CN109149366A - 量子级联激光器和发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及量子级联激光器和发光装置。一种发光装置，包括：底座，所述底座包括安装面和端面，并且端面具有远离安装面的前边缘的上边缘；以及量子级联激光器，所述量子级联激光器被设置在前边缘和安装面上。量子级联激光器包括：激光器结构，所述激光器结构具有第一面和第二面；第一电极，所述第一电极位于第一面上；第二电极，所述第二电极位于第二面上；以及反射结构，所述反射结构位于激光器结构的第一端面上。反射结构包括：绝缘膜，所述绝缘膜具有在第一面上的第一端和在第二面上的第二端；以及金属膜，所述金属膜具有在第一面上的第一端和在第二面上的第二端。绝缘膜被设置在激光器结构与金属膜的第一端和第二端之间。

Description

量子级联激光器和发光装置

技术领域

本发明涉及量子级联激光器，和包括该量子级联激光器的发光装置。本申请要求于2017年6月19日提交的日本专利申请No.2017-119598、于2017年6月19日提交的日本专利申请No.2017-119596、于2017年6月22日提交的日本专利申请No.2017-122339、于2017年6月27日提交的日本专利申请No.2017-125267、于2017年6月27日提交的日本专利申请No.2017-125259、于2017年6月27日提交的日本专利申请No.2017-125264、和于2018年2月6日提交的日本专利申请No.2018-019201的优先权的权益，其通过引用整体地并入在本文中。

背景技术

非专利文献1(Applied Physics Letters,vol.89,251119,2006)公开一种量子级联激光器。

发明内容

根据本发明的一个方面的量子级联激光器包括：激光器结构，所述激光器结构包括在第一轴的方向上延伸的波导台面和安装该波导台面的衬底，激光器结构包括第一端面、第一面和第二面，波导台面在第一端面终止，并且第一面和第二面被布置在与第一轴的方向交叉的第二轴的方向上；第一电极，所述第一电极被设置在第一面上；第二电极，所述第二电极被设置在第二面上；以及反射结构，所述反射结构位于激光器结构上。激光器结构包括第一区、第二区和第三区，并且第一区、第二区和第三区被布置在第一轴的方向上。第一区具有端面，并且第三区被设置在第一区与第二区之间。激光器结构包括绝缘膜和金属膜。金属膜具有在第一区的第一面上的第一端和在第一区的第二面上的第二端，并且金属膜在第一电极、第二电极和第一端面上从其第一端延伸到其第二端。绝缘膜具有在第一区的第一面上的第一端和在第一区的第二面上的第二端，并且绝缘膜从其第一端延伸到其第二端，并且绝缘膜与第一端面接触。

根据本发明的另一方面的发光装置包括：底座，所述底座包括安装面和端面，底座具有在安装面上的导电层，并且端面具有远离安装面的前边缘的上边缘；以及量子级联激光器，所述量子级联激光器被设置在前边缘和安装面上。量子级联激光器包括：激光器结构，所述激光器结构具有在第一轴的方向上延伸的波导台面和安装该波导台面的衬底，激光器结构具有第一端面、第一面和第二面，波导台面在第一端面终止，并且第一面和第二面被布置在与第一轴的方向交叉的第二轴的方向上；第一电极，所述第一电极被设置在第一面上；第二电极，所述第二电极被设置在第二面上；以及反射结构，所述反射结构位于激光器结构上。激光器结构具有第一区、第二区和第三区。激光器结构的第一区、第二区和第三区被布置在第一轴的方向上。激光器结构的第一区具有端面。底座的安装面支撑激光器结构的第二区，并且在激光器结构中，第三区被设置在第一区与第二区之间。反射结构包括绝缘膜和金属膜。金属膜具有在第一区的第一面上的第一端和在第一区的第二面上的第二端，并且金属膜在第一电极、第一端面和第二电极上从其第一端延伸到其第二端。绝缘膜具有在第一区的第一面上的第一端和在第一区的第二面上的第二端。绝缘膜与第一端面接触并且从其第一端延伸到其第二端。绝缘膜被设置在激光器结构与金属膜的第一端和第二端之间。

附图说明

根据参考附图进行的本发明的优选实施例的以下详细描述，本发明的上述目的及其它目的、特征和优点将变得更显而易见。

图1是示出根据本实施例的发光装置的示意图。

图2是示出根据该实施例的发光装置的量子级联激光器的反射端的部分剖面示意图。

图3A是沿着图2中所示的线IIIa-IIIa截取的横截面图。

图3B是沿着图2中所示的线IIIb-IIIb截取的横截面图。

图4A是示出根据该实施例的量子级联激光器的发射端的部分剖面示意顶视图。

图4B是示出根据该实施例的量子级联激光器的发射端的部分剖面示意底视图。

图5A是示出用于制作根据该实施例的量子级联激光器的方法中的主要步骤的示意图。

图5B是示出根据该实施例的方法中的主要步骤的示意图。

图6A是示出根据该实施例的方法中的主要步骤的示意图。

图6B是示出根据该实施例的方法中的主要步骤的示意图。

图7A是示出根据该实施例的方法中的主要步骤的示意图。

图7B是示出根据该实施例的方法中的主要步骤的示意图。

图8A是示出根据该实施例的方法中的主要步骤的示意图。

图8B是示出根据该实施例的方法中的主要步骤的示意图。

图9是示出根据示例1的发光装置的横截面图。

图10是示出根据示例1的发光装置和量子级联激光器的示意平面图。

图11是示出根据示例2的发光装置和量子级联激光器的横截面图。

图12是示出根据示例2的发光装置和量子级联激光器的示意平面图。

图13是示出根据示例3的发光装置和量子级联激光器的横截面图。

图14是示出根据示例3的发光装置和量子级联激光器的示意平面图。

图15是示出根据示例4的发光装置和量子级联激光器的横截面图。

图16是示出根据示例4的发光装置和量子级联激光器的示意平面图。

图17是示出根据示例5的发光装置和量子级联激光器的横截面图。

图18是示出根据示例5的发光装置和量子级联激光器的示意平面图。

图19是示出根据示例6的发光装置和量子级联激光器的横截面图。

图20是示出根据示例7的发光装置和量子级联激光器的横截面图。

具体实施方式

包括在后端面上具有金属膜的反射结构的量子级联激光器使得能实现低阈值电流和从后端面散热。量子级联激光器也包括到达后端刻面的波导台面，并且金属膜与后端面接触在位于芯层上和之下的包覆层之间引起短路。在后端面与金属膜之间提供绝缘膜可防止金属膜与后端面接触。

