[发明专利]表面发射半导体激光器装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体激光器装置，尤其涉及一种表面发射半导体激光器装置，在该装置中，边缘发射激光器与衍射或折射透镜一起集成在同一芯片上。

背景技术

半导体激光器通常被用在用于电信和数据通信网络的光学收发器中。用在这种光学收发器中的激光器通常是边缘发射型激光器。因为激光器发射的激光不是经聚焦或准直的，即，它在传播中会发散成圆锥形，所以光学收发器的边缘发射激光器通常由非球面透镜或其他分立光学元件耦合到光纤。虽然使用透镜将边缘发射激光器与光纤耦合在光学收发器中工作的相当的好，但还是希望能够通过使得收发器组成部分和在它们之间实现光学准直的伴随步骤的数目最小化来改善收发器的制造经济性。

用于光学收发器的边缘发射激光器在半导体晶片上使用标准光刻法和外延法制造，被切片为芯片，并且每个芯片的部分被涂上反射性和抗反射性涂层。成品芯片可以之后被测试。期望将制造步骤的数目最小化以及增强易测性。

已经提出了在相同芯片上结合衍射透镜和边缘发射激光器。例如，授权给Lo等人的美国专利No.6,459,716公开了一个装置，其中由边缘发射激光器产生的边缘发射光束被倾斜平面朝向较低反射性表面反射，该较低的反射性表面与光束发射方向以及芯片表面相平行，该较低的反射性表面转而沿着大致与芯片平面垂直的方向朝上反射光束。被朝上反射的光束之后穿过在芯片平面上的材料中所形成的衍射透镜而发射。与包括分离的透镜的收发器相比，具有这种装置的收发器可以被更经济地制造出来。然而，由于包括了将来自激光器的光束朝向倾斜平面引导的波导，该装置不能被直接制造出来。并且，装置的几何形状可能使其光学特性对镜片厚度的误差变得敏感。

垂直腔表面发射激光器(VCSEL)经常被终端用户所喜爱，这是由于它们在不需要提供光束形状校正的情况下与光纤高的结合效率，并因此降低了检测包装成本。然而，在对于特别高速的操作制造VCSEL时，仍然存在关于单模式输出控制的问题。

在工业界，已经努力将边缘发射装置转换为垂直发射装置。例如，美国专利No.7,245,645B2公开了以45°角蚀刻激光器面中的一者或两者，从而形成竖直地反射激光束的45°反射镜。然而，在这个方法中，45°反射镜是在激光器腔内部的。美国专利5,671,243公开了使用在激光器腔外部的传统90°激光器面，但是在同一芯片内，存在将光束转向表面方向的反射镜。然而，在激光器腔内或激光器腔外包括的蚀刻反射镜要求在制造过程中执行高质量的面蚀刻。尤其是当在高操作功率下实施干法蚀刻时，由于在干法蚀刻过程中可能发生面损伤，执行高质量蚀刻出现很重要的可靠性问题。

授权给本申请的受让人的美国专利No.7,450,621公开了克服了很多上述困难的解决方法。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集成在相同芯片上。该衍射透镜与边缘发射激光器一体地集成在磷化铟(InP)衬底材料上。把衍射透镜一体地集成在集成了边缘发射激光器的相同芯片上需要实施多重电子束光刻(EBL)曝光和干法蚀刻过程，这增加了装置的制造成本。

需要提供一种把边缘发射激光器与衍射或折射透镜集成的半导体装置，并且制造过程也很经济。

发明内容

本发明涉及边缘发射半导体激光器装置和用于制造该装置的方法。

本发明涉及表面发射半导体激光器装置以及制造该装置的方法。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；形成在半导体层中用于产生具有激光发射波长的激光的边缘发射激光器；形成在多个半导体层中的沟道；布置在沟道中的聚合物材料；位于聚合物材料的上表面内或之上的折射或衍射透镜；位于聚合物材料的大致面向激光器的第二端面倾斜侧面上的侧反射器；以及位于衬底的上表面上的下反射器，该衬底的上表面大致位于聚合物材料的下表面下方并且大致面向聚合物材料的上表面。

在激光器工作期间，通过激光器的第二端面穿出的激光的一部分传递通过聚合物材料并且由侧反射器沿着大致朝向下反射器的方向反射。被反射的激光的至少一部分入射到下反射器上并且由下反射器沿着大致朝向折射或衍射透镜的方向再次反射。折射或衍射透镜接收被再次反射的激光的一部分并且使得所接收的部分被沿着衬底的上表面大致法向的方向引导到表面反射半导体激光器装置之外。