极连线500互不交叉,更好的避免了彼此之间互相影响。避免了一个电极连线500导电导致与其接触的其他电极连线500被迫导电,从而使激射出光发生紊乱。
图6为一实施例中光电二极管芯片的剖视示意图;参考图6,该芯片包括光栅层200a、脊波导层100a、电极层400a、绝缘介质膜层300a、电极连线层500a,在光栅层200a下方芯片还包括:在衬底000a上方由下往上依次分布的缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a;在光栅层200a与脊波导层100a之间芯片还包括:腐蚀截止层1200a。其中,光栅层200a包括多列光栅200,脊波导层100a包括多个脊波导100,电极层400a包括每个脊波导100对应的电极400,电极连线层500a包括每个电极400对应的电极连线500。
其中,在衬底000a上方由下往上的方向如图6所示的方向A。
图7为一实施例中光电二极管芯片的制作方法的流程示意图;参考图1-图15,该光电二极管芯片为阵列激光器芯片,用于发射激光,该光电二极管芯片在不同温度下可以激射出不同波长的激光,参考图7,该方法包括以下步骤:
S100:在衬底000a上方生长光栅基层;
S200:在光栅基层进行光栅的刻蚀以制作出多列光栅200,多列 光栅200形成光栅层200a;
S300:在光栅层上方生长出脊波导基层;以及
S400:在脊波导基层刻蚀出多个脊波导100。
在某些实施方案中,衬底000a是具有特定晶面和适当电学、光学和机械特性的用于生长外延层的洁净单晶薄片。衬底000a可以由磷化铟(InP)制成。光栅基层可以采用InGaAsP光栅材料。在某些实施方案中,光栅材料的折射率可以为3.5。当然,本领域的技术人员也可以选择其他折射率的光栅材料,不仅限于此,此处不再一一列举。每个光栅100的光栅周期间距为对应的筛选波长与2倍的光栅材料的折射率的比例。例如:当指定筛选波长为1550nm,光栅材料InGaAsP折射率n为3.5,则根据式(1)计算对应设计光栅周期Λ为:221.4nm。
在某些实施方案中,参考图1和图6,多列光栅200(例如光栅201、202等)形成光栅层200a。可以通过电子束光刻技术在光栅基层进行多列光栅的刻蚀制作。每列光栅200是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件,光栅200可以用来筛选波长,有一定频谱宽度的光经过光栅200的筛选后,光的频谱宽度会变窄,即,会过滤一部分波长的光。每列光栅200用来筛选中心波长为特定波长的光,使筛选后的光的中心波长为特定波长,且具有一定的频谱宽度。
在某些实施方案中,在光栅层200a上方采用第一生长法沉积生长由下往上依次分布的腐蚀截止层1200a、正性掺杂的顶层100b,正性掺杂的顶层100b为脊波导基层。
在某些实施方案中,第一生长法为金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD:Metal-organic Chemical Vapor Deposition)技术,腐蚀截止层1200a可以为InGaAsP腐蚀截止层1200a。正性掺杂的顶层100b可以为InP顶层。
在某些实施方案中,在正性掺杂的顶层100b上采用第二生长法生长腐蚀钝化膜,采用刻蚀工艺在腐蚀钝化膜上刻蚀出由下往上依次分布的脊波导层100a、刻蚀阻挡介质膜400b,脊波导层100a包括多个脊波导100。
第二生长法可以为PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor  Deposition)等离子体增强化学的气相沉积法。腐蚀钝化膜可以为SiO 2腐蚀钝化膜。可以采用光刻湿法腐蚀工艺在腐蚀钝化膜上刻蚀出由下往上依次分布的脊波导层100a、刻蚀阻挡介质膜400b。
在某些实施方案中,在步骤S100之前,该方法还包括:
在衬底上方采用第一生长法沉积生长由下往上依次分布的缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a。
在某些实施方案中,图8为一实施例中制作光栅后的外延剖视图;参考图8,在衬底000a垂直方向上由下自上依次包括缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a、光栅层200a。
在某些实施方案中,步骤S100包括:在上波导层1100a上方生长光栅基层。
图9为一实施例中生长出腐蚀截止层、正性掺杂的顶层后的外延剖视图;参考图9,在衬底000a垂直方向上由下自上依次包括缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a、光栅层200a、腐蚀截止层1200a、正性掺杂的顶层100b。
图10为一实施例中刻蚀出脊波导层、刻蚀阻挡介质膜后的外延剖视图;参考图10,在衬底000a垂直方向上由下自上依次包括缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a、光栅层200a、腐蚀截止层1200a、脊波导层100a、刻蚀阻挡介质膜400b。其中,图9中的正性掺杂的顶层100b被刻蚀出脊波导层100a、刻蚀阻挡介质膜400b。
在某些实施方案中,在步骤S400之后,该方法还包括:
腐蚀刻蚀阻挡介质膜400b以在每个脊波导100上方开设第二开孔602,在每个脊波导100上方制作电极400以生成半导体bar条。
在某些实施方案中,采用光刻剥离工艺在脊波导100上制作由下往上依次分布的第一电极、第二电极、第三电极,以生成半导体bar条,电极400通过第二开孔602与脊波导100接触,图11为制作出电极后的外延剖视图;参考图11,在衬底000a垂直方向上由下自上依次包括缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a、光栅层200a、腐蚀截止层1200a、脊波导层100a、电极层400a。 其中,图9中的正性掺杂的顶层100b被刻蚀出脊波导层100a、电极层400a。其中,图10中的刻蚀阻挡介质膜400b被腐蚀后通过光刻剥离工艺在脊波导100上制作出对应的电极400。电极400包括第一电极、第二电极、第三电极。开孔600包括第二开孔602。