量子级联激光器在激光器结构中具有波导台面，并且波导台面从分别被安装在激光器结构的顶侧和背侧上的第一电极和第二电极接收载流子。

绝缘膜和金属膜被布置成在量子级联激光器的后端面上形成结构，并且此结构可以在对量子级联激光器施加电力时使量子级联激光器短路。本发明人的观察结果发现，绝缘体和金属层的沉积材料形成在激光器结构上的第一电极和第二电极上，并且意外地造成第一电极与第二电极之间的短路。

本发明的一个方面的目的是为了提供具有可减少在具有金属膜的后端面上的金属膜与激光器结构的第一和第二电极之间发生短路的结构的量子级联激光器。本发明的另一方面的目的是为了提供包括底座和安装在该底座上的量子级联激光器的发光装置。

将在下面给出根据目前上述方面的实施例的描述。

根据实施例的发光装置包括：(a)底座，所述底座包括安装面和端面，底座具有在安装面上的导电层，并且端面具有远离安装面的前边缘的上边缘；以及(b)量子级联激光器，所述量子级联激光器被设置在前边缘和安装面上。量子级联激光器包括：激光器结构，所述激光器结构具有在第一轴的方向上延伸的波导台面和安装该波导台面的衬底，激光器结构具有第一端面、第一面和第二面，波导台面在第一端面终止，并且第一面和第二面被布置在与第一轴的方向交叉的第二轴的方向上；第一电极，所述第一电极被设置在第一面上；第二电极，所述第二电极被设置在第二面上；以及反射结构，所述反射结构位于激光器结构上。激光器结构具有第一区、第二区和第三区。激光器结构的第一区、第二区和第三区被布置在第一轴的方向上。激光器结构的第一区具有端面。底座的安装面支撑激光器结构的第二区，并且在激光器结构中，第三区被设置在第一区与第二区之间。反射结构包括绝缘膜和金属膜。金属膜具有在第一区的第一面上的第一端和在第一区的第二面上的第二端，并且金属膜在第一电极、第一端面和第二电极上从其第一端延伸到其第二端。绝缘膜具有在第一区的第一面上的第一端和在第一区的第二面上的第二端。绝缘膜与第一端面接触并且从其第一端延伸到其第二端。绝缘膜被设置在激光器结构与金属膜的第一端和第二端之间。

发光装置为底座提供远离其端面的上边缘的安装面，并且底座的安装面支撑激光器结构的第二区而不支撑第三区。此支撑可使反射结构的金属膜与安装面上的导电层分离。

量子级联激光器的反射结构被设置在激光器结构上，并且是为腔而提供的。反射结构包括金属膜和绝缘膜，并且也在第一区的第一面和第二面上提供这些膜。

具体地，反射结构的金属膜具有在第一端面上具有主要部分以及分别位于第一区的第一面和第二面上的第一部分和第二部分的结构。形成邻接金属膜的主要部分的第一部分和第二部分可为主要部分提供期望的厚度。

绝缘膜位于激光器结构与金属膜的第一边缘和第二边缘之间，并且与第一端面接触。具体地，在绝缘膜中，主要部分位于第一端面上并且与第一端面接触，而第一部分和第二部分分别位于第一区的第一面和第二面上，以便邻接主要部分。形成与主要部分连续的第一部分和第二部分可提供到不仅主要部分而且第一部分和第二部分的期望的厚度，以防止金属膜与第一端面接触。

绝缘膜分别被设置在金属膜的第一边缘和第二边缘与激光器结构的第一面和第二面之间，以防止金属膜覆盖绝缘膜的第一边缘和第二边缘。覆盖的这种预防可可靠地使金属膜与量子级联激光器的第一电极和第二电极分离。

根据实施例的量子级联激光器包括：(a)激光器结构，所述激光器结构包括在第一轴的方向上延伸的波导台面和安装该波导台面的衬底，激光器结构包括第一端面、第一面和第二面，波导台面在第一端面终止，并且第一面和第二面被布置在与第一轴的方向交叉的第二轴的方向上；(b)第一电极，所述第一电极被设置在第一面上；(c)第二电极，所述第二电极被设置在第二面上；以及(d)反射结构，所述反射结构位于激光器结构上。激光器结构包括第一区、第二区和第三区，并且第一区、第二区和第三区被布置在第一轴的方向上。第一区具有端面，并且第三区被设置在第一区与第二区之间。激光器结构包括绝缘膜和金属膜。金属膜具有在第一区的第一面上的第一端和在第一区的第二面上的第二端，并且金属膜在第一电极、第二电极和第一端面上从其第一端延伸到其第二端。绝缘膜具有在第一区的第一面上的第一端和在第一区的第二面上的第二端，并且绝缘膜从其第一端延伸到其第二端，并且绝缘膜与第一端面接触。

量子级联激光器可为光腔提供激光器结构上的反射结构。反射结构的金属膜和绝缘膜两者都形成在第一区的第一面和第二面上。

具体地，反射结构的金属膜具有在第一端面上具有带第一端面上的主要部分以及分别在第一区的第一面和第二面上的第一部分和第二部分的结构。具体地，在金属膜中，形成与主要部分连续的第一部分和第二部分允许主要部分具有期望的厚度。

绝缘膜与第一端面接触，并且位于激光器结构与金属膜的第一边缘和第二边缘之间。绝缘膜具有与第一端面接触并且在第一端面上的主要部分，并且具有分别在第一区的第一面和第二面上邻接主要部分的第一部分和第二部分。形成与主要部分连续的第一部分和第二部分可为第一部分和第二部分及主要部分提供相应期望的厚度以防止金属膜与第一端面接触。

