垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块及制作方法

文档序号:2674053阅读:207来源:国知局
专利名称:垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块及制作方法
技术领域
本发明涉及光通信用发射模块,更具体地说,是涉及基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵的并行光发射模块及制作方法。
背景技术
传统光发射模块的光源采用的都是边发射激光器。边发射激光器的特点是输出光垂直于解理面,其光束发散角过大,且在芯片解理前,不能进行单个器件的基本性能测试,不易实现大规模集成,制造成本高。与之相比,垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有非常优越的性能和及其低廉的价格。其输出光垂直于衬底,这种独特的表面发光器件结构具有小发散角和对称的远近场分布,能发射高质量的园形光束,使得其与光纤的耦合效率大为提高。由于其体积小,能够实现极小电流的工作,可大大降低对驱动电路芯片的要求,降低模块的功耗和改善热特性。由于垂直腔面发射激光器是表面发光器件,制备和测试工艺完成在分管和封装工艺之前,可以进行在片测试,与微电子平面工艺完全兼容,满足了低成本、大规模制备这一现代工业的关键要求。作为低成本高性能的激光光源,在光纤通信网络、局域网、高速数据传输、并行光互连方面将具有重大的应用前景。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其是应用于短距离(300米以内)传输的并行光发射模块,通过并行光传输方案设计在性能和成本上的优势,实现高带宽,低成本的光传输系统。
本发明一种垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中包括一高频印制电路板,在该高频印制电路板的一端形成有一信号输入端口,该信号输入端口采用镀金的插板结构;一垂直腔面发射激光器列阵,该垂直腔面发射激光器列阵以裸片的形式直接集成在一硅片底座上,再用粘接的方式粘接在高频印制电路板上面;一驱动电路芯片,该驱动电路芯片以裸片的形式直接集成在高频印制电路板上面;该垂直腔面发射激光器列阵与驱动电路芯片用金丝连接,该驱动电路芯片与高频印制电路板用金丝连接,构成并行光发射模块。
其中所述的垂直腔面发射激光器列阵为1×12线性列阵,是采用金属有机化学汽相沉积工艺实现的,单个垂直腔面发射激光器的出光孔直径为5μm,其电极的尺寸为100×80μm2。
其中所述的高频印制电路板采用4层板结构设计,信号传输线为0.15μm线宽的微带线。
其中所述的并行光发射模块,单个信道的传输速率为2.5Gbit/s,总的传输速率为30Gbit/s。
其中所述的垂直腔面发射激光器列阵在工作中激射出光,为高质量的圆形光束,通过有源对准技术直接耦合进入光纤列阵并在光纤中传输,该光纤列阵的尺寸结构与MTP/MPO标准的连接器接口相兼容。
本发明一种垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块的制作方法,其特征在于,其中包括如下步骤1)取一高频印制电路板,在该高频印制电路板的一端形成有一信号输入端口,该信号输入端口采用镀金的插板结构;2)将一垂直腔面发射激光器列阵以裸片的形式直接集成在一硅片底座上,再用粘接的方式粘接在高频印制电路板上面;3)将一驱动电路芯片以裸片的形式直接集成在高频印制电路板上面;4)将该垂直腔面发射激光器列阵与驱动电路芯片用金丝连接,该驱动电路芯片与高频印制电路板用金丝连接,构成并行光发射模块。
其中步骤2)所述的垂直腔面发射激光器列阵为1×12线性列阵,是采用金属有机化学汽相沉积工艺实现的,单个垂直腔面发射激光器的出光孔直径为5μm,其电极的尺寸为100×80μm2。
其中步骤3)所述的高频印制电路板采用4层板结构设计,信号传输线为0.15μm线宽的微带线。
其中步骤4)所述的并行光发射模块,单个信道的传输速率为2.5Gbit/s,总的传输速率为30Gbit/s。
其中步骤2)所述的垂直腔面发射激光器列阵在工作中激射出光,为高质量的圆形光束,通过有源对准技术直接耦合进入光纤列阵并在光纤中传输,该光纤列阵的尺寸结构与MTP/MPO标准的连接器接口相兼容。


