[發明專利]表面發射半導體激光器裝置

有效

• 申請號: 201210020795.3
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102610997A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 蓋德·艾伯特·羅格若;方瑞雨;阿里桑德羅·斯塔諾;朱莉安娜·莫若羅
• 申請（專利權）人: 安華高科技光纖IP(新加坡)私人有限公司
• 主分類號: H01S5/026
• 分類號: H01S5/026
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 宋鶴

技術領域

本發明主要涉及半導體激光器裝置，尤其涉及一種表面發射半導體激光器裝置，在該裝置中，邊緣發射激光器與衍射或折射透鏡一起集成在同一芯片上。

背景技術

半導體激光器通常被用在用于電信和數據通信網絡的光學收發器中。用在這種光學收發器中的激光器通常是邊緣發射型激光器。因為激光器發射的激光不是經聚焦或準直的，即，它在傳播中會發散成圓錐形，所以光學收發器的邊緣發射激光器通常由非球面透鏡或其他分立光學元件耦合到光纖。雖然使用透鏡將邊緣發射激光器與光纖耦合在光學收發器中工作的相當的好，但還是希望能夠通過使得收發器組成部分和在它們之間實現光學準直的伴隨步驟的數目最小化來改善收發器的制造經濟性。

用于光學收發器的邊緣發射激光器在半導體晶片上使用標準光刻法和外延法制造，被切片為芯片，并且每個芯片的部分被涂上反射性和抗反射性涂層。成品芯片可以之后被測試。期望將制造步驟的數目最小化以及增強易測性。

已經提出了在相同芯片上結合衍射透鏡和邊緣發射激光器。例如，授權給Lo等人的美國專利No.6,459,716公開了一個裝置，其中由邊緣發射激光器產生的邊緣發射光束被傾斜平面朝向較低反射性表面反射，該較低的反射性表面與光束發射方向以及芯片表面相平行，該較低的反射性表面轉而沿著大致與芯片平面垂直的方向朝上反射光束。被朝上反射的光束之后穿過在芯片平面上的材料中所形成的衍射透鏡而發射。與包括分離的透鏡的收發器相比，具有這種裝置的收發器可以被更經濟地制造出來。然而，由于包括了將來自激光器的光束朝向傾斜平面引導的波導，該裝置不能被直接制造出來。并且，裝置的幾何形狀可能使其光學特性對鏡片厚度的誤差變得敏感。

垂直腔表面發射激光器(VCSEL)經常被終端用戶所喜愛，這是由于它們在不需要提供光束形狀校正的情況下與光纖高的結合效率，并因此降低了檢測包裝成本。然而，在對于特別高速的操作制造VCSEL時，仍然存在關于單模式輸出控制的問題。

在工業界，已經努力將邊緣發射裝置轉換為垂直發射裝置。例如，美國專利No.7,245,645B2公開了以45°角蝕刻激光器面中的一者或兩者，從而形成豎直地反射激光束的45°反射鏡。然而，在這個方法中，45°反射鏡是在激光器腔內部的。美國專利5,671,243公開了使用在激光器腔外部的傳統90°激光器面，但是在同一芯片內，存在將光束轉向表面方向的反射鏡。然而，在激光器腔內或激光器腔外包括的蝕刻反射鏡要求在制造過程中執行高質量的面蝕刻。尤其是當在高操作功率下實施干法蝕刻時，由于在干法蝕刻過程中可能發生面損傷，執行高質量蝕刻出現很重要的可靠性問題。

授權給本申請的受讓人的美國專利No.7,450,621公開了克服了很多上述困難的解決方法。該專利公開了一種半導體裝置，其中衍射透鏡與邊緣發射激光器集成在相同芯片上。該衍射透鏡與邊緣發射激光器一體地集成在磷化銦(InP)襯底材料上。把衍射透鏡一體地集成在集成了邊緣發射激光器的相同芯片上需要實施多重電子束光刻(EBL)曝光和干法蝕刻過程，這增加了裝置的制造成本。

需要提供一種把邊緣發射激光器與衍射或折射透鏡集成的半導體裝置，并且制造過程也很經濟。

發明內容

本發明涉及邊緣發射半導體激光器裝置和用于制造該裝置的方法。

本發明涉及表面發射半導體激光器裝置以及制造該裝置的方法。該裝置包括：具有上表面和下表面的襯底；布置在襯底上的多個半導體層；形成在半導體層中用于產生具有激光發射波長的激光的邊緣發射激光器；形成在多個半導體層中的溝道；布置在溝道中的聚合物材料；位于聚合物材料的上表面內或之上的折射或衍射透鏡；位于聚合物材料的大致面向激光器的第二端面傾斜側面上的側反射器；以及位于襯底的上表面上的下反射器，該襯底的上表面大致位于聚合物材料的下表面下方并且大致面向聚合物材料的上表面。

在激光器工作期間，通過激光器的第二端面穿出的激光的一部分傳遞通過聚合物材料并且由側反射器沿著大致朝向下反射器的方向反射。被反射的激光的至少一部分入射到下反射器上并且由下反射器沿著大致朝向折射或衍射透鏡的方向再次反射。折射或衍射透鏡接收被再次反射的激光的一部分并且使得所接收的部分被沿著襯底的上表面大致法向的方向引導到表面反射半導體激光器裝置之外。