高温不用冷却的二极管激光器制造技术

一种半导体二极管激光器包含一具有ＡｌＧａＩｎＡｓ构成的多个可压缩形变的量子阱（５４）的激活层（１２），它们夹心于与ＩｎＰ晶格匹配的ＡｌＧａＩｎＡｓ构成的阻挡层（５２）之间，并具有取决于量子阱成分的精确定义的带隙。该激活层由相反掺杂的包层（４８，５０，５２；５８，６０）包围着以便形成光波导。该激光器极有效地发射１．３μｍ的光，尤其在高温工作下也是如此。（*该技术在2014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半导体激光器，尤其涉及一种如在特定频率为1.3微米下工作最佳的混合物半导体量子阱二极管激光器。现代电话和数据网络依赖硅光纤在联接发送和接收端的光纤上作数据传送。硅光纤，当其用于几乎不受限制的带宽时，存在某些限制。虽然它的最小吸收集中在1.5μm的某个频带中，但是光纤的一个重要特性是它的依赖于频率的色散。介电常数，以及其引起的光纤上的信号传播速度随光纤上传播的光的频率而变化。色散是介电常数对于波长(或频率)的变化率。光纤中的色散使得不同频率的光信号以不同速度传播。其结果，短光脉冲，鉴于富利埃(Fourier)分析，它们包含许多光频率，当它们沿呈现色散的光纤传播时，沿它们短暂的长度展开。色散展宽限制了脉冲间的间隔，因此也限制了给定长度光纤所能支持的数字数据的速度。由于在1.31μm上通过色散为零，所以在光纤上以1.3μm为中心的光频带上传输光信号能大大克服硅光纤中的色散限制。因此，现有局域交换访问光纤网络最佳工作在1.3μm频带上。光纤通信系统的发展遇到的最复杂困难的组成或许是光源。Bellcore已出版了技术报告(Technical Advisory)TA—TSY—000983，在其1990年第一版的题为“环路应用中光电器件的可靠性保证实践”(Reliability Assurance Practices for Optoelectronic De-vices in Loop Applications”一文中，确定了激光二极管或其它等效光发射元件的技术参数(requirements)。这种光发射元件的争对性技术参数列于表1中。这些技术参数是如此苛刻以致只有某种半导体激光器似乎能真正满足它们。另一方面，由于光源应用于(局域)电话线路，所以此装置不应加以冷却，即不需热电冷却器，以便保持低成本。 表1除特殊规定外，这些技术规范适用于所述整个温度范围。这些参数的某些特别难以满足，尤其在高温下如此。这些难以满足的参数包括阈值电流ITh，在该值上二极管开始产生激光；微分量子效率η和它的变化量Δη；和工作电流IMod条件下的光输出功率Pop。工作温度范围延伸到85℃以便不需要昂贵和不可靠的热电冷却器。因此，本专利技术的主要目的在于提供一种具有低阈值电流、高输出功率和几乎恒定的微分量子效率和能宽温度范围工作的半导体激光器。本专利技术的一个特定目的在于提供一种1.3μm频带的这样的激光器。本专利技术概括为一种以ALGaInAs/InP材料簇为基础的激光二极管。激活层包括一个或多个压缩变形的量子阱激活层，它们由GaInAs、最好是AlGaInAs或InGaAsP构成。量子阱被夹在由AlGaInAs构成的阻挡层之间。且相对于量子阱层具有仔细选定的带隙。下面结合附图实施例详细描述本专利技术。附图说明图1为可应用本专利技术的脊形波导管的剖面图；图2为可应用本专利技术的半绝缘、平面形、埋入异质结激光器的剖面图；图3为本专利技术一实施例中激活层附近区域的剖面图；图4为图3器件的激活层中及其周围的能带结构的概示图；图5为作为铝含量函数的与InP晶格匹配的ALGaInAs的带隙曲线图。本专利技术是由以AL为主的ALGaInAs/InP材料组成的一种固态、混合物半导体光元件。激活层包括一个或多个量子阱，它们最好可压缩变形，由GaInAs(或最好由ALGaInAs或以InGaAsP替代)组成，并夹在由ALGaInAs构成的阻挡层之间，这些阻挡层要么与InP晶格匹配，要么可拉伸变形，以便补偿压缩变形的激活层。ALGaInAs阻挡层的带隙和由此引起的结构需仔细选择以便光层的光性能最佳。