单纵模激光二极管制造技术

一种单模、蚀刻面为分布式布拉格反射激光器包括ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ激光谐振腔，具有多个法布里－佩罗特元件前端镜组合，以及后端检测器。该前端镜组合元件和后端反射元件包括输入和输出蚀刻面，并且激光谐振腔是蚀刻脊形谐振腔，它们都通过两个步骤的光刻和ＣＡＩＢＥ工艺从外延晶片形成的。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及经改进的单纵模激光二极管以及生产该二极管的方法。
技术介绍
具有高边模抑制比(SMSR)的单模激光器在许多应用，例如，光谱学、感测和光学通信中是一种关键的设备。迄今为止，所谓的分布反馈型(DFB)激光器、分布布拉格(Bragg)反射(DBR)激光器以及垂直谐振腔表面发射激光器(VCSEL)专用于这些应用中。但是，横向耦合的DBR激光器的制造以及嵌入异质结构的DFB激光器的制造却需要使用熟练的制造技术。用于DBR激光器的微米级以下电子束或聚焦离子束光刻工艺因为其串行性质而不适于大规模生产，且制造DFB激光器中波纹曲面所需的精细晶体再生长处理也使得它们不适用。这些复杂的工艺不可避免地造成生产这些激光器的低产量和高成本，因此，出现对更经济的、特别是用于高速发展的数据通信领域中的单模激光器的强烈需求。此外，由于VCSEL的谐振腔很短，所以不能提供高功率。当前可用的设备还需要为正常工作而进行冷却，但提供散热装置的需要也会增加其总成本。因此，对无需冷却的SMSR激光器有强烈需求。众所周知的是较之常规的InGaAsP/InP材料，由AlGaInAs/InP材料制成的激光二极管在约1550nm和1310nm的光纤通信波长中表现出较好的高温性能。但是，由于Al容易氧化，含Al材料使得前述使用的再生长制造工艺变得极为困难和不可靠。因此强烈需要一种兼用AlGaInAs/InP的新结构或新构造方法，以开发无需冷却的单模二极管。在上世纪八十年代，人们将大量的精力投入到耦合谐振腔激光器的研制中，以实现单模操作；例如，参见IEEE期刊Quantum Electronics，QE-20，659页(1984)上Larry Coldren等人的文章。但是，在耦合谐振腔的方案中，模式区别不够强，且难以在调制下得到高SMSR。并且，在广泛的温度范围(0-85摄氏度)内保持无需冷却操作的高SMSR是不可能的。
技术实现思路
根据本专利技术，通过一种经济型制造工艺来提供具有高SMSR的新颖的、多部分的、耦合谐振腔单模激光二极管。这些激光器在广泛的温度范围内以及调制下可保持其高SMSR。这些激光器通过在外延晶片上使用既定的微电子制造工艺，诸如光刻和CAIBE来制造，这些工艺由于不需要晶体再生长，可简便地应用于类似于AlGaInAs/InP之类的含Al材料。在本专利技术较佳实施例的一个示例中，通过在n型(100)InP晶片上依次形成n-INP镀层、n-AlGaInAs SCH(分别限制异质结构)层、AlGaInAs应变多量子阱活性层、p-AlGaInAs SCH层、p-InP镀层、以及重度掺杂p-InGaAs接触层来制造单模、晶面蚀刻的分布式布拉格反射激光器。例如，活性区域由6个受压应变量子阱和7个张力势垒所组成，并且量子阱的带隙约为1300nm。化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)的两个步骤是使用通过光刻技术定型的SiO2掩模来实现。通过第一CAIBE步骤形成晶面，随后通过第二CAIBE步骤形成脊形波导。在脊形的顶部和晶片的底部形成有电极。脊形结构用聚酰亚胺平整，并形成结合片。晶面的厚度约为4μm，且脊形的高度约为1.8μm。脊形的宽度通常为3μm，并且脊形的两边都具有3μm的侧翼。使用这种脊形波导结构，可获得超过100mA的稳定单横模操作。输出射束的垂直和水平方向的远场图通常分别为36和10度(FWHM半高宽)。监控光电二极管装在该结构的背面，但是不具有脊形结构。在其后端和前端，配置了法布里-佩罗特(Fabry-Perot)波导块以提供适当的滤波。该装置通电以使激光器工作，各前端波导块的间距用作分布式布拉格反射器，而各后端波导块用作DBR反射器。