反射率調(diào)制光柵反射鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括用于調(diào)制激光器輸出的反射率調(diào)制光柵反射鏡(1)的垂直腔激光器(VCL)。腔由底部反射鏡(4)、有源區(qū)(3)、和外耦合頂部光柵反射鏡(1)形成，外耦合頂部光柵反射鏡由層結(jié)構(gòu)中的周期性折射率光柵區(qū)形成，層結(jié)構(gòu)包括p型和n型摻雜半導(dǎo)體層，具有設(shè)置于其間的電光材料層(12)。光柵區(qū)包括光柵結(jié)構(gòu)，光柵結(jié)構(gòu)由周期性孔形成，以周期性地在垂直于振動(dòng)軸的方向上改變折射率。調(diào)制電壓(91)為反向偏壓，施加在n型和p型摻雜層之間，以調(diào)制電光材料層(12)的折射率，從而調(diào)制光柵反射鏡(1)的反射率譜。光柵反射鏡(1)的反射率可以調(diào)制到幾乎沒(méi)有或沒(méi)有外耦合的反射率與具有正常外耦合的反射率之間，其中，垂直腔激光器中的激光在第一和第二反射率處都得到支持。由于外耦合反射鏡調(diào)制輸出，激光不必被調(diào)制，本發(fā)明提供高調(diào)制速度下較低功率消耗的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】反射率調(diào)制光柵反射鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包含光柵反射鏡的垂直腔激光器(VCL)，光柵反射鏡的反射率可以調(diào)制，以調(diào)制激光器的輸出功率。
【背景技術(shù)】
[0002]在短距離光互連應(yīng)用中，隨著數(shù)據(jù)傳輸帶寬增長(zhǎng)，積木式器件的低能量消耗和高傳輸速度正成為關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。于是，優(yōu)值是每個(gè)傳輸位的能量消耗。根據(jù)最近提供的技術(shù)路線圖，見D *A ?B?米勒，“用于光互連至硅芯片的器件要求”，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)會(huì)報(bào)，卷97，頁(yè)1166 (2009)，在2015-2020年，需要ー些IOs毫微微焦/位用于芯片級(jí)光互連的光發(fā)射器。
[0003]作為光發(fā)射器，垂直腔面發(fā)射體激光器(VCSEL)是ー種優(yōu)選的現(xiàn)有方案。這是因?yàn)樗鼈兊闹圃旒夹g(shù)是成熟的，并且它們的能量消耗因其微小的活性材料體積而比邊緣發(fā)射激光器的小很多。為了發(fā)送一位信號(hào)，光發(fā)射器的輸出光強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)調(diào)制。有兩種用于調(diào)制輸出光強(qiáng)度的方案；直接調(diào)制和間接(或外部)調(diào)制。
[0004]在直接調(diào)制方案中，激光器的電流注入被調(diào)制。這導(dǎo)致輸出光的強(qiáng)度調(diào)制。最先進(jìn)的結(jié)果被報(bào)道了，見Y ? -C ?張和L ? A ?科爾頓，“有效、高數(shù)據(jù)率、錐形氧化物孔的垂直腔面發(fā)射激光器”，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)量子電子學(xué)選題雜志，卷15，頁(yè)704，(2009)。傳輸速度是35千兆位/秒，排除射頻驅(qū)動(dòng)電路的能量消耗是12.5毫瓦，發(fā)射波長(zhǎng)是980納米。所演示的357毫微微焦/位的每位能量(=12.5毫瓦/35千兆位/秒)明顯是小的，但不足以用于上述應(yīng)用。本方法的缺點(diǎn)是難以進(jìn)ー步增加速度或減少能量消耗:激光二極管的速度由它的本征響應(yīng)和電路響應(yīng)決定。本征速度由本征頻率響應(yīng)_3分貝帶寬限定，它正比于弛豫振蕩頻率，fr:
【權(quán)利要求】
1.ー種具有反射率調(diào)制光柵反射鏡的垂直腔激光器(VCL),包括: 腔，所述腔由形成于襯底上不同層中的第一和第二反射器和有源區(qū)形成，所述有源區(qū)形成于所述腔中，所述腔設(shè)置為支持沿著垂直于所述襯底的振動(dòng)軸的光振動(dòng)，其中所述第一反射器是由層結(jié)構(gòu)中折射率光柵區(qū)形成的外耦合光柵反射鏡，所述層結(jié)構(gòu)包括P型摻雜半導(dǎo)體層和n型摻雜半導(dǎo)體層，具有設(shè)置于其間的電光材料層，所述光柵區(qū)包括由多個(gè)孔形成的ー維或二維光柵結(jié)構(gòu)，以致折射率在所述光柵區(qū)中在垂直于所述振動(dòng)軸方向上周期性地或非周期性地變化；及 電接觸，所述電接觸用于獨(dú)立地向所述電光材料層和所述有源區(qū)施加電偏壓，其中所述光柵反射鏡的所述P型摻雜半導(dǎo)體層和所述n型摻雜半導(dǎo)體層充當(dāng)用于所述電光層的電接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔激光器，其中所述腔和所述有源區(qū)選擇為支持所述垂直腔激光器中預(yù)定波長(zhǎng)下的激光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直腔激光器，其中所述電光材料層配置為在所述光柵反射鏡的所述P型摻雜半導(dǎo)體層和所述n型摻雜半導(dǎo)體層之間施加第一和第二反向偏壓時(shí)在預(yù)定波長(zhǎng)下分別提供具有不同第一和第二反射率的第一和第二反射率譜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直腔激光器，其中所述第二反射器是用絕緣體上硅晶片的硅層制造的光柵反射鏡，在預(yù)定波長(zhǎng)下具有至少99.9%的反射率。
