具有光束形状和光束方向修改的激光器制造技术

披露了一种连同半导体激光器一起对激光束进行整形并且修改该激光束的方向的反射表面。可以在邻近激光器结构设置的结构上形成该反射表面以允许将激光高耦合到例如硅光子芯片或光纤。片或光纤。片或光纤。

【技术实现步骤摘要】
具有光束形状和光束方向修改的激光器
本专利技术申请是国际申请号为PCT/US2014/064575，国际申请日为2014年11月7日，进入中国国家阶段的申请号为201480072477.9，名称为“具有光束形状和光束方向修改的激光器”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用
[0001]本专利申请要求2013年11月7日提交的美国临时专利申请号61/901,265的优先权，该申请通过引用以其全部内容结合在此。
专利

[0002]本披露总体上涉及光子器件，并且更具体地，涉及改进的光子器件及其制造方法。专利技术背景
[0003]半导体激光器通常通过透过金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)在衬底上生长适当层状半导体材料以形成具有平行于衬底表面的有源区的外延结构而被制造在晶片上。然后用各种半导体处理工具处理晶片，以产生包括有源区并且包括附在半导体材料上的金属触点的激光光学腔。通常通过沿半导体材料的晶体结构来切割半导体材料以限定激光光学腔的边缘或两端来在激光腔的两端形成激光器端面，使得当跨触点施加偏压时，所产生的经过有源区的电流流动使光子在垂直于电流流动的方向上从有源区的面边缘发射出来。由于切割半导体材料来形成激光器端面，端面的位置和定向受限制；此外，一旦晶片已经切割，通常它是小片的，使得常规的光刻技术不能容易地用来进一步处理激光器。
[0004]前述和其他由使用切割端面造成的困难导致了用于通过蚀刻形成半导体激光器的面的工艺的发展。这个如在美国专利号4,851,368中描述的工艺也允许激光器与其他光子器件单片集成在同一衬底上，该专利的披露内容通过引用结合在此。这项工作被进一步扩展，并且一种基于蚀刻端面的脊型激光器工艺被披露在1992年5月的IEEE量子电子学期刊(IEEE Journal of Quantum Electronics)，第28卷，第5期，第1227
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1231页。
[0005]使用半导体激光器的主要挑战之一是来自激光器的输出光束与所述光束被引导或耦合到的介质之间的不匹配。例如，形成具有模斑转换器(SSC)的半导体激光器可以允许更有效地将激光耦合到光纤或扩大用于光学对准的公差，但是，通常存在随着形成SSC而来的某些缺点，如工艺复杂性和激光器特性的降低。激光器特性的降低的示例是激光器阈值电流的增大。以下出版物讨论了采用的各种SSC方法：板屋(Itaya)等人的“集成模斑转换器的激光二极管(SS
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LD)(Spot
‑
Size Converter Integrated Laser Diodes(SS
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LD
’
s))”，IEEE量子电子学选定课题期刊(IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics)，第3卷，第3期，第968
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974页；摩尔曼(Moerman)等人的“用于锥形物与III
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V族半导体器件的单片集成的制造技术综述(A Review on Fabrication Technologies for the Monolithic Integration of Tapers with III
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V Semiconductor Devices)”，IEEE量子电子学选定课题期刊，第3卷，第6期，第1308
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1320页；以及山崎(Yamazaki)等人的“通过窄带选择性MOVPE制造的集成1.3μm模斑转换器的激光二极管(1.3
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μm Spot
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Size
‑
Converter Integrated Laser Diodes Fabricated by Narrow
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Stripe Selective MOVPE)”，IEEE量子电子学选定课题期刊，第3卷，第6期，第1392
‑
1398页。
[0006]通过允许光束修改而不显著影响激光器特性(如激光器阈值)的工艺形成的激光器结构是非常理想的，并且(例如)可以低成本封装导致非常高效地将激光束耦合到光纤，从而降低了功耗。此外，在许多应用中期望将光束以垂直于衬底或从垂直于衬底离开的角度引导光束的能力，如光纤和硅光子是光到硅光子芯片上的光栅的有效耦合是非常重要的(参见(例如)韦尔默朗(Vermeulen)等人的“使用先进的兼容CMOS的绝缘体上硅平台实现的高效率光纤到芯片光栅耦合器”，2010年的光学快报，第18卷，第17期，第18278
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18283页)。显示器应用(如微型投影机或视网膜投影机)需要激光被整形并引导到如具有最小重量和大小并且具有最高效率的微机电系统或MEMS组件的元件。

