一种包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片制造技术

本发明专利技术公开一种包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片，包括半导体衬底，以及制作于所述半导体衬底上的半导体激光器和半导体光探测器，还包括过渡结构，所述过渡结构开设于所述半导体衬底上，并位于所述半导体激光器与所述半导体光探测器之间。本发明专利技术中的半导体激光器光斑的大部分都与刻蚀槽端面重合，并经其上的反射结构返回激光腔，光斑边缘的小部分从未刻蚀通道馈入光探测器，该结构主体由光罩掩膜图案定义，可以实现可控且高效的光探测器光耦合，进而准确表征激光器的工作状态，此外，从激光腔导出到光探测器的光被约束于波导结构中，不会变成杂散光，进而影响激光器的正常工作。工作。工作。

【技术实现步骤摘要】
一种包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片


[0001]本专利技术涉及半导体激光器与光探测器集成
，尤其涉及一种包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片。

技术介绍

[0002]半导体激光器作为一种高效、紧凑的光源被广泛用于光通信、光传感等系统中。然而，因为其属于系统中的易失效器件，一般需配置光探测器以监控其实际运行状态。常规的半导体激光器通常在解理形成的后端面上蒸镀基于多层介质材料的高反膜系。此类介质膜系可以部分反射光，部分透射光。其反射率一般控制在90％左右，因而有少量激光会透过该膜层，从激光器后端面发射。在激光器后端配置光探测器收集该部分光可以表征激光器的工作状态。
[0003]其中，光探测器的光耦合效率是一个关键参数，它与激光器模斑分布、端面膜层透过率、光探测器位置及其受光面积等多方面因素相关。该方案需要额外的探测器装配工序，需要在有效的模块空间内，为离散的光探测器预留较大的空间，因而影响相应模块的小型化设计，且离散器件的组装也会引入潜在的可靠性问题，装配容差的存在也影响光耦合效率的一致性。
[0004]将半导体激光器和光探测器集成于同一衬底上可以有效地解决上述问题，同时，可便于晶圆级的激光器测试。US7,598,527B2专利采用了基于刻蚀槽的激光器和光探测器集成方案。在该方案中，刻蚀槽定义了激光器的后端面，同时隔离开了激光器和光探测器。从激光器端面出射的光穿过刻蚀槽的间隙后，进入光探测器侧端面，经光探测器吸收后产生光电流。该方案结构简单，但是有不少技术问题。首先，它需要有光能透过激光器端面，这就要求其上的膜层必须具有一定的通透性，这限制了非通透型结构，如金属反射层的使用。其次，透过激光器端面的光在刻蚀槽中自由传播后，需透过光探测器侧的半导体端面后才能被光探测器吸收，这要求光探测器侧的半导体端面及其外附膜层需尽量通透，而这与激光器端面侧的高反膜层的设计目标相冲突，因而需要额外的工艺步骤来实现；再次，透射光重新馈入光探测器侧端面时，容易生成反射光返回激光腔进而干扰激光器的正常运作，这要求在光探测器侧还需引入一定的反射抑制结构(例如US5,032,879专利中，公开的倒角结构或者斜面结构)，这增加了设计的复杂性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片，该芯片中的半导体激光器光斑的大部分都与刻蚀槽端面重合，并经其上的反射结构返回激光腔，光斑边缘的小部分从未刻蚀通道馈入光探测器，该结构主体由光罩掩膜图案定义，可以实现可控且高效的光探测器光耦合，进而准确表征激光器的工作状态，此外，从激光腔导出到光探测器的光被约束于波导结构中，不会变成杂散光，进而影响激光器的正常工作。
[0006]为实现上述目的，采用以下技术方案：
[0007]一种包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片，包括半导体衬底，以及制作于所述半导体衬底上的半导体激光器和半导体光探测器，还包括
[0008]过渡结构，所述过渡结构开设于所述半导体衬底上，并位于所述半导体激光器与所述半导体光探测器之间；所述过渡结构包括第一刻蚀槽、第二刻蚀槽，以及位于所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽之间的未刻蚀通道；
[0009]所述第一刻蚀槽的其中一个侧壁构成所述半导体激光器的激光腔的一个反射端面，该反射端面上覆盖有光反射层，且该光反射层所包覆的激光腔端面区域与激光腔的横模光斑的主体部分重合；
[0010]所述未刻蚀通道与所述半导体激光器的激光腔的横模光斑的边缘区域重合，并允许该部分光斑通过所述未刻蚀通道，到达所述半导体光探测器侧端面，并由所述半导体光探测器吸收并形成可被用于表征所述半导体激光器的工作特性的光电流。
[0011]进一步地，所述半导体激光器是一个脊型波导结构的边发射半导体激光器。
