CN213878717U - 包含dfb镭射镜面镀膜的dfb镭射结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于半导体镭射技术领域，尤其涉及一种包含DFB镭射镜面镀膜的DFB镭射结构。本实用新型DFB镭射结构包含基板、缓冲层、有源层、光栅层、上波导层、上披覆层、上下两面电极，以及位于前出光端面的AR低反射镀膜区域和位于后出光端面的HR高反射镀膜区域，该AR/HR镀膜区域均以氮化铝作为镀膜材料镀制而成。本实用新型使用AlN作为镜面镀膜，一方面能使器件的散热性能得到有效改善，镭射的操作电流、输出功率大幅提升，使其能够满足更高速更高功率的使用要求；二来也能有效延长镭射工作时间，延长镭射使用寿命，避免镭射过早失效；此外还可避免镀膜过程中因热胀冷缩产生小突起或薄膜剥落等问题。

Description

包含DFB镭射镜面镀膜的DFB镭射结构

技术领域

本实用新型属于半导体镭射技术领域，尤其涉及一种包含DFB镭射镜面镀膜的DFB镭射结构。

背景技术

光通信领域常使用的半导体镭射主要包括边射型镭射和面射型镭射两大类，其中，边射型镭射又可分为DFB镭射、FP镭射等，目前，边射型镭射尤其是DFB镭射在高速及长距离传输中已占有不可或缺的地位。然而，随着传输技术的发展，在未来更高频宽的需求下，整体驱动电流与工作功率势必要继续提升，伴随着整体功率的上升，工作器件的散热与老化问题也日趋严重，从而导致失效风险也大幅提高。因此，如何优化器件的结构设计，有效处理散热问题，避免高温引发的元件失效，这些技术问题都需要被重新考虑。

众所周知，在一般的边射型镭射结构设计中，常使用一层或多层的 SiO₂/TiO₂/Ta₂O₅作为AR低反射膜或是HR高反射膜的材料，以现今的产品性能，如果要在更高速更高功率的条件下应用，镜面镀膜会因长期处于高温的操作环境中，从而造成镀膜产生小突起或剥落，进而使得器件失效。因此，如何提升镜面镀膜在高温操作环境中的稳定性与可靠性，也将是本领域中的一大挑战。

实用新型内容

边射型半导体镭射，特别是DFB镭射，两端面通常会分别镀上AR低反射膜与HR高反射膜，以增加镭射整体出光效率，然而，当器件需要高功率输出时，两端面的镀膜也容易受到高温的影响从而导致器件失效及老化，为了提高器件对高温操作环境的耐受程度，克服传统镀膜材料的缺陷，本实用新型采用氮化铝(AlN)作为低反射膜/高反射膜(AR/HR)的镀膜材料，AlN具有高导热特性与高材料强度，且热膨胀系数与光通信用半导体镭射的材料匹配度高，使用 AlN作为镭射镜面镀膜材料，可以使镭射寿命大幅提升，亦能承受较大的驱动电流，达到更高瓦数的操作要求，无论在性能抑或可靠度上皆能有非常好的表现。

本实用新型AlN低反射膜/高反射膜(AR/HR)镀膜主要应用于DFB镭射，但同时也适用于其他边射型镭射，如FP镭射、DBR镭射或EML镭射也都能应用此技术。

具体而言，本实用新型提供了一种包含DFB镭射镜面镀膜的DFB镭射结构，所述DFB镭射结构包含基板1、缓冲层2、有源层3、光栅层4、上波导层 5、上披覆层6以及上、下两面电极，其特征在于：所述DFB镭射结构中还包含位于前出光端面的AR低反射镀膜区域8和位于后出光端面的HR高反射镀膜区域7，且所述AR低反射镀膜区域8和HR高反射镀膜区域7以氮化铝作为镀膜材料镀制而成。

