[发明专利]一种制备同质集成光通信芯片的方法

说明书

一种制备同质集成光通信芯片的方法涉及半导体通信技术领域，解决了光通信芯片通信带宽非常低的问题，生长GaN基材料，GaN基材料从下至上依次为衬底、本征GaN层、n型掺杂层、量子阱层和p型掺杂层；在GaN基材料上制备隔离沟道；在GaN基材料上制备LED阵列p台面、探测器p台面以及波导，LED阵列p台面的数量大于等于3个，上表面面积大于等于25μm²小于等于40μm²；制备LED阵列n电极、LED阵列p电极、探测器n电极和探测器p电极，得到LED阵列和探测器，同质集成光通信芯片制备完成，所述隔离沟道位于LED阵列和探测器之间，LED阵列通过波导连接探测器。本发明采用小面积LED阵列减小结电容，降低响应时间，提高带宽，突破了瓶颈。

技术领域

本发明涉及半导体技术以及通信技术领域，具体涉及一种制备同质集成光通信芯片的方法。

背景技术

同质集成光通信芯片是集发送、传输和接收模块于一体的光通信芯片，三个模块共用相同的材料结构。发射端将调制后的激发光耦合进光波导中，接收端接收从光波导传输来的光，完成光电转换，实现芯片内信息传输。同质集成光通信芯片集发光探测于一体，可同时实现发光和探测全双工通信。同质集成光通信芯片可应用于物联网芯片、光互联存储器系统，光电处理器系统、类脑神经芯片等领域，并且由于理论上光通信的带宽大、传输速度高，可以解决传统电子芯片的传输速度和容量等瓶颈问题，具有广阔的应用前景。GaN基材料是制备同质集成光通信芯片的理想材料，直接带隙的GaN基材料有可调的禁带宽度，高击穿场强，高电子饱和速率，高热导率以及性质稳定等优点。直接带隙使其适合制备光电子器件，且随GaN基材料组分变化，其响应波段广，可以覆盖红外、可见光、紫外乃至深紫外波段范围。电子饱和速度快，以及较高的载流子迁移率，可以让器件高速地工作，本发明所制备的同质集成光通信芯片是基于GaN基材料。现阶段GaN基同质集成芯片处于萌芽阶段，已有的结构为单管LED通过波导连接单管探测器，单管LED和探测器的尺寸均在一百微米量级，已实现的最大通信带宽达到200Mbps，远低于理论上可实现通讯带宽10Gbps。显然，通信带宽非常低导致同质集成光通信芯片的应用范围极大的被限制，所以提高通信带宽是同质集成光通信芯片发展的瓶颈。

目前增大通信带宽的途径有以下几种，(1)使用高阶调制替代低阶调制(2)使用大通信带宽的LED驱动电路和探测器放大滤波电路(3)从器件材料结构进行改善从而达到提高带宽的目的。以上提高通信带宽的方法均可行，但途径(3)是光通信带宽的根本限制因素，即器件的材料与结构从根本上限制了同质集成光通讯芯片的通讯带宽。从器件结构设计角度看，LED发光器件面积越大，其结电容C随之增大，对信号的延迟作用越强，导致带宽减小。因此，提高LED调制带宽的有效途径之一为减小LED的结电容，改善LED器件的响应速率，从而达到提高LED调制带宽的目的。然而单纯的减小LED器件的面积会导致器件光功率减小等问题，也不利于器件的性能提升。因此，需求提供一种能制备带宽更宽的光通信芯片的制备方法，也光通信领域也亟需一种带宽更宽的光通信芯片。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提供一种制备同质集成光通信芯片的方法和同质集成光通信芯片。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种制备同质集成光通信芯片的方法，包括如下步骤：

步骤一、生长GaN基材料，GaN基材料从下至上依次为衬底、本征GaN层、n型掺杂层、量子阱层和p型掺杂层；

步骤二、在GaN基材料上制备隔离沟道；

步骤三、在GaN基材料上制备LED阵列p台面、探测器p台面以及波导，LED阵列p台面的数量大于等于3个，LED阵列p台面上表面的面积大于等于25μm²小于等于45μm²；