使用量子阱混合技术的激光架构制造技术

本发明专利技术公开了一种包括多个条纹的激光器芯片，其中激光条纹可利用初始光学增益分布来生长，并且其光学增益分布可通过使用混合工艺来偏移。这样，可在同一个激光器芯片上从相同的外延晶片形成多个激光条纹，其中至少一个激光条纹可具有相对于另一个激光条纹偏移的光学增益分布。例如，每个激光条纹可相对于其相邻激光条纹具有偏移的光学增益分布，从而每个激光条纹可发射具有不同波长范围的光。激光器芯片可在宽泛的波长范围内发射光。本公开的示例还包括具有不同混合量的给定激光条纹的不同区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用量子阱混合技术的激光架构相关申请的交叉引用本专利申请要求提交于2017年9月28日的美国临时专利申请62/564,419的权益，该申请的全部公开内容以引用的方式并入本文以用于所有目的。
本公开整体涉及使用量子阱混合(QWI)形成的半导体激光器。更具体地，本公开涉及包括多个具有不同光学增益偏移的QWI激光条纹的半导体激光器芯片。
技术介绍
半导体激光器可用于许多应用，诸如微量气体检测、环境监测、生物医学诊断、电信和工业工艺控制。一些应用可得益于能够在宽泛的波长范围内发射光的系统。在宽泛的波长范围内实现发射的一种方法可以是在系统中包括多个激光器芯片，其中一部分或全部的激光器芯片可被配置为在不同波长范围内发射光。在一些情况下，波长的范围可宽于激光条纹(例如，量子阱外延结构)的固有增益带宽。每个激光器芯片可包括激光条纹，并且可单独地在外延晶片上生长和工程化。多个激光器芯片可共同创建能够发射不同波长的系统。在一些情况下，在单独的外延晶片上生长激光器芯片可增加系统的尺寸、成本和复杂性。减少包括在系统中的外延晶片的复杂性和数量的一种方法可以是在激光器芯片上包括多个激光条纹，其中一部分或全部的激光条纹可发射不同波长的光。在宽于激光器芯片的固有带宽的范围内包括不同波长的多个激光条纹的一种方法可以是在同一外延晶片上利用混合工艺。
技术实现思路
本文描述了包括多个条纹的激光器芯片。可利用初始光学增益分布使激光条纹生长，并且其光学增益分布可通过使用混合工艺来偏移。这样，可在同一个激光器芯片上从相同的外延晶片形成多个激光条纹，其中至少一个激光条纹可具有相对于另一个激光条纹偏移的光学增益分布。例如，每个激光条纹可相对于其相邻激光条纹具有偏移的光学增益分布，从而每个激光条纹可发射具有不同波长范围的光。激光器芯片可在宽泛的波长范围内发射光。本公开的示例还包括具有不同混合量的给定激光条纹的不同区域。例如，激光条纹可具有混合刻面，其中刻面可邻近沿具有比增益区域(例如，定位在刻面之间)更高的跃迁能量的有源区的子区域定位。在一些情况下，混合刻面可用于使改变激光刻面处的完整性的可能性最小化。又如，激光条纹可具有邻近有源区(例如，沿脊波导)定位的混合横向区域。混合横向区域可与有源区分开并且可具有与有源区不同的混合量。在一些情况下，混合横向区域可用于使光学损耗最小化和/或用于载波限制中的势能增加。附图说明图1示出了根据本公开的示例的量子阱(QW)和量子阱混合(QWI)激光器的示例性能带图。图2A示出了根据本公开的示例的包括在示例性激光器芯片中的多个激光条纹的顶视图。图2B示出了根据本公开的示例的对应于图2A的多个激光条纹的电子能带结构。图2C示出了根据本公开的示例的对应于图2A的多个激光条纹的示例性增益分布图。图3A示出了根据本公开的示例的用于形成激光器芯片的示例性制造过程。图3B示出了根据本公开的示例的示例性外延晶片的剖视图。图3C示出了根据本公开的示例的在蚀刻相应的目标数量的层之后的示例性外延晶片的剖视图。图3D示出了根据本公开的示例的在混合之后以及在一个或多个包覆层生长之后的示例性外延晶片的剖视图。图4示出了根据本公开的示例的包括在具有混合激光刻面的示例性激光器芯片中的多个激光条纹的顶视图。图5A示出了根据本公开的示例的包括减小尺寸的顶部电极的示例性激光器芯片的顶视图。图5B示出了根据本公开的示例的包括具有不同电极布置的至少两个激光条纹的示例性激光器芯片的顶视图。图6A示出了根据本公开的示例的示例性激光条纹和对应横向区域的剖视图。图6B示出了根据本公开的示例的具有混合横向区域的示例性激光器芯片的顶视图。图7示出了根据本公开的示例的示例性激光器芯片的顶视图，该示例性激光器芯片包括被构造为同时具有混合刻面和混合横向区域的激光条纹。图8A示出了包括具有不同混合区域的激光条纹的示例性激光器芯片的顶视图，其中这些区域可基于根据本公开的示例的增益分布图的形状。