專利名稱：具有高可制造性的多條激光二極管設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光裝置和激光裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
單模、單件、邊緣發(fā)射激光二極管的產(chǎn)量比脊波導(dǎo)法-布激光器
的產(chǎn)量低得多。這有個(gè)原因這種裝置的一般可靠性和它們的制造 所要求的容差。
這些單模裝置的可靠性差的一個(gè)原因，是它們的制造通常需要 幾個(gè)外延生長(zhǎng)步驟。在第一個(gè)外延生長(zhǎng)之后，在片的表面上用光刻 技術(shù)形成一個(gè)光柵。這意味著第二個(gè)片生長(zhǎng)步驟是在一個(gè)被損壞的 不平整的晶體表面上開(kāi)始的。其結(jié)果，以此方式制作的激光器具有 較高的缺陷密度，因而固有地不如在單一的外延生長(zhǎng)步驟中制成的 器件可靠。
這些裝置的產(chǎn)量比法-布激光器低的第二個(gè)原因，是無(wú)法以足夠 的精度把片切成激光器條。這意味著，在很大部分的這些器件中， 切出的小面相對(duì)于波長(zhǎng)選擇濾色器(在DFB的情況下是光柵)定位是 不正確的。這種不正確的定位又導(dǎo)致了大量的器件的旁模抑制率不 能令人滿意或在有用的溫度范圍內(nèi)不能在單一的縱模上工作。
減輕激光裝置制作過(guò)程中的這些影響，是非常需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用了這樣的事實(shí)，即，在單條激光二極管中，器件的 有源區(qū)只有4艮小的一部分被用于產(chǎn)生光，因而有空間容納一個(gè)以上 的激光器件，并可在一個(gè)隨后的步驟中選擇最佳的激光器件。應(yīng)該 注意的是，某些單模、單件器件不要求兩個(gè)重新生長(zhǎng)步驟，以下所 討論的內(nèi)容至適用于這樣的器件。
因此，本發(fā)明提供了一種在一片半導(dǎo)體材料上制作的激光裝 置，該激光裝置至少包括一個(gè)第一激光器件和一個(gè)第二激光器件， 從而使得這些激光器件中的至少一個(gè)可被用作冗余。以下結(jié)合附圖 對(duì)此作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖l顯示了包括兩個(gè)相鄰的脊波導(dǎo)的一種結(jié)構(gòu)，該兩個(gè)波導(dǎo)彼此 錯(cuò)開(kāi)一個(gè)四分之一波長(zhǎng)。
圖2顯示了不同器件上的對(duì)應(yīng)特征與任何一個(gè)小面之間的垂直距 離如何在相鄰的器件之間變化。
圖3顯示了具有同樣的槽圖案的三個(gè)激光二極管。
圖4顯示了 ，在器件的鐠屬性適合于所需要的應(yīng)用的各個(gè)優(yōu)化位
置周圍，有一個(gè)位置范圍。
圖5顯示了 一種雙條激光器。
圖6顯示了 一種示例性的芯片布局。
圖7顯示了可利用的一種偏離對(duì)準(zhǔn)的情況。
圖8顯示了 一種示例性的雙條激光器。
圖9顯示了 一種示例性的接合臺(tái)設(shè)置。
圖10顯示了釆用兩種不同的激光器件的一種示例性配置。
圖ll顯示了具有五十個(gè)以上的相鄰雙型激光器件的一個(gè)樣品的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
如上所述且如圖l所示，本發(fā)明提供了在一片半導(dǎo)體材料上制作 的一種激光裝置l，該激光裝置包括至少一個(gè)第一激光器件和一個(gè)第 二激光器件，從而使這些激光器件中的至少一個(gè)可以被作為冗余。 在制作過(guò)程或隨后的測(cè)量或校準(zhǔn)過(guò)程中，較好的一個(gè)激光器件得到 選用且冗余的激光器件被禁止或被去激活。釆用光刻或電子束刻蝕 的、在相鄰的脊波導(dǎo)7、 9上限定的布M光柵或任何其他類型的波 長(zhǎng)選擇濾光器3、 5，可以彼此錯(cuò)開(kāi)一個(gè)四分之一波長(zhǎng)。在上述條件 下，可以構(gòu)造出包含兩或更多個(gè)激光發(fā)射條的激光二極管芯片，其 每一個(gè)條在光學(xué)上是彼此隔離的。