專利名稱：半導體激光器陣列的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在光通信系統(tǒng)或信息處理系統(tǒng)中被用作光互連的半導體激光器陣列。本發(fā)明同樣涉及用于制造這樣一種半導體激光器陣列的方法。
最近，使用光學并行線路系統(tǒng)的光互連在用于計算機或ATM交換機系統(tǒng)領域的通信信道間的光傳輸系統(tǒng)方面引起了人們的特殊關注。用于此領域中的半導體激光器陣列或光探測器陣列被認為是光學并行鏈路系統(tǒng)中的主要設備。
由于半導體激光器陣列需要高速的運作，通常高速運作的NPN晶體管被用于驅動半導體激光器陣列的驅動電路中。對于使用NPN晶體管的驅動電路，通常使用具有P-型共用電極的半導體激光器陣列。


圖1示出了包含多個半導體激光器陣列的傳統(tǒng)半導體激光器陣列，圖2示出了圖1半導體激光器陣列的詳細截面圖。首先參考圖1，一般用數碼50表示的半導體激光器陣列包含多個半導體激光器裝置52，這些半導體激光器裝置通過隔離槽54彼此隔開以便彼此獨立工作。多個激光器裝置52被以上連結的方式固定在共用的金屬載體上(未示出)，在激光器裝置和金屬載體之間插置有子固定件56。在每一單獨的激光器裝置52的頂部形成一n-側電極，而在子固定件56上形成作為激光器裝置52共用電極層的P-側電極60。
下面參考圖2，每個半導體激光器裝置的激光器激活部分包含在P-InP基片62上順序形成的一P型InP(P-InP)包層64、一應力多量子阱(MQW)激活層66和一n-InP包層68。激光器激活部分被-P-InP覆層70、一n-InP阻擋層72和一P-InP阻擋層74所掩埋，它們是順序地在激光器激活部分兩側的P-InP基片62上生長出。在激光器激活部分的頂部，有一P-InP接觸層76，在接觸層76的除n-側電極58以外的整個表面上形成鈍化層78。每一激光裝置52的激光器激活部分的長度(L)為200微米(μm)而陣列中的激光器裝置的節(jié)距為250微米。具有90％或更高反射率的反射膜形成在激光器裝置52的兩個面上。
在運作前，圖1的半導體激光器陣列和與多個半導體激光器裝置52對應的光纖進行光學連接。光纖被固定在各個處于能獲得最大耦合效率位置處的激光器裝置上。具體地說，光纖通常固定到用于容納半導體激光器陣列的金屬殼的相應的部分上。
如上所述的常規(guī)半導體激光器陣列具有如下的缺點在n-InP包層68的周圍很難外延生長n-InP阻擋層72，也很難與n-InP包層68進行電隔離從而獲得激光器激活部分的電流阻擋結構。從低功率耗散的角度來說，電流阻擋結構對于半導體激光器的掩埋結(BH)結構是很重要的，該半導體激光器中彼此獨立工作的激光器裝置52形成于P-型基片上，并因此具有較低的閾值。因此，在外延生長步驟過程中通過防止被用作P-型基片內的P-型摻雜物Zn離子再擴散進激光器激活部分來改變激光器性能從而使獲得穩(wěn)定激光器性能的過程很難控制。
在半導體激光器裝置中，激光器激活部分的長度應被限定到200微米或更小以便獲得低閾值電流，還應在激光器裝置的兩刻面形成高反射薄膜以減少鏡面損耗。然而，在具有較小長度激光器激活部分的激光器裝置中，正如圖1中常規(guī)激光器陣列的情況一樣，在生產過程中，高反射薄膜的樹脂流動并附著到電極的表面上，從而妨礙了電極層的粘結步驟。
