本發(fā)明涉及一種收發(fā)一體的光電集成芯片，具體地說涉及一種集成了垂直腔面發(fā)射激光器和諧振腔增強型光探測器，從而可以同時實現(xiàn)光信號收發(fā)功能的多腔集成光電芯片，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
近年來信息技術(shù)領(lǐng)域的進步日新月異，從商業(yè)、工業(yè)、通信、社會服務(wù)等各個領(lǐng)域向人們的日常工作、生活的各個方面逐步加速滲透，互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)深刻改變著人類的思維、生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)方式，深刻展示了世界發(fā)展的前景，并進而更進一步推動了自身的飛速發(fā)展。在我國，云計算和大數(shù)據(jù)服務(wù)也受到了極大的關(guān)注和推動，國家十二五規(guī)劃綱要、“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃將云計算列為新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重點領(lǐng)域。2015年《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》中更具體提到要實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，這標志著大數(shù)據(jù)已被國家納入創(chuàng)新戰(zhàn)略層面，成為國家戰(zhàn)略計劃的核心任務(wù)之一。進而，作為大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略服務(wù)支撐的云計算也同時獲得了新的發(fā)展契機。目前，國家工信部正在制定大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)和云計算的“十三五”發(fā)展規(guī)劃。技術(shù)上看這一重要的“云”基本上由三個同等重要的系統(tǒng)構(gòu)成。存儲用戶數(shù)據(jù)和信息資源的數(shù)據(jù)中心、聯(lián)結(jié)各個數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)及聯(lián)結(jié)終端用戶到各個數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)。對于數(shù)據(jù)中心，其由多層交換機或路由器架構(gòu)起所有服務(wù)器之間的互聯(lián)通道以及與外部網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通與交換，光互聯(lián)技術(shù)在其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中起著決定性作用，幾乎所有的交換機和路由器間的連接都由其實現(xiàn)，而且目前光互聯(lián)技術(shù)更進一步滲透到服務(wù)器組交換機到服務(wù)器和服務(wù)器之間的連接領(lǐng)域。光互聯(lián)的優(yōu)勢包括滿足不斷更新的應(yīng)用對多種特性流量的聯(lián)接需求、節(jié)能、交換轉(zhuǎn)變的快速性、波分復(fù)用和并行聯(lián)接的可行性、降低路由節(jié)點數(shù)、競爭解決和高速的光連接存儲。目前已投入使用的100G的光互聯(lián)方案如下表1所示。表1三種100G技術(shù)技術(shù)傳輸距離(m)激光器類型光纖通道連接器類型SR4100-300垂直腔面發(fā)射激光器8通道并行多模光纖MMFMPOPSM4500DFB激光器8通道并行單模光纖SMFMPOCWDM42000DFB激光器復(fù)用單模光纖SMFLC備注：MMF：多模光纖；SMF：單模光纖；DFB：分布反饋布拉格如上可以看到，目前主要研究的光互聯(lián)技術(shù)方案有兩種，基于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)和多模光纖的方案，基于分布反饋布拉格(DFB)激光器和單模光纖的方案。對于兩種方案其收發(fā)端的研究重點是VCSEL和硅光子學(xué)集成芯片(Si-Photonics)，其評價主要從三個方面來考慮：考慮集成度的單位體積或面積帶寬密度(Gb/s/mm3或Gb/s/mm2)、考慮功耗的單位速率功耗(pJ/bit或mW/Gb/s)以及考慮成本的單位帶寬成本($/Gb/s)。而在實際應(yīng)用中，99％以上的光互聯(lián)距離都在300m以下，所以基于垂直腔面發(fā)射激光器的方案更為業(yè)界所重視。