本發(fā)明涉及光模塊領(lǐng)域，特別涉及一種光模塊及其制造方法。

背景技術(shù)：

混合激光器是一種具有優(yōu)良的性能的光模塊(英文：optical module)，廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)生活中，混合激光器通常包括疊加在一起的三五族(簡(jiǎn)稱：III-V族)芯片與絕緣體上硅(英文：silicon on insulator；簡(jiǎn)稱：SOI)芯片。

相關(guān)技術(shù)中，III-V族芯片包括依次疊加的電極結(jié)構(gòu)、緩沖層和有源層，有源層能夠在電極結(jié)構(gòu)輸入預(yù)設(shè)電流時(shí)發(fā)出激光，SOI芯片包括依次疊加的襯底基板、氧化層和硅波導(dǎo)。在采用III-V族芯片與SOI芯片制造混合激光器時(shí)，可以將III-V族芯片與SOI芯片是通過鍵合工藝疊加成為一體件，也即，通過鍵合工藝將III-V族芯片上的有源層與SOI芯片中的硅波導(dǎo)鍵合在一起，使得III-V族芯片中的有源層發(fā)出的激光能夠通過倏逝波耦合的方式耦合至SOI芯片中的硅波導(dǎo)中，并沿硅波導(dǎo)向外傳播。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決制造混合激光器的效率較低的問題，本發(fā)明提供了一種光模塊及其制造方法。所述技術(shù)方案如下：

第一方面，提供了一種光模塊，所述光模塊包括：襯底基板，以及設(shè)置在所述襯底基板上的光波導(dǎo)層、第一光柵、第二光柵和有源層，

其中，所述有源層用于發(fā)出沿平行于所述有源層的長(zhǎng)度方向傳播的激光，所述第一光柵用于將所述激光的傳播方向改變?yōu)榇怪庇谒龅谝还鈻徘页蛩龅诙鈻诺姆较?，所述第二光柵用于將射入所述第二光柵的激光的傳播方向改變?yōu)槠叫杏谒龅诙鈻诺姆较?，且通過所述第二光柵的光能夠射入所述光波導(dǎo)層。

第二方面，提供了一種光模塊的制造方法，用于制造第一方面所述的光模塊，所述方法包括：

在襯底基板上形成光波導(dǎo)層、第一光柵、第二光柵和有源層；

其中，所述有源層用于發(fā)出沿平行于所述有源層的長(zhǎng)度方向傳播的激光，所述第一光柵用于將所述激光的傳播方向改變?yōu)榇怪庇谒龅谝还鈻徘页蛩龅诙鈻诺姆较颍淙胨龅诙鈻诺募す饽軌蛟谒龉獠▽?dǎo)層中傳播，且所述第二光柵用于將射入所述第二光柵的激光的傳播方向改變?yōu)槠叫杏谒龅诙鈻诺姆较颍彝ㄟ^所述第二光柵的光能夠射入所述光波導(dǎo)層。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種光模塊及其制造方法，由于襯底基板上形成有第一光柵和第二光柵，且有源層發(fā)出的激光的傳播方向平行于有源層的長(zhǎng)度方向，且通過第一光柵和第二光柵對(duì)激光傳播方向的改變，最終能夠?qū)⒂性磳影l(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，進(jìn)而使得有源層發(fā)出的激光能夠從光波導(dǎo)層射出。也即，本發(fā)明實(shí)施例中的有源層與光波導(dǎo)層并不是采用倏逝波耦合的方式進(jìn)行耦合，而是通過兩個(gè)光柵對(duì)光的傳播方向進(jìn)行改變，進(jìn)而將有源層發(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，因此，在制造該光模塊時(shí)，無需采用鍵合工藝，而是直接在襯底基板上形成光波導(dǎo)層、第一光柵、第二光柵和有源層即可，且整個(gè)制造光模塊的流程較簡(jiǎn)單，減短了制造光模塊的時(shí)間，因此，提高了制造光模塊的效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1-1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的側(cè)視圖；

圖1-2為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種光模塊的側(cè)視圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的截面示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的俯視圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第一光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種50毫安輸入電流下光模塊的水平腔中引導(dǎo)場(chǎng)總場(chǎng)分布圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種50毫安輸入電流下光模塊的垂直傳播的輻射場(chǎng)的近場(chǎng)分布圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的輸出功率隨輸入電流的變化曲線示意圖；