在常規(guī)半導體激光器陣列中，沿陣列的方向來看，通常激光器裝置的厚度是變化的，其中激光器裝置是被固定到插入有子固定件的載體上。相應地，為了依次高效光耦合每一光纖的孔心必須被調節(jié)到激活層的激光中心。如果基片的厚度可以被控制到亞微米的量級，那么這種調節(jié)可在足夠的范圍內實現。然而，即使通過對基片進行拋光和研磨也很難使其厚度獲得如此的精度。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種半導體激光器陣列，其中可對激光器激活部分的層的外延生長和高反射層的形成進行很好的控制，從而獲得激光器激活部分與光纖的高效耦合。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種生產上面提到的半導體激光器陣列的方法。
本發(fā)明提供的半導體激光器陣列，其包含一子固定件、一形成在子固定件上的共用電極層、以及以下連結結構粘結到共用電極層上的多個激光器激活部分的陣列，激光器激活部分彼此電隔離且每個激光器激活部分具有一激光器激活層和覆蓋住激光器激活層的一相反電極。
本發(fā)明同樣提供形成半導體激光器陣列的方法，其包含步驟為在半導體基片上形成多個激光器激活部分的陣列、將激光器激活部分的陣列粘結到形成于子固定件之上的共用電極上致使每個激光器激活部分的頂部與共用電極相連，對在半導體基片的背面的激光器激活部分的陣列進行拋光，并在每一激光器激活部分的底部形成一相反電極。
根據本發(fā)明，將激光器激活部分與子固定件相連結的下連結結構為激光器激活部分提供了均勻的厚度，從而使激光器激活部分的激光中心很容易地與各光纖對準。為保證N-P-N晶體管能驅動激光器激活部分共用電極最好為P-側電極而相反電極最好為n-側電極。
此外，由樹脂的流動而附著在電極上的高反射樹脂薄膜可通過拋光步驟被去除。因此可在電極有效地進行激光器激活部分的粘結。
通過下面的描述，并結合相應的附圖、會對本發(fā)明的以上及其它的目的、特征及優(yōu)點有更清楚的了解。
圖1為常規(guī)半導體激光器陣列的透視圖；圖2為圖1的半導體激光器陣列的一部分的詳細截面圖；圖3為根據本發(fā)明實施例的半導體激光器陣列的透視圖；圖4為圖3半導體激光器陣列的部分詳細截面圖；圖5為用于制造圖3的半導體激光器陣列的基片的截面圖；及圖6A到6D為圖3的半導體激光器陣列的截面圖，其順序地示出了生產該半導體激光器陣列的步驟。
下面參考相應附圖對本發(fā)明進行詳細描述。
參考圖3，根據本發(fā)明第一個實施例的半導體激光器陣列包含四個分開的激光器裝置14，它們以一列的形式排布在單個于固定件12上并彼此獨立的工作。在子固定件12上固定一個作為P-側電極的共用電極層16。激光器裝置14的激光器激活部分18以及n-側電極20通過厚度為20到50微米的隔離槽22彼此電隔離開。一P-側連接層46以下連結的方式被粘結到形成于子固定件12上的P-側電極層16之上。在此結構中，單個的激光裝置14可彼此獨立地進行工作。這里使用的術語“下連結方式或下連結結構”意味著這樣的一種結構，即形成于基片上的激光器激活部分被粘結到子固定件上從而激光器激活部分的頂層能與子固定件直接接觸。
半導體激光器裝置14的陣列被樹脂層24包圍，樹脂層24為由諸如透明聚酰亞胺或聚酰亞胺氟化物的聚酰亞胺構成，其具有高的透過度和低的滲水性。樹脂層24的上表面與激光裝置14的上表面齊平。在樹脂層24被去除的地方露出P-側共用電極16。為提高激光器性能激光裝置的每個刻面被高反射膜覆蓋或包住。
激光裝置14為所謂的BH-LD結構，其中n-InP基片28被隔離槽22隔開，并具有用于降低寄生電容的槽23。每一激光裝置的31引線26在樹脂層24的上表面上自隔離開的n-側電極20延伸。確定引線26的厚度和寬度，從而使引線26的特定阻抗被設定為50Ω。