對于垂直腔面發(fā)射激光器,自1996年首支VCSEL投入商用以來,已經(jīng)有超過3億支激光器應(yīng)用在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中。商用系統(tǒng)中應(yīng)用的VCSEL傳輸速率也從1996年的1Gb/s逐步提升到2014年的28Gb/s。研究表明，80％應(yīng)用多模光纖的互連距離小于100m，目前實際應(yīng)用中VCSEL通常與符合OM3標準的多模光纖配合使用，可以支持單信道10Gb/s下100m的光互聯(lián)或25Gb/s下75m的光互聯(lián)。對于更高的傳輸速率要求目前通常是采用多光纖通道的并聯(lián)方式實現(xiàn)，如4×10Gb/s、4×25Gb/s或8×12.5Gb/s等來實現(xiàn)40Gb/s到100Gb/s的傳輸速率。垂直腔面發(fā)射激光其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，由上下兩層反射鏡(p-DBR和n-DBR)夾持著量子阱(QWs)有源區(qū)構(gòu)成，由正/負電極(p-contact/n-contact)注入的電流被氧化層(oxidelayer)形成的窗口限制。另一方面，從光互聯(lián)的另一端-接收端來看，多年來沒有太多的變化，采用高速的分立GaAs/InGaAsPIN、APD或Ge波導(dǎo)探測器作為接收器件，更進一步嘗試與IC集成在一起，以及為了實現(xiàn)波分復(fù)用光通信中光信號的波長解復(fù)用接收，集成了諧振腔光波濾波器和諧振腔增強型光探測器而提出的多腔波長解復(fù)用探測器，如參考文獻“Theoryandexperimentsofathree-cavitywavelength-selectivephotodetector”,AppliedOptics(USA),39(24),pp.4263-4269,2000”所示。但是對于光互聯(lián)通道單位體積或面積傳輸帶寬指標來看，它占了將近一半的指標。而且對于更高集成密度的單纖雙向信道來看，復(fù)雜的光學(xué)組件不僅沒有降低模組尺寸，反而進一步增加了占用面積。在系統(tǒng)構(gòu)成中，分立的探測組件也必然對應(yīng)著單獨的耦合封裝需求，增加封裝的成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種可以實現(xiàn)光信號收發(fā)一體的光電集成芯片，包括芯片的襯底，位于襯底上的第一反射鏡R1，位于第一反射鏡R1上的第一層光學(xué)腔C1，位于第一層光學(xué)腔C1上的第二反射鏡R2，位于第二反射鏡R2上的第二層光學(xué)腔C2，位于第二層光學(xué)腔C2上的第三反射鏡R3，位于第三反射鏡R3上的第三層光學(xué)腔C3和位于第三層光學(xué)腔C3上的第四反射鏡R4，其中，第二反射鏡R2、第二層光學(xué)腔C2、第三反射鏡R3、第三層光學(xué)腔C3、第四反射鏡R4形成等效頂面反射鏡，所述的等效頂面反射鏡與第一層光學(xué)腔C1、第一反射鏡R1構(gòu)成光電集成芯片的諧振腔增強光探測器單元。第三反射鏡R3、第二層光學(xué)腔C2、第二反射鏡R2、第一層光學(xué)腔C1和第一反射鏡R1形成的等效底面反射鏡，所述的等效底面反射鏡與第四反射鏡R4、第三層光學(xué)腔C3構(gòu)成了光電集成芯片的垂直腔面發(fā)射激光器單元。所述的第一層光學(xué)腔C1、第二層光學(xué)腔C2和第三層光學(xué)腔C3由InxGayAl1-x-yAs，InxGayAs1-x-yP，InxGayAl1-x-yN或InxGayAs1-x-yN(其中0≤x≤1，0≤y≤1)等半導(dǎo)體材料中的一種材料層或多種不同材料層構(gòu)成。所述的第一層光學(xué)腔C1含有InxGayAl1-x-yAs，InxGayAs1-x-yP，InxGayAl1-x-yN或InxGayAs1-x-yN等半導(dǎo)體材料構(gòu)成的吸收層，其中0≤x≤1，0≤y≤1，可以吸收700nm～1700nm波長的入射光波。所述的第一層光學(xué)腔C1含有InxGayAl1-x-yAs，InxGayAs1-x-yP，InxGayAl1-x-yN或InxGayAs1-x-yN等半導(dǎo)體材料構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)的吸收層，其中0≤x≤1，0≤y≤1，可以吸收700nm～1700nm波長的入射光波。所述的第三層光學(xué)腔C3含有InxGayAl1-x-yAs，InxGayAs1-x-yP，InxGayAl1-x-yN或InxGayAs1-x-yN等半導(dǎo)體材料構(gòu)成的多量子阱(MQW)有源區(qū)，其中0≤x≤1，0≤y≤1，在被注入電流的情況下可以激射700nm～1700nm波長的出射光波。所述的第三層光學(xué)腔C3含有InxGayAl1-x-yAs，InxGayAs1-x-yP，InxGayAl1-x-yN或InxGayAs1-x-yN等半導(dǎo)體材料構(gòu)成的多層量子點有源區(qū)，其中0≤x≤1，0≤y≤1，在被注入電流的情況下可以激射700nm～1700nm波長的出射光波。