反射率调制光栅反射镜的制作方法
【专利摘要】本发明涉及包括用于调制激光器输出的反射率调制光栅反射镜(1)的垂直腔激光器(VCL)。腔由底部反射镜(4)、有源区(3)、和外耦合顶部光栅反射镜(1)形成，外耦合顶部光栅反射镜由层结构中的周期性折射率光栅区形成，层结构包括p型和n型掺杂半导体层，具有设置于其间的电光材料层(12)。光栅区包括光栅结构，光栅结构由周期性孔形成，以周期性地在垂直于振动轴的方向上改变折射率。调制电压(91)为反向偏压，施加在n型和p型掺杂层之间，以调制电光材料层(12)的折射率，从而调制光栅反射镜(1)的反射率谱。光栅反射镜(1)的反射率可以调制到几乎没有或没有外耦合的反射率与具有正常外耦合的反射率之间，其中，垂直腔激光器中的激光在第一和第二反射率处都得到支持。由于外耦合反射镜调制输出，激光不必被调制，本发明提供高调制速度下较低功率消耗的优点。
【专利说明】反射率调制光栅反射镜
【技术领域】
[0001]本发明涉及包含光栅反射镜的垂直腔激光器(VCL)，光栅反射镜的反射率可以调制，以调制激光器的输出功率。
【背景技术】
[0002]在短距离光互连应用中，随着数据传输带宽增长，积木式器件的低能量消耗和高传输速度正成为关键技术问题。于是，优值是每个传输位的能量消耗。根据最近提供的技术路线图，见D *A ?B?米勒，“用于光互连至硅芯片的器件要求”，电气与电子工程师协会会报，卷97，页1166 (2009)，在2015-2020年，需要ー些IOs毫微微焦/位用于芯片级光互连的光发射器。
[0003]作为光发射器，垂直腔面发射体激光器(VCSEL)是ー种优选的现有方案。这是因为它们的制造技术是成熟的，并且它们的能量消耗因其微小的活性材料体积而比边缘发射激光器的小很多。为了发送一位信号，光发射器的输出光強度应当调制。有两种用于调制输出光強度的方案；直接调制和间接(或外部)调制。
[0004]在直接调制方案中，激光器的电流注入被调制。这导致输出光的强度调制。最先进的结果被报道了，见Y ? -C ?张和L ? A ?科尔顿，“有效、高数据率、锥形氧化物孔的垂直腔面发射激光器”，电气与电子工程师协会量子电子学选题杂志，卷15，页704，(2009)。传输速度是35千兆位/秒，排除射频驱动电路的能量消耗是12.5毫瓦，发射波长是980纳米。所演示的357毫微微焦/位的每位能量(=12.5毫瓦/35千兆位/秒)明显是小的，但不足以用于上述应用。本方法的缺点是难以进ー步增加速度或減少能量消耗:激光二极管的速度由它的本征响应和电路响应決定。本征速度由本征频率响应_3分贝带宽限定，它正比于弛豫振荡频率，fr:
【权利要求】
1.ー种具有反射率调制光栅反射镜的垂直腔激光器(VCL),包括: 腔，所述腔由形成于衬底上不同层中的第一和第二反射器和有源区形成，所述有源区形成于所述腔中，所述腔设置为支持沿着垂直于所述衬底的振动轴的光振动，其中所述第一反射器是由层结构中折射率光栅区形成的外耦合光栅反射镜，所述层结构包括P型掺杂半导体层和n型掺杂半导体层，具有设置于其间的电光材料层，所述光栅区包括由多个孔形成的ー维或二维光栅结构，以致折射率在所述光栅区中在垂直于所述振动轴方向上周期性地或非周期性地变化；及 电接触，所述电接触用于独立地向所述电光材料层和所述有源区施加电偏压，其中所述光栅反射镜的所述P型掺杂半导体层和所述n型掺杂半导体层充当用于所述电光层的电接触。
2.根据权利要求1所述的垂直腔激光器，其中所述腔和所述有源区选择为支持所述垂直腔激光器中预定波长下的激光。
3.根据权利要求2所述的垂直腔激光器，其中所述电光材料层配置为在所述光栅反射镜的所述P型掺杂半导体层和所述n型掺杂半导体层之间施加第一和第二反向偏压时在预定波长下分别提供具有不同第一和第二反射率的第一和第二反射率谱。
4.根据权利要求2所述的垂直腔激光器，其中所述第二反射器是用绝缘体上硅晶片的硅层制造的光栅反射镜，在预定波长下具有至少99.9%的反射率。
5.根据上述任ー权利要求所述的垂直腔激光器，其中所述电光材料是量子阱半导体结构。
6.根据上述任ー权利要求所述的垂直腔激光器，其中所述电光材料包括II型异质结。
7.ー种包括根据上述任ー权利要求所述的垂直腔激光器的光互连，所述垂直腔激光器作为光源。
8.一种用于通过调制垂直腔激光器(VCL)外耦合光栅反射镜反射率谱调制来自所述垂直腔激光器的光发射的方法，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层结构中折射率光栅区形成的外耦合光栅反射镜，所述层结构包括P型掺杂半导体层和n型掺杂半导体层，具有设置于其间的电光材料层，所述光栅区包括由多个孔形成的ー维或二维光栅结构，以致折射率在所述光栅区中在垂直于所述垂直腔激光器的振动轴的方向上周期性地或非周期性地变化； 在预定波长下开始所述垂直腔激光器中的激光作用；及 在所述n型掺杂半导体层和所述p型掺杂半导体层之间施加调制反向偏压，调制所述电光材料层的折射率，调制至少第一和第二反射率谱之间所述光栅反射镜的反射率谱，分别在所述预定波长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处得到支持。
9.根据权利要求8所述的方法，进ー步包括在所述光栅反射镜反射率谱的调制期间不断地維持所述垂直腔激光器中的所述激光作用。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中在所述光栅反射镜电压调制期间所述垂直腔激光器有源区电偏压没调制。
11.根据权利要求8至10中任ー权利要求所述的方法，进ー步包括，接收ー个或多个数字调制电信号，根据所述电信号的所述数字调制，在所述P型掺杂半导体层和所述n型掺杂半导体层之间进行所述反向偏压的调制，以致将相同的调制加到所述光栅反射镜的反射率上，从而到所述垂直腔激光器的光输出信号。
12.根据权利要求8至11中任一权利要求所述的方法，其中所述第一反射率在99-99.5%的区间内，所述第二反射率至少为99.7%。
13.根据权利要求8至12中任一权利要求所述的方法，其中选择了所述电光材料层、所述调制电压、和所述预定波长以便所述电压调制显著地调制所述电光材料层中的折射率，而同时吸收基本上是小的。
14.根据权利要求8至12中任一权利要求所述的方法，其中所述电光材料包括量子阱半导体结构、II型异质结、或其它结构，其中所述电光材料层中的折射率调制是量子限制斯塔克效应(QCSE)或其它效应的结果，从而取决于波长；其中选择了所述电光材料层、所述调制电压、和所述预定波长，以致所述电压调制通过量子限制斯塔克效应或其它效应显著地调制所述电光材料层中的 折射率，而同时吸收至少基本上是小的。
【文档编号】H01S5/183GK103597676SQ201280021259
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年5月9日 优先权日:2011年5月17日
【发明者】艾尔·萨格·钟 申请人:丹麦技术大学