图8B示出了根据本公开的示例的包括具有多个区域的激光条纹的示例性激光器芯片的顶视图，该多个区域具有不同的混合程度。图8C示出了被构造成具有混合刻面和成型界面的激光条纹。具体实施方式在以下对示例的描述中将引用附图，在附图中以例示的方式示出了可被实施的特定示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可作出结构性改变。现在将参照如附图所示的示例来详细描述各种技术和过程流步骤。在以下描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对其中描述或提到的一个或多个方面和/或特征的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，对本文描述或引用的一个或多个方面和/或特征可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，公知的过程步骤和/或结构未详细描述从而不会模糊对本文描述或引用的方面和/或特征中的一些。而且，尽管可按照连续次序描述过程步骤或方法步骤，但是此类过程和方法可被配置为按照任意适合次序来工作。换句话讲，可在本公开中描述的步骤的任何序列或次序自身未指出需要按该次序执行步骤。此外，尽管被描述或暗示为非同时发生(例如，因为在其他步骤之后描述一个步骤)，但可以同时执行一些步骤。此外，在附图中借助其描述对过程的图示未暗示所示过程排除其他变型及其修改，未暗示所示过程或其步骤的任一个步骤必须为示例中的一个或多个示例，并且未暗示所示过程为优选的。半导体激光器可用于许多应用，诸如微量气体检测、环境监测、生物医学诊断、电信和工业工艺控制。一些应用可得益于能够在宽泛的波长范围内发射光的系统。在宽泛的波长范围内实现发射的一种方法可以是在系统中包括多个激光器芯片，其中一部分或全部的激光器芯片可被配置为在不同波长范围内发射光。在一些情况下，波长的范围可宽于激光条纹(例如，量子阱外延结构)的固有增益带宽。每个激光器芯片可包括激光条纹并且可单独地在外延晶片上生长和工程化。多个激光器芯片可共同创建能够发射不同波长的系统。在一些情况下，在单独的外延晶片上生长激光器芯片可增加系统的尺寸、成本和复杂性。减少包括在系统中的外延晶片的复杂性和数量的一种方法可以是在激光器芯片上包括多个激光条纹，其中一部分或全部的激光条纹可发射不同波长的光。在宽于激光器芯片的固有带宽的范围内包括不同波长的多个激光条纹的一种方法可以是在同一外延晶片上利用混合工艺。本公开涉及包括多个条纹的激光器芯片。激光条纹可利用具有初始光学特性(例如，光学增益分布)的一种或多种材料来生长，并且其光学特性可通过使用改变材料特性的混合工艺来更改(例如，光学增益分布可被偏移)。这样，可在同一个激光器芯片上从相同的外延晶片形成多个激光条纹，其中激光条纹具有共同的材料。混合工艺可改变至少一个激光条纹的材料特性，使得其光学增益分布相对于相同外延晶片上的另一个激光条纹的光学增益分布而偏移。混合工艺可用于沿具有不同跃迁能量和电子能带结构的激光条纹的有源区形成不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器芯片，所述激光器芯片包括：/n包括至少一个激光条纹的多个激光条纹，/n所述至少一个激光条纹包括：/n沿着所述至少一个激光条纹的有源区的一个或多个第一子区域，所述一个或多个第一子区域包括第一跃迁能量，以及/n沿着所述有源区的一个或多个第二子区域，所述一个或多个第二子区域包括第二跃迁能量，/n其中所述第二跃迁能量不同于所述第一跃迁能量，/n其中所述一个或多个第一子区域包括外延晶片，并且所述一个或多个第二子区域包括所述外延晶片。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170928 US 62/564,4191.一种激光器芯片，所述激光器芯片包括：
包括至少一个激光条纹的多个激光条纹，
所述至少一个激光条纹包括：
沿着所述至少一个激光条纹的有源区的一个或多个第一子区域，所述一个或多个第一子区域包括第一跃迁能量，以及
沿着所述有源区的一个或多个第二子区域，所述一个或多个第二子区域包括第二跃迁能量，
其中所述第二跃迁能量不同于所述第一跃迁能量，
其中所述一个或多个第一子区域包括外延晶片，并且所述一个或多个第二子区域包括所述外延晶片。


