[发明专利]应用于高速并行光传输的大耦合对准容差半导体激光芯片及其光电器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速光通信系统中的激光器芯片和光电集成器件，尤其涉及超高速、超大容量光网络用的大耦合对准容差的高速半导体激光器芯片，属于光网络通信领域。

背景技术

移动互联网、云计算、物联网、下一代数据中心等领域所带来的市场需求，云计算的部署更加速了业务对网络带宽的需求，不断交互的海量数据需要更强大的数据中心、更高的网络带宽，而数据中心市场的规模也一直以40%的速度在不断增长。目前，全球设备供应商和厂家投入了大量资源去开发传输速率为40Gb/s、100Gb/s甚至400Gb/s光通信网络技术与产品，作为超高速、超大容量光网络的关键技术之一，40Gb/s和100Gb/s通信光电子芯片和光电子器件正在向着集成化、高带宽、小尺寸、低功耗、低成本的方向发展，已成为了国内外开发和投资的热点。

然而，为了实现更高的速度或者带宽，通常要求提高半导体激光器芯片的工作速度和调制带宽，相应就要求有极大降低激光器芯片的容抗，包括减小寄生电容等，但这直接导致了光芯片的长度减小，通过目前行业内解理的工艺就很难实现小于150微米长度的光芯片。并且由于光芯片尺寸的变小，其相应需要使用的工艺设备也变得昂贵，工艺处理复杂，光芯片本身的散热和串扰也成为了技术难题，这些行业技术难题直接制约了超高速、超大容量光网络的发展。

基于这些迫切的市场需求，以及目前业界遇到的技术困难，如何找到一种高速半导体激光器芯片的解决方案已成为当前光芯片和光器件制造供应商的当务之急。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提出一种应用于高速并行光传输的大耦合对准容差半导体激光芯片及其光电器件。

本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：

应用于高速并行光传输的大耦合对准容差半导体激光芯片，设置于衬底上，所述芯片由半导体有源区及半导体无源区构成，所述有源区上设置有半导体激光器，所述有源区的电极上连接有激光驱动和调制器，所述半导体无源区由无源光波导构成。

优选地，所述半导体激光器为分布式布拉格反射半导体激光器芯片、电吸收调制激光器或法布里-珀罗激光器。

优选地，所述大耦合对准容差半导体激光芯片为单片集成。

应用所述的大耦合对准容差半导体激光芯片的光电器件，所述光电器件内设置有多路并行光传输的大耦合对准容差半导体激光芯片，所述光电器件传输速率为100Gb/s或400Gb/s。

本发明的有益效果主要体现在：利用长度缩短的半导体有源区实现发光激射和提高高频工作，在有源区出光面单片集成半导体无源区，该无源区具有光波导，可以实现将激光器发射的椭圆光模式转化为圆形光模式，增大输出光的耦合容差。将有源区和无源区单片集成到同一个衬底上，既保证了小尺寸有源区的高频特性，同时，增加的无源区在不改变高频特性的前提下，又增大了整个光芯片的尺寸、提高光耦合的对准容差，避免了使用高精度和复杂的工艺设备。

附图说明

图1为具有大的光耦合容差的高速半导体激光器芯片结构示意图；

图2为激光器调制带宽与腔长的理论计算示意图；

图3为无源光波导实现光场模式转换的仿真结果示意图；

图4为采用本发明方法实现的半导体激光器芯片示例示意图；

图5为采用本发明方法实现的半导体激光器芯片材料叠层结构示例示意图；

图6为采用本发明方法实现的100Gb/s光电器件示意图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。

本发明专利采用的技术方案如图1所示，包括：半导体激光器芯片有源区110、无源区109。具有光耦合对准容差大的高速半导体激光器芯片100，单片集成在同一衬底106上，衬底106可以是磷化铟基片或其它半导体基片。

半导体无源区的无源光波导可以具有光场模式转换的功能，目的是在增加整个激光器芯片的长度的同时，提高光对准容差和光耦合效率；当然，也可以不具有光场模式转换的功能，只是增加整个激光器芯片的长度。