在某些实施方案中,第一电极为钛电极,第二电极为铂电极,第三电极为金电极。钛电极粘性比较好,铂电极用来隔离钛电极和金电极,金电极容易与其他金属融合,导电性好。
该方法还包括:在半导体bar条上采用第二生长法沉积生长绝缘介质膜300,使多个脊波导100中相邻脊波导100之间、相邻脊波导100的电极400之间、电极400上生长有绝缘介质膜300,在每个脊波导100对应的电极400的绝缘介质膜300上开设第一开孔601,在预设的焊盘位置光刻焊盘700,在每个焊盘700与对应的第一开孔601之间光刻电极连线500。
在某些实施方案中,半导体bar条即为半导体激光bar条。图12为生长出绝缘介质膜后的外延剖视图;参考图12,在衬底000a垂直方向上由下自上依次包括缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a、光栅层200a、腐蚀截止层1200a、脊波导层100a、电极层400a、绝缘介质膜层300a。绝缘介质膜层300a位于相邻脊波导100之间、相邻脊波导100对应的相邻电极400之间、电极400上。
绝缘介质膜层300a包括第一绝缘介质膜301、第二绝缘介质膜302;位于电极400上、相邻脊波导100对应的相邻电极400之间的绝缘介质膜300为第一绝缘介质膜301,位于相邻脊波导100之间的绝缘介质膜300为第二绝缘介质膜302。
开设第一开孔601可以采用光刻腐蚀工艺。每个焊盘700通过一个第一开孔601与一个电极400连接,并由该电极400与对应的脊波导100接触。焊盘700用于与外界电源连接,使焊盘700通过电极400对对应的脊波导100进行加电控制。
图13为一实施例中为一个脊波导开设第一开孔后的外延剖视图;参考图13,第一开孔601为一个脊波导100对应的电极400的绝缘 介质膜300上开设的开孔。在某些实施方案中,可以采用光刻腐蚀工艺开设第一开孔601,第一开孔601的作用是使对应的电极400与电极连线500连接。
在某些实施方案中,该方法还包括:对衬底000a的背面进行减薄处理,使半导体bar条达到预设厚度,以及抛光处理;在衬底000a的背面蒸镀负极接触层1300a;在预设温度和预设工作环境下快速合金预设时长,以形成欧姆接触;对半导体bar条进行解理得到多个光电二极管芯片;在每个光电二极管芯片的出光端蒸镀反射率为第一反射率的增透膜1400a;在每个光电二极管芯片的另一端蒸镀反射率为第二反射率的反射膜1500a。
在某些实施方案中,预设厚度可以为100um,但不局限于此;在光电二极管芯片背面即衬底背面蒸镀有负极接触层1300a,即N电极。负极接触层1300a可以为NiGeAu负极接触层。预设温度可以为420摄氏度,预设工作环境可以为惰性气体环境,惰性气体可以为氮气,预设时长为15s,也可以是10s-30s中任意时长。第一反射率可以为5%,第二反射率可以为98%。
图14为一实施例中蒸镀负极接触层后的外延剖视图;参考图14,在衬底背面蒸镀有负极接触层1300a。
图15为一实施例中蒸镀反射膜、增透膜后芯片正视图;参考图15,芯片上与脊波导100垂直的两端分别蒸镀有增透膜形成了增透膜层1400a,此端为芯片的出光端;另一端蒸镀有反射膜形成了反射膜层1500a,此端为芯片的背光端。
图16为一实施例提供的DWDM传输系统结构框图。参考图16,从DWDM系统图中可以看出,在该系统中的光发射机需要提供λ1~λn的多路波长发射光源信号,如表1所示为通常的DWDM系统典型波长,总共需要40个波长间距为0.81nm的传输波长,这就需要在系统的光发射机中有40个发射光源分别产生这40个不同的传输波长光信号。
而通常的光通信用发射光源有FP光电二极管和DFB光电二极管芯片两种类型,FP光电二极管芯片产生的光波信号的波长半波宽度 较宽,适宜于短距离传输,DFB光电二极管芯片通过布拉格光栅的选波作用,可以产生波长半波宽度非常窄的光波信号,可以应用于长距离光波信号传输,在DWDM系统中,由于相邻信道间的波长间距非常窄,所以只能需要选用DFB光电二极管芯片作为发射光源,现有技术脊波导DFB光电二极管芯片主要由芯片的上下电极通过刻蚀形成的脊波导对芯片量子阱有源区进行加电,形成离子反转,产生出射激光,出射激光再通过光栅层进行指定出射波长的筛选,再通过芯片前后镀膜形成的谐振腔,进行激射,最终由芯片的正面出射出设计波长的激光光源,故通常决定光电二极管芯片出射激光波长,主要取决于芯片量子阱设计设计,而出射波长线宽主要取决于芯片光栅设计和芯片谐振腔长度,其中目前单只的DFB光电二极管光栅写入方式通常采用全息投影刻蚀写入的方式在整个晶圆衬底上制作相同尺寸的光栅。为了提供如表1所示的40个波长的发射光源,通常的做法是采用40个单独的封装成TO CAN的DFB光电二极管分离器件构成。
表1:DWDM系统工作典型波长
Figure PCTCN2021099714-appb-000001
Figure PCTCN2021099714-appb-000002
故在现有技术中就主要存在如下几个问题:
1、体积庞大,40个波长意味作需要采用40个不同的DFB光电二极管芯片和TO器件进行分别封装、耦合;
2、成本昂贵,由于需要采用40个单只的光电二极管芯片和TO器件,在芯片的制作成本和TO封装成本都会相对比较昂贵。并且40个单路光电二极管芯片也需要40路的单独耦合封装,人工费用会比较昂贵,工艺周期也会比较长。
图17为一实施例提供的光电二极管波长控制方法的流程示意图。该光电二极管波长控制方法为一种激光发射方法或一种获取多种激光的方法。该方法应用于驱动电芯片。参考图17,该方法包括以下步骤:
S100B:控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度调控;以及
S200B:控制光电二极管芯片在每到达一个目标温度时激射出波长包含对应目标波长的目标激光。
