具有光束形状修改的激光器制造技术

技术编号:17010631 阅读:28 留言:0更新日期:2018-01-11 07:05
本申请涉及具有光束形状修改的激光器。提供一种用于半导体激光器的光束控制结构,其允许光束形状修改,从而允许例如更高的耦合到光纤中。所述结构可以包含倾斜天井、阶梯、反射顶板和反射侧壁中的一个或多个。

【技术实现步骤摘要】
具有光束形状修改的激光器本申请是申请日为2013年5月7日、申请号为201380024259.3、专利技术名称为“具有光束形状修改的激光器”的中国专利申请的分案申请。相关申请案本专利申请要求2012年5月8日提交的美国临时专利申请号61/644,270的优先权,所述申请以引用的方式整体并入本文。
本公开一般涉及光子器件,更具体来说涉及改进的光子器件和其制造方法。
技术介绍
通常通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)在衬底上生长适当的层状半导体材料以形成具有平行于衬底表面的有源层的外延结构而在晶片上制造半导体激光器。然后利用多种半导体处理工具处理晶片以制造包括有源层并且包括附着到半导体材料的金属触点的激光器光腔。通常通过沿半导体材料的晶体结构解理半导体材料以限定激光器光腔的边缘或末端而在激光器腔的末端形成激光器腔面,使得当在触点上施加偏压时,所产生的流过有源层的电流使光子在垂直于电流的方向上从有源层的腔面边缘出射。由于解理半导体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,晶片通常就成为小块,以致不容易用常规的光刻技术来进一步处理激光器。由使用解理腔面造成的上述和其他困难引致通过蚀刻形成半导体激光器的腔面的工艺的开发。在美国专利号4,851,368中描述的此工艺也允许激光器与其他光子器件单片集成在同一衬底上,所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。这项工作被进一步扩展,并且基于蚀刻腔面的突脊激光器的工艺在1992年5月的IEEE量子电子学期刊(IEEEJournalofQuantumElectronics)的第28卷,第5号,1227-1231页中所公开。使用半导体激光器的一个主要挑战是激光器的输出光束与光束定向或耦合到的介质之间的不匹配。例如,形成具有光斑大小转换器(SSC)的半导体激光器可以允许激光与光纤的更有效的耦合或扩大光学对准公差,然而,一般来说有随同形成SSC出现的某些缺点,例如,工艺的复杂性和激光器特性的降级。激光器特性的降级的实例为激光器阈值电流的增加。以下出版物讨论所使用的各种SSC方法:Itaya等人在IEEE量子电子学选题期刊(IEEEJournalofSelectedTopicsinQuantumElectronics)的第3卷,第3号,968-974页中的“Spot-SizeConverterIntegratedLaserDiodes(SS-LD’s)”;Moerman等人在IEEE量子电子学选题期刊的第3卷,第6号,1308-1320页中的“AReviewonFabricationTechnologiesfortheMonolithicIntegrationofTaperswithIII–VSemiconductorDevices”;以及Yamazaki等人在IEEE量子电子学选题期刊的第3卷,第6号,1392-1398页中的“1.3-μmSpot-Size-ConverterIntegratedLaserDiodesFabricatedbyNarrow-StripeSelectiveMOVPE”。通过简单工艺形成的激光器结构允许光束修改而不显著影响激光器特性(例如,激光器阈值),这种结构是非常理想的,并且例如可以引致以低成本封装将激光束非常有效的耦合到光纤中。
技术实现思路
根据本公开,形成一种半导体激光器,其允许输出光束的修改。在本公开的一个实施方案中,使用蚀刻腔面激光器修改激光器的垂直远场,所述激光器具有具倾斜角的天井或在输出腔面前面的阶梯。在本公开的另一实施方案中,除具有倾斜角的天井或阶梯之外,使用侧壁来修改激光器的水平远场。在又一实施方案中,提供顶板来修改激光器的垂直远场。在又一实施方案中,解理或蚀刻腔面激光器有源侧朝下安装在衬底或基座上,例如,具有例如倾斜天井或阶梯的结构的硅或氮化铝(AlN)。例如,在本公开的一个实施方案中,公开一种半导体芯片,其包含:衬底;位于所述衬底上的外延激光器;蚀刻腔面;以及邻近所述蚀刻腔面的结构,所述结构为天井,所述天井具有向下倾斜和具有至少一个台阶的向下阶梯中的一个。半导体芯片也可以包含反射侧壁。半导体芯片可以进一步包含在所述蚀刻腔面前面的顶板,其中所述顶板具有比所述蚀刻腔面的最低点更接近所述蚀刻腔面的最高点的下反射表面。半导体芯片可以另外包含沉积在所述结构上的反射涂层。半导体芯片还可以进一步包含选自包含InP、GaAs和GaN的组的所述衬底。在本公开的另一实施方案中,公开一种半导体芯片,其包含:衬底;位于所述衬底上的外延激光器;蚀刻腔面;以及在所述蚀刻腔面前面的顶板,其中所述顶板具有比所述蚀刻腔面的最低点更接近所述蚀刻腔面的最高点的下反射表面。半导体芯片也可以包含反射侧壁。半导体芯片可以进一步包含选自包含InP、GaAs和GaN的组的所述衬底。在本公开的又一实施方案中,公开一种半导体芯片,其包含:衬底;位于所述衬底上的外延激光器;具有与衬底的平面成非90°角度的蚀刻腔面;照射在所述蚀刻腔面上的低于所述蚀刻腔面的临界角的激光束;以及邻近所述蚀刻腔面的反射结构。半导体芯片也可以包含为倾斜天井的所述结构。半导体芯片可以进一步包含反射侧壁,其中所述侧壁可以与所述蚀刻腔面通过间隙分离。半导体芯片可以另外包含为含有至少一个台阶的阶梯的所述结构。半导体芯片还可以进一步包含选自包含InP、GaAs和GaN的组的所述衬底。在本公开的又一实施方案中,公开一种混合动力总成,其包含:基座,所述基座具有天井的反射表面,所述天井具有向下倾斜和具有至少一个台阶的向下阶梯中的一个;以及激光器,其具有有源层和有源侧朝下定位在所述基座上的至少一个腔面;其中所述至少一个腔面被定位成邻近所述反射表面。混合动力总成也可以包含为AlN或Si的所述基座。混合动力总成可以进一步包含为蚀刻腔面的所述至少一个腔面,进一步包含邻近所述蚀刻腔面的反射结构。混合动力总成可以另外包含由外延沉积在衬底上的激光器结构形成的所述激光器,所述衬底选自包含InP、GaAs和GaN的组。混合动力总成还可以进一步包含所述基座,其进一步包括挡块。附图说明通过结合简述如下的附图进行的本公开的以下详细描述,本公开的上述以及额外的目的、特征和优点对于本领域技术人员将变得明显。图1(a)为具有通过解理形成的前腔面和后腔面的半导体激光器的横截面,并且图1(b)为通过RSoft时域有限差分(FDTD)模拟从前腔面或后腔面获得的相应垂直远场(VFF)。图2(a)为具有通过蚀刻形成的前腔面和后腔面的半导体激光器的横截面,其中2μm平坦天井邻近前腔面,并且图2(b)含有通过RSoftFDTD模拟获得的以实线所示的这个结构的相应VFF和以供参考的虚线所示的图1(b)的VFF。图3(a)为具有通过蚀刻形成的前腔面和后腔面的半导体激光器的横截面,其中10μm平坦天井邻近前腔面,并且图3(b)含有通过RSoftFDTD模拟获得的以实线所示的这个结构的相应VFF和以供参考的虚线所示的图1(b)的VFF。图4(a)为具有通过蚀刻形成的前腔面和后腔面的半导体激光器的横截面,其中长度10μm的10°倾斜天井邻近前腔面,并且图4(b)含有通过RSoftFDTD模拟获得的以实线所示的这个结构本文档来自技高网
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具有光束形状修改的激光器