优选地，本实用新型DFB镭射结构中所述AR低反射镀膜区域8和HR高反射镀膜区域7通过电子枪蒸镀、浆磁控辅助溅镀或原子层沉积方式制成。

进一步地，本实用新型DFB镭射结构中所述AR低反射镀膜区域8位于DFB 镭射结构的前出光端面处，厚度介于10-200nm，反射率<1％，其为单层结构、双层结构或多层结构，所述单层结构以氮化铝作为镀膜材料镀制而成；所述双层结构包含第一层结构81和第二层结构82，其中第一层结构81为氮化铝镀层，第二层结构82由折射率小于氮化铝的材料镀成，每一层的厚度满足1/4该介质波长的奇数倍；所述多层结构由位于内侧的氮化铝镀层和位于外侧的两层以上由折射率小于氮化铝的材料制成的镀层堆叠而成，每一层的厚度满足1/4该介质波长的奇数倍；

所述HR高反射镀膜区域7位于DFB镭射结构的后出光端面处，反射率>95％，其为双层结构或多层结构，所述双层结构包含第三层结构71和第四层结构72，其中第三层结构71为氮化铝镀层，第四层结构72由折射率小于氮化铝的材料镀成，每一层的厚度满足1/4该介质波长的奇数倍；所述多层结构由上述第三层结构71和第四层结构72反覆多层堆叠而形成，每层的厚度为0.1-1μm，且满足1/4该介质波长的奇数倍。

进一步优选地，本实用新型DFB镭射结构中所述折射率小于氮化铝的材料为SiO₂、SiON或Al₂O₃。

进一步地，本实用新型DFB镭射结构中所述DFB镭射结构经过制程后定义出脊状波导。

进一步地，本实用新型DFB镭射结构中所述基板1为InP基底。

进一步地，本实用新型DFB镭射结构中所述光栅层4含有1/4相位移结构。

综上，本实用新型主要提供一种半导体镭射结构，在出光端面以低折射率高导热材料作为AR镀膜，以边射型DFB镭射为例，外延结构主要包含基板1、缓冲层2、有源层3、光栅层4、上波导层(光栅包层)5、上披覆层(欧姆接触层)6。其晶片制程包含了脊状波导形成，上下两面电极形成，之后，晶片劈裂开成晶条，劈开的两端面即为镭射的前出光端面与后出光端面，在此实用新型中我们在前出光端面镀上AR低反射膜并在后出光端面镀上HR高反射膜，镀膜方式可以有以下选择，电子枪蒸镀、浆磁控辅助溅镀，或者原子层沉积方式将 AlN镀在前出光端面上当作AR低反射膜，形成折射率低、高耐温与高强度的 AR膜。作为一种选择，也可将AlN/Al₂O₃以多层堆叠方式镀在后出光端面上作为HR高反射膜，同样也具有耐高温与高强度的特性。

本实用新型的一个目的是利用AlN材料的高稳定性、热膨胀系数CTE与 III-V族半导体接近、以及高硬度，来作为镭射前出光端面的AR低反射膜。使用此AlN镀膜，由于材料特性，器件的散热性能得到有效改善；CTE与器件本身匹配度高，镀膜不容易因热胀冷缩产生小突起或是薄膜剥落等问题；总而言之，使用AlN作为镜面镀膜，一方面能使镭射的操作电流、输出功率大幅提升，使其能够满足更高速更高功率的使用要求；二来也能有效延长镭射工作时间，延长镭射本身使用寿命，避免镭射过早失效。

本实用新型的另一个目的是利用AlN/Al₂O₃的堆叠，镀在镭射后出光端面作为HR高反射膜，并利用AlN材料的高稳定性、热膨胀系数CTE与III-V族半导体接近、以及高硬度等特性，一方面能使镭射的操作电流、输出功率大幅提升，使其能够满足更高速更高功率的使用要求；二来也能有效延长镭射工作时间，延长镭射本身使用寿命，避免镭射过早失效。

本实用新型虽以DFB为例进行说明，但对于所有需要采用AR或者HR镀膜的半导体镭射皆适用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是针对本实用新型的具体实施例，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据下述附图获得其他的附图。

图1是本实用新型包含DFB镭射镜面镀膜的DFB镭射结构侧面示意图。

图2是本实用新型DFB镭射结构的AR低反射镀膜区域侧面放大图。

图3是本实用新型DFB镭射结构的HR高反射镀膜区域侧面放大图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

在进一步描述本实用新型具体实施方式之前，应理解，本实用新型的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本实用新型实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

除非另外定义，本实用新型中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本实用新型的记载，还可以使用与本实用新型实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本实用新型。

