专利名称：表面发射半导体激光器装置及制造该装置的方法
技术领域：
本发明一般涉及半导体激光器装置，更具体地涉及把边缘发光激光器和衍射透镜一起集成在同一芯片上的表面发射半导体激光器装置。
背景技术：
半导体激光器被普遍用在电信和数据通信网络的光学收发器中。用在这样的光学收发器中的激光器通常是边缘发射型的。光学收发器的边缘发射激光器通常利用非球面透镜或者其他分立光学元件耦合到光纤，这是因为激光器所发射的光未被聚焦或者准直，即随着传播而以圆锥形状发散。虽然将在光学收发器中用透镜把边 缘发射激光器耦合到光纤可以相当好地工作，但是将希望通过使得收发器部件和在它们当中实现光学对准所需要的相关步骤的数目最小化来提高收发器制造经济性。用于光学收发器的边缘发射激光器被利用标准的光刻和外延方法而在半导体晶片上制作，被切片(dice)成芯片并且每个芯片的一些部分被涂覆有高反射和抗反射的涂层。完成的芯片然后可以被测试。希望使得制造步骤的数目最小化并且增强可测试性。还提出了将衍射透镜和边缘发射激光器集成在同一芯片上。例如，Lo等人的美国专利No. 6，459，716公开了一种装置，其中由边缘发射激光器产生的边缘发射束被成角度(angled)的表面朝着与束发射方向平行并且与芯片表面平行的下部反射表面反射，下部反射表面又将束在大致与芯片表面垂直的方向上朝上反射。朝上反射的束然后被发射通过由某种材料在芯片表面形成的非球面透镜，以对激光束的发散进行准直。具有这种装置的收发器与包括单独透镜的收发器相比可被更加经济地制造。然而，由于包括用于将束从激光器朝着成角度表面引导的波导，所以该装置不能直接制造。此外，该装置的几何形状使其光学特性对于晶片厚度误差是敏感的。垂直腔表面发射激光器(VCSEL)通常是最终用户所优选的，这是由于它们在不需要提供束形状校正的情况下与光纤的高耦合效率，从而降低了测试/封装成本。然而，VCSEL在针对非常高速的操作来制造时在单模成品率方面仍然具有问题。产业上已经作出将边缘发射装置转换成垂直发射装置的努力。例如，美国专利No. 7，245，645B2公开了以45°角蚀刻的激光器端面中的一者或二者来形成垂直地反射激光束的45°反射镜。然而在该方案中，45°反射镜位于激光器腔内。美国专利No. 5，671，243公开了使用传统的90°激光器端面，但是在发射激光的腔外，存在45°反射镜，该反射镜使束朝着表面方向转动。然而，在激光器腔内部或外部包括蚀刻反射镜需要在制造期间执行高质量的端面蚀刻。尤其当在高操作能力下执行干蚀刻时，由于可能在干蚀刻处理期间发生的端面损伤，执行高质量蚀刻引起显著的可靠性问题。授予本申请的受让人的美国专利No. 7，450，621公开了克服多个前述困难的方案。该专利公开了一种半导体装置，其中衍射透镜与边缘发射激光器一起集成在同一芯片上。衍射透镜以单片方式与边缘发射激光器集成在磷化铟(InP)衬底材料上。其中集成了边缘发射激光器的、衍射透镜在同一芯片上的单片集成需要执行多次电子束光刻(EBL)曝光和干蚀刻处理，看起来装置制造成本将会增加。然而，对于在光进入光纤之前使用单独透镜来校正束的发散，激光器与衍射透镜的单片集成的总成本仍然少于封装分离组件的成本。在美国专利No. 7，450, 621的图I中，要形成透镜18的层20 (通常是InP)被生长在已被蚀刻以形成激光器10的多量子阱(MQW)层上。虽然为形成激光器10的MQW层使用的材料未在该专利中明确记载，但是对于1300-1550纳米(nm)范围波长的应用，MQW层通常由于它们的完美温度特性而包括砷化铟镓铝(InGaAlAs)。假定InP被用于层20，在生长InP层20之前，构成激光器10的含铝MQW层必须被蚀刻掉。然而，含铝材料在暴露于湿气和氧气(O2)时易被氧化。氧化的含铝材料在蚀刻处理期间可能无法被完全去除。在操作发射激光的条件时，任何剩余的氧化含铝材料可能使得注入电流的一部分通过InP和InGaAlAsMQW之间的界面而泄漏，这可能有害地影响装置性能和可靠性。