[发明专利]一种高效垂直腔面EML芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效垂直腔面EML芯片及其制备方法，涉及半导体光电子技术领域，其中高效垂直腔面EML芯片包括VCSEL单元、氧化隔离层和EOM单元，氧化隔离层设置于VCSEL单元和EOM单元之间，用于防止两单元接触处的电位影响各自单元内的工作电流。本发明突破性地在VCSEL单元和EOM单元之间设置具有电学绝缘效果的氧化隔离层来隔离施加到EOM单元的高频调制信号，使得VCSEL单元和EOM单元相对独立，防止高频调制信号对VCSEL单元中的电流产生影响，从而确保VCSEL单元的稳定输出。同时，该高效垂直腔面EML芯片的VCSEL单元结构采用隧穿结来代替传统的氧化限制层实现电学与光学限制，有利于提高VCSEL单元的出光效率，降低生产难度，提升良率。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，特别涉及一种高效垂直腔面EML芯片及其制备方法。

背景技术

随着数据通信时代快速发展，垂直腔面发射激光芯片（Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，VCSEL）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，HDMI超高清视频传输等等。VCSEL芯片具有良好的经济性，实用性及可靠性，为各行各业中的信息交换带来了极大的便利。

由于数据量日渐增加，对数据传输的速率和质量提出了更高要求。目前 VCSEL芯片多采用直接调制的工作方式进行信号传输，即采用高速射频电信号直接调制。随着调制速率的提高，直接调制VCSEL芯片在其工作过程中易产生啁啾（Chirp）现象，这一现象会限制激光芯片的传输速率，传输距离增加时，还会伴随产生传输串扰（Crosstalk）、光功率衰减，降低信号的传输质量。若要达到更高的调制速率，如果不改变调制方式，则需要成倍增加电流密度，此时又会带来芯片功耗增大、寿命缩短的问题。

类似于边发射EML芯片是由发光单元DFB和调制单元单片集成的一种边发射激光芯片，现有垂直腔面EML芯片是由发光单元（VCSEL单元）与调制单元（EOM单元）单片集成的一种垂直发射激光芯片，其通常为“NDBR-有源区-氧化限制层-PDBR-吸收区-NDBR”的结构，VCSEL单元与EOM单元通过共用PDBR分别实现VCSEL单元的光学谐振以及增强EOM单元的光吸收。然而，由于VCSEL单元与EOM单元之间没有电学隔离，当高频调制信号加到EOM单元上时，VCSEL单元中的电流会受到影响，从而影响VCSEL单元的稳定输出。此外，与NDBR相比，PDBR有着较高的自由载流子吸收与电阻，这增加了光吸收损耗与热损耗，降低了VCSEL单元的光电转换效率。

基于此，我们提供一种高效垂直腔面EML芯片及其制备方法。

发明内容

本发明提供一种高效垂直腔面EML芯片及其制备方法，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种高效垂直腔面EML芯片，包括VCSEL单元、氧化隔离层和EOM单元，其中：

所述VCSEL单元由下至上包括衬底、缓冲层、第一DBR、谐振腔和第二DBR，并且所述谐振腔由下至上包括第一限制层、第一波导层、量子阱层、第二波导层、第二限制层、第三限制层和掩埋隧穿结；

所述EOM单元由下至上包括第三DBR、吸收区和第四DBR；

所述氧化隔离层设置于所述VCSEL单元和EOM单元之间，用于防止两单元接触处的电位影响各自单元内的工作电流。