具有交叉指型加热器电极和底部电流约束层的激光源制造技术

提供了一种半导体激光源，其中，激光二极管的波长选择部分（１２）包括Ｐ＋型电流约束层（２０）以及形成于电流约束层（２０）之上的第一（２２）和第二（２４）组交叉指型加热器电极。第一（２２）和第二（２４）组交叉指型加热器电极中的各个电极指（２３，２５）沿着激光二极管的有源波导层所限定的光传播方向连续地交替。相对于激光二极管阴极（２６）且相对于第二（２４）组交叉指型加热器电极，第一（２２）组交叉指型加热器电极是正或负偏压的，使得该相对偏压小于Ｐ－Ｎ结的正向偏置导通电压或该相对偏压的绝对值小于Ｐ－Ｎ结的反向击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有交叉指型加热器电极和底部电流约束层的激光源优先权本申请要求2007年10月1日提交的题为“Laser Source With InterdigitalHeater Electrodes and Underlying Current Confinement Layer，，的美国 专利申请11/906，213的优先权。
技术介绍
本专利技术涉及波长选择激光二极管以及包含这种波长选择激光二极管的激光源。专利技术概述根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种半导体激光源，其中，激光二极管的波长 选择部分包括P+型电流约束层以及在电流约束层上形成的第一和第二组交叉指型加热器 电极。第一和第二组交叉指型加热器电极中的各个电极指沿着激光二极管的有源波导层所 限定的光传播方向连续地交替。相对于激光二极管阴极且相对于第二组交叉指型加热器电 极，第一组交叉指型加热器电极是加正偏压的。第一组交叉指型加热器电极相对于激光二 极管阴极的相对偏压+VBIAS小于P-N结的正向偏置导通电压。根据本专利技术的另一个实施方式，P+型电流约束层是形成于激光二极管的波长选择 部分和相位匹配部分中的P型半导体层之上的。在相位匹配部分中的电流约束层之上，可 以形成额外的多组交叉指型加热器电极。根据本专利技术的另一个实施方式，相对于激光二极管阴极且相对于第二组交叉指型 加热器电极，第一组交叉指型加热器电极是加负偏压的，并且第一组交叉指型加热器电极 相对于激光二极管阴极的相对偏压-VBIAS的绝对值小于P-N结的反向击穿电压。根据本专利技术的另一个实施方式，激光源包括耦合到激光二极管的光输出的波长转 换器件。可以将光学反馈环路配置成基于波长转换器件的经转换的输出来控制相对的偏压+Vbias。附图说明在与附图相结合的情况下，可以对本专利技术的特定实施方式的详细描述作最佳的理 解，其中相似的结构是用相似的标号来表示的，其中图1是示出本专利技术的多个方面的激光源的示意图；图2是示出本专利技术的多个方面的半导体异质结构的一部分的示意图；以及图3示出了根据本专利技术的一个实施方式的激光源的一部分的等效电路。具体实施例方式首先参照图1，可以在结合图1示意性地示出DBR激光二极管10的情况下示出本 专利技术的多个方面。通常，DBR激光二极管包括波长选择部分12、相位匹配部分14和增益部 分16。波长选择部分12也被称为激光二极管10的DBR部分，通常包括位于激光腔有效区 域之外的一阶或二阶布拉格光栅。这一部分提供波长选择，因为该光栅充当一个反射系数 取决于波长的镜子。DBR激光二极管10的增益部分16提供激光的主要光学增益，相位匹配部分14产生在增益部分16的增益材料与波长选择部分12的反射材料之间的可调相移。 可以按多种合适的备选配置来提供波长选择部分12，其中可以使用或不使用布拉格光栅。将激光二极管10配置成一种半导体异质结构，这种半导体异质结构包括形成于P 和N型半导体层13、17之间的有源波导层15，所述P和N型半导体层13、17用于在所述有 源波导层15处定义一个P-N结。所述P和N型半导体层13、17充当包层，并且分别将空穴 和电子注入到有源波导层15中。因为有源波导层15及其周围的波导材料的折射率大于包 层13、17的折射率，所以将其中产生的光约束在有源波导层15及其周围的波导材料中。