CN106340809A - 一种共面电极的边发射半导体激光器 - Google Patents

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张鸣
张一鸣
张志珂
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Abstract

一种共面电极的边发射半导体激光器，包括一衬底、两个N电极和一个P电极，所述P电极位于两个N电极中间，其中，两个N电极的顶面与所述P电极的上表面位于同一水平面。本发明通过将边发射的半导体激光器的N极制备在衬底的上表面，通过绝缘材料将N极与P极制备在同一平面，形成共面电极结构；相比于异面电极结构的激光器，减小了N极与P极的纵向距离，有效地减小了激光器芯片的寄生电容和寄生电阻，提高了芯片的调制速率，同时更容易实现芯片的测试和封装工作；本发明可直接采用倒装焊技术，避免金丝的使用，减小封装中的寄生电感；本发明的共面电极的边发射半导体激光器结构适用于高速光电子发射器件中。

Description

一种共面电极的边发射半导体激光器
技术领域
本发明属于光电子/微电子器件领域，更具体地说涉及一种共面电极的边发射半导体激光器。
背景技术
光纤通信系统中，激光器芯片是光发射器件的核心部件。一般情况下，激光器芯片采用边发射异面电极结构，在芯片封装时，需要将其烧结在载体上，用金丝将芯片的正极连接到微带上。激光器芯片本身的寄生电容和寄生电阻影响芯片的高速性能，异面电极结构的芯片虽然在工艺上更容易制备，但是寄生电容和寄生电阻会比较大。目前在测试过程中采用GSG探针，测试激光器的本征参数时，需要将芯片烧结在微带上才能测试，芯片的烧结过程中金丝的引入会带来寄生电阻和电感的影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于以上问题，本发明提出一种共面电极的边发射半导体激光器，用于解决上述技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
本发明提出一种共面电极的边发射半导体激光器，包括一衬底、两个N电极和一个P电极，所述P电极位于所述两个N电极的中间，其特征在于：
所述两个N电极的顶面与所述P电极的上表面位于同一水平面；
进一步地，在衬底与P电极之间自下而上还包括下限制层、有源层和上限制层。
进一步地，下限制层、有源层和上限制层等宽。
进一步地，两个N电极与所述下限制层、有源层、上限制层之间存在间隙，在所述间隙中具有第一绝缘层，第一绝缘层与下限制层、有源层、上限制层的侧面接触。
进一步地，两个N电极与衬底之间具有第二绝缘层，第二绝缘层与所述第一绝缘层之间具有间隙。
进一步地，第一绝缘层和第二绝缘层由苯并环丁烯构成。
进一步地，第二绝缘层靠近第一绝缘层的侧面为斜面，以使得第二绝缘层与第一绝缘层之间的间隙相对于衬底来说为下窄上宽。
进一步地，两个N电极位于第二绝缘层的上表面和斜面并延伸至位于第二绝缘层与第一绝缘层之间的间隙中的衬底的上表面，与所述第一绝缘层相接触。
进一步地，P电极位于上限制层上表面的中间位置，且上限制层的宽度大于P电极的宽度。
(三)有益效果
本发明提出的一种共面电极的边发射半导体激光器结构，具有以下有益效果：
1、本发明提出的共面电极的边发射半导体激光器结构，将边发射的半导体激光器的N电极制备在衬底的上表面，通过绝缘层将N电极制备在与P电极同一水平高度，形成共面电极结构，相比于异面电极结构的边发射半导体激光器，本发明减小了N极与P极的纵向距离，从而减小了芯片的寄生电容和寄生电阻；
2、本发明提出的共面电极的边发射半导体激光器结构，封装时可直接采用倒装焊技术，避免了金丝的使用，从而减小寄生电感；
3、本发明提出的共面电极的边发射半导体激光器结构中绝缘材料将N电极与下限制层、有源层和上限制层隔离，从而进一步减少寄生电容的产生；
4、本发明提出的共面电极的边发射半导体激光器结构由于寄生电容和寄生电阻的减小，从而提高了半导体激光芯片的调制速率，同时更容易实现半导体激光芯片的封装工作，适用于高速光电子发射器件。
附图说明
图1是本发明一实施例提出的共面电极的边发射半导体激光器结构的主视图；
图2是本发明一实施例提出的共面电极的边发射半导体激光器结构的立体图；
图3是本发明一实施例提出的共面电极的边发射半导体激光器结构的应用示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
光纤通信系统中，激光器芯片是光发射系统的核心部件。一般情况下，激光器芯片采用边发射异面电极结构，在芯片测试和封装时，需要将其烧结在载体上，用金丝将芯片的正极连接到微带上，但金丝会引入较大的寄生电感，且异面电极结构的芯片N极与P极的纵向距离较大，因此具有较大的寄生电容和寄生电感。
因此本发明提出了一种共面电极的边发射半导体激光器结构，包括一衬底、两个N电极和一个P电极，所述P电极位于两个N电极的中间，其特征在于：
两个N电极的顶面与P电极的上表面位于同一水平面；
在衬底与P电极之间自下而上还包括下限制层、有源层和上限制层，下限制层、有源层和上限制层等宽。
进一步地，所述下限制层、有源层和上限制层与两个N电极之间具有间隙，在此间隙中具有第一绝缘层，所述第一绝缘层与下限制层、有源层和上限制层的侧面接触。则第一绝缘层用于隔离N电极与下限制层、有源层和上限制层，从而进一步减少寄生电容的产生。