[0012]进一步地，所述半导体激光器是一个掩埋异质结结构的边发射半导体激光器。
[0013]进一步地，所述半导体激光器是一个分布反馈激光器。
[0014]进一步地，所述半导体光探测器为波导型光探测器。
[0015]进一步地，所述半导体激光器和所述半导体光探测器采用相同的外延材料结构。
[0016]进一步地，所述半导体光探测器可以延伸至所述未刻蚀通道，以提高光耦合效率。
[0017]进一步地，所述光反射层包括透明介质层、或金属层、或介质层与金属层的组合层。
[0018]进一步地，所述光反射层为一组高反膜层，且其针对所述半导体激光器的反射端面出射光的反射率≥60％。
[0019]采用上述方案，本专利技术的有益效果是：
[0020]1)该芯片中的半导体激光器光斑的大部分都与刻蚀槽端面重合，并经其上的反射结构返回激光腔，光斑边缘的小部分从未刻蚀通道馈入光探测器，该结构主体由光罩掩膜图案定义，可以实现可控且高效的光探测器光耦合，进而准确表征激光器的工作状态，此外，从激光腔导出到光探测器的光被约束于波导结构中，不会变成杂散光，进而影响激光器的正常工作；
[0021]2)可用于基于刻蚀端面的激光器芯片，如DFB激光器等的晶圆级测试，相比常规的巴条级别或者芯片级别测试，晶圆级测试在测试效率上具有极大的优势，它可以减少测试固件开销，压缩测试时间和人工在芯片产品的早期筛查失效元件的时间，也能有效减少配件的浪费，是芯片产品降低成本的有效路径；
[0022]3)可用于激光器芯片的状态监控，相比于在激光器芯片后外置光探测器的方案，该集成方案能提供更稳定和一致的性能，可以简化封装程序，缩减组件尺寸，也可以有效提高组件的良率和可靠性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的结构示意图；
[0024]其中，附图标识说明：
[0025]1—半导体衬底；
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2—半导体激光器；
[0026]3—半导体光探测器；
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4—第一刻蚀槽；
[0027]5—第二刻蚀槽；
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6—未刻蚀通道；
[0028]7—光反射层。
具体实施方式
[0029]以下结合附图和具体实施例，对本专利技术进行详细说明。
[0030]参照图1所示，本专利技术提供一种包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片，包括半导体衬底1，以及制作于所述半导体衬底1上的半导体激光器2和半导体光探测器3，还包括过渡结构，所述过渡结构开设于所述半导体衬底1上，并位于所述半导体激光器2与所述半导体光探测器3之间；所述过渡结构包括第一刻蚀槽4、第二刻蚀槽5，以及位于所述第一刻蚀槽4和所述第二刻蚀槽5之间的未刻蚀通道6；所述第一刻蚀槽4的其中一个侧壁构成所述半导体激光器2的激光腔的一个反射端面，该反射端面上覆盖有光反射层7，且该光反射层7所包覆的激光腔端面区域与激光腔的横模光斑的主体部分重合；所述未刻蚀通道6与所述半导体激光器2的激光腔的横模光斑的边缘区域重合，并允许该部分光斑通过所述未刻蚀通道6，到达所述半导体光探测器3侧端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片，包括半导体衬底，以及制作于所述半导体衬底上的半导体激光器和半导体光探测器，其特征在于，还包括过渡结构，所述过渡结构开设于所述半导体衬底上，并位于所述半导体激光器与所述半导体光探测器之间；所述过渡结构包括第一刻蚀槽、第二刻蚀槽，以及位于所述第一刻蚀槽和所述第二刻蚀槽之间的未刻蚀通道；所述第一刻蚀槽的其中一个侧壁构成所述半导体激光器的激光腔的一个反射端面，该反射端面上覆盖有光反射层，且该光反射层所包覆的激光腔端面区域与激光腔的横模光斑的主体部分重合；所述未刻蚀通道与所述半导体激光器的激光腔的横模光斑的边缘区域重合，并允许该部分光斑通过所述未刻蚀通道，到达所述半导体光探测器侧端面，并由所述半导体光探测器吸收并形成可被用于表征所述半导体激光器的工作特性的光电流。2.根据权利要求1所述的包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片，其特征在于，所述半导体激光器是一个脊型波导结构的边发射半导体激光器。3.根据权利要求1所述的包含半导体激光器和光探测器的光集成芯片，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐涌波，吴芳，
申请(专利权)人：深圳市斑岩光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：