波 长选择部分12、相位匹配部分14以及增益部分16均被限定在半导体异质结构之内。另外参照图2，波长选择部分12包括形成于P型半导体层13之上的P+型电流约 束层20。第一和第二组交叉指型加热器电极22、24是形成于激光二极管10的波长选择部 分12的电流约束层20之上的。为了描述和限定本专利技术，注意到定义了“交叉指型”电极，其 中将一组电极中的一个或多个电极指插入另一组电极的电极指之间，反之亦然。图1示出 了交叉指型电极配置的一个相对简单的示例，其中，第一和第二组交叉指型加热器电极22、 24中的各个电极指23、25沿着有源波导层15所限定的光传播方向30连续地交替。可以由 任何合适的导体形成第一和第二组交叉指型加热器电极22、24，尽管通常TiPt是较佳的成 分。P+型电流约束层20是电阻接触层，该电阻接触层在相邻电极指23、25之间传输电 流时会产生热。通常，所产生的热量正比于该电流，但激光二极管异质结构的性质对加热器 功率有限制。具体来讲，参照图3，图3示出了波长选择部分12的等效电路，其中包括激光 二极管10的波长选择部分12的电流约束层20和P-N结的多个部分，P-N结的电阻被显示 成R1，由电流约束层20限定的加热器的电阻被显示成R2。如果两种交叉指型电极之一使 P-N结加反向偏压并且该反向偏压维持在P-N结的击穿电压以下以确保P-N结的可靠性，则 最大加热功率表达如下PmAX — ^BREAK-DOWN其中，vBKEAK_DWN是P-N结的击穿电压。从这种关系清楚地看到，对于更大的加热器 功率，期望有更小的加热器电阻。然而，专利技术人已认识到，使P-N结加反向偏压就可以除去波长选择部分12中所产 生的光电流，并且使其更具光学吸收性，从而产生光功率的下降。除了光功率的损失以外， 反向偏压还可以产生相对大的光电流，若光强足够大，则这种光电流会破坏P-N结。在图2中，相对于激光二极管阴极26且相对于第二组交叉指型加热器电极24，第 一组交叉指型加热器电极22是加正偏压的。如图1所示，可以将控制器40配置成按照这 种方式来设置阳极电压VA、阴极电压\以及第一和第二组交叉指型加热器电极22、24的电 压。第一组交叉指型加热器电极22相对于激光二极管阴极26的相对偏压+VBIAS小于P-N 结的正向偏置导通电压。通过按照图2所示的方式对激光二极管10加偏压，波长选择部分 12就可以在工作时不受有害的光电流影响。通常，为了确保一致的操作，第一组交叉指型加 热器电极相对于阴极电压\的相对偏压+VBIAS小于P-N结的正向偏置导通电压的约90%。 可以表达图2所示配置所得到的最大加热功率如下Pmx = V TURN _on2/R2其中，VTUKN_QN是P-N结的导通电压。尽管本文描述本专利技术的实施方式和特征时主要参照了第一组交叉指型加热器电 极22相对于激光二极管阴极26的相对偏压是正的(+VBIAS)且小于P-N结的正向偏置导通电 压这样的实施方式，但是可以预期，第一组交叉指型加热器电极22相对于激光二极管阴极 26的相对偏压是可以是负的(_VBIAS)。在这种情况下，第一组交叉指型加热器电极22相对 于激光二极管阴极26的相对负偏压_VBIAS的绝对值小于P-N结的反向击穿电压。注意到， 对于更大的加热器功率，期望更小的加热器电阻，第一和第二组交叉指型加热器电极22、24 的交叉指型配置允许通过选择两个相对的电极之间的间隙距离来方便地调整加热器电阻 R，使得用合适的电压来实现期望的加热功率，而不对激光器造成破坏或不损失光功率。使 沿波导的加热器电流路径局限于有源波导层15之上。因为P+型电流约束层20所产生的 热接近于有源波导层15，所以图2所示的加热器配置在改变有源波导层15的温度这方面是 高度有效和迅速的。