所述的襯底也可以在第四反射鏡R4一側(cè)。所述的第一反射鏡R1、第二反射鏡R2、第三反射鏡R3和第四反射鏡R4是由多層不同材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡。進一步的，所述的構(gòu)成第一反射鏡R1和第四反射鏡R4的多層不同材料可以是InxGayAl1-x-yAs，InxGayAs1-x-yP，InxGayAl1-x-yN或InxGayAs1-x-yN等半導(dǎo)體材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1，也可以是SiO2，TiO2，MgF，Si等介質(zhì)膜材料。進一步的所述的構(gòu)成第二反射鏡R2和第三反射鏡R3的多層不同材料可以是InxGayAl1-x-yAs，InxGayAs1-x-yP，，InxGayAl1-x-yN或InxGayAs1-x-yN等半導(dǎo)體材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1。所述的反射鏡第一反射鏡R1和第四反射鏡R4由InxGayAl1-x-yAs，InxGayAs1-x-yP，InxGayAl1-x-yN或InxGayAs1-x-yN等半導(dǎo)體材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1，或SiO2，TiO2，MgF，Si等介質(zhì)膜材料的亞波長光柵構(gòu)成。所述的第一層光學(xué)腔C1具有諧振波長λ1，第三層光學(xué)腔C3具有諧振波長λ3，且λ1≠λ3。所述的第三層光學(xué)腔C3具有諧振波長λ3和λ2，第一層光學(xué)腔C1具有諧振波長λ1，且λ2≠λ3，λ1＝λ2或λ1＝λ3。所述第二反射鏡R2或第三反射鏡R3中含有一層絕緣層，所述的絕緣層是通過將AlxGa1-xAs材料濕法氧化為Al2O3得到，x≥0.94。所述第二反射鏡R2和第三反射鏡R3中都含有一層絕緣層，所述的絕緣層是通過將AlxGa1-xAs濕法氧化為Al2O3得到，x≥0.94。所述第四反射鏡R4或第三反射鏡R3中含有一層AlxGa1-xAs材料，x≥0.94，并且該層AlxGa1-xAs被濕法氧化法部分氧化為Al2O3絕緣層以構(gòu)成注入電流限制窗口。所述第四反射鏡R4和第三反射鏡R3中都含有一層AlxGa1-xAs材料，x≥0.94，并且所述的AlxGa1-xAs被濕法氧化法部分氧化為Al2O3絕緣層以構(gòu)成注入電流限制窗口。所述反射鏡R4的部分區(qū)域被質(zhì)子注入的方式改變?yōu)榻^緣區(qū)以構(gòu)成注入電流限制窗口。所述第一反射鏡R1、第二反射鏡R2、第三反射鏡R3和第四反射鏡R4以及第二層光學(xué)腔C2可以是n型摻雜，也可以是p型摻雜。所述第一層光學(xué)腔C1和第三層光學(xué)腔C3為本征區(qū)或非特意摻雜區(qū)。所述第二層光學(xué)腔C2的相位長度在[Nπ+π/4，Nπ+3π/4](N＝0，1，2...)范圍內(nèi)變化，第二層光學(xué)腔C2的相位長度等于其光學(xué)腔長除以第一層光學(xué)腔C1的諧振波長λ1再乘以π。本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明創(chuàng)造性地提出了自解耦(垂直多腔結(jié)構(gòu)中，光學(xué)腔的諧振波長將受到各個光學(xué)腔模式之間互相耦合的影響，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計將各個光學(xué)腔模式間互相耦合的效應(yīng)降到最低在這里稱為自解耦)垂直多腔集成器件結(jié)構(gòu)，將垂直腔面發(fā)射激光器和諧振腔增強型光探測器集成在一個芯片當中，從而創(chuàng)造性的在一個集成芯片上同時實現(xiàn)了光通信信號的收發(fā)功能，并且可以進一步提高光通信收發(fā)模組的集成度和可靠性，并同時降低其功耗。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中集成芯片的介紹示意圖。圖3是本發(fā)明中集成芯片的垂直腔面發(fā)射激光器等效示意圖。圖4是本發(fā)明中集成芯片的諧振腔增強型探測器等效示意圖。圖5是本發(fā)明集成芯片的基本結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明實施例中反射鏡R1所實現(xiàn)的反射譜示意圖。圖7是本發(fā)明實施例中C3等效底面反射鏡所實現(xiàn)的反射譜示意圖。圖8是本發(fā)明實施例中R4所實現(xiàn)的反射譜示意圖。圖9是本發(fā)明實施例中C1等效頂面反射鏡所實現(xiàn)的反射譜示意圖。圖10是本發(fā)明實施例中C2對集成芯片多腔耦合的解耦效果示意圖。