專利名稱：表面發(fā)射和接收光子器件的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明要求2003年10月20日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)第60/512,189號(hào)，以及2004年6月10日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)第60/578,289號(hào)的優(yōu)先權(quán)，這些申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
本發(fā)明一般涉及表面發(fā)射和接收光子器件，尤其涉及改進(jìn)的表面發(fā)射光子器件以及用于制造它們的方法。
半導(dǎo)體激光器通常是經(jīng)由通過有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積(MOCVD)或分子束外延(MBE)在基片上生長(zhǎng)適當(dāng)分層的半導(dǎo)體材料以形成與基片表面平行的活性層來制造的。該材料然后用各種半導(dǎo)體處理工具來處理，以產(chǎn)生結(jié)合了活性層的激光光腔，且將金屬觸點(diǎn)附加到半導(dǎo)體材料。最后，通常通過在激光腔的各末端劈裂半導(dǎo)體材料以形成激光鏡面，以確定激光光腔的邊界或末端，以致當(dāng)對(duì)觸點(diǎn)施加偏置電壓時(shí)，所產(chǎn)生的流過活性層的電流使得在垂直于電流的方向上從活性層的邊界小平面中發(fā)射出光子。
現(xiàn)有技術(shù)也公開了用于通過蝕刻形成半導(dǎo)體激光器的鏡面的方法，從而允許激光器能在同一基片上與其它光子器件單片集成。通過以大于光在光腔內(nèi)傳播的臨界角的角度創(chuàng)建這些鏡面以使在光腔內(nèi)形成全內(nèi)反射面也是已知的。
現(xiàn)有技術(shù)也描述了使用蝕刻方法在直線激光腔的每一端形成兩個(gè)全內(nèi)反射面，其中每一面以與活性層平面成45°角安置。在這些器件中，光腔中的光可在光腔的一端垂直向上地導(dǎo)向，導(dǎo)致一個(gè)面上的表面發(fā)射，而光腔的另一端處的面可成相反的角度，以將光垂直向下地向著激光器結(jié)構(gòu)下方的諸如高反射率堆導(dǎo)向。
現(xiàn)有技術(shù)也描述了將蝕刻的45°面與劈裂面組合的器件。所得的器件不能在整片中測(cè)試，且由此遭受與劈裂面器件相同的缺點(diǎn)。此外，鑒于劈裂的需求，它們與單片集成不兼容。然而，IEEE Photonics Technology Letters(IEEE光子技術(shù)通訊)第7卷第836-838頁中Chao等人試圖通過提供中斷的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來克服這些缺點(diǎn)，但是所得的器件在激光腔的每一端都遭受散射。
垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)在過去幾年中變得普及；然而，VCSEL不允許多個(gè)器件平面內(nèi)的單片集成，而僅允許光以垂直入射角離開其表面鏡。這些現(xiàn)有的表面發(fā)射器件的一個(gè)共同方面是光子總是在垂直于活性層平面的方向上從光腔中發(fā)射。
發(fā)明概述依照本發(fā)明，提供了一種改進(jìn)的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中光在垂直于激光器活性層平面的方向上在光腔的發(fā)射器端發(fā)射，且其中，光在光腔相對(duì)一端的活性層平面內(nèi)的反射區(qū)發(fā)射。這一排列便于監(jiān)視激光器的操作，而不會(huì)不利地影響光輸出。依照本發(fā)明的一種形式，在發(fā)射器端上提供了反射改變層或堆，而在本發(fā)明的另一種形式中，在激光腔內(nèi)提供了濾光元件，允許基本上以單縱模的激光操作。此外，依照本發(fā)明，在與激光器相同的基片上提供了表面和平面內(nèi)檢測(cè)器，且安置了多個(gè)激光腔以使多個(gè)波長(zhǎng)能在共同的位置處發(fā)射。