在量子级联激光器中，绝缘膜位于激光器结构与激光器结构的第一面和第二面上的金属膜的第一边缘和第二边缘之间以防止金属膜覆盖绝缘膜的第一边缘和第二边缘，使得反射结构使金属膜与其第一电极和第二电极分离。

在根据实施例的发光装置中，底座的端面沿着和第一轴交叉的参考平面延伸，并且量子级联激光器不延伸超过参考平面。

发光装置允许量子级联激光器相对于参考平面在内部，从而防止量子级联激光器意外损坏。

在根据实施例的发光装置中，激光器结构具有与第一端面相反的第二端面，底座具有从安装面突出的突出部，并且突出部定位量子级联激光器的第二端面。

在发光装置中，将量子级联激光器定位到其第二端面使得有可能准确地确定第二端面相对于底座的位置。

在根据实施例的发光装置中，第二电极与衬底接触，并且具有远离第一端面的下边缘的端部。

发光装置允许第二电极远离第一端面。

在根据实施例的发光装置中，底座在安装面的前端处具有级差，并且凹面从端面的上边缘延伸到级差的底部，底座在级差处具有侧端面，并且侧端面延伸以将安装面连接到凹面，并且凹面远离反射结构。

发光装置允许底座的凹面在第一轴的方向上从端面的上边缘延伸到被定位在安装面的端部处的级差的侧端面，从而使量子级联激光器的反射结构与底座上的导电层分离。

在根据实施例的发光装置中，底座的导电层被设置在侧端面上。

发光装置为级差的侧端面提供导电层以防止安装面上的焊接材料到达反射结构。

在根据实施例的发光装置中，底座具有一个或多个凹槽，所述安装面终止于所述凹槽并且，所述凹槽在与第一轴和第二轴的方向交叉的第三轴的方向上延伸；底座具有被布置在第一轴的方向上的第一区、第二区和第三区；底座的第一区具有端面；底座的第二区具有安装面；并且底座的第三区具有一个或多个凹槽；在底座中，第二区被设置在第一区与第二区之间，并且底座在其第一区和第二区上支撑量子级联激光器。

发光装置为底座提供凹槽，凹槽可使底座的第一区和第二区彼此分离，使得底座在其第一区和第二区上支撑量子级联激光器，而不用在底座的第三区上支撑量子级联激光器。

根据实施例的发光装置还包括将量子级联激光器的第二电极固定到导电层的焊接材料。

发光装置允许底座使导电层上的焊接材料与反射结构分离。

在根据实施例的发光装置中，焊接材料包括AuSn、Sn、SnPb、AgSn、In或Ag膏中的至少一种。

发光装置可使用上面提及的焊接材料。

在根据实施例的发光装置中，底座包括AlN、CuW、CuMo或金刚石中的至少一种。

发光装置可使用上述的底座材料。

根据实施例的发光装置还包括载体，所述载体安装底座并且被管芯接合到底座。

在发光装置中，底座可以被管芯接合到载体。

在根据实施例的发光装置中，载体包括Cu、CuW、Fe合金或黄铜中的至少一种。

在发光装置中，载体可以由上述的材料制成。

在根据实施例的发光装置和量子级联激光器中，绝缘膜包括SiO₂、SiON、SiN、氧化铝、BCB或聚酰亚胺中的至少一种。

在发光装置和量子级联激光器中，绝缘膜可由上述的材料制成。

在根据实施例的发光装置和量子级联激光器中，金属膜包括Au。

在发光装置和量子级联激光器中，金属膜可以由金制成。

可通过参考作为示例而示出的附图考虑以下详细描述容易地理解本发明的教导。参考附图，将在下面描述根据本发明的发光装置、量子级联激光器以及用于制作量子级联激光器的方法。为了方便理解，相同的附图标记在可能的情况下用于标明为这些图所共有的相同的元件。

图1是示出根据本实施例的发光装置的示意图。图2是示出根据本实施例的发光装置和量子级联激光器的反射端的部分剖面示意图。图3A是沿着图2中所示的线IIIa-IIIa截取的横截面图。图3B是沿着图2中所示的线IIIb-IIIb截取的横截面图。图4A和图4B是各自示出根据该实施例的量子级联激光器的发射端的部分剖面示意图。

参考图1，发光装置11包括量子级联激光器13和底座15。量子级联激光器13被设置在底座15上。

参考图1、图2、图3A、图3B、图4A和图4B，量子级联激光器13包括激光器结构17、第一电极19、第二电极21和反射结构23。激光器结构17包括在第一轴Ax1的方向上延伸的波导台面25、安装波导台面25的衬底27、第一端面29和第二端面31。第一端面29和第二端面31被布置在第一轴Ax1的方向上。波导台面25在第一端面29处终止，并且在该实施例中，波导台面25从第二端面31延伸到第一端面29。激光器结构17具有第一面17a和第二面17b，并且第一面17a和第二面17b被布置在与第一轴Ax1的方向交叉的第二轴Ax2的方向上，并且在第一轴Ax1的方向上延伸。第一电极19和第二电极21分别被设置在第一面17a和第二面17b上，并且具体地，与第一面17a和第二面17b接触。激光器结构17包括被布置在第一轴Ax1的方向上的第一区17c、第二区17d和第三区17e。第三区17e被设置在第一区17c与第二区17d之间。第一区17c包括第一端面29，并且第二区17d可以包括第二端面31。

反射结构23被设置在激光器结构17上。具体地，反射结构23被设置在不是第二端面31而是第一端面29上。反射结构23包括金属膜33和绝缘膜35。

金属膜33具有在第一区17c的第一面17a上的第一边缘33a和在第一区17c的第二面17b上的第二边缘33b。金属膜33经由第一端面29从第一电极19上的第一边缘33a连续地延伸到第二电极21上的第二边缘33b。

绝缘膜35具有在第一区17c的第一面17a上的第一边缘35a和在第一区17c的第二面17b上的第二边缘35b，并且从第一边缘35a向第二边缘35b继续。绝缘膜35位于激光器结构17与金属膜33的第一边缘33a和第二边缘33b之间。