圖8-1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的制造方法的方法流程圖；

圖8-2為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種光模塊的制造方法的方法流程圖；

圖9-1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9-2為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種光模塊的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9-3為本發(fā)明實(shí)施例提供的又一種光模塊的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1-1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊0的側(cè)視圖，如圖1-2所示，該光模塊0可以包括：襯底基板M1，以及設(shè)置在襯底基板M1上的光波導(dǎo)層M2、第一光柵A、第二光柵B和有源層M3，其中，有源層M3用于發(fā)出沿平行于有源層的長(zhǎng)度方向傳播的激光，第一光柵A用于將有源層發(fā)出的激光的傳播方向改變?yōu)榇怪庇诘谝还鈻臕且朝向第二光柵B的方向，第二光柵B用于將射入第二光柵B的激光的傳播方向改變?yōu)槠叫杏诘诙鈻臖的方向，且通過第二光柵B的光能夠射入光波導(dǎo)層M2。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光模塊，由于襯底基板上形成有第一光柵和第二光柵，且有源層發(fā)出的激光的傳播方向平行于有源層的長(zhǎng)度方向，且通過第一光柵和第二光柵對(duì)激光傳播方向的改變，最終能夠?qū)⒂性磳影l(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，進(jìn)而使得有源層發(fā)出的激光能夠從光波導(dǎo)層射出。也即，本發(fā)明實(shí)施例中的有源層與光波導(dǎo)層并不是采用倏逝波耦合的方式進(jìn)行耦合，而是通過兩個(gè)光柵對(duì)光的傳播方向進(jìn)行改變，進(jìn)而將有源層發(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，因此，在制造該光模塊時(shí)，無需采用鍵合工藝，而是直接在襯底基板上形成光波導(dǎo)層、第一光柵、第二光柵和有源層即可，且整個(gè)制造光模塊的流程較簡(jiǎn)單，減短了制造光模塊的時(shí)間，因此，提高了制造光模塊的效率。

具體的，第一光柵A和第二光柵B均設(shè)置在光波導(dǎo)層M2和有源層M3之間，且第一光柵A靠近有源層M3設(shè)置，第二光柵B靠近光波導(dǎo)層M2設(shè)置。示例的，襯底基板M1上可以依次設(shè)置有光波導(dǎo)層M2、第二光柵B、第一光柵A和有源層M3。需要說明的是，在制造該光模塊時(shí)，可以采用半導(dǎo)體制造工藝，在襯底基板M1上生長(zhǎng)光波導(dǎo)層M2，并且在光波導(dǎo)層M2上形成第二光柵B，或者直接對(duì)光波導(dǎo)層M2遠(yuǎn)離襯底基板M1的表面進(jìn)行刻蝕，得到第二光柵B。

示例的，該光波導(dǎo)層03的材質(zhì)可以為硅，也即該光波導(dǎo)層03可以為硅波導(dǎo)層。圖1-2為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種光模塊0的側(cè)視圖，如圖1-2所示，該光模塊0可以包括焊接層01，以及分別焊接在焊接層01兩側(cè)的III-V族芯片02和SOI芯片03。

具體的，III-V族芯片02可以包括依次疊加的電極結(jié)構(gòu)021、緩沖層022、有源層M3、第一光柵A和上包層023；SOI芯片03包括依次疊加的襯底基板M1、氧化層031、光波導(dǎo)層M2和第二光柵B；第二光柵B為SOI芯片03上靠近第一光柵A的膜層，焊接層01在第一光柵A上的正投影區(qū)域與第二光柵B在第一光柵A上的正投影區(qū)域不重疊；有源層M3用于在電極結(jié)構(gòu)021上輸入預(yù)設(shè)電流時(shí)發(fā)出激光。本發(fā)明實(shí)施例中，在將III-V族芯片與SOI芯片進(jìn)行疊加時(shí)，無需采用鍵合工藝，而是直接將III-V族芯片與SOI芯片通過焊接層進(jìn)行焊接即可。