前述的结构和制造方法为生产具有高SMSR的单模激光二极管提供了一种经济型解决方案。如此制造的设备是在广泛温度范围内稳定而无需冷却的单模激光器，并且由于该制造工艺不包括晶体再生长，它适合类似于AlGaInAs/InP的具有优良温度性能的含铝材料。附图说明从下面结合附图对较佳实施例的详细描述中，本专利技术的前述和其它目的、特征和优点将对本领域技术人员显而易见。在附图中图1是本专利技术一较佳实施例的三维示意图；图2是图1实施例的侧视图；图3示出图1设备的前端反射器的反射光谱；图4是本专利技术第二实施例的侧视图；图5是图1实施例在各种温度下的光电流曲线图；图6是在60mA下观测到的图1实施例的激光光谱的温度相关性的图示；图7是图1实施例的峰值波长和SMSR作为各种温度下电流的函数的图示；图8是图4实施例的在各种温度下光对激光器电流曲线、和MPD电流对激光器电流曲线的图示；图9是在60mA下观测到的图4实施例的激光光谱的温度相关性的图示；图10是图4实施例的峰值波长和SMSR作为各种温度下电流的函数的图示；以及图11是本专利技术第三实施例的侧视图。具体实施例现在对本专利技术进行更为详细的描述。图1示出由外延晶片12制成的单模激光器10的一个较佳实施例的三维示意图。在根据该第一实施例所构建的设备中，晶片12用在n型(100)InP晶片30上依次形成的n-INP镀层14、n-ALGaInAs SCH(分别限制异质结构)层16、AlGaInAs应变多量子阱活性层18、p-AlGaInAs SCH层20、p-InP镀层22、以及重度掺杂p-InGaAs接触层24来制造。活性区域18由例如被10nm张力应变AlGaInAs势垒所分隔的六个6nm受压应变量子阱组成；并且量子阱的带隙约为1300nm。激光器10通过化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)的两个步骤在外延晶片12上形成，这两个步骤使用通过光刻技术以常规方式定型的SiO2掩模来实现。通过第一CAIBE步骤，多个块32和33(将要描述)沿着激光器10的纵向轴分别在其前端和后端上形成，然后通过第二CAIBE步骤，在层22中形成脊形波导34。金属电极36和38在脊形34的上表面40和晶片的下表面42上形成。所得到的脊形结构用聚酰亚胺来平整，并且在电极上形成有用于连接到合适的偏置源43的结合片。在如上所述制造的激光器10的示例中，块32和33的厚度约为4μm，脊形34的高度约为1.8μm。脊形34的宽度w通常为3μm，并且脊形两边具有3μm宽的侧翼44。使用这种脊形波导结构，可获得超过100mA的稳定单横模操作。从激光器的前端52中发射出的输出射束50的垂直和水平方向的远场图通常分别为36和10度(FWHM)。在激光器的后端56装有监控光电二极管54，以检测激光器操作；通常该检测器不具备激光器的脊形结构。如图1和2所示，激光器10用形成前端镜像组、或反射器的多个块32、以及形成后端或背端DBR反射器的至少一个块33来制造。在第一CAIBE步骤期间形成一些块，以产生N个法布里-佩罗特元件，诸如形成前端镜像组32的元件60、62、64和66，以及由块33所形成的后端反射元件68。如图2所示，每一前端反射元件60、62、64和66的长度都为L1，并且每一个都与相邻元件、以及激光器10的谐振腔部分70相隔空隙Lg1。后端反射器元件68的长度为L2，并且与谐振腔部分70和监控器54相隔空隙Lg2。主谐振腔部分是长度为La的单块式激光谐振腔，其中激光谐振腔的每一端由表面72和74的相应之一限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于波长为λ的激光、光刻形成的组合式法布里－佩罗特光学波导滤波器，包括具有有效间隙间距的多个元件，该间距基本上是λ半波长的倍数ｍλ／２±λ／１０，并且其中ｍ是整数，λ是感兴趣间隙中的波长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AA贝法，K姆罗，CB史塔加尔斯库，AT谢里默尔，
申请(专利权)人：宾奥普迪克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]