量子级联激光器13可为光腔提供激光器结构17上的反射结构23。反射结构23被提供有金属膜33和绝缘膜35，并且允许绝缘膜35接触与第一端面29并且被设置在激光器结构17与金属膜33的第一边缘33a和第二边缘33b之间。金属膜33在第一端面29上具有主要部分33c，并且具有分别被设置在第一面17a和第二面17b上的第一部分33d和第二部分33e。形成第一部分33d和第二部分33e以便邻接主要部分33c可为金属膜33的主要部分33c提供期望的厚度。

绝缘膜35具有与第一端面29接触的主要部分35c，并且具有分别被设置在第一区17c的第一面17a和第二面17b上的第一部分35d和第二部分35e，第一区17c的第一面17a和第二面17b连接到主要部分35c。形成第一部分35d和第二部分35e以便邻接主要部分35c可为主要部分35c提供期望的厚度，从而可靠地防止金属膜33与第一端面29接触。绝缘膜35被设置在第一面17a和第二面17b上并且在激光器结构17与第一边缘33a和第二边缘35b之间，以防止金属膜33覆盖绝缘膜35的第一边缘35a和第二边缘35b，并且因此可使反射结构23的金属膜33与第一电极19和第二电极21分离。

再次参考图1，底座15包括基部15a和基部15a上的导电层15b。基部15a具有安装导电层15b的安装面15c和端面15d。端面15d具有远离安装面15c的前边缘15e的上边缘15f。安装面15c的前边缘15e和端面15d的上边缘15f被布置在第一轴Ax1的方向上。

底座15在安装面15c上支撑激光器结构17的第二区17d，但是不支撑激光器结构17的第三区17e。

发光装置11为底座15提供远离端面15d的上边缘15f的安装面15c，使得底座15在安装面15c上支撑第二区17d，而不支撑第三区17e。此支撑可使反射结构23的金属膜33与安装面15c上的导电层15b分离。

量子级联激光器13被提供有用于激光器结构17上的谐振器的反射结构23。反射结构23中的金属膜33和绝缘膜35可以被设置在第一区17c的第一面17a和第二面17b中的每一个上。

具体地，反射结构23也为金属膜33提供主要部分33c、第一部分33d和第二部分33e。主要部分33c被设置在第一端面29上，并且第一部分33d和第二部分33e分别被设置在第一区17c的第一面17a和第二面17b上，并且在其之间邻接主要部分33c。形成邻接主要部分33c的第一部分33d和第二部分33e可为主要部分33c提供期望的厚度。绝缘膜35被设置在第一端面29上并且在激光结构17与金属膜33的第一边缘33a和第二边缘33b之间。具体地，绝缘膜35被提供有主要部分35c、第一部分35d和第二部分35e。主要部分35c被设置在第一端面29上并且与第一端面29接触，并且第一部分35d和第二部分35e与第一区17c的第一面17a和第二面17b接触并其在其之间邻接主要部分35c。形成邻接主要部分35c的第一部分35d和第二部分35e可为主要部分35c提供期望的厚度，并且也可为第一部分35d和第二部分35e及主要部分35c提供相应期望的厚度，从而可靠地防止金属膜33与第一端面29接触。

此外，在第一面17a和第二面17b上，绝缘膜35被设置在激光器结构17与金属膜33的第一边缘33a和第二边缘33b之间以防止金属膜33到达并覆盖绝缘膜35的第一边缘35a和第二边缘35b，从而可靠地使金属膜33与量子级联激光器13的第一电极19和第二电极21分离。

绝缘膜35可以包括SiO₂、SiON、SiN、氧化铝、苯并环丁烯(BCB)或聚酰亚胺中的至少一种。发光装置11可使用包括这些绝缘材料的绝缘膜35。这些绝缘体可为绝缘膜35提供极好的耐久性和绝缘。可通过用于形成膜的方法诸如溅射、CVD和旋涂容易地形成这些介质膜。

金属膜33可以包括金。发光装置11可包括金的金属膜33。可例如通过气相沉积来形成金膜。

发光装置11还可以包括焊接材料37，所述焊接材料37可将量子级联激光器13的第二电极21固定到底座15的导电层15b。发光装置11可使导电层15b上的焊接材料37与反射结构23分离。

底座15具有基部15a，所述基部15a可以包括AlN、CuW、CuMo或金刚石中的至少一种。发光装置11可使用包括上面提及的底座材料的底座15。必要时，底座15可以在导电基部15a上具有绝缘膜，并且绝缘膜为安装顶面15c提供绝缘性质。焊接材料37可以包括AuSn、Sn、SnPb、AgSn、In或银膏中的至少一种。发光装置11可使用上述的焊接材料。

发光装置11还可以包括载体39，所述载体39可以安装底座15。底座15可以被管芯接合到载体39。载体39可包括Cu、CuW、Fe合金和黄铜中的至少一种。发光装置11可使用上述的载体材料。

参考图2、图3A和图3B，在量子级联激光器13中，波导台面25包括芯层25a、下包覆层25b和上包覆层25c，并且还可以包括接触层25d。量子级联激光器13可具有法布里-珀罗型。可替选地，量子级联激光器13可具有分布式反馈型并且包括衍射光栅层25e。衍射光栅层25e具有限定量子级联激光器13的激射波长的周期性结构。在本实施例中，波导台面25包括被顺序地布置在衬底27的主表面27a上的下包覆层25b、芯层25a、衍射光栅层25e、上包覆层25c和接触层25d。量子级联激光器13可以包括嵌入波导台面25的侧面并且用作电流阻挡层的半导体嵌入区域26，并且半导体嵌入区域26可以由未掺杂的和/或半绝缘的半导体形成。第一电极19被设置在半导体嵌入区域26和波导平台25上，并且第二电极21被设置在衬底27的背面27b上。衬底27可以包括例如导电半导体衬底。

