一種半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括順次設(shè)置于半導(dǎo)體襯底（11）上的下波導(dǎo)層（12）、有源層（13）、上波導(dǎo)層（14）、隔離層（15）、蓋帽層（16）、歐姆接觸層（17），蓋帽層（16）和歐姆接觸層（17）組成脊型波導(dǎo)，所述脊型波導(dǎo)表面設(shè)置有金屬電極（18），其特征為：所述金屬電極（18）相對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)光端面傾斜或者彎曲的區(qū)域兩側(cè)設(shè)置有金屬層或者多層介質(zhì)膜層，所述金屬層或者多層介質(zhì)膜層設(shè)置于隔離層（15）表面，本發(fā)明產(chǎn)品制作工藝簡(jiǎn)單，能有效地減小發(fā)光端面反射率，改進(jìn)輸出光譜的質(zhì)量與穩(wěn)定性。
【專利說明】一種半導(dǎo)體發(fā)光器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，屬于一種有源半導(dǎo)體光器件，本發(fā)明屬于通信 領(lǐng)域。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003] 半導(dǎo)體發(fā)光器件是一類用半導(dǎo)體材料制作的光器件，包括半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體 光放大器、半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管、半導(dǎo)體增益芯片等，其中半導(dǎo)體光放大器、半導(dǎo)體超 輻射發(fā)光二極管以及半導(dǎo)體增益芯片都要求一個(gè)或者兩個(gè)發(fā)光端面具有極低的剩余反射 率，以減小腔內(nèi)光子的諧振效應(yīng)，保證器件具有寬且平坦的增益帶寬。
[0004] 通常這類半導(dǎo)體發(fā)光器件以InP材料作為襯底，其發(fā)光端面采用自然解理面，當(dāng) 波導(dǎo)垂直于該自然解理面時(shí)，端面剩余反射率大約為30%。為了降低這類半導(dǎo)體發(fā)光器件 的端面剩余反射率，需要在端面上鍍?cè)鐾傅慕橘|(zhì)膜，通常鍍膜后端面剩余反射率可以達(dá)到 0. 1%的量級(jí)。但是對(duì)于高質(zhì)量的器件，要求端面剩余反射率小于0. 01%，理論上達(dá)到0的反 射率效果將更好。為了實(shí)現(xiàn)極低剩余反射率的增透效果，除了端面鍍?cè)鐾改ね?，人們還采用 將光波導(dǎo)相對(duì)于芯片的解理面傾斜一定的角度(如7度)，或者在靠近發(fā)光端面的區(qū)域加上 一段吸收區(qū)，采用這些措施后，可以進(jìn)一步降低的端面剩余反射率，提高鍍?cè)鐾改さ墓に嚾?差。
[0005] 當(dāng)光波導(dǎo)相對(duì)于發(fā)光端面傾斜或者彎曲，特別是當(dāng)傾斜或彎曲角度較大時(shí)，波導(dǎo) 內(nèi)光模場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生泄漏，該泄漏模場(chǎng)會(huì)在芯片的端面處產(chǎn)生反射，前向傳播的波導(dǎo)泄漏模及 該泄漏模在端面處產(chǎn)生的后向反射模，都可能重新耦合進(jìn)光波導(dǎo)中，最終影響輸出光譜的 平坦度。另一方面，在彎曲或傾斜波導(dǎo)中傳輸?shù)墓?，傳輸?shù)椒抢硐氲脑鐾付嗣妫ǘ嗣娣瓷渎?不為〇)時(shí)，部分反射光的會(huì)在光波導(dǎo)外反向傳輸，這部分光也同樣可能重新稱合到光波導(dǎo) 中，影響輸出光譜的平坦度。因此，為了進(jìn)一步消除各種泄漏模以及端面反射模耦合進(jìn)波 導(dǎo)，需要采取進(jìn)一步措施。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，該器件可以有效消除彎曲或傾斜波導(dǎo)的泄漏 模以及端面反射模重新耦合進(jìn)光波導(dǎo)，從而進(jìn)一步改善器件輸出光譜的質(zhì)量與穩(wěn)定性。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案： 一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括順次設(shè)置于半導(dǎo)體襯底上的下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層、 隔離層、蓋帽層、歐姆接觸層，蓋帽層和歐姆接觸層組成脊型波導(dǎo)，所述脊型波導(dǎo)表面設(shè)置 有金屬電極，所述金屬電極相對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)光端面傾斜或者彎曲的區(qū)域兩側(cè)設(shè)置有 金屬層或者多層介質(zhì)膜層，所述金屬層或者多層介質(zhì)膜層設(shè)置于隔離層表面。
[0009] 所述金屬層與金屬電極之間設(shè)置有空隙。
