[發明專利]具有透鏡的表面發射和接收光子器件

有效

• 申請號: 200910161176.4
• 申請日: 2004-10-14
• 公開（公告）號: CN101656397B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: A·A·貝法爾
• 申請（專利權）人: 鎂可微波技術有限公司
• 主分類號: H01S5/026
• 分類號: H01S5/026;H01S5/125;H01S5/18
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 侯穎媖

本申請是申請日為“2004年10月14日”、申請號為“200480030764.X”、題為“具有透鏡的表面發射和接收光子器件”的分案申請。

本發明要求2003年10月20日提交的美國臨時申請第60/512,189號，以及2004年6月10日提交的美國臨時申請第60/578,289號的優先權，這些申請的公開內容通過引用結合于此。

技術領域

本發明一般涉及改進的表面發射和接收光子器件以及用于制造它們的方法，尤其涉及為提高效率結合了透鏡的表面發射光子器件。

背景技術

半導體激光器通常是經由通過有機金屬化學汽相淀積(MOCVD)或分子束外延(MBE)在基片上生長適當分層的半導體材料以形成與基片表面平行的活性層來制造的。該材料然后用各種半導體處理工具來處理，以產生結合了活性層的激光光腔，且將金屬觸點附加到半導體材料。最后，通常通過在激光腔的各末端劈裂半導體材料以形成激光鏡面，以確定激光光腔的邊界或末端，以致當對觸點施加偏置電壓時，所產生的流過活性層的電流使得在垂直于電流的方向上從活性層的邊界小平面中發射出光子。

現有技術也公開了用于通過蝕刻形成半導體激光器的鏡面的方法，從而允許激光器能在同一基片上與其它光子器件單片集成。通過以大于光在光腔內傳播的臨界角的角度創建這些鏡面以使在光腔內形成全內反射面也是已知的。

現有技術也描述了使用蝕刻方法在直線激光腔的每一端形成兩個全內反射面，其中每一面以與活性層平面成45°角安置。在這些器件中，光腔中的光可在光腔的一端垂直向上地導向，導致一個面上的表面發射，而光腔的另一端處的面可成相反的角度，以將光垂直向下地向著激光器結構下方的諸如高反射率堆導向。

現有技術也描述了將蝕刻的45°面與劈裂面組合的器件。所得的器件不能在整片中測試，且由此遭受與劈裂面器件相同的缺點。此外，鑒于劈裂的需求，它們與單片集成不兼容。然而，IEEE Photonics Technology Letters(IEEE光子技術通訊)第7卷第836-838頁中Chao等人試圖通過提供中斷的波導結構來克服這些缺點，但是所得的器件在激光腔的每一端都遭受散射。現有技術也描述了對校準InP透鏡的使用；然而，這些是在基片被削薄到50μm且在基片側面形成了透鏡之后以低于45°面來蝕刻的。

垂直腔表面發射激光器(VCSEL)在過去幾年中變得普及；然而，VCSEL不允許多個器件平面內的單片集成，而僅允許光以垂直入射角離開其表面鏡。這些現有的表面發射器件的一個共同方面是光子總是在垂直于活性層平面的方向上從光腔中發射。

發明內容

依照本發明，提供了一種改進的表面發射半導體激光器，其中光在垂直于激光器活性層平面的方向上在光腔的發射器端發射，且其中，光在光腔相對一端的活性層平面內的反射區發射。這一排列便于監視激光器的操作，而不會不利地影響光輸出。依照本發明的一種形式，在發射器端上提供了反射改變層或堆，而在本發明的另一種形式中，在激光腔內提供了濾光元件，允許基本上以單縱模的激光操作。此外，依照本發明，在與激光器相同的基片上提供了表面和平面內檢測器，且安置了多個激光腔以使多個波長能在共同的位置處發射。

本發明的一個實施例針對一種改進的表面發射激光器，其中，用連續的多層在基片上制造拉長的腔形式的半導體激光器，包括平行于基片表面的活性層、上和下涂層、以及上接觸層，它在第一發射器端具有一個成角的面，而在第二反射端具有一個包括垂直面的反射區。該激光器可以采用在發射器端向外逐漸變細的脊形波導的形式，而在本發明的一種形式中，發射器的第二端的反射區還可包括與該面相鄰的分布式布拉格反射器(DBR)。該激光器件也可包括與DBR相鄰的監視光電檢測器，它響應于從反射區中的面發射的少量的光來監視激光的強度。MPD的背面較佳地被設計成具有近布儒斯特角，使得它基本上對在光腔和MPD器件中傳播的光是不反射的。MPD可作為DBR的一個整體部分形成，以對第二端處的激光反射率作出貢獻，或者可作為單獨的元件形成。DBR可用反射率改變層或堆來替換。

上接觸層可以是低帶隙半導體材料，以允許形成歐姆觸點，它較佳地在成角面區中結合了孔，以從表面上移去吸光層，并提高器件的效率。

在本發明的另一實施例中，發射器端的光腔的頂表面部分可以涂有電介質層或堆，以改變激光器輸出處的反射率，其中該頂表面部分在成角面上延伸，并包括上述孔，其中該表面平行于活性層。