另一潜在的问题是与使用湿化学蚀刻工艺来实现具有低串 联电阻的背台(reverse-mesa)脊结构(ridge structure)有关的困难。通常，这样的背台脊结构是通过将InP层选择性地向下蚀刻到InGaAsP蚀刻停止层来实现的。从工艺的立场来看，使用光刻和湿化学蚀刻技术来实现在该界面处准确地结束的背台脊结构可能是困难的。特别地，如果背台脊结构延伸超过该界面，则InP层的湿化学蚀刻可能破坏MQW层，这是因为在InP层下面没有蚀刻停止层。另一方面，如果背台脊结构未到达该界面，则这可能防止了注入电流经过所有的MQW层，这可能由于未注入的MQW层而产生非常大的光学损失。这些困难可降低制造成品率并且增大成本。希望提供一种把边缘发射激光器与衍射透镜相集成的半导体装置。还希望提供能可靠、经济地制造并且可以以高成品率制造的半导体装置。
发明内容
本发明针对一种表面发射半导体激光器装置和用于制造该装置的方法。该装置包括具有上表面和下表面的衬底、布置在衬底上的多个半导体层、形成在半导体层中以用于产生具有激光发射波长的激光的边缘发射激光器、在形成于所述多个半导体层的一个或多个层中的成角度的侧端面上布置的成角度的侧面反射器、布置在半导体衬底的下表面上或附近的下部反射器以及布置在半导体层的一个或多个层的至少最上层中的衍射透镜。所述边缘发射激光器具有含有第一末端和和第二末端的有源MQW区域和含有第一末端和第二末端的无源MQW区域。有源MQW区域的第二末端与无源MQW区域的第一末端相接。激光器具有与有源MQW区域的第一末端相对应的后端面和与无源MQW区域的第二末端相对应的前端面。如果激光器被激活，则在有源MQW区域中产生的激光沿着激光器的与衬底的上表面和下表面基本平行的光轴传播经过有源MQW区域，从有源MQW区域的第二末端出来，进入无源MQW区域的第一末端，经过无源MQW区域，并且从激光器的前端面出来。从前端面传播出的激光的第一部分直接入射在上部反射器上并且因而反射到成角度的侧面发射器上。从前端面传播出的激光的第二部分直接入射在成角度的侧面反射器上。成角度的侧面反射器将激光的入射的第一部分和第二部分反射到下部反射器上。下部反射器反射激光的第一部分和第二部分使其经过衍射透镜，衍射透镜在与衬底的上表面基本垂直的方向上引导激光。所述制造方法包括在半导体衬底上沉积或者生长多个半导体层，形成用于产生具有激光发射波长的激光的边缘发射激光器以具有有源MQW区域和无源MQW区域，在所述多个半导体层的最上层上或附近并且在激光器的前端面上方形成上部反射器，在形成于所述多个半导体层的一个或多个层中的成角度的侧端面上形成成角度的侧面发射器，在半导体衬底的下表面上或附近形成下部反射器，以及在所述半导体层的至少最上层中形成衍射透镜。本发明的这些和其他特征和优点将从下面的描述、附图和权利要求中变得清楚。
图I图示出根据本发明一示例性实施例的半导体激光器装置的顶视立体图。图2是沿着图I的线A-A’得到的图I所示的半导体激光器装置的截面侧视图。图3A-3C示出图I所示的装置在制造处理期间的侧面剖视图，并且一起说明根据一说明性实施例的可用于通过使用混合技术来制造图I所示的半导体激光器装置的边缘发射激光器以具有有源MQW区域和无源MQW区域的处理步骤序列。图4A和图4B分别示出图I所示的装置的一部分在制造处理期间的顶视立体图和侧面剖视图，并且一起说明根据另一说明性实施例的可用于通过已知为选择性区域生长(SAG)的技术来制造图I所示的半导体激光器装置以具有有源MQW区域和无源MQW区域的处理步骤序列。图5示出根据一个实施例的图I所示的装置的一部分的侧面剖视图，其中使用对头接合(butt-joint)生长技术在比有源MQW区域具有更低光致发光峰值的无源区域中生长体四兀层(bulk quaternary layer)。