專利名稱：垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信用發(fā)射模塊，更具體地說，是涉及基于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)列陣的并行光發(fā)射模塊及制作方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)光發(fā)射模塊的光源采用的都是邊發(fā)射激光器。邊發(fā)射激光器的特點是輸出光垂直于解理面，其光束發(fā)散角過大，且在芯片解理前，不能進行單個器件的基本性能測試，不易實現(xiàn)大規(guī)模集成，制造成本高。與之相比，垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)具有非常優(yōu)越的性能和及其低廉的價格。其輸出光垂直于襯底，這種獨特的表面發(fā)光器件結(jié)構(gòu)具有小發(fā)散角和對稱的遠近場分布，能發(fā)射高質(zhì)量的園形光束，使得其與光纖的耦合效率大為提高。由于其體積小，能夠?qū)崿F(xiàn)極小電流的工作，可大大降低對驅(qū)動電路芯片的要求，降低模塊的功耗和改善熱特性。由于垂直腔面發(fā)射激光器是表面發(fā)光器件，制備和測試工藝完成在分管和封裝工藝之前，可以進行在片測試，與微電子平面工藝完全兼容，滿足了低成本、大規(guī)模制備這一現(xiàn)代工業(yè)的關(guān)鍵要求。作為低成本高性能的激光光源，在光纖通信網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)傳輸、并行光互連方面將具有重大的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其是應用于短距離(300米以內(nèi))傳輸?shù)牟⑿泄獍l(fā)射模塊，通過并行光傳輸方案設(shè)計在性能和成本上的優(yōu)勢，實現(xiàn)高帶寬，低成本的光傳輸系統(tǒng)。
本發(fā)明一種垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中包括一高頻印制電路板，在該高頻印制電路板的一端形成有一信號輸入端口，該信號輸入端口采用鍍金的插板結(jié)構(gòu)；一垂直腔面發(fā)射激光器列陣，該垂直腔面發(fā)射激光器列陣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頻印制電路板上面；一驅(qū)動電路芯片，該驅(qū)動電路芯片以裸片的形式直接集成在高頻印制電路板上面；該垂直腔面發(fā)射激光器列陣與驅(qū)動電路芯片用金絲連接，該驅(qū)動電路芯片與高頻印制電路板用金絲連接，構(gòu)成并行光發(fā)射模塊。
其中所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣為1×12線性列陣，是采用金屬有機化學汽相沉積工藝實現(xiàn)的，單個垂直腔面發(fā)射激光器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
其中所述的高頻印制電路板采用4層板結(jié)構(gòu)設(shè)計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
其中所述的并行光發(fā)射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
其中所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣在工作中激射出光，為高質(zhì)量的圓形光束，通過有源對準技術(shù)直接耦合進入光纖列陣并在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結(jié)構(gòu)與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
本發(fā)明一種垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊的制作方法，其特征在于，其中包括如下步驟1)取一高頻印制電路板，在該高頻印制電路板的一端形成有一信號輸入端口，該信號輸入端口采用鍍金的插板結(jié)構(gòu)；2)將一垂直腔面發(fā)射激光器列陣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頻印制電路板上面；3)將一驅(qū)動電路芯片以裸片的形式直接集成在高頻印制電路板上面；4)將該垂直腔面發(fā)射激光器列陣與驅(qū)動電路芯片用金絲連接，該驅(qū)動電路芯片與高頻印制電路板用金絲連接，構(gòu)成并行光發(fā)射模塊。
其中步驟2)所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣為1×12線性列陣，是采用金屬有機化學汽相沉積工藝實現(xiàn)的，單個垂直腔面發(fā)射激光器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
其中步驟3)所述的高頻印制電路板采用4層板結(jié)構(gòu)設(shè)計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
其中步驟4)所述的并行光發(fā)射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
其中步驟2)所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣在工作中激射出光，為高質(zhì)量的圓形光束，通過有源對準技術(shù)直接耦合進入光纖列陣并在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結(jié)構(gòu)與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。


為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細說明如下，其中圖1是本發(fā)明的實施例三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明單個垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1，將采用金屬有機化學氣相沉積方法生長的1×12的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)列陣107置于一個硅(Si)片底座102上面，再將該底座102與驅(qū)動電路芯片103用絕緣膠粘合在高頻印制電路板105上面，高頻印制電路板105的信號輸入端104為插板結(jié)構(gòu)，與其對應的是AMP公司的專用電連接器，載入的數(shù)據(jù)信號為低壓差分信號(LVDS)，經(jīng)過高頻印制電路板105上的傳輸線到達驅(qū)動電路芯片，由于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)工作需要的閾值電壓高于電路板的輸入信號電壓，所以驅(qū)動電路芯片的功能是將低壓差分信號轉(zhuǎn)換為較高的電流信號注入到垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)列陣的電極。其中激光器列陣107和驅(qū)動電路芯片103及印制電路板上的匹配電路是通過金絲106壓焊連接。出于高頻信號的完整性考慮，印制電路板105需采用高頻陶瓷材料，并按4層板結(jié)構(gòu)設(shè)計，外面的兩層為信號層，中間的兩層分別為電源層和地層，電源層和地層之間需加上去耦電容。由于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)列陣107能發(fā)射高質(zhì)量的園形光束，所以出光可以直接耦合進入多模光纖列陣101。
圖2為單個垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的結(jié)構(gòu)，出光孔201為激光器激射發(fā)光的出光位置，直徑為5μm，其電極202為電流注入端，與驅(qū)動電路芯片103相連，其尺寸為100×80μm2，激光器的激射光波波長為850nm。