通過(guò)在這些條的每一個(gè)上設(shè)定彼 此相差的波長(zhǎng)選擇濾光器7、 9,這些濾光器中的至少一個(gè)相對(duì)于小 面處于正確位置的可能性要大得多。應(yīng)該理解的是，通常只有這兩 個(gè)器件中較好的一個(gè)被采用且另一個(gè)器件將是冗余的。例如，兩個(gè) 器件都得到測(cè)試，且最好的器件通過(guò)接合導(dǎo)線而與外部連接，而剩 下的一個(gè)不那樣好的器件將不會(huì)得到連接，即被有效禁止。由于不 太好的器件不被連接，它在測(cè)試之后不被使用并從此成為冗余的。 以下，我們描述影響波長(zhǎng)選擇濾光器相對(duì)于激光器小面的對(duì)準(zhǔn)的某 些因素，并討論使多條器件的產(chǎn)量?jī)?yōu)化的方法。在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ) "波長(zhǎng)選擇濾光器"既可以是指如愛(ài)爾蘭專利第S83622 (其全部?jī)?nèi) 容在此被引用)中所描述的蝕刻槽特征構(gòu)成的圖案，也可以指其他 的波長(zhǎng)選擇結(jié)構(gòu)，且任何通常的槽類型都與本發(fā)明相相容。進(jìn)一步 應(yīng)該注意的是，以下討論的結(jié)論也同樣適用于可以用光刻或電子束印刷形成在半導(dǎo)體中的任何波長(zhǎng)選擇濾光器。
在對(duì)本技術(shù)所導(dǎo)致的產(chǎn)量改進(jìn)進(jìn)行量化之前，先討論影響切出
的小面相對(duì)于波長(zhǎng)選擇濾光器的定位精度的一些因素。這些因素中
主要的兩個(gè)是，切割器本身的精度(通常土2微米)和印刷圖案相 對(duì)于片進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度(對(duì)于接觸平版印刷這通常好于± 0. 005 度，且對(duì)于光學(xué)分檔器好于土0.(M度)。考慮長(zhǎng)度15mm的單條激光 二極管器件的示例性的棒，該棒由50個(gè)器件組成，寬為300微米，其 每一個(gè)都被假定是相等的。如果掩膜圖案與晶軸是完美對(duì)準(zhǔn)的，則 在不同器件上的相應(yīng)特征與各小面是等距離的。然而，由于實(shí)際上 不是這種情況，不同器件上的相應(yīng)特征與各小面的垂直距離隨著器 件的不同而線性變化(或者在切割跳到不同的晶面的情況下是非線 性變化的)(圖2)。假定在一個(gè)15mm的棒上的多至土0. 04度的對(duì) 準(zhǔn)偏離會(huì)導(dǎo)致一個(gè)給定平版印刷特征與任何一個(gè)小面之間的距離的 多至10.5微米的改變。上述誤差的和遠(yuǎn)大于腔中的光波長(zhǎng)，因而正 確地對(duì)準(zhǔn)波長(zhǎng)選擇濾光器的機(jī)會(huì)似乎很小。然而，事情沒(méi)有如此糟 糕?？紤]具有若干蝕刻的槽特征的一個(gè)激光二極管，這些槽特征相 對(duì)于器件的小面被優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)。如果該圖案沿著任何一個(gè)方向移動(dòng)了 與所選定的光的材料波長(zhǎng)的一半相對(duì)應(yīng)的距離，它將仍然相對(duì)于這 些小面得到優(yōu)化定位。圖3顯示了具有相同的槽圖案的三個(gè)激光二極 管，它們都在腔內(nèi)被優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)。另外，在這些優(yōu)化位置的每一個(gè)的 周圍，有一個(gè)位置范圍，在該范圍內(nèi)該器件的頻鐠屬性將適合于所 需要的應(yīng)用。我們把該范圍標(biāo)為X (見(jiàn)圖4)。例如，如果在一個(gè)單 條器件中， 一個(gè)隨機(jī)定位的波長(zhǎng)選擇濾光器正確地與這些小面對(duì)準(zhǔn) 的概率是Pf。則該濾光器不與這些小面正確對(duì)準(zhǔn)的概率是l-Pf。則在 具有N個(gè)條的一個(gè)裝置上，波長(zhǎng)濾色器中的至少一個(gè)與切出的小面正 確對(duì)準(zhǔn)的概率是 l- (l-Pf)-
