專利名稱：光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體技術領域，特別是一種光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片及其制作方法。
背景技術：
光纖陀螺在航海、導航、系統(tǒng)穩(wěn)定等廣泛領域有著重要用途，特別是用于測量0.1°到10°/小時范圍內(nèi)的轉動。對光纖陀螺的實際應用而言，可靠性和對于環(huán)境變化(如溫度變化和振動等)的穩(wěn)定性非常關鍵。而光纖陀螺的小型化是發(fā)展的趨勢。本預研項目的研究方向是將作為光源的超輻射管(SLD)、光探測器(PD)及其共用的3dB耦合器單片集成在磷化銦(InP)襯底上，并將其與探測器的前置放大器封裝在同一個蝶形管殼中，采用保偏光纖輸出，主要目的是提高光纖陀螺的可靠性，使光纖陀螺小型化，并降低光纖陀螺的成本。
請參閱圖1所示，在圖1中傳統(tǒng)的光纖陀螺，是由帶保偏光纖輸出的超輻射發(fā)光二極管(SLD)發(fā)出的光通過保偏光纖接到3dB耦合器3，經(jīng)過起偏器4和相位調(diào)制器5分成兩束光進入光纖環(huán)6，有Sagnac效應產(chǎn)生的相位移動，通過3dB耦合器3被PIN光電二極管(PD)2所探測。傳統(tǒng)的光纖陀螺因為是用分立器件制作的，不僅成本高、體積大，而且可靠性也比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片，可以把作為光源的超輻射管(SLD)、光探測器(PD)及其共用的3dB耦合器單片集成在磷化銦(InP)襯底上，用量子阱混合技術或對接技術制作具有不同禁帶寬度的材料，以降低3dB耦合器的損耗以及波導型探測器的響應度。并將其與探測器的前置放大器封裝在同一個蝶形管殼中，采用保偏光纖輸出，具有提高光纖陀螺的可靠性，使光纖陀螺小型化，并降低光纖陀螺成本的優(yōu)點。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片的制作方法，具有工藝合理、成品率高，及提高了可靠性。
本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明一種單片集成波導型收發(fā)芯片，其特征在于，該芯片是把超輻射發(fā)光二極管、波導型探測器和3dB耦合器集成制作在同一InP基片上；其中超輻射發(fā)光二極管和波導型探測器通過3dB耦合器連接在一起并通過3dB耦合器的第三端發(fā)射和接收光。
其中在InP基片上用量子阱混合技術實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料，為1.3μm和1.15μm。
其中超輻射發(fā)光二極管采用量子阱半導體材料。
本發(fā)明一種單片集成波導型收發(fā)芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1取N型InP襯底，作為基片；步驟2用MOCVD生長方法，依次生長N型InP緩沖層，下波導層、多量子阱，上波導層和InP層；步驟3用量子阱混合技術，實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料。
步驟4在能帶間隙為1.31μm的區(qū)域制作超輻射發(fā)光二極管和波導探測器，在能帶間隙為1.15μm的區(qū)域制作3dB耦合器。
步驟5集成芯片完成之后，解理成集成芯片的條形，在3dB耦合器的出光端鍍0.01-0.2％的增透膜，完成制作。
其中在InP基片上用量子阱混合技術實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料，為1.3μm和1.15μm。
其中超輻射發(fā)光二極管采用量子阱半導體材料。
有益效果該集成芯片用于光纖陀螺，由于減少了3dB光纖耦合器與超輻射發(fā)光二極管以及探測器之間的光纖連接，大大提高了光纖陀螺的可靠性，同時也節(jié)約了空間，便于光纖陀螺的小型化，降低成本。另外由于探測器和3dB耦合器均放置在制冷器上，提高了光纖陀螺的溫度穩(wěn)定性。


為進一步說明本發(fā)明的技術內(nèi)容，以下結合實施例及附圖詳細描述如下，其中圖1是傳統(tǒng)的光纖陀螺結構示意圖；圖2是采用單片集成光收發(fā)芯片的光纖陀螺結構示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖2所示，本發(fā)明一種單片集成波導型收發(fā)芯片，該芯片是把超輻射發(fā)光二極管7、波導型探測器8和3dB耦合器9集成制作在同一InP基片上，其中在InP基片上用量子阱混合技術實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料，為1.3μm和1.15μm；其中超輻射發(fā)光二極管7和波導型探測器8通過3dB耦合器9連接在一起并通過3dB耦合器的第三端發(fā)射和接收光，其中超輻射發(fā)光二極管7采用量子阱半導體材料。
