[实用新型]一种改善激光器芯片边模抑制比的新型结构

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体激光芯片技术领域，具体涉及一种改善激光器芯片边模抑制比的新型结构。

背景技术

分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser Diode,DFB-LD)芯片是实现高速移动通讯的核心器件，DFB激光器芯片的激光振荡是依靠沿纵向等间隔分布的光栅所形成的光耦合，当电流注入激光器芯片后，有源层内电子空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射，在布拉格分布反馈的DFB激光器芯片中，那些满足特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模工作。DFB激光器芯片的光栅使用磷化铟-铟镓砷磷-磷化铟(InP-InGaAsP-InP)结构，采用气相外延和光刻技术制作InGaAsP材质的光栅，在激光器芯片制作的过程中，需要使用切割技术将晶圆切割成一定谐振腔长度的芯片，则切割断面会随机停留在光栅的InGaAsP或者InP处，从而产生不同的SMSR特性值。

芯片制作工艺中，会在芯片两端蒸镀两种膜层，高反射膜层HR(High-Reflection,HR Film)和抗反射膜层AR(Anti-Reflection,AR Film)。HR和AR膜层作用是为了降低半导体激光器芯片阈值电流，提高激光输出功率和工作寿命，有效地保护器件端面，理论计算和实验发现，若高反射端断面HR在InGaAsP或InP的不同区域时，则芯片的边模抑制比(Side Mode Suppression Ratio,SMSR)会受到影响，而断面在InGaAsP或InP的特定区域时，在全调制的条件下，主纵模的光功率M1和最大边模光功率M2之比，SMSR＝10*lg(M1/M2)会很低，无法到达使用需求。

为了提高激光器芯片的SMSR，跨国大公司及各国研究机构尝试了各种办法，主要有电子束光刻和纳米压印光刻技术。电子束光刻的主要方法是使用电子束曝光，且在激光器芯片光栅中心部位有一个λ/4相移，不管腔面处的位相如何，激光器芯片都精确控制激射波长减小啁啾以提高SMSR，但是缺点是成本高，效率低。纳米压印光刻也是激光器芯片的中心部位有一个λ/4相移，只是通过纳米图案模板使光刻胶变形，而不是通过曝光，分辨率不受光的衍射、散射等影响，缺点是成本高，工艺复杂且不稳定。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种改善激光器芯片边模抑制比的新型结构，本实用新型提供一种新型布拉格光栅结构，使芯片的HR端的断面只出现在InP的特定区域，来提升激光器芯片边模抑制比的良率，且这种新型结构具备制造工艺简单、成本低，效率高，性能稳定的优点。

为达到上述目的，本实用新型所述一种改善激光器芯片边模抑制比的新型结构包括自下而上依次设置的基板、有源层和包层，包层中设置有光栅层，激光器芯片的左右两端分别设置有抗反射镀膜层和高反射镀膜层，设定一个光栅周期包括自左向右依次设置的0.25个周期的Inp、0.5个周期的InGaAsP和0.25个周期的Inp，光栅连续排布形成光栅层，光栅层靠近高反射镀膜层一端的侧面与光栅周期零点之间的距离为0.1个光栅周期～0.25个光栅周期。

所述包层上端开设有贯穿激光器芯片的台阶形的缺口，台阶形的缺口的第一台阶的内侧面为HR端光栅处切割断面,台阶形的缺口的第二台阶的内侧面为包层处切割断面，HR端光栅处切割断面与光栅周期零点之间的距离为0.1个光栅周期～0.25个光栅周期。

所述台阶形的缺口的长度Ls为5μm～10μm，台阶形的缺口的高度Da为2μm～5μm，台阶形缺口下表面距离有源层上表面的深度为Db，缺口内侧面与缺口底面的夹角α为70°～90°。

所述台阶形的缺口左右方向的长度Ls为7μm，台阶形的缺口的高度Da为3.5μm。

所述包层的纵截面为台阶型，第一台阶、第二台阶以及连接第一台阶和第二台阶右侧面的上表面均沉积有SiO_x层，x的值为1～3。

所述抗反射镀膜层包括沿着背离芯片方向依次设置的厚度为20nm的第一Ta₂O₅层、厚度为38nm的第一Si层和厚度为45nm的第二Ta₂O₅层。