进一步地，P电极位于上限制层上表面的中间位置，且上限制层的宽度大于P电极的宽度。
进一步地，两个N电极与衬底之间具有第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层之间具有间隙，其中第二绝缘层靠近第一绝缘层的侧面为斜面，以使得第二绝缘层与第一绝缘层之间的间隙相对于衬底来说为下窄上宽，用于将N电极的顶面制备在与P电极同一水平高度。
进一步地，两个N电极位于第二绝缘层的上表面和斜面并延伸至位于第二绝缘层与第一绝缘层之间的间隙中的衬底的上表面，与第一绝缘层接触。
进一步地，上述衬底为III-V族材料或者硅材料，第一绝缘层和第二绝缘层的材料均由苯并环丁烯(BCB)构成，下限制层、有源层和上限制层的材料的选择与出射波长有关，根据不同的波长要求选择不同的材料；N电极和P电极材料应选择导电性能好、电阻率低的材料，一般为金属材料或合金，例如可选用紫铜或白金。
以下以1.55μm波长的激光器为例，对本发明提出的共面电极的边发射半导体激光器进行详细描述。
实施例
如图1、2所示，本实施例提出一种共面电极的边发射半导体激光器结构，包括衬底1、两个N电极2、下限制层3、有源层4、上限制层5、第一绝缘层6、第二绝缘层7和P电极8。
下限制层3位于衬底1的上表面的中间位置，有源层4位于下限制层3的上表面并与下限制层3等宽，上限制层5位于有源层4的上表面并与上限制层5等宽，第一绝缘层6位于下限制层3、有源层4和上限制层5的两侧并与其侧面接触；P电极8位于上限制层5的上表面的中间位置；第二绝缘层7位于衬底1的两侧，第二绝缘层7与第一绝缘层6之间具有间隙，且第二绝缘层7靠近第一绝缘层6的侧面为斜面，使得第二绝缘层7与第一绝缘层6之间的间隙相对于衬底来说为下窄上宽；两个N电极2位于第二绝缘层7的上表面和斜面并延伸至位于第二绝缘层7与第一绝缘层6之间的间隙中的衬底1的上表面，与第一绝缘层6接触，且两个N电极2位于第二绝缘层7上表面的部分与P电极位于同一水平面上，从而组成地-信号-地(GSG)结构。
本实施例以1.55μm波长的激光器为例，对共面电极的边发射半导体激光器结构中采用的材料进行描述。上述衬底1、下限制层3和上限制层5采用III-V族材料InP，有源层4采用InGaAsP材料，第一绝缘层6和第二绝缘层7采用苯并环丁烯(BCB)，两个N电极2和P电极8采用金属材料白金。
本实施例提出的共面电极的边发射半导体激光器结构，其工作过程中的连接关系如图3所示。将激光器芯片按图2结构制备成共面电极结构，出光面位于激光器的侧面，为边发射结构。将共面电极结构的激光器芯片和共面波导10共同烧结在热沉9上，通过金丝11将激光器芯片GSG结构和共面波导10连接，微波信号通过共面波导10加载在激光器芯片上，完成信号的电光转换。共面电极结构使得激光器芯片的寄生电容和寄生电阻减小，提高了芯片的调制速率；共面电极结构的激光器可直接压探针进行测试，无需再烧结在微带上，有利于芯片的测试，避免烧结过程中金丝引入的较大的寄生电感；共面电极结构的激光器芯片可直接采用倒装焊技术与共面波导10连接，消除金丝寄生电感的影响，提高器件性能。由于芯片为共面电极结构，芯片总厚度减小，从而减小了寄生电容和寄生电阻。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种共面电极的边发射半导体激光器，包括一衬底(1)、两个N电极(2)和一个P电极(8)，所述P电极(8)位于所述两个N电极(2)的中间，其特征在于：
所述两个N电极(2)的顶面与所述P电极(8)的上表面位于同一水平面。
2.如权利要求1所述的共面电极的边发射半导体激光器，其特征在于，在衬底(1)与P电极(8)之间自下而上还包括下限制层(3)、有源层(4)和上限制层(5)。
3.如权利要求2所述的共面电极的边发射半导体激光器，其特征在于，所述下限制层(3)、有源层(4)和上限制层(5)等宽。
4.如权利要求3所述的共面电极的边发射半导体激光器，其特征在于，所述两个N电极(2)与所述下限制层(3)、有源层(4)、上限制层(5)之间存在间隙，在所述间隙中具有第一绝缘层(6)，所述第一绝缘层(6)与下限制层(3)、有源层(4)、上限制层(5)的侧面接触。
5.如权利要求4所述的共面电极的边发射半导体激光器，其特征在于，所述两个N电极与衬底(1)之间具有第二绝缘层(7)，第二绝缘层(7)与所述第一绝缘层(6)之间具有间隙。
6.如权利要求5所述的共面电极的边发射半导体激光器，其特征在于，所述第一绝缘层(6)和第二绝缘层(7)由苯并环丁烯构成。
7.如权利要求5所述的共面电极的边发射半导体激光器，其特征在于，所述第二绝缘层(7)靠近第一绝缘层(6)的侧面为斜面，以使得所述第二绝缘层(7)与所述第一绝缘层(6)之间的间隙相对于衬底来说为下窄上宽。
8.如权利要求7所述的共面电极的边发射半导体激光器，其特征在于，所述两个N电极(2)位于第二绝缘层(7)的上表面和斜面并延伸至位于所述第二绝缘层(7)与所述第一绝缘层(6)之间的间隙中的衬底(1)的上表面，与所述第一绝缘层(6)相接触。
9.如权利要求2所述的共面电极的边发射半导体激光器，其特征在于，所述P电极(8)位于上限制层(5)上表面的中间位置，且上限制层(5)的宽度大于P电极(8)的宽度。
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