图6A-6C示出图I所示的装置在制造处理期间的侧面剖视图，并且一起说明根据本发明一说明性实施例的在执行图3A-3C的处理或者图4A-4B的处理之后执行以生长体半导体层的处理步骤序列。图7示出图6C所示的装置的侧面剖视图，并且说明为了形成将用于保持图I所示的半导体激光器装置的侧面反射器的成角度的侧端面，在图6C所示的体半导体层中形成V形凹槽的处理。图8示出图7所示的装置的顶视立体图，其代表形成图I所示的半导体激光器装置的边缘发射激光器的背台脊结构的处理。图9示出在图8所示的装置的一部分上沉积了掩模之后该装置的顶视立体图，并且代表在图8所示的体半导体层的上表面上形成图I和图2所示的衍射透镜的处理。图10示出在去除了掩模并且在图9所示的装置上形成了 η型和ρ型金属触点以完成图I所示的半导体激光器装置之后图9所示的装置的顶视立体图。
具体实施例方式本发明针对一种表面发射半导体激光器装置，其中，边缘发射激光器和衍射透镜被一起集成在该半导体激光器装置中。边缘发射激光器具有包括有源MQW区域的第一区段(section)和包括无源MQW区域的第二区段，其中无源MQW区域对于激光器的发射波长是透明的。表面发射半导体激光器装置的第三区段包括半导体体材料。该配置确保注入电流将会流经有源区域的所有层，从而防止由于未注入区域而发生光学损失。该配置还确保没有电流流经有源MQW区域与体半导体层之间的界面。后一特征提高了性能和装置可靠性。然而，激光器的脊结构应当在有源和无源MQW区域之间的界面上延伸大约2至3微米以避免无源MQW区域中的电流损失，如下面参考附图将详细描述的。如下面将更详细描述的，在半导体装置中包括无源MQW区域与下面讨论的其他特征相结合防止了注入电流流经潜在地有缺陷的界面，而同时确保了注入电流流经有源MQW区域的所有层。这些特征确保了半导体激光器装置具有良好可靠性和性能特性，而同时放松了制造容差并且提供了改进的制造成品率。现在将参考图1-10(不是按比例绘制的)来描述半导体激光器装置的示例性或说明性实施例以及可以制 造该装置的方式。本发明针对一种表面发射半导体激光器装置和用于制造该装置的方法。该装置包括具有上表面和下表面的衬底、布置在衬底上的多个半导体层、形成在半导体层中以用于产生具有激光发射波长的激光的边缘发射激光器、在形成于所述多个半导体层的一个或多个层中的成角度的侧端面上布置的成角度的侧面反射器、布置在半导体衬底的下表面上或附近的下部反射器以及布置在半导体层的一个或多个层的至少最上层中的衍射透镜。所述边缘发射激光器具有含有第一末端和和第二末端的有源MQW区域和含有第一末端和第二末端的无源MQW区域。有源MQW区域的第二末端与无源MQW区域的第一末端相接。激光器具有与有源MQW区域的第一末端相对应的后端面和与无源MQW区域的第二末端相对应的前端面。如果激光器被激活，则在有源MQW区域中产生的激光沿着激光器的与衬底的上表面和下表面基本平行的光轴传播经过有源MQW区域，从有源MQW区域的第二末端出来，进入无源MQW区域的第一末端，经过无源MQW区域，并且从激光器的前端面出来。从前端面传播出的激光的第一部分直接入射在上部反射器上并且因而反射到成角度的侧面发射器上。从前端面传播出的激光的第二部分直接入射在成角度的侧面反射器上。成角度的侧面反射器将激光的入射的第一部分和第二部分反射到下部反射器上。下部反射器反射激光的第一部分和第二部分使其经过衍射透镜，衍射透镜在与衬底的上表面基本垂直的方向上引导激光。图I图示出根据本发明一示例性实施例的半导体激光器装置I的立体图。图2图示出沿着图I的线A-A’得到的图I所示的半导体激光器装置I的截面侧视图。如图I所示，在本发明的说明性或示例性实施例中，半导体激光器装置I包括η型金属触点层2、半导体衬底3、边缘发射激光器4、上部反射器5、未掺杂的或半绝缘的体半导体材料层6、成角度的侧面反射器7、衍射透镜8和ρ型金属触点9。构成半导体衬底3的材料例如可以是掺杂的磷化铟(InP)或者砷化镓(GaAs)。为了示例性的目的，将假定半导体衬底2由掺杂的InP构成。还将为了示例性的目的而假定体半导体材料层6包括未掺杂的或者半绝缘的InP，但是其他半导体材料也可用作层6。半导体激光器装置I通常包括其他材料层，如下面将参考图3Α-10更详细描述的。边缘发射激光器4通常是本领域已知的脊结构，例如背台脊结构。可用于形成这样的脊结构的方法在美国专利No. 7，539，228中详细讨论，该专利被转让给本申请的受让人并且通过引用整体结合于此。如在该专利中所公开的，可以利用该专利的背景技术中所描述的传统技术来蚀刻该脊结构，或者利用该专利的具体实施方式