請再結(jié)合參閱圖1、圖2，本發(fā)明一種垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊的制作方法，包括如下步驟1)取一高頻印制電路板105，在該高頻印制電路板105的一端形成有一信號輸入端口，該信號輸入端口采用鍍金的插板結(jié)構(gòu)104；2)將一垂直腔面發(fā)射激光器列陣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頻印制電路板105上面；該垂直腔面發(fā)射激光器列陣107為1×12線性列陣，是采用金屬有機化學汽相沉積工藝實現(xiàn)的，單個垂直腔面發(fā)射激光器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2；3)將一驅(qū)動電路芯片103以裸片的形式直接集成在高頻印制電路板105上面；4)將該垂直腔面發(fā)射激光器列陣107與驅(qū)動電路芯片103用金絲106連接，該驅(qū)動電路芯片103與高頻印制電路板105用金絲106連接，構(gòu)成并行光發(fā)射模塊。
垂直腔面發(fā)射激光器列陣107為1×12線性列陣，是采用金屬有機化學汽相沉積工藝實現(xiàn)的，單個垂直腔面發(fā)射激光器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中步驟3)所述的高頻印制電路板105采用4層板結(jié)構(gòu)設(shè)計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中步驟4)所述的并行光發(fā)射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
10、根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中步驟2)所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣107在工作中激射出光，為高質(zhì)量的圓形光束，通過有源對準技術(shù)直接耦合進入光纖列陣101并在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結(jié)構(gòu)與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
本發(fā)明工藝簡單，由于是將垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)列陣和驅(qū)動電路芯片直接在裸片基礎(chǔ)上集成，省卻了傳統(tǒng)的芯片封裝工序，操作簡便，可以大大降低加工成本；安全可靠，具有極強的實用性；可以減小封裝后模塊的尺寸，更好的適應了光發(fā)射模塊小型化的趨勢。
前面已經(jīng)描述了本發(fā)明的特殊實施例，對于熟悉本領(lǐng)域的人可以做進一步的修改和改進。我們有理由認為，本發(fā)明不僅僅限于所描述的特殊形式。凡是本領(lǐng)域的技術(shù)人員看過本發(fā)明說明書后，所能想到的其它不超出本發(fā)明思路和范圍的所有修改情形，都應看成是在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中包括一高頻印制電路板，在該高頻印制電路板的一端形成有一信號輸入端口，該信號輸入端口采用鍍金的插板結(jié)構(gòu)；一垂直腔面發(fā)射激光器列陣，該垂直腔面發(fā)射激光器列陣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頻印制電路板上面；一驅(qū)動電路芯片，該驅(qū)動電路芯片以裸片的形式直接集成在高頻印制電路板上面；該垂直腔面發(fā)射激光器列陣與驅(qū)動電路芯片用金絲連接，該驅(qū)動電路芯片與高頻印制電路板用金絲連接，構(gòu)成并行光發(fā)射模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣為1×12線性列陣，是采用金屬有機化學汽相沉積工藝實現(xiàn)的，單個垂直腔面發(fā)射激光器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中所述的高頻印制電路板采用4層板結(jié)構(gòu)設(shè)計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中所述的并行光發(fā)射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣在工作中激射出光，為高質(zhì)量的圓形光束，通過有源對準技術(shù)直接耦合進入光纖列陣并在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結(jié)構(gòu)與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
6.一種垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊的制作方法，其特征在于，其中包括如下步驟1)取一高頻印制電路板，在該高頻印制電路板的一端形成有一信號輸入端口，該信號輸入端口采用鍍金的插板結(jié)構(gòu)；2)將一垂直腔面發(fā)射激光器列陣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頻印制電路板上面；3)將一驅(qū)動電路芯片以裸片的形式直接集成在高頻印制電路板上面；4)將該垂直腔面發(fā)射激光器列陣與驅(qū)動電路芯片用金絲連接，該驅(qū)動電路芯片與高頻印制電路板用金絲連接，構(gòu)成并行光發(fā)射模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中步驟2)所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣為1×12線性列陣，是采用金屬有機化學汽相沉積工藝實現(xiàn)的，單個垂直腔面發(fā)射激光器的出光孔直徑為5μm，其電極的尺寸為100×80μm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中步驟3)所述的高頻印制電路板采用4層板結(jié)構(gòu)設(shè)計，信號傳輸線為0.15μm線寬的微帶線。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中步驟4)所述的并行光發(fā)射模塊，單個信道的傳輸速率為2.5Gbit/s，總的傳輸速率為30Gbit/s。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其特征在于，其中步驟2)所述的垂直腔面發(fā)射激光器列陣在工作中激射出光，為高質(zhì)量的圓形光束，通過有源對準技術(shù)直接耦合進入光纖列陣并在光纖中傳輸，該光纖列陣的尺寸結(jié)構(gòu)與MTP/MPO標準的連接器接口相兼容。
全文摘要
本發(fā)明一種垂直腔面發(fā)射激光器列陣的并行光發(fā)射模塊，其中包括一高頻印制電路板，在該高頻印制電路板的一端形成有一信號輸入端口，該信號輸入端口采用鍍金的插板結(jié)構(gòu)；一垂直腔面發(fā)射激光器列陣，該垂直腔面發(fā)射激光器列陣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頻印制電路板上面；一驅(qū)動電路芯片，該驅(qū)動電路芯片以裸片的形式直接集成在高頻印制電路板上面；該垂直腔面發(fā)射激光器列陣與驅(qū)動電路芯片用金絲連接，該驅(qū)動電路芯片與高頻印制電路板用金絲連接，構(gòu)成并行光發(fā)射模塊。
文檔編號G02B6/42GK1530681SQ0312059
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者陳弘達, 申榮鉉, 毛陸虹, 唐君, 裴為華, 高鵬, 崔增文 申請人:中國科學院半導體研究所