圖11是本發(fā)明實施例6集成芯片的基本結(jié)構(gòu)圖。圖中：1-襯底；2-第一反射鏡(R1)；3-第一層光學(xué)腔(C1)；4-第二反射鏡(R2)；5-第二層光學(xué)腔(C2)；6-第三反射鏡(R3)；7-第三層光學(xué)腔(C3)；8-第四反射鏡(R4)。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明中基于對垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的研究，并進一步根據(jù)VCSEL結(jié)構(gòu)中諧振腔的特性，結(jié)合多腔波長解復(fù)用探測器的研究成果，創(chuàng)造性地將發(fā)射光源(VCSEL)和接收器(多腔探測器)集成到一個芯片當中，如圖2所示。等效來看，這一收發(fā)一體的光電集成芯片可以分解為兩個單元器件，將MirrorM1、隔離腔(spacercavity)、MirrorM2、吸收腔(absorptioncavity)和Mirror2等效為一個底部反射鏡R2，則構(gòu)成如圖3的垂直腔面發(fā)射激光器；而將Mirror1，VCSEL腔、MirrorM1、隔離腔(spacercavity)、MirrorM2等效為一個頂部反射鏡R1則構(gòu)成了如圖4所示的諧振腔增強探測器。由于激光器和探測器都具有波長選擇特性，通過將激光器的激射波長λVCSEL和探測器的響應(yīng)波長λRCE-PD分開，則構(gòu)成可以同時完成收發(fā)功能的收發(fā)一體的光電集成光電芯片。本發(fā)明提供的一種收發(fā)一體的光電集成芯片的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示，所述的光電集成芯片包括在襯底1上依次制備得到的第一反射鏡2、第一層光學(xué)腔3、第二反射鏡4、第二層光學(xué)腔5、第三反射鏡6、第三層光學(xué)腔7和第四反射鏡8，分別用符號R1、C1、R2、C2、R3、C3、R4表示。所述的襯底1也可以位于第四反射鏡R4一側(cè)。下面通過實施例分別進行說明。實施例1，本實施例提供的收發(fā)一體的光電集成芯片的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中襯底1為p型摻雜的GaAs，R1為25對p型摻雜Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，具有如圖6所示意的反射譜。C1由本征的或非特意摻雜Al0.15Ga0.85As/GaAs/Al0.15Ga0.85As構(gòu)成，其諧振波長等于λ1，其中GaAs為光吸收層，Al0.15Ga0.85As為間隔層。R2為15對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C1為第一對，靠近C2為第15對。在R2的第13對和第14對Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As間插入一層30nm厚的n摻雜Al0.98Ga0.02As材料并在器件工藝實現(xiàn)中通過濕法氧化將其完全氧化為Al2O3層實現(xiàn)探測器單元和激光器單元的電隔離。C2由n型摻雜的Al0.2Ga0.8As材料構(gòu)成，其相位長度滿足π/2。R3為10對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡。R3、C2、R2、C1和R1整體構(gòu)成了C3等效底面反射鏡，其反射譜示意圖如圖7所示。C3由本征的或非特意摻雜的Al0.2Ga0.8As/MQW/Al0.2Ga0.8As構(gòu)成，諧振波長為λ3，其中MQW是由3對4nm厚的In0.07Ga0.93As阱區(qū)和6nm厚Al0.37Ga0.63As勢壘構(gòu)成。R4由23對p型摻雜的Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C3側(cè)為第一對。在R4中第3對和第4對Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料間插入一層30nm厚的p摻雜Al0.98Ga0.02As并在器件加工中通過濕法氧化將其氧化為Al2O3層，中心留出6微米直徑的區(qū)域不氧化，作為注入電流限制窗口。R4具有如圖8所示意的反射譜。R4、C3、R3、C2和R2構(gòu)成C1的等效頂面反射鏡，其具有如圖9所示意的反射譜。從圖6到圖9的反射譜示意圖可以看到，對于集成芯片的單元器件結(jié)構(gòu)來看，R4，C3和C3等效底面反射鏡構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器單元器件，R4反射譜(圖8)和C3等效底面底面反射鏡反射譜(圖7)在C3諧振波長λ3具有高反射率，并且R4的反射率稍低，從而構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器所需要的高反饋的光學(xué)諧振腔，并使得激光器在λ3的激射光波從R4出射；而對于C1等效頂面反射鏡、C1和R1構(gòu)成的諧振腔增強光探測器，C1等效頂面反射鏡在C1的諧振波長λ1具有60％到70％的反射率，R1在λ1具有高于90％的高反射率，從而可以對從R4入射的波長在λ1的入射光波實現(xiàn)高效率的吸收。