在某些实施方案中,目标波长与目标温度相关,目标激光具有频谱宽度。光电二极管芯片激射的激光波长与其温度有关,通过半导体温度控制器(TEC)调节控制光电二极管芯片的温度,进行光电二极管芯片激射激光的波长的选定,使光电二极管芯片激射出目标波长的激光。同一个光电二极管根据不同的温度可以激射出不同目标波长的激光。从而实现,只需要一个光电二极管就可以实现不同激光的生成,不需要大量光电二极管芯片和TO器件的组合封装,成本更低。
图19为一实施例提供的光电二极管芯片温度与激射波长的曲线图,本实施例中光电二极管芯片温度与激射波长成线性关系。温度越低,激射的激光的波长越长,温度越高,激射的激光的波长越短。
在某些实施方案中,温度调控为多个不同温控时刻对应的递进式温度调控。在某些实施方案中,递进式温度调控指连续递减降温控制或连续递增升温控制。每个温控时刻对应一个目标温度。可以设置一个时刻调控一个温度,且是连续调控,例如,参考图19,温度可以从最低温度开始往高温逐次调节,在每个温度,光电二极管芯片激射 出一种波长的激光。这样可以使温度调节更容易有序控制。
在某些实施方案中,步骤S100B包括:通过在不同温控时刻对半导体温度控制器设置不同的工作电压,使半导体温度控制器在不同工作电压下对光电二极管芯片进行温度调控。
在某些实施方案中,驱动电芯片与半导体温度控制器连接,用于对半导体温度控制器的电压进行调控,半导体温度控制器根据电压的变化调控温度,从而使光电二极管芯片的温度随之变化。
在某些实施方案中,步骤S200B包括:确定每个目标温度对应的光电二极管芯片的脊波导;在每个时刻对对应的脊波导进行加电控制,使每个脊波导分别对光电二极管芯片的量子阱层进行加电并激射出波长包含对应目标波长的目标激光。
在某些实施方案中,同一个光电二极管芯片上有多个脊波导,每个脊波导对应的波长不同,不同波长的激光对应不同的目标温度,因此,根据目标温度可以确定目标波长,从而确定对应的脊波导。
对脊波导加电后,通过脊波导可以对量子阱层这个有源区进行加电,形成离子反转,产生出射激光。每个脊波导对量子阱层的加电作用不同,因此激射出的激光的波长也不同。
在某些实施方案中,在一个光电二极管中可以根据实际情况选择驱动电芯片的数量,例如:可以设置2个驱动电芯片。
在某些实施方案中,确定每个目标温度对应的所述光电二极管芯片的脊波导,包括:根据目标温度确定对应的目标波长;根据目标波长确定光电二极管芯片上对应的的脊波导。
在某些实施方案中,不同波长的激光是通过不同目标温度的光电二极管芯片上对应的脊波导作用而激射出来的,因此,根据目标温度可以确定目标波长,从而确定对应的脊波导。
在某些实施方案中,光电二极管芯片的每个脊波导上开设有开孔,光电二极管芯片还包括每个开孔一一对应的焊盘、电极连线、电极,焊盘通过电极连线穿过对应开孔与脊波导连接。
在某些实施方案中,光电二极管芯片的每个脊波导上方开孔,开孔包括第一开孔、第二开孔,且对应一个焊盘、电极连线、电极,焊 盘与驱动电芯片连接,驱动电芯片依次通过焊盘、电极连线、穿过第一开孔与电极连接或接触,电极穿过第二开孔与脊波导连接或接触。
在某些实施方案中,在每个时刻对对应的脊波导进行加电控制,包括:在每个时刻通过对对应的脊波导连接的焊盘进行加电驱动,使通过焊盘对对应的脊波导进行加电控制。
在某些实施方案中,焊盘依次通过电极连线、第一开孔、电极、第二开孔与脊波导接触或连接。驱动电芯片与焊盘连接,驱动电芯片驱动后可以通过与其连接的焊盘对对应的脊波导进行加电。脊波导加电后对量子阱层起作用,使量子阱层激射出目标波长的激光。
在某些实施方案中,任意两个焊盘不接触,任意两个电极连线不接触,任意两个脊波导对应的电极不接触,任意两个脊波导不接触,实现了对一个脊波导加电,其他脊波导不受影响,进而实现每个脊波导独立加电控制。
在某些实施方案中,该方法还包括:
根据目标波长对应的脊波导确定光电二极管芯片上对应的光栅,使对应的光栅对目标温度对应的目标激光进行光栅筛选,得到对应的窄频谱宽度激光,将窄频谱宽度激光作为目标温度对应的目标激光。
在某些实施方案中,通过每个目标温度激射出的每种目标波长的目标激光是有一定的频谱宽度的,即,每种目标激光实际包含了不止一种波长的激光,在目标波长的激光两端还有其他波长的激光,为了使目标激光频谱宽度更窄,需要对目标激光进行光栅筛选,通过光栅使与目标波长的相差波长超出预设范围的波长都过滤掉,只留下与目标波长的相差波长在预设范围的波长作为最终光栅筛选后的目标激光。
在某些实施方案中,使对应的光栅对目标温度对应的目标激光进行光栅筛选,得到对应的窄频谱宽度激光,包括:
使对应的光栅对目标温度对应的目标激光通过光栅后沿进行全反射,再通过光栅前沿进行半透半反射,使目标激光的载流子在光栅中震荡,以得到对应的窄频谱宽度激光。
在某些实施方案中提供了光电二极管,该光电二极管包括光电二 极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片,半导体温度控制器位于光电二极管芯片的一侧,光电二极管根据前面任意所述的方法发射不同波长的激光。
在某些实施方案中,光电二极管芯片包括量子阱层、多个脊波导。
在某些实施方案中,光电二极管芯片还包括多列光栅,每个脊波导的下方对应一列光栅,多列光栅中至少两列光栅具有不同的光栅周期间距。
在某些实施方案中,光电二极管芯片的光栅腔长大于2mm。
在某些实施方案中,光电二极管芯片的光栅腔长大于2mm,使相邻两波长不出现重叠,得到频谱宽度尽可能窄的窄频谱宽度激光。
在某些实施方案中,光栅通过电子束光刻技术或全息技术在对应的脊波导正下方生长而成。
在某些实施方案中,该光电二极管芯片还包括多个焊盘、多个电极连线、多个电极,一个焊盘通过对应的电极连线与对应的电极连接或接触,该电极与对应的脊波导连接或接触。
参考图18-23,该光电二极管包括:光电二极管芯片10、半导体温度控制器20、驱动电芯片30、陶瓷载体40,光电二极管芯片10、半导体温度控制器20、驱动电芯片30均设置在陶瓷载体40上。半导体温度控制器20位于光电二极管芯片10的一侧,用于将光电二极管芯片10调控到目标温度,驱动电芯片30用于对目标温度的光电二极管芯片10进行加电控制,使目标温度的光电二极管芯片10激射出包含对应目标波长的目标激光,目标波长与目标温度相关,目标激光具有频谱宽度。