[0010] 所述脊型波導(dǎo)包括發(fā)光端面相垂直的直波導(dǎo)和傾斜的彎曲波導(dǎo)，所述金屬層或多 層介質(zhì)膜層設(shè)置于彎曲波導(dǎo)兩側(cè)。
[0011] 所述脊型波導(dǎo)包括兩端均為傾斜的彎曲波導(dǎo)，所述金屬層設(shè)置于傾斜彎曲波導(dǎo)一 端或者兩端的兩側(cè)。
[0012] 所述脊型波導(dǎo)包括兩端均為傾斜的彎曲波導(dǎo)，所述多層介質(zhì)膜層設(shè)置于傾斜彎曲 波導(dǎo)一端或者兩端的兩側(cè)。
[0013] 所述脊型波導(dǎo)為與發(fā)光端面成夾角設(shè)置的傾斜直波導(dǎo)，所述金屬層設(shè)置于傾斜 直波導(dǎo)一端或者兩端的兩側(cè)。
[0014] 所述脊型波導(dǎo)為與發(fā)光端面成夾角設(shè)置的傾斜直波導(dǎo)，所述多層介質(zhì)膜層設(shè)置 于傾斜直波導(dǎo)一端或者兩端的兩側(cè)。
[0015] 所述金屬層與金屬電極的空隙間隔為至少2um。
[0016] 所述金屬層為連接成一體的金屬層，或者是相互分離設(shè)置的金屬層。
[0017] 所述多層介質(zhì)膜層采用對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)射光進(jìn)行光增透的膜層。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單，能有效地減小發(fā)光端面反射率，改進(jìn)輸出光譜的質(zhì)量 與穩(wěn)定性。
[0019]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖la為現(xiàn)有技術(shù)制作半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)圖； 圖lb為現(xiàn)有技術(shù)制作的半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面圖； 圖2a為本發(fā)明的第一種實(shí)施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)圖； 圖2b為本發(fā)明的第一種實(shí)施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)面圖； 圖3為本發(fā)明的第二種實(shí)施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明的第三種實(shí)施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)圖； 圖5為本發(fā)明的第四種實(shí)施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)圖； 其中： 11 :半導(dǎo)體襯底； 12 :下波導(dǎo)層； 13 :有源層； 14 :上波導(dǎo)層； 15 :隔尚層； 16 :蓋帽層； 17 :歐姆接觸層； 18 :金屬電極； A1和A2 :為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光器件的兩個(gè)自然解離面 29a、29b、39a、39b、39c、39d、49a、49b、49c、49d :本發(fā)明實(shí)施例中的金屬層； 59a、59b、59c、59d :本發(fā)明實(shí)施例中的多層介質(zhì)膜。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0022] 圖la和圖lb分別為現(xiàn)有技術(shù)制作半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)和側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。該 半導(dǎo)體發(fā)光器件左側(cè)波導(dǎo)為直波導(dǎo)，右側(cè)的波導(dǎo)為彎曲的傾斜波導(dǎo)。該半導(dǎo)體發(fā)光器件由 半導(dǎo)體襯底11上依次外延生長(zhǎng)多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，順次包括下波導(dǎo)層12、有源層13、上波 導(dǎo)層14、隔離層15、蓋帽層16、歐姆接觸層17。通過光刻和刻蝕工藝制作出脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)， 蓋帽層16和歐姆接觸層17組成脊型波導(dǎo)，在脊型波導(dǎo)上制作金屬電極18。該半導(dǎo)體發(fā)光 器件采取了彎曲的傾斜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來降低發(fā)光端面的反射率，但還是不可避免地存在波導(dǎo)泄 漏模以及發(fā)光端面反射模重新耦合進(jìn)發(fā)光波導(dǎo)的可能，從而影響發(fā)光光譜的穩(wěn)定性與平坦 度。
