TWI710186B - 分散式回饋雷射的結構與製法 - Google Patents

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Abstract

一種分散式回饋雷射(DFB)結構，藉由在分散式回饋雷射的光柵層中包含一相位差光柵結構及一無光柵區，且在分散式回饋雷射的兩側面都塗佈抗反射層(AR)的方式，來提升分散式回饋雷射結構的SMSR良率，且同時兼具有良好斜率效應值等優點。該光柵層在該水平方向上被該相位差光柵結構區分為一第一光柵區及一第二光柵區，且該分散式回饋雷射的出光面是鄰靠於該第二光柵區。該相位差光柵結構可提供一相位差距離，使得位於該第一光柵區內的複數微光柵結構與位於該第二光柵區內的複數微光柵結構兩者間具有一相位差。並且，該無光柵區是位於該第二光柵區內，且在該無光柵區中並未包含任何該微光柵結構，且該無光柵區的不會改變該第二光柵區內的複數微光柵結構的相位。

Description

分散式回饋雷射的結構與製法
本發明係相關於一種分散式回饋雷射結構與製法，尤指一種藉由在分散式回饋雷射的光柵層中包含一相位差光柵結構及一無光柵區，且在分散式回饋雷射的兩側面都塗佈抗反射層的結構與製作方法。
半導體雷射(semiconductor laser)或稱雷射二極體(laser diode)具有體積小、消耗功率低、反應快、耐衝擊、壽命長、效率高及價格低等優點，因此被廣泛的應用於光電系統產品中，例如：光波通信、資訊系統、家用電器、精密測量及光纖通信等。其中，分散式回饋雷射(Distibuted Feedback Laser：簡稱DFB雷射)因具有製程簡易、單模輸出與適合長距傳輸等特性，由分散式回饋雷射產生的雷射光訊號在經過長距離傳輸後仍可維持良好的訊號雜訊比，故已成為現今光波通信及光纖通信系統中廣泛使用的光源。
只不過，邊模壓縮比(Side Mode Supression Ratio；簡稱SMSR)一直以來是DFB雷射良率產出的重要考量。理想上如果要把邊模的不良效應完全去除，會在脊部(Ridge)的中間引入一個光柵相位偏移的設計(Phase-Shift Gratig Design)，並在DFB雷射兩邊鏡面使用抗反射塗佈(Anti-Reflection Coating；簡稱AR)，其反射率<1%。請參閱圖一A與圖一B所示，分別為習知技術的分散式回饋雷射的俯視與前視示意圖。如圖一A及一B所示，習知的分散式回饋雷射於結構1由下至上包括了：一基板(Substate)10、一下披覆層(Cladding Layer)11、一下光侷限層(Separated Confinement Hetero-Structure；簡稱SCH)12、一主動層(active region layer)13、一上光侷限層14、一間隔層(Spacer)15、一光柵層(Grating) 16、一上披覆層17、以及一接觸層(Contact)18。其中，該上披覆層17與該接觸層18構成一脊部結構；並且，光柵層16中包含了一個光柵相位偏移結構161，使得位於偏移結構161左側的微光柵結構與位偏移結構161右側的微光柵結構兩者間具有一相位差。理想上的做法，是在分散式回饋雷射的左、右兩側鏡面191、192上都使用反射率<1%的抗反射塗佈(AR)。這種「理想上」的做法雖然可以幾乎百分之百顧及SMSR良率，但由於兩邊鏡面是AR塗佈，雷射光的能量在DFB雷射的兩邊都會輸出。因為雷射光能量分散所致，其單邊的斜率效應(Slope Efficiency；簡稱SE)頂多大約只能到0.25mW/mA，這樣的SE太小而無法應用在超高速千兆被動式光纖網路(Gigabit Passive Optical Network；簡稱G-PON)或是乙太被動式光纖網路(Ethernet Passive Optical Network；簡稱E-PON)上。因此現今常見的另一習知技術，其在分散式回饋雷射1a兩邊鏡面191、192上的塗佈，會在雷射的前出光面(Power Output)使用AR鏡面192、後出光面則改用高反射塗佈(High Reflection Coating；簡稱HR)的HR鏡面191，其反射率60~90%，並將光柵相位偏移結構161位置放靠近HR鏡面191，如圖二A及圖二B所示的另一習知技術。如此，前出光面(亦即，AR鏡面192)的SE便能大於0.4mW/mA，符合實際應用。只不過，此種方式仍然有缺點，如果HR與AR的頻譜沒有控制好，在低溫容易有FP mode可以達到雷射化(lasing)。此外，以現有的晶粒條(Bar)劈裂方式，無法控制劈裂面是斷在光柵的那個位置上，所以在HR鏡面192端會有所謂隨機相位(Random Phase)的問題，這會使得晶粒對晶粒(Chip to Chip)或晶粒條對晶粒條(Bar to Bar)的閥值電流(Ith)與SE分布離散，且在某些相位上也會有兩種雷射模態(Lasing Mode)一樣強，因此降低SMSR良率，而有待進一步改良。
