具多层膜披覆绝缘层的脊形波导结构激光二极管的制作方法
【专利摘要】一种具多层膜披覆绝缘层的脊形波导结构激光二极管，包括：一基板；一脊形波导结构位于该基板上方，且该脊形波导结构具有一顶部与一侧壁部；以及一绝缘层，由多层膜所组成，且该绝缘层覆盖于该脊形波导结构的侧壁部。本实用新型的激光二极管可以大幅降低由脊形波导结构侧壁所散射出去的激光。
【专利说明】具多层膜披覆绝缘层的脊形波导结构激光二极管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种激光二极管，且特别涉及一种具脊形波导结构的激光二极管。
【背景技术】
[0002]请参照图1，其所绘示为公知具脊形波导结构的激光二极管示意图。激光二极管 100 包括一基板 104、一第一披覆层(cladding layer) 106、一第一局限层(confinementlayer) 108、一有源层(active layer) 110、一第二局限层112、一第二披覆层114、与一绝缘层(passivat1n layer) 116。
[0003]第一披覆层106与第一局限层108具有第一种导电型态,例如N型半导体的导电型态；第二披覆层114与第二局限层112具有第二种导电型态，例如P型半导体的导电型态。再者，第一披覆层106与第二披覆层114由能隙较高的半导体材料所组成，以产生电荷载子的障壁，防止电子或者空穴由有源层110逸出而降低量子效率。
[0004]再者,第二披覆层114经由蚀刻而成为脊形波导结构(ridge waveguide),其具有光线局限效果，使得有源层110所产生的激光被限制于有源层110内，以维持光模的稳定。
[0005]再者，绝缘层116形成于脊形波导结构顶部以外的侧壁部。基本上，脊形波导结构的顶部可定义出电流导通的区域，使得注入有源层110的电流集中，提高电流密度。
[0006]由图1的激光二极管100可知，绝缘层116覆盖于脊形波导结构的侧壁。由于绝缘层116为单层膜的结构，其反射率较低，会使得激光由脊形波导结构的侧壁散射出去。因此，导至激光二极管100的散射损失(scattering loss)升高,并且降低激光二极管100的转换效率，另外因绝缘层116为单一材料的单层膜结构，在固定的膜厚范围内对激光二极管近远场光模分布影响有限。
【发明内容】
[0007]本实用新型提供一种激光二极管，包括:一基板；一脊形波导结构位于该基板上方，且该脊形波导结构具有一顶部与一侧壁部；一绝缘层，由多层膜所组成，且该绝缘层覆盖于该脊形波导结构的该侧壁部。
[0008]在本实用新型的激光二极管的一个实施方式中，该基板的一上表面形成有一外延结构，以成为该脊形波导结构。
[0009]在本实用新型的激光二极管的另一个实施方式中，该外延结构包括:依序堆叠的一第一披覆层、一第一局限层、一有源层、一第二局限层与一第二披覆层；且该脊形波导结构包括该第二披覆层。
[0010]在本实用新型的激光二极管的另一个实施方式中，该外延结构包括:依序堆叠的一第一披覆层、一第一局限层、一有源层、一第二局限层与一第二披覆层；且该脊形波导结构包括该第二披覆层、该第二局限层、该有源层、该第一局限层与该第一披覆层。
[0011]在本实用新型的激光二极管的另一个实施方式中，该绝缘层包括具有折射率差异所形成的多层膜堆叠结构。
[0012]在本实用新型的激光二极管的另一个实施方式中，该绝缘层为一分布布拉格反射镜。
[0013]在本实用新型的激光二极管的另一个实施方式中，该绝缘层包括多次堆叠的第一介电材料层与第二介电材料层，其中所述第一介电材料层的折射率大于所述第二介电材料层的折射率。
[0014]在本实用新型的激光二极管的另一个实施方式中，该第一介电材料层为氧化钛层、氧化钽层、氧化铌层、氧化锆层或氧化铪层，而该第二介电材料层为氧化硅层、氧化铝层、氧化钇层或氟化锶层。
[0015]在本实用新型的激光二极管的另一个实施方式中，该第一介电材料层与该第二介电材料层为同一材料系统，且该同一材料系统为氧化娃材料系统或氮化娃材料系统。
