光学器件或与光学器件有关的改进制造技术

公开了一种安装在散热片（２８；２８ａ）上的改进光学器件（１０；１０ａ），如包括诸如激光器、调制器、放大器、开关结构等的半导体光学器件或光－电器件。本发明专利技术提供一种光学有源器件（１０；１０ａ），其包括具有有源区（１４；１４ａ）和设置在有源区（１４；１４ａ）的一端或多端（２４，２６；２６ａ）的光学无源区（２０；２２）的器件体（１２；１２ａ）以及散热片（２８；２８ａ）；器件体（１２；１２ａ）和散热片（２８；２８ａ）彼此保持热联结，使得邻近有源区（１４；１４ａ）端的至少一个光学无源区（２０，２２；２２ａ）的第一端设置在散热片（２８；２８ａ）的区域内，而所述至少一个光学无源区（２０，２２；２２ａ）的第二端设置在散热片（２８；２８ａ）的区域外。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学器件，具体地，但不是唯一的，涉及封装或安装半导体光学有源器件(optically active devices)或光电器件(optoelectronicdevices)，如激光器、调制器、放大器、开关结构等等。
技术介绍
在包括有源区(active region)的半导体器件中，电流流经有源区，通过非-辐射复合引起发热。为了耗散这种热量，器件被典型地粘贴/结合到散热片(heatsink)上。典型地，器件工作在结侧向下(junction side down)，通过将有源区放置为靠近散热片，来提高制冷效果。为便于耦合至器件，器件端(面)悬于(overhang)散热片之上。这种构造的不利之处在于由于缺乏导热通路导致热量堆积在面上，引起面的吸收增加，导致性能降低和潜在的雪崩光学镜像破坏(Catastrophic Optical Mirror Damage，CMOD)。相反地，如果散热片比器件更长，散热片的边缘可能会截断一些发射光，并且如果像通常一样用焊料将器件结合在散热片上，出现在器件的输出端的”焊球”也会阻隔发射光。寻求克服这些不利之处的现有技术构造是采用有源区与散热片侧成锐角的器件。于是器件被安放在散热片上，该散热片的长度与器件的有源区长度有效相等。这种构造减小了面上的热消耗。不幸的是，这种构造需要较高的制造公差，限制了与其它光学元件如光纤的耦合，并且不能用于具有并行排列的两个或多个有源区的器件。本专利技术的至少一方面的至少一个实施例的目的是提供一种克服或减轻一个或多个上述不足之处的半导体光学器件。
技术实现思路
按照本专利技术的第一方面，提供一种光学有源器件，包括具有有源区和设置在有源区的一端或多端的光学无源区(opticallypassive region)的器件体； 散热片；器件体和散热片保持彼此热联结，使得靠近有源区端的至少一个光学无源区的第一端设置在散热片的区域内，且所述至少一个光学无源区的第二端设置在散热片的区域外。有源区可包括光学和选择性电气有源区。在大多数优选形式中，光学有源器件是一种半导体器件，优选由III-V半导体材料系制成，如大致工作在波长范围600～1300nm间的砷化镓(GaAs)，或大致工作在波长范围1200～1700nm间的磷化铟(InP)。例如，材料可以是AlGaAs或InGaAsP。器件体可从激光器件(如激光二极管)、或光调制器、光放大器、和光开关等中选择。优选地该/一个光学无源区位于光学有源器件/器件体的输出端处。依据本专利技术包括半导体激光器件的光学有源器件可具有延伸到散热片的端/边/侧外的一个光学无源区，而依据本专利技术的光放大器可具有均延伸到散热片的相对端/边/侧外的两个光学无源区。优选地，半导体器件可以是独石结构。优选地，半导体器件也可生长或形成在基板上。更优选地，半导体器件包括夹在第一(或下)光学覆盖/电荷载流子封闭层和第二(或上)光学覆盖/电荷载流子封闭层之间的有源核心层。可以理解，其中”上”和”下”为了便于说明，并不是指层的任何具体优选设置。实际上，在使用中，器件可采取反转的设置。半导体器件可包括形成在至少第二覆盖层中的脊(ridge)(或肋)，其中，该肋在使用中可作为光波导，以便横向封闭半导体器件中的光学模式。优选地，有源核心层可包括一种激光材料，该激光材料可包括或包含被构造为光学有源区的量子阱(QW)结构，光学有源区由脊封闭。该/每个光学无源区至少之一可以是与光学有源区一样的横向延伸。