[发明专利]一种倒台型高速半导体激光器芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及激光器技术领域，提供了一种倒台型高速半导体激光器芯片及其制备方法，其中方法包括：在外延片表面生长SiNx掩膜层，刻出双沟图形；利用化学腐蚀得到倒台型脊条，并去除外延片表面剩余的SiNx掩膜层；在外延片表面生长第一SiO₂保护层，再填充BCB层，光刻固化后留下双沟与压焊电极区域的BCB，再继续生长第二SiO₂保护层；去除所述脊条表面的SiO₂，完成电极制作。通过填充BCB，解决了倒台电极容易发生断裂以及在倒角容易形成空洞的问题，还减小激光器寄生电容，有利于激光器获得更大的调制带宽，可调制带宽达25Ghz以上；在BCB上还覆盖一层二氧化硅，避免电极直接制作在BCB上容易掉金。

【技术领域】

本发明涉及激光器技术领域，提供了一种倒台型高速半导体激光器芯片及其制备方法。

【背景技术】

随着高速光通信系统的发展，低损耗、大容量、长距离已成为光纤传输系统的发展方向，而高速半导体激光器芯片是系统中的核心。半导体激光器芯片根据对侧向载流子和光场限制方式，主要有脊波导(RWG)和掩埋异质结(BH)两种结构。BH结构由于侧向大的折射率差，形成强的折射引导率，可以对有源区载流子和光场进行更好的限制，制作出的芯片具有低的阈值电流，稳定的基横模工作和良好的温度特性等优点。但BH结构需要多次进行外延生长，制作工艺复杂、可靠性风险大、成本高，不利于批量生产；而RWG结构只需一次外延生长，工艺简单，不用刻蚀有源区，制作周期和成本较低，在宽工作温度范围、低寄生电容和高可靠性等方面也存在潜在优势，因此受到众多公司的广泛研究和关注。

根据腐蚀工艺的不同，RWG结构的激光器可形成直台和倒台的脊形结构，经过实验研究表明，采用倒台脊波导结构的激光器芯片具有更小的阈值电流、串联电阻、热电阻以及波导损耗等优点。传统方案中，通常由选择性化学腐蚀液腐蚀形成倒台结构，其侧向腐蚀停止面为(111)A面，此面与生长方向的夹角约为36°。如此形成的沟道侧壁存在一个较大的倾斜角度，在制作P面电极过程中，容易出现空洞，无法形成好的电极连接；如果采用平面溅射方法，脊条侧壁电极很薄，在后期芯片贴片键合或热处理时，电极受到较大作用力容易发生断裂。

在半导体激光器工艺中，为了提高调制带宽，通常可通过减小有源区的长度、减小脊宽、降低RC时间常数来实现。传统工艺中，一般有源区长度为200μm-250μm，脊宽只能做到2.0μm左右；另一方面，传统工艺中降低RC时间常数主要通过在电极区域加厚SiO₂来实现，而SiO₂加到800nm后，在高温条件下芯片受到较大张力应变，降低了芯片的可靠性。由此可知，传统工艺中参数方面受到一定的限制作用，难以进一步提升调制带宽。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明需要解决的技术问题是：

RWG结构的激光器在制作过程中，电极在侧壁容易出现空洞，无法形成好的电极连接，脊条侧壁电极很薄，在贴片键合过程中容易发生断裂；而且受到参数方面的限制，难以进一步提升调制带宽。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：

第一方面，本发明提供了一种倒台型高速半导体激光器芯片的制备方法，包括：

在外延片1表面生长SiN_x掩膜层2，并刻出双沟图形；

利用化学腐蚀得到倒台型的脊条6，并去除剩余SiN_x掩膜层2；

在所述外延片1表面生长第一SiO₂保护层3，再填充一层BCB层4，光刻固化后留下双沟与压焊电极区域的BCB，继续生长第二SiO₂保护层5；

去除所述脊条6表面的SiO₂，完成电极制作。