少模面發(fā)射激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及少模面發(fā)射激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]在即將到來的信息時(shí)代中，集成電路特征尺寸按比例縮小產(chǎn)生了很大的困難。在電互聯(lián)發(fā)展遇到瓶頸的情況下，光互連一直是研究的熱點(diǎn)。而低成本、高性能的光源在系統(tǒng)中的地位越來越突出并且愈加受到重視。面發(fā)射激光器作為半導(dǎo)體激光技術(shù)中的新型器件，相比較其他類型的激光器，主要優(yōu)勢(shì)有:(1)面發(fā)射激光器的輸出孔徑比其他類型激光器更大而且為圓形，并且發(fā)散角度較小，所以面發(fā)射激光器和光波導(dǎo)以及其他光學(xué)元件的耦合效率較高；(2)高松弛震蕩頻率，高帶寬可作為高速傳輸器件的光源。(3)諧振腔體積小，腔長較短，可以低閾值激射；(4)由于高量子效率，可以減少器件內(nèi)非光學(xué)損耗，可以預(yù)計(jì)將有較高的器件壽命；(5)由于容易集成等特性，面發(fā)射激光器是構(gòu)成二維半導(dǎo)體陣列最有競爭力的光源；(6)面發(fā)射激光器在工藝完成之前就可以對(duì)芯片進(jìn)行提前測(cè)試，提高成品率，減少制造成本。垂直腔面發(fā)射激光器的出現(xiàn)正引發(fā)了半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，因而在多通道高速光通迅、光學(xué)信號(hào)處理、高密度光存儲(chǔ)、光互連及光學(xué)讀寫等方面有重要應(yīng)用價(jià)值。
[0003]同時(shí)，隨著以個(gè)人移動(dòng)和固定寬帶為代表的通信業(yè)務(wù)的不斷普及，互聯(lián)網(wǎng)和大型數(shù)據(jù)中心為代表的IT業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，使得當(dāng)前信息化社會(huì)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求達(dá)到了前所未有的高度。由于單模光纖自身固有的非線性效應(yīng)限制，以現(xiàn)在的趨勢(shì)發(fā)展下去，單模光纖可能在未來不遠(yuǎn)的時(shí)間達(dá)到可以預(yù)見的“帶寬耗盡”，因此研究者們將目光轉(zhuǎn)移到了模式復(fù)用來開辟新的自由度，解決單模光纖日益緊張的帶寬資源和即將來到的“帶寬瓶頸”。少模光纖的模式復(fù)用就是在這種大背景下應(yīng)運(yùn)而生的。
[0004]基于少模光纖的模式復(fù)用，是指利用少模光纖中有限的正交模式作為獨(dú)立信道進(jìn)行信息傳送，以成倍的提升系統(tǒng)傳輸容量。少模光纖采用光纖中的不同模式，做為新的自由度加以利用，成功地提高了系統(tǒng)的頻譜效率；由于少模光纖的模式具有比較大的模場(chǎng)面積，因此其非線性容限也很高，這樣既提高了光傳輸系統(tǒng)的容量，又避免了非線性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的干擾。因此采用少模光纖中有限的、穩(wěn)定的模式作為獨(dú)立信道進(jìn)行模式復(fù)用，可以極大提高系統(tǒng)容量，解決未來單模光纖的帶寬危機(jī)。
[0005]由于面發(fā)射激光器單縱模，多橫模，閾值電流低，可二維集成等優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)模式復(fù)用技術(shù)的少模光纖，本發(fā)明公開了一種少模的面發(fā)射激光器。采用多個(gè)透明電極，通過離子注入限制區(qū)的限制作用，使不同電極注入的載流子注入到面發(fā)射激光器有源區(qū)對(duì)應(yīng)的橫模模式處，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器不同橫模的分別調(diào)制。
[0006]同時(shí)針對(duì)多維復(fù)用技術(shù)的光通信網(wǎng)絡(luò)，以現(xiàn)有的多芯少模光纖為參考，開發(fā)出少模面發(fā)射激光器陣列。該少模面發(fā)射激光器陣列可與多芯少模光纖耦合，實(shí)現(xiàn)多模式復(fù)用，來滿足多維復(fù)用技術(shù)光通信系統(tǒng)的要求，解決現(xiàn)有光通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的巨大壓力，突破當(dāng)前傳送網(wǎng)絡(luò)的容量瓶頸，節(jié)能友好地建設(shè)國家寬帶網(wǎng)絡(luò)，為下一代大容量光纖通信提供技術(shù)支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一)要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明的主要目的在于提供一種少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)及其陣列，可與少模光纖及多芯少模光纖實(shí)現(xiàn)耦合，應(yīng)用于多維復(fù)用光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，大大提高通信系統(tǒng)的傳輸容量。
[0009](二)技術(shù)方案
[0010]根據(jù)本發(fā)明提出的少模面發(fā)射激光器，其包括:襯底，該襯底用于在其上生長激光器各外延層材料;η型分布布拉格反射器DBR，該η型DBR制作在襯底上;η型限制層，該η型限制層制作在η型DBR上;有源層，該有源層制作在η型限制層上;ρ型限制層，該ρ型限制層制作在有源區(qū)上;Ρ型DBR，該ρ型DBR制作在ρ型限制層上；離子注入?yún)^(qū)，該離子注入?yún)^(qū)注入在ρ型DBR以及ρ型限制層特定的區(qū)域中，并與有源區(qū)保持一定的距離，對(duì)注入載流子進(jìn)行限制作用;Ρ面電極，該Ρ面電極制作在Ρ型DBR上，包含三個(gè)透明電極，不同電極用來調(diào)制不同的橫模模式;η面電極，該η面電極制作在襯底的下面。
[0011](三)有益效果
[0012]本發(fā)明具有以下有益效果:1)本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，采用三個(gè)透明頂電極，利用離子注入限制區(qū)對(duì)各個(gè)電極注入的載流子進(jìn)行隔離，從而使各個(gè)電極注入載流子到有源區(qū)對(duì)應(yīng)的模式處，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光器不同模式的分別調(diào)制；2)本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，選擇有源區(qū)材料不同可實(shí)現(xiàn)不同波長激光的激射和調(diào)制，尤其對(duì)1.55μπι波長的激光，可采用GaAs基DBR與InP基有源區(qū)諧振器鍵合技術(shù)，以及離子注入限制載流子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該波長激光的穩(wěn)定激射及調(diào)制；3)本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，通過優(yōu)化各個(gè)電極的位置以及注入孔徑，使各個(gè)模式能夠穩(wěn)定，均衡輸出，從而在光通信系統(tǒng)中，保證各個(gè)模式功率均衡，減少誤差。4)本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，可做成與少模光纖或多芯少模光纖耦合的少模面發(fā)射激光器或少模面發(fā)射激光器陣列，應(yīng)用于多維光通信網(wǎng)絡(luò)中，能夠大大提高通信系統(tǒng)的傳輸容量。5)本發(fā)明提供的少模面發(fā)射激光器，采用離子注入技術(shù)，制作工藝簡單，成本較低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和市場(chǎng)應(yīng)用。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明中少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明中ρ面電極及有源區(qū)上部離子注入?yún)^(qū)分布頂視圖；
[0015]圖3是本發(fā)明中少模面發(fā)射激光器陣列示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]圖1是本發(fā)明中少模面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，