參考圖4，在將激光器激活部分18粘結到子固定件12之前在n-InP基片28上形成圖3中激光裝置14的激光器激活部分18。由于激光器陣列的下連結結構，激光器激活部分18如圖4中所示由n-InP基片28成為激光器激活部分18的頂部。激光器激活部分18具有順序形成于n-InP基片28之上的一n-InP包層30、一應力MQW激活層32及一P-InP包層34。激光器激活部分18的兩個面都被順序形成在n-InP基片28之上的n-InP掩埋層36和P-InP阻擋層38所掩埋。P-InP連接層40和P-側電極42形成于激光器激活部分18的頂部而鈍化層44覆蓋住除P-側電極42以外的整個表面。金屬連接層46蓋住鈍化層44和P-側電極42的暴露的表面用于該處的電連接。激光器激活部分18以下連接的方式被粘結到子固定件12之上的共用電極層16上。
在本實施例中，P-型Zn摻雜物不被用于n-InP基片28且相應地不再擴散到激光器激活部分18從而以改變或影響激光特性。此外，P-側電極16被形成作為激光裝置陣列的共用電極層，這樣可保證高速N-RN晶體管有效地驅動半導體激光器陣列。因此，激光裝置的刻面可通過樹脂層來保護而不會將樹脂附著到激光器激活部分的電極上。此外，通過使用具有大約10-3低量級的低介損耗正切值的介質材料，可實現設計的選擇，在其中可選擇用于信號傳輸的引線的適宜特性阻抗。
現在參考圖5和圖6A到圖6D通過圖3中所示的形成半導體激光器陣列的方法，對本發(fā)明的制造半導體激光器陣列的方法進行描述。
參考圖5，準備具有圖4中所示層結構的半導體基片，雖然圖5中所示的基片為頂面向下。半導體基片具有四個激光裝置14的陣列，其彼此通過隔離槽22電隔離并形成在一n-型InP基片28之上。
圖5的半導體基片48以下連結的方式與上面固定有共用電極層16的子固定件12相粘結，從而獲得被粘結的基片，其中如圖6A中所示，連接層46和P-側共用電極層16被粘結在一起。然后，在每一激光裝置的其中一個平面上形成圖中未示出的高反射層，接著如圖6B中所示，將絕緣樹脂涂到被粘結的晶片上以形成足夠的厚度從而使樹脂層24能完全蓋住激光基片48。樹脂層24具有高的透過性和低的滲水性。絕緣樹脂可從諸如透明聚酰亞胺和聚酰亞胺氟化物等聚酰亞胺中選取。
絕緣樹脂層24用作在隨后的拋光被粘結的基片48的過程中減緩機械碰撞。絕緣樹脂層24還具有絕緣31線和保護激光裝置的功能。
然后，子固定件12上的基片48以及樹脂層24被進行化學、機械拋光(CPM)來拋光或研磨激光器陣列基片48從而如圖6C中所示，使基片48背面上的隔離槽22露出，由此將各個單獨的激光裝置彼此電隔離。
此后，在每個激光裝置52的被拋光過的表面上形成一n-側電極20，接著在每個n-側電極20上提供一引線并為引線20提供一墊片(未示出)。通過有選擇地去除樹脂層24，部分P-側共用電極層16被露出來，從而完成圖3的半導體激光器陣列10的最后結構。
可替代地，在CMP步驟之后，也可有選擇地去除樹脂層24，并接著形成另一個樹脂層從而完全填充隔離槽23。
在前面所述的制造半導體激光器陣列的方法中，由于可以恒定的沿著激光裝置陣列控制外延層的厚度，從而從子固定件的頂面到激光器激活中心的距離可保持不變。僅僅通過確定子固定件與激活層間的距離，用子固定件的上表面作為基準平面，外延層的均勻厚度就可使每根光纖與相應激光裝置的中心對準。
此外，在根據本實施例的方法中，由于激光裝置陣列的刻面在將陣列固定到子固定件上之后被高反射樹脂薄膜所包住，可通過CMP步驟來將附著在電極上的高反射薄膜的多余樹脂去除。
使用n-型基片與使用P-型基片相比可使生長步驟更為簡單，由此保證半導體激光器裝置中的性能穩(wěn)定。使用n-側電極作為信號線路可保證N-P-N晶體管以高速度驅動激光器裝置。