中描述的技术来生长该脊结构。上部反射器5和成角度的侧面反射器7通常分别包括高度反射的(HR)涂层。可以利用任何合适的技术来形成衍射透镜8，例如通过使用电子束光刻和反应离子蚀刻将合适的由计算机生成的全息图案转移到半导体激光器装置I的上表面11中来形成。被称为印刻(imprinting)的工艺也可以用于该目的。下面参考图9更详细描述了形成衍射透镜8的处理。衬底3具有一般与半导体激光器装置I的上表面11平行的下表面12。在操作期间，边缘发射激光器4 一般沿着与分别由上表面11和下表面12限定的平面相平行的轴来发射激光束。激光器4具有包括激光器4的有源MQW区域4a的第一区段(区段I)和包括激光器4无源MQW区域4b的第二区段(区段2)。从有源MQW区域4a传出的激光束具有对于单横模激光器设计而言范围通常在大约I至2微米的斑点大小。从有源MQW区域4a发射出的激光束传播经过无源MQW区域4b，无源MQW区域4b对于激光器4的操作波长或者说激光发射波长而言是透明的。当激光束从无源MQ W区域4b传出时，该激光束由于以下事实而在某种程度上发散在无源区域4b中，在横穿方向(transversedirection)上而不是在横侧方向(lateral direction)上限制该束。如下面参考图5将会描述的，无源区域4b可以是通过已知的对头接合制造技术而生长的体四元层，而不是MQW层。然而，本申请中所用的短语“无源MQW区域”意图包括提供比有源MQW区域4a具有更低光致发光峰值的无源区域的MQW层和体四元层这二者。从无源MQW区域4b传出的束进入区段3，区段3是未掺杂的或者半绝缘的半导体材料层6。制作未掺杂的或者半绝缘的半导体材料的层6防止了在该层中发生光学吸收。根据该示例，层6包括InP。激光束还随着其在没有光学限制的区段3中的传播而进一步发散。当从无源MQW区域4b传播出的发散激光入射到上部反射器5时，其被上部反射器5反射到侧面反射器7上。成角度的侧面反射器7将入射到其上的激光引导至η型金属触点2上。η型金属触点2是高度反射的并且因此将入射到其上的激光朝着衍射透镜8反射。如上面指出的，衍射透镜8对激光进行校准并且在一般与半导体激光器装置I的上表面11垂直的方向上将其从装置I中引导出。因此，半导体激光器装置I在这里被称为“表面发射”。从衍射透镜8出来的束将具有对于与光纤(未示出)耦合而言最佳的形状和相位。图I和图2所示的半导体激光器装置I可以利用传统技术来制造。用于制造这种装置的说明性或示例性步骤在图3Α-10中图示出。然而，应当注意，图3Α-10所示步骤的顺序仅仅意图用于说明的目的。如本领域技术人员在考虑到这里提供的描述的情况下将会了解的，可以按任何其他合适的顺序来执行这些步骤。此外，本领域技术人员将会了解，还可以包括在制造这种装置时通常使用的类型的其他步骤。有源MQW区域4a和无源MQW区域4b可以利用各种已知工艺来形成。一种可以用于该目的的已知工艺被称为“混合”(intermixing)。另一种可以用于该目的的已知工艺被称为“选择性区域生长”或者“SAG”。图3A-3C是图示出通过使用混合来分别形成有源MQW区域4a和无源MQW区域4b的侧面剖视图。首先，在布置于平面InP衬底3 (图I和图2)上的缓冲层19上，通过金属有机化学气相沉积(MQCVD)分别生长MQW层21以及覆盖层22和触点层23，如图3A所示。