[0016]本实用新型的优点是提出一种具脊形波导结构的激光二极管，其绝缘层是由多层膜构成DBR，其具有高反射率，可以大幅降低由脊形波导结构侧壁所散射出去的激光。
[0017]为了对本实用新型的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下:
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1所绘示为公知具脊形波导结构的激光二极管示意图。
[0019]图2所绘示为本实用新型具脊形波导结构的激光二极管的第一实施例。
[0020]图3所绘示为本实用新型具脊形波导结构的激光二极管的第二实施例。
[0021]其中，附图标记说明如下:
[0022]100,200,400:激光二极管
[0023]104、204、404:基板
[0024]106,206,406:第一披覆层
[0025]108,208,408:第一局限层
[0026]110、210、410:有源层
[0027]112、212、412:第二局限层
[0028]114、214、414:第二披覆层
[0029]116、230、430:绝缘层
【具体实施方式】
[0030]请参照图2，其所绘示为本实用新型具脊形波导结构的激光二极管的第一实施例。激光二极管200包括、一基板204、一第一披覆层206、一第一局限层208、一有源层210、一第二局限层212、一第二披覆层214、与一绝缘层230。其中，外延结构是由基板204上表面依序形成堆叠的第一披覆层206、第一局限层208、有源层210、第二局限层212、以及第二披覆层214。
[0031]再者，外延结构中第二披覆层214经由蚀刻而成为脊形波导结构。再者，绝缘层230覆盖于脊形波导结构顶部以外的侧壁部。根据本实用新型的第一实施例，电流可以由脊形波导结构的顶部流入，并注入有源层110。或者，注入有源层110的电流，由可脊形波导结构的顶部流出。再者，本实用新型并不限定基板204的材料，其可为半导体基板或者陶瓷基板。
[0032]根据本实用新型的具体实施例，基板204上的外延结构为AlGaInP系列材料，有源层210为量子井(MQW)组成其激光激发波长650nm。
[0033]再者，根据本实用新型的第一实施例，绝缘层230是由多层膜所组成的一分布布拉格反射镜(Distributed Brag Reflector,简称DBR)。在实际的运用上，绝缘层230以多次堆叠的Al203/Ta205材料形成DBR来实现，或者多次堆叠的Si02/Ti02材料形成DBR来实现。当然，本实用新型并不限定于此，本领域技术人员亦可使用任何有着折射率差异的材料来形成多层膜结构的DBR。以下详细说明之。
[0034]由于公知具脊形波导结构的激光二极管的绝缘层，由于其单层结构设计，当采用Si3N4或S12为绝缘层时其反射率较低(小于30% )，会导至其散射损失升高，并且降低激光二极管的转换效率。
[0035]为了提高反射率，本实用新型利用多层膜的绝缘层来取代单层结构设计的绝缘层。举例来说，当绝缘层是由光学镀膜(Opticalcoating)工艺形成的六层膜DBR(三对堆叠的Al203/Ta205材料)时反射率可提升大于80%，该反射率可随多层膜不同层数与厚度而改变。
[0036]再者，当绝缘层是由光学镀膜工艺形成的六层膜DBR(三对堆叠的Si02/Ti02材料)时反射率可提升大于90%，该反射率可随多层膜不同层数与厚度而改变。
[0037]很明显地，本实用新型所公开的绝缘层230所构成的DBR具有高反射率，可以大幅降低由脊形波导结构侧壁所散射出去的激光。因此，可以有效地改善激光二极管200的散射损失，并且提高激光二极管200的转换效率，且本实用新型所公开的绝缘层230可利用多层膜结构的改变，有效地调控激光二极管近场与远场的光模分布，应用于光纤耦合上可提升其耦合利用率。
[0038]再者，第一实施例所提出的各种半导体材料、绝缘层材料、电极材料仅为一个范例而已，并非用来限制本实用新型的技术特征。在此领域的技术人员，也可以运用第一实施例所提出的结构来降低激光二极管的散射损失，并且提高转换效率。