緣此，本發明之主要目的係在提供一種分散式回饋雷射結構，藉由在分散式回饋雷射的光柵層中包含一相位差光柵結構及一無光柵區，且在分散式回饋雷射的兩側面都塗佈抗反射層AR的方式，來提升分散式回饋雷射結構的SMSR良率，且同時兼具有良好斜率效應值等優點。
為達上述目的，本發明係提供一種分散式回饋雷射結構，可產生具有一雷射波長的雷射光，該分散式回饋雷射結構包括：一半導體堆疊結構，可在接受一電流時產生具有該雷射波長的該雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一側面；一光柵層，位於該半導體堆疊結構上，該光柵層具有包括沿著一水平方向排列的多數個微光柵結構，該些微光柵結構的間隔大體上是等於該雷射波長的二分之一；一脊部結構，位於該光柵層的上方；其中，該光柵層在該水平方向上被區分為包括：一第一光柵區、一相位差光柵結構、一第二光柵區、以及一無光柵區；其中，該出光面是鄰靠於該第二光柵區；該相位差光柵結構是位於該第一光柵區與該第二光柵區的相鄰接處，且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得位於該第一光柵區內的微光柵結構與位於該第二光柵區內的微光柵結構兩者間具有一相位差；並且，該無光柵區是位於該第二光柵區內，且在該無光柵區中並未包含任何該微光柵結構。
於一實施例中，該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長；此外，該無光柵區的寬度是至少大於10倍以上的該雷射波長，該無光柵區的寬度是二分之一該雷射波長的整數倍所以不會改變該第二光柵區內的微光柵結構的相位。
於一實施例中，該第一光柵區的寬度是大於等於該光柵層的總寬度的三分之一，包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度是大於該第一光柵區的寬度，且該無光柵區的寬度是小於等於該光柵層的總寬度的三分之一。
於一較佳實施例中，該相位差光柵結構是位於該光柵層於該水平方向上的中間處附近，使得該第一光柵區的寬度和包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度約略相同。
於一較佳實施例中，該第一光柵區的寬度和包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度兩者均約略等於該光柵層的總寬度的二分之一；並且，該無光柵區的寬度是介於六分之一至三分之一的該光柵層的總寬度。
於一實施例中，整個該光柵層的一總寬度的一耦合強度值κ L是介於2至5之間；該第一光柵區具有一第一耦合強度值，該第二光柵區除了該無光柵區之外的區域具有一第二耦合強度值，該無光柵區具有一第三耦合強度值；其中，該第一耦合強度值大於該第二耦合強度值、且該第二耦合強度值大於該第三耦合強度值；其中，該第三耦合強度值等於0。
於一實施例中，該半導體堆疊結構包括：一半導體基板；一下披覆層，位於該半導體基板上；一下光侷限(SCH)層，位於該下披覆層上；一主動層，位於該下光侷限層上；一上光侷限層，位於該主動層上；以及一間隔層，位於該上光侷限層上；其中，該光柵層是位於該間隔層上；其中，該脊部結構是位於該光柵層上，且更包括有：一上披覆層位於該光柵層上、以及一接觸層位於該上披覆層上。
於一實施例中，該半導體堆疊結構更包括：一第一抗反射層(Anti-Reflection Coating)，位於該半導體堆疊結構側面的該出光面；以及一第二抗反射層，位於該半導體堆疊結構相對於該出光面的另一側面；其中，該第一抗反射層與該第二抗反射層的光反射率低於1%。
為達上述目的，本發明係提供一種分散式回饋雷射的製法，包括下列步驟：步驟(A)：藉由半導體磊晶製程，於一半導體基板上形成一半導體堆疊結構；該半導體堆疊結構可在接受一電流時產生具有一雷射波長的一雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一側面；步驟(B)：藉由電子束列印及奈米壓印製程，在該半導體堆疊結構上形成一光柵層，位於該半導體堆疊結構上；該光柵層具有包括 沿著一水平方向排列的多數個微光柵結構，該些微光柵結構的間隔大體上是等於該雷射波長的二分之一；步驟(C)：藉由半導體磊晶製程及黃光製程，於該光柵層上形成一脊部結構，位於該光柵層的上方；其中，該光柵層在該水平方向上被區分為包括：一第一光柵區、一相位差光柵結構、一第二光柵區、以及一無光柵區；其中，該出光面是鄰靠於該第二光柵區；該相位差光柵結構是位於該第一光柵區與該第二光柵區的相鄰接處，且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得位於該第一光柵區內的微光柵結構與位於該第二光柵區內的微光柵結構兩者間具有一相位差；並且，該無光柵區是位於該第二光柵區內，且在該無光柵區中並未包含任何該微光柵結構。