MQW层21被设计为具有激光器4的希望发射波长(图I和图2)。然后，掩模25被置于触点层23之上以保护将要成为MQW层21的有源MQW区域4a(图I和图2)的部分使其免于随后的氩(Ar)离子植入处理。然后，执行Ar离子植入处理，在该处理期间，由箭头26代表的Ar离子经过未掩蔽的区域并且进入MQW层21以在MQW层21中创建缺陷，如图3B所示。然后执行快速热退火(RTA)处理(未示出)以使得MQW层21的阱和阻挡层中的原子在植入区域内“混合”。该退火处理使得无源MQW区域4b比有源MQW区域4a具有更低的光致发光峰值。另外，退火处理还去除了由于离子植入处理而在MQW层21中创建的缺陷。然后去除掩模25，如图3C所示。图4A示出图I所示的装置I的一部分在制造期间的顶视立体图。图4B示出沿着线B-B’得到的图4A所示的装置部分的侧面剖视图。根据图4A和图4B所图示的实施例，使用SAG工艺来分别形成有源MQW区域4a和无源MQW区域4b。如图4A所示，在生长之前，在覆盖层22上制造图案化的电介质掩模35。然后将未掩蔽的区域向下蚀刻(未示出)到衬底3。该蚀刻是通过插入蚀刻停止层(未示出)来控制的，蚀刻停止层通常是薄InGaAsP层。然后利用MOCVD在衬底3的图案化表面上生长缓冲层19和MQW层 21。由于图案的存在，与开放区域中相比，In和Ga原子在图案化区域中更加丰富，使得MQW层21在图案化区域中比在开放区域中具有更高的光致发光峰值。具有更高光致发光峰值的部分MQW层21构成有源MQW区域4a(图I和图2)，并且具有更低光致发光峰值的部分MQW层21构成无源MQff区域4b。图案化区域和开放区域的光致发光峰值之间的差异取决于各种工艺参数，例如掩模距离、掩模宽度和掩模形状。考虑到这里提供的描述，本领域技术人员将会了解可以调整这些和/或其他工艺参数来实现所希望的光致发光峰值的方式。通常，缓冲层19、MQW层21、覆盖层22和触点层23是利用SAG工艺生长的。然而，在分布式反馈(DFB)激光器的情况下，只有缓冲层19和MQW层21是利用SAG工艺生长的。在后一种情况中，为了获得图3C所示的装置，使用另外的MOCVD生长工艺来形成覆盖层22和触点层23。图5图示出在无源MQW区域4b被制造为体四元层40而非MQW层的对头接合制造处理期间，沿着线A-A’得到的图I所示的装置I的一部分的侧面剖视图。当使用混合技术(图3A-3C)或者SAG技术(图4A和图4B)时，以如下方式在没有界面的情况下生长MQW层的两种不同混合物区域4a包括被设计成发射主波长的有源MQW堆，并且区域4b包括具有更宽能隙并且对于发射波长而言是透明的无源MQW层。根据图5所示的实施例，区段4b利用已知的对头接合处理技术生长的体四元层40。区域4b的体四元层40比有源区域4a的MQW层21具有更低的光致发光峰值。使用该技术的一个缺点在于可能难以确保在含铝MQW层21与体四元层40之间存在没有缺陷的界面。如果这是无法确保的，则可能由于经过该界面的注入电流而存在可靠性问题。转让给本申请的受让人并且通过引用整体结合于此的美国专利No. 7，018，861公开了用于四元层的对头接合生长的详细方案。因此，为了简明起见，将不在此提供对该技术的详细讨论。在形成了有源MQW区域4a和无源MQW区域4b (图I和图2)之后，通过使用SAG工艺来形成区段3(图I中的层6)以生长InP层6，如现在将参考图6A-6C描述的。图6A-6C示出代表形成层6的处理的截面侧视图。参考图6A，通过传统的等离子增强CVD(PECVD)、光刻和蚀刻步骤来形成电介质掩模图案41。通过湿化学蚀刻而蚀刻掉在电介质掩模图案41之外的层部分，如图6B所示。然后通过使用SAG工艺来形成未掺杂的或者半绝缘的InP层6，如图6C所示。在形成InP层6之后，通过使用湿化学蚀刻工艺在层6中形成成角度的侧端面。图7示出代表在层6中形成一般为V形的凹槽55以创建成角度的侧端面6a的侧面剖视图。