這樣就可以實現(xiàn)對于波長分別在λ1和λ3的光信號的同步發(fā)射與接收。而所述的垂直腔面發(fā)射激光器和諧振腔增強型光探測器的解耦則通過第二層光學(xué)腔C2實現(xiàn)，如圖10所示為集成芯片整體多腔耦合模式受C2相位長度變化影響對第一層光學(xué)腔C1的吸收模式的解耦示意圖。可以看到，當C2的相位長度在[Nπ+π/4，Nπ+3π/4](N＝0，1，2...)范圍內(nèi)變化時可以實現(xiàn)解耦，本例中選取C2的相位長度為π/2。在本實施例中λ3＝850nm；λ1＝820nm。實施例2，示意圖同圖5所示，其中襯底1為p型摻雜的GaAs，R1為25對p型摻雜Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，具有如圖6所示意的反射譜形式。C1由本征的或非特意摻雜GaAs/MQW/GaAs構(gòu)成，其諧振波長等于λ1，其中MQW由10對InGaAs/GaAs量子阱構(gòu)成，作為光吸收區(qū)，吸收峰在λ1，GaAs為間隔層。R2為18對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C1為第一對，靠近C2為第18對。在R2的第15對和第16對Al0.9Ga0.1As/GaAs間插入一層30nm厚的n摻雜Al0.98Ga0.02As材料并在器件工藝實現(xiàn)中通過濕法氧化將其完全氧化為Al2O3層實現(xiàn)探測器單元和激光器單元的電隔離。C2由n型摻雜的GaAs材料構(gòu)成，其相位長度滿足3π/2。R3為16對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C2為第1對，靠近C3為第16對。在R3的第13對和第14對Al0.9Ga0.1As/GaAs間插入一層30nm厚的n摻雜Al0.98Ga0.02As材料并在器件工藝實現(xiàn)中通過濕法氧化將其部分氧化為Al2O3層，中心留出13微米直徑的區(qū)域不氧化，作為注入電流限制通孔。R3、C2、R2、C1和R1整體構(gòu)成了C3等效底面反射鏡，其反射譜示意圖如圖7所示。C3由本征的或非特意摻雜的GaAs/MQW/GaAs構(gòu)成，諧振波長為λ3，其中MQW由3對6nm厚的In0.35N0.018Ga0.632As阱區(qū)和25nm厚的GaAs勢壘構(gòu)成。R4由30對p型摻雜的Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C3側(cè)為第一對。在R4中第3對和第4對Al0.9Ga0.1As/GaAs材料間插入一層30nm厚的p摻雜Al0.98Ga0.02As并在器件加工中通過濕法氧化將其氧化為Al2O3層，中心留出13微米直徑的區(qū)域不氧化，作為注入電流限制通孔。R4具有如圖8所示意的反射譜。R4、C3、R3、C2和R2構(gòu)成C1的等效頂面反射鏡，其具有如圖9所示意的反射譜。從圖6到圖9的反射譜示意圖可以看到，對于集成芯片的單元器件結(jié)構(gòu)來看，R4，C3和C3等效底面反射鏡構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器單元器件，R4反射譜(圖8)和C3等效底面底面反射鏡反射譜(圖7)在C3諧振波長λ3具有高反射率，并且R4的反射率稍低，從而構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器所需要的高反饋的光學(xué)諧振腔，并使得激光器在λ3的激射光波從R4出射；而對于C1等效頂面反射鏡、C1和R1構(gòu)成的諧振強增強型光探測器，C1等效頂面反射鏡在C1的諧振波長λ1具有60％到70％的反射率，R1在λ1具有高于90％的高反射率，從而可以對從R4入射的波長在λ1的入射光波實現(xiàn)高效率的吸收。這樣就可以實現(xiàn)對于波長分別在λ1和λ3的光信號的同步發(fā)射與接收。而激光器和探測器的解耦則通過第二層光學(xué)腔C2實現(xiàn)，如圖10所示為集成芯片整體多腔耦合模式受C2相位長度變化影響對第一層光學(xué)腔C1的吸收模式的解耦示意圖?？梢钥吹剑擟2的相位長度在[Nπ+π/4，Nπ+3π/4](N＝0，1，2...)范圍內(nèi)變化時可以實現(xiàn)解耦，本例中選取C2的相位長度為π3/2。在本實施例中λ3＝1280nm；λ1＝1250nm。實施例3，示意圖同圖5所示，其中襯底1為p型摻雜的GaAs，R1為25對p型摻雜Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，具有如圖6所示意的反射譜。