[发明专利]紧凑芯片中的长半导体激光腔

说明书

本申请是申请日为2011年10月25日、申请号为“201180047881.7”、发明 名称为“紧凑芯片中的长半导体激光腔”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请根据35USC119(e)，要求受益于2010年10月25号提交的美 国临时申请No.61/406,529，其公开的内容全部被引入作为参考。

发明背景

1、本发明的领域

本发明涉及半导体二极管激光器，且更具体地涉及使用通过蚀刻面形 成的全内反射表面以在紧凑芯片中安装长腔激光器。

2、相关技术描述

半导体激光器通常是在晶片上，通过金属有机化学气相沉积 (MOCVD)或分子束外延(MBE)形成具有平行于基底表面有源层的外延结构 而在基板上生长合适的层叠半导体材料来制造的。然后用多种半导体加工工具 处理晶片来生产激光光学腔，包括有源层和附在半导体材料上的金属触点。激 光面通常形成在激光空腔端部，通过沿着其晶体结构切割半导体材料来界定激 光光学腔的边缘或端部，以便在触点上施加偏置电压时，所产生的电流流过有 源层，使光子在与电流流动相垂直的方向上从有源层腔面边缘发射出来。由于 切割半导体材料以形成激光腔面，腔面的位置与方向受到限制；此外，一旦晶 片被切割，通常是小片的，使得传统的光刻技术不能轻易的被用来进一步加工 激光器。

前述和其他由使用切割腔面造成的难点，导致了通过蚀刻形成半导体 激光腔面工艺的发展。这种在美国专利4,851,368描述的工艺，也允许激光器单 片地与其他光子器件集成在同一基底上，其公开的内容在此引用以供参考。这 项工作被进一步延伸，并且一种基于蚀刻腔面的脊激光器工艺被公开在1992年 5月的IEEE量子电子学期刊,第28卷，第5期，第1227-1231页，其公开的内 容在此引用以供参考。

通过以大于空腔内用于光传播临界角的角度利用蚀刻腔面，光学腔中 全内反射(TIR)表面的构造还被公开在宽域激光器的美国专利4,851,368和用 于脊型激光器的美国专利5,031,190，它们的公开内容结合到本发明中作为参考。

高功率半导体激光器对许多应用具有重要意义，如光学存储应用。由 于半导体激光器功率需求的增加，制造商们已经简单地增加激光器芯片的空腔 长度，如从美国专利申请2006/0274802的图1所示，其中芯片长度超过2000μ m来满足双层DVD应用的400mW功率需要。其公开的内容被并入本文作为参 考的美国专利申请2006/0274802指出：“高功率激光器被要求提高光学记录盘的 写入速度，且因此，为了获得高功率，增加激光谐振器长度是绝对必要的。这 种情况下，有一个问题：芯片尺寸的增加导致芯片成本的增加。”此专利申请还 在脊形激光器二极管中间引入了锥形多模干扰(MMI)波导，允许芯片长度减 少至1300μm用于300mW输出，导致芯片长度大约是用于标准脊形激光器(没 有锥形MMI)的芯片长度的2/3。