進(jìn)一步的，III-V族芯片02可以采用倒裝焊接的方式，通過焊接層01與SOI芯片03焊接。由于相關(guān)技術(shù)中的鍵合工藝較不成熟，在采用鍵合工藝將III-V族芯片與SOI芯片進(jìn)行疊加時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)鍵合失效的情況，也即，鍵合工藝的可靠性較低，在將III-V族芯片與SOI芯片采用鍵合工藝進(jìn)行疊加后，III-V族芯片發(fā)出的激光耦合至SOI芯片上的效率較低。而本發(fā)明實(shí)施例中，由于焊接工藝較成熟，焊接工藝的可靠性較高，且本發(fā)明實(shí)施例中采用第一光柵和第二光柵實(shí)現(xiàn)III-V族芯片與SOI芯片的耦合，使得III-V族芯片與SOI芯片耦合的效率較高。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖1-2，該第一光柵A可以包括：2個(gè)預(yù)設(shè)一階光柵A1和1個(gè)預(yù)設(shè)二階光柵A2，且該2個(gè)預(yù)設(shè)一階光柵A1可以分別位于預(yù)設(shè)二階光柵A2的兩側(cè)，因此，該第一光柵A從左到右依次為預(yù)設(shè)一階光柵A1、預(yù)設(shè)二階光柵A2和預(yù)設(shè)一階光柵A1。具體的，位于兩側(cè)的預(yù)設(shè)一階光柵A1可以具有對(duì)有源層M3發(fā)出的激光進(jìn)行選模的功能，也即，在向電極結(jié)構(gòu)021施加預(yù)設(shè)電流后，有源層M3能夠發(fā)出至少一種波長(zhǎng)的激光，該預(yù)設(shè)一階光柵A1能夠從該至少一種波長(zhǎng)的激光中，選擇一種激光，該預(yù)設(shè)二階光柵A2能夠?qū)υ擃A(yù)設(shè)一階光柵A1選擇出來的激光進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，將該激光的傳播方向由平行于有源層改變?yōu)榇怪庇谟性磳印?/p>

相關(guān)技術(shù)中，光模塊的有源層能夠發(fā)出多種波長(zhǎng)的激光，在用光模塊的一階光柵進(jìn)行選模的激光器中，由于端面解理會(huì)有1～2微米的誤差，導(dǎo)致端面的相位是隨機(jī)的，從而會(huì)有兩個(gè)模式等概率激射，降低了器件的單模成品率，也即光模塊發(fā)出具有第一波長(zhǎng)的激光的概率與發(fā)出具有第二波長(zhǎng)的激光的概率相同。而本發(fā)明實(shí)施例中的光模塊中，由于第一光柵中不僅僅包括預(yù)設(shè)一階光柵，而且還包括預(yù)設(shè)二階光柵，也即本發(fā)明中的第一光柵中引入了預(yù)設(shè)二階光柵，該預(yù)設(shè)二階光柵對(duì)兩個(gè)模式的激光的損耗是不同的，使得兩個(gè)模式的激光被激射的概率一個(gè)降低，一個(gè)提高，從而可以提高器件的單模成品率。

第二光柵B可以包括輔助一階光柵B1和輔助二階光柵B2，輔助一階光柵B1的位置與2個(gè)預(yù)設(shè)一階光柵A1中的任一預(yù)設(shè)一階光柵A1的位置相對(duì)應(yīng)，輔助二階光柵B2的位置與預(yù)設(shè)二階光柵A2的位置相對(duì)應(yīng)。具體的，在該第一光柵A將激光的傳播方向扭轉(zhuǎn)至垂直于第二光柵，且朝向第二光柵時(shí)，激光能夠沿垂直于第二光柵B且朝向第二光柵B的方向傳播，且傳播至輔助二階光柵B2的激光能夠被輔助第二光柵B2扭轉(zhuǎn)，也即將激光的傳播方向扭轉(zhuǎn)至平行于第二光柵，且從第二光柵B射出的激光能夠進(jìn)入光波導(dǎo)層中，使得激光能夠在光波導(dǎo)層中，沿平行于第二光柵B的方向傳播。

需要說明的是，圖1-2中的輔助一階光柵B1設(shè)置在輔助二階光柵B2的左側(cè)，當(dāng)輔助第二光柵B2將激光的傳播方向扭轉(zhuǎn)至平行于第二光柵后，激光可以向該輔助第二光柵B2的左側(cè)或者右側(cè)傳輸，當(dāng)激光向左傳輸時(shí)，該輔助第一光柵B1能夠?qū)す馄鸬椒瓷渥饔茫沟眉す庀蛟撦o助第二光柵B2的右側(cè)傳輸，當(dāng)激光向右傳輸時(shí)，由于該輔助第二光柵B2的右側(cè)并未設(shè)置有輔助第一光柵B1，因此，激光能夠在該光波導(dǎo)層中繼續(xù)向輔助第二光柵B2的右側(cè)傳輸，也即，圖1-2所示的光模塊0中有源層M3發(fā)出的激光，最終能夠從該光波導(dǎo)層M2的右側(cè)射出。進(jìn)一步的，若需要使得該光模塊中有源層發(fā)出的激光最終從光波導(dǎo)層M2的左側(cè)射出，則可以將第二光柵中的輔助一階光柵設(shè)置在輔助二階光柵的右側(cè)。