C1由本征的或非特意摻雜GaAs/MQW/GaAs構(gòu)成，其諧振波長等于λ1，其中MQW由10對InGaAsN/GaAs量子阱構(gòu)成，作為光吸收區(qū)，吸收波長在λ1，GaAs為間隔層。R2為18對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C1為第1對，靠近C2為第18對。在R2的第15對和第16對Al0.9Ga0.1As/GaAs間插入一層30nm厚的n摻雜Al0.98Ga0.02As材料并在器件工藝實現(xiàn)中通過濕法氧化將其完全氧化為Al2O3層實現(xiàn)探測器單元和激光器單元的電隔離。C2由n型摻雜的GaAs材料構(gòu)成，其相位長度滿足3π/2。R3為16對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C2為第1對，靠近C3為第16對。在R3的第13對和第14對Al0.9Ga0.1As/GaAs間插入一層30nm厚的n摻雜Al0.98Ga0.02As材料并在器件工藝實現(xiàn)中通過濕法氧化將其部分氧化為Al2O3層，中心留出13微米直徑的區(qū)域不氧化，作為注入電流限制通孔。R3、C2、R2、C1和R1整體構(gòu)成了C3等效底面反射鏡，其反射譜示意圖如圖7所示。C3由本征的或非特意摻雜的GaAs/量子點有源區(qū)/GaAs構(gòu)成，諧振波長為λ3，其中量子點有源區(qū)是由5組每組3層GaAs上的InAs量子點構(gòu)成。R4是由8對Si/TiO2材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡。R4具有如圖8所示意的反射譜。R4、C3、R3、C2和R2構(gòu)成C1的等效頂面反射鏡，其具有如圖9所示意的反射譜。從圖6到圖9的反射譜示意圖可以看到，對于集成芯片的單元器件結(jié)構(gòu)來看，R4，C3和C3等效底面反射鏡構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器單元器件，R4反射譜(圖8)和C3等效底面底面反射鏡反射譜(圖7)在C3諧振波長λ3具有高反射率，并且R4的反射率稍低，從而構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器所需要的高反饋的光學(xué)諧振腔，并使得激光器在λ3的激射光波從R4出射；而對于C1等效頂面反射鏡、C1和R1構(gòu)成的諧振強增強型光探測器，C1等效頂面反射鏡在C1的諧振波長λ1具有60％到70％的反射率，R1在λ1具有高于90％的高反射率，從而可以對從R4入射的波長在λ1的入射光波實現(xiàn)高效率的吸收。這樣就可以實現(xiàn)對于波長分別在λ1和λ3的光信號的同步發(fā)射與接收。而兩個單元器件的解耦則通過第二層光學(xué)腔C2實現(xiàn)，如圖10所示為集成芯片整體多腔耦合模式受C2相位長度變化影響對第一層光學(xué)腔C1的吸收模式的解耦示意圖?？梢钥吹剑擟2的相位長度在[Nπ+π/4，Nπ+3π/4](N＝0，1，2...)范圍內(nèi)變化時可以實現(xiàn)解耦，本例中選取C2的相位長度為π3/2。在本實施例中λ3＝1310nm；λ1＝1280nm。實施例4，示意圖同圖5所示，其中襯底1為p型摻雜的GaAs，R1為25對p型摻雜Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，具有如圖6所示意的反射譜。C1由本征的或非特意摻雜GaAs/MQW/GaAs構(gòu)成，其諧振波長等于λ1，其中MQW由10對InGaAsN/GaAs量子阱構(gòu)成，作為光吸收區(qū)，吸收波長在λ1，GaAs為間隔層。R2為18對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C1為第一對，靠近C2為第18對。在R2的第15對和第16對Al0.9Ga0.1As/GaAs間插入一層30nm厚的n摻雜Al0.98Ga0.02As材料并在器件工藝實現(xiàn)中通過濕法氧化將其完全氧化為Al2O3層實現(xiàn)探測器單元和激光器單元的電隔離。C2由n型摻雜的GaAs材料構(gòu)成，其相位長度滿足3π/2。R3為16對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/GaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C2為第1對，靠近C3為第16對。在R3的第13對和第14對Al0.9Ga0.1As/GaAs間插入一層30nm厚的n摻雜Al0.98Ga0.02As材料并在器件工藝實現(xiàn)中通過濕法氧化將其部分氧化為Al2O3層，中心留出13微米直徑的區(qū)域不氧化，作為注入電流限制通孔。R3、C2、R2、C1和R1整體構(gòu)成了C3等效底面反射鏡，其反射譜示意圖如圖7所示。