【技术保护点】
一种封装的半导体激光器,其包含:具有表面的衬底;在所述衬底的所述表面上的外延激光器,所述外延激光器具有蚀刻腔面;以及包封所述衬底和所述外延激光器的金属罐封装;其中所述衬底从所述蚀刻腔面向外延伸以形成天井,所述天井包含形成在其中的复数个台阶和暴露的反射表面。

【技术特征摘要】
2012.05.08 US 61/644,2701.一种封装的半导体激光器,其包含:具有表面的衬底;在所述衬底的所述表面上的外延激光器,所述外延激光器具有蚀刻腔面;以及包封所述衬底和所述外延激光器的金属罐封装;其中所述衬底从所述蚀刻腔面向外延伸以形成天井,所述天井包含形成在其中的复数个台阶和暴露的反射表面。2.如权利要求1所述的封装的半导体激光器,还包含至少一个从所述蚀刻腔面向外延伸的反射侧壁。3.如权利要求1所述的封装的半导体激光器,还包含反射顶板,所述反射顶板设置为与从所述蚀刻腔面向外延伸的所述天井相对。4.如权利要求1所述的封装的半导体激光器,还包含沉积在所述天井上的反射涂层。5.如权利要求1所述的封装的半导体激光器,其中所述衬底选自包含InP、GaAs和GaN的组。6.一种封装的半导体激光器,其包含:衬底;在所述衬底上的外延激光器,所述外延激光器具有蚀刻腔面;从所述蚀刻腔面向外延伸的天井,所述天井具有形成在其中的复数个台阶和暴露的反射表面;以及包封所述衬底、所述外延激光器和所述天井的金属罐封装。7.如权利要求6所述的封装的半导体激光器,还包含至少一个从所述蚀刻腔面向外延伸的反射侧壁。8.如权利要求6所述的封装的半导体激光器,其中所述衬底选自包含InP、GaAs和GaN的组。9.一种封装的半导体激光器,其包含:衬底;在所述衬底的表面上的外延激光器,所述外延激光器具有蚀刻腔面,所述蚀刻腔面具有与所述衬底的所述表面成非90°的角度;邻近所述蚀刻腔面的结构,所述结构具有从所述蚀刻腔面向外延伸的至少两个相对的反射表面;以及包封所述衬底、所述外延...

【专利技术属性】
技术研发人员:克里斯蒂安·斯塔加雷斯库亚历克斯·A·贝法尔诺曼·塞强·广
申请(专利权)人:镁可微波技术有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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