1、1a‧‧‧分散式回饋雷射於結構
10‧‧‧基板
11‧‧‧下披覆層
12‧‧‧下光侷限層
13‧‧‧主動層
14‧‧‧上光侷限層
15‧‧‧間隔層
16‧‧‧光柵層
161‧‧‧光柵相位偏移結構
17‧‧‧上披覆層
18‧‧‧接觸層
191、192‧‧‧鏡面
3‧‧‧本發明的分散式回饋雷射結構
31‧‧‧半導體堆疊結構
311‧‧‧半導體基板
312‧‧‧下披覆層
313‧‧‧下光侷限層
314‧‧‧主動層
315‧‧‧上光侷限層
316‧‧‧間隔層
3161‧‧‧磷化銦介層
3162‧‧‧蝕刻止層
3163‧‧‧磷化銦隔層
32、32a‧‧‧光柵層
321‧‧‧第一光柵區
322‧‧‧相位差光柵結構
323‧‧‧第二光柵區
324‧‧‧無光柵區
33、33a‧‧‧脊部結構
331、331a‧‧‧上披覆層
332、332a‧‧‧接觸層
34‧‧‧保護層
38‧‧‧出光面
391、392‧‧‧抗反射層
圖一A與圖一B分別是習知分散式回饋雷射的俯視與前視示意圖。
圖二A與圖二B分別是另一習知分散式回饋雷射的俯視與前視示意圖。
圖三A與圖三B分別是本發明之分散式回饋雷射結構的一實施例的俯視與前視示意圖。
圖四A至圖四C所示分別為依據圖一B所示習知分散式回饋雷射的結構設計，進行電腦模擬所得到的：「歸一化增益(normalized gain；g*L)vs.歸一化調變量(normalized detuning；δ L)」圖、「光選擇性(selectivity；△(g1-g2))vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖、以及「斜率效應比值(SE ratio；AR/HR)vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖；其中，不同的標點樣式，代表引入不同的相位，以考量鏡面劈裂造成隨機相位的行為。
圖五A至圖五C所示分別為依據圖二B所示另一習知分散式回饋雷射的結構設計，進行電腦模擬所得到的：「歸一化增益(normalized gain；g*L)vs.歸一化調變量(normalized detuning；δ L)」圖、「光選擇 性(selectivity；△(g1-g2))vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖、以及「斜率效應比值(SE ratio；AR/HR)vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖；其中，不同的標點樣式，代表引入不同的相位，以考量鏡面劈裂造成隨機相位的行為。
圖六A至圖六C所示分別為依據圖三B所示本發明分散式回饋雷射的結構設計，進行電腦模擬所得到的：「歸一化增益(normalized gain；g*L)vs.歸一化調變量(normalized detuning；δ L)」圖、「光選擇性(selectivity；△(g1-g2))vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖、以及「斜率效應比值(SE ratio；AR/HR)vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖；其中，不同的標點樣式，代表引入不同的相位，以考量鏡面劈裂造成隨機相位的行為。
圖七A至圖七D分別為本發明之分散式回饋雷射的製法的數個步驟的示意圖。
為了能更清楚地描述本發明所提出之分散式回饋雷射結構，以下將配合圖式詳細說明之。
請參閱圖三A及圖三B，分別為本發明之分散式回饋雷射結構(Distibuted Feeback Laser，簡稱DFB Laser)的一實施例的俯視與前視示意圖。如圖三A及圖三B所示，於本實施例中，本發明的分散式回饋(DFB)雷射結構3大體上可被區分為包括：一半導體堆疊結構31、一光柵層(Grating)32、以及一脊部結構(Ridge)33等結構。