C3由本征的或非特意摻雜的GaAs/量子點有源區(qū)/GaAs構(gòu)成，諧振波長為λ3，其中量子點有源區(qū)是由5組每組3層GaAs上的InAs量子點構(gòu)成。R4是由SiO2材料的亞波長光柵構(gòu)成。R4具有如圖8所示意的反射譜。R4、C3、R3、C2和R2構(gòu)成C1的等效頂面反射鏡，其具有如圖9所示意的反射譜。從圖6到圖9的反射譜示意圖可以看到，對于集成芯片的單元器件結(jié)構(gòu)來看，R4，C3和C3等效底面反射鏡構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器單元器件，R4反射譜(圖8)和C3等效底面底面反射鏡反射譜(圖7)在C3諧振波長λ3具有高反射率，并且R4的反射率稍低，從而構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器所需要的高反饋的光學(xué)諧振腔，并使得激光器在λ3的激射光波從R4出射；而對于C1等效頂面反射鏡、C1和R1構(gòu)成的諧振強增強型光探測器，C1等效頂面反射鏡在C1的諧振波長λ1具有60％到70％的反射率，R1在λ1具有高于90％的高反射率，從而可以對從R4入射的波長在λ1的入射光波實現(xiàn)高效率的吸收。這樣就可以實現(xiàn)對于波長分別在λ1和λ3的光信號的同步發(fā)射與接收。而兩個單元器件的解耦則通過第二層光學(xué)腔C2實現(xiàn)，如圖10所示為集成芯片整體多腔耦合模式受C2相位長度變化影響對第一層光學(xué)腔C1的吸收模式的解耦示意圖?？梢钥吹?，當C2的相位長度在[Nπ+π/4，Nπ+3π/4](N＝0，1，2...)范圍內(nèi)變化時可以實現(xiàn)解耦，本例中選取C2的相位長度為π3/2。在本實施例中λ3＝1310nm；λ1＝1280nm。實施例5，示意圖同圖5所示，其中襯底1為n型摻雜的InP，R1為30對n型摻雜InP/InAlGaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，具有如圖6所示意的反射譜。C1由本征的或非特意摻雜InP/InGaAs/InP構(gòu)成，其諧振波長等于λ1，其中InGaAs為光吸收層，InP為間隔層。R2為15對p型摻雜的InP/InAlGaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡。C2由p型摻雜的InP材料構(gòu)成，其相位長度滿足π/2。R3為15對p型摻雜的InP/InAlGaAs材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡。R3、C2、R2、C1和R1整體構(gòu)成了C3等效底面反射鏡，其反射譜示意圖如圖7所示。C3由本征的或非特意摻雜的InP/MQW/InP構(gòu)成，諧振波長為λ3，其中MQW是由6對InAlGaAs量子阱構(gòu)成。R4由10對TiO2/SiO2介質(zhì)膜DBR構(gòu)成。R4具有如圖8所示意的反射譜。R4、C3、R3、C2和R2構(gòu)成C1的等效頂面反射鏡，其具有如圖9所示意的反射譜。從圖6到圖9的反射譜示意圖可以看到，對于集成芯片的單元器件結(jié)構(gòu)來看，R4，C3和C3等效底面反射鏡構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器單元器件，R4反射譜(圖8)和C3等效底面底面反射鏡反射譜(圖7)在C3諧振波長λ3具有高反射率，并且R4的反射率稍低，從而構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器所需要的高反饋的光學(xué)諧振腔，并使得激光器在λ3的激射光波從R4出射；而對于C1等效頂面反射鏡、C1和R1構(gòu)成的諧振強增強型光探測器，C1等效頂面反射鏡在C1的諧振波長λ1具有60％到70％的反射率，R1在λ1具有高于90％的高反射率，從而可以對從R4入射的波長在λ1的入射光波實現(xiàn)高效率的吸收。這樣就可以實現(xiàn)對于波長分別在λ1和λ3的光信號的同步發(fā)射與接收。而兩個單元器件的解耦則通過第二層光學(xué)腔C2實現(xiàn)，如圖10所示為集成芯片整體多腔耦合模式受C2相位長度變化影響對第一層光學(xué)腔C1的吸收模式的解耦示意圖?？梢钥吹?，當C2的相位長度在[Nπ+π/4，Nπ+3π/4](N＝0，1，2...)范圍內(nèi)變化時可以實現(xiàn)解耦，本例中選取C2的相位長度為π/2。在本實施例中λ3＝1550nm；λ1＝1520nm。實施例6，示意圖同圖11所示，其中襯底1為p型摻雜的GaAs，襯底1上R4由23對p型摻雜的Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C3側(cè)為第一對。在R4中第3對和第4對Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料間插入一層30nm厚的p摻雜Al0.98Ga0.02As并在器件加工中通過濕法氧化將其氧化為Al2O3層，中心留出6微米直徑的區(qū)域不氧化，作為注入電流限制通孔。