2.根据权利要求1所述的激光器芯片，还包括：
未暴露的激光条纹，所述未暴露的激光条纹包括第三跃迁能量，
其中所述第三跃迁能量与所述外延晶片的跃迁能量相同。


3.根据权利要求1所述的激光器芯片，其中所述一个或多个第一子区域位于邻近所述至少一个激光条纹的刻面，并且所述一个或多个第二子区域位于邻近所述至少一个激光条纹的增益区域。


4.根据权利要求3所述的激光器芯片，其中所述多个激光条纹包括另一个激光条纹，其中所述另一个激光条纹的所述一个或多个第二子区域的所述第二跃迁能量与所述至少一个激光条纹的所述一个或多个第一子区域的所述第一跃迁能量相同。


5.根据权利要求3所述的激光器芯片，其中所述一个或多个第一子区域的所述第一跃迁能量大于所述一个或多个第二子区域的所述第二跃迁能量。


6.根据权利要求1所述的激光器芯片，还包括：
沿所述多个激光条纹的所述有源区设置的一个或多个电极，
其中对于所述至少一个激光条纹：
所述至少一个激光条纹的所述电极沿着所述至少一个激光条纹的所述有源区具有第一长度，
所述至少一个激光条纹的所述有源区具有第二长度，
其中所述第一长度小于所述第二长度。


7.根据权利要求6所述的激光器芯片，其中所述多个激光条纹包括另一个激光条纹，其中所述另一个激光条纹的所述电极沿着所述另一个激光条纹的所述有源区具有第三长度，所述第三长度不同于所述第一长度和所述第二长度。


8.根据权利要求7所述的激光器芯片，其中所述第三长度长于所述第一长度，并且
其中所述另一个激光条纹的所述第二跃迁能量大于所述至少一个激光条纹的所述第二跃迁能量。


9.根据权利要求1所述的激光器芯片，其中所述至少一个激光条纹的所述一个或多个第一子区域包括所述至少一个激光条纹的所述有源区，并且
其中所述至少一个激光条纹的所述一个或多个第二子区域包括位于所述至少一个激光条纹的所述有源区附近的横向区域。


10.根据权利要求9所述的激光器芯片，其中所述多个激光条纹包括另一个激光条纹，其中所述另一个激光条纹的所述一个或多个第二子区域的所述第二跃迁能量与所述至少一个激光条纹的所述一个或多个第一子区域的所述第一跃迁能量相同。


11.根据权利要求9所述的激光器芯片，其中所述至少一个激光条纹的所述一个或多个第二子区域的所述第二跃迁能量大于所述至少一个激光条纹的所述一个或多个第一子区域的所述第一跃迁能量。


12.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·毕斯姆托，M·A·阿伯雷，R·M·奥代特，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US