一种增益芯片结构的制作方法

本技术涉及一种增益芯片结构，属于有源芯片结构。

背景技术：

1、随着激光传感、相干光通信和空间光通信的发展，对发射光信号线宽的要求越来越高。相干光通信需要窄线宽激光器满足信号高阶多维调制的发展需求，激光传感与空间光通信系统需要相干检测提高输出端微小信号的检测的灵敏度，相干检测只有窄线宽激光器能实现。半导体窄线宽激光器具有稳定性高、价格低的优势。单片集成窄线宽激光器分布反馈半导体激光器(dfb)和布拉格反射激光器(dbr)通过芯片内部光栅进行选模，激光线宽受限于所选模式的出光功率，出光功率受限于芯片的尺寸。dfb和dbr芯片尺寸限制在百微米级别，出光功率低，激光线宽基本在几十mhz到几mhz的水平。为了进一步压窄线宽，引入了外腔结构，外腔结构中芯片为增益芯片。

2、传统的增益芯片，主要依赖弯曲波导和增透膜降低反射率。弯曲波导利用光直线传播的原理，通过改变角度增大反射光的衍射损耗，降低反射率。同时配合使用增透膜，改变增透膜的材料与厚度降低增透膜的透射率至万分之一，甚至十万分之一，才能抑制激射，得到高光谱平坦度。但是增透膜透射率的提高依赖于膜层对数的增加，透射率高的膜层，厚度也会越高。膜层厚度的增加不仅使得芯片散热能力降低，还会增加膜层脱落的危险。现有技术的芯片结构也有采用脊波导结构的，如专利公开号为：cn215579538u，公开的一种全波长半导体激光器芯片结构，虽然采用了脊波导结构，但是该脊波导结构不能增加增益芯片光传输过程中的衍射损耗，结构没有进行进一步设计，基于上述现有技术中出现的问题，怎样改进增益芯片的结构从而减小增益芯片对增透膜和弯曲波导的依赖，降低反射率，成为目前迫切需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种增益芯片结构，解决了现有技术中出现的问题。

2、本实用新型所述的一种增益芯片结构，包括芯片结构本体，所述的芯片结构本体包括n面金属电极、谐振腔和p面金属电极，所述n面金属电极位于芯片结构本体底部，谐振腔和p面金属电极依次设置在n面金属电极上方，其中，谐振腔包括从下到上依次设置的衬底、n型限制层、n型波导层、有源层、p型波导层、p型限制层和接触层，所述p型限制层上设有脊波导结构，所述脊波导结构的双沟两侧为波浪形侧面。

3、进一步的，n型波导层包括n型波导层一和n型波导层二，所述n型波导层一位于n型限制层上，所述n型波导层二位于n型波导层一上方。

4、进一步的，芯片结构本体还包括电极隔离层，所述电极隔离层覆盖在脊波导结构两侧及双沟上，作为电流注入隔离层。

5、进一步的，n面金属电极所用的材料为au/ge/ni/au，通过pecvd沉积在减薄后的衬底上。

6、进一步的，衬底为n型掺杂的gaas衬底，衬底与n面金属电极形成良好的欧姆接触，衬底减薄后的厚度为100-110um。

7、进一步的，n型限制层和n型波导层材料为alxga1-xas。

8、进一步的，p型限制层和p型波导层的材料为alxga1-xas。

9、进一步的，接触层为p型gaas接触层，接触层与p面金属电极具有良好的欧姆接触。

10、进一步的，有源层为inxga1-xas/gaas组成的量子阱/势垒材料。

11、进一步的，p面金属电极位于电极隔离层之上，通过pecvd沉积，所用材料为ti/pt/au。

12、本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

13、本实用新型所述的一种增益芯片结构，通过在增益芯片弯曲脊波导两侧增加波浪形侧边结构增加增益芯片光传输过程中的衍射损耗，从而降低芯片反射率，减小芯片本身光振荡，抑制激射。同时降低了增益芯片对弯曲波导制作精度和增透膜反射率的依赖。