本發(fā)明的第一實(shí)施例針對(duì)一種改進(jìn)的表面發(fā)射激光器，其中，用連續(xù)的多層在基片上制造拉長(zhǎng)的腔形式的半導(dǎo)體激光器，包括平行于基片表面的活性層、上和下涂層、以及上接觸層，它在第一，即發(fā)射器端具有第一45°成角面，而在第二，即反射端具有一個(gè)包括垂直面的反射區(qū)。該激光器可以包括在發(fā)射器端向外的脊形波導(dǎo)，而在本發(fā)明的一種形式中，第二端的反射區(qū)還可包括與該面相鄰的分布式布拉格反射器(DBR)。該激光器件也可包括與DBR相鄰的監(jiān)視光電檢測(cè)器，它響應(yīng)于從反射區(qū)中的面發(fā)射的少量的光來監(jiān)視激光的強(qiáng)度。MPD的背面較佳地被設(shè)計(jì)成具有近布儒斯特角，使得它基本上對(duì)在光腔和MPD器件中傳播的光是不反射的。MPD可作為DBR的一個(gè)整體部分形成，以對(duì)第二端處的激光反射率作出貢獻(xiàn)，或者可作為單獨(dú)的元件形成。DBR可用反射率改變層或堆來替換。
上接觸層可以是低帶隙半導(dǎo)體材料，以允許形成歐姆觸點(diǎn)，它較佳地在45°成角面區(qū)中結(jié)合了孔，以移去吸光層，并提高器件的效率。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，發(fā)射器端的光腔的頂表面部分可以涂有電介質(zhì)層或堆，以改變激光器輸出處的反射率，其中該頂表面部分在45°成角面上延伸，并包括上述孔，其中該表面平行于活性層。
該激光器件還可在反射區(qū)結(jié)合多個(gè)濾光器以產(chǎn)生又一實(shí)施例，其中該器件基本上可用單縱模來工作。這些濾光器可經(jīng)由通過半導(dǎo)體層蝕刻以在激光器的端面和第一實(shí)施例中提供的分布式布拉格反射器之間形成一串聯(lián)的彼此隔開的濾光元件來形成。縱?；蛘呖梢杂煞瓷鋮^(qū)中的激光器的端點(diǎn)面上的反射改變層或堆來產(chǎn)生。
依照本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種光學(xué)檢測(cè)器安置在激光器旁的基片上，并與激光器形成整體，因?yàn)樗褂昧嘶蠈?duì)激光器使用的相同的外延型結(jié)構(gòu)。在這一情況下，在蝕刻激光腔期間蝕刻外延層，以制造占據(jù)與激光器相鄰的基片表面的檢測(cè)器區(qū)域。在檢測(cè)器區(qū)域上沉積合適的電極，使得在其上撞擊的光可被檢測(cè)到。這允許在單個(gè)基片上并排地一起整體形成光發(fā)射器和光檢測(cè)器。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，光檢測(cè)器是具有45°的成角面的整體平面內(nèi)檢測(cè)器，它位于激光器旁邊，且與激光器使用的相同的外延型結(jié)構(gòu)來制造的。該檢測(cè)器被拉長(zhǎng)，且一般平行于激光軸以節(jié)省基片上的空間。要檢測(cè)的光撞擊在成角面上的檢測(cè)器表面上，且通過成角面的全內(nèi)反射被導(dǎo)向到檢測(cè)器的活性區(qū)?？赏ㄟ^控制其長(zhǎng)度和寬度而使這一表面接收檢測(cè)器變得極其快速。平行于活性層的超過45°成角面的表面可涂有電介質(zhì)層或堆，以使它抗反射，從而能使檢測(cè)器更好地工作。
為提供可選擇波長(zhǎng)的輸出，依照本發(fā)明的另一實(shí)施例，可安置多個(gè)表面發(fā)射激光腔，使得其發(fā)射端彼此相鄰地聚集，且這些腔向外延伸；例如，作為圍繞中心軸的輻條。每一激光器件中的外延型結(jié)構(gòu)可以略微不同，以使從每一個(gè)中發(fā)射出不同的波長(zhǎng)。然后發(fā)射端的鄰近性允許來自所有激光器的輸出可被容易地結(jié)合進(jìn)入一個(gè)接收介質(zhì)，諸如光纖，且通過選擇性地激活激光，可將選擇的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)傳送到光纖中。
在又一實(shí)施例中，依照本發(fā)明的激光器可以以任意期望的角度安置在基片上，以將其組裝密度最大化，因?yàn)槭褂昧嘶瘜W(xué)輔助離子束蝕刻(CAIBE)來形成該器件，且該過程進(jìn)行均勻的蝕刻，而不取決于半導(dǎo)體材料的晶面。由此，例如，它們可對(duì)角地放置在矩形基片上。常規(guī)的劈裂不準(zhǔn)許這一取向。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，并非以垂直面形成激光器的反射端，而是期望以45°的角度蝕刻它，以在兩端都產(chǎn)生垂直發(fā)射。這一第二成角平面上的表面也可在接觸層中具有孔以防止吸收，且可結(jié)合反射改變層或堆。