鉴于人们对生长在GaAs基质上的GaAs/ALGaAs或InGaAs/ALGaAs层的观察普遍认为AL氧化会引起长期功能退化，所以ALGaInAs/InP层不像GaInAsP/InP那样获得广泛研究。然而，由于激光器异质结两侧具有比0.4ΔEg更大的导带偏移0.7ΔEg，所以ALGaInAs/InP激光器与GaInAsP/InP激光器相比具有一些内在的优点。这种大的偏移允许电子在高温下制约在InGaAs甚或低铝含量的ALGaInAs的量子阱中。较佳实施例利用并由此结合专利技术者实验组和其它合作者在由ALGaInAs/InP材料簇构成的变形量子阱激光器领域中的某些研究成果。这些成果已被揭示在1992年固态器件和材料的国际会议的详细摘要、Tsukuba版第604至606页的、由Bhat等人著的“低阈值1.3和1.55μm变形量子阱激光器”一文中，电子通讯(ElectronicsLetters)、1992年版、第2323页至2325页的、由Zah等人著的“低阈值1.3μm变形层ALxCayIn1-x-yAs量子阱激光器。技术的附加部分由下文中得到揭示(1)日本应用物理期刊、1992年第31卷、1365—1371页、由Kasukawa等人著“通过有机金属化学蒸发淀积生成的1.5μmGaInAs/ALGaInAs渐变折射率分别制约的异质结的量子阱激光二极管”一文；(2)ECOC，1991，Thijs等人著“高输出功率(380mw)、低阈值电流(1.3mA)、低线宽增强因子(≤2)、λ＝1.3μm形变量子阱激光器”一文；(3)应用物理快报，第59卷，1991年，2486—2488页，由Kasukawa等人著“由金属有机化学蒸发淀积生成的极低阈值电流密度、1.5μmGaInAs/ALGaInAs渐变折射率分别制约异质结形变量子阱激光二极管”一文；(4)铟磷化合物及有关材料的第4届国际会议会议(文集)，1992年4月21—24日，453—456页，由Bhat等人著“用于低阈值1.3μm和1.55μm量子阱激光器的形变ALxGayIn1－x－y的OMCVD生成法”一文。可用于本专利技术下面详细描述的实施例的，至少有两种激光器结构。两种结构的一般特性和它们的形成描述在本专利技术第一组两篇引用参考中。第一种结构，如图1剖面图所示，是一种脊波导管激光器。一ALGaInAs激活层12生长在一n型InP基层10上，它们的详细结构是本专利技术重要方面。一P型InP层14淀积在激活层12上。n型基层10作为下包层而p型层14作为上包层，所以它们共同将光导入并邻接于激活层12。一重掺杂接触(contact)P++型InGaAs层16淀积在上包层14上。然后，通过接触层16和大部分上包层14由光刻步骤形成两个槽18，在两槽之间有脊20，在脊20的顶上留有来自接触层16的一绝缘接触19。在脊20被掩模之后，一SiO2绝缘氧化层22淀积在其它区域上。最后，淀积一Ti/Au金属化层24，它仅与脊20的顶部的接触层19有效地电气连接。跨接于Ti/Au金属化层24和基层10上的金属化层28的偏压电源26将电流垂直通过脊20到基层10，穿过上、下包层14和10之间形成的p—n二极管，两包层之间具有激活层12。向图示极性给p—i—n结构加偏压。因此，激活层12产生在上、下包层14和10之间水平导向的光。光从脊20的轴向端上的部分反射器反射并返回，从它们的之一输出。该结构在阈值电流ITh之上发射激光。第二种结构，如图2剖面图所示，它是一种半导体器件，一种埋入式异质结激光器。ALGaInAs激活层12生长在n型InP基层10上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有上、下包层的二极管激光器，它包含导电类型相反的Ⅲ－Ⅳ簇半导体成分，一激活层配置在所述上、下包层之间，并包含：至少一可压缩形变的量子阱，它包含Ｇａ Ｉｎ Ａｓ化合物；和包含ＡＬＧａ Ｉｎ Ａｓ的阻挡层，这些阻挡层夹心于所述量子阱，其特征在于，每个所述阻挡层有一带隙波长在０．９５和１．２μｍ之间。

【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：巴特拉贾拉姆，扎哈闯恩，
申请(专利权)人：特尔科迪亚技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]