为进一步说明本发明的技术内容,以下结合实施例及附图详细说明如下,其中图1是本发明的实施例三维结构示意图;图2是本发明单个垂直腔面发射激光器(VCSEL)的结构示意图。
具体实施例方式
现在参考图1,将采用金属有机化学气相沉积方法生长的1×12的垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵107置于一个硅(Si)片底座102上面,再将该底座102与驱动电路芯片103用绝缘胶粘合在高频印制电路板105上面,高频印制电路板105的信号输入端104为插板结构,与其对应的是AMP公司的专用电连接器,载入的数据信号为低压差分信号(LVDS),经过高频印制电路板105上的传输线到达驱动电路芯片,由于垂直腔面发射激光器(VCSEL)工作需要的阈值电压高于电路板的输入信号电压,所以驱动电路芯片的功能是将低压差分信号转换为较高的电流信号注入到垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵的电极。其中激光器列阵107和驱动电路芯片103及印制电路板上的匹配电路是通过金丝106压焊连接。出于高频信号的完整性考虑,印制电路板105需采用高频陶瓷材料,并按4层板结构设计,外面的两层为信号层,中间的两层分别为电源层和地层,电源层和地层之间需加上去耦电容。由于垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵107能发射高质量的园形光束,所以出光可以直接耦合进入多模光纤列阵101。
图2为单个垂直腔面发射激光器(VCSEL)的结构,出光孔201为激光器激射发光的出光位置,直径为5μm,其电极202为电流注入端,与驱动电路芯片103相连,其尺寸为100×80μm2,激光器的激射光波波长为850nm。
请再结合参阅图1、图2,本发明一种垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块的制作方法,包括如下步骤1)取一高频印制电路板105,在该高频印制电路板105的一端形成有一信号输入端口,该信号输入端口采用镀金的插板结构104;2)将一垂直腔面发射激光器列阵107以裸片的形式直接集成在一硅片底座102上,再用粘接的方式粘接在高频印制电路板105上面;该垂直腔面发射激光器列阵107为1×12线性列阵,是采用金属有机化学汽相沉积工艺实现的,单个垂直腔面发射激光器的出光孔直径为5μm,其电极的尺寸为100×80μm2;3)将一驱动电路芯片103以裸片的形式直接集成在高频印制电路板105上面;4)将该垂直腔面发射激光器列阵107与驱动电路芯片103用金丝106连接,该驱动电路芯片103与高频印制电路板105用金丝106连接,构成并行光发射模块。
垂直腔面发射激光器列阵107为1×12线性列阵,是采用金属有机化学汽相沉积工艺实现的,单个垂直腔面发射激光器的出光孔直径为5μm,其电极的尺寸为100×80μm2。
8、根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中步骤3)所述的高频印制电路板105采用4层板结构设计,信号传输线为0.15μm线宽的微带线。
9、根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中步骤4)所述的并行光发射模块,单个信道的传输速率为2.5Gbit/s,总的传输速率为30Gbit/s。
10、根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中步骤2)所述的垂直腔面发射激光器列阵107在工作中激射出光,为高质量的圆形光束,通过有源对准技术直接耦合进入光纤列阵101并在光纤中传输,该光纤列阵的尺寸结构与MTP/MPO标准的连接器接口相兼容。
本发明工艺简单,由于是将垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵和驱动电路芯片直接在裸片基础上集成,省却了传统的芯片封装工序,操作简便,可以大大降低加工成本;安全可靠,具有极强的实用性;可以减小封装后模块的尺寸,更好的适应了光发射模块小型化的趋势。