在本实施例中，发光装置11可以在第二端面31上具有使得能实现端面反射比控制的保护膜或端面膜38，并且可借此发射激光束L。可替选地，发光装置11可直接地从未被提供有端面膜38的第二端面31发射激光束L。

在反射结构23中，如图4A中所示，金属膜33在第一边缘33a处具有厚度T33U，并且厚度T33U例如是10nm或更大。绝缘膜35在第一边缘35a处具有厚度T35U，并且厚度T35U例如是20nm或更大。金属膜33的第一边缘33a与绝缘膜35的第一边缘35a之间的上间隔EXTU例如是10至100nm。

如图4B中所示，金属膜33在第二边缘33b处具有厚度T33D，并且厚度T33D例如是10nm或更大。绝缘膜35在第二边缘35b处具有厚度T35D，并且厚度T35D例如是20nm或更大。金属膜33的第二边缘33b与绝缘膜35的第二边缘35b之间的下间隔EXTD在例如10至100nm的范围内。

在反射结构23中，金属膜33在第一端面29上具有厚度T33F，并且厚度T33F在例如50至200nm的范围内。足够大的厚度T33U和T33D允许金属膜33在第一端面29上具有期望的厚度T33F。绝缘膜35在第一端面29上具有厚度T35F，并且厚度T35F在例如100至300nm的范围内。足够大的厚度T35U和T35D可在第一端面29上提供期望的厚度T35F。

将参考图5A至图8B描述用于制作量子级联激光器13的方法。为了容易地理解，在可能的情况下，将在下面关于制作方法的描述中使用用于量子级联激光器13的附图标记。

如图5A中所示，衬底产品SP被制备。在本实施例中，衬底产品SP包括支撑件(衬底27)、在该支撑件上延伸的多个波导台面25、嵌入波导台面25的半导体嵌入区域26以及上电极层(用于第一电极19)和用于下电极(用于第二电极21)的连续膜。衬底产品SP包括可提供四个激光棒LDB的器件部分的阵列。衬底产品SP使用诸如晶体生长、光刻、蚀刻、再生长的半导体工艺来制成，并且由晶片产品产生。

如图5A中所示，衬底产品SP通过劈开被划分成激光棒LDB1。每个激光棒LDB1具有包括例如十二个器件部分的一维阵列。

如图6A中所示，用于绝缘膜35的沉积被应用于第一端面29。为了将第一边缘35a和第二边缘35b定位在激光棒上，使用上保护器PTU和下保护器PTD。上保护器PTU和下保护器PTD被定位到激光棒LDB1以便覆盖第一电极19和第二电极21并且以便不用上保护器PTU和下保护器PTD覆盖激光器结构17的第一区。上保护器PTU和下保护器PTD既不覆盖激光棒LDB1的第一端面29也不覆盖激光器结构17的第一区17c中的第一电极19和第二电极21。在上保护器PTU和下保护器PTD附接到激光棒LDB1之后，用于绝缘膜35的助熔剂F35被供应为激光器结构17的第一端面29以形成绝缘膜35的沉积材料。如此沉积的绝缘膜35被设置在不仅第一端面29上而且在第一区17c上的第一电极19和第二电极21上。

如图6B中所示，上保护器PTU和下保护器PTD被从激光棒LDB1去除以获得包括具有位于相应期望的位置处的第一边缘35a和第二边缘35b的绝缘膜35的激光棒LDB。

如图7A中所示，对第一端面29应用下一个沉积工艺在其上形成金属膜33。为了为绝缘膜35提供第一边缘33a和第二边缘33b，使用上保护器PTU和下保护器PTD。上保护器PTU和下保护器PTD与激光棒LDB1对准以便分别覆盖在激光棒LDB1上提供有第一边缘35a和第二边缘35b的第一部分35d和第二部分35e的期望部分，使得用上保护器PTU和下保护器PTD覆盖绝缘膜35以及第一电极19和第二电极21的端部防止用于金属膜33的金属沉积在绝缘膜35的端部上。但是，上保护器PTU和下保护器PTD被对准成不覆盖第一端面29上的绝缘膜35和激光器结构17的第一区上的绝缘膜35的部分，并且绝缘膜35的这些部分排除第一电极19和第二电极21上的第一边缘35a和第二边缘35b。

如图7A中所示，在上保护器PTU和下保护器PTD被再次安装到激光棒LDB1之后，用于金属膜33的助熔剂F33被供应到激光器结构17的第一端面29以形成金属膜33的沉积材料。如此沉积的金属膜33被不仅设置在第一端面29上，而且设置在第一区17c的第一面17a和第二面17b上。

如图8A中所示，上保护器PTU和下保护器PTD被从激光棒LDB1去除以获得激光棒LDB1，所述激光棒LDB1包括在相应期望的位置处在绝缘膜35上具有第一边缘33a和第二边缘33b的金属膜33。

必要时，如图8B中所示，对第二端面31应用沉积工艺在其上形成端面膜38。在将上保护器PTU和下保护器PTD附接到激光棒LDB1之后，助熔剂F38被供应到激光器结构17的第二端面31以形成端面膜38的沉积材料。此后，将上保护器PTU和和下保护器PTD被从激光棒LDB1去除以获得在其上具有绝缘膜35和金属膜33的激光棒LDB1。激光棒LDB1在器件部分的边界处被划分成半导体芯片，即，量子级联激光器13，每个半导体芯片均包括反射结构23。

(示例1)

将参考图9和图10描述根据第一实施例的量子级联激光器13。图9是沿着图10的线IX-IX截取的横截面图。衬底27是导电的并且可以包括例如n型InP衬底。发射中红外激光的量子级联激光器的半导体层各自具有与InP的晶格常数匹配或接近的晶格常数的半导体材料。InP的半导体衬底可为这些半导体层提供其极好的晶体质量。InP可透中红外光，并且此InP衬底可用作下包覆层区域。半导体衬底被用于晶体生长，诸如分子束外延和有机金属气相外延。

