激光芯片及其制备方法、光模块与流程

本申请涉及光通信技术领域，特别涉及一种激光芯片。本申请同时还特别涉及一种激光芯片的制作方法。

背景技术：

激光芯片是光纤通讯、数据传输的关键部件。激光芯片在实际使用时，需要监控输出功率，以保证传输信号眼图质量。

边发射激光芯片是光纤通讯、数据传输的关键部件。由于光钎传输低损耗、低色散需要，通讯用半导体激光芯片以激射波长为1.3-1，55微米的磷化铟基激光芯片为主流产品。该激光芯片有掩埋(buriedheterostucture，bh)、脊波导(ridgewaveguide，rw)两种。其中，分布反馈激光芯片(distributedfeedbackbrag，dfb)因为其单纵模特性，传输距离更远，应用更为广泛。

dfb激光芯片制作过程非常复杂。以bh结构为例，主要流程是：生长量子阱有源区；在量子阱上面制作光栅，提供波长选择功能；光栅层上的再生长；用半绝缘的二氧化硅、或者氮化硅做保护膜，刻蚀出有源区台面；在刻蚀出来的台面两侧生长反向pn结，提供电流阻挡；刻蚀掉保护膜层，再次生长包层和接触层；淀积表面保护层、制作金属电极、减薄、淀积背面电极；解理、镀膜、测试、挑选、封装。

然而，在上述dfb半导体激光器中，其光栅的一个周期通常较小(约为200μm)，而芯片切割时的误差在5～20μm，所以导致光栅的最后一个周期(最靠近激光器腔面的一个周期)切割位置是不可控的，造成光栅末端相位的随机性。但是，激光器内两个模增益差又受光栅末端相位的影响。因此，上述光栅末端相位的随机变化，会导致激光器内两个模的增益差不稳定，最终影响dfb半导体激光器的单纵模良率。

技术实现要素：

本发明提供了一种分布反馈半导体激光芯片及其制备方法、光模块，以解决dfb半导体激光芯片中光栅末端相位的不可控，所造成的dfb半导体激光器的单纵模良率低的问题。

为了达到以上目的，本发明实施例提供了一种激光芯片，包括基板，设于基板上的第一有源区和第二有源区；设于第一有源区上的第一光栅，第一有源区发出的光在第一光栅处发生布拉格反射；设于第二有源区上的第二光栅，第二有源区发出的光在第二光栅处发生布拉格反射；第一光栅与第二光栅不平行设置，解理后具有不同的端面相位。

本发明实施例还提供了一种激光芯片的制作方法，包括生长量子阱有源区；在量子阱上面制作光栅，相邻两个光栅不平行设置；刻蚀以形成周期性排布的脊波导阵列，脊波导中包括有源区及光栅；以相邻两个脊波导为一组单元对脊波导阵列进行解离。

本发明实施例还提供了一种光模块，包括上述激光芯片。

与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案的有益技术效果包括：

本发明实施例提供的技术方案中，第一有源区及第一光栅形成第一发光单元，第二有源区及第二光栅形成第二发光单元，第一光栅与第二光栅不平行设置，解理后具有不同的端面相位，使得第一发光单元与第二发光单元具有不同的单模抑制比smsr以及良率，激光芯片可以筛选性能更优越的发光单元。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中半导体激光芯片的表面结构示意图；

图2为激光芯片端面相位示意图；

图3为本申请具体实施例中提出的一种激光芯片的示意图；

图4为本申请具体实施例中提出的一种激光芯片的相位分布示意图；

图5为相位与单模抑制比关系图；

图6为本发明实施例所提出的倾斜双波导dfb激光芯片的表面图；

图7为本发明实施例所提出的一种激光芯片的剖面图；

图8本发明实施例所提出的一种激光芯片另一剖面图。

具体实施方式

如背景技术，现有的dfb激光芯片的单模良率，受端面相位的影响非常大，而现有的dfb激光芯片设计中，单模几率都受限于初始相位选择，导致单模良率无法提高，生产成本无法降低。

本发明实施例提出了一种激光芯片设计，在现有一个激光芯片的尺寸上制作两个发光单元，每个发光单元均可以独立工作，只有每个发光单元都不良，才会认为激光芯片不良，此外还可以从两个发光单元中筛选一个性能更优的用于实际使用。这种设计不仅降低了激光芯片不良的概率，也为提高激光芯片性能提供了可能。