然而，我們可以做得比這更好，考慮圖5。該圖顯示了一個(gè)雙條激光 器。在同一脊上的相鄰槽之間的距離是d-入 /2 (通常槽的間隔是 該長(zhǎng)度的一個(gè)大的倍數(shù))，另外，槽圖案彼此錯(cuò)開(kāi)d"人 /4。應(yīng)該 注意的是，材料波長(zhǎng) U等于入AWf (其中iWf是模的有效折射 率)。我們可以看到，這種情況提供了大的機(jī)會(huì)，其中至少一個(gè)激 光發(fā)射條滿足了一種給定應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。在其中X》X乂4的情況下， 這種方法將提供100%的產(chǎn)出。在各個(gè)脊上的槽之間的距離是入乂2的 一個(gè)大的倍數(shù)的情況下(通常就是這種情況)，也是這樣的情況。 然而，要使這種方法有效，需要把兩個(gè)脊波導(dǎo)彼此足夠靠近地設(shè) 置，從而使一個(gè)脊相對(duì)于另一個(gè)脊的平版印刷特征相對(duì)于小面的定 位誤差大約為入J40。圖6顯示了一個(gè)芯片的布局，它使得這種條件能得到實(shí)現(xiàn)。更大的誤差將導(dǎo)致更低的產(chǎn)出。另外，由于激光器兩 個(gè)切割出的小面是平行的，影響相對(duì)距離的唯一 因素是掩膜與晶軸
的對(duì)準(zhǔn)偏離。假定角對(duì)準(zhǔn)偏離多至O. 05度，這兩個(gè)脊彼此應(yīng)該在20 微米之內(nèi)，以使上述條件得到滿足。在測(cè)試之后，掩^導(dǎo)線可被接 合到測(cè)試所確定的最好器件的接合臺(tái)上。圖7顯示了上述情況。
以上我們描述了使相鄰脊上的槽圖案彼此錯(cuò)開(kāi)的一種方式。這 是直接通過(guò)設(shè)計(jì)其中圖案被錯(cuò)開(kāi)的掩膜板(光學(xué)平版印刷)或曝光 圖案(電子束平版印刷)而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)波長(zhǎng)選擇濾光器(槽圖案) 是利用光學(xué)或電子束平版印刷限定時(shí)，這是使這些濾光器彼此錯(cuò)開(kāi) 的最直接的方法。然而，也可以通過(guò)改變波導(dǎo)的一部分的有效折射 率，或通過(guò)有意使平版印刷圖案相對(duì)于晶軸偏離對(duì)準(zhǔn)約0.4度，來(lái)改 變波長(zhǎng)濾光器與小面之間的相位。應(yīng)該注意的是，這兩種方法中的 后一種也可適用于具有用全息方法確定的光柵或用光學(xué)或電子束平 版印刷確定的波長(zhǎng)選擇濾光器的單模激光器。而這兩種方法中的第 一種則只能被用于其中以全息方法確定的光柵只沿著腔長(zhǎng)度的一部 分延伸的結(jié)構(gòu)。
第一，我們討論改變雙條激光器的條之一的一部分的有效折射 率的效果。圖8顯示了一個(gè)雙條激光器。被左邊的條所引導(dǎo)的光的有 效折射率沿著該器件的長(zhǎng)度是恒定的。然而，右邊的條之下的光的 有效折射率具有兩個(gè)值之一。重要的是注意到，包含波長(zhǎng)選擇濾光 器的右邊的部分應(yīng)該具有與左邊的條相同的有效折射率。否則，各 個(gè)條將以顯著不同的波長(zhǎng)發(fā)射激光。
也可以通過(guò)有意^f吏掩膜與晶軸偏離對(duì)準(zhǔn)而改變小面與相鄰的脊 上的波長(zhǎng)選擇濾光器之間的相位差。該對(duì)準(zhǔn)所選擇的與晶軸偏離對(duì) 準(zhǔn)的、用來(lái)獲得與彼此直接錯(cuò)開(kāi)的波長(zhǎng)濾光器具有相同的效果的角 度，小于0.05度。所以，在這種新的情況下，這種角度偏離對(duì)準(zhǔn)將 在約0.5土0. 05的范圍內(nèi)。角度對(duì)準(zhǔn)的誤差越小，所需要的實(shí)際的角 度偏離對(duì)準(zhǔn)就越小。由于這些器件的光學(xué)性質(zhì)會(huì)被大的角度偏離對(duì) 準(zhǔn)所影響，這種偏離對(duì)準(zhǔn)應(yīng)該被保持在盡可能地小的程度。這可通 過(guò)增大相鄰的條之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可通過(guò)(在不增大器件的總 體尺寸的情況下)把兩個(gè)器件的接合臺(tái)之一設(shè)置在該兩個(gè)器件之間 來(lái)實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖9)。
