申请/专利权人：中国科学院半导体研究所

申请日：2018-12-29

公开（公告）日：2024-05-07

公开（公告）号：CN109728391B

主分类号：H01P3/10

分类号：H01P3/10;H01S5/02315

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.07#授权;2019.05.31#实质审查的生效;2019.05.07#公开

摘要：本公开提供了一种基于缺陷地结构共面波导的激光器，包括：介质层1；下表面镀金层2，设置在介质层1的下表面；上表面镀金层3包括两部分，中间设置为信号线4，两侧的地线上设置有缺陷，形成缺陷地结构5；激光器6，设置在信号线4的末端，激光器6的正极连接至缺陷地结构5。

主权项：1.一种基于缺陷地结构共面波导的激光器，包括：介质层1；下表面镀金层2，设置在所述介质层1的下表面；上表面镀金层3，设置在所述介质层1的上表面，所述上表面镀金层3的中间设置为信号线4，所述信号线4两侧设置有缺陷地结构5；激光器6，设置在所述信号线4的末端，所述激光器6的正极连接至所述缺陷地结构5，其中，所述缺陷地结构5共面波导的图案的大小和形状被设计为：使得缺陷地结构5共面波导的阻带的中心频率、宽度和深度分别与激光器6的谐振频率、宽度和高度相匹配。