在本实用新型中，若无特别说明，所有的装置和材料均可从商业途径得到或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例

一种包含特定DFB镭射镜面镀膜的DFB镭射结构，包含InP基底1、缓冲层2、有源层3、含有1/4相位移结构的光栅层4、上波导层5、上披覆层6、上下两面电极，以及位于前出光端面的AR低反射镀膜区域8和位于后出光端面的 HR高反射镀膜区域7(参见附图1-3，附图1中9表示光源照射方向)。

该DFB镭射结构制程流程包含了脊状波导制作，p型金属，晶片研磨拋光， n型金属，回火，晶条切割，出光两端面镀膜部分。

在端面镀膜步骤，前出光端面使用AR低反射膜，我们利用电子枪蒸镀的方式或浆磁控辅助溅镀方式来完成此制程。将AlN形成在前出光端面上81、82，厚度介于10-200nm，并满足1/4该介质波长的奇数倍，利用其折射率小于原半导体材料的特性，将反射率控制在小于1％。利用此AlN AR低反射膜能为镭射带来良好的散热效果，使镭射的操作电流、输出功率大幅提升，使其能够满足更高速更高功率的使用要求，且增加使用寿命；而AlN材料的CTE与器件本身匹配度高，镀膜不容易因长时间操作以及热胀冷缩产生变化，如小突起或是薄膜剥落等问题，进而改善了器件的使用可靠度。

后出光端面使用AlN 71与Al₂O₃ 72多层互相堆叠来形成HR高反射膜，反射率能大于95％，每层的厚度为0.1-1μm，且满足1/4该介质波长的奇数倍，镀 3-4层AlN/Al₂O₃，即可以满足高反射率的需求。

以上对本实用新型优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型构思的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种包含DFB镭射镜面镀膜的DFB镭射结构，所述DFB镭射结构包含基板(1)、缓冲层(2)、有源层(3)、光栅层(4)、上波导层(5)、上披覆层(6)以及上、下两面电极，其特征在于：所述DFB镭射结构中还包含位于前出光端面的AR低反射镀膜区域(8)和位于后出光端面的HR高反射镀膜区域(7)，且所述AR低反射镀膜区域(8)和HR高反射镀膜区域(7)以氮化铝作为镀膜材料镀制而成。

2.如权利要求1所述的DFB镭射结构，其中所述AR低反射镀膜区域(8)和HR高反射镀膜区域(7)通过电子枪蒸镀、浆磁控辅助溅镀或原子层沉积方式制成。

3.如权利要求1所述的DFB镭射结构，其中所述AR低反射镀膜区域(8)位于DFB镭射结构的前出光端面处，厚度介于10-200nm，反射率<1％，其为单层结构、双层结构或多层结构，所述单层结构以氮化铝作为镀膜材料镀制而成；所述双层结构包含第一层结构(81)和第二层结构(82)，其中第一层结构(81)为氮化铝镀层，第二层结构(82)由折射率小于氮化铝的材料镀成，每一层的厚度满足1/4该介质波长的奇数倍；所述多层结构由位于内侧的氮化铝镀层和位于外侧的两层以上由折射率小于氮化铝的材料制成的镀层堆叠而成，每一层的厚度满足1/4该介质波长的奇数倍；

其中所述HR高反射镀膜区域(7)位于DFB镭射结构的后出光端面处，反射率>95％，其为双层结构或多层结构，所述双层结构包含第三层结构(71)和第四层结构(72)，其中第三层结构(71)为氮化铝镀层，第四层结构(72)由折射率小于氮化铝的材料镀成，每一层的厚度满足1/4该介质波长的奇数倍；所述多层结构由上述第三层结构(71)和第四层结构(72)反覆多层堆叠而形成，每层的厚度为0.1-1μm，且满足1/4该介质波长的奇数倍。

4.如权利要求3所述的DFB镭射结构，其中所述折射率小于氮化铝的材料为SiO₂、SiON或Al₂O₃。

5.如权利要求1所述的DFB镭射结构，其特征在于：所述DFB镭射结构经过制程后定义出脊状波导。

6.如权利要求1所述的DFB镭射结构，其中所述基板(1)为InP基底。

7.如权利要求1所述的DFB镭射结构，其中所述光栅层(4)含有1/4相位移结构。

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