[实用新型]一种边发射高速半导体激光器芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，特别是涉及一种边发射高速半导体激光器芯片。

背景技术

随着云计算、大数据、物联网等技术应用的兴起，以及互联网对各行业各领域的渗透，数据流量正持续迅猛增长，导致对激光器芯片的调制速率要求也越来越高。

高速直接调制的半导体激光器(DML)芯片，由于其低功耗、宽温工作及低成本等优点，在数据中心领域受到广泛应用，而为了提高DML芯片的调制速率，一个简单可行的方法是缩短激光器有源区的长度。根据理论计算，如果激光器有源区长度减小一半，则激光器带宽可提高40％。但是当激光器长度降低到200 μm以下，与激光器芯片厚度可比拟时，将大大增加芯片的解理工艺难度，甚至难以实现。而且，当芯片的长度较短时，夹条工艺难度也极大增加。

为了解决上述问题，国际上目前常用的做法是通过对接耦合技术在激光器出光端集成无源波导(“25.8Gbps direct modulation of BH AlGaInAs DFB lasers with p-InP substrate for low driving current”,22nd IEEE international Semiconductor Laser Conference,ThB5,197-198)。对接耦合技术是在外延片进行一次外延后，通过光刻及腐蚀，去除某些区域的部分外延材料，然后再生长具有不同厚度、不同带隙波长的材料，从而达到光子集成的目的。对接耦合技术能够对具有不同功能的区域进行独立优化，因此可制作出高性能的光子集成器件，但是其方法外延次数较多，外延过程中容易在对接界面出现空洞，导致吸收损耗较大，另外还需精细调节有源与无源波导的有效折射率，以降低界面反射，因此，对接耦合技术工艺较复杂，技术难度较高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对背景技术中存在问题，旨在提供一种工艺简单，耦合损耗小，适于规模化批量生产的高速半导体激光器芯片的制作方法。

本实用新型进一步要解决的技术问题是提供一种边发射高速半导体激光器芯片。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种边发射高速半导体激光器芯片，激光器芯片结构包括：下覆盖层2、下波导层3、有源区4、上波导层5、上覆盖层15和接触层16，

所述下波导层3、有源区4和上波导层5区域注入有第一离子，相应注入有第一离子区域为无源波导区；

所述接触层16和覆盖层15的第二边缘区域注入有第二离子；其中，所述第二边缘区域位于所述第一离子区域之上。

可选的，所述第一离子为磷离子，所述第二离子为氢离子。

可选的，所述有源区4的长度为50-150μm。

可选的，所述无源波导区的长度为50-150μm。

可选的，所述第二离子注入深度为100-1000nm。

可选的，所述下波导层3由P型铟镓砷磷构成；所述有源区4由应变多量子阱构成；所述上波导层5由N型铟镓砷磷构成；所述覆盖层15由磷化铟构成；所述接触层16由N型铟镓砷材料构成。

可选的，所述下覆盖层2的厚度为500nm；下波导层3的厚度为100nm；有源区4的厚度为145nm；上波导层5的厚度为100nm；覆盖层15的厚度为1500nm；接触层16的厚度为200nm。

可选的，所述第二离子注入的深度为300m。

可选的，所述上波导层5和覆盖层15之间存在一层P型铟镓砷磷腐蚀停止层14。

本实用新型实施例针对短腔长半导体激光器难解理及夹条的工艺问题，采用量子阱混杂第一离子后集成获得的无源波导区解决，本实用新型所采用的结构，在材料外延生长次数上相比背景技术中提到的对接耦合技术更少，制作工艺简单，且有源区与无源波导区材料相同，避免了界面反射的问题，因此更适合大规模批量生产。虽然量子阱混杂工艺重复性较差，但对于高速直接调制半导体激光器，其对无源波导区的波长范围要求较宽，因此对本实用新型实施例所提出的量子阱混杂的重复性要求并不高。另一方面，本实用新型实施例还对无源波导部分采用氢离子注入，进一步降低了激光器注入电流的扩散长度，有利于减小激光器的漏电流。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种边发射高速半导体激光器芯片的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种边发射高速半导体激光器芯片的结构示意图；