該半導體堆疊結構31可在接受一電流時產生具有一雷射波長為λ的雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構31的一出光面38射出，且該出光面38是位於該半導體堆疊結構3的一側面，所以是符合一般邊射型雷射二極體元件的結構。其中，本發明之該半導體堆疊結構31包括了：一半導體基板311、一下披覆層(cladding layer)312位於該半導體基板311上、一下光侷限層(Separated Confinement Hetero-Structure；簡稱SCH)313位於該下披覆層312上、一主動層(active region layer)314位於該下光侷限層 313上、一上光侷限層315位於該主動層314上、一間隔層(Spacer)316位於該上光侷限層315上、一第一抗反射層391(Anti-Reflectin Coatig；簡稱AR)以及一第二抗反射層392。其中，該光柵層32是位於該間隔層316上；並且，該脊部結構33是位於該光柵層32上、且更包括有：一上披覆層331位於該光柵層32上、以及一接觸層(Contact)332位於該上披覆層331上。於本實施例中，本發明的間隔層316更包括了：一磷化銦介層(InP Inter Layer)3161位於該上光侷限層315上、一蝕刻止層(Etching Stop)3162位於該磷化銦介層3161上、以及一磷化銦隔層3163位於該蝕刻止層3162上。該第一抗反射層391位於該半導體堆疊結構3側面的該出光面38；並且，該第二抗反射層392是位於該半導體堆疊結構3相對於該出光面38的另一側面。其中，該第一抗反射層391與該第二抗反射層392兩者的光反射率的可實施範圍都是低於1%；而該第一抗反射層391與該第二抗反射層392的光反射率的較佳實施例可以是、但不侷限於：0.1%左右。
一般邊射型雷射二極體元件的操作原理，電子與電洞等載子會注入到主動層，被載子屏障(Barrier)所侷限在量子井(Quantum Well)複合發光產生材料增益。侷限原理為屏障層比量子井層有較高的材料能隙，因此在量子井會形成較低的量子能階，一旦捕捉載子後即使其不易逃脫。而雷射光場則被上、下披覆層侷限在上、下SCH層與主動層所構成的一矩形狹長共振腔中。侷限原理為上、下披覆層有比上、下SCH層與主動層較低的光折射率係數n值(Low Refractive Index)，光場會藉由全反射的原理在n值比較高的材料中形成模態並進行傳播。光場與主動層的量子井耦合的程度決定了模態增益(Modal Gain)，模態增益越高則越容易克服光學損耗(Optical Loss)而達到雷射化(Lasing)，也越容易降低產生雷射的門檻電流值(或稱為抽運閾值電流；Threshold Current)。
於本發明的一實施例中，該半導體基板311可以是一磷化銦(InP)基板，並在該InP基板311上以磊晶製程由下而上依序形成該下披覆層312、該下光侷限層313、該主動層314、該上光侷限層315、以及該間隔層316。其中，該InP基板311、該下披覆層312、該下光侷限層313都具有n型摻雜(n-typed doping)。該上披覆層331及該接觸層332都具有p型摻雜(p-typed doping)。該下披覆層312與該上披覆層331的材料為InP。該主動層314的材 料可以是In1-x-yAlxGayAs，其中，x及y為介於0與1之間的實數。該接觸層332的材料可以是InGaAs。該下光侷限層313及該上光侷限層315的材料可以是In1-zAlzAs，其中，z為介於0與1之間的實數。由於此所述之本發明的半導體堆疊結構中各層的材質組成、結構厚度、摻雜濃度等參數，可以自一般習知分散式回饋雷射的已知參數中選用，且非本發明的技術特徵，所以不贅述其細節，且本發明之半導體堆疊結構中各層的材質組成、結構厚度、摻雜濃度等參數也不侷限於此段落所述的實施例。
於本實施例中，本發明的光柵層32是位於該半導體堆疊結構31的該間隔層316中的該磷化銦隔層3163上，該光柵層32具有包括沿著一水平方向排列的多數個微光柵結構，該些微光柵結構的間隔大體上是等於該雷射波長λ、或是該雷射波長λ的二分之一(也就是λ/2)；本實施例的該些微光柵結構的間隔是等於該雷射波長λ的二分之一。具體來說，這裡所提到的雷射波長λ乃為波導中的波長，其等效於λ0/neff；其中，λ0是真空中的波長、neff是半導體波導的等效折射率。於本實施例中，該光柵層32在該水平方向上被區分為包括：一第一光柵區321、一相位差光柵結構322、一第二光柵區323、以及一無光柵區324。其中，該出光面38是鄰靠於該第二光柵區323。該相位差光柵結構322是位於該第一光柵區321與該第二光柵區323的相鄰接處，且該相位差光柵結構322的寬度可提供一相位差距離，使得位於該第一光柵區321內的微光柵結構與位於該第二光柵區323內的微光柵結構兩者間具有一相位差。並且，該無光柵區324是位於該第二光柵區323內，且在該無光柵區324中並未包含任何該微光柵結構。
