TWM480192U - 具多層膜披覆絕緣層之脊形波導結構雷射二極體 - Google Patents
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Description
本新型是有關於一種雷射二極體，且特別是有關於一種具脊形波導結構之雷射二極體。
請參照第1圖，其所繪示為習知具脊形波導結構之雷射二極體示意圖。雷射二極體100包括一基板104、一第一披覆層(cladding layer)106、一第一侷限層(confinement layer)108、一主動層(active layer)110、一第二侷限層112、一第二披覆層114、與一絕緣層(passivation layer)116。
第一披覆層106與第一侷限層108具有第一種導電型態，例如N型半導體的導電型態；第二披覆層114與第二侷限層112具有第二種導電型態，例如P型半導體的導電型態。再者，第一披覆層106與第二披覆層114係由能隙較高的半導體材料所組成，以產生電荷載子的障壁，防止電子或者電洞由主動層110逸出而降低量子效率。
再者，第二披覆層114經由蝕刻而成為脊形波導結構(ridge waveguide)，其具有光線侷限效果，使得主動層110所產生的雷射光被限制於主動層110內，以維持光模的穩定。
再者，絕緣層116形成於脊形波導結構頂部以外的側壁部。基本上，脊形波導結構的頂部可定義出電流導通的區
域，使得注入主動層110的電流集中，提高電流密度。
由第1圖的雷射二極體100可知，絕緣層116覆蓋於脊形波導結構的側壁。由於絕緣層116係為單層膜的結構，其反射率較低，會使得雷射光由脊形波導結構的側壁散射出去。因此，導至雷射二極體100的散射損失(scattering loss)升高，並且降低雷射二極體100的轉換效率，另外因絕緣層116為單一材料的單層膜結構，在固定的膜厚範圍內對雷射二極體近遠場光模分布影響有限。
本創作係有關於一種雷射二極體，包括：一基板；一脊形波導結構位於該基板上方，且該脊形波導結構具有一頂部與一側壁部；一絕緣層，係由多層膜所組成，且該絕緣層覆蓋於該脊形波導結構的該側壁部。
為了對本新型之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100、200、400‧‧‧雷射二極體
104、204、404‧‧‧基板
106、206、406‧‧‧第一披覆層
108、208、408‧‧‧第一侷限層
110、210、410‧‧‧主動層
112、212、412‧‧‧第二侷限層
114、214、414‧‧‧第二披覆層
116、230、430‧‧‧絕緣層
第1圖所繪示為習知具脊形波導結構之雷射二極體示意圖。
第2圖所繪示為本新型具脊形波導結構之雷射二極體之第一實施例。
第3圖所繪示為本新型具脊形波導結構之雷射二極體之第二實施例。
請參照第2圖，其所繪示為本新型具脊形波導結構之雷射二極體之第一實施例。雷射二極體200包括、一基板204、一第一披覆層206、一第一侷限層208、一主動層210、一第二侷
限層212、一第二披覆層214、與一絕緣層230。其中，磊晶結構係由基板204上表面依序形成堆疊的第一披覆層206、第一侷限層208、主動層210、第二侷限層212、以及第二披覆層214。
再者，磊晶結構中第二披覆層214經由蝕刻而成為脊形波導結構。再者，絕緣層230覆蓋於脊形波導結構頂部以外的側壁部。根據本新型的第一實施例，電流可以由脊形波導結構的頂部流入，並注入主動層110。或者，注入主動層110的電流，由可脊形波導結構的頂部流出。再者，本新型並不限定基板204的材料，其可為半導體基板或者陶瓷基板。
根據本新型的具體實施例，基板204上的磊晶結構為AlGaInP系列材料，主動層210為量子井(MQW)組成其雷射激發波長650nm。
再者，根據本新型的第一實施例，絕緣層230係由多層膜所組成的一分布布拉格反射鏡(Distributed Brag Reflector，簡稱DBR)。在實際的運用上，絕緣層230係以多次堆疊的Al2
O3
/Ta2
O5
材料形成DBR來實現，或者多次堆疊的SiO2
/TiO2
材料形成DBR來實現。當然，本新型並不限定於此，在此領域的技術人員亦可使用任何有著折射率差異的材料來形成多層膜結構的DBR。以下詳細說明之。
由於習知具脊形波導結構之雷射二極體的絕緣層，由於其單層結構設計，當採用Si3
N4
或SiO2
為絕緣層時其反射率較低(小於30%)，會導至其散射損失升高，並且降低雷射二極體的轉換效率。
為了提高反射率，本新型利用多層膜的絕緣層來取代單層結構設計的絕緣層。舉例來說，當絕緣層係由光學鍍膜(Optical coating)製程形成的六層膜DBR(三對堆疊的Al2
O3
/Ta2
O5
材料)時反射率可提升大於80%，該反射率可隨多層膜不同層數與厚度而改變。
再者，當絕緣層係由光學鍍膜製程形成的六層膜
DBR(三對堆疊的SiO2
/TiO2
材料)時反射率可提升大於90%，該反射率可隨多層膜不同層數與厚度而改變。