将上述设计思路应用于现有的激光芯片制作工艺中，由于芯片制作工艺的限制，制作出的芯片一致性较高，没有明显发挥上述设计思路的优势。

本发明实施例提供的一种激光芯片，包括基板；设于基板上的第一有源区和第二有源区；设于第一有源区上的第一光栅，第一有源区发出的光在第一光栅处发生布拉格反射；设于第二有源区上的第二光栅，第二有源区发出的光在第二光栅处发生布拉格反射；第一光栅与第二光栅不平行设置，解理后具有不同的端面相位。

在实际生产制作中，由于误差的存在，绝对的平行是不存在的，但不能以由于误差造成的不平行方案等同于本发明方案。本发明实施例提供的方案，其设计目的就是制作不平行的方案，而现有技术中，其设计目的是制作平行的方案，而且本发明实施例意图通过不平行设计改变发光单元的波长，对波长的改变要足够大，大到可以改变激光芯片的良率，这种质的变化并非由误差带来的不平行能够实现。

在描述本申请的激光芯片具体结构之前，首先对激光芯片的工作原理进行介绍。dfb激光芯片的波长取决于光栅周期和有源区以及周围材料的有效折射率。波长正比于有效折射率与光栅周期。当激光芯片波导与光栅反射方向形成角度，波长就会增长。dfb激光芯片的单模良率取决于波长以及光栅反射强度、末端相位。如果适当设计两个激光芯片的波长差，在相同的末端相位和光栅反射强度下，单模良率会得到提升。

因此，本发明实施例提出了一种激光芯片，第一光栅与第二光栅不平行设置，将第一发光单元与第二发光单元进行对比，激光芯片波导与光栅反射方向形成夹角，进而形成波长差。

在具体的应用场景中，为了激光芯片的设计便捷，和结构标准，第二dfb激光芯片的波导宽度等于第一dfb激光芯片有源区的宽度。

在本申请的优选实施例中，两个激光芯片有源区都采用了相同的制作材料，不需要多次生长不同器件有源区，降低了制作成本。

与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案的有益技术效果包括：

第一光栅与第二光栅不平行设置，解理后具有不同的端面相位，激光芯片波导与光栅反射方向形成夹角，进而形成波长差，使两个发光单元由于相位差而具有不同的单模几率，总有一个处于单模几率更大的位置。从而，在挑选管芯时，便可以挑选性能更优越的dfb激光芯片封装，使dfb激光芯片的单模良率得到提高，降低dfb激光芯片的生产成本。

下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，为现有技术中半导体激光芯片的表面结构示意图。包括激光芯片有源区1、电极2、前、后出光面。光栅在有源区上方，提供波长选择机制。由于光栅末端解理或者切割位置不可控，激光芯片的单纵模良率受端面相位影响很大。一般来说，单纵模良率理论上可以达到50％左右。实际制作中，该良率在30-40％之间。

如图2所示，为激光芯片端面相位示意图，在有源区1上方形成光栅3。p为光栅周期，δ是最后一个周期的切割位置，即末端相位。末端相位是解理时形成的。在芯片解理过程中，解理位置无法达到理论上的绝对精度，解理位置存在误差，这使得最终的末端相位不可精确控制。

如图3所示，为本申请具体实施例中提出的一种激光芯片的示意图。激光芯片中包括发光单元a和发光单元b中，将发光单元b特意设计成一个角度β。与现有技术相比，现有技术中发光单元a与发光单元b设置的结构形同。本申请中，该倾斜角度引入后，周期、相位同时在变，相对而言，发光单元a没有改变。这就使得发光单元a与发光单元b之间形成差距明显的发光特性。

优选的，第一光栅与第二光栅形成的夹角范围为4°至12°。

本领域技术人员可以显而易见的了解，激光芯片的波长取决于光栅周期、以及有源区量子阱的折射率。λ＝2nλ。∧是光栅周期，n是激光芯片的有效折射率。

在不考虑光栅对准误差的理想情况下，发光单元a的波长为：

λa＝2nλa。

而发光单元b，由于引入角度β，波长变为：

λb＝2nλb＝2nλa/cosβ。

如果考虑光栅制作工艺对准误差不为零，图3中发光单元b的波长如上式所示，但同时，相位也与a出现变化。

如图4所示，为本申请具体实施例中提出的一种激光芯片的相位分布示意图。由于发光单元b的倾斜角β，发光单元a的相位fa与发光单元b的相位fb不同，从而发光单元a与发光单元b具有的波长不同，发光单元b单模曲线随相位变化的统计良率，与发光单元a有很大不同。