下包覆层25b和上包覆层25c可以包括对中红外光透明的n-InP。InP的下包覆层25b和上包覆层25c与InP衬底晶格匹配。InP是二元混合晶体，所述二元混合晶体在InP衬底上使得能实现极好的晶体生长。此外，InP在可用于中红外量子级联激光器的半导体材料当中具有最大的热导率以使得InP的包覆层能够辐射来自芯层25a的热量，从而为量子级联激光器带来改进的温度特性。

芯层25a具有单元结构的堆叠，每个单元结构包括有源层和注入层，并且具体地，有源层和注入层被交替地布置以形成多个级。有源层和注入层中的每一个均包括超晶格结构，所述超晶格结构具有被交替地堆叠的多个量子阱层和多个势垒层。每个量子阱层是厚度为几个纳米的薄膜，以及每个势垒层是具有几个纳米的薄膜并且具有比量子阱层的带隙高的带隙。量子级联激光器在具有导带的上级和下级的子带结构的有源层中使用单种载流子，例如电子，所述导带允许子带间跃迁以发射中红外光，并且在光腔中放大如此发射的光。如从上述描述看到的，子带间跃迁可发射中红外波长光。芯层25a包括超晶格结构，和已跃迁以通过子带间跃迁在上游有源层的导带中产生光电发射的电子流入注入层，并且注入层可将如此跃迁的电子平滑地注入到下游有源层中。在下游有源层中，如此注入的电子跃迁以通过子带间跃迁产生光电发射。跃迁和注入的交替过程允许量子级联激光器产生激光。量子阱层可包括例如GaInAs和GaInAsP，并且势垒层可包括AlInAs。为量子阱层和势垒层提供这些材料的超晶格结构的有源层允许该单元结构在上层和下层之间具有能量差，所述能量差使得能在例如3至20微米的中红外波长中实现光跃迁。

如果需要，量子级联激光器被提供有接触层25d。接触层25d由具有使得能实现与第一电极19的极好欧姆接触的小带隙、与InP衬底晶格匹配的材料制成，并且可以包括例如n-GaInAs。

衍射光栅层25e为量子级联激光器13a提供分布式反馈结构。衍射光栅层25e具有在第一轴Ax1的方向上延伸的通过蚀刻而形成的衍射光栅结构。该衍射光栅结构使得能在与周期P相关联的布拉格波长下实现单模振荡。衍射光栅层25e可以包括高折射率半导体，例如未掺杂的或n型GaInAs，其可为衍射光栅层25e提供大耦合系数。

半导体嵌入区域26为量子级联激光器13提供埋入异质结构。半导体嵌入区域26用作包括高电阻的未掺杂的或半绝缘的半导体的电流阻挡层，并且将载流子限制到波导台面25中。半绝缘的半导体是通过用过渡金属诸如Fe、Ti、Cr或Co掺杂III-V族化合物半导体而形成的，并且特别地，Fe被用作掺杂剂。向宿主半导体添加过渡金属允许半绝缘的半导体对电子具有例如10⁵(Ωcm)或更大的高电阻。如果可能的话，电流阻挡层可使用未掺杂的III-V化合物半导体而不是半绝缘的半导体。未掺杂的或半绝缘的半导体嵌入层由诸如InP、GaInAs、AlInAs、GaInAsP和AlGaInAs的宿主化合物半导体产生。这些半导体与InP晶格匹配。

第一电极19和第二电极21可以包括例如Ti/Au、Ti/Pt/Au或Ge/Au。

如果需要，量子级联激光器13被提供有光限制区域，所述光限制区域可被设置在芯层25a上方或下方，或者兼而有之以增强将光传播到芯层25a中的光限制。光限制区域可以包括高折射率的与InP晶格匹配的半导体，并且包括例如未掺杂的或n型GaInAs。

用诸如Si、S、Sn和Se的n型掺杂剂掺杂半导体可为半导体提供n型导电性。

量子级联激光器13可被提供有高台面结构，所述高台面结构包括覆盖没有半导体嵌入区域26的波导台面25的侧面的介质绝缘膜。该介质绝缘膜用作电流限制结构，并且可被提供有硅基无机绝缘膜，诸如SiO₂、SiON或SiN。

参考图9和图10，将描述根据示例1的发光装置。量子级联激光器13被定位在底座15的导电层15b上至底座15的端面15d(标记)，使得量子级联激光器13具有反射结构23所在的其后端在第一轴Ax1的方向上与标记对准。前边缘15e相对于端面15d缩回SB量，例如，100至200nm。

为了在第一电极19和第二电极21上为绝缘膜35和金属膜33提供相应的足够厚度，第一区17c的长度即第一长度L1例如是100nm或更小，并且为了在第一电极19和第二电极21上提供具有期望涂层的绝缘膜35和金属膜33，第一长度L1可以是例如20nm或更大。

在底座15中，安装面15c被提供有前边缘15e，所述前边缘15e相对于端面15d的上边缘15f缩回量SB，从而在端面15d与前边缘15e之间形成凹部。在本实施方式中，底座15具有在安装面15c的前缘15e处具有级差的阶梯部分STP，以及在第一轴Ax1的方向上从端面15d的上边缘15f延伸到台阶STP的下端的凹面15g。阶梯部分STP具有从安装面15c延伸到凹面15g的侧端面15h。此底座15可使量子级联激光器13的远离凹面15g的反射结构23分离。

发光装置11为底座15提供凹面15g，所述凹面15g在第一轴Ax1的方向上从前边缘15e处的阶梯部分STP的侧端面15h延伸到端面15d的上边缘15f，并且底座15可使量子级联激光器13的反射结构23与其导电层15b分离。为了使得能实现可靠的绝缘，反射结构23的第二边缘(例如，第二边缘33b和35b)与与第二电极21接合的焊接材料37的端部之间的间隔(第三区17e的宽度)可以是例如10nm或更大，并且此间隔可以是例如100nm或更小，从而提供适当的载流子路径、底座15与量子级联激光器13之间的接合强度和/或底座中的散热路径。

底座15可以被提供有从安装面15c的前边缘15e延伸到端面15d的上边缘15f的倾斜表面、或者通过凹面15g和侧端面15h限定的阶梯部分STP。

(示例2)