成角度的侧端面6a的角度取决于为了用在蚀刻处理中而选择的化学蚀刻方案。层6对于激光器4(图I和图2)的操作波长或者说激光发射波长而言是透明的。在该处理中的稍后时刻，将沿着虚线56所代表的区域或者锯断部分57来分离图7所示的装置。在形成了成角度的侧面反射器7之后，形成激光器4的前述脊结构，如现在将参考图8-10描述的。图8是说明脊结构的形成的顶视立体图。如图8所示，沉积电介质脊掩模图案61并将其限定为形成脊结构。为衍射透镜8预留的区域被脊掩模图案61覆盖。脊掩模图案61的一小部分在无源MQW区域4b上部分地延伸。通过使用选择性湿化学蚀刻工艺来蚀刻脊4c，以形成被设计来实现相对低的激光器串联电阻的背台形状，如图8所示。在MQW层21之上通常包括InGaAsP四元层(未示出)以用作蚀刻 停止物。将脊掩模图案61部分地在区段2 (无源MQW区域4b)上延伸保证了脊结构4c将延伸通过整个有源MQW区域4a，这又确保了注入电流将经过整个区段I (有源MQW区域4a)。该特征帮助确保了将不存在由于有源MQW层21中的未注入区域而引起的光学损失。同时，因为有源MQW区域4a通过无源MQW区域4b与区段3隔开，所以电流将不会经过有源MQW区域4a与再生长的体层6之间的界面，这消除了再生长界面中的缺陷可能降低性能的可能性。该后一特征提高了半导体激光器装置I的可靠性。另外，以上述方式将脊结构4c部分地延伸到无源MQW区域4b中还使得装置I比其他情况更易于制造。如上面针对美国专利No. 7，450，621所指出的，背台脊结构通常是通过将InP层选择性地向下蚀刻到InGaAsP蚀刻停止层来实现的。从工艺的立场来看，使用光刻和湿化学蚀刻技术来实现在有源MQW区域与体半导体材料之间的界面处准确地结束的背台脊结构可能是困难的。因为根据本发明，该界面被去除并且脊结构4c延伸到无源MQW区域4b中，所以脊结构4c的末端不必与有源MQW区域4a的末端准确对准，这使得能够以更闻成品率更容易地制造装置I。图9是说明在区段3中(即，在层6的上表面上)形成衍射透镜8的顶视立体图。用光刻胶或电介质掩模71覆盖区段I中的激光器结构。在沉积了掩模71之后，通常通过使用多次电子束光刻和干蚀刻处理，在层6的上表面上制造衍射透镜8。然而应当注意，也可以使用“印刻”技术来创建衍射透镜8。当使用印刻技术时，在玻璃上制造“主”掩模，并且将主掩模上的图案通过印刻转移到光刻胶上。然后通过RIE来蚀刻印刻后的光刻胶，以将图案从印刻后的光刻胶转移到InP层6。图10是说明形成图I所示的完成的半导体激光器装置I所采取的最后步骤的顶视立体图。在形成了衍射透镜8之后，去除掩模71 (图9)并且引用HR涂层以分别形成上部反射器5和侧面反射器7。然后，形成ρ型金属触点9。然后将晶片打薄并且执行金属蒸镀以形成η型金属触点2。应当注意，可以按任何希望的位置和相对于彼此的朝向来形成上述元件。还应当注意，为了展示本发明的原理和概念的目的并且为了提供可以实现本发明的方式的一个或多个示例，参考一个或多个说明性实施例描述了本发明。例如，激光器4可以具有脊结构或者埋入结构(直的或者倾斜的)，并且可以具有各种电触点配置。此外，激光器4可以是任意种类的半导体激光器，包括法布里-珀罗(FP)激光器、DFB激光器或者电吸收调制器激光器(EML)。此外，激光器4不限于在InP衬底上制造。例如，诸如GaAs衬底之类的其他衬底也适用于该目的。为了描述本发明的原理和概念的目的，参考数个说明性或示例性实施例描述了本发明。然而，如本领域技术人员考虑到这里提供的描述将会了解的，本发明不限于这些实施例。例如，虽然装置I的衬底3和其他的层被描述为使用InP，但是装置I的衬底3和其他的层可以包括任何合适的材料，例如GaAs、铝镓(AlGa)、砷化铝镓铟(AlGaInAs)等等。另夕卜，各种其他金属配置可以分别用于η型金属触点2和ρ型金属触点9。此外，激光器操作可以执行单横模操作或多模操作，或者纵向上单模的操作。此外，装置I可以包括其他集成操作装置(例如，调制器、放大器。波导等等)的组合。本领域技术人员将会了解，可以对这里描述的实施例作出各种修改，并且本发明意图覆盖所有这 样的修改和变体。
