[发明专利]用于高频通信的650半导体激光芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高频通信的红光650半导体激光芯片的制作方法，可结合塑料光纤适用于高频光通信的短距离传输，从而取代1310红外光和石英玻璃光纤，属于半导体激光器光芯片技术领域。

背景技术

二十世纪80年代以来的信息爆炸引导了互联网时代，计算机间共享信息的需求促进了局域网的发展。迅猛发展的软件和显示技术推动了Internet、电视会议、可视电话、视频点播等多媒体通信的发展。这不但使用户对通信带宽的需求激增，还需要在短距离内构成连接器密集的网络。在短距传输上，石英光纤综合成本较高，目前即使在石英光纤技术高度发展的欧美日仍没有大规模入户，其价格和接入技术难度是两个制约因素，石英光纤由于材料脆性以及弯曲性能差，并不适合多点接入。虽然塑料光纤在传输速度方面会有略有降低，但塑料光纤在光纤入户的最后短距离传输方面来说具备安装简便、易于维护、配套成本低的优势。据计算，塑料光纤接入网的综合成本要约占石英光纤的2/3，从带宽上来看，塑料光纤比铜缆高十倍以上，而且塑料光纤柔韧性好、加工容易、寿命长，更适合于多接点的短距离传输系统。

根据塑料光纤的传输损耗的理论可知，图1所示塑料光纤的损耗光谱中3个低损耗窗口分别位于可见光570nm、650nm和近红外780nm波长处。而650nm半导体激光器技术成熟成本低廉的，因此满足了短距离传输光源的技术需要。

在塑料光纤日臻成熟的技术前提下，成本低廉的650nm可见光激光器取代技术要求苛刻且成本较高的1310激光器是时下多数人的选择，但短距离传输上常规650通信在100米的距离目前还无法突破千兆级的带宽，如何在100米短距离传输上实现650光通信的带宽突破是1Gb的带宽是时下的技术难题。由于光通信采用的脉冲驱动的模式，因此常规650半导体激光芯片在脉冲驱动下，频响偏低，无法满足大数据时代对超高带宽的数据传输传输要求，如何采用成本低廉的650可见光激光器，满足高频信号传输来适应光通信的高速数据传输，实现100米的短距离传输突破带宽1Gb的瓶颈，是本发明要解决的问题，也非常具备经济效益。

中国专利文献CN201410049547公开的《一种半导体激光器芯片及其制造方法》，应用于半导体激光芯片的外延生长于制备。通过提供一种可干湿法刻蚀去除的预制转换层，取代常规工艺中的半导体衬底层，将N面电极直接外延生长在预制转换层，减少了后期芯片制造过程的带来的损害，循环利用的预制转换层作为衬底层还节省了成本，提升了芯片性能与产品经济效益。该专利主要从外延生长的结构上进行了创新，并未涉及半导体激光芯片的制备的工艺，未涉及波长650nm的芯片生产的工艺，也不具备实现高频通信的可能。

中国专利文献CN201210085283公开的《一种对红光半导体激光器进行Zn扩散的方法》，利用杂质扩散诱导量子阱混杂的方法实现Zn在一定温度下扩散产生的缺陷移动，导致量子阱中阱材料和垒材料组分互扩散，量子阱带隙平滑并产生蓝移，使半导体激光器腔面部分带隙变大，形成对出射光不吸收的透明区域，从而增加激光器的光学灾变损伤阈值，提高激光器输出功率。该方法讲解了Zn杂质扩散诱导量子阱混杂的芯片外延生长技术，从而优化芯片性能，提升输出功率，但未涉及半导体激光芯片的制备过程，未涉及高频通信下的工作实现方法。

中国专利文献CN201410486690公开的《一种高可靠性的红光半导体激光器》，通过对波导层掺杂，使有源区同PN结分离，PN结的强电场会吸引有源区的可移动缺陷，从而使激光器的可靠性得到改善。掺杂原子降低激光器连续工作的功率衰减。并且串联电阻减小，转换效率提高，增加了激光器长期工作的可靠性。该激光器主要从外延生长的结构上进行了创新，并未涉及半导体激光芯片的制备的工艺，不具备实现高频通信的可能。

发明内容

针对现有半导体激光器芯片制备技术不能满足用于可见光通信的高频需求的问题，本发明提供一种满足高频通信下的频响要求的用于高频通信的650半导体激光芯片，同时提供一种该半导体激光芯片的制备方法。

本发明的用于高频通信的650半导体激光芯片，其结构自下至上依次为衬底层、下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层、上限制层和欧姆接触层，衬底层上设置N电极，有源区上设置P面电极；芯片厚度为125-145μm，N电极和P面电极之间距离为125-145μm；P面电极的正投影面积仅存P面电极脊区与P面电极焊盘区域。

所述衬底层为掺杂Si的GaAs基底，厚度275-350μm，Si的掺杂浓度为0.5－4E18。