於本實施例中，該相位差光柵結構322的所提供(偏移)的該相位差距離是四分之一該雷射波長(也就是λ/4-shift)；此外，該無光柵區324的寬度是至少大於10倍以上的該雷射波長λ，且該無光柵區324的寬度是二分之一該雷射波長(λ/2)的整數倍所以不會改變該第二光柵區323內的微光柵結構的相位。換言之，第二光柵區323內所包含的多數微光柵結構雖然會被該無光柵區324分隔成左、右兩部分，但這兩部分的該些微光柵結構的相位都相同，不會因無光柵區324的存在而產生相位偏移。於本發明的一可實施的範例中，該第一光柵區321的寬度是大於或等於該光柵層32於該水平方向上的總寬度的三分之一，包含了該無光柵區324的該第二光柵區 323的寬度是大於或等於該第一光柵區321的寬度，且該無光柵區324的寬度是小於或等於該光柵層32的總寬度的三分之一。而在本發明的一較佳實施例中(例如圖三A、三B所示結構的實施例)，該相位差光柵結構322是位於該光柵層32於該水平方向上的中間處附近，使得該第一光柵區321的寬度和包含了該無光柵區324的該第二光柵區323的寬度約略相同。換言之，該第一光柵區321的寬度和包含了該無光柵區324的該第二光柵區323的寬度兩者均約略等於該光柵層32的總寬度的二分之一；並且，該無光柵區323的可實施範圍的寬度是介於六分之一至三分之一的該光柵層32的總寬度，而該無光柵區323的寬度的較佳實施例可以是、但不侷限於：大約為四分之一該光柵層32的總寬度左右。於圖三A、三B所示的實施例中，該光柵層32的總寬度約為250μm；其中，該第一光柵區321的寬度約為125μm、該第二光柵區321含該無光柵區324的寬度約為125μm、該無光柵區324的寬度約為62μm。並且，該無光柵區324所設置的位置會將該第二光柵區321內的複數微光柵結構分隔成兩部分，且鄰接於該相位差光柵結構322的那個部分的寬度約為1μm、而鄰接出光面的另一個部分的寬度約為62μm。當然，此段落所述的寬度值僅為具體的實施範例，不應用來侷限本發明的可實施範圍。
於本實施例中，整個光柵層係具有一總寬度的耦合強度值κ L value，其中，κ為Kappa，L是指整個光柵層的總寬度。並且，該第一光柵區321具有一第一耦合強度值κ L1，其中，L1是指第一光柵區321的寬度，以下類推；該第二光柵區323除了該無光柵區324之外的區域具有一第二耦合強度值κ L2，該無光柵區324具有一第三耦合強度值κ L3。其中，整個該光柵層總寬度的耦合強度值κ L的可實施範圍為介於2至5之間，且該第一耦合強度值大於該第二耦合強度值、且該第二耦合強度值大於該第三耦合強度值，於圖三A、三B所示的本發明較佳實施例中，該光柵層總寬度的耦合強度值κ L的較佳實施例可以是、但不侷限於：大約為3.5左右，且該第三耦合強度值等於0。當然，此段落所述的耦合強度值僅為具體的實施範例，不應用來侷限本發明的可實施範圍。
本發明申請人利用電腦模擬的方式，來將圖一B、圖二B及圖三B所示的三種分散式回饋雷射的結構設計，模擬採用Transfer Matrix的方法，計算的公式與方法係參考書籍：『半導體雷射技術，盧廷昌、王興 宗著，五南出版社』。經過矩陣處理可得到每個模態(mode)的雷射調變量(Detune(δ))與所需要達到雷射化(lasing)的增益值(Gain(g))，主要模態(main mode)有最小的增益值g即為，邊模(side mode)有第二小的增益值g，兩者之間g的差為所謂光選擇性(selectivity)，與SMSR相關，selectivity越高則SMSR越好。經本發明申請人依據上述書籍內容與原理進行電腦模擬的結果係分別如圖四A至四C、圖五A至五C、與圖六A至六C所示。其中，圖四A至四C所示分別為依據圖一B所示習知分散式回饋雷射的結構設計，進行電腦模擬所得到的：「歸一化增益(normalized gain；g*L)vs.歸一化調變量(normalized detuning；δ L)」圖、「光選擇性(selectivity；△(g1-g2))vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖、以及「斜率效應比值(SE ratio；AR/HR)vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖；其中，不同的標點樣式，代表引入不同的相位，以考量鏡面劈裂造成隨機相位的行為。圖五A至五C所示分別為依據圖二B所示另一習知分散式回饋雷射的結構設計，進行電腦模擬所得到的：「歸一化增益(normalized gain；g*L)vs.歸一化調變量(normalized detuning；δ L)」圖、「光選擇性(selectivity；△(g1-g2))vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖、以及「斜率效應比值(SE ratio；AR/HR)vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖；其中，不同的標點樣式，代表引入不同的相位，以考量鏡面劈裂造成隨機相位的行為。