CN1174429A - 半导体激光器阵列 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器阵列,具有多个固定在一子固定件上的激光器激活部分的一个阵列,并在其间夹有一共用P－侧电极。激光器激活部分形成在半导体基片上并通过隔离槽被彼此隔开,并且以下连结的方式被粘结到共用P－侧电极上,其中激光器激活部分的顶层与共同P－侧电极粘结。对半导体基片背面进行抛光用于该激光器激活部分彼此隔开,接着为每个激光器激活部分形成一个n－侧电极。

Description

半导体激光器阵列

本发明涉及一种在光通信系统或信息处理系统中被用作光互连的半导体激光器阵列。本发明同样涉及用于制造这样一种半导体激光器阵列的方法。

最近，使用光学并行线路系统的光互连在用于计算机或ATM交换机系统领域的通信信道间的光传输系统方面引起了人们的特殊关注。用于此领域中的半导体激光器阵列或光探测器阵列被认为是光学并行链路系统中的主要设备。

由于半导体激光器阵列需要高速的运作，通常高速运作的NPN晶体管被用于驱动半导体激光器阵列的驱动电路中。对于使用NPN晶体管的驱动电路，通常使用具有P-型共用电极的半导体激光器阵列。

图1示出了包含多个半导体激光器阵列的传统半导体激光器阵列，图2示出了图1半导体激光器阵列的详细截面图。首先参考图1，一般用数码50表示的半导体激光器阵列包含多个半导体激光器装置52，这些半导体激光器装置通过隔离槽54彼此隔开以便彼此独立工作。多个激光器装置52被以上连结的方式固定在共用的金属载体上(未示出)，在激光器装置和金属载体之间插置有子固定件56。在每一单独的激光器装置52的顶部形成一n-侧电极，而在子固定件56上形成作为激光器装置52共用电极层的P-侧电极60。

下面参考图2，每个半导体激光器装置的激光器激活部分包含在P-InP基片62上顺序形成的一P型InP(P-InP)包层64、一应力多量子阱(MQW)激活层66和一n-InP包层68。激光器激活部分被-P-InP覆层70、一n-InP阻挡层72和一P-InP阻挡层74所掩埋，它们是顺序地在激光器激活部分两侧的P-InP基片62上生长出。在激光器激活部分的顶部，有一P-InP接触层76，在接触层76的除n-侧电极58以外的整个表面上形成钝化层78。每一激光装置52的激光器激活部分的长度(L)为200微米(μm)而阵列中的激光器装置的节距为250微米。具有90％或更高反射率的反射膜形成在激光器装置52的两个面上。

在运作前，图1的半导体激光器阵列和与多个半导体激光器装置52对应的光纤进行光学连接。光纤被固定在各个处于能获得最大耦合效率位置处的激光器装置上。具体地说，光纤通常固定到用于容纳半导体激光器阵列的金属壳的相应的部分上。

如上所述的常规半导体激光器阵列具有如下的缺点：

在n-InP包层68的周围很难外延生长n-InP阻挡层72，也很难与n-InP包层68进行电隔离从而获得激光器激活部分的电流阻挡结构。从低功率耗散的角度来说，电流阻挡结构对于半导体激光器的掩埋结(BH)结构是很重要的，该半导体激光器中彼此独立工作的激光器装置52形成于P-型基片上，并因此具有较低的阈值。因此，在外延生长步骤过程中通过防止被用作P-型基片内的P-型掺杂物Zn离子再扩散进激光器激活部分来改变激光器性能从而使获得稳定激光器性能的过程很难控制。

在半导体激光器装置中，激光器激活部分的长度应被限定到200微米或更小以便获得低阈值电流，还应在激光器装置的两刻面形成高反射薄膜以减少镜面损耗。然而，在具有较小长度激光器激活部分的激光器装置中，正如图1中常规激光器阵列的情况一样，在生产过程中，高反射薄膜的树脂流动并附着到电极的表面上，从而妨碍了电极层的粘结步骤。

在常规半导体激光器阵列中，沿阵列的方向来看，通常激光器装置的厚度是变化的，其中激光器装置是被固定到插入有子固定件的载体上。相应地，为了依次高效光耦合每一光纤的孔心必须被调节到激活层的激光中心。如果基片的厚度可以被控制到亚微米的量级，那么这种调节可在足够的范围内实现。然而，即使通过对基片进行抛光和研磨也很难使其厚度获得如此的精度。

因此，本发明的目的之一是提供一种半导体激光器阵列，其中可对激光器激活部分的层的外延生长和高反射层的形成进行很好的控制，从而获得激光器激活部分与光纤的高效耦合。

本发明的另一个目的是提供一种生产上面提到的半导体激光器阵列的方法。

本发明提供的半导体激光器阵列，其包含一子固定件、一形成在子固定件上的共用电极层、以及以下连结结构粘结到共用电极层上的多个激光器激活部分的阵列，激光器激活部分彼此电隔离且每个激光器激活部分具有一激光器激活层和覆盖住激光器激活层的一相反电极。