示例的，氧化層031可以包括：依次形成于襯底基板M1上的第一埋氧層0311、反射層0312和第二埋氧層0313，埋氧層又可以稱為掩埋氧化層(英文：buried oxide layer；簡(jiǎn)稱：BOX)。也即該氧化層031中設(shè)置有反射層0312，當(dāng)該光波導(dǎo)層M2上漏光，并且漏出的激光傳輸至反射層0312上時(shí)，該反射層0312能夠?qū)β┏龅募す膺M(jìn)行反射，將漏出的激光再次反射至輔助第二光柵B2中，被扭轉(zhuǎn)至硅波導(dǎo)033中傳播，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該漏出的激光進(jìn)行有效的利用，從而有效的防止了漏光的現(xiàn)象導(dǎo)致的能量損耗。具體的，反射層0312可以為分布式布拉格反射鏡(英文：distributed bragg reflector；簡(jiǎn)稱：DBR)，DBR可以包括依次形成于第一埋氧層0311上的n個(gè)二氧化硅層C和n個(gè)硅層D，n為大于或等于1的整數(shù)，圖1-2中以該DBR包括依次形成于第一埋氧層0311上的2個(gè)二氧化硅層C和2個(gè)硅層D為例。

相關(guān)技術(shù)中，如垂直腔硅基混合激光器，有源層能夠發(fā)出垂直于有源層傳播的激光，并且通過一個(gè)SOI中的二階光柵將該激光扭轉(zhuǎn)至平行于光波導(dǎo)層傳播的激光，使得該激光在光波導(dǎo)層中傳播，但是由于該激光的傳播方向?yàn)榇怪庇谟性磳?，且有源層的厚度無法制作的很大，從而使得III-V族芯片中的諧振腔較短，III-V族芯片能夠提供的增益較小，III-V族芯片輸出的激光的功率較低。而本發(fā)明實(shí)施例中，由于該有源層能夠發(fā)出平行于有源層傳播的激光，且有源層的長(zhǎng)度可以制造的較大，使得III-V族芯片中的諧振腔較長(zhǎng)，因此III-V族芯片能夠提供的增益較大，III-V族芯片輸出的激光的功率較高。進(jìn)一步的，長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔混合激光器中頂部DBR反射層中的材質(zhì)為InP(磷化銦)和InGaAsP(磷砷化鎵銦)，由于InP和InGaAsP折射率差低，需要制作較厚的DBR才能使反射率夠高能使激光器激射，這樣對(duì)制作工藝要求較高，且?guī)砩彷^差，電阻較大等問題。

另外，本發(fā)明實(shí)施例中，反射層中的材質(zhì)為硅和二氧化硅，由于硅和二氧化硅的折射率差較高，使得反射層對(duì)波長(zhǎng)較大的激光的反射率較高，使得本發(fā)明實(shí)施例中的防漏光效果較好。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊0的截面示意圖，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊0的俯視圖，如圖2和圖3所示，緩沖層022遠(yuǎn)離第一光柵的表面形成有凸起E，且凸起E的位置與第一光柵中預(yù)設(shè)二階光柵的位置相對(duì)應(yīng)，需要說明的是，凸起E主要用于提供光場(chǎng)的橫向限制，也即，凸起E可以增加凸起下方區(qū)域的等效折射率，從而使光場(chǎng)被限制在凸起下方的區(qū)域，減少激光向兩側(cè)的泄漏，并且使光場(chǎng)為單橫模，即光場(chǎng)的橫向分布為單個(gè)模式，而不是許多橫向模式共同激射。

示例的，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第一光柵A的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)結(jié)合圖1-2和圖4，有源層發(fā)出的激光中被預(yù)設(shè)一階光柵A1所選擇出的激光，在第一光柵A中的波長(zhǎng)可以為預(yù)設(shè)波長(zhǎng)，在反射層(DBR)中的波長(zhǎng)為輔助波長(zhǎng)，預(yù)設(shè)二階光柵A2與每個(gè)預(yù)設(shè)一階光柵A1的接縫相位為八分之三的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)，預(yù)設(shè)二階光柵A2的中間相移為四分之一的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)。圖1-2中的每個(gè)二氧化硅層C以及每個(gè)硅層D的厚度均為四分之一的輔助波長(zhǎng)。

具體的，由于第一光柵A中的預(yù)設(shè)一階光柵A1與預(yù)設(shè)二階光柵A2的接縫相位會(huì)對(duì)該光模塊的近場(chǎng)分布和激光輸出功率有較大影響，因此，在制造第一光柵時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)一階光柵A1和預(yù)設(shè)二階光柵A2的接縫相位使得該光模塊發(fā)出的激光的功率最大。又由于預(yù)設(shè)二階光柵A2的中間相移會(huì)對(duì)該光模塊的近場(chǎng)分布和激光輸出功率有較大影響，因此，可以通過調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)二階光柵A1的中間相移，調(diào)節(jié)近場(chǎng)分布和輸出功率的大小。