附圖簡(jiǎn)述當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中

圖1是依照本發(fā)明的表面發(fā)射激光器的第一實(shí)施例的俯視立體圖；圖2是圖1的激光器的側(cè)視圖；圖3是圖1的激光器的俯視圖4是依照本發(fā)明的表面發(fā)射激光器的第二實(shí)施例的側(cè)視圖；圖5是依照本發(fā)明的表面發(fā)射激光器的第三實(shí)施例的側(cè)視圖；圖6是依照本發(fā)明的表面發(fā)射激光器的第四實(shí)施例的側(cè)視圖；圖7是依照本發(fā)明的表面發(fā)射激光器的第五實(shí)施例的俯視立體圖；圖8是結(jié)合了表面發(fā)射激光器和區(qū)域檢測(cè)器的本發(fā)明的第六實(shí)施例的俯視圖；圖9是圖8的激光器和區(qū)域檢測(cè)器的局部剖視側(cè)視圖；圖10是結(jié)合了表面發(fā)射激光器和平面內(nèi)檢測(cè)器的本發(fā)明的第七實(shí)施例的頂視圖；圖11是圖10的激光器和平面內(nèi)檢測(cè)器的局部剖視側(cè)視圖；圖12是依照本發(fā)明結(jié)合了多個(gè)表面發(fā)射激光器的本發(fā)明的第八實(shí)施例的俯視立體圖；圖13是圖12的多個(gè)激光器的表面發(fā)射區(qū)的放大視圖；以及圖14是為改進(jìn)組裝密度而安置的激光器的頂視圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在轉(zhuǎn)向本發(fā)明的更詳細(xì)描述，在圖1-3中圖示出了在基片12上制造的表面發(fā)射半導(dǎo)體層10。盡管將按照脊形激光器來描述本發(fā)明，但可以理解，可利用此處所描述的本發(fā)明的特征來制造其它類型的激光器。
如制造固態(tài)脊形激光器中常規(guī)地，基片12可以例如由III-V類化合物或其合金形成，它可被適當(dāng)?shù)負(fù)诫s?；敱砻?4，其上如通過諸如有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積(MOCVD)或分子束外延等外延沉積而沉積了一般在16處示出的一連串層，它們形成了包括活性區(qū)20的光腔18。諸如光腔18等水平腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)通常包含上和下涂層區(qū)19和19′，它們是由諸如InP等比與活性區(qū)20相鄰的活性區(qū)更低指標(biāo)的半導(dǎo)體材料形成的，該活性區(qū)20可以用基于InAiGaAs的量子勢(shì)阱和電池形成。InGaAsP的過渡層在涂層區(qū)18的頂表面上形成。
通過掩模和蝕刻處理，在腔18的第一(發(fā)射器)端24處形成成角面22，在該處理中，以與表面14成45°或接近45°的角向下和向內(nèi)蝕刻面。該面是成角的，以使光腔中生成的光能夠基本垂直于或接近垂直于活性區(qū)20的平面和表面14的方向上發(fā)射。發(fā)射器端面22主要是全內(nèi)反射的，使得沿光腔18的縱軸傳播的光在垂直于該軸的方向上反射，且由此在如圖所示箭頭26的方向上垂直向上行進(jìn)。
在一般在28處示出的光腔的第二(反射)端，以與光腔的縱軸成90°的角度形成端面30，且因此基本垂直于激光器的活性區(qū)20。另外，在端28處形成分布式布拉格反射器(DBR)元件32和監(jiān)視光電檢測(cè)器(MPD)34，面30和元件32以及34是通過以已知的方式掩模和蝕刻來形成的。在發(fā)射器端24和反射端28之間衍生的脊36是通過掩模和蝕刻活性區(qū)20上的光腔18以形成脊形激光器10來形成的。在發(fā)射器端24，脊36如在邊38和40處那樣加寬或向外逐漸變細(xì)，以提供面22上的開放區(qū)域41，以允許束26通過光腔18的頂表面42形成而沒有吸收。
MPD部分34的后部(從圖1-3看是左端)被蝕刻以形成出口面44。垂直于面44的表面的線45對(duì)制造激光器10的材料，以布儒斯特角或接近布儒斯特角與光腔18的縱軸形成角度46(圖3)，使得面44對(duì)腔18中生成的光具有零或近乎零的反射率。光腔18中生成且縱向傳播的某些激光在面30處發(fā)射，穿過布拉格反射器32，且由監(jiān)視激光器的工作的MPD 34接收。該光的一部分到達(dá)面44，但是由于其為零或近乎零的反射率在該面處耗散，這防止對(duì)激光器不需要的向回反射。