5.根據(jù)上述任ー權(quán)利要求所述的垂直腔激光器，其中所述電光材料是量子阱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)上述任ー權(quán)利要求所述的垂直腔激光器，其中所述電光材料包括II型異質(zhì)結(jié)。
7.ー種包括根據(jù)上述任ー權(quán)利要求所述的垂直腔激光器的光互連，所述垂直腔激光器作為光源。
8.一種用于通過(guò)調(diào)制垂直腔激光器(VCL)外耦合光柵反射鏡反射率譜調(diào)制來(lái)自所述垂直腔激光器的光發(fā)射的方法，所述方法包括: 提供垂直腔激光器，所述垂直腔激光器包括由層結(jié)構(gòu)中折射率光柵區(qū)形成的外耦合光柵反射鏡，所述層結(jié)構(gòu)包括P型摻雜半導(dǎo)體層和n型摻雜半導(dǎo)體層，具有設(shè)置于其間的電光材料層，所述光柵區(qū)包括由多個(gè)孔形成的ー維或二維光柵結(jié)構(gòu)，以致折射率在所述光柵區(qū)中在垂直于所述垂直腔激光器的振動(dòng)軸的方向上周期性地或非周期性地變化； 在預(yù)定波長(zhǎng)下開始所述垂直腔激光器中的激光作用；及 在所述n型摻雜半導(dǎo)體層和所述p型摻雜半導(dǎo)體層之間施加調(diào)制反向偏壓，調(diào)制所述電光材料層的折射率，調(diào)制至少第一和第二反射率譜之間所述光柵反射鏡的反射率譜，分別在所述預(yù)定波長(zhǎng)下提供不同的第一和第二反射率，其中所述垂直腔激光器中的激光在所述第一和所述第二反射率處得到支持。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)ー步包括在所述光柵反射鏡反射率譜的調(diào)制期間不斷地維持所述垂直腔激光器中的所述激光作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中在所述光柵反射鏡電壓調(diào)制期間所述垂直腔激光器有源區(qū)電偏壓沒(méi)調(diào)制。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任ー權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)ー步包括，接收ー個(gè)或多個(gè)數(shù)字調(diào)制電信號(hào)，根據(jù)所述電信號(hào)的所述數(shù)字調(diào)制，在所述P型摻雜半導(dǎo)體層和所述n型摻雜半導(dǎo)體層之間進(jìn)行所述反向偏壓的調(diào)制，以致將相同的調(diào)制加到所述光柵反射鏡的反射率上，從而到所述垂直腔激光器的光輸出信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一反射率在99-99.5%的區(qū)間內(nèi)，所述第二反射率至少為99.7%。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一權(quán)利要求所述的方法，其中選擇了所述電光材料層、所述調(diào)制電壓、和所述預(yù)定波長(zhǎng)以便所述電壓調(diào)制顯著地調(diào)制所述電光材料層中的折射率，而同時(shí)吸收基本上是小的。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述電光材料包括量子阱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、II型異質(zhì)結(jié)、或其它結(jié)構(gòu)，其中所述電光材料層中的折射率調(diào)制是量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)或其它效應(yīng)的結(jié)果，從而取決于波長(zhǎng)；其中選擇了所述電光材料層、所述調(diào)制電壓、和所述預(yù)定波長(zhǎng)，以致所述電壓調(diào)制通過(guò)量子限制斯塔克效應(yīng)或其它效應(yīng)顯著地調(diào)制所述電光材料層中的 折射率，而同時(shí)吸收至少基本上是小的。
【文檔編號(hào)】H01S5/183GK103597676SQ201280021259
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月17日
【發(fā)明者】艾爾·薩格·鐘 申請(qǐng)人:丹麥技術(shù)大學(xué)