進(jìn)一步的，圖1-2中的III-V族芯片02中，緩沖層022和有源層M3之間還可以包括：依次形成于緩沖層021上的腐蝕停止層(圖1-2中未示出)、第一間隔層(圖1-2中未示出)和第一分別限制層(圖1-2中未示出)，有源層M3和第一光柵A之間還可以包括：依次形成于有源層M3上的第二分別限制層(圖1-2中未標(biāo)出)和第二間隔層(圖1-2中未標(biāo)出)，第一光柵A上可以形成有上包層023。焊接層01的兩側(cè)可以分別與上包層023以及硅波導(dǎo)033焊接。需要說明的是，該電極結(jié)構(gòu)021也可以對(duì)有源層M3發(fā)出的激光起到反射作用，從而起到防漏光的作用。實(shí)際應(yīng)用中，該緩沖層022遠(yuǎn)離有源層M3的一側(cè)還可以形成有DBR，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不作限定。

緩沖層022的材質(zhì)可以為InP，腐蝕停止層的材質(zhì)可以為InGaAsP，第一間隔層和第二間隔層的材質(zhì)可以為InP，第一分別限制層和第二分別限制層的材質(zhì)可以為InGaAsP或InAlGaAs(砷化鎵鋁銦)，有源層M3的材質(zhì)可以為InGaAsP或InAlGaAs，第一光柵A的材質(zhì)可以為InGaAsP，上包層023的材質(zhì)可以為InP，第二腐蝕停止層的材質(zhì)可以為InGaAsP，進(jìn)一步的，如圖1-2所示，上包層023與硅波導(dǎo)之間可以存在空氣間隔層(圖中未標(biāo)出)。光波導(dǎo)層M2的材質(zhì)可以為硅，且當(dāng)?shù)诙鈻臖為對(duì)光波導(dǎo)層M2進(jìn)行刻蝕得到的時(shí)候，該光波導(dǎo)層M2自左向右依次為未刻蝕的硅波導(dǎo)、刻蝕了輔助一階光柵B1的硅波導(dǎo)、刻蝕了輔助二階光柵B2的硅波導(dǎo)和未刻蝕的硅波導(dǎo)，襯底基板M1的材質(zhì)也可以為硅。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例中的光模塊可以為混合激光器，該光模塊輸出的激光的波長(zhǎng)可以為1550納米。在制造光模塊時(shí)，可以在P型襯底基板(預(yù)設(shè)基板)上依次形成緩沖層、腐蝕停止層、第一間隔層和第一分別限制層、有源層、第二分別限制層、第二間隔層、第一光柵和上包層，得到III-V族結(jié)構(gòu)；然后，將該III-V族結(jié)構(gòu)倒裝焊接在制作好的SOI芯片上，并將該P(yáng)型襯底基板從III-V族結(jié)構(gòu)上摘除(也即將P型襯底基板與III-V族結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離)，之后可以對(duì)緩沖層進(jìn)行刻蝕，得到緩沖層上的凸起，需要說明的是，在對(duì)緩沖層進(jìn)行刻蝕后，該緩沖層的兩側(cè)可以形成有兩個(gè)凹陷，且該兩個(gè)凹陷均低于有源層，最后，可以在刻蝕后的緩沖層上形成電極結(jié)構(gòu)，得到該III-V族芯片(該III-V族芯片可以包括依次疊加的電極結(jié)構(gòu)、緩沖層、腐蝕停止層、第一間隔層和第一分別限制層、有源層、第二分別限制層、第二間隔層、第一光柵和上包層)，其中，電極結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)P型電極和兩個(gè)N型電極，該P(yáng)型電極可以形成在緩沖層的凸起上，該兩個(gè)N型電極可以分別形成在該緩沖層兩側(cè)的兩個(gè)凹陷上。

電極結(jié)構(gòu)的材質(zhì)可以金，厚度可以為100納米。緩沖層的材質(zhì)可以為P-InP(P型的InP)，厚度可以為2.5微米，摻雜濃度可以為0.7-2×10¹⁸每立方厘米，且成指數(shù)變化。第一腐蝕停止層的材質(zhì)可以為P-InGaAsP(P型的InGaAsP)，厚度可以為10納米，摻雜濃度可以為0.7×10¹⁸每立方厘米。第一間隔層的材質(zhì)可以為P-InP，厚度可以為50納米，摻雜濃度可以為0.7×10¹⁸每立方厘米。第一分別限制層的材質(zhì)可以為InGaAsP，厚度為100納米，不進(jìn)行摻雜。有源層的材質(zhì)可以為InGaAsP，且該有源層中的量子阱可以包含6個(gè)阱和7個(gè)壘，每個(gè)阱的厚度可以為5納米，每個(gè)壘厚度可以為10納米，且該有源層不進(jìn)行摻雜。第二分別限制層的材質(zhì)可以為InGaAsP，厚度可以為100納米，不進(jìn)行摻雜。第二間隔層的材質(zhì)可以為N-InP，厚度可以為50納米，摻雜濃度可以為0.5×10¹⁸每立方厘米。