优选地光学无源区可包括核心层中的第一组分无序材料(compositionallydisordered material)。在改进结构中，光学有源区可由包括核心层中的第二组分无序材料的侧向区形成横向界线。有利地第一和第二组分激光材料大致相同，优选地组分无序材料可通过量子阱混合(Quantum Well Intermixing，QWI)技术形成。QWI技术可除去有源核心层中的量子阱的量子阱界限。更优选地QWI可以是基本不含杂质。QWI区可以是“蓝-移”(blue-shifted)的，即，在由电流泵激(pumped)的光学有源区的禁带-隙(band-gap)和QWI光学无源区的禁带-隙之间存在典型至少20～30meV，可能100meV左右或更多的差异。光学无源区可具有比光学有源区更高的禁带-隙能，并因此具有更低的吸收。因此，当光学有源区被光学无源区电驱动时，限制了器件体端的热消耗。减少的热消耗使该端定位在散热片端的上方，即悬于散热片之上。这使器件的输入或输出光束不受阻挡，使该结构端的输入/输出光束可以通畅地耦合到或耦合自其它光学器件，如纤维光缆。典型的无源区的长度可以是10～100μm左右。优选该器件也包括接触至少部分第二层和第二覆盖层的上表面以及第一覆盖层的(下)表面，或更可能基板的下表面的各电接触材料层。接触材料之一可设置在脊的上表面。优选散热片由高导热材料制成，如至少部分铜、金刚石、硅、氮化铝等。优选散热片也设置为通过焊料接触或等效热接触靠着接触材料之一。优选第二覆盖层定向为比第一覆盖层更靠近散热片。这种构造称作”结侧-向下”(junction side-down)，并通过使有源区尽可能靠近散热片，提供改进的有效冷却构造。根据本专利技术的第二方面，提供一种光学有源器件的形成方法，包括步骤(a)制造具有有源区和设置在有源区的一端和多端的光学无源区的器件体；和(b)将散热片和器件体定位为热联结，使靠近有源区端的至少一个光学无源区的第一端设置在散热片的区域内，使所述至少一个光学无源区的第二端设置在散热片的区域外。优选步骤(a)包括(i)顺序形成第一光学覆盖/电荷载流子封闭层；可包括光学和/或电气有源层的有源层，其中选择形成量子阱(QW)结构；和第二光学覆盖/电荷载流子封闭层； (ii)在有源层中形成光学无源区；(iii)从至少部分第二覆盖层形成脊，以封闭有源区和至少一个光学无源区；步骤(i)可通过现有生长技术，如分子束外延(MBE)或金属有机物化学气相沉积(MOCVD)进行。优选在步骤(ii)中，无源层可由量子阱混合(QWI)技术形成，其中可优选包括在无源区中产生空穴，或交替注入或扩散离子到无源区中，和进一步退火以产生光学有源层(其可包括激光材料)的组分无序区，该组分无序区具有比量子阱结构更大的禁-带隙。因此无源区可通过量子阱混合(QWI)形成。优选步骤(iii)可通过现有刻蚀技术，如干法或湿法刻蚀实现。优选散热片可固定到靠近第二覆盖层的表面。在本实施例中，在“结侧-向下”的构造中，因此散热片可粘贴到脊的上表面。优选第一覆盖层可形成在基板上。在改型中，散热片可粘贴到基板的表面。优选可如下进行步骤(ii)通过产生不合杂质的空穴以及更优选地可使用破坏导引技术(damage induced technique)来实现量子阱混合。在这种技术的优选实施中，该方法可包括步骤利用二极管溅射器在大致氩气气氛中，在半导体激光器件材料的至少部分表面上沉积介电层，如硅石(SiO2)，以便至少引入点结构缺陷到邻近介电层的材料的部分中；通过非-溅射技术，如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，在该材料的至少另一部分表面上选择性沉积另一介电层；退火该材料，从而将镓从该材料转移到介电材料中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学有源器件，包括：　　　　一器件体，具有有源区和设置在该有源区的一端或多端的光学无源区；和　　　　一散热片；　　　　该器件体和该散热片彼此保持热联结，使得邻近该有源区端的至少一个光学无源区的第一端设置在该散热片的区域内，而所述至少一个光学无源区的第二端设置在该散热片的区域外。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格J汉密尔顿，约翰H马什，
申请(专利权)人：格拉斯哥大学理事会，
类型：发明
国别省市：GB[英国]