圖六A至六C所示分別為依據圖三B所示本發明分散式回饋雷射的結構設計，進行電腦模擬所得到的：「歸一化增益(normalized gain；g*L)vs.歸一化調變量(normalized detuning；δ L)」圖、「光選擇性(selectivity；△(g1-g2))vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖、以及「斜率效應比值(SE ratio；AR/HR)vs.歸一化增益(normalized gain；g*L)」圖；其中，不同的標點樣式，代表引入不同的相位，以考量鏡面劈裂造成隨機相位的行為。
依據圖六B及圖六C可知，如圖三B所示之本發明分散式回饋雷射的selectivity值集中在0.5~0.7之間、且歸一化增益值達到0.8~0.9之間，而斜率效應比值(SE ratio)亦能達到7~8之間。相較於圖四B及圖四C所示的圖一B所示之習知分散式回饋雷射的selectivity值集中在1.3~1.4之間、其歸一化增益值僅有0.4左右、且斜率效應比值亦僅有1以下；以及，如圖五B及 圖五C所示的圖二B所示之另一習知分散式回饋雷射的selectivity值分散在0~1.5的廣大範圍之間、其歸一化增益值介於0.4~0.6之間、且斜率效應比值亦分散在3~12的廣大範圍之間；可知，本發明的分散式回饋雷射能同時擁有良好的selectivity與前光面的出光能量，使整體良率提升，確實改善了習知技術的種種缺失。
請參閱圖七A至圖七D，分別為本發明之分散式回饋雷射的製法的數個步驟的示意圖。本發明之分散式回饋雷射的製法的一較佳實施例可包括下列步驟：
步驟(A)：如圖七A所示，藉由有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)或其他習知的半導體磊晶製程，於一半導體基板上依序形成一半導體堆疊結構、一光柵層32a、以及一保護層34。該半導體堆疊結構可在接受一電流時產生具有一雷射波長的一雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一側面。該半導體堆疊結構由下而上依序包括了：該半導體基板311、一下披覆層312、一下光侷限層313、一主動層314、一上光侷限層315、以及一間隔層316。其中，該間隔層316由下而上更依序包括了：一磷化銦介層3161、一蝕刻止層3162、以及一磷化銦隔層3163。
步驟(B)：如圖七B所示，藉由電子束列印(E-Beam Writer)及奈米壓印(Nano Imprint)製程，將該半導體堆疊結構的該磷化銦隔層3163上的該光柵層32進行加工以形成具有包括沿著一水平方向排列的多數個微光柵結構，該些微光柵結構的間隔大體上是等於該雷射波長、或是等於的該雷射波長二分之一。其中，該光柵層32在該水平方向上被區分為包括：一第一光柵區、一相位差光柵結構、一第二光柵區、以及一無光柵區。其中，該出光面是鄰靠於該第二光柵區。該相位差光柵結構是位於該第一光柵區與該第二光柵區的相鄰接處，且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得位於該第一光柵區內的微光柵結構與位於該第二光柵區內的微光柵結構兩者間具有一相位差。並且，該無光柵區是位於該第二光柵區內，且在該無光柵區中並未包含任何該微光柵結構
接著，如圖七C所示，再以磊晶製程在該光柵層32上方依序形成一上披覆層331a以及一接觸層332a，以供稍後製作脊部結構33a。
步驟(C)：如圖七D所示，藉由習知的雷射黃光製程，對該上披覆層331及接觸層332進行加工，使該上披覆層331及該接觸層332在該光柵層32上形成一脊部結構33，位於該光柵層32的上方。
唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主者。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
3‧‧‧本發明的分散式回饋雷射結構
31‧‧‧半導體堆疊結構
311‧‧‧半導體基板
312‧‧‧下披覆層
313‧‧‧下光侷限層
314‧‧‧主動層
315‧‧‧上光侷限層
316‧‧‧間隔層
3161‧‧‧磷化銦介層
3162‧‧‧蝕刻止層
3163‧‧‧磷化銦隔層
32‧‧‧光柵層
321‧‧‧第一光柵區
322‧‧‧相位差光柵結構
323‧‧‧第二光柵區
324‧‧‧無光柵區
33‧‧‧脊部結構
331‧‧‧上披覆層
332‧‧‧接觸層
38‧‧‧出光面