全文数据：基于缺陷地结构共面波导的激光器技术领域本公开涉及光电子器件领域，具体地，涉及一种基于缺陷地结构共面波导的激光器。背景技术随着社会的发展，人们对通信的要求越来越高，其中，半导体激光器在微波通信领域发挥着不可或缺的作用。半导体激光器作为光源，是通信系统中最核心的器件，随着通信速率的提高，对半导体激光器的调制速率和调制特性都有很高的要求。提高激光器的调制频率会使得激光器工作在驰豫振荡频率内，造成谐振峰过高并产生谐波失真和交调失真，从而使通信系统无法工作。现有降低半导体激光器谐振峰的技术中，多从激光器芯片出发。例如增加激光器的工作电流可以使频响曲线更平坦，但是造成激光器的功耗增加、寿命缩短、稳定性变差等；提高增益饱和因子也可以使谐振峰更平坦，但可能会影响激光器的调制带宽；减小激光器有源区长度可以减小光子寿命，提高谐振频率，从而降低激光器的非线性失真，但是会降低激光器的最大输出光功率，同时也增加了工艺难度。考虑到半导体激光器工作在共面波导传输线上，而共面波导传输线上图形变化灵活性大、工艺实现简单，高频信号传输对共面波导图形敏感，因此可以通过对共面波导结构进行设计。在不增加成本和不影响激光器调制带宽等特性的情况下实现对激光器谐振峰的调控。发明内容一要解决的技术问题本公开提供了一种基于缺陷地结构共面波导的激光器，至少解决以上技术问题。二技术方案本公开提供了一种基于缺陷地结构共面波导的激光器，包括：介质层；下表面镀金层，设置在所述介质层的下表面；上表面镀金层，设置在所述介质层的上表面，所述上表面镀金层的中间设置为信号线，所述信号线两侧的所述上表面镀金层设置有缺陷地结构；激光器，设置在所述信号线的末端，所述激光器的正极连接至所述缺陷地结构。可选地，所述缺陷地结构的传输阻带的位置、宽度和深度在第一预设范围之内。可选地，所述缺陷地结构的缺陷形状为方形、半圆形或螺旋状。可选地，所述信号线与其两侧的所述上表面镀金层之间的距离在第二预设范围之内。可选地，所述激光器焊接在所述信号线的末端，所述激光器的正极通过金丝键合连接至所述缺陷地结构。可选地，所述下表面镀金层和上表面镀金层的溅射结构依次为粘附层、阻挡层和导带层，所述粘附层的材料为TiW或Ti，所述阻挡层的材料为Ni，所述导带层的材料为Au。可选地，所述粘附层的厚度为800-1200埃，所述阻挡层的厚度为1000-2000埃，所述导带层的厚度为500-1000埃。可选地，所述下表面镀金层和上表面镀金层的电镀材料为Au，所述电镀材料的厚度为3-5μm。可选地，所述介质层的材料为A1N或Al2O3。可选地，所述激光器为分布反馈激光器。三有益效果本公开提供的基于缺陷地结构共面波导的激光器，具有以下有益效果：1通过缺陷地结构共面波导可以改变地平面上屏蔽电流的分布，从而有效地降低了半导体激光器的谐振峰强度；2缺陷地结构共面波导是在传输线上对半导体激光器的谐振峰进行抑制，不会影响半导体激光器的调制带宽、出光功率以及中心波长等特性；3缺陷地结构共面波导不需要增加工艺便可实现对半导体激光器的谐振峰进行调控，减少了工艺流程和成本，易于实现。附图说明图1示意性示出了本公开实施例提供的基于缺陷地结构共面波导的激光器的结构示意图。图2示意性示出了本公开另一实施例提供的基于缺陷地结构共面波导的激光器的结构示意图。图3示意性示出了本公开实施例提供的基于缺陷地结构共面波导的激光器的制作方法流程图。附图标记说明：1-介质层；2-下表面镀金层；3-上表面镀金层；4-信号线；5-缺陷地结构；6-激光器。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以有许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。本公开提供了一种基于缺陷地结构共面波导的激光器，通过在共面波导上制作缺陷地结构DefectedGroundStructure，DGS对激光器谐振峰强度进行有效调控。DGS共面波导通过在接地板上刻蚀缺陷图案，改变金属接地板上屏蔽电流的分布，进而DGS共面波导的等效电感和等效电容，从而获得特定频率下的阻带特性，可以用来降低半导体激光器的谐振峰强度。DGS仅由缺陷单元构成，其中心频率由该缺陷单元的结构决定。通过改变接地板上刻蚀图案的形状和大小，可以调节阻带的中心频率、宽度和深度。在已知激光器的谐振频率、宽度和高度的情况下，对DGS共面波导的图案的大小和形状进行设计，使得DGS共面波导的阻带的中心频率、宽度和深度分别与激光器的谐振频率、宽度和高度相匹配。在不增加成本和不影响激光器调制带宽等特性的情况下，可以显著地抑制激光器的谐振峰。图1示意性示出了本公开实施例提供的基于缺陷地结构共面波导的激光器的结构示意图。图2示意性示出了本公开另一实施例提供的基于缺陷地结构共面波导的激光器的结构示意图。以图1为例，结合图2，对本公开的基于缺陷地结构共面波导的激光器进行详细说明。从图1中可以看出，该基于缺陷地结构共面波导的激光器包括：介质层1、下表面镀金层2、上表面镀金层3、信号线4、缺陷地结构5和激光器6。其中，下表面镀金层2设置在介质层1的下表面；上表面镀金层3包括两部分，中间设置有信号线4，两侧的地线上设置有缺陷，形成缺陷地结构5；激光器6设置在信号线4的末端，激光器6的正极连接至缺陷地结构5。介质层1的材料为适合高频信号传输和散热新能良好的材料，如AlN或Al2O3等，可以理解的是，也可以使用其他适合高频信号传输和散热新能良好的材料制作介质层1。通过在介质层1的下表面实施溅射和电镀工艺制作下表面镀金层2，该下表面镀金层2用于提高缺陷地结构共面波导的机械强度的散热性能。通过在介质层1的上表面实施光刻、溅射、清洗、电镀工艺实现在上表面镀金层3中制作信号线4和两侧表面缺陷地结构5，信号线4以及缺陷地结构5用于抑制半导体激光器的谐振峰，并提高其散热性能和高频性能。下表面镀金层2和上表面镀金层3的溅射结构依次为粘附层、阻挡层和导带层。