在某些实施方案中,光电二极管芯片10激射的激光波长与其温度有关,通过半导体温度控制器20(TEC)调节控制光电二极管芯片10的温度,进行光电二极管芯片10激射激光的波长的选定,使光电二极管芯片10激射出目标波长的激光。同一个光电二极管10根据不同的温度可以激射出不同目标波长的激光。从而实现,只需要一个光电二极管10就可以实现不同激光的生成,不需要大量光电二极管芯片和TO器件的组合封装,成本更低。
在某些实施方案中,光电二极管芯片10包括量子阱层1000a、多个脊波导100,驱动电芯片30对目标温度对应的脊波导100进行加电控制,使量子阱层1000a通过对应的脊波导100进行加电并激射出波长包含对应目标波长的目标激光。
在某些实施方案中,同一个光电二极管芯片10上有多个脊波导100,每个脊波导100对应的波长不同,不同波长的激光对应不同的目标温度,因此,根据目标温度可以确定目标波长,从而确定对应的脊波导100。
对脊波导100加电后,通过脊波导100可以对量子阱层1000a这个有源区进行加电,形成离子反转,产生出射激光。每个脊波导100对量子阱层1000a的加电作用不同,因此激射出的目标激光的目标波长也不同。
参考图21,在某些实施方案中,光电二极管芯片10还包括多个一一对应的焊盘700、电极连线500、电极400,焊盘700通过对应的电极连线500与对应的脊波导100连接,驱动电芯片30通过一一对应的焊盘700、电极连线500、电极400对对应的脊波导100进行加电控制。
在某些实施方案中,驱动电芯片30与焊盘700连接,驱动电芯片30驱动后可以通过与其连接的焊盘700依次通过电极连线500、电极对对应的脊波导100进行加电。脊波导100加电后对量子阱层起作用,使量子阱层1000a激射出目标波长的激光。
参考图20,该光电二极管芯片10包括覆盖脊波导层100a的电极400,脊波导层100a有多个脊波导100(例如脊波导101、脊波导102),电极400包括电极401、电极402,电极连线500包括电极连线501,脊波导101上覆盖电极401,脊波导102上覆盖电极402,在电极401、402上覆盖有第一绝缘介质膜301,在第一绝缘介质膜301上设有电极连线501;本图中,电极连线501为电极401对应的电极连线500,因此,第一绝缘介质膜301在脊波导101上方开设有第一开孔601,电极连线501通过第一开孔601与电极401连接,电极连线501不与电极402连接。对于电极连线501的覆盖处,第一绝 缘介质膜301未在脊波导102的上方开设开孔,因此电极连线501也不与脊波导102的电极402连接,因此确保电极连线501与脊波导102绝缘,其仅能独立控制脊波导101。应当知晓,虽然脊波导102对应的电极402所对应的电极连线、第一绝缘介质膜301在脊波导102上方开设的第一开孔601在图中均未示出,但是对于脊波导102以及其他的脊波导,都可以采用与脊波导101类似的方式,在第一绝缘介质膜301上开设第一开孔601,使得脊波导100对应的电极连线500与脊波导100的电极400一一对应连接,从而可以独立控制每个脊波导100,此处不再一一赘述。
在本实施例的实施方式中,脊波导100上方的第一开孔601与相邻的脊波导100上方的第一开孔601彼此错开,在某些实施方案中,多个脊波导100中任意两个脊波导100的第一开孔601均彼此错开,从而避免其电极连线500接触短路。
该光电二极管芯片还包括设于脊波导100与电极400之间的第二绝缘介质膜302,参考图18,脊波导101与电极401之间设有第二绝缘介质膜302,第二绝缘介质膜在每个在脊波导101上方设有第二开孔602,使得脊波导101与电极401部分连接;脊波导102与电极402之间设有第二绝缘介质膜302,在脊波导102上方设有第二开孔,使得脊波导102与电极402部分连接。
该光电二极管芯片包括多个脊波导100,该芯片还包括多个焊盘700,焊盘700与脊波导层上的第一开孔601一一对应,电极连线500通过一个第一开孔601将该开孔处的电极400(图中未画出)与对应的一个焊盘700连接。开孔600包括第一开孔601、第二开孔602。
由于绝缘介质膜的阻挡作用,使各个脊波导100之间互不干扰,在对某个脊波导100进行加电控制时,绝缘介质膜使其他的脊波导100不与对应的焊盘700连通,因此避免对其他脊波导100的干扰,使各个脊波导100独立加电控制。
在某些实施方案中,驱动电芯片30与半导体温度控制器20连接,驱动电芯片30通过对半导体温度控制器20设置不同的电压,从而使半导体温度控制器20对光电二极管芯片10调控不同的温度。
在某些实施方案中,光电二极管芯片10还包括多列光栅200、每个脊波导100对应一列光栅200,光栅200用于对对应脊波导100所对应的目标激光进行光栅筛选,使对应的目标激光的频谱宽度达到目标频谱宽度。
在某些实施方案中,通过每个目标温度激射出的每种目标波长的目标激光是有一定的频谱宽度的,即,每种目标激光实际包含了不止一种波长的激光,在目标波长的激光两端还有其他波长的激光,为了使目标激光频谱宽度更窄,需要对目标激光进行光栅筛选,通过光栅200使与目标波长的相差波长超出预设范围的波长都过滤掉,只留下与目标波长的相差波长在预设范围的波长作为最终光栅筛选后的目标激光。
在某些实施方案中,光电二极管芯片10的光栅腔长大于2mm。
在某些实施方案中,光电二极管芯片10的光栅腔长大于2mm,使相邻两波长不出现重叠,得到频谱宽度尽可能窄的窄频谱宽度激光。
在某些实施方案中,光栅200通过电子束光刻技术或全息技术在对应的脊波导100正下方生长而成。
在某些实施方案中,光栅200的后沿用于进行全反射,光栅200的前沿用于进行半透半反射。
在某些实施方案中,每个目标温度对应的目标激光通过对应的光栅200的后沿进行全反射,再通过光栅200的前沿进行半透半反射,使目标激光的载流子在光栅中震荡,得到对应的窄频谱宽度激光。
在某些实施方案中,光栅200采用InGaAsP光栅材料,每列光栅200的光栅周期间距为对应的目标波长与2倍的光栅材料的折射率的比例。