本发明实施例所提出的技术方案的优势在于，单模抑制比smsr良率可以在发光单元a和发光单元b中的较优者选择，这样，良率就得到很大改善。

图5所示，为相位与单模抑制比关系图。如图5所示，以波长203nm及波长205.03nm为例，说明不同相位对单模抑制比的影响。

在相位0-80度，smsr曲线上，波长203＞波长205.03；80-180度，波长205.03＞＝波长203；180-270度，两波长均低于35db及格线；300-360度，波长205.03＞波长203。

如果只是一个波长203激光器，smsr良率只能在0-1800区选择，粗略估计，良率在50％左右。

本发明的优势在于，smsr良率可以在波长203和波长205.03中的较优者选择，这样，良率就变成67％。

如图6所示，为本发明实施例所提出的倾斜双波导dfb激光芯片的表面图。如图6所示，采用芯片生长工艺制作激光芯片，在晶圆上形成发光单元a与发光单元b的阵列，将一个发光单元a和一个发光单元b作为一组，以组为单位对晶圆解理从而切割出单个的激光芯片。

如图7和图8所示，为本发明实施例所提出的一种激光芯片的剖面图。发光单元b倾斜角度在3-12度即可，使波长变换1纳米至20纳米，良率都有明显提升。图8中，台面两侧的反向pn结用于限制电流从有源区通过。

图8中，隔离槽用于减小激光芯片反向漏电流、减小寄生电容。

与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案的有益技术效果包括：

本发明实施例提供了一种激光芯片，通过设计激光芯片中所包括的两个dfb激光芯片之间的波导夹角，实现两个dfb激光芯片通过该夹角形成波长差，使两个dfb激光芯片由于相位差而具有不同的单模几率，总有一个处于单模几率更大的位置。从而，在挑选管芯时，便可以挑选性能更优越的dfb激光芯片封装，使dfb激光芯片的单模良率得到提高，降低dfb激光芯片的生产成本。

相应的，本申请提出了一种激光芯片的制作方法，该制作方法包括以下步骤：

生长量子阱有源区；

在量子阱上面制作光栅，相邻两个光栅不平行设置；

刻蚀以形成周期性排布的脊波导阵列，脊波导中包括有源区及光栅；

以相邻两个脊波导为一组单元对脊波导阵列进行解离。

激光芯片采用的结构一般为脊波导和掩埋结构波导，其中脊波导激光芯片一般采用aigainas量子阱。掩埋结构波导的特点是金属有机气相沉积(mocvd)多次生长，激光芯片有源区一般采用ingaasp量子阱材料，二者的优劣点各不相同，在具体的应用场景中，可以根据实际需要来进行选择。

在具体的应用场景中，为了激光芯片的设计便捷，和结构标准，第二dfb激光芯片的波导宽度等于第一dfb激光芯片有源区的宽度。

优选的，第一dfb激光芯片与第二dfb激光芯片采用脊波导或掩埋结构。

在本申请的优选实施例中，两个激光芯片有源区都采用了相同的制作材料，不需要多次生长不同器件有源区，降低了制作成本。

与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案的有益技术效果包括：

本发明实施例提供了一种激光芯片的制作方法，通过设计激光芯片中所包括的两个dfb激光芯片之间的波导夹角，实现两个dfb激光芯片通过该夹角形成波长差，使两个dfb激光芯片由于相位差而具有不同的单模几率，总有一个处于单模几率更大的位置。从而，在挑选管芯时，便可以挑选性能更优越的dfb激光芯片封装，使dfb激光芯片的单模良率得到提高，降低dfb激光芯片的生产成本。

本发明实施例提供一种光模块，包括上述激光芯片。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。

本领域技术人员可以理解实施中的装置中的模块可以按照实施描述进行分布于实施的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施的一个或多个装置中。上述实施的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施的优劣。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施范例，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。