[發(fā)明專(zhuān)利]具有光束形狀修改的激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380024259.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104380545B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 克里斯蒂安·斯塔加雷斯庫(kù);亞歷克斯·A·貝法爾;諾曼·塞-強(qiáng)·廣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 鎂可微波技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01S5/00
• 分類(lèi)號(hào): H01S5/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 蔡勝有,彭鯤鵬

相關(guān)申請(qǐng)案

本專(zhuān)利申請(qǐng)要求2012年5月8日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/644,270的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)以引用的方式整體并入本文。

發(fā)明背景

本公開(kāi)一般涉及光子器件，更具體來(lái)說(shuō)涉及改進(jìn)的光子器件和其制造方法。

通常通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)在襯底上生長(zhǎng)適當(dāng)?shù)膶訝畎雽?dǎo)體材料以形成具有平行于襯底表面的有源層的外延結(jié)構(gòu)而在晶片上制造半導(dǎo)體激光器。然后利用多種半導(dǎo)體處理工具處理晶片以制造包括有源層并且包括附著到半導(dǎo)體材料的金屬觸點(diǎn)的激光器光腔。通常通過(guò)沿半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)解理半導(dǎo)體材料以限定激光器光腔的邊緣或末端而在激光器腔的末端形成激光器腔面，使得當(dāng)在觸點(diǎn)上施加偏壓時(shí)，所產(chǎn)生的流過(guò)有源層的電流使光子在垂直于電流的方向上從有源層的腔面邊緣出射。由于解理半導(dǎo)體材料以形成激光器腔面，故腔面的位置和定向是有限的；此外，一旦晶片被解理，晶片通常就成為小塊，以致不容易用常規(guī)的光刻技術(shù)來(lái)進(jìn)一步處理激光器。

由使用解理腔面造成的上述和其他困難引致通過(guò)蝕刻形成半導(dǎo)體激光器的腔面的工藝的開(kāi)發(fā)。在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,851,368中描述的此工藝也允許激光器與其他光子器件單片集成在同一襯底上，所述專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容以引用的方式并入本文。這項(xiàng)工作被進(jìn)一步擴(kuò)展，并且基于蝕刻腔面的突脊激光器的工藝在1992年5月的IEEE量子電子學(xué)期刊(IEEE Journal of Quantum Electronics)的第28卷，第5號(hào)，1227-1231頁(yè)中所公開(kāi)。

使用半導(dǎo)體激光器的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是激光器的輸出光束與光束定向或耦合到的介質(zhì)之間的不匹配。例如，形成具有光斑大小轉(zhuǎn)換器(SSC)的半導(dǎo)體激光器可以允許激光與光纖的更有效的耦合或擴(kuò)大光學(xué)對(duì)準(zhǔn)公差，然而，一般來(lái)說(shuō)有隨同形成SSC出現(xiàn)的某些缺點(diǎn)，例如，工藝的復(fù)雜性和激光器特性的降級(jí)。激光器特性的降級(jí)的實(shí)例為激光器閾值電流的增加。以下出版物討論所使用的各種SSC方法：Itaya等人在IEEE量子電子學(xué)選題期刊(IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics)的第3卷，第3號(hào)，968-974頁(yè)中的“Spot-Size Converter Integrated Laser Diodes(SS-LD’s)”；Moerman等人在IEEE量子電子學(xué)選題期刊的第3卷，第6號(hào)，1308-1320頁(yè)中的“A Review on Fabrication Technologies for the Monolithic Integration of Tapers with III–V Semiconductor Devices”；以及Yamazaki等人在IEEE量子電子學(xué)選題期刊的第3卷，第6號(hào)，1392-1398頁(yè)中的“1.3-μm Spot-Size-Converter Integrated Laser Diodes Fabricated by Narrow-Stripe Selective MOVPE”。

通過(guò)簡(jiǎn)單工藝形成的激光器結(jié)構(gòu)允許光束修改而不顯著影響激光器特性(例如，激光器閾值)，這種結(jié)構(gòu)是非常理想的，并且例如可以引致以低成本封裝將激光束非常有效的耦合到光纖中。

發(fā)明概要

根據(jù)本公開(kāi)，形成一種半導(dǎo)體激光器，其允許輸出光束的修改。

在本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施方案中，使用蝕刻腔面激光器修改激光器的垂直遠(yuǎn)場(chǎng)，所述激光器具有具傾斜角的天井或在輸出腔面前面的階梯。在本公開(kāi)的另一實(shí)施方案中，除具有傾斜角的天井或階梯之外，使用側(cè)壁來(lái)修改激光器的水平遠(yuǎn)場(chǎng)。在又一實(shí)施方案中，提供頂板來(lái)修改激光器的垂直遠(yuǎn)場(chǎng)。在又一實(shí)施方案中，解理或蝕刻腔面激光器有源側(cè)朝下安裝在襯底或基座上，例如，具有例如傾斜天井或階梯的結(jié)構(gòu)的硅或氮化鋁(AlN)。

例如，在本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施方案中，公開(kāi)一種半導(dǎo)體芯片，其包含：襯底；位于所述襯底上的外延激光器；蝕刻腔面；以及鄰近所述蝕刻腔面的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)為天井，所述天井具有向下傾斜和具有至少一個(gè)臺(tái)階的向下階梯中的一個(gè)。半導(dǎo)體芯片也可以包含反射側(cè)壁。半導(dǎo)體芯片可以進(jìn)一步包含在所述蝕刻腔面前面的頂板，其中所述頂板具有比所述蝕刻腔面的最低點(diǎn)更接近所述蝕刻腔面的最高點(diǎn)的下反射表面。半導(dǎo)體芯片可以另外包含沉積在所述結(jié)構(gòu)上的反射涂層。半導(dǎo)體芯片還可以進(jìn)一步包含選自包含InP、GaAs和GaN的組的所述襯底。