参考图22,光栅层200a包括多列光栅200(例如:光栅201、光栅202、光栅203等),光栅201-203中每列光栅的光栅周期间距Λ均不相等。例如:光栅201中相邻光栅之间的光栅周期间距为Λ1,光栅202中相邻光栅之间的光栅周期间距为Λ2,光栅203中相邻光栅之间的光栅周期间距为Λ3。
在对应脊波导100正下方对应的光栅200,使其可以对指定波长 的光进行光栅筛选,从而得到半波宽度更窄的窄线宽波长,根据如下式(1)计算可以通过设计光栅周期间距实现对指定波长的筛选,其中Λ为上述光栅周期间距,λ为筛选波长,n为材料折射率。
Λ=λ/2n  式(1)
在某些实施方案中,多个脊波导100形成脊波导层100a,多列光栅200形成光栅层200a,参照图23,在光栅层200a下方该光电二极管芯片还包括:在衬底000a上方由下往上依次分布的缓冲层800a、下波导层900a、量子阱层1000a、上波导层1100a;在光栅层200a与脊波导层100a之间该光电二极管芯片还包括:腐蚀截止层1200a。其中在衬底000a上方由下往上的方向如图20方向A所示。绝缘介质膜层300a位于相邻脊波导100之间、相邻脊波导100对应的相邻电极400之间、电极400上。电极层400a覆盖在脊波导层100a上,电极连线层500a位于绝缘介质膜层300a上。
图24为一实施例提供的光电二极管波长控制方法的流程示意图。参考图24,该方法包括以下步骤:
S100C:接收用户指令,根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;
S200C:根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;
S300C:控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光;以及
S400C:根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,循环执行步骤S200C直至激射出所有不同目标波长的目标激光。
在某些实施方案中,一个光电二极管芯片上设有多个发光条和多对电极,每个发光条对应一对电极,每个发光条可以发射出包含对应目标波长的目标激光,每种目标激光具有频谱宽度,即,每种目标激 光实际包含了不止目标波长对应的一种激光,在目标波长的激光两端还有其他波长的激光。半导体温度控制器用于对光电二极管芯片进行温度控制,光电二极管芯片激射出的激光的波长与其温度相关,每个目标温度对应一种目标激光。每对电极包括正极电极、负极电极,驱动电芯片对目标发光条连接的一对电极加电,通过电极给目标发光条加电,从而使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光。
直至激射出所有不同目标波长的目标激光指根据实际应用场景的需要激射出所需要的目标激光。
在某些实施方案中,在步骤S300C之后,该方法还包括以下步骤:
控制光电二极管芯片对目标激光进行波长筛选,使目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度。
在某些实施方案中,目标激光具有频谱宽度,为了使目标激光频谱宽度更窄,需要对目标激光进行波长筛选,使与目标波长的相差波长超出预设范围的波长都过滤掉,只留下与目标波长的相差波长在预设范围的波长作为最终波长筛选后的目标激光。
在某些实施方案中,步骤S200C包括:在预设的对照列表中查找与当前目标温度对应的发光条,将查找到的发光条作为目标发光条。
在某些实施方案中,步骤S300C包括:
控制驱动电芯片对所述目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极通过目标发光条上的脊波导对目标发光条的量子阱层进行加电调制,使包含目标波长的目标激光从目标发光条上激射出来。
在某些实施方案中,对脊波导加电后,通过脊波导可以对量子阱层这个有源区进行加电,形成离子反转,产生出射激光。每个脊波导对量子阱层的加电作用不同,因此激射出的激光的波长也不同。
在某些实施方案中,控制光电二极管芯片对目标激光进行波长筛选,使目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度,包括:
控制目标发光条上的脊波导对应的光栅对目标激光进行光栅筛选,使经过光栅筛选后的目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度。
在某些实施方案中,每个光电二极管芯片包括多个脊波导和对应的多个光栅,每个光栅用来筛选中心波长为特定波长的光,使筛选后的光的中心波长为特定波长,且具有一定的频谱宽度。中心波长即目标激光的目标波长。通过脊波导激射出目标激光后再通过该脊波导对应的光栅进行光栅筛选,最后出射的激光的频谱宽度会变窄。即,只保留了与目标波长的相差波长在预设范围的波长的激光。
在某些实施方案中,控制目标发光条上的脊波导对应的光栅对目标激光进行光栅筛选,包括:
控制目标发光条上的脊波导对应的光栅对目标激光通过光栅的后沿进行全反射,再通过光栅的前沿进行半透半反射,使目标激光的载流子在光栅中震荡,以筛选出特定波长的激光。
在某些实施方案中,光栅通过电子束光刻技术在对应的脊波导正下方形成。
在某些实施方案中,光电二极管芯片上的光栅腔长大于2mm。例如,可以是3mm。
在某些实施方案中,光电二极管芯片的光栅腔长大于2mm,使相邻两波长不出现重叠,得到频谱宽度尽可能窄的窄频谱宽度激光。
在某些实施方案中,光电二极管芯片上设有12个或14个发光条。
每个发光条可以激射出一种中心波长为目标波长的目标激光。12个发光条就可以激射出12种中心波长为不同目标波长的目标激光。在实际应用场景中,根据实际需要通过调节光电二极管芯片的温度来激射出不同的目标激光,不一定要用到全部的发光条。
图25为一实施例提供的光电二极管波长控制装置的结构框图。参考图25,光电二极管芯片上设有多个发光条和多对电极,每个发光条对应一对电极,该装置包括:
温控模块10C,配置为接收用户指令,根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;
匹配模块20C,配置为根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;
加电模块30C,配置为控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,目标激光具有频谱宽度;
循环模块40C,配置为根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,执行根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,直至激射出所有不同目标波长的目标激光。
在某些实施方案中,该装置还包括:
筛选模块,配置为控制光电二极管芯片对目标激光进行波长筛选,使目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度。
在某些实施方案中,将目标激光通过目标发光条上的脊波导对应的光栅进行光栅筛选,使经过光栅筛选后的目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度。在某些实施方案中,将目标激光通过目标发光条上的脊波导对应的光栅的后沿进行全反射,再通过光栅的前沿进行半透半反射,使目标激光的载流子在光栅中震荡,以筛选出特定波长的激光。
在某些实施方案中,匹配模块20C配置为:在预设的对照列表中查找与当前目标温度对应的发光条,将查找到的发光条作为目标发光条。
在某些实施方案中,加电模块30C配置为:控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极通过目标发光条上的脊波导对目标发光条的量子阱层进行加电调制,使包含目标波长的目标激光从目标发光条上激射出来。
图26为一实施例提供的光电二极管芯片的正面俯视图。参考图26,从该光电二极管芯片的正面可以看到光电二极管芯片的两边分布有正极电极2,光电二极管芯片的负极电极分布在芯片的背面(图中未示出),中间分布有发光条。每个发光条1对应一对正极电极、负极电极。
在某些实施方案中,提供了计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,使得处理 器执行以下步骤:接收用户指令,根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,目标激光具有频谱宽度;根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,执行根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,直至激射出所有不同目标波长的目标激光。
在某些实施方案中,提供了计算机设备,其包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行程序时执行以下步骤:接收用户指令,根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;控制驱动电芯片对目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,目标激光具有频谱宽度;根据用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,执行根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,直至激射出所有不同目标波长的目标激光。
通过半导体温度控制器调控光电二极管芯片的温度从而使光电二极管芯片在不同温度下激射出不同波长的激光,而不需要使用多个不同的独立的单波长激光发射器配合完成多个不同波长的激光的发射,减少了激光装置芯片与TO器件的使用,减少了安装、组合复杂度,同时节约了成本和工艺周期。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来, 而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本公开将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (42)

  1. 光电二极管芯片,包括衬底,其中,所述芯片在所述衬底上方包括光栅层、以及位于所述光栅层上方的脊波导层,所述脊波导层包括多个脊波导,所述光栅层包括多列光栅,每个所述脊波导的下方对应一列所述光栅,所述多列光栅中至少两列光栅具有不同的光栅周期间距。
  2. 如权利要求1所述的芯片,其中,所述多列光栅中任意两列光栅的光栅周期间距不同。
  3. 如权利要求1所述的芯片,其中,所述多列光栅的光栅周期间距依据预设的激射波长与温度的变化曲线依次设置。
  4. 如权利要求1所述的芯片,其还包括覆盖所述脊波导层的电极、覆盖所述电极的第一绝缘介质膜、以及设于所述第一绝缘介质膜层上的电极连线;其中,所述第一绝缘介质膜在每个所述脊波导上方开设有第一开孔,所述电极连线通过所述第一开孔与所述电极连接。
  5. 如权利要求4所述的芯片,其中,每个所述脊波导上方的第一开孔与相邻的脊波导上方的第一开孔彼此错开。
  6. 如权利要求4所述的芯片,其还包括设于所述脊波导与所述电极之间的第二绝缘介质膜,所述第二绝缘介质膜包裹覆盖所述脊波导,所述第二绝缘介质膜在每个所述脊波导上方开设第二开孔,所述电极通过所述第二开孔与所述脊波导接触。
  7. 如权利要求4所述的芯片,其还包括多个焊盘,所述焊盘与所述脊波导层上的第一开孔一一对应,所述电极连线通过一个第一开孔将该开孔处的电极与对应的焊盘连接。
  8. 如权利要求7所述的芯片,其在所述光栅层下方还包括:在所述衬底上方由下往上依次分布的缓冲层、下波导层、量子阱层、上波导层;所述芯片在所述光栅层与所述脊波导层之间还包括:腐蚀截止层。