R4具有如圖8所示意的反射譜。C3由本征的或非特意摻雜的Al0.2Ga0.8As/MQW/Al0.2Ga0.8As構(gòu)成，諧振波長為λ3，其中MQW是由3對4nm厚的In0.07Ga0.93As阱區(qū)和6nm厚Al0.37Ga0.63As勢壘構(gòu)成。R3為10對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡。C2由n型摻雜的Al0.2Ga0.8As材料構(gòu)成，其相位長度滿足π/2。R2為15對n型摻雜的Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，靠近C1為第一對，靠近C2為第15對。在R2的第13對和第14對Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As間插入一層30nm厚的n摻雜Al0.98Ga0.02As材料并在器件工藝實現(xiàn)中通過濕法氧化將其完全氧化為Al2O3層實現(xiàn)探測器單元和激光器單元的電隔離。C1由本征的或非特意摻雜Al0。15Ga0.85As/GaAs/Al0.15Ga0.85As構(gòu)成，其諧振波長等于λ1，其中GaAs為光吸收層，Al0.15Ga0.85As為間隔層。R1為25對p型摻雜Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As材料構(gòu)成的分布布拉格反射鏡，具有如圖6所示意的反射譜。R4、C3、R3、C2和R2構(gòu)成C1的等效頂面反射鏡，其具有如圖9所示意的反射譜。R3、C2、R2、C1和R1整體構(gòu)成了C3等效底面反射鏡，其反射譜示意圖如圖7所示。從圖6到圖9的反射譜示意圖可以看到，對于集成芯片的單元器件結(jié)構(gòu)來看，R4，C3和C3等效底面反射鏡構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器單元器件，R4反射譜(圖8)和C3等效底面底面反射鏡反射譜(圖7)在C3諧振波長λ3具有高反射率，并且R4的反射率稍低，從而構(gòu)成了垂直腔面發(fā)射激光器所需要的高反饋的光學(xué)諧振腔，并使得激光器在λ3的激射光波從R4出射；而對于C1等效頂面反射鏡、C1和R1構(gòu)成的諧振強增強型光探測器，C1等效頂面反射鏡在C1的諧振波長λ1具有60％到70％的反射率，R1在λ1具有高于90％的高反射率，從而可以對從R4入射的波長在λ1的入射光波實現(xiàn)高效率的吸收。這樣就可以實現(xiàn)對于波長分別在λ1和λ3的光信號的同步發(fā)射與接收。而兩個單元器件的解耦則通過第二層光學(xué)腔C2實現(xiàn)，如圖10所示為集成芯片整體多腔耦合模式受C2相位長度變化影響對第一層光學(xué)腔C1的吸收模式的解耦示意圖?？梢钥吹剑擟2的相位長度在[Nπ+π/4，Nπ+3π/4](N＝0，1，2...)范圍內(nèi)變化時可以實現(xiàn)解耦，本例中選取C2的相位長度為π/2。在本實施例中λ3＝850nm；λ1＝820nm。本發(fā)明采取以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：創(chuàng)造性將垂直腔面發(fā)射激光器和諧振腔增強型探測器垂直集成在一個芯片上，并通過反射鏡設(shè)計和隔離腔的引入來實現(xiàn)集成芯片中諧振波長不同的多腔光模式解耦，從而獨創(chuàng)性的提出了芯片級集成一體的光電收發(fā)器件，屬于國際首創(chuàng)。這一集成技術(shù)的研究不僅能夠有效的利用VCSEL低功耗、低成本、高速的調(diào)制特性，而且通過將探測器集成到同一個芯片當中，可以進一步的提高光互聯(lián)傳輸模組的單位面積帶寬密度，降低單位帶寬成本。而且光源與探測器的集成也有利于此集成芯片在硅光子集成芯片領(lǐng)域的應(yīng)用，因而它也可以進一步結(jié)合雙方面優(yōu)勢，獲得更高的性能，更低的成本。此外，利用集成芯片技術(shù)所具有的發(fā)射波長和接收波長波分復(fù)用的特性，可以實現(xiàn)低成本、高速率、高集成密度的單纖雙向光傳輸，這一技術(shù)的研發(fā)不僅可以應(yīng)用到云交換當中的高性能光互聯(lián)通道，而且也可以實現(xiàn)低成本、高性能的用戶終端光互聯(lián)。相關(guān)技術(shù)研發(fā)成功必能進一步推動我國在云計算、大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)業(yè)中關(guān)鍵核心器件自有知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)的發(fā)展，也必將能夠推動我國相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)和應(yīng)用的進一步發(fā)展。