在上面的實施例中，僅示范性地對刻面發(fā)射激光裝置進行了描述。然而，本發(fā)明也可適用于表面發(fā)射激光裝置。在此情況下，形成于n-型基片上的表面發(fā)射激光裝置可為普通的具有P-型層的子固定件。
此外，在以上實施例中所用的通過拋光來分隔元件的步驟也可用干蝕步驟來代替。在此情況下，基片的背面可通過干蝕來均勻地蝕刻，也可通過在分隔槽的干蝕來局部地蝕刻。在后面的情形下，在選擇地干蝕之后，在將基片分隔成單獨的激光器裝置之前，可以在后表面上形成電極，從而簡化了生產過程。此外，半導體激光器陣列也可僅包含單獨一個激光器裝置。
由于以上的實施例僅作為實例進行描述，本發(fā)明不僅限于以上的實施例，對本領域的技術人員而言所作的各種改動或替代都不脫離本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種半導體激光器陣列，其特征在于包含一個子固定件、一個形成于所述子固定件之上的共用電極層和以下連結結構粘結到所述共用電極層上的多個激光器激活部分的陣列，所述的激光器激活部分彼此電隔離且每個具有一激光器激活層和蓋住所述激光器激活層的一個相反電極。
2.根據權利要求1所述的半導體激光器陣列，其特征在于每個所述激光器激活部分為一種被掩埋的異結連結結構。
3.根據權利要求2所述的半導體激光器陣列，其特征在于其中所述共用電極層和相反電極也分別作為P-側電極和n-側電極。
4.根據權利要求3所述的半導體激光器陣列，其特征在于其中所述陣列被透明樹脂圍住作為一個整體。
5.根據權利要求1所述的半導體激光器陣列，其特征在于所述激光器激活部分被隔離槽隔開。
6.一種用于制造半導體激光器陣列的方法，其特征在于包含如下步驟，在一個半導體基片上形成多個激光器激活部分的陣列，將所述激光器激活部分的陣列粘結到形成于一子固定件上的共用電極上致使每個所述激光器激活部分的頂面與所述共用電極相連接，在所述半導體基片背面對所述激光器激活部分的所述陣列進行拋光，并在所述激光器激活部分的所述每個底面上形成一相反電極。
7.根據權利要求6所述的用于制造半導體激光器陣列的方法，其特征在于其中所述拋光步驟將分離槽的底部露出，用于將所述激光器激活部分彼此隔開。
8.根據權利要求6所述的用于制造半導體激光器陣列的方法，其特征在于還包含在粘結和拋光的步驟之間通過樹脂薄膜來蓋住所述激光器激活部分的步驟。
9.根據權利要求6所述的用于制造半導體激光器陣列的方法，其特征在于還包含在粘結和拋光步驟之間在所述激光器激活部分的每一刻面上形成一反射薄膜的步驟。
10.一種制造半導體激光器陣列的方法，其特征在于包含如下步驟，在一半導體基片上形成多個激光器激活部分的陣列，將所述激光器激活部分的陣列粘結到形成于子固定件之上的一共用電極上致使每個所述激光器激活部分的頂部與所述共用電極相連，在所述半導體基片的背面干蝕所述激光器激活部分的陣列，并在所述激光器激活部分每一所述底部上形成一相反電極。
全文摘要
一種半導體激光器陣列,具有多個固定在一子固定件上的激光器激活部分的一個陣列,并在其間夾有一共用P－側電極。激光器激活部分形成在半導體基片上并通過隔離槽被彼此隔開,并且以下連結的方式被粘結到共用P－側電極上,其中激光器激活部分的頂層與共同P－側電極粘結。對半導體基片背面進行拋光用于該激光器激活部分彼此隔開,接著為每個激光器激活部分形成一個n－側電極。
文檔編號H01S5/02GK1174429SQ97116658
公開日1998年2月25日 申請日期1997年8月6日 優(yōu)先權日1996年8月6日
發(fā)明者巖瀨正幸 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社