第一光柵的材質(zhì)可以為N-InGaAsP(N型的InGaAsP)，厚度可以為200納米，摻雜濃度可以為0.5×10¹⁸每立方厘米，且該第一光柵中的預(yù)設(shè)一階光柵的長(zhǎng)度可以為100微米，預(yù)設(shè)二階光柵的長(zhǎng)度可以為200微米，預(yù)設(shè)一階光柵和預(yù)設(shè)二階光柵的占空比均為0.5，預(yù)設(shè)一階光柵和預(yù)設(shè)二階光柵的接縫相位為八分之三的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)，預(yù)設(shè)二階光柵的中間相移為四分之一的預(yù)設(shè)波長(zhǎng)，也即，λ＝2Λ₁其中，λ為預(yù)設(shè)波長(zhǎng)，Λ₁為預(yù)設(shè)一階光柵的光柵周期。上包層的材質(zhì)可以為N-InP，厚度可以為2um，摻雜濃度為(0.5-1)×10¹⁸每立方厘米；第二腐蝕停止層的材質(zhì)可以為N-InGaAsP，厚度可以為10nm，摻雜濃度為1×10¹⁸每立方厘米；III-V族芯片兩側(cè)的端面為自然解理；緩沖層上的凸起的寬度為2.5微米。III-V族芯片與SOI芯片之間存在空氣間隔層，空氣間隔層的厚度可以為0.7微米。

光波導(dǎo)層的寬度可以為4微米，厚度可以為220納米；在硅波導(dǎo)的輸出端波導(dǎo)的寬度逐漸減小，在200微米的長(zhǎng)度內(nèi)，波導(dǎo)寬度可以從4微米減小至500納米；第一掩埋氧化層和第二掩埋氧化層的材質(zhì)均為二氧化硅，厚度分別為0.9微米和0.65微米；DBR中的硅層和二氧化硅層的厚度均可以為0.15微米。襯底基板的材質(zhì)可以為硅，厚度可以為20厘米。應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)例所述的激光器各層材料及其相關(guān)參數(shù)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求改變，并不局限于本實(shí)例。

上述輸出的激光的波長(zhǎng)可以為1550納米的光模塊的部分仿真結(jié)果可以如圖圖5、圖6和圖7所示，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種50毫安輸入電流下光模塊的水平腔中引導(dǎo)場(chǎng)總場(chǎng)分布圖，圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種50毫安輸入電流下光模塊的垂直傳播的輻射場(chǎng)的近場(chǎng)分布圖，圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的輸出功率隨輸入電流的變化曲線示意圖。

如圖5所示，圖5中的橫坐標(biāo)為III-V族芯片中水平腔的腔長(zhǎng)，單位為微米，縱坐標(biāo)為歸一化強(qiáng)度。從圖5可以看出，由于第一光柵中的預(yù)設(shè)一階光柵具有較大的反饋因子，大部分能量被限制在預(yù)設(shè)二階光柵處，從而使得該光模塊具有較高的耦合效率，和較低的端面泄漏。由于預(yù)設(shè)一階光柵的歸一化反饋耦合因子比較大(歸一化耦合系數(shù)為4)，可以將大部分能量限制在預(yù)設(shè)二階光柵部分，而端面的能量較低，從而可以減小端面能量的泄漏。如圖6所示，圖6中的橫坐標(biāo)為III-V族芯片水平腔的腔長(zhǎng)，單位為微米，縱坐標(biāo)為歸一化強(qiáng)度。從圖6可以看出，在將預(yù)設(shè)一階光柵與預(yù)設(shè)二階光柵的接縫相位以及預(yù)設(shè)二階光柵的中間相移調(diào)整至合適的大小時(shí)，該光模塊可以具有較好的近場(chǎng)分布。如圖7所示，圖7的橫坐標(biāo)為輸入電流，單位為毫安，縱坐標(biāo)為激光的輸出功率，單位為毫瓦。從圖7可以看出，閾值電流為7.5毫安，斜效率為0.195瓦每安，并且計(jì)算得到III-V族芯片與SOI芯片的耦合效率為46.5％。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光模塊，由于襯底基板上形成有第一光柵和第二光柵，且有源層發(fā)出的激光的傳播方向平行于有源層的長(zhǎng)度方向，且通過第一光柵和第二光柵對(duì)激光傳播方向的改變，最終能夠?qū)⒂性磳影l(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，進(jìn)而使得有源層發(fā)出的激光能夠從光波導(dǎo)層射出。也即，本發(fā)明實(shí)施例中的有源層與光波導(dǎo)層并不是采用倏逝波耦合的方式進(jìn)行耦合，而是通過兩個(gè)光柵對(duì)光的傳播方向進(jìn)行改變，進(jìn)而將有源層發(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，因此，在制造該光模塊時(shí)，無需采用鍵合工藝，而是直接在襯底基板上形成光波導(dǎo)層、第一光柵、第二光柵和有源層即可，且整個(gè)制造光模塊的流程較簡(jiǎn)單，減短了制造光模塊的時(shí)間，因此，提高了制造光模塊的效率。