脊36的頂表面42上的頂部電接觸層48通常是允許用施加于它的金屬層來形成歐姆觸點(diǎn)的低帶隙半導(dǎo)體，諸如InGaAs。過渡層21通常是具有處于上涂層19的帶隙與接觸層48的帶隙之間的帶隙的半導(dǎo)體，且在某些情況下可具有可變的帶隙。接觸層和過渡層可吸收激光器中生成的光。例如，如果具有上述材料的光腔18生成波長(zhǎng)為1310nm的激光，則InGaAs接觸層48將在它從22處示出的45°全內(nèi)反射面向上反射之后吸收該光。另外，如果InGaAsP過渡層21的帶隙小于約0.95eV，這對(duì)應(yīng)于1310nm的波長(zhǎng)，則過渡層也將導(dǎo)致吸收。因此，移去任何吸收層對(duì)于激光器的有效且可靠的工作是重要的。依照本發(fā)明的第一實(shí)施例，如圖1所示，這是通過提供孔來實(shí)現(xiàn)的。另一方面，如果激光波長(zhǎng)是980nm且接觸層是GaAs，則無需移去GaAs接觸層，因?yàn)樗谠摬ㄩL(zhǎng)處是透明的，但是如果激光波長(zhǎng)是830nm，則需要移去GaAs接觸層。通過圖案形成和蝕刻處理在接觸層48中形成孔52，其開口位于發(fā)射器端部分34處的脊的開放區(qū)域41處。該孔允許光如上所述地從激光腔中發(fā)射。注意，光束通常將為圓形或橢圓形。
第一電極被沉積在激光器和MPD的接觸層48上，而第二電極54被沉積在基片的底表面56上，使得可對(duì)電極之間的脊36施加偏置電壓來產(chǎn)生激光。也可對(duì)MPD施加零或負(fù)的偏置，以允許它基于撞擊于其上的光生成電流。在光腔18中傳播的激光將由面22反射，以在第一端24處垂直出射，如由箭頭26所示，且一些光將在第二端28處通過面30在活性區(qū)20的平面中水平出射。通過面30出射的一些光將由DBR反射器32反向反射到光腔中，而一些將穿過反射器32去撞擊MPD34的前表面58，在那里它將被檢測(cè)到。穿過MPD的光將在MPD的后部被面44耗散，如由箭頭60(圖3)所示的。單片制造的MPD 34不限于監(jiān)視激光器的工作，如通過在需要時(shí)通過測(cè)量其在這一構(gòu)造中的強(qiáng)度，MPD也可用作極其快速的檢測(cè)器以向驅(qū)動(dòng)該激光器的電路提供反饋。
激光腔可通過使用反射率改變涂層來優(yōu)化。在常規(guī)的劈裂面激光器中，一個(gè)面可具有高反射率涂層，而另一面可被加涂層至低反射率，例如分別為90％和10％的反射率，使得大多數(shù)激光從低反射率面形成。在短腔中，兩種面都可具有高反射率，以減少腔回程損失，但是通常一個(gè)面具有比另一個(gè)更低的反射率，例如分別為99.9％和99.0％的額定反射率，以允許大多數(shù)激光從較低反射率面形成。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，如圖4所示，激光器10是以上述方式制造的，其公共元件具有相同的參考標(biāo)號(hào)。然而，在這一情況下，在脊36的第一端處的開放區(qū)域41上沉積了電介質(zhì)層或堆70，使得它能改變所發(fā)射的光束26所經(jīng)歷的反射率。另外，如圖5所示，光腔18的反射器端28的面30可結(jié)合光學(xué)層或堆72而非布拉格反射器32。在低于約5μm的非常短的光腔的兩端使用非常高反射率的涂層可由于非常短的光腔的大縱模間隔而產(chǎn)生單模行為?？墒褂酶淖兎瓷渎蕘韮?yōu)化激光腔的性能。
替代使得激光腔18的后端面30成為垂直面，而是該面可以如圖6所示的那樣以45度的角度來蝕刻。在該圖中，如上所述制造的激光腔80在兩端被蝕刻，以提供成角面82和84。這一類型的激光器為分別在孔90和92上形成的對(duì)應(yīng)的反射涂層86和88提供了水平表面。所示的結(jié)構(gòu)可在后面84和前面82上同時(shí)發(fā)射垂直于基片的光，其中提供了孔以避免在接觸層和過渡層中的吸收。
