紧凑芯片中的长半导体激光腔制造技术

紧凑芯片中的长半导体激光腔。通过使用由蚀刻面形成的全内反射(TIR)表面，长半导体激光器腔体被放置在相对较短长度的芯片里。在一个实施例中，通过使用成三个45度角的TIR表面来连接界定激光腔的四段脊波导或掩埋异质结构(BH)波导，沿着矩形半导体芯片的周边边界形成激光腔。在其他实施例中，甚至使用更多TIR表面和波导段或节段，制造矩形或四边形螺旋结构形状的更长的激光腔。这些结构被限制在邻近波导部分的间隙中，如果其中间隙太小，会引起节段之间的不被期望的耦合。但是，使用邻近部分之间的蚀刻凹槽已被证明可减少这种耦合效应。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年10月25日、申请号为“201180047881.7”、专利技术名称为“紧凑芯片中的长半导体激光腔”的专利技术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。专利技术背景1、本专利技术的领域本专利技术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专利技术中作为参考。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2000μm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。使用全内反射(TIR)表面的前期工作包括以下内容：“RectangularandL-shapedGaAs-AlGaAslaserswithveryhighqualityetchedfacets”，AppliedPhysicsletters，第54卷，第493页，使用了45°TIR蚀刻面来展示宽域L型激光器；“Continous-waveoperationandmirrorlossofaU-shapedGaAs/AlGaAslaserdiodewithtwototallyrefectingmirrors”，AppliedPhysicsletters，第56卷，第1617页，描述了具有两个TIR蚀刻面的宽域激光器，使用了被切割的前后腔面；“CWoperationoffolded-cavitysemiconductorlaserswithetchedturningmirros”，ElectronicLetters，第28卷，第21页，描述了使用具有切割的后腔面的80和5μm脊宽的脊形激光器的折叠空腔；“PrecisedeterminationofturningmirrorlossusingGaAs/AlGaAslaserswithuptoten90°intracavityturningmirrors”，IEEEPhotonicsTechnologyLetters，第4卷，第24页，利用了具有切割的前后腔面的10μm脊宽的宽脊激光器。市场不断要求对给定的晶片增加芯片数量用于各种高功率应用，如DVD和蓝光读/写系统。
技术实现思路
根据本专利技术，通过使用由蚀刻腔面形成的全内反射(TIR)表面，大半导体激光腔被放置在相对较短长度的芯片里。在一个实施例中，通过使用三个45度角TIR表面以连接界定激光腔的脊形或掩埋异质结构(BH)波导的四段，沿着矩形半导体芯片的周边边界形成了激光腔。在其他实施例中，甚至使用更多的TIR腔面和波导段或节段以制造甚至更长的矩形或四边螺旋结构形状的激光腔。这些结构首先被限制在相邻波导区间隔中，如果其中间隙过小，可能导致波导区间不被期望的耦合。但是，使用相邻节段之间的蚀刻凹槽已经被证明可减少这种耦合效应。在螺旋结构空腔的第二个限制是，螺旋中心区域中开口区域的尺寸必须考虑最小接合焊盘直径或宽度(如50μm)。但是，如果结合焊盘放置在至少一部分激光腔上，就可以消除开口区域的需求。附图简述从本专利技术的下列详细描述结合以下被简要描述的附图，本领域技术人员可以清地理解本专利技术的上述及其他目的、特征和优点。图1是来自美国专利申请2006/0274802的图，说明了用于CD和DVD应用的脊型半导体激光器所需的空腔长度。