  9. 如权利要求1-8任一项所述的芯片,其还包括出光端和背光端,在所述出光端蒸镀有增透膜,在所述背光端蒸镀有反射膜。
  10. 光电二极管,其包括权利要求1-9任一项所述的光电二极管芯片。
  11. 光电二极管芯片的制作方法,其包括:
    在衬底上方生长光栅基层;
    在所述光栅基层进行光栅的刻蚀以制作出多列光栅,所述多列光栅形成光栅层,所述多列光栅中至少两列光栅具有不同的光栅周期间距;
    在所述光栅层上方生长出脊波导基层;以及
    在所述脊波导基层刻蚀出多个脊波导,所述多个脊波导形成脊波导层,每个所述脊波导与一列光栅对应、且位于对应光栅上方。
  12. 如权利要求11所述的方法,其中,在所述在衬底上方生长光栅基层之前,所述方法还包括:
    在所述衬底上方采用所述第一生长法沉积生长由下往上依次分布的缓冲层、下波导层、量子阱层、上波导层;
    所述在衬底上方生长光栅基层,包括:
    在所述上波导层上方生长光栅基层;
    所述在所述光栅层上方生长出脊波导基层,包括:
    在所述光栅层上方采用第一生长法沉积生长由下往上依次分布的腐蚀截止层、正性掺杂的顶层,其中,所述正性掺杂的顶层为脊波导基层;
    所述在所述脊波导基层刻蚀出多个脊波导,包括:
    在所述正性掺杂的顶层上采用第二生长法生长腐蚀钝化膜,
    采用刻蚀工艺在所述腐蚀钝化膜上刻蚀出由下往上依次分布的脊波导层、刻蚀阻挡介质膜,所述脊波导层包括多个脊波导;并且
    在所述脊波导基层刻蚀出多个脊波导之后,所述方法还包括:
    腐蚀所述刻蚀阻挡介质膜以在每个所述脊波导上方开设第二开孔,
    在每个所述脊波导上方制作电极以生成半导体bar条,
    在所述半导体bar条上采用所述第二生长法沉积生长绝缘介质膜,使所述多个脊波导中相邻脊波导之间、相邻脊波导的电极之间、所述电极上生长有绝缘介质膜,
    在每个所述脊波导对应的电极的绝缘介质膜上开设第一开孔,
    在预设的焊盘位置光刻焊盘,以及
    在每个所述焊盘与对应的第一开孔之间光刻电极连线。
  13. 光电二极管波长控制方法,应用于驱动电芯片,其中,所述方法包括:
    控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度调控;以及
    控制所述光电二极管芯片在每到达一个目标温度时激射出波长包含对应目标波长的目标激光,所述目标波长与所述目标温度相关,所述目标激光具有频谱宽度。
  14. 如权利要求13所述的方法,其中,所述温度调控为多个不同温控时刻对应的递进式温度调控。
  15. 如权利要求14所述的方法,其中,所述控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度调控,包括:
    通过在不同温控时刻对所述半导体温度控制器设置不同的工作电压,使所述半导体温度控制器在不同工作电压下对光电二极管芯片进行温度调控。
  16. 如权利要求14所述的方法,其中,所述控制所述光电二极管芯片在每到达一个目标温度时激射出波长包含对应目标波长的目标激光,包括:
    确定每个目标温度对应的所述光电二极管芯片的脊波导;以及
    在每个时刻对对应的脊波导进行加电控制,使每个脊波导分别对所述光电二极管芯片的量子阱层进行加电并激射出波长包含对应目标波长的目标激光。
  17. 如权利要求16所述的方法,其中,所述确定每个目标温度对应的所述光电二极管芯片的脊波导,包括:
    根据目标温度确定对应的目标波长;以及
    根据所述目标波长确定所述光电二极管芯片上对应的的脊波导。
  18. 如权利要求17所述的方法,其中,所述光电二极管芯片的每个脊波导上开设有开孔,所述光电二极管芯片还包括每个开孔一一对应的焊盘、电极连线、电极,所述焊盘通过电极连线穿过对应开孔与所述脊波导连接。
  19. 如权利要求18所述的方法,其中,所述在每个时刻对对应的脊波导进行加电控制,包括:
    在每个时刻通过对对应的脊波导连接的焊盘进行加电驱动,使通过焊盘对对应的脊波导进行加电控制。
  20. 如权利要求16所述的方法,其中,所述方法还包括:
    根据所述目标波长对应的脊波导确定所述光电二极管芯片上对应的光栅,使对应的光栅对目标温度对应的目标激光进行光栅筛选,得到对应的窄频谱宽度激光,将所述窄频谱宽度激光作为所述目标温度对应的目标激光。
  21. 如权利要求20所述的方法,其中,所述使对应的光栅对目标温度对应的目标激光进行光栅筛选,得到对应的窄频谱宽度激光,包括:
    使对应的光栅对目标温度对应的目标激光通过光栅后沿进行全反射,再通过光栅前沿进行半透半反射,使目标激光的载流子在所述光栅中震荡,以得到对应的窄频谱宽度激光。
  22. 光电二极管,其包括光电二极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片,所述半导体温度控制器位于所述光电二极管芯片的一侧,所述光电二极管根据权利要求13-21任一项所述的方法发射不同波长的激光。
  23. 光电二极管,其包括光电二极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片,所述半导体温度控制器位于所述光电二极管芯片的一侧,用于将光电二极管芯片调控到目标温度,所述驱动电芯片用于对目标温度的光电二极管芯片进行加电控制,使目标温度的光电二极管芯片激射出包含对应目标波长的目标激光,所述目标波长与所述目标温度相关,所述目标激光具有频谱宽度。
  24. 如权利要求23所述的光电二极管,其中,所述光电二极管芯片包括量子阱层、多个脊波导,所述驱动电芯片用于对目标温度对应的脊波导进行加电控制,使量子阱层通过所述脊波导进行加电形成离子反转,以激射出波长包含对应目标波长的目标激光。
  25. 如权利要求24所述的光电二极管,其中,所述光电二极管芯片还包括多个一一对应的焊盘、电极连线、电极,所述焊盘依次通过对应的电极连线、电极与对应的脊波导连接,所述驱动电芯片还用于依次通过一一对应的焊盘、电极连线、电极对对应的脊波导进行加电控制。