在許多應(yīng)用中，單縱模激光器比多縱模激光器更合需要。一個(gè)這樣的應(yīng)用是數(shù)據(jù)通信，其中與多縱模激光器相比，用單縱模激光器可獲得更長(zhǎng)的通信到達(dá)范圍。圖7示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中在基片114的頂表面112上制造了單縱模表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器100。如上文對(duì)于激光器10所述的，一連串層116形成了包括如上所述制造的活性區(qū)(未示出)的光腔118。通過以與表面112成45°角或接近45°角向下和向內(nèi)掩模和蝕刻在第一端120處形成了成角面122。該面基本是全內(nèi)反射的，使得光發(fā)射基本垂直或接近垂直的輸出光束126。在光腔的第二端128，通過掩模和蝕刻，沿光腔118的光軸形成了多個(gè)濾光元件132、分布式布拉格反射器(DBR)元件134以及監(jiān)視光電檢測(cè)器(MPD)136。通過掩模和蝕刻過程從光腔118形成拉長(zhǎng)的脊140。
在激光器的發(fā)射器端120，脊140被拉長(zhǎng)或向外，如由側(cè)壁142和144所示的，以形成開放區(qū)域145，以允許光束1256通過第一端的表面發(fā)射而沒有吸收，如對(duì)于圖1所描述的。在第二端128，蝕刻MPD部分136的后部，以形成出口面146，該出口面被設(shè)計(jì)成對(duì)激光材料形成布儒斯特角或接近布儒斯特角，以具有零或近乎零的反射率。在穿過濾光元件132和DBR元件134之后，光腔118中生成的一些激光由MPD 136接收，MPD 136然后提供對(duì)激光器工作的測(cè)量。到達(dá)面146的任何光由于其零或近乎零的反射率而被耗散，以防止不合激光器需要的反向反射。
在上述蝕刻步驟之后，在脊的頂表面上以及MPD上形成如上對(duì)于圖1所描述的第一電接觸層(未示出)，且在該層形成圖案，以在開放區(qū)域145中的接觸層中提供開口148。這一開口位于端部分120的面122上，以準(zhǔn)許激光腔中生成的光如光束126那樣以圓形或橢圓形發(fā)射。
第二電介質(zhì)層(未示出)被沉積在基片的底表面上，使得可對(duì)脊施加偏置電壓來產(chǎn)生激光，且可對(duì)MPD施加零或負(fù)偏置以允許它基于撞擊于其上的光生成電流。光腔中如此產(chǎn)生的激光在第一端120處垂直出射，如由箭頭126所指示的，且在第二端128處縱向出射，其中一些光通過面130傳送，通過濾光器134，并通過DBR元件134，且在MPD的前端150上撞擊，以由MPD檢測(cè)并然后在MPD的后面146處耗散。
如同圖1-3的器件的情況，圖7的單縱模器件可具有以圖4所示的方式沉積在脊的第一發(fā)射器端120處的電介質(zhì)層(未示出)，使得它能改變發(fā)射器端的反射率。
盡管分別在圖1和7的實(shí)施例中示出了單個(gè)DBR元件32和134，但是可以理解，也可使用多個(gè)DBR元件分別在第二端28和128處獲得更高的反射率。DBR元件可采用圖1中的元件32的形式，其中DBR在脊蝕刻器件不被形成圖案，結(jié)果它沒有獲得脊構(gòu)造；或者DBR元件可采用圖5中的元件134的形式，其中該元件包括脊形狀。此外，可以理解，DBR元件可用電介質(zhì)反射率改變層或堆來替換。
在現(xiàn)代系統(tǒng)中，非常期望在單個(gè)基片或芯片上有并排的光發(fā)射器和光檢測(cè)器。如果器件是用同一材料制造的，則具有這樣的組合將是更合乎需要的。因此，在圖8和9所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，將表面發(fā)射或垂直發(fā)射激光器158(它可以是諸如圖1的激光器10等激光器)與檢測(cè)器160相組合，以在諸如圖1的基片12等公共基片上同時(shí)提供光發(fā)射器和光檢測(cè)器兩者。為說明起見，表面發(fā)射激光器158類似于圖1的激光器，且公共特征被賦予相同的標(biāo)號(hào)，但是可以清楚，可使用表面發(fā)射器的變體。圖9是沿圖8的線9-9所取的橫截面圖，以示出檢測(cè)器160的結(jié)構(gòu)。為清楚起見，在圖9中，示出檢測(cè)器的高度小于激光器，但是這不是要求。
如圖所示，區(qū)域檢測(cè)器160與表面發(fā)射激光器158相鄰地安置，且是從與沉積在基片上的同一層16制造的，以形成光腔。檢測(cè)器在用于形成激光器的第二端28的掩模和蝕刻步驟期間在這些層中掩模和蝕刻，這些步驟包括形成垂直端面30(垂直于激光器的活性層)、分布式布拉格反射器(DBR)元件32、以及監(jiān)視光電檢測(cè)器(MPD)34。