参考图11和图12，将在下面描述根据第二实施例的发光装置。图11是沿着图12中所示的线XI-XI截取的横截面图。在根据第二实施例的发光装置11中，底座15具有凹槽GV，所述凹槽GV在与第一轴Ax1及第二轴Ax2交叉的第三轴Ax3的方向上延伸并且终止安装面15c。凹槽GV通过终止安装面15c的台阶STP和在第三轴Ax3的方向上延伸的壁部WLL来限定。具体地，凹槽GV通过侧面15h、凹面15g和壁侧面15i来限定。在本实施例中，壁部WLL形成端面15d。

底座15包括被布置在第一轴Ax1的方向上的第一区R1、第二区R2和第三区R3，并且第三区R3被设置在第一区R1与第二区R2之间。第一区R1被提供有端面15d；第二区R2包括安装面15c；并且第三区R3包括凹槽GV。底座15的第一区R1和第二区R2支撑量子级联激光器13，而第三区R3不支撑量子级联激光器13。

发光装置11可为底座15提供使得底座15的第一区R1和第二区R2能够支撑量子级联激光器13的凹槽GV。在第一区R1中支撑量子级联激光器13提供为在第一端面29附近的芯层25a提供散热路径。在第一区R1中支撑量子级联激光器13也可改进在第一端面29附近的量子级联激光器13的机械强度，从而增强量子级联激光器13对抗震动(例如振动和落下)的耐久性。底座在第三区R3中被提供有凹槽GV，并且不在第三区R3中支撑量子级联激光器，所述第三区R3使导电层15b上的焊接材料37分离。具体地，焊接材料37与第一区R1上的金属膜33接触，并且通过绝缘膜35与第二电极21绝缘。焊接材料37使底座15的导电层15b与第二区R2上的第二电极21接触。

量子级联激光器13被提供有在第一轴Ax1的方向上与底座15的端面15d(标记)对准的安装反射结构23的后端，使得量子级联激光器13被定位到导电层15b。

(示例3)

将参考图13和图14描述根据第三实施例的发光装置。图13是沿着图14中所示的线XIII-XIII截取的截面图。根据第三实施例的发光装置11为底座15提供凹槽GV，所述凹槽GV在第三轴Ax3的方向上延伸并且终止安装面15c。凹槽GV具有一个或多个分割壁MDW。分割壁MDW各自在第三轴Ax3的方向上延伸并且不支撑量子级联激光器13。底座15的导电层15b未被设置在分割壁MDW的上面上。分割壁MDW可防止底座15的第一区R1和第二区R2上的焊接材料37意外地桥接凹槽GV。第一区R1和第二区R2可为量子级联激光器13提供通过焊接材料37的相应耗散路径。

量子级联激光器13被在第一轴AX1的方向上定位在导电层15b上至底座15在其后端处的端面15d(标记)，所述后端被提供有反射结构23。

(示例4)

将参考图15和图16描述根据第四实施例的发光装置。根据第四实施例的量子级联激光器13可以在第二区17d与第三区17e之间的边界处具有突出部41。突出部41被提供在第一电极19上并且可以在第三轴Ax3的方向上从量子级联激光器13的一个侧面延伸到另一个侧面。量子级联激光器13被提供有突出部41，所述突出部41可被定位到底座15的导电层15b上的安装面15c的前边缘15e(侧端面15h)。突出部41可以包括介质材料，诸如SiO₂、SiON、SiN、氧化铝、苯并环丁烯(BCB)和聚酰亚胺。此示例中的突出部41是器件表面上的示例性对准标记，但是本发明不限于此。可在量子级联激光器13中使用其它标记，包括通过蚀刻上电极而形成的凹图案。然而，必要时，量子级联激光器13可以与底座15在安装反射结构23的其后端处的端面15d(标记)对准，以将量子级联激光器13定位到底座15的导电层15b。

底座15的端面15d沿着参考平面REF延伸，并且量子级联激光器13不突出超过参考平面REF。发光装置11使量子级联激光器13相对于参考平面REF缩回，从而降低意外损坏的可能性。SB的缩回量与凹面15g的长度无关。

根据第一至第三实施例和以下实施例的量子级联激光器13各自可以具有根据第四实施例的突出部41。

(示例5)

参考图17和图18，将在下面描述根据第五实施例的发光装置。图17是沿着图18中所示的线XVII-XVII截取的截面图。在根据第五实施例的发光装置11中，底座15包括相对于安装面15c升高的突出部15j。突出部15j具有比量子级联激光器13的芯层的高度足够低的高度，并且例如低于衬底27的主表面27a的高度。突出部15j被在第一轴Ax1的方向上定位到第二端面31，所述第二端面31与量子级联激光器13的第一端面29相反。在发光装置11中，利用第二端面31定位量子级联激光器13准确地确定第二端面31相对于底座15的位置。在本实施方式中，突出部15j被设置在位于端面15d的相反侧的另一端15k。

根据第一至第三实施例和后续实施例的底座15可使用根据第五实施例的突出部15j。

(示例6)

将参考图10和图19描述根据第六实施例的发光装置。图19是沿着图10中所示的线IX-IX截取的截面图。在根据示例6的发光装置11中，量子级联激光器13的第二电极21与衬底27的背面27b接触，并且具有远离第一端面29的下端29d的边缘21a。具体地，第二电极21被设置在激光器结构17的第二区17d中的第二面17b上，而未被设置在第一区17c和第三区17e中的第二面17b上。在发光装置11中，第二电极21可以不到达第一端面29。

反射结构23与第二电极21的边缘21a分离，并且具体地，边缘21a远离反射结构23的绝缘膜35和金属膜33的第二边缘35b和33b。绝缘膜35与第二面17b接触并且可使金属膜33与第二面17b(衬底27的背面27b)绝缘。第二电极21的边缘21a与反射结构23的第二边缘(即，第二边缘33b和第二边缘35b)之间的间隔可以是例如10nm或更大，这确保电绝缘，并且可以是100nm或更小，这可为载流子提供流动路径。