本发明同样提供形成半导体激光器阵列的方法，其包含步骤为：在半导体基片上形成多个激光器激活部分的阵列、将激光器激活部分的阵列粘结到形成于子固定件之上的共用电极上致使每个激光器激活部分的顶部与共用电极相连，对在半导体基片的背面的激光器激活部分的阵列进行抛光，并在每一激光器激活部分的底部形成一相反电极。

根据本发明，将激光器激活部分与子固定件相连结的下连结结构为激光器激活部分提供了均匀的厚度，从而使激光器激活部分的激光中心很容易地与各光纤对准。为保证N-P-N晶体管能驱动激光器激活部分共用电极最好为P-侧电极而相反电极最好为n-侧电极。

此外，由树脂的流动而附着在电极上的高反射树脂薄膜可通过抛光步骤被去除。因此可在电极有效地进行激光器激活部分的粘结。

通过下面的描述，并结合相应的附图、会对本发明的以上及其它的目的、特征及优点有更清楚的了解。

图1为常规半导体激光器阵列的透视图；

图2为图1的半导体激光器阵列的一部分的详细截面图；

图3为根据本发明实施例的半导体激光器阵列的透视图；

图4为图3半导体激光器阵列的部分详细截面图；

图5为用于制造图3的半导体激光器阵列的基片的截面图；及

图6A到6D为图3的半导体激光器阵列的截面图，其顺序地示出了生产该半导体激光器阵列的步骤。

下面参考相应附图对本发明进行详细描述。

参考图3，根据本发明第一个实施例的半导体激光器阵列包含四个分开的激光器装置14，它们以一列的形式排布在单个于固定件12上并彼此独立的工作。在子固定件12上固定一个作为P-侧电极的共用电极层16。激光器装置14的激光器激活部分18以及n-侧电极20通过厚度为20到50微米的隔离槽22彼此电隔离开。一P-侧连接层46以下连结的方式被粘结到形成于子固定件12上的P-侧电极层16之上。在此结构中，单个的激光装置14可彼此独立地进行工作。这里使用的术语“下连结方式或下连结结构”意味着这样的一种结构，即形成于基片上的激光器激活部分被粘结到子固定件上从而激光器激活部分的顶层能与子固定件直接接触。

半导体激光器装置14的阵列被树脂层24包围，树脂层24为由诸如透明聚酰亚胺或聚酰亚胺氟化物的聚酰亚胺构成，其具有高的透过度和低的渗水性。树脂层24的上表面与激光装置14的上表面齐平。在树脂层24被去除的地方露出P-侧共用电极16。为提高激光器性能激光装置的每个刻面被高反射膜覆盖或包住。

激光装置14为所谓的BH-LD结构，其中n-InP基片28被隔离槽22隔开，并具有用于降低寄生电容的槽23。每一激光装置的31引线26在树脂层24的上表面上自隔离开的n-侧电极20延伸。确定引线26的厚度和宽度，从而使引线26的特定阻抗被设定为50Ω。

参考图4，在将激光器激活部分18粘结到子固定件12之前在n-InP基片28上形成图3中激光装置14的激光器激活部分18。由于激光器阵列的下连结结构，激光器激活部分18如图4中所示由n-InP基片28成为激光器激活部分18的顶部。激光器激活部分18具有顺序形成于n-InP基片28之上的一n-InP包层30、一应力MQW激活层32及一P-InP包层34。激光器激活部分18的两个面都被顺序形成在n-InP基片28之上的n-InP掩埋层36和P-InP阻挡层38所掩埋。P-InP连接层40和P-侧电极42形成于激光器激活部分18的顶部而钝化层44覆盖住除P-侧电极42以外的整个表面。金属连接层46盖住钝化层44和P-侧电极42的暴露的表面用于该处的电连接。激光器激活部分18以下连接的方式被粘结到子固定件12之上的共用电极层16上。

在本实施例中，P-型Zn掺杂物不被用于n-InP基片28且相应地不再扩散到激光器激活部分18从而以改变或影响激光特性。此外，P-侧电极16被形成作为激光装置阵列的共用电极层，这样可保证高速N-RN晶体管有效地驱动半导体激光器阵列。因此，激光装置的刻面可通过树脂层来保护而不会将树脂附着到激光器激活部分的电极上。此外，通过使用具有大约10-3低量级的低介损耗正切值的介质材料，可实现设计的选择，在其中可选择用于信号传输的引线的适宜特性阻抗。

现在参考图5和图6A到图6D通过图3中所示的形成半导体激光器阵列的方法，对本发明的制造半导体激光器阵列的方法进行描述。

参考图5，准备具有图4中所示层结构的半导体基片，虽然图5中所示的基片为顶面向下。半导体基片具有四个激光装置14的阵列，其彼此通过隔离槽22电隔离并形成在一n-型InP基片28之上。