該構(gòu)造中所示的區(qū)域檢測(cè)器160一般可以與接收檢測(cè)區(qū)域166內(nèi)的撞擊光束164的頂表面162成直角，并使用激光器10中使用的相同的活性層20。頂電觸點(diǎn)168被施加在檢測(cè)器的頂表面162上，而保持檢測(cè)器166的區(qū)域不與該觸點(diǎn)接觸。也向基片12的后部施加底觸點(diǎn)170，并在頂和底觸點(diǎn)168和170之間施加負(fù)或零偏置，以允許由檢測(cè)器檢測(cè)進(jìn)入的光束164。
在圖10和11示出的本發(fā)明的另一實(shí)施例中，表面發(fā)射激光器176(為說明起見類似于圖1的激光器10)在基片178上與平面內(nèi)檢測(cè)器180組合。與圖1-3的表面發(fā)射激光器10共同的特征被類似地賦予標(biāo)號(hào)，圖11是沿圖10的線11-11所取的橫截面圖。為清楚起見，圖11中示出檢測(cè)器的高度小于激光器176的高度。
平面內(nèi)檢測(cè)器180與表面發(fā)射激光器176相鄰地安置，且一般平行于該激光器。檢測(cè)器180結(jié)合了拉長(zhǎng)的主體部分182，其具有被示出為與激光器10的光腔18的軸平行的縱軸；然而，可以理解，這些軸不必是平行的。檢測(cè)器主體是使用相同的掩模和蝕刻步驟在從其中形成激光腔的沉積層16中制造的。在檢測(cè)器的第一(輸入)端186形成反射輸入面184，該面184在激光器10上形成面22期間以與基片178的表面成45°角或接近45°角蝕刻。主體部分182和后面188在用于形成激光器176的第二(反射器)端28、垂直端面30、分布式布拉格反射器(DBR)元件32和監(jiān)視光電檢測(cè)器(MPD)34的掩模和蝕刻步驟期間形成。盡管檢測(cè)器后面188被示出為垂直于沉積材料的活性層20的平面，但是可以理解，該面可以用除直角之外的其它角度來蝕刻。
平面內(nèi)檢測(cè)器180包括用于在與激光器中使用的相同的活性層20處接收要檢測(cè)的撞擊光束202(圖11)的頂表面區(qū)域200。頂電導(dǎo)觸點(diǎn)204施加于檢測(cè)器180的頂表面，其中在檢測(cè)區(qū)域200中的觸點(diǎn)中形成孔，使得不會(huì)阻擋撞擊光。底電導(dǎo)觸點(diǎn)208在檢測(cè)器區(qū)域中施加于基片12的后部，且在頂和底觸點(diǎn)之間施加負(fù)或零偏置。進(jìn)入的光束202通過其在區(qū)域200中的頂表面進(jìn)入檢測(cè)器，并通過內(nèi)反射面184反射來沿檢測(cè)器活性層20的軸縱向定向，如由箭頭210所示的，以供用已知的方式來檢測(cè)。
區(qū)域166(圖8)和200(圖10)的反射率可通過在這些區(qū)域上沉積電介質(zhì)層或堆以分別為進(jìn)入的光束164和202提供抗反射表面來改變。這允許檢測(cè)器對(duì)光的更有效的收集。
可以理解，諸如上述的多個(gè)激光器和/或檢測(cè)器可以用陣列的形式在單個(gè)基片上制造，由此允許諸如平行光互連、波長(zhǎng)選擇性等應(yīng)用。例如，可在同一芯片或基片上提供諸如圖12和13中所示的陣列218等不同波長(zhǎng)的多個(gè)激光器，并且可安置它們以將其輸出定向到諸如光纖等單個(gè)輸出介質(zhì)中。由此，激光器陣列218可被配置成從具有圖7中的100處所示的種類的四個(gè)激光器220、222、224和226的公共中心或軸219徑向延伸，這些激光器以以下方式被安置在公共基片228上其各自的輸出端230、232、234和236彼此非常鄰近地且圍繞中心軸240聚集，其中激光器的第二端從該軸向外徑向延伸。來自激光器的輸出光束在垂直于或接近垂直于基片228的表面且平行于軸240的方向上垂直向上發(fā)射。通過向四個(gè)激光器的每一個(gè)提供不同的帶隙，每一激光器產(chǎn)生具有不同波長(zhǎng)的輸出光束，使得陣列218沿軸214產(chǎn)生所選擇的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)的組合的輸出，這些輸出然后可被定向到諸如光纖242等公共輸出裝置。盡管示出了四個(gè)激光器，但是可以理解，這是為了說明起見，且可使用其它數(shù)量的激光器。每一激光器的帶隙可通過諸如無摻雜真空漫射或再生長(zhǎng)等過程來選擇，這些技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的。