根据示例1至5和后续示例的量子级联激光器13可使用根据示例6的第二电极21。

(示例7)

参考图20，将在下面描述根据第七示例的发光装置。在根据第七实施例的发光装置11中，底座15的导电层15b经由前边缘15e从安装面15c延伸到侧端面15h。导电层15b允许导电层15b上的过量熔融焊料沿着导电层流动。侧端面15h上的导电层15b可从安装面去除过量熔融焊料的一部分。此去除可阻止将量子级联激光器13和导电层15b彼此接合的焊接材料37到达反射结构23。

根据第一至第六实施例的量子级联激光器13可使用根据第七实施例的第二电极21。

底座15和量子级联激光器13不限于上面在实施例中描述的具体示例。

上述实施例阻止底座15上的焊接材料37与用于端面上的高反射的金属膜33接触，从而避免通过反射结构23中的金属膜33短路。

在本发明的优选实施例中描述并图示了本发明的原理后，本领域的技术人员应了解的是，在不脱离此类原理的情况下，可在布置和细节上修改本发明。我们因此要求保护落入以下权利要求的精神和范围内的所有修改和变化。

Claims (9)

1.一种发光装置，所述发光装置包括：

底座，所述底座包括安装面和端面，所述底座具有在所述安装面上的导电层，并且所述端面具有远离于所述安装面的前边缘的上边缘；以及

量子级联激光器，所述量子级联激光器被设置在所述前边缘和所述安装面上，

所述量子级联激光器包括：

激光器结构，所述激光器结构具有在第一轴的方向上延伸的波导台面和安装所述波导台面的衬底，所述激光器结构具有第一面、第二面和第一端面，所述波导台面终止于所述第一端面，并且所述第一面和所述第二面被布置在与所述第一轴的方向交叉的第二轴的方向上；

第一电极，所述第一电极被设置在所述第一面上；

第二电极，所述第二电极被设置在所述第二面上；以及

反射结构，所述反射结构位于所述激光器结构上，

所述激光器结构具有第一区、第二区和第三区，所述激光器结构的所述第一区、所述第二区和所述第三区被布置在所述第一轴的方向上，所述激光器结构的所述第一区具有所述端面，所述安装面支撑所述激光器结构的所述第二区，并且在所述激光器结构中，所述第三区被设置在所述第一区与所述第二区之间，

所述反射结构包括绝缘膜和金属膜，

所述金属膜具有在所述第一区的所述第一面上的第一端和在所述第一区的所述第二面上的第二端，并且所述金属膜在所述第一电极、所述第一端面和所述第二电极上从所述金属膜的所述第一端延伸到所述金属膜的所述第二端，以及

所述绝缘膜具有在所述第一区的所述第一面上的第一端和在所述第一区的所述第二面上的第二端，所述绝缘膜与所述第一端面接触并且从所述绝缘膜的所述第一端延伸到所述绝缘膜的所述第二端，并且所述绝缘膜被设置在所述激光器结构与所述金属膜的所述第一端和所述第二端之间。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，

所述底座的所述端面沿着与所述第一轴交叉的参考平面延伸，并且

所述量子级联激光器不延伸超过所述参考平面。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，

所述激光器结构具有与所述第一端面相反的第二端面，

所述底座具有从所述安装面突出的突出部，并且

所述突出部定位所述量子级联激光器的所述第二端面。

4.根据权利要求1所述的发光装置，其中，

所述第二电极与所述衬底接触，并且具有远离于所述第一端面的下边缘的边缘。

5.根据权利要求1所述的发光装置，其中，

所述底座在所述安装面的所述前边缘处具有级差，并且具有从所述端面的所述上边缘延伸到所述级差的底部的凹面，

所述底座在所述级差处具有侧端面，并且所述侧端面从所述安装面延伸到所述凹面，以及

所述凹面远离于所述反射结构。

6.根据权利要求5所述的发光装置，

其中，所述底座的所述导电层被设置在所述侧端面上。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其中，

所述底座具有一个或多个凹槽，所述安装面终止于所述一个或多个凹槽，并且所述一个或多个凹槽在与所述第一轴的方向及所述第二轴的方向交叉的第三轴的方向上延伸，

所述底座具有被布置在所述第一轴的方向上的第一区、第二区和第三区，所述底座的所述第一区具有所述端面，所述底座的所述第二区具有所述安装面，并且所述底座的所述第三区具有所述一个或多个凹槽，并且在所述底座中，所述第三区被设置在所述第一区与所述第二区之间，以及

所述底座在所述底座的所述第一区和所述第二区上支撑所述量子级联激光器。

8.根据权利要求1所述的发光装置，还包括：

将所述第二电极固定到所述导电层的焊接材料。

9.一种量子级联激光器，所述量子级联激光器包括：

激光器结构，所述激光器结构包括在第一轴的方向上延伸的波导台面和安装所述波导台面的衬底，所述激光器结构包括第一端面、第一面和第二面，所述波导台面终止于所述第一端面，并且所述第一面和所述第二面被布置在与所述第一轴的方向交叉的第二轴的方向上；

第一电极，所述第一电极被设置在所述第一面上；

第二电极，所述第二电极被设置在所述第二面上；以及

反射结构，所述反射结构位于所述激光器结构上，

所述激光器结构包括第一区、第二区和第三区，所述第一区、所述第二区和所述第三区被布置在所述第一轴的方向上，所述第一区具有所述端面，并且所述第三区被布置在所述第一区与所述第二区之间，

所述激光器结构包括绝缘膜和金属膜，

所述金属膜具有在所述第一区的所述第一面上的第一端和在所述第一区的所述第二面上的第二端，并且所述金属膜在所述第一电极、所述第二电极和所述第一端面上从所述金属膜的所述第一端延伸到所述金属膜的所述第二端，以及

所述绝缘膜具有在所述第一区的所述第一面上的第一端和在所述第一区的所述第二面上的第二端，并且所述绝缘膜从所述绝缘膜的所述第一端延伸到所述绝缘膜的所述第二端，并且所述绝缘膜与所述第一端面接触。