根據(jù)波長(zhǎng)選擇濾光器相對(duì)于器件的小面的準(zhǔn)確定位， 一個(gè)離散 模激光器將在若干個(gè)模之一上進(jìn)行激光發(fā)射。通過(guò)在一個(gè)切割的棒 上測(cè)試若干相鄰的雙器件(大約55個(gè))，可以清楚地看到這種效 果。應(yīng)該理解的是，可以進(jìn)行激光發(fā)射的模的數(shù)目，可通過(guò)采用適 當(dāng)?shù)牟厶卣鲌D案，而進(jìn)行確定。圖ll顯示了相同的離lt模雙激光器 (如上所述)的發(fā)射波長(zhǎng)是如何隨著它們的棒的位置而變化的。這些器件中的每一個(gè)的左和右條的結(jié)果被分別地顯示。在用于測(cè)試的 這些示例性的器件中，對(duì)于每一個(gè)器件，在右邊的條上的槽圖案相
對(duì)于左邊的條上的圖案移動(dòng)了 A /4。這就是為什么左邊和右邊的條 上的發(fā)射波長(zhǎng)相對(duì)于器件位置的變化類似但波此偏離的原因。應(yīng)該 注意的是，波長(zhǎng)分布的更中心的頻帶表現(xiàn)得最好，因此性能上的好 處是明顯的。在其中左邊的條在極值波長(zhǎng)之一上進(jìn)行激光發(fā)射的器 件中(例如器件號(hào)ll的器件)，則右邊的條將在更靠近中心波長(zhǎng)的 一個(gè)波長(zhǎng)上進(jìn)行激光發(fā)射。在右邊的條之一 (例如器件號(hào)30的)在 極值波長(zhǎng)之一上進(jìn)行激光發(fā)射的情況下，情況也是類似的。
最后，我們考慮包含兩個(gè)不同類型的器件(例如一個(gè)法-布芯片和 一個(gè)單頻率激光二極管)的一種示例性器件。這樣做的動(dòng)機(jī)，就該例子 來(lái)說(shuō)是，法-布器件的產(chǎn)出是幾乎100%，且如果單模激光器不能正常工 作，這種芯片仍然有用的機(jī)會(huì)是幾乎100%。圖10顯示了這種配置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光裝置，包括形成在一個(gè)公共基底上的至少兩個(gè)激光器件，其中所述半導(dǎo)體激光裝置被適當(dāng)設(shè)置從而使得在使用中一個(gè)優(yōu)選的激光器件是可工作的且剩下的激光器件是冗余的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光裝置，其中每一個(gè)激光器件包括 波長(zhǎng)選擇結(jié)構(gòu)，其中所述至少兩個(gè)激光器件的這些波長(zhǎng)選擇結(jié)構(gòu)相 對(duì)于它們各自的小面彼此偏移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光裝置，其中有N個(gè)激光器件且其 中各激光器件之間的偏離大體為m入/n6ff,其中m是一個(gè)奇數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的半導(dǎo)體激光裝置，其中N為2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體激光裝置，其中所述至少兩個(gè)激光器 件包括一個(gè)第一激光器件和一個(gè)第二激光器件，其中所述第一激光 器件和第二激光器件是不同類型的激光器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體激光裝置，其中所述第一激光器件是 一個(gè)單頻激光二極管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光裝置，其中所述第一激光器件是 一個(gè)法-布二極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光裝置，其中為優(yōu)選的激光器件提 供了至外部的連掩fa沒(méi)有為剩下的激光器件提供這種連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體激光裝置，其中所述至外部的連接包 括一條接合連線。