四個(gè)激光器的輸出端230、232、234和236的每一個(gè)包括成角面，且這些是在同一掩模步驟中，但用四個(gè)單獨(dú)的蝕刻步驟形成的。每一蝕刻步驟中從45°角蝕刻的輕微偏斜可用于將四個(gè)光束輕微地偏離垂直方向引導(dǎo)，使得它們撞擊在諸如光纖242等居中安置的物體上。四個(gè)激光器的后面、濾光元件和MPD是通過公共的掩模和蝕刻步驟形成的。最后，如上所述，通過掩模和蝕刻形成脊結(jié)構(gòu)，且在頂和底表面上金屬化該器件以提供電觸點(diǎn)。
激光器的徑向陣列218是可能的，因?yàn)樵谥圃旒す馄髌陂g使用的CAIBE過程提供了不取決于半導(dǎo)體晶體的結(jié)晶平面的均勻蝕刻。這允許在基片上以任何期望的構(gòu)造來安置表面發(fā)射激光器，如圖12中所示以及進(jìn)一步在圖14中示出的，其中半導(dǎo)體層250被對(duì)角地安置在矩形基片252上。例如使用劈裂來形成面的常規(guī)方法不允許這樣的安置。
盡管按照較佳實(shí)施例示出了本發(fā)明，但是可以理解，可在不脫離所附權(quán)利要求書中所述的真實(shí)精神和范圍的情況下作出變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種表面發(fā)射光子器件，包括基片；安置在所述基片上的光學(xué)傳輸非中斷波導(dǎo)介質(zhì)；安置在所述介質(zhì)上的、垂直于所述基片的至少第一蝕刻面；以及安置在所述介質(zhì)上的、與所述基片成一角度的至少第二蝕刻面。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述介質(zhì)是結(jié)合了用于生成激光的活性區(qū)的半導(dǎo)體材料。
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，所述第二面大約成45°的角度。
4.如權(quán)利要求3所述的器件，其特征在于，所述第二面是內(nèi)反射的，且成一角度使所述活性區(qū)中所生成的光可在基本上垂直于所述基片的方向上發(fā)射。
5.如權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于，還包括所述介質(zhì)上用于對(duì)所述發(fā)射光進(jìn)行濾光的濾光器。
6.如權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于，所述第一面是部分反射的，且所述器件還包括臨近所述第一面且與所述介質(zhì)軸向?qū)R的監(jiān)視光電檢測(cè)器。
7.如權(quán)利要求6所述的器件，其特征在于，還包括安置在所述第一面和所述光電檢測(cè)器之間的分布式布拉格反射器元件。
8.如權(quán)利要求6所述的器件，其特征在于，還包括安置在所述第一面和所述光電檢測(cè)器之間的多個(gè)濾光器。
9.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，還包括所述基片上的、且在所述介質(zhì)中制造的表面區(qū)域檢測(cè)器。
10.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，還包括所述基片上的、且在所述介質(zhì)中制造的平面內(nèi)檢測(cè)器。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，所述檢測(cè)器包括結(jié)合了用于使撞擊到所述檢測(cè)器的光偏轉(zhuǎn)的成角面的入口端。
12.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述光學(xué)傳輸介質(zhì)包括所述基片的頂表面上的、并提供基本上平行于所述頂表面的活性區(qū)的多個(gè)層。
13.如權(quán)利要求12所述的器件，其特征在于，還包括所述介質(zhì)上的、并在所述基片上的電極，用于接收偏置電壓以激活所述介質(zhì)來產(chǎn)生激光輸出光束。
14.如權(quán)利要求13所述的器件，其特征在于，所述介質(zhì)是脊形激光器。
15.如權(quán)利要求12所述的器件，其特征在于，所述介質(zhì)制作形成細(xì)長(zhǎng)激光腔，所述激光腔在腔的第一端處具有所述第一面，且在腔的第二端處具有所述第二面。