[0023] 本發(fā)明通過在發(fā)光管的靠近彎曲或傾斜光波導(dǎo)的隔離層上覆蓋金屬或者介質(zhì)膜， 以達(dá)到消除彎曲或傾斜波導(dǎo)的泄漏模，以及端面反射模的作用，使得發(fā)光管輸出光譜的更 加平坦，降低紋波。
[0024] 如圖2a所示，在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)同圖la和圖lb所示的 結(jié)構(gòu)一致，其左側(cè)波導(dǎo)為直波導(dǎo)，右側(cè)的波導(dǎo)為彎曲的傾斜波導(dǎo)。其側(cè)面圖如圖2b所示，該 半導(dǎo)體發(fā)光器件由半導(dǎo)體襯底11上依次外延生長(zhǎng)多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，順次包括下波導(dǎo)層 12、有源層13、上波導(dǎo)層14、隔尚層15、蓋帽層16、歐姆接觸層17, A1和A2為本發(fā)明+導(dǎo)體 發(fā)光器件的兩個(gè)自然解離面。通過光刻和刻蝕工藝制作出脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，蓋帽層16和歐姆 接觸層17組成脊型波導(dǎo)，在脊型波導(dǎo)上制作金屬電極18。半導(dǎo)體發(fā)光器件表面除了脊波 導(dǎo)上覆蓋有金屬電極18外，在脊波導(dǎo)兩側(cè)的隔離層15的表面也部分覆蓋有金屬層29a和 29b。該金屬層29a和29b相互分離，并且不與金屬電極18相連接。金屬層29a和29b與 金屬電極18在橫向上至少相距2um，否則在長(zhǎng)期使用中，由于金屬離子的擴(kuò)散，會(huì)影響器件 的長(zhǎng)期可靠性，縮短器件壽命。由于金屬層29a和29b距離有源區(qū)很近，泄漏、反射或者散 射到金屬層29a和29b的光模場(chǎng)即被金屬所吸收，而不會(huì)重新耦合進(jìn)光波導(dǎo)內(nèi)，從而有效地 減小了端面的反射率，改進(jìn)輸出光譜的質(zhì)量與穩(wěn)定性。
[0025] 圖3為符合本發(fā)明的第二種實(shí)施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)圖，其左右兩側(cè)的 波導(dǎo)為彎曲的傾斜波導(dǎo)。該半導(dǎo)體發(fā)光器件表面除了脊波導(dǎo)上覆蓋有金屬電極18外，在脊 波導(dǎo)兩側(cè)的隔離層15的表面也部分覆蓋有金屬層39a、39b以及39c、39d。該金屬覆蓋層均 不與金屬電極18相連接，而在脊波導(dǎo)同一側(cè)的39a和39c可以相互連接或者不相互連接； 在脊波導(dǎo)另一側(cè)的39b和39d也可以相互連接或者不相互連接。
[0026] 圖4為符合本發(fā)明的第三種實(shí)施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)圖，其左右兩側(cè)的 波導(dǎo)為的傾斜的直波導(dǎo)，波導(dǎo)方向與發(fā)光端面不垂直，而是有一定的夾角。該半導(dǎo)體發(fā)光器 件表面除了脊波導(dǎo)上覆蓋有金屬電極18外，在脊波導(dǎo)兩側(cè)的隔離層15的表面也部分覆蓋 有金屬層49a、49b以及49c、49d。該金屬覆蓋層均不與金屬電極18相連接，而在脊波導(dǎo)同 一側(cè)的49a和49c可以相互連接或者不相互連接；在脊波導(dǎo)另一側(cè)的49b和49d也可以相 互連接或者不相互連接。在本發(fā)明中，金屬層可以為連接成一體的金屬層，或者可以是相互 分離設(shè)置的金屬層。
[0027] 圖5為符合本發(fā)明的第四種實(shí)施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的俯視結(jié)構(gòu)圖，其脊型波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)同圖4所示的器件波導(dǎo)結(jié)構(gòu)一致，即左右兩側(cè)的波導(dǎo)均為傾斜的直波導(dǎo)。該半導(dǎo)體發(fā)光 器件的脊波導(dǎo)上覆蓋有金屬電極18,在脊波導(dǎo)兩側(cè)的隔離層15的表面覆蓋有多層介質(zhì)膜 59a、59b以及59c、59d。由于介質(zhì)膜不導(dǎo)電，不會(huì)影響脊波導(dǎo)上覆蓋的金屬電極的電場(chǎng)分 布，該多層介質(zhì)膜層可以與金屬電極18相連接，也可以不與金屬電極18相互連接。該多層 介質(zhì)膜在設(shè)計(jì)上要求能對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光管所發(fā)射的光增透，這樣傾斜波導(dǎo)的泄漏模以及端面 反射模能很好地透過該介質(zhì)膜而不被重新耦合進(jìn)脊型波導(dǎo)中。
[0028] 本發(fā)明襯底材料通常為磷化銦，也可以是砷化鎵等半導(dǎo)體材料。本發(fā)明吸收金屬 層可以采用各種金屬材料，如Ti、Pt、Au、Al、Cu等，其材料可以與金屬電極相同或者不同， 也可以采用多層介質(zhì)膜材料。
