一种垂直发射型EML芯片的制作方法

一种垂直发射型eml芯片
技术领域
1.本发明涉及eml芯片技术领域，尤其涉及一种垂直发射型eml芯片。


背景技术：

2.在云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式，均会用到光通信技术。而在光通信中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一，光模块向外部光纤中输入的光信号强度直接影响光纤通信的质量。并且随着5g网络的快速发展，处于光通信核心位置的光模块得到了长足的发展，产生了形式多样的光模块。
3.随着数据通信时代快速发展，垂直腔面发射激光芯片由于其优异的特性，例如芯片体积微小，输出圆形光斑，工作阈值低，耦合效率高，且方便集成等，被广泛运用于光通信领域，例如光互连，光传感，光存储，应用场景诸如数据中心短距通信，5g基站，hdm i超高清视频传输等等。
4.现有的eml芯片仍多采用水平的边发射激光器，这使得波长稳定性较差和波长不均匀，同时传统的eml芯片在制备过程中，加工较为复杂且需要适应高功率阵列的散热，使得制备成本相对较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中eml芯片水平腔波长稳定性较差和不均匀的问题，而提出的一种垂直发射型eml芯片。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种垂直发射型eml芯片，包括衬底和发射柱，所述衬底上方设置有氧化层，所述氧化层上方设置有eam-mqw层，所述eam-mqw层上方设置有dfb-mqw层，所述dfb-mqw层上方设置有光栅层，所述光栅层上方设置有inp包层，所述i np包层上方设置有电极层，所述电极层上设置有ea引脚和soa板，所述eam-mqw层至电极层间开设有垂直腔，所述发射柱设置在垂直腔内侧壁上，所述发射柱上设置有ld激光器。
8.优选地，所述衬底为芯片的第一层，所述衬底下表面设置有负电极接点，所述衬底为掺s i的gaas底层，且掺杂浓度为1.5e
18
cm-3
。
9.优选地，所述氧化层为芯片的第二层，所述氧化层材料为al2o3，其由材料为al x
ga
1-x
as的预制层经湿法氧化工艺氧化形成，其中x≥0.5，所述dfb-mqw层和eam-mqw层相互堆叠。
10.优选地，所述eam-mqw层为芯片的第三层，所述eml芯片的左端面设置高反射镀膜层，所述eml芯片的右端面设置增透膜层；所述eam-mqw层的首端和dfb-mqw层的首端对齐至高反射镀膜层，所述eam-mqw层的末端对齐至增透膜层。
11.优选地，所述dfb-mqw层为芯片的第四层，所述所述高反射镀膜层沿背离dfb-mqw层的方向依次设置第一sio层和第二tio层。
12.优选地，所述光栅层为芯片的第五层，所述所述光栅层的末端与所述dfb-mqw层的
末端对齐，且光栅层的长度与dfb-mqw层长度比为.。
13.优选地，所述i np包层为芯片的第六层，所述i np包层沉积设置在光栅层的上方。
14.优选地，所述电极层为芯片的第七层，所述电极层刻蚀设置在所述i np包层的上表面，所述电极层包括dfb正电极、eam正电极和eml负电极，所述dfb正电极和所述eam正电极之间设置电隔离区，所述dfb正电极位于dfb-mqw层的上方。
15.优选地，所述电极层上表面设置有正电极接点，所述ea引脚与ld激光器位于同一水平线上，所述ld激光器、ea引脚和soa板上均设置有正电极接点。
16.相比现有技术，本发明的有益效果为：
17.1、本方案中，通过eam-mqw层和dfb-mqw层的设置，dfb-mqw层和eam-mqw层的相互堆叠，减少eml芯片制作的复杂性，提升eml芯片的制成速度，提高eml晶元的良率和稳定性，便于保证eml芯片的一致性，使得加工更容易，降低了制作成本。
18.2、本方案中，通过垂直腔和ea引脚的设置，可以使得eml芯片可以灵活适应内外部存储，提高了芯片的适用性，提升了波长的稳定性和均匀性。
19.3、本方案中，通过ld激光器和soa板的设置，ld激光器可以在外电场取消后吸收光谱能可逆的还原，soa板利用透镜进行光束变换以达到对光信号的集中收集作用。
附图说明
20.图1为本发明提出的一种垂直发射型eml芯片的结构示意图；
21.图2为本发明提出的一种垂直发射型eml芯片中激光器的结构示意图；
22.图3为本发明提出的一种垂直发射型eml芯片中发射柱的结构示意图；
23.图4为本发明提出的一种垂直发射型eml芯片中衬底的结构示意图；
24.图5为图3中a处的放大图；
25.图6为图2中b处的放大图。
26.图中：1、衬底；2、发射柱；3、ld激光器；4、ea引脚；5、soa板；6、氧化层；7、eam-mqw层；8、dfb-mqw层；9、光栅层；10、i np包层；11、电极层。
具体实施方式