[0039]请参照图3，其所绘示为本实用新型具脊形波导结构的激光二极管的第二实施例。激光二极管400包括一基板404、一第一披覆层406、一第一局限层408、一有源层410、一第二局限层412、一第二披覆层414、以及一绝缘层430。其中，外延结构是由基板404上表面依序形成堆叠的第一披覆层406、第一局限层408、有源层410、第二局限层412、与第二披覆层 414。
[0040]根据本实用新型的第二实施例，外延结构中的第二披覆层414、第二局限层412、有源层410、第一局限层408与第一披覆层406通过蚀刻而成为脊形波导结构。再者，绝缘层430覆盖于脊形波导结构顶部以外的侧壁部。根据本实用新型的第二实施例，电流可以由脊形波导结构的顶部流入，并注入有源层110。或者，注入有源层110的电流，由可脊形波导结构的顶部流出。
[0041]同理，绝缘层430是由多层膜所组成的DBR。在实际的运用上，绝缘层430以多次堆叠的Al203/Ta205材料形成DBR来实现，或者多次堆叠的Si02/Ti02材料形成DBR来实现。因此，绝缘层430所构成的DBR具有高反射率，可以大幅降低由脊形波导结构侧壁所散射出去的激光。因此，可以有效地改善激光二极管400的散射损失，并且提高激光二极管400的转换效率。
[0042]由以上的说明可知，本实用新型的优点是提出一种具脊形波导结构的激光二极管，其绝缘层是由多层膜构成DBR，其具有高反射率，可以大幅降低由脊形波导结构侧壁所散射出去的激光。
[0043]再者，上述绝缘层可包括多次堆叠的高折射率介电材料层与低折射率介电材料层，其中高折射率介电材料层更可为氧化钛层、氧化钽层、氧化铌层、氧化锆层或氧化铪层，而低折射率介电材料层更可为氧化硅层、氧化铝层、氧化钇层或氟化锶层。或者，该多层膜可为同一材料系统通过组成改变而形成折射率差异，如氧化硅材料系统或氮化硅材料系统。
[0044]综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本实用新型。本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
【权利要求】
1.一种具多层膜披覆绝缘层的脊形波导结构激光二极管，其特征在于，该激光二极管包括: 一基板； 一脊形波导结构位于该基板上方，且该脊形波导结构具有一顶部与一侧壁部；以及 一绝缘层，由多层膜所组成，且该绝缘层覆盖于该脊形波导结构的该侧壁部。
2.根据权利要求1的激光二极管，其特征在于，该基板的一上表面形成有一外延结构，以成为该脊形波导结构。
3.根据权利要求2的激光二极管，其特征在于，该外延结构包括:依序堆叠的一第一披覆层、一第一局限层、一有源层、一第二局限层与一第二披覆层；且该脊形波导结构包括该第二披覆层。
4.根据权利要求2的激光二极管，其特征在于，该外延结构包括:依序堆叠的一第一披覆层、一第一局限层、一有源层、一第二局限层与一第二披覆层；且该脊形波导结构包括该第二披覆层、该第二局限层、该有源层、该第一局限层与该第一披覆层。
5.根据权利要求1的激光二极管，其特征在于，该绝缘层包括具有折射率差异所形成的多层膜堆叠结构。
6.根据权利要求1的激光二极管，其特征在于，该绝缘层为一分布布拉格反射镜。
7.根据权利要求1的激光二极管，其特征在于，该绝缘层包括多次堆叠的第一介电材料层与第二介电材料层，其中所述第一介电材料层的折射率大于所述第二介电材料层的折射率。
8.根据权利要求7的激光二极管，其特征在于，该第一介电材料层为氧化钛层、氧化钽层、氧化铌层、氧化锆层或氧化铪层，而该第二介电材料层为氧化硅层、氧化铝层、氧化钇层或氟化锶层。
9.根据权利要求7的激光二极管,其特征在于,该第一介电材料层与该第二介电材料层为同一材料系统，且该同一材料系统为氧化娃材料系统或氮化娃材料系统。
【文档编号】H01S5/22GK203859387SQ201420269631
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】洪志苍, 翁志源, 李豪强, 谢和铭 申请人:友嘉科技股份有限公司