图2A至2D示出了被安装在芯片内的2000μm长蚀刻腔面脊型波导激光腔，全部为250μm宽，使用：(a)没有全内反射(TIR)腔面，导致芯片长度为2010μm；(b)四个TIR腔面，导致芯片长度为585μm；(c)八个TIR腔面，导致芯片长度为325μm；(d)12个TIR腔面，导致芯片长度为240μm。图3示出了具有使用围绕在芯片的外围的45°入射角TIR腔面的激光腔的芯片，使得光线在每个TIR腔面反射后，经历90°角的改变。图4A至4C示出了脊-脊(RR)间隔，空腔长度，和接合焊盘宽度或直径效果的实例，而芯片长度和宽度分别保持恒定于300μm和250μm，TIR腔面的数量保持恒定于8个，并且在后腔面存在恒定的50μm缝隙，图4D是组合图表，说明了RR间隔，空腔长度，接合焊盘宽度之间的关系。图5A至5C示出了当RR间隔保持恒定于16μm，接合焊盘直径保持恒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体芯片，包括：具有限定了所述芯片的长度的长度的基底；在所述基底上的第一外延激光器结构；由波导在所述第一外延激光器结构中形成的第一激光腔；所述波导选自包括脊波导和掩埋异质结构(BH)波导的组；所述腔具有大于所述芯片长度的长度；所述腔具有被蚀刻的前输出腔面和被蚀刻的后腔面；以及其中所述腔的至少一部分是沿着所述芯片的外围周边形成的。

【技术特征摘要】
2010.10.25 US 61/406,5291.一种半导体芯片，包括：
具有限定了所述芯片的长度的长度的基底；
在所述基底上的第一外延激光器结构；
由波导在所述第一外延激光器结构中形成的第一激光腔；所述波导选自包括脊波导和掩埋异质结构(BH)波导的组；
所述腔具有大于所述芯片长度的长度；
所述腔具有被蚀刻的前输出腔面和被蚀刻的后腔面；以及
其中所述腔的至少一部分是沿着所述芯片的外围周边形成的。
2.如权利要求1所述的半导体芯片，其中所述波导与芯片边沿间隔预定的距离。
3.如权利要求1所述的半导体芯片，其中所述腔包括多个段，并且所述被蚀刻的后腔面位于距离所述腔的不同的段中的波导的预定距离处，而且该不同的段不是在后腔面的端部的段。
4.如权利要求1所述的半导体芯片，其中选择所述腔长度以允许接合焊盘的直径在预定值之上。
5.如权利要求3所述的半导体芯片，其中所述预定距离超过50μm。
6.如权利要求1所述的半导体芯片，其中所述被蚀刻的前腔面相对于所述基底呈45±1°角。
7.如权利要求1所述的半导体芯片，其中所述被蚀刻的前腔面相对于所述基底呈90±1°角。
8.如权利要求1所述的半导体芯片，其中所述波导包括多个段以及所述腔包括连接所述段的一个或多个全内反射(TIR)蚀刻腔面。
9.如权利要求8所述的半导体芯片，其中每一个所述TIR蚀刻腔面与所述波导的对应一对段的角度为45°，所述TIR蚀刻腔面连接所述波导的对应一对段。
10.一种半导体芯片，包括：
具有限定了所述芯片的长度的长度的基底；
在所述基底上的第一外延激光器结构；
在所述基底上由波导在第一外延激光器结构中形成的第一激光腔；所述波导选自包括脊波导和掩埋异质结构(BH)波导的组；
其中所述腔具有大于所述芯片长度的长度，由所述波导的至少5个段形成并且包含至少4个全内反射(TIR)蚀刻腔面，每一个所述TIR蚀刻腔面与所述波导的对应一对段的角度为45°；其中所述波导的至少2个段彼此相邻并且所述相邻段之间的距离超过预定值；以及
所述腔具有被蚀刻的前输出腔面和被蚀刻的后腔面。
11.一种半导体芯片，包括：
具有限定了所述芯片的长度的长度的基底；
在所述基底上的第一外延激光器结构；其中所述外延结构是InAlGaN，该InAlGaN包括高缺陷密度区和低缺陷密度区，并且其中所述腔被包含在所述低缺陷密度区之内；
由...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·贝法尔，C·斯塔盖瑞斯库，
申请(专利权)人：宾奥普迪克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US