10. 制造激光裝置的一種方法，包括以下步驟a. 提供一個(gè)基底，b. 在所述基底上制作至少兩個(gè)激光器件，c. 從所迷至少兩個(gè)激光器件中確定一個(gè)優(yōu)選的激光器件，以及d. 對(duì)所述激光裝置進(jìn)行配置從而使所述優(yōu)選的激光器件得到激 活連接且剩下的激光器件成為冗余。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，其中該方法包括 在所述至少兩個(gè)激光器件的每一個(gè)上制作波長(zhǎng)選擇特征的步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l 1的制造方法，其中所述激光器件的所述波長(zhǎng)選擇特征是彼此錯(cuò)開(kāi)的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的制造方法，其中所述錯(cuò)開(kāi)的距離m入 /4iWf,其中，入是這些器件的波長(zhǎng)，n是器件的數(shù)目，m是一個(gè)奇 數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中的任何一項(xiàng)的制造方法，其中相鄰的 脊之間的距離約為或小于2 O微米。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，其中所述至少兩個(gè)器件被制作 成彼此異相的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的制造方法，其中所勤目位差是通過(guò)改變所 述器件之一的部分的有效折射率而提供的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的制造方法，其中所述相位差是通過(guò)使平版 印刷圖案相對(duì)晶軸偏離對(duì)準(zhǔn)而獲得的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的制造方法，其中所述偏離對(duì)準(zhǔn)在約O. 5度 的量級(jí)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的制造方法，其中所述角度偏離對(duì)準(zhǔn)為O. 5 ±0.1。
20.根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，其中所述至少兩個(gè)激光器件包 括一個(gè)第一激光器件和一個(gè)第二激光器件，其中所述笫一激光器件 是一種第 一類型的且所述第二激光器件是一種第二類型的。
21. 根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，其中所述第二類型的器件是一 種法-布器件。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的制造方法，其中所述第一類型的器件是一 種單頻激光二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及提供一種新穎的激光裝置，其具有比其他單模激光裝置大的產(chǎn)量。具體地，提供了一種半導(dǎo)體激光裝置，它具有形成在一個(gè)公共基底上的至少兩個(gè)激光器件。該激光裝置被適當(dāng)設(shè)置從而在使用中一個(gè)優(yōu)選的激光器件是可工作的而其余的激光器件是冗余的。這種冗余改進(jìn)了產(chǎn)量，因?yàn)橹恍枰惯@些激光器件中的一個(gè)正常工作而其他的激光器件不被使用。
文檔編號(hào)H01S5/40GK101322293SQ200680041529
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者約翰·帕特喬, 詹姆斯·奧格曼 申請(qǐng)人:宜彼萊那光子學(xué)有限公司