27.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做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。
28.实施例
29.参照图1-6，一种垂直发射型eml芯片，包括衬底1和发射柱2，衬底1上方设置有氧化层6，氧化层6上方设置有eam-mqw层7，eam-mqw层7上方设置有dfb-mqw层8，dfb-mqw层8上方设置有光栅层9，光栅层9上方设置有i np包层10，i np包层10上方设置有电极层11；
30.进一步地，衬底1为芯片的第一层，衬底1下表面设置有负电极接点，所述衬底为掺si的gaas底层，且掺杂浓度为1.5e
18
cm-3
，氧化层6为芯片的第二层，氧化层6材料为al2o3，其由材料为al x
ga
1-x
as的预制层经湿法氧化工艺氧化形成，其中x≥0.97，eam-mqw层7为芯片的第三层，eml芯片的左端面设置高反射镀膜层，eml芯片的右端面设置增透膜层；eam-mqw
层7的首端和dfb-mqw层8的首端对齐至高反射镀膜层，eam-mqw层7的末端对齐至增透膜层，dfb-mqw层8为芯片的第四层，高反射镀膜层沿背离dfb-mqw层8的方向依次设置第一sio2层和第二t io2层，光栅层9为芯片的第五层，光栅层9的末端与dfb-mqw层8的末端对齐，且光栅层9的长度与dfb-mqw层8长度比为0.5，dfb-mqw层8和eam-mqw层7相互堆叠，i np包层10为芯片的第六层，i np包层10沉积设置在光栅层9的上方；
31.需要说明的是：在衬底1上沉积得到氧化层6，使用刻蚀技术在半导体衬底1上制作激光器结构，所谓刻蚀，就是以光刻技术形成的抗蚀剂图形作为掩膜，在晶片上进行微细加工的技术，刻蚀从技术上分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种，通过对高铝组分的ai gaas层进行氧化，可以形成良好的电流限制孔径和光学限制窗口，在氧化层6上形成eam-mqw层7，在eam-mqw层7上形成dfb-mqw层8，在dfb-mqw层8的上方形成光栅层9；在光栅层9的上方与eam-mqw层7的上方沉积i np包层10,然后i np包层10沉积设置在光栅层9的上方，电极层11刻蚀设置在i np包层10的上表面，dfb-mqw层8和eam-mqw层7相互堆叠；
32.采用上述进一步地好处是：dfb-mqw层8和eam-mqw层7的相互堆叠，减少eml芯片制作的复杂性，以提升eml的制成速度，提高eml晶元的良率和稳定性，便于保证eml芯片的一致性，进而使得加工更容易，降低了制作成本。
33.电极层11上设置有ea引脚4和soa板5，eam-mqw层7至电极层11间开设有垂直腔，发射柱2设置在垂直腔内侧壁上，发射柱2上设置有ld激光器3；
34.进一步地，电极层11为芯片的第七层，电极层11刻蚀设置在i np包层10的上表面，电极层11包括dfb正电极、eam正电极和eml负电极，所述dfb正电极和所述eam正电极之间设置电隔离区，所述dfb正电极位于dfb-mqw层8的上方，电极层11上表面设置有正电极接点，ea引脚4与ld激光器3位于同一水平线上，ld激光器3、ea引脚4和soa板5上均设置有正电极接点；
35.需要说明的是：ld激光器3的吸收边陡峭，热稳定性良好，而且外加合适的反向电场时，激子吸收峰会明显的向长波方向移动，外电场取消后吸收光谱又能可逆的还原，电极层11上的ea引脚4接高电平时，先访问内部程序存储器，当寻址范围超出内部程序存储器的最大寻址空间时，就自动跳向外不程序存储器，当ea引脚4接低电平时，直接跳向外部存储器，soa板5即半导体光放大器，利用透镜进行光束变换以达到对光信号的集中收集作用，eml芯片的垂直腔设置，使得芯片激射波长非常稳定，且改善了不到一个腔波长为2nm的标准偏差；
36.采用上述进一步地好处是：这样可以使得eml芯片可以灵活适应内外部存储，提高了芯片的适用性，提升了波长的稳定性和均匀性。
37.本发明在制备和使用时，在衬底1上沉积得到氧化层6，使用刻蚀技术在半导体衬底1上制作激光器结构，所谓刻蚀，就是以光刻技术形成的抗蚀剂图形作为掩膜，在晶片上进行微细加工的技术，刻蚀从技术上分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种，通过对高铝组分的ai gaas层进行氧化，可以形成良好的电流限制孔径和光学限制窗口，在氧化层6上形成eam-mqw层7，在eam-mqw层7上形成dfb-mqw层8，在dfb-mqw层8的上方形成光栅层9；在光栅层9的上方与eam-mqw层7的上方沉积i np包层10,然后i np包层10沉积设置在光栅层9的上方，电极层11刻蚀设置在i np包层10的上表面，dfb-mqw层8和eam-mqw层7的相互堆叠，减少eml芯片制作的复杂性，以提升eml的制成速度，提高eml晶元的良率和稳定性，便于保证eml芯片
