[發明專利]一種光拍頻信號發射芯片及制備方法

在審

• 申請號: 201710255672.0
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107147447A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 陳鈺杰;王易;余思遠;蔡鑫倫
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/516;H01S5/22;H01S5/34
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及通信領域的高速半導體光電器件，特別涉及一種光拍頻信號發射芯片及制備方法。

背景技術

隨著時代的進步，人們對通信的帶寬及速率的要求越來越高，光載無線通信技術的提出，能夠很好的結合帶寬高速長距離光纖通信以及便捷的短距離無線通信的優勢，同時還能夠通過對復雜通信設備的集中化，大大降低通信系統的成本。在現有技術中，光載無線通信技術發核心思想是在蜂窩網絡采用現有的無線技術，而基站與中心局之間的通信則采用光纖通信，且無線信號通過光電轉換后直接加載到光載波上進行傳輸；而光載射頻信號的產生原理一般是兩束不同波長的激光疊加后產生拍頻，主要有四種低噪聲光載射頻的產生技術，分別基于光頻率梳、光反饋回路、邊摸注入鎖定和光混頻的物理原理，而單一地利用這些效應所產生的光載射頻的系統都存在缺點，導致產生的光載射頻信號難以集成、可調諧范圍小或產生的拍頻信號線寬較寬。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種發射線寬窄、發射頻率可調、可直接調制和體積小的光拍頻信號發射芯片，以及提供其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種光拍頻信號發射芯片，包括微環激光器、多模干涉耦合器、靜態分布式反饋式激光器、動態調制分布式反饋式激光器、輸出定向耦合器與輸出波導和半導體晶元；通過在芯片背面增加共地電極，實現片上器件的注入電流獨立可調；所述的靜態分布式反饋式激光器和動態調制分布式反饋式激光器均與多模干涉耦合器連接，同時，在這兩個分布式反饋式激光器上制作共面金屬傳輸線，完成電信號到光信號的直接上轉換，實現電信號的直接調制和發射；所述多模干涉耦合器、輸出定向耦合器與輸出波導均與微環激光器連接；所述的半導體晶元與光拍頻信號發射芯片中的其他器件連接；其中，光拍頻信號發射芯片利用光混頻、邊模注入鎖定以及光反饋回路的物理機理，輸出一個低噪聲的拍頻信號。

在上述方案中，將這兩個分布式反饋式激光器輸出的信號分別對準微環激光器內兩個激射縱模進行注入鎖定，再由微環激光器光混頻效應產生相位關聯，又由微環激光器的背向散射建立光反饋回路，三種物理機理共同起作用，輸出一個低噪聲的拍頻信號；同時，可通過改變注入電流或改變微環激光器的周長以及調節兩個分布式反饋式激光器的輸出波長對準微環激光器的不同縱模，實現輸出拍頻信號的頻率可調。

進一步的，所述的微環激光器、多模干涉耦合器、靜態分布式反饋式激光器、動態調制分布式反饋式激光器和輸出波導均為脊形結構，其中脊形臺寬度范圍在500nm～10mm；所述的微環激光器的周長范圍在50mm～5000mm；所述的靜態分布式反饋式激光器和動態調制分布式反饋式激光器的光柵周期范圍在50nm～10mm，并在其上面制作的共面金屬傳輸線和信號線與底線之間的間距范圍在5mm～500mm。

進一步的，所述的輸出波導上分有介質材料填充，其厚度范圍在100nm～5mm。

其中，本發明還提供動態調制分布式反饋式激光器的制備方法，該方法包括以下步驟：

a)在半導體襯底上依次外延生長n型半導體層，多量子阱有源芯層，以及p型半導體層；

b)依次對外延生長完畢的晶圓進行掩膜生長、圖形產生、臺階刻蝕，得到脊波導、外圍脊形臺和晶圓臺面；

c)在晶圓上依次沉積鈍化層和介質層；

d)在晶圓上依次旋涂光刻膠，曝光，熱回流，等離子體刻蝕，制備電極接觸窗口；

e)在晶圓上進行金屬沉積，制備傳輸線信號電極、傳輸線地電極和背面共地電極。

進一步的，所述的鈍化層的材料為二氧化硅或氮化硅，通過在鈍化層上方增加介質層，實現脊形臺的平坦化，使得點傳輸與半導體有良好接觸而不發生斷裂。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明結合了單一光反饋回路、邊模注入鎖定以及光混頻技術的優點，通過三種技術的共同使用，減小了輸出信號的線寬，提高了輸出信號的質量；同時，通過在某一個分布式反饋式激光器上制作電傳輸線，完成電信號到光信號的轉換，實現電信號的直接調制和發射；因此，本發明具有發射線寬窄、發射頻率可調、可直接調制和體積小等特點。

附圖說明

圖1為本發明光拍頻信號發射芯片整體結構圖。

圖2為本發明動態調制分布式反饋式激光器的剖面結構圖。

圖3為本發明動態調制分布式反饋式激光器的制備方法流程示意圖。

具體實施方式