[0029] 本發(fā)明的核心是通過在半導(dǎo)體芯片的傾斜波導(dǎo)兩側(cè)的隔離層上制作膜層，以吸收 光波導(dǎo)的泄漏模，以及端面的反射模，達(dá)到消除端面反饋的作用。因此，凡是采用在光波導(dǎo) 兩側(cè)制作金屬膜或者介質(zhì)膜，以實(shí)現(xiàn)降低端面反饋的作法，無論半導(dǎo)體發(fā)光器件的具體結(jié) 構(gòu)有什么區(qū)別，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的方案適用于所有具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的半 導(dǎo)體發(fā)光管，如半導(dǎo)體光放大器、半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管、半導(dǎo)體增益芯片等；適用于多 種材料體系，如InGaAsP/InP系材料、AlGalnAs/InP系材料及AlGaAs/GaAs等材料體系。
[0030] 以上所說實(shí)施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范 圍不限于此。本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明 保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括順次設(shè)置于半導(dǎo)體襯底（11)上的下波導(dǎo)層（12)、有源層 (13)、上波導(dǎo)層（14)、隔離層（15)、蓋帽層（16)、歐姆接觸層（17)，蓋帽層（16)和歐姆接觸 層（17)組成脊型波導(dǎo)，所述脊型波導(dǎo)表面設(shè)置有金屬電極（18)，其特征為：所述金屬電極 (18)相對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)光端面傾斜或者彎曲的區(qū)域兩側(cè)設(shè)置有金屬層或者多層介質(zhì) 膜層，所述金屬層或者多層介質(zhì)膜層設(shè)置于隔離層（15)表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述金屬層與金屬電極之 間設(shè)置有空隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述脊型波導(dǎo)包括發(fā)光端 面相垂直的直波導(dǎo)和傾斜的彎曲波導(dǎo)，所述金屬層或多層介質(zhì)膜層設(shè)置于彎曲波導(dǎo)兩側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述脊型波導(dǎo)包括兩 端均為傾斜的彎曲波導(dǎo)，所述金屬層設(shè)置于傾斜彎曲波導(dǎo)一端或者兩端的兩側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述脊型波導(dǎo)包括兩端均 為傾斜的彎曲波導(dǎo)，所述多層介質(zhì)膜層設(shè)置于傾斜彎曲波導(dǎo)一端或者兩端的兩側(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述脊型波導(dǎo)為與發(fā) 光端面成夾角設(shè)置的傾斜直波導(dǎo)，所述金屬層設(shè)置于傾斜直波導(dǎo)一端或者兩端的兩側(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述脊型波導(dǎo)為與發(fā)光端 面成夾角設(shè)置的傾斜直波導(dǎo)，所述多層介質(zhì)膜層設(shè)置于傾斜直波導(dǎo)一端或者兩端的兩側(cè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述金屬層與金屬電極的 空隙間隔為至少2um。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或8所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述金屬層為連 接成一體的金屬層，或者是相互分離設(shè)置的金屬層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或5或7所述的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征為：所述多層介質(zhì)膜 層采用對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)射光進(jìn)行光增透的膜層。
【文檔編號(hào)】H01S5/22GK104158086SQ201410426431
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】王定理, 黃曉東, 李林松, 曹明德, 傅力 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司