权利要求
1.一种表面发射半导体激光器装置，包括 具有上表面和下表面的半导体衬底； 布置在所述半导体衬底的上表面上的多个半导体层，所述多个半导体层包括最上层、最下层以及在所述最上层与最下层之间的一个或多个层； 形成在所述多个半导体层的一个或多个层中的边缘发射激光器，该激光器包括具有第一末端和和第二末端的有源多量子阱(MQW)区域和具有第一末端和第二末端的无源区域，所述有源MQW区域的第二末端与所述无源区域的第一末端相接，所述激光器具有与所述有源MQW区域的第一末端相对应的后端面和与所述无源区域的第二末端相对应的前端面，其中，如果所述激光器被激活，则在所述有源MQW区域中产生的激光沿着激光器的与所述衬底的上表面和下表面基本平行的光轴传播经过所述有源MQW区域，从所述有源MQW区域的第二末端出来，进入所述无源区域的第一末端，经过所述无源区域，并且从所述激光器的前端面出来，所述激光在从所述前端面传播出来时发散； 上部反射器，布置在所述多个半导体层的最上层上或者该层附近，并且在所述激光器的前端面上方； 成角度的侧面反射器，布置在形成于所述多个半导体层的一个或多个层中的成角度的侧端面上； 下部反射器，布置在所述半导体衬底的下表面上或者该表面附近；以及 衍射透镜，布置在所述一个或多个半导体层的至少最上层中，并且其中，所述激光器、所述成角度的侧面反射器、所述上部反射器、所述下部反射器和所述衍射透镜相对于彼此的朝向被设置为使得从所述前端面传播出的激光的第一部分直接入射在所述上部反射器上并从而反射到所述成角度的侧面发射器上，并且使得从所述前端面传播出的激光的第二部分直接入射在所述成角度的侧面反射器上，其中，所述成角度的侧面反射器将所入射的激光的第一部分和第二部分反射到所述下部反射器上，并且其中，所述下部反射器反射激光的所述第一部分和所述第二部分使其经过所述衍射透镜，所述衍射透镜在与所述衬底的上表面基本垂直的方向上引导所述激光。
2.如权利要求I所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述有源MQW区域和所述无源区域分别具有第一光致发光峰值和第二光致发光峰值，所述第二光致发光峰值低于所述第一光致发光峰值。
3.如权利要求2所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述无源区域包括MQW层。
4.如权利要求2所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述无源区域包括体四元层。
5.如权利要求I所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述边缘发射激光器包括脊结构。
6.如权利要求5所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述脊结构与所述激光器的光轴平行地从至少所述有源MQW区域的第一末端分别经过所述有源MQW区域的第二末端和无源MQW区域的第一末端而延伸。
7.如权利要求I所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述边缘发射激光器是法布里-珀罗(F-P)激光器。
8.如权利要求I所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述边缘发射激光器包括形成在所述多个半导体层的一个或多个层中的埋入衍射光栅。
9.如权利要求I所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述边缘发射激光器是分布式反馈(DFB)激光器。