技术实现思路

[0007]披露了一种连同半导体激光器一起对激光束进行整形并对该激光束的方向进行修改的反射表面。可以在邻近激光器结构设置的结构上形成该反射表面以允许将激光高耦合到例如硅光子芯片或光纤。
[0008]在本披露的一个实施例中，使用在激光器的输出端面的前面的反射表面对来自蚀刻端面激光器的激光束的方向进行修改。在本披露的另一个实施例中，使用在输出端面的前面的反射表面的形状来修改激光器的垂直远场。在本披露的又一个实施例中，由在输出端面的前面的反射表面的形状来修改激光器的水平远场。在本披露的又一个实施例中，上述修改中的两项或多项同时发生。附图简要说明
[0009]结合附图阅读对本披露的以下详细描述，本披露的上述和其他目的、特征和优点对于本领域的技术人员来说将变得显而易见，附图简述如下。
[0010]图1(a)是其中前端面和后端面两者均通过切割形成的半导体激光器的横截面；并且图1(b)是通过2维RSoft有限差分时域(FDTD)模拟获得的来自前端面或后端面的相应的垂直远场(VFF)。
[0011]图2(a)是其中前端面和后端面两者均通过蚀刻形成的半导体激光器的横截面，其中2μm的平坦露台邻近前端面；并且图2(b)包含通过2维RSoft FDTD模拟获得的这种结构的相应的VFF(实线)和用于参考的来自图1(b)的VFF(虚线)。
[0012]图3(a)是其中前端面和后端面两者均通过蚀刻形成的半导体激光器的横截面，其中10μm的平坦露台邻近前端面；并且图3(b)包含通过2维RSoft FDTD模拟获得的这种结构的相应的VFF(实线)和用于参考的来自图1(b)的VFF(虚线)。
[0013]图4(a)是其中前端面和后端面两者均通过蚀刻形成的半导体激光器的横截面，其中长度为15μm的平坦露台邻近前端面，露台表面在有源区的中心的平面下方2μm处，与衬底的平面成45.0
°
的平坦反射表面邻近露台，并且反射表面高度在有源区的中心上方2μm；图4(b)示出了离开前端面并且由反射表面修改的光的光强的2维RSoft FDTD模拟；并且图4(c)以实线示出了在垂直于衬底的方向上的VFF，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，包括：衬底；在所述衬底上的激光器结构，所述激光器结构包括发射光的有源区；形成在所述激光器结构中的蚀刻端面，所述蚀刻端面暴露所述有源区的至少一部分；与所述蚀刻端面隔开设置以接收和反射从所述有源区发射的光的反射表面，所述反射表面具有曲率，其中所述反射表面的所述曲率为环形。2.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述激光器结构是形成在所述衬底上的外延激光器结构。3.如权利要求2所述的半导体激光器，其中，所述激光器结构进一步包括：设置在所述衬底和所述有源区之间的下包层；以及邻近所述有源区且与所述衬底相对设置的上包层。4.如权利要求3所述的半导体激光器，其中，所述激光器结构进一步包括邻近所述上包层且与所述有源区相对设置的接触层。5.如权利要求4所述的半导体激光器，其中，与所述蚀刻端面隔开地设置所述反射表面，使得所述反射表面的顶部延伸超过所述接触层的顶部。6.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，与所述蚀刻端面隔开地设置所述反射表面，使得所述反射表面的顶部延伸超过所述有源层的顶部。7.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述反射表面是在所述衬底上的反射结构的一部分。8.如权利要求7所述的半导体激光器，其中，所述反射结构是形成在所述衬底上的外延结构。9.如权利要求8所述的半导体激光器，其中，所述反射结构是形成在所述衬底上的外延层状结构。10.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：镁可微波技术有限公司，
类型：发明
国别省市：