具有阶梯式渐变折射率分离限制异质结构的激光设备制造技术

根据一些实施例，本公开内容的实施例涉及具有阶梯式渐变折射率分离限制异质结构(SCH)的激光设备。一个实施例包括衬底区域以及与该衬底区域相邻的有源区域。有源区域包括SCH层，其包括第一部分和与第一部分相邻的第二部分。使第一部分的成分渐变，以在从多量子阱(MQW)到激光设备结的p侧的距离上提供第一导带能量增加。使第二部分的成分渐变以在从MQW到p侧的距离上提供第二导带能量增加。第一导带能量增加不同于第二导带能量增加。描述和/或要求保护了其他实施例。

【技术实现步骤摘要】
具有阶梯式渐变折射率分离限制异质结构的激光设备
本公开内容的实施例总体上涉及提高具有分离限制异质结构(separateconfinementheterostructure)的多量子阱激光器的效率的领域。
技术介绍
半导体激光器可以用作数字通信产品的光收发器中的部件。例如，硅光子芯片将片上激光器用作数字传输的光源。对于激光器而言，并且特别是对于多量子阱(MQW)激光器而言，在尽可能小的电功率预算内操作，同时还提供足够的光功率来以低比特误码率跨过通信链路可以是有用的。因此，激光器的效率对于整个发射器的竞争力可以很重要。例如，在混合硅激光器技术中，激光器的效率取决于III-V族有源区域增益材料的设计，该材料结合到激光设备的硅衬底上。重要的是，激光器的设计包含对多量子阱附近的光学模式以及电载流子的高度限制。为此，通常在MQW激光器中引入分离限制异质结构(SCH)。SCH通常包括附加的p型和n型层，这些层的折射率比MQW激光器的有源区域的中心p型和n型层的折射率低，以提供有效的光学限制。因此，SCH通常将用于光学限制的低光学折射率与用于电限制的高带隙相结合。附图说明通过以下的具体实施方式并结合附图，将易于理解实施例。为了便于该描述，相似的附图标记表示相似的结构元件。在附图的图中，通过示例而非通过限制示出了实施例。图1是根据一些实施例的采用具有阶梯式渐变折射率SCH(steppedgradedindexSCH)的激光设备的示例性通信系统。图2是根据一些实施例的具有阶梯式渐变折射率SCH的激光设备的示例性结构的正视截面图。图3是示出了根据一些实施例的由具有阶梯式渐变折射率SCH的激光设备提供的半导体材料中的能带边缘的示例性图形。图4是根据一些实施例的指示具有阶梯式渐变折射率SCH的激光器的电光转换效率(wall-plugefficiency)和电功率消耗的示例性实验数据。图5示意性地示出了根据一些实施例的包括具有阶梯式渐变折射率SCH的激光设备的示例性计算设备。具体实施方式根据一些实施例，本公开内容的实施例描述了用于具有阶梯式渐变折射率SCH的激光设备的技术和配置。在实施例中，激光设备包括衬底(例如，绝缘体上硅(SOI))区域以及与该衬底区域相邻的有源区域。有源区域包括分离限制异质结构层，其包括第一部分和与第一部分相邻的第二部分。使第一部分的成分渐变，以在从MQW到激光设备结的p侧的距离上提供第一导带能量增加。使第二部分的成分渐变以在从MQW到激光设备结的p侧的距离上提供第二导带能量增加。在从MQW到p侧的距离上的第一导带能量增加不同于在从MQW到p侧的距离上的第二导带能量增加。在实施例中，激光设备可以包括MQW激光器。在下面的描述中，将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述示例性实施方式的各个方面，以向本领域其他技术人员传达其工作的实质。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以仅利用所描述的方面中的一些来实践本公开内容的实施例。为了说明的目的，阐述了具体的数字、材料和配置，以提供对示例性实施方式的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实践本公开内容的实施例。在其他情况下，省略或简化了众所周知的特征，以免使说明性实施方式难以理解。在下面的具体实施方式中，参考了构成其一部分的附图，其中，在全部附图中，相似的附图标记表示相似的部分，并且通过可以实践本公开内容的客体的示例性实施例示出了这一点。应当理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以采用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。因此，不应将下面的具体实施方式理解为是限制性的，并且实施例的范围由所附的权利要求书及其等同变换所限定。对于本公开内容，短语“A和/或B”表示(A)、(B)、(A)或(B)或(A和B)。对于本公开内容，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。本说明书可以使用基于视角的描述，例如顶部/底部、内/外、上/下等。这些描述仅仅用于便于论述，并非旨在将本文所述实施例的应用限制为任何特定取向。本说明书可以使用短语“在一个实施例中”或“在实施例中”，其均可以指代相同或不同实施例中的一个或多个。而且，针对本公开内容的实施例所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词。本文可以使用术语“与……耦合”连同其派生词。“耦合”可以表示以下的一个或多个。“耦合”可以表示两个或多个元件直接物理或电接触。然而，“耦合”也可以表示两个或多个元件彼此间接接触，但仍彼此协作或相互作用，并且可以表示一个或多个其他元件耦合或连接在被表述为彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可以表示两个或多个元件直接接触。图1是根据一些实施例的采用具有阶梯式渐变折射率SCH的激光设备的示例性通信系统。系统100包括发射器芯片102，其被配置为将数据传送到接收器芯片140。在实施例中，发射器芯片102包括具有一个或多个片上激光设备104、106、108、110的光子集成电路(IC)。在实施例中，根据本文所描述的实施例，激光设备104、106、108、110中的一个或多个可以包括根据阶梯式渐变折射率设计而提供的SCH层(例如，分别为SCH结构114、116、118、120)。应当理解，片上激光设备的数量可以根据技术需要和约束条件而变化；为了说明的目的，示出了具有相应的阶梯式渐变折射率SCH结构114、116、118、120的激光设备104、106、108、110。在实施例中，发射器芯片102还可以包括分别与激光设备104、106、108、110光学耦合的光学调制器124、126、128、130。调制器124、126、128、130的输出可以与多路复用器(MUX)132耦合。应当理解，芯片102(和接收器芯片140)可以包括其他部件(例如，处理器、存储器等)，为了便于说明，本文未示出这些其他部件。在操作中，可以利用提供给调制器的电子数据输入(为了清楚起见，示出了电子数据输入134中提供给调制器124的一个电子数据输入)来调制由激光设备104、106、108、110提供的光信号。承载数据信息的光信号(例如138)可以由多路复用器132多路复用，并且可以将所得到的数据信号提供给光数据通信信道136(例如光纤线缆)以进行传输。在实施例中，光信道136的长度可以变化，例如，从几米到几公里。在接收器芯片140侧，可以通过解复用器(DMUX)142对光信号进行解复用，并且可以将解复用的光数据信号(例如152)提供给相应的光电检测器144、146、148、150。光电检测器144、146、148、150可以将接收到的光数据信号转换为电子形式，并提供所得到的电子数据信号(例如154)以进行进一步处理。在实施例中，与现有解决方案相比，根据本文描述的实施例的具有阶梯式渐变折射率SCH的激光器(例如，具有SCH114的激光器104)提供增加的通信速度、更低的功耗、更高的限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光设备，包括：/n衬底；以及/n与所述衬底相邻的有源区域，其中，所述有源区域包括分离限制异质结构(SCH)层，其包括第一部分和与所述第一部分相邻的第二部分，其中，使所述第一部分的成分渐变，以在从多量子阱(MQW)到激光设备结的p侧的距离上提供第一导带能量增加，并且使所述第二部分的成分渐变以在从所述MQW到所述激光设备结的所述p侧的距离上提供第二导带能量增加，其中，在从所述MQW到所述p侧的距离上的所述第一导带能量增加不同于在从所述MQW到所述p侧的距离上的所述第二导带能量增加。/n