本發(fā)明一種單片集成波導型收發(fā)芯片的制作方法，包括以下步驟步驟1取N型InP襯底，作為基片，在該InP基片上用量子阱混合技術實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料，為1.3μm和1.15μm；步驟2用MOCVD生長方法，依次生長N型InP緩沖層，下波導層、多量子阱，上波導層和InP層；步驟3用量子阱混合技術，實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料；步驟4在能帶間隙為1.31μm的區(qū)域制作超輻射發(fā)光二極管7和波導探測器8，在能帶間隙為1.15μm的區(qū)域制作3dB耦合器，其中超輻射發(fā)光二極管采用量子阱半導體材料；步驟5集成芯片完成之后，解理成集成芯片的條形，在3dB耦合器的出光端鍍0.01-0.2％的增透膜，完成制作。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有1)單片集成技術。對于上述單片集成收發(fā)管芯而言，需要在同一襯底上生長兩種不同帶隙波長的半導體材料SLD、PD采用帶隙波長為1.3um的材料，而3dB耦合器采用帶隙波長＜1.15um的材料以減少3dB耦合器對光的吸收損耗，SLD與3dB耦合器之間必須具有極高的耦合效率(＞99％)和極低的反射(＜0.1％)。
2)3dB耦合器的制作。在InP基材料上用無源波導制作工藝制作3dB耦合器，關鍵是無源波導的設計和InP基材料的低損傷垂直波導的刻蝕技術。
3)波導型探測器。為了實現(xiàn)單片集成，項目設計方案中采用了波導型探測器。采用寬條寬提高波導型探測器的響應效率，減少條長降低暗電流。
4)高效率、寬譜寬、光譜平滑的SLD。采用量子阱的半導體材料，可以提高SLD的電光轉換效率，并且量子阱材料增益譜寬較寬。集成收發(fā)芯片各部分之間必須平滑過渡，3dB耦合器出射端需要鍍增透膜(～0.1％)，以減少光反射對SLD光譜平滑度的影響。
采用單片集成光收發(fā)芯片，將SLD、PD、3dB耦合器集成到同一InP基片上，減少了光學芯片和光纖的耦合端口數(shù)目，可以提高光學耦合效率以及耦合的可靠性，降低了環(huán)境變化對收發(fā)模塊性能的影響，避免了使用體積較大的光纖耦合器，收發(fā)模塊的體積可以大大減小。由于減少了耦合端口數(shù)目，降低了耦合封裝成本，因此單片集成器件具有低成本的潛在優(yōu)勢。
由于單片集成光收發(fā)芯片體積小，可以與探測器的前置放大器封裝在同一個蝶形管殼中，減小體積的同時可以對各器件同時進行制冷。
權利要求
1.一種光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片，其特征在于，該芯片是把超輻射發(fā)光二極管7、波導型探測器和3dB耦合器集成制作在同一InP基片上；其中超輻射發(fā)光二極管和波導型探測器通過3dB耦合器連接在一起并通過3dB耦合器的第三端發(fā)射和接收光。
2.按權利要求1所述的光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片，其特征在于，其中在InP基片上用量子阱混合技術實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料，為1.3μm和1.15μm。
3.按權利要求1所述的光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片，其特征在于，其中超輻射發(fā)光二極管采用量子阱半導體材料。
4.一種光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1取N型InP襯底，作為基片；步驟2用MOCVD生長方法，依次生長N型InP緩沖層，下波導層、多量子阱，上波導層和InP層；步驟3用量子阱混合技術，實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料；步驟4在能帶間隙為1.31μm的區(qū)域制作超輻射發(fā)光二極管和波導探測器，在能帶間隙為1.15μm的區(qū)域制作3dB耦合器。步驟5集成芯片完成之后，解理成集成芯片的條形，在3dB耦合器的出光端鍍0.01-0.2％的增透膜，完成制作。
5.按權利要求4所述的光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片的制作方法，其特征在于，其中在InP基片上用量子阱混合技術實現(xiàn)同一襯底上兩種不同帶隙波長的半導體材料，為1.3μm和1.15μm。
6.按權利要求4所述的光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片的制作方法，其特征在于，其中超輻射發(fā)光二極管采用量子阱半導體材料。
全文摘要
一種光纖陀螺用單片集成波導型光收發(fā)芯片，其特征在于，該芯片是把超輻射發(fā)光二極管7、波導型探測器和3dB耦合器集成制作在同一InP基片上；其中超輻射發(fā)光二極管和波導型探測器通過3dB耦合器連接在一起并通過3dB耦合器的第三端發(fā)射和接收光。
文檔編號H01L49/00GK1601226SQ0316012
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月26日 優(yōu)先權日2003年9月26日
發(fā)明者趙玲娟, 張靖, 朱洪亮, 王圩, 周帆, 王寶軍, 邊靜, 王魯峰 申請人:中國科學院半導體研究所