[发明专利]具有透镜的表面发射和接收光子器件

说明书

本申请是申请日为“2004年10月14日”、申请号为“200480030764.X”、题为“具有透镜的表面发射和接收光子器件”的分案申请。

本发明要求2003年10月20日提交的美国临时申请第60/512,189号，以及2004年6月10日提交的美国临时申请第60/578,289号的优先权，这些申请的公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明一般涉及改进的表面发射和接收光子器件以及用于制造它们的方法，尤其涉及为提高效率结合了透镜的表面发射光子器件。

背景技术

半导体激光器通常是经由通过有机金属化学汽相淀积(MOCVD)或分子束外延(MBE)在基片上生长适当分层的半导体材料以形成与基片表面平行的活性层来制造的。该材料然后用各种半导体处理工具来处理，以产生结合了活性层的激光光腔，且将金属触点附加到半导体材料。最后，通常通过在激光腔的各末端劈裂半导体材料以形成激光镜面，以确定激光光腔的边界或末端，以致当对触点施加偏置电压时，所产生的流过活性层的电流使得在垂直于电流的方向上从活性层的边界小平面中发射出光子。

现有技术也公开了用于通过蚀刻形成半导体激光器的镜面的方法，从而允许激光器能在同一基片上与其它光子器件单片集成。通过以大于光在光腔内传播的临界角的角度创建这些镜面以使在光腔内形成全內反射面也是已知的。

现有技术也描述了使用蚀刻方法在直线激光腔的每一端形成两个全內反射面，其中每一面以与活性层平面成45°角安置。在这些器件中，光腔中的光可在光腔的一端垂直向上地导向，导致一个面上的表面发射，而光腔的另一端处的面可成相反的角度，以将光垂直向下地向着激光器结构下方的诸如高反射率堆导向。

现有技术也描述了将蚀刻的45°面与劈裂面组合的器件。所得的器件不能在整片中测试，且由此遭受与劈裂面器件相同的缺点。此外，鉴于劈裂的需求，它们与单片集成不兼容。然而，IEEE Photonics Technology Letters(IEEE光子技术通讯)第7卷第836-838页中Chao等人试图通过提供中断的波导结构来克服这些缺点，但是所得的器件在激光腔的每一端都遭受散射。现有技术也描述了对校准InP透镜的使用；然而，这些是在基片被削薄到50μm且在基片侧面形成了透镜之后以低于45°面来蚀刻的。

垂直腔表面发射激光器(VCSEL)在过去几年中变得普及；然而，VCSEL不允许多个器件平面内的单片集成，而仅允许光以垂直入射角离开其表面镜。这些现有的表面发射器件的一个共同方面是光子总是在垂直于活性层平面的方向上从光腔中发射。

发明内容

依照本发明，提供了一种改进的表面发射半导体激光器，其中光在垂直于激光器活性层平面的方向上在光腔的发射器端发射，且其中，光在光腔相对一端的活性层平面内的反射区发射。这一排列便于监视激光器的操作，而不会不利地影响光输出。依照本发明的一种形式，在发射器端上提供了反射改变层或堆，而在本发明的另一种形式中，在激光腔内提供了滤光元件，允许基本上以单纵模的激光操作。此外，依照本发明，在与激光器相同的基片上提供了表面和平面内检测器，且安置了多个激光腔以使多个波长能在共同的位置处发射。

本发明的一个实施例针对一种改进的表面发射激光器，其中，用连续的多层在基片上制造拉长的腔形式的半导体激光器，包括平行于基片表面的活性层、上和下涂层、以及上接触层，它在第一发射器端具有一个成角的面，而在第二反射端具有一个包括垂直面的反射区。该激光器可以采用在发射器端向外逐渐变细的脊形波导的形式，而在本发明的一种形式中，发射器的第二端的反射区还可包括与该面相邻的分布式布拉格反射器(DBR)。该激光器件也可包括与DBR相邻的监视光电检测器，它响应于从反射区中的面发射的少量的光来监视激光的强度。MPD的背面较佳地被设计成具有近布儒斯特角，使得它基本上对在光腔和MPD器件中传播的光是不反射的。MPD可作为DBR的一个整体部分形成，以对第二端处的激光反射率作出贡献，或者可作为单独的元件形成。DBR可用反射率改变层或堆来替换。

上接触层可以是低带隙半导体材料，以允许形成欧姆触点，它较佳地在成角面区中结合了孔，以从表面上移去吸光层，并提高器件的效率。

在本发明的另一实施例中，发射器端的光腔的顶表面部分可以涂有电介质层或堆，以改变激光器输出处的反射率，其中该顶表面部分在成角面上延伸，并包括上述孔，其中该表面平行于活性层。