  26. 如权利要求25所述的光电二极管,其中,所述光电二极管芯片还包括多列光栅、每个所述脊波导对应一列光栅,所述光栅用于对对应脊波导所对应的目标激光进行光栅筛选,使对应的目标激光的频谱宽度达到目标频谱宽度。
  27. 如权利要求26所述的光电二极管,其中,每个所述脊波导上方开设有第一开孔、第二开孔,所述焊盘通过对应的电极连线穿过对应的第一开孔与对应的电极连接;
    其中,任意两根电极连线之间、任意两个脊波导之间、任意两个电极之间、任意两个焊盘之间不接触。
  28. 如权利要求27所述的光电二极管,其中,所述光电二极管芯片的光栅腔长大于2mm。
  29. 如权利要求28所述的光电二极管,其中,所述驱动电芯片与所述半导体温度控制器连接,所述驱动电芯片用于通过对半导体温度控制器设置不同的电压,从而使半导体温度控制器对光电二极管芯片调控不同的温度。
  30. 如权利要求29所述的光电二极管,其中,所述光电二极管还包括陶瓷载体,所述光电二极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片均设置在所述陶瓷载体上。
  31. 如权利要求30所述的光电二极管,其中,所述光栅的后沿用于进行全反射,所述光栅的前沿用于进行半透半反射。
  32. 如权利要求26所述的光电二极管,其中,所述多列光栅的光栅周期间距依据预设的激射波长与温度的变化曲线依次设置。
  33. 光电二极管波长控制方法,应用于激光装置,所述激光装置 包括光电二极管芯片、半导体温度控制器、驱动电芯片,其中,所述光电二极管芯片上设有多个发光条和多对电极,每个发光条对应一对电极,所述方法包括:
    接收用户指令,根据所述用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;
    根据所述当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;
    控制所述驱动电芯片对所述目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,所述目标激光具有频谱宽度;以及
    根据所述用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,执行所述根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,直至激射出所有不同目标波长的目标激光。
  34. 如权利要求33所述的方法,其中,在所述使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光之后,所述方法还包括:
    控制所述光电二极管芯片对所述目标激光进行波长筛选,使所述目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度。
  35. 如权利要求34所述的方法,其中,所述根据所述当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,包括:
    在预设的对照列表中查找与所述当前目标温度对应的发光条,将查找到的所述发光条作为目标发光条。
  36. 如权利要求35所述的方法,其中,所述控制所述驱动电芯片对所述目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目 标激光,包括:
    控制所述驱动电芯片对所述目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极通过目标发光条上的脊波导对目标发光条的量子阱层进行加电调制,使包含目标波长的目标激光从所述目标发光条上激射出来。
  37. 如权利要求36所述的方法,其中,所述控制所述光电二极管芯片对所述目标激光进行波长筛选,使所述目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度,包括:
    控制所述目标发光条上的脊波导对应的光栅对所述目标激光进行光栅筛选,使经过光栅筛选后的目标激光的频谱宽度达到预设频谱宽度。
  38. 如权利要求37所述的方法,其中,所述控制所述目标发光条上的脊波导对应的光栅对所述目标激光进行光栅筛选,包括:
    控制所述目标发光条上的脊波导对应的光栅对所述目标激光通过所述光栅的后沿进行全反射,再通过所述光栅的前沿进行半透半反射,使目标激光的载流子在所述光栅中震荡,以筛选出特定波长的激光。
  39. 如权利要求38所述的方法,其中,所述光栅通过电子束光刻技术在对应的脊波导正下方形成。
  40. 如权利要求39所述的方法,其中,所述光电二极管芯片上的光栅腔长大于2mm。
  41. 如权利要求40所述的方法,其中,所述光电二极管芯片上设有12个或14个发光条。
  42. 光电二极管波长控制装置,其中,光电二极管芯片上设有多 个发光条和多对电极,每个发光条对应一对电极,所述装置包括:
    温控模块,配置为接收用户指令,根据所述用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻到达当前目标温度;
    匹配模块,配置为根据所述当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条;
    加电模块,配置为控制所述驱动电芯片对所述目标发光条对应的一对电极进行加电,使目标发光条对应的一对电极作用于目标发光条,使目标发光条激射出包含目标波长的目标激光,所述目标激光具有频谱宽度;以及
    循环模块,配置为根据所述用户指令控制半导体温度控制器对光电二极管芯片进行温度控制,使光电二极管芯片在当前时刻的下一时刻到达下一时刻目标温度,将下一时刻目标温度作为当前目标温度,执行所述根据当前目标温度确定光电二极管芯片上对应的目标发光条,直至激射出所有不同目标波长的目标激光。
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