10.如权利要求I所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述边缘发射激光器是电吸收调制器激光器(EML)。
11.如权利要求I所述的表面发射半导体激光器装置，其中，所述下部反射器是布置在所述衬底的下表面上的金属触点层。
12.一种制造表面发射半导体激光器装置的方法，该方法包括 在衬底上沉积或者生长至少包括最下层和最上层的多个半导体层，其中，所述最下层布置在所述衬底的上表面上； 在所述多个半导体层的一个或多个层中形成边缘发射激光器，该激光器用于产生具有激光发射波长的激光，该激光器具有有源多量子阱(MQW)区域和无源区域，所述有源MQW区域和所述无源区域各自具有第一末端和第二末端，所述有源MQW区域的第二末端与所述无源区域的第一末端相接，所述激光器具有与所述有源MQW区域的第一末端相对应的后端面和与所述无源区域的第二末端相对应的前端面，其中，如果所述激光器被激活，则由所述激光器产生的激光通过所述第二末端面从所述激光器传出； 在所述多个半导体层的最上层上或者该层附近并且所述激光器的前端面上方处形成上部反射器； 在形成于所述多个半导体层的一个或多个层中的成角度的侧端面上形成成角度的侧面反射器； 在所述半导体衬底的下表面上或者该表面附近形成下部反射器；以及 在所述一个或多个半导体层的至少最上层中形成衍射透镜。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述有源MQW区域和所述无源区域具有第一光致发光峰值和第二光致发光峰值，所述第二光致发光峰值低于所述第一光致发光峰值。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述无源区域包括MQW层。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述无源区域包括体四元层。
16.如权利要求13所述的方法，其中，形成所述边缘发射激光器包括形成脊结构。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述脊结构被形成为与所述激光器的光轴平行地从至少所述有源MQW区域的第一末端分别经过所述有源MQW区域的第二末端和无源MQW区域的第一末端而延伸。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述边缘发射激光器是法布里-珀罗(F-P)激光器。
19.如权利要求12所述的方法，其中，所述边缘发射激光器包括形成在所述多个半导体层的一个或多个层中的埋入衍射光栅。
20.如权利要求12所述的方法，其中，所述边缘发射激光器是分布式反馈(DFB)激光器。
21.如权利要求12所述的方法，其中，所述边缘发射激光器是电吸收调制器激光器(EML) ο
22.如权利要求12所述的方法，其中，所述下部反射器是布置在所述衬底的下表面上的金 属触点层。
全文摘要
本发明涉及表面发射半导体激光器装置及制造该装置的方法。提供了一种表面发射半导体激光器装置，其包括与各种反射器和衍射透镜集成在半导体材料中的边缘发射激光器。边缘发射激光器具有包括有源MQW区域的第一区段、包括无源区域的第二区段和包括半绝缘或未掺杂的半导体体层的第三区段。该配置确保注入电流将会流经有源区域的所有层，从而防止由于MQW有源区域的未注入区域而发生光学损失。另外，包括无源区域确保了没有电流流经有源MQW区域与再生长的半导体体层之间的界面。后一特征提高了性能和装置可靠性。
文档编号H01S5/18GK102769252SQ201210140060
公开日2012年11月7日 申请日期2012年5月3日 优先权日2011年5月3日
发明者方瑞雨, 盖德·艾伯特·罗格若, 路易吉·塔隆 申请人:安华高科技光纤Ip(新加坡)私人有限公司