如圖8-1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光模塊的制造方法，該光模塊的制造方法可以用于制造圖1-1、圖1-2、圖2或圖3所示的光模塊，該光模塊的制造方法可以包括：

步驟801、在襯底基板上形成光波導(dǎo)層、第一光柵、第二光柵和有源層。

其中，有源層用于發(fā)出沿平行于有源層的長(zhǎng)度方向傳播的激光，第一光柵用于將激光的傳播方向改變?yōu)榇怪庇诘谝还鈻徘页虻诙鈻诺姆较?，第二光柵用于將射入第二光柵的激光的傳播方向改變?yōu)槠叫杏诘诙鈻诺姆较颍彝ㄟ^第二光柵的光能夠射入光波導(dǎo)層。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光模塊的制造方法，由于該方法制造的光模塊中的襯底基板上形成有第一光柵和第二光柵，且有源層發(fā)出的激光的傳播方向平行于有源層的長(zhǎng)度方向，且通過第一光柵和第二光柵對(duì)激光傳播方向的改變，最終能夠?qū)⒂性磳影l(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，進(jìn)而使得有源層發(fā)出的激光能夠從光波導(dǎo)層射出。也即，本發(fā)明實(shí)施例中的有源層與光波導(dǎo)層并不是采用倏逝波耦合的方式進(jìn)行耦合，而是通過兩個(gè)光柵對(duì)光的傳播方向進(jìn)行改變，進(jìn)而將有源層發(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，因此，在制造該光模塊時(shí)，無需采用鍵合工藝，而是直接在襯底基板上形成光波導(dǎo)層、第一光柵、第二光柵和有源層即可，且整個(gè)制造光模塊的流程較簡(jiǎn)單，減短了制造光模塊的時(shí)間，因此，提高了制造光模塊的效率。

具體的，第一光柵和第二光柵均可以設(shè)置在光波導(dǎo)層和有源層之間，且第一光柵靠近有源層設(shè)置，第二光柵靠近光波導(dǎo)層設(shè)置。示例的，襯底基板上可以依次設(shè)置有光波導(dǎo)層、第二光柵、第一光柵和有源層。需要說明的是，在制造該光模塊時(shí)，可以采用半導(dǎo)體制造工藝，在襯底基板上生長(zhǎng)光波導(dǎo)層，并且在光波導(dǎo)層上形成第二光柵，或者直接對(duì)光波導(dǎo)層遠(yuǎn)離襯底基板的表面進(jìn)行刻蝕，得到第二光柵。

可選的，光模塊可以包括焊接層，以及分別焊接在焊接層兩側(cè)的III-V族芯片和SOI芯片。該III-V族芯片可以包括有源層和第一光柵，該SOI芯片可以包括光波導(dǎo)層和第二光柵。如圖8-2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了另一種光模塊的制造方法，該方法可以包括：

步驟901、在預(yù)設(shè)基板上制造III-V族結(jié)構(gòu)，III-V族結(jié)構(gòu)包括依次疊加在預(yù)設(shè)基板上的電極結(jié)構(gòu)、緩沖層、有源層、第一光柵和上包層；

步驟902、制造SOI芯片，SOI芯片包括依次疊加的襯底基板、氧化層、光波導(dǎo)層和第二光柵。

示例的，光波導(dǎo)層的材質(zhì)可以為硅，也即光波導(dǎo)層可以為硅波導(dǎo)層。

步驟903、將III-V族結(jié)構(gòu)與SOI芯片通過焊接層焊接。

步驟904、分離預(yù)設(shè)基板與III-V族結(jié)構(gòu)。

步驟905、在緩沖層遠(yuǎn)離有源層的一側(cè)形成電極結(jié)構(gòu)，得到光模塊。

其中，依次疊加的電極結(jié)構(gòu)、緩沖層、有源層、第一光柵和上包層組成III-V族芯片，光波導(dǎo)層為SOI芯片上靠近第一光柵的膜層，焊接層在第一光柵的正投影區(qū)域與第二光柵在第一光柵上的正投影區(qū)域不重疊，有源層用于在電極結(jié)構(gòu)上輸入預(yù)設(shè)電流時(shí)發(fā)出激光。