很明顯地，本新型所揭露的絕緣層230所構成之DBR具有高反射率，可以大幅降低由脊形波導結構側壁所散射出去的雷射光。因此，可以有效地改善雷射二極體200的散射損失，並且提高雷射二極體200的轉換效率，且本新型所揭露的絕緣層230可利用多層膜結構的改變，有效地調控雷射二極體近場與遠場的光模分布，應用於光纖耦合上可提升其耦合利用率。
再者，第一實施例所提出的各種半導體材料、絕緣層材料、電極材料僅為一個範例而已，並非用來限制本新型的技術特徵。在此領域的技術人員，也可以運用第一實施例所提出的結構來降低雷射二極體的散射損失，並且提高轉換效率。
請參照第3圖，其所繪示為本新型具脊形波導結構之雷射二極體之第二實施例。雷射二極體400包括一基板404、一第一披覆層406、一第一侷限層408、一主動層410、一第二侷限層412、一第二披覆層414、以及一絕緣層430。其中，磊晶結構係由基板404上表面依序形成堆疊的第一披覆層406、第一侷限層408、主動層410、第二侷限層412、與第二披覆層414。
根據本新型的第二實施例，磊晶結構中的第二披覆層414、第二侷限層412、主動層410、第一侷限層408與第一披覆層406係經由蝕刻而成為脊形波導結構。再者，絕緣層430覆蓋於脊形波導結構頂部以外的側壁部。根據本新型的第二實施例，電流可以由脊形波導結構的頂部流入，並注入主動層110。或者，注入主動層110的電流，由可脊形波導結構的頂部流出。
同理，絕緣層430係由多層膜所組成的DBR。在實際的運用上，絕緣層430係以多次堆疊的Al2
O3
/Ta2
O5
材料形成DBR來實現，或者多次堆疊的SiO2
/TiO2
材料形成DBR來實現。因此，絕緣層430所構成之DBR具有高反射率，可以大幅降低由脊形波導結構側壁所散射出去的雷射光。因此，可以有效地改善
雷射二極體400的散射損失，並且提高雷射二極體400的轉換效率。
由以上的說明可知，本新型的優點係提出一種具脊形波導結構之雷射二極體，其絕緣層係由多層膜構成DBR，其具有高反射率，可以大幅降低由脊形波導結構側壁所散射出去的雷射光。
再者，上述絕緣層可包括多次堆疊的高折射率與低折射介電材料，其中高折射率材料更可為氧化鈦、氧化鉭、氧化铌、氧化鋯或氧化鉿，而低折射率材料更可為氧化矽、氧化鋁、氧化釔或氟化鍶。或者，該多層膜可為同一材料系統藉由組成改變而形成折射率差異，如氧化矽材料系統或氮化矽材料系統。
綜上所述，雖然本新型已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型。本新型所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧雷射二極體
204‧‧‧基板
206‧‧‧第一披覆層
208‧‧‧第一侷限層
210‧‧‧主動層
212‧‧‧第二侷限層
214‧‧‧第二披覆層
230‧‧‧絕緣層
Claims (9)
- 一種雷射二極體，包括：一基板；一脊形波導結構位於該基板上方，且該脊形波導結構具有一頂部與一側壁部；以及一絕緣層，係由多層膜所組成，且該絕緣層覆蓋於該脊形波導結構的該側壁部。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體，其中該基板的一上表面形成一磊晶結構，且該磊晶結構經蝕刻後形成該脊形波導結構。
- 如申請專利範圍第2項所述之雷射二極體，其中該磊晶結構包括：依序堆疊的一第一披覆層、一第一侷限層、一主動層、一第二侷限層與一第二披覆層；且蝕刻該第二披覆層後形成該脊形波導結構。
- 如申請專利範圍第2項所述之雷射二極體，其中該磊晶結構包括：依序堆疊的一第一披覆層、一第一侷限層、一主動層、一第二侷限層與一第二披覆層；且蝕刻該第二披覆層、該第二侷限層、該主動層、該第一侷限層與該第一披覆層後形成該脊形波導結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體，其中該絕緣層包括具有折射率差異所形成的多層膜堆疊結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體，其中該絕緣層係為一分布布拉格反射鏡。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體，其中該絕緣層 包括多次堆疊的高折射率與低折射介電材料，其中高折射率材料可為氧化鈦、氧化鉭、氧化铌、氧化鋯或氧化鉿，而低折射率材料可為氧化矽、氧化鋁、氧化釔或氟化鍶。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷射二極體，其中該絕緣層包括多次堆疊的高折射率與低折射介電層，其中該多層膜係為同一材料系統藉由組成改變而形成折射率差異。
- 如申請專利範圍第8項所述之雷射二極體，其中該同一材料系統為氧化矽材料系統或氮化矽材料系統。
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