391、392‧‧‧抗反射層

Claims (16)

  1. 一種分散式回饋雷射結構，可產生具有一雷射波長的雷射光，該分散式回饋雷射結構包括：一半導體堆疊結構，可在接受一電流時產生具有該雷射波長的該雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一側面；一光柵層，位於該半導體堆疊結構上，該光柵層具有包括沿著一水平方向排列的多數個微光柵結構，該些微光柵結構的間隔大體上是等於該雷射波長的二分之一；一脊部結構，位於該光柵層的上方；其中，該半導體堆疊結構係具有一量子井(Quantum Well)且包括有：一半導體基板；一下披覆層(cladding layer)，位於該半導體基板上；一下光侷限(Separated Confinement Hetero-Structure：簡稱SCH)層，位於該下披覆層上；一主動層(active region layer)，位於該下光侷限層上；以及一上光侷限層，位於該主動層上；其中，該脊部結構包括有一上披覆層其位於該光柵層上；其特徵在於：該光柵層在該水平方向上被區分為包括：一第一光柵區、一相位差光柵結構、一第二光柵區、以及一無光柵區；其中，該出光面是鄰靠於該第二光柵區；該相位差光柵結構是位於該第一光柵區與該第二光柵區的相鄰接處，且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得位於該第一光柵區內的微光柵結構與位於該第二光柵區內的微光柵結構兩者間具有一相位差；並且，該無光柵區是位於該第二光柵區內，且在該無光柵區中並未包含任何該微光柵結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之分散式回請雷射結構，其中，該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長；此外，該無光柵區的寬度是至少大於10倍以上的該雷射波長，該無光柵區的寬度是二分之一該雷射波長的整數倍且不會改變該第二光柵區內的 微光柵結構的相位。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之分散式回饋雷射結構，其中，該第一光柵區的寬度是大於或等於該光柵層的總寬度的三分之一，包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度是大於或等於該第一光柵區的寬度，且該無光柵區的寬度是小於或等於該光柵層的總寬度的三分之一。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之分散式回饋雷射結構，其中，該相位差光柵結構是位於該光柵層於該水平方向上的中間處附近，使得該第一光柵區的寬度和包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度約略相同。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之分散式回饋雷射結構，其中，該第一光柵區的寬度和包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度兩者均約略等於該光柵層的總寬度的二分之一；並且，該無光柵區的寬度是介於六分之一至三分之一的該光柵層的總寬度。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之分散式回饋雷射結構，其中，整個該光柵層的一總寬度的一耦合強度值κ L是介於2至5之間；該第一光柵區具有一第一耦合強度值，該第二光柵區除了該無光柵區之外的區域具有一第二耦合強度值，該無光柵區具有一第三耦合強度值；其中，該第一耦合強度值大於該第二耦合強度值、且該第二耦合強度值大於該第三耦合強度值；其中，該第三耦合強度值等於0。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之分散式回饋雷射結構，其中，該半導體堆疊結構更包括：一間隔層，位於該上光侷限層上；其中，該光柵層是位於該間隔層上；其中，該脊部結構是位於該光柵層上，且更包括有：一接觸層位於該上披覆層上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之分散式回饋雷射結構，其中，該半導體堆疊結構更包括：一第一抗反射層(Anti-Reflection Coating)，位於該半導體堆疊結構側面的該出光面；以及一第二抗反射層，位於該半導體堆疊結構相對於該出光面的另一側面； 其中，該第一抗反射層與該第二抗反射層的光反射率低於1%。