具體的，如圖9-1所示，預(yù)設(shè)基板X可以為P型襯底基板，在制造III-V族結(jié)構(gòu)Y時(shí)，可以在P型襯底基板上依次形成緩沖層022、腐蝕停止層(圖9-1中未示出)、第一間隔層(圖9-1中未示出)和第一分別限制層(圖9-1中未示出)、有源層M3、第二分別限制層(圖9-1中未示出)、第二間隔層(圖9-1中未示出)、第一光柵A和上包層023，得到III-V族結(jié)構(gòu)Y。如圖9-2所示，在步驟902中制造SOI芯片03時(shí)，可以在襯底基板M1上依次形成第一掩埋氧化層0311、二氧化硅層C、硅層D、二氧化硅層C、硅層D、第二掩埋氧化層0313、光波導(dǎo)層M2和第二光柵B。如圖9-3所示，在步驟903中可以將III-V族結(jié)構(gòu)Y與SOI芯片03通過焊接層01倒裝焊接。

在步驟905之前，還可以對(duì)緩沖層進(jìn)行刻蝕，得到緩沖層上的凸起，需要說明的是，在對(duì)緩沖層進(jìn)行刻蝕后，該緩沖層的兩側(cè)可以形成有兩個(gè)凹陷，且該兩個(gè)凹陷均低于有源層。在步驟905中，可以在刻蝕后的緩沖層022上形成電極結(jié)構(gòu)021，得到圖2或圖3中的III-V族芯片02(該III-V族芯片可以包括依次疊加的電極結(jié)構(gòu)、緩沖層、腐蝕停止層、第一間隔層和第一分別限制層、有源層、第二分別限制層、第二間隔層、第一光柵和上包層)，其中，電極結(jié)構(gòu)021可以包括一個(gè)P型電極和兩個(gè)N型電極，該P(yáng)型電極可以形成在緩沖層022的凸起上，該兩個(gè)N型電極可以分別形成在該緩沖層022兩側(cè)的兩個(gè)凹陷上。

在將III-V族結(jié)構(gòu)和SOI芯片焊接在一起時(shí)，可以將焊接層的兩側(cè)分別焊接III-V族結(jié)構(gòu)和SOI芯片，也可以首先將III-V族結(jié)構(gòu)和SOI芯片疊加，并在III-V族結(jié)構(gòu)和SOI芯片之間添加焊接材料，形成焊接層，使得III-V族結(jié)構(gòu)和SOI芯片通過焊接層焊接在一起。

可選的，第一光柵可以包括2個(gè)預(yù)設(shè)一階光柵和1個(gè)預(yù)設(shè)二階光柵，第二光柵可以包括輔助一階光柵和輔助二階光柵，2個(gè)預(yù)設(shè)一階光柵分別位于預(yù)設(shè)二階光柵的兩側(cè)；輔助一階光柵的位置與2個(gè)預(yù)設(shè)一階光柵中的任一預(yù)設(shè)一階光柵的位置相對(duì)應(yīng)，輔助二階光柵的位置與預(yù)設(shè)二階光柵的位置相對(duì)應(yīng)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光模塊的制造方法，由于該方法制造的光模塊中的襯底基板上形成有第一光柵和第二光柵，且有源層發(fā)出的激光的傳播方向平行于有源層的長(zhǎng)度方向，且通過第一光柵和第二光柵對(duì)激光傳播方向的改變，最終能夠?qū)⒂性磳影l(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，進(jìn)而使得有源層發(fā)出的激光能夠從光波導(dǎo)層射出。也即，本發(fā)明實(shí)施例中的有源層與光波導(dǎo)層并不是采用倏逝波耦合的方式進(jìn)行耦合，而是通過兩個(gè)光柵對(duì)光的傳播方向進(jìn)行改變，進(jìn)而將有源層發(fā)出的激光耦合至光波導(dǎo)層，因此，在制造該光模塊時(shí)，無需采用鍵合工藝，而是直接在襯底基板上形成光波導(dǎo)層、第一光柵、第二光柵和有源層即可，且整個(gè)制造光模塊的流程較簡(jiǎn)單，減短了制造光模塊的時(shí)間，因此，提高了制造光模塊的效率。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的光模塊的制造方法實(shí)施例以及上述描述的光模塊的實(shí)施例可以互相參考，在此不再贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。