14、制作具有波浪形的脊型波导形状光刻版，在制作脊型台面时将波浪型的侧边结构同步传导到脊台上。光在芯片内传输时，在波浪型的侧边结构中的反射光由于无法按照直线传播产生衍射损耗，降低了芯片反射率，抑制了增益芯片的振荡激射。从而增大了反射光的衍射损耗，降低了增益芯片的反射率，抑制了增益芯片的激射；降低了增益芯片对增透膜和弯曲波导工艺与设计的依赖，降低了工艺难度。

15、本实用新型中通过增加弯曲波导侧面波浪形微型结构，通过增加增益芯片内部光反射时的衍射损耗，从而降低芯片的反射率，减小光激射的几率。侧面波浪结构图形只需在制作光刻版时，画出相应图形，未增加外延生长与流片中的步骤，又会降低增益芯片对弯曲波导和增透膜的依赖。解决了现有技术中出现的问题。

技术特征：

1.一种增益芯片结构，包括芯片结构本体，其特征在于：所述的芯片结构本体包括n面金属电极(1)、谐振腔和p面金属电极(11)，所述n面金属电极(1)位于芯片结构本体底部，谐振腔和p面金属电极(11)依次设置在n面金属电极(1)上方，其中，谐振腔包括从下到上依次设置的衬底(2)、n型限制层(3)、n型波导层、有源层(6)、p型波导层(7)、p型限制层(8)和接触层(9)，所述p型限制层(8)上设有脊波导结构，所述脊波导结构的双沟两侧设有波浪形侧面。

2.根据权利要求1所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的n型波导层包括n型波导层一(4)和n型波导层二(5)，所述n型波导层一(4)位于n型限制层(3)上，所述n型波导层二(5)位于n型波导层一(4)上方。

3.根据权利要求1所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的芯片结构本体还包括电极隔离层(10)，所述电极隔离层(10)覆盖在脊波导结构两侧及双沟上，作为电流注入隔离层。

4.根据权利要求1所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的n面金属电极(1)通过pecvd沉积在减薄后的衬底(2)上，所用材料为au/ge/ni/au。

5.根据权利要求1所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的衬底(2)为n型掺杂的gaas衬底，衬底(2)与n面金属电极(1)形成良好的欧姆接触，衬底(2)减薄后的厚度为100-110um。

6.根据权利要求1所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的n型限制层(3)和n型波导层材料为alxga1-xas。

7.根据权利要求1所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的p型限制层(8)和p型波导层(7)的材料为alxga1-xas。

8.根据权利要求1所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的接触层(9)为p型gaas接触层，接触层(9)与p面金属电极(11)具有良好的欧姆接触。

9.根据权利要求1所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的有源层(6)为inxga1-xas/gaas组成的量子阱/势垒材料。

10.根据权利要求3所述的一种增益芯片结构，其特征在于：所述的p面金属电极(11)位于电极隔离层(10)之上，所用材料为ti/pt/au。

技术总结
本技术公开一种增益芯片结构，属于有源芯片结构技术领域，包括芯片结构本体，所述的芯片结构本体包括N面金属电极、谐振腔和P型金属电极，N面金属电极位于芯片结构本体底部，谐振腔和P型金属电极依次设置在N面金属电极上方，其中，谐振腔包括从下到上依次设置的衬底、N型限制层、N型波导层、有源层、P型波导层、P型限制层和接触层，P型限制层上设有脊波导结构，脊波导结构的双沟两侧为波浪形侧面。通过在增益芯片弯曲脊波导两侧增加波浪形侧边结构增加增益芯片光传输过程中的衍射损耗，从而降低芯片反射率，减小芯片本身光振荡，抑制激射。同时降低了增益芯片对弯曲波导制作精度和增透膜反射率的依赖。

技术研发人员：吴梦影,王文钰,李韶杰,杨烨,曹玉莲
受保护的技术使用者：山东中科际联光电集成技术研究院有限公司
技术研发日：20230628
技术公布日：2024/1/15