【技术特征摘要】
20181228 US 16/235,6841.一种激光设备，包括：
衬底；以及
与所述衬底相邻的有源区域，其中，所述有源区域包括分离限制异质结构(SCH)层，其包括第一部分和与所述第一部分相邻的第二部分，其中，使所述第一部分的成分渐变，以在从多量子阱(MQW)到激光设备结的p侧的距离上提供第一导带能量增加，并且使所述第二部分的成分渐变以在从所述MQW到所述激光设备结的所述p侧的距离上提供第二导带能量增加，其中，在从所述MQW到所述p侧的距离上的所述第一导带能量增加不同于在从所述MQW到所述p侧的距离上的所述第二导带能量增加。


2.根据权利要求1所述的激光设备，其中，所述第一部分是线性渐变的。


3.根据权利要求1所述的激光设备，其中，所述第二部分是线性渐变的。


4.根据权利要求1所述的激光设备，其中，所述第一部分具有约为20nm的厚度，并且从1.292eV渐变到1.390eV。


5.根据权利要求4所述的激光设备，其中，所述第二部分具有约为100nm的厚度，并且从1.390eV渐变到1.415eV。


6.根据权利要求1所述的激光设备，其中，所述激光设备是多量子阱(MQW)激光器。


7.根据权利要求1所述的激光设备，其中，在从所述MQW到所述激光设备的所述p侧的距离上的所述第一导带能量增加大于在从所述MQW到所述激光设备的所述p侧的距离上的所述第二导带能量增加。


8.根据权利要求1所述的激光设备，其中，所述SCH层包括铝镓铟砷化物(AlGaInAs)材料。


9.根据权利要求1-8中的任一项所述的激光设备，其中，所述激光设备包括集成电路。


10.一种计算设备，包括：
处理器；以及
通信接口，其与所述处理器耦合以为所述处理器提供数据通信，其中，所述通信接口包括具有激光设备的收发器以提供所述数据通信，其中，所述激光设备包括衬底区域和与所述衬底区域相邻的有源区域，其中，所述有源区域包括分...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·K·多因轮德，P·杜西耶，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US