相应地，图2所示加热器配置也能有效且迅速地改变有效折射率和激 光二极管10的激光发射波长，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光源，包括激光二极管和控制器，其中：将所述激光二极管配置成包括阳极、阴极和有源波导层的半导体异质结构，所述有源波导层形成于用于定义Ｐ－Ｎ结的Ｐ和Ｎ型半导体层之间；所述激光二极管包括波长选择部分、相位匹配部分和增益部分，每一个部分都被限定在半导体异质结构之内；所述波长选择部分包括形成于Ｐ型半导体层之上的Ｐ＋型电流约束层以及形成于电流约束层之上的第一和第二组交叉指型加热器电极；第一和第二组交叉指型加热器电极中的各个电极指沿着有源波导层所限定的光传播方向连续地交替；将所述控制器连接到阴极以及第一和第二组交叉指型加热器电极，使得第一组交叉指型加热器电极相对于激光二极管阴极且相对于第二组交叉指型加热器电极是加正偏压的；以及第一组交叉指型加热器电极相对于激光二极管阴极的相对偏压＋Ｖ↓［ＢＩＡＳ］小于Ｐ－Ｎ结的正向偏置导通电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-1 11/906,213一种激光源，包括激光二极管和控制器，其中将所述激光二极管配置成包括阳极、阴极和有源波导层的半导体异质结构，所述有源波导层形成于用于定义P-N结的P和N型半导体层之间；所述激光二极管包括波长选择部分、相位匹配部分和增益部分，每一个部分都被限定在半导体异质结构之内；所述波长选择部分包括形成于P型半导体层之上的P+型电流约束层以及形成于电流约束层之上的第一和第二组交叉指型加热器电极；第一和第二组交叉指型加热器电极中的各个电极指沿着有源波导层所限定的光传播方向连续地交替；将所述控制器连接到阴极以及第一和第二组交叉指型加热器电极，使得第一组交叉指型加热器电极相对于激光二极管阴极且相对于第二组交叉指型加热器电极是加正偏压的；以及第一组交叉指型加热器电极相对于激光二极管阴极的相对偏压+VBIAS小于P-N结的正向偏置导通电压。2.如权利要求1所述的激光源，其特征在于电流约束层的电阻以及第一和第二组交叉指型加热器电极中的各个电极指的间隔使 得介于约O到2. 2伏特之间的相对偏压+Vbias使激光二极管的激光发射波长有至少约3nm 的移动。3.如权利要求1所述的激光源，其特征在于在波长选择部分和相位匹配部分中的P型半导体层之上，形成P+型电流约束层。4.如权利要求4所述的激光源，其特征在于在相位匹配部分中的电流约束层之上，形成额外的多组交叉指型加热器电极。5.如权利要求1所述的激光源，其特征在于将所述控制器配置成设置阳极电压Va、阴极电压Vc以及第一和第二组交叉指型加热器 电极的电压，使得第一组交叉指型加热器电极相对于激光二极管阴极且相对于第二组交叉 指型加热器电极是加正偏压的。6.如权利要求1所述的激光源，其特征在于第一组交叉指型加热器电极相对于阴极电压Vc和第二组交叉指型加热器电极的电压 的相对偏压+Vbias使得在第一和第二组交叉指型加热器电极之间所产生的大部分电流被限 制在P+型电流约束层之内。7.如权利要求6所述的激光源，其特征在于最小的电流流过P-N结到达激光二极管阴极。8.如权利要求1所述的激光源，其特征在于第一组交叉指型加热器电极相对于阴极电压Vc和第二组交叉指型加热器电极的电压 的相对偏压+Vbias使得第一和第二组交叉指型加热器电极之间所产生的电流被限制在P+型 电流约束层之内。9.如权利要求8所述的激光源，其特征在于没有电流流过P-N结到达激光二极管阴极。10.如权利要求9所述的激光源，其特征在于将所述控制器配置成将加到第二组交叉指型加热器电极上的电压设置为大约与阴极 电压Ve相同的值。11.如权利要求1所述的激光源，其特征在于第一组交叉指型加热器电极相对于激光二极管阴极和第二组交叉指型加热器电极的 电压的相对偏压+Vbias小于P-N结的正向偏置导通电压。12.如权利要求1所述的激光源，其特征在于第一组交叉指型加热器电极相对于阴极电压\的相对偏压+Vbias小于P-N结的正向偏 置导通电压的约90%。13.如权利要求1所述的激光源，其特征在于第一组交叉指型加热器电极相对于阴极电压Vc和第二组交叉指型加热器电极的电压 的相对偏压+Vbias小于P-N结的正向偏置导通电压的约90%。14.如权利要求1所述的激光源，其特征在于所述激光源还包括耦合到激光二极管的光输出的波...

【专利技术属性】
技术研发人员：MH胡，CE扎，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]