  9. 一種分散式回饋雷射的製法，包括下列步驟：步驟(A)：藉由半導體磊晶製程，於一半導體基板上形成一半導體堆疊結構；該半導體堆疊結構可在接受一電流時產生具有一雷射波長的一雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一側面；其中，該半導體堆疊結構係具有一量子井(Quantum Well)且包括有：一半導體基板；一下披覆層(cladding layer)，位於該半導體基板上；一下光侷限(Separated Confinement Hetero-Structure；簡稱SCH)層，位於該下披覆層上；一主動層(active region layer)，位於該下光侷限層上；以及一上光侷限層，位於該主動層上；步驟(B)：藉由電子束列印及奈米壓印製程，在該半導體堆疊結構上形成一光柵層，位於該半導體堆疊結構上；該光柵層具有包括沿著一水平方向排列的多數個微光柵結構，該些微光柵結構的間隔大體上是等於該雷射波長的二分之一；步驟(C)：藉由半導體磊晶製程及黃光製程，於該光柵層上形成一脊部結構，位於該光柵層的上方；其中，該脊部結構包括有一上披覆層其位於該光柵層上；其特徵在於：該光柵層在該水平方向上被區分為包括：一第一光柵區、一相位差光柵結構、一第二光柵區、以及一無光柵區；其中，該出光面是鄰靠於該第二光柵區；該相位差光柵結構是位於該第一光柵區與該第二光柵區的相鄰接處，且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得位於該第一光柵區內的微光柵結構與位於該第二光柵區內的微光柵結構兩者間具有一相位差；並且，該無光柵區是位於該第二光柵區內，且在該無光柵區中並未包含任何該微光柵結構。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之分散式回饋雷射製法，其中，該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長；此 外，該無光柵區的寬度是至少大於10倍以上的該雷射波長，該無光柵區的寬度是二分之一該雷射波長的整數倍且不會改變該第二光柵區內的微光柵結構的相位。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之分散式回饋雷射製法，其中，該第一光柵區的寬度是大於或等於該光柵層的總寬度的三分之一，包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度是大於或等於該第一光柵區的寬度，且該無光柵區的寬度是小於或等於該光柵層的總寬度的三分之一。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之分散式回饋雷射製法，其中，該相位差光柵結構是位於該光柵層於該水平方向上的中間處附近，使得該第一光柵區的寬度和包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度約略相同。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之分散式回饋雷射製法，其中，該第一光柵區的寬度和包含了該無光柵區的該第二光柵區的寬度兩者均約略等於該光柵層的總寬度的二分之一；並且，該無光柵區的寬度是介於六分之一至三分之一的該光柵層的總寬度。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之分散式回饋雷射製法，其中，整個該光柵層的一總寬度的一耦合強度值κ L是介於2至5之間；該第一光柵區具有一第一耦合強度值，該第二光柵區除了該無光柵區之外的區域具有一第二耦合強度值，該無光柵區具有一第三耦合強度值；其中，該第一耦合強度值大於該第二耦合強度值、且該第二耦合強度值大於該第三耦合強度值；其中，該第三耦合強度值等於0。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之分散式回饋雷射製法，其中，該半導體堆疊結構更包括：一間隔層，位於該上光侷限層上；其中，該光柵層是位於該間隔層上；其中，該脊部結構是位於該光柵層上，且更包括有：一接觸層位於該上披覆層上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之分散式回饋雷射製法，其中，該半導體堆疊結構更包括： 一第一抗反射層(Anti-Reflection Coating)，位於該半導體堆疊結構側面的該出光面；以及一第二抗反射層，位於該半導體堆疊結構相對於該出光面的另一側面；其中，該第一抗反射層與該第二抗反射層的光反射率低於1%。
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