前面已经描述了本发明的特殊实施例,对于熟悉本领域的人可以做进一步的修改和改进。我们有理由认为,本发明不仅仅限于所描述的特殊形式。凡是本领域的技术人员看过本发明说明书后,所能想到的其它不超出本发明思路和范围的所有修改情形,都应看成是在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中包括一高频印制电路板,在该高频印制电路板的一端形成有一信号输入端口,该信号输入端口采用镀金的插板结构;一垂直腔面发射激光器列阵,该垂直腔面发射激光器列阵以裸片的形式直接集成在一硅片底座上,再用粘接的方式粘接在高频印制电路板上面;一驱动电路芯片,该驱动电路芯片以裸片的形式直接集成在高频印制电路板上面;该垂直腔面发射激光器列阵与驱动电路芯片用金丝连接,该驱动电路芯片与高频印制电路板用金丝连接,构成并行光发射模块。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中所述的垂直腔面发射激光器列阵为1×12线性列阵,是采用金属有机化学汽相沉积工艺实现的,单个垂直腔面发射激光器的出光孔直径为5μm,其电极的尺寸为100×80μm2。
3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中所述的高频印制电路板采用4层板结构设计,信号传输线为0.15μm线宽的微带线。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中所述的并行光发射模块,单个信道的传输速率为2.5Gbit/s,总的传输速率为30Gbit/s。
5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中所述的垂直腔面发射激光器列阵在工作中激射出光,为高质量的圆形光束,通过有源对准技术直接耦合进入光纤列阵并在光纤中传输,该光纤列阵的尺寸结构与MTP/MPO标准的连接器接口相兼容。
6.一种垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块的制作方法,其特征在于,其中包括如下步骤1)取一高频印制电路板,在该高频印制电路板的一端形成有一信号输入端口,该信号输入端口采用镀金的插板结构;2)将一垂直腔面发射激光器列阵以裸片的形式直接集成在一硅片底座上,再用粘接的方式粘接在高频印制电路板上面;3)将一驱动电路芯片以裸片的形式直接集成在高频印制电路板上面;4)将该垂直腔面发射激光器列阵与驱动电路芯片用金丝连接,该驱动电路芯片与高频印制电路板用金丝连接,构成并行光发射模块。
7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中步骤2)所述的垂直腔面发射激光器列阵为1×12线性列阵,是采用金属有机化学汽相沉积工艺实现的,单个垂直腔面发射激光器的出光孔直径为5μm,其电极的尺寸为100×80μm2。
8.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中步骤3)所述的高频印制电路板采用4层板结构设计,信号传输线为0.15μm线宽的微带线。
9.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中步骤4)所述的并行光发射模块,单个信道的传输速率为2.5Gbit/s,总的传输速率为30Gbit/s。
10.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其特征在于,其中步骤2)所述的垂直腔面发射激光器列阵在工作中激射出光,为高质量的圆形光束,通过有源对准技术直接耦合进入光纤列阵并在光纤中传输,该光纤列阵的尺寸结构与MTP/MPO标准的连接器接口相兼容。
全文摘要
本发明一种垂直腔面发射激光器列阵的并行光发射模块,其中包括一高频印制电路板,在该高频印制电路板的一端形成有一信号输入端口,该信号输入端口采用镀金的插板结构;一垂直腔面发射激光器列阵,该垂直腔面发射激光器列阵以裸片的形式直接集成在一硅片底座上,再用粘接的方式粘接在高频印制电路板上面;一驱动电路芯片,该驱动电路芯片以裸片的形式直接集成在高频印制电路板上面;该垂直腔面发射激光器列阵与驱动电路芯片用金丝连接,该驱动电路芯片与高频印制电路板用金丝连接,构成并行光发射模块。
文档编号G02B6/42GK1530681SQ0312059
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月14日 优先权日2003年3月14日
发明者陈弘达, 申荣铉, 毛陆虹, 唐君, 裴为华, 高鹏, 崔增文 申请人:中国科学院半导体研究所
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