粘附层的材料为TiW或Ti等粘附性材料，阻挡层的材料为Ni，导带层的材料为Au，可以理解的是，也可以使用其他材料制作粘附层、阻挡层和导带层。粘附层的溅射厚度为800-1200埃，阻挡层的溅射厚度为1000-2000埃，导带层的溅射厚度为500-1000埃。下表面镀金层2和上表面镀金层3的电镀材料为Au，电镀材料Au的厚度为3-5μm，以提高缺陷地结构共面波导的高频传输性能。上表面镀金层3中，缺陷地结构5的图案尺寸不宜太小，应使得其传输阻带的位置、宽度和深度在第一预设范围之内。其中，第一预设范围由半导体激光器的谐振频率、宽度和深度确定，按照第一预设范围设计可使得传输阻带的位置、宽度和深度与半导体激光器的谐振频率、宽度和深度相匹配。上表面镀金层3中，缺陷地结构5的图案形状应该为能够有效地改变地平面上屏蔽电流分布的缺陷形状结构，如方形、半圆形或螺旋状等，可以理解的是，缺陷地结构5的图案形状也可以为其他能够有效地改变地平面上屏蔽电流分布的缺陷形状。图1和图2分别示出了两种不同的图案形状，如图1示出的方形以及图2示出的螺旋状。上表面镀金层3中，信号线4与其两侧的缺陷地结构5之间的距离在第二预设范围之内。其中，第二预设范围是由半导体激光器的高频信号确定，按照第二预设范围设计可使得半导体激光器的高频信号可以通过信号线与4与缺陷地结构5之间的间隙。利用焊接工艺将激光器6焊接固定在信号线4的末端，半导体激光器的正极通过金丝键合连接至两侧的缺陷地结构5，以实现半导体激光器与缺陷地结构共面波导相连。半导体激光器应为适合通信应用的器件，如分布反馈激光器等，可以理解的是，也可以使用其他适合通信应用的激光器。图3示意性示出了本公开实施例提供的基于缺陷地结构共面波导的激光器的制作方法流程图。如图3所示，基于缺陷地结构共面波导的激光器的制作方法包括以下操作：S1，截取合适大小的A1N材料作为介质层1，首先利用光刻工艺，将需要制作的图形印制在介质层1的上表面上，其中信号线4与缺陷地结构5以外无需镀金的部分用光刻胶遮挡起来，利用溅射设备，在介质层1的上表面进行溅射，溅射形成的结构依次为粘附层、阻挡层和导带层。其中，粘附层为TiW或Ti，溅射厚度为800-1200埃；阻挡层为Ni，溅射厚度为1000-2000埃；导带层为Au，溅射厚度为500-1000埃。溅射完成之后，利用清洗工艺将光刻胶清洗干净。S2，完成S1之后，利用溅射设备，在介质层1的下表面进行溅射，溅射形成的结构依次为粘附层、阻挡层和导带层。其中，粘附层为TiW或Ti，溅射厚度为800-1200埃；阻挡层为Ni，溅射厚度为1000-2000埃；导带层为Au，溅射厚度为500-1000埃。S3，利用电镀工艺，将介质层1的上表面经溅射后形成的导带层厚度增加3-5μm，以形成上表面镀金层3，将介质层1的下表面经溅射后形成的导带层厚度增加3-5μm，以形成下表面镀金层2，具体以适合高频信号传输、具有良好的散热新能及机械性能为设计依据。S4，利用焊片，将半导体激光器6焊接在上表面镀金层3的信号线4的末端，且出光面朝外，并通过金丝键合将半导体激光器6的正极与上表面镀金层3两侧的缺陷地结构5连接。S5，利用矢量网络分析仪和直流电流源，测试缺陷地结构共面波导抑制激光器的谐振峰的效果。至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于缺陷地结构共面波导的激光器，包括：介质层1；下表面镀金层2，设置在所述介质层1的下表面；上表面镀金层3，设置在所述介质层1的上表面，所述上表面镀金层3的中间设置为信号线4，所述信号线4两侧设置有缺陷地结构5；激光器6，设置在所述信号线4的末端，所述激光器6的正极连接至所述缺陷地结构5。2.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述缺陷地结构5的传输阻带的位置、宽度和深度在第一预设范围之内。3.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述缺陷地结构5的缺陷形状为方形、半圆形或螺旋状。4.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述信号线4与其两侧的所述上表面镀金层3之间的距离在第二预设范围之内。5.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述激光器6焊接在所述信号线4的末端，所述激光器6的正极通过金丝键合连接至所述缺陷地结构5。6.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述下表面镀金层2和上表面镀金层3的溅射结构依次为粘附层、阻挡层和导带层，所述粘附层的材料为TiW或Ti，所述阻挡层的材料为Ni，所述导带层的材料为Au。7.根据权利要求6所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述粘附层的厚度为800-1200埃，所述阻挡层的厚度为1000-2000埃，所述导带层的厚度为500-1000埃。8.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述下表面镀金层2和上表面镀金层3的电镀材料为Au，所述电镀材料的厚度为3-5μm。9.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述介质层1的材料为AlN或Al2O3。10.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构共面波导的激光器，其中，所述激光器为分布反馈激光器。

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