的一致性，进而使得加工更容易，降低了制作成本；
38.ld激光器3的吸收边陡峭，热稳定性良好，而且外加合适的反向电场时，激子吸收峰会明显的向长波方向移动，外电场取消后吸收光谱又能可逆的还原，电极层11上的ea引脚4接高电平时，先访问内部程序存储器，当寻址范围超出内部程序存储器的最大寻址空间时，就自动跳向外不程序存储器，当ea引脚4接低电平时，直接跳向外部存储器，soa板5即半导体光放大器，利用透镜进行光束变换以达到对光信号的集中收集作用，eml芯片的垂直腔设置，使得芯片激射波长非常稳定，且改善了不到一个腔波长为2nm的标准偏差，这样可以使得eml芯片可以灵活适应内外部存储，提高了芯片的适用性，提升了波长的稳定性和均匀性。
39.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种垂直发射型eml芯片，包括衬底(1)和发射柱(2)，其特征在于，所述衬底(1)上方设置有氧化层(6)，所述氧化层(6)上方设置有eam-mqw层(7)，所述eam-mqw层(7)上方设置有dfb-mqw层(8)，所述dfb-mqw层(8)上方设置有光栅层(9)，所述光栅层(9)上方设置有inp包层(10)，所述inp包层(10)上方设置有电极层(11)，所述电极层(11)上设置有ea引脚(4)和soa板(5)，所述eam-mqw层(7)至电极层(11)间开设有垂直腔，所述发射柱(2)设置在垂直腔内侧壁上，所述发射柱(2)上设置有ld激光器(3)。2.根据权利要求1所述的一种垂直发射型eml芯片，其特征在于，所述衬底(1)为芯片的第一层，所述衬底(1)下表面设置有负电极接点，所述衬底(1)为掺si的gaas底层，且掺杂浓度为1.5e
18
cm-3
。3.根据权利要求1所述的一种垂直发射型eml芯片，其特征在于，所述氧化层(6)为芯片的第二层，所述氧化层(6)材料为al2o3，其由材料为al
x
ga
1-x
as的预制层经湿法氧化工艺氧化形成，其中x≥0.97。4.根据权利要求1所述的一种垂直发射型eml芯片，其特征在于，所述eam-mqw层(7)为芯片的第三层，所述eml芯片的左端面设置高反射镀膜层，所述eml芯片的右端面设置增透膜层；所述eam-mqw层(7)的首端和dfb-mqw层(8)的首端对齐至高反射镀膜层，所述eam-mqw层(7)的末端对齐至增透膜层。5.根据权利要求4所述的一种垂直发射型eml芯片，其特征在于，所述dfb-mqw层(8)为芯片的第四层，所述所述高反射镀膜层沿背离dfb-mqw层(8)的方向依次设置第一sio2层和第二tio2层。6.根据权利要求1所述的一种垂直发射型eml芯片，其特征在于，所述光栅层(9)为芯片的第五层，所述所述光栅层(9)的末端与所述dfb-mqw层(8)的末端对齐，且光栅层(9)的长度与dfb-mqw层(8)长度比为0.5，所述dfb-mqw层(8)和eam-mqw层(7)相互堆叠。7.根据权利要求1所述的一种垂直发射型eml芯片，其特征在于，所述inp包层(10)为芯片的第六层，所述inp包层(10)沉积设置在光栅层(9)的上方。8.根据权利要求1所述的一种垂直发射型eml芯片，其特征在于，所述电极层(11)为芯片的第七层，所述电极层(11)刻蚀设置在所述inp包层(10)的上表面，所述电极层(11)包括dfb正电极、eam正电极和eml负电极，所述dfb正电极和所述eam正电极之间设置电隔离区，所述dfb正电极位于dfb-mqw层(8)的上方。9.根据权利要求1所述的一种垂直发射型eml芯片，其特征在于，所述电极层(11)上表面设置有正电极接点，所述ea引脚(4)与ld激光器(3)位于同一水平线上，所述ld激光器(3)、ea引脚(4)和soa板(5)上均设置有正电极接点。

技术总结
本发明公开了一种垂直发射型EML芯片，属于EML芯片技术领域，包括衬底和发射柱，衬底上方设置有氧化层，氧化层上方设置有EAM-MQW层，EAM-MQW层上方设置有DFB-MQW层，DFB-MQW层上方设置有光栅层，光栅层上方设置有InP包层，InP包层上方设置有电极层，电极层上设置有EA引脚和SOA板，EAM-MQW层至电极层间开设有垂直腔，发射柱设置在垂直腔内侧壁上，发射柱上设置有LD激光器。本发明通过EAM-MQW层和DFB-MQW层的设置，减少EML芯片制作的复杂性，提升EML芯片的制成速度，提高EML晶元的良率和稳定性，便于保证EML芯片的一致性，使得加工更容易，降低了制作成本，同时垂直腔和EA引脚的设置，可以使得EML芯片可以灵活适应内外部存储，提高了芯片的适用性，提升了波长的稳定性和均匀性。性。性。


技术研发人员：钟文彪 李素萍 钟文斌
受保护的技术使用者：芯峰光电技术（深圳）有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/23