[發明專利]一種表面發射的DFB半導體激光器陣列及制作方法

在審

• 申請號: 201910938647.1
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110661172A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 李連艷;吳義濤;張梓銘;張云山;陸駿;陳向飛
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40
• 代理公司: 32243 南京正聯知識產權代理有限公司
• 代理人: 張玉紅

本發明提供了一種表面發射的DFB半導體激光器陣列及制作方法，將邊發射DFB半導體激光器或激光器陣列的出光方向通過一定的結構轉換為表面發射的，能夠充分利用PWB技術在芯片橫向平面上的高分辨率，便于三維聚合物波導的設計和制作，提高激光器陣列與SOI波導陣列集成的耦合效率和綜合性能，有利于大規模硅基光子集成芯片的生產和應用；表面發射可以在不解理的情況下對激光器陣列芯片進行測試和挑選，過濾掉一些性能不滿足要求的激光器，提高了集成芯片的處理和制作效率。

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，尤其涉及一種表面發射的DFB半導體激光器陣列及制作方法。

背景技術

近年來硅基光子技術發展非常迅速，硅基光子集成芯片在數據中心、超級計算機、5G通信、生物和氣體傳感等領域得到了大量應用。由于硅是間接帶隙半導體，隨著硅基調制器和鍺探測器的不斷發展和成熟，光源集成成為硅基光子技術的最后一個瓶頸。目前業界嘗試過拉曼激光器、GeSn激光器、III-V族材料直接生長、芯片鍵合(包括分子力、BCB、金屬等鍵合方式)、轉移印刷(Transfer printing)、混合封裝(倒裝焊、透鏡耦合、光柵耦合等)等多種形式的硅基光源，獲得了一定的效果，出現了一些基于混合封裝或芯片鍵合的光模塊產品。然而，目前的硅基光子集成芯片集成度還很低，涉及到的光源一般是單通道或四通道的，當需要更多通道激光器同時工作時，例如在DWDM系統中，光源數目的增加是一個非常大的挑戰。

光學引線鍵合(Photonics wire bonding,PWB)是一種極具潛力的大規模硅基光源集成方案，借鑒集成電路中金屬打線的思路，采用聚合物制作的光波導實現不同光芯片、芯片與光纖之間的互連。其基本思路是通過控制高能量的脈沖光束，使光刻膠特定位置處發生多光子聚合作用，形成三維的聚合物波導。聚合物波導的尺寸根據芯片上波導的模場大小設計，其位置由自動化的成像系統和計算機設備進行定位。該方法與3D激光直寫波導非常相似，區別在于所選取的材料，PWB的材料為光刻膠，形成波導后會清洗掉沒有曝光的光刻膠，而激光直接波導通常選取的材料為玻璃。該方案避免了傳統混合封裝方案中耗時較多的對準調節，節省了光束整形所需的透鏡等，并且制備簡單快捷，利于PCBA加工制造企業大規模的生產。

邊發射的DFB半導體激光器具有體積小、單模特性好、穩定性高等諸多優點，是通信領域最常用的激光光源，采用重構-等效啁啾技術【見專利CN 101369718 A】能夠實現大規模的DFB激光器陣列，通過PWB技術將其與硅基芯片集成能夠實現真正的大規模光子集成。然而，PWB技術在操作過程中需要識別激光器的出光波導位置，以此來計算和優化聚合物波導的位置和形狀。目前所采用的圖像識別技術中，對于橫向平面的位點定位能夠滿足所要求的分辨率，但是在縱向上仍然存在分辨率不足的問題，也就是說很難識別邊發射激光器的出光波導和模式，這限制了PWB技術在大規模光子集成中的應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供了一種表面發射的DFB半導體激光器陣列及制作方法，將邊發射DFB半導體激光器或激光器陣列的出光方向通過一定的結構轉換為表面發射的，從而利用PWB橫向較高的模式分辨率來獲得高性能的聚合物波導。

本發明提供一種表面發射的DFB半導體激光器陣列，包括DFB激光器陣列和出光窗口陣列，所述出光窗口陣列設置在DFB激光器陣列旁，且DFB激光器陣列和出光窗口陣列位于相同的外延片上，所述外延片包括N電極、襯底、下限制層、多量子阱層、上限制層、光柵層、腐蝕阻止層、脊波導層、歐姆接觸層和P電極，所述襯底設置在N電極上端，所述下限制層設置在襯底上端，所述多量子阱層設置在下限制層上端，所述上限制層設置在多量子阱層上端，所述光柵層設置在上限制層上端，所述腐蝕阻止層設置在光柵層上端，所述脊波導層設置在腐蝕阻止層上端，所述歐姆接觸層設置在脊波導層上，所述P電極設置在歐姆接觸層上端，所述DFB激光器陣列和出光窗口陣列的數量至少為一個，且一個DFB激光器陣列對應一個出光窗口陣列。