16.如權(quán)利要求12所述的器件，其特征在于，所述介質(zhì)制作形成多個(gè)細(xì)長(zhǎng)激光腔，其每一個(gè)都具有位于第一端處的第一面以及位于第二端處的第二面，所述多個(gè)第二端聚集在一起以沿公共軸發(fā)射光。
17.一種光子器件，包括以第一波長(zhǎng)發(fā)射的第一蝕刻面表面發(fā)射激光器；以及以第二波長(zhǎng)發(fā)射的第二蝕刻面表面發(fā)射激光器。
18.如權(quán)利要求17所述的器件，其特征在于，所述第一激光器輸出端與所述第二激光器輸出端相鄰。
19.一種表面接收檢測(cè)器，包括基片；安置在所述基片上的光學(xué)傳輸非中斷波導(dǎo)介質(zhì)；安置在所述介質(zhì)上的、垂直于所述基片的至少第一蝕刻面；以及安置在所述介質(zhì)上的、與所述基片成一角度的至少第二蝕刻面。
20.一種半導(dǎo)體芯片，包括在所述半導(dǎo)體芯片上形成的蝕刻面表面發(fā)射激光器；以及與所述激光器單片集成為一體的監(jiān)視光電檢測(cè)器。
21.一種半導(dǎo)體光子器件，包括基片；所述基片上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括用于向所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)提供歐姆觸點(diǎn)的接觸層；包括在所述結(jié)構(gòu)中的光學(xué)傳輸介質(zhì)；以及與所述基片成一角度的、對(duì)于所述介質(zhì)的至少一個(gè)蝕刻面；以及所述接觸層從所述結(jié)構(gòu)中移去，以在所述面的區(qū)域中提供一孔。
22.如權(quán)利要求21所述的器件，其特征在于，還包括所述接觸層和所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的過渡層。
23.如權(quán)利要求21所述的器件，其特征在于，所述至少一個(gè)蝕刻面將來自所述介質(zhì)的光以一角度定向到所述基片并通過所述孔。
24.如權(quán)利要求23所述的器件，其特征在于，還包括與所述基片成一角度的、對(duì)于所述介質(zhì)的第二蝕刻面，所述接觸層從所述結(jié)構(gòu)中移去以在所述第二面的區(qū)域中提供第二個(gè)孔。
25.一種半導(dǎo)體激光器，包括基片；所述基片上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；蝕刻到所述結(jié)構(gòu)中的第一和第二面；在所述第一和第二面之間的所述結(jié)構(gòu)中形成的脊形波導(dǎo)；以及所述脊形波導(dǎo)在第二面上向外逐漸變細(xì)。
26.如權(quán)利要求25所述的激光器，其特征在于，所述第二面以45°或大約45°角蝕刻。
27.如權(quán)利要求26所述的激光器，其特征在于，還包括所述第二面上方的孔。
28.如權(quán)利要求27所述的激光器，其特征在于，還包括所述孔上的電介質(zhì)層或堆。
29.如權(quán)利要求28所述的激光器，其特征在于，所述第一面以90°或大約90°蝕刻。
30.如權(quán)利要求29所述的激光器，其特征在于，還包括所述第一面上的電介質(zhì)層或堆。
31.如權(quán)利要求30所述的激光器，其特征在于，還包括被安置以接收來自所述第一免的光并與所述脊軸向?qū)R的監(jiān)視光電檢測(cè)器。
32.如權(quán)利要求28所述的激光器，其特征在于，所述脊形波導(dǎo)還在第一面上向外逐漸變細(xì)。
33.如權(quán)利要求32所述的激光器，其特征在于，所述第一面以45°或大約45°蝕刻。
34.如權(quán)利要求33所述的激光器，其特征在于，還包括所述第一面上方的孔。
35.如權(quán)利要求34所述的激光器，其特征在于，還包括在所述第一面上方的所述孔上的電介質(zhì)層或堆。
全文摘要
一種表面發(fā)射激光器(10)，其中光在一端從45°成角面(22)垂直地發(fā)射，該激光器包括具有從中水平地發(fā)射光的垂直面的第二端(28)，用于監(jiān)視。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1871753SQ200480030790
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者A·A·貝法爾 申請(qǐng)人:賓奧普迪克斯股份有限公司