图5的半导体基片48以下连结的方式与上面固定有共用电极层16的子固定件12相粘结，从而获得被粘结的基片，其中如图6A中所示，连接层46和P-侧共用电极层16被粘结在一起。然后，在每一激光装置的其中一个平面上形成图中未示出的高反射层，接着如图6B中所示，将绝缘树脂涂到被粘结的晶片上以形成足够的厚度从而使树脂层24能完全盖住激光基片48。树脂层24具有高的透过性和低的渗水性。绝缘树脂可从诸如透明聚酰亚胺和聚酰亚胺氟化物等聚酰亚胺中选取。

绝缘树脂层24用作在随后的抛光被粘结的基片48的过程中减缓机械碰撞。绝缘树脂层24还具有绝缘31线和保护激光装置的功能。

然后，子固定件12上的基片48以及树脂层24被进行化学、机械抛光(CPM)来抛光或研磨激光器阵列基片48从而如图6C中所示，使基片48背面上的隔离槽22露出，由此将各个单独的激光装置彼此电隔离。

此后，在每个激光装置52的被抛光过的表面上形成一n-侧电极20，接着在每个n-侧电极20上提供一引线并为引线20提供一垫片(未示出)。通过有选择地去除树脂层24，部分P-侧共用电极层16被露出来，从而完成图3的半导体激光器阵列10的最后结构。

可替代地，在CMP步骤之后，也可有选择地去除树脂层24，并接着形成另一个树脂层从而完全填充隔离槽23。

在前面所述的制造半导体激光器阵列的方法中，由于可以恒定的沿着激光装置阵列控制外延层的厚度，从而从子固定件的顶面到激光器激活中心的距离可保持不变。仅仅通过确定子固定件与激活层间的距离，用子固定件的上表面作为基准平面，外延层的均匀厚度就可使每根光纤与相应激光装置的中心对准。

此外，在根据本实施例的方法中，由于激光装置阵列的刻面在将阵列固定到子固定件上之后被高反射树脂薄膜所包住，可通过CMP步骤来将附着在电极上的高反射薄膜的多余树脂去除。

使用n-型基片与使用P-型基片相比可使生长步骤更为简单，由此保证半导体激光器装置中的性能稳定。使用n-侧电极作为信号线路可保证N-P-N晶体管以高速度驱动激光器装置。

在上面的实施例中，仅示范性地对刻面发射激光装置进行了描述。然而，本发明也可适用于表面发射激光装置。在此情况下，形成于n-型基片上的表面发射激光装置可为普通的具有P-型层的子固定件。

此外，在以上实施例中所用的通过抛光来分隔元件的步骤也可用干蚀步骤来代替。在此情况下，基片的背面可通过干蚀来均匀地蚀刻，也可通过在分隔槽的干蚀来局部地蚀刻。在后面的情形下，在选择地干蚀之后，在将基片分隔成单独的激光器装置之前，可以在后表面上形成电极，从而简化了生产过程。此外，半导体激光器阵列也可仅包含单独一个激光器装置。

由于以上的实施例仅作为实例进行描述，本发明不仅限于以上的实施例，对本领域的技术人员而言所作的各种改动或替代都不脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种半导体激光器阵列，其特征在于包含一个子固定件、一个形成于所述子固定件之上的共用电极层和以下连结结构粘结到所述共用电极层上的多个激光器激活部分的阵列，所述的激光器激活部分彼此电隔离且每个具有一激光器激活层和盖住所述激光器激活层的一个相反电极。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列，其特征在于每个所述激光器激活部分为一种被掩埋的异结连结结构。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器阵列，其特征在于其中所述共用电极层和相反电极也分别作为P-侧电极和n-侧电极。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器阵列，其特征在于其中所述阵列被透明树脂围住作为一个整体。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器阵列，其特征在于所述激光器激活部分被隔离槽隔开。

6.一种用于制造半导体激光器阵列的方法，其特征在于包含如下步骤，在一个半导体基片上形成多个激光器激活部分的阵列，将所述激光器激活部分的阵列粘结到形成于一子固定件上的共用电极上致使每个所述激光器激活部分的顶面与所述共用电极相连接，在所述半导体基片背面对所述激光器激活部分的所述阵列进行抛光，并在所述激光器激活部分的所述每个底面上形成一相反电极。

7.根据权利要求6所述的用于制造半导体激光器阵列的方法，其特征在于其中所述抛光步骤将分离槽的底部露出，用于将所述激光器激活部分彼此隔开。

8.根据权利要求6所述的用于制造半导体激光器阵列的方法，其特征在于还包含在粘结和抛光的步骤之间通过树脂薄膜来盖住所述激光器激活部分的步骤。

9.根据权利要求6所述的用于制造半导体激光器阵列的方法，其特征在于还包含在粘结和抛光步骤之间在所述激光器激活部分的每一刻面上形成一反射薄膜的步骤。

10.一种制造半导体激光器阵列的方法，其特征在于包含如下步骤，在一半导体基片上形成多个激光器激活部分的阵列，将所述激光器激活部分的阵列粘结到形成于子固定件之上的一共用电极上致使每个所述激光器激活部分的顶部与所述共用电极相连，在所述半导体基片的背面干蚀所述激光器激活部分的阵列，并在所述激光器激活部分每一所述底部上形成一相反电极。

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