单模激光器芯片通过内置光栅(DFB/DBR)或垂直腔面(VCSEL)结构,实现单一纵模输出(线宽<0.1nm),具备光谱窄、方向性好、频率稳定等特性。核心设计采用半导体外延(如InP/GaAs基)形成量子阱有源区,结合亚微米级光栅实现波长筛选。工艺涵盖高精度光刻、干法刻蚀脊波导、电极集成及气密封装。主要应用于:1、光通信(5G/数据中心高速传输);2 激光雷达,(自动驾驶精准测距);3、生物传感、(高分辨率检测)。单模激光器因为光斑小,方便光纤耦合,因此ridge一半都比较小,芯片尺寸也会小。比如常用的DFB的尺寸,1000um长度,宽度100um,ridge 2um~5um,较窄的宽度有助于实现单横模(single transverse mode)输出。但是如果想要更大功率的就laser输出,需要加到ridge的宽度,一般有6~10um的ridge。5um的ridge做出来之后,如何套刻出4um的欧姆接触窗口区是个技术和设备问题,对于5um的线条可以用接触曝光机,控制PR和工艺,问题不大,二次套刻就需要stepper光刻机。不用stepper也可以用半曝光或者叫自适应曝光技术,开出5um的接触区。另外一种采用剥离工艺去除 SiO2 制作出 5 μm 电极窗口。但是两种都有很多技术不稳定性,不如stepper的方案。对于一些蝶形封装的也有芯片较大的。比如下面的这个厂家芯片:
我们以2um 3um 4um 5um 的ridge设计一款单模激光器芯片, 长1500um,宽度 400um , 打线焊盘直径60um~100un。采用SiO2底部钝化,金电极上盖工艺,因此整个工艺过程对光刻精度要求最高的区域就是5um窗口区。不过单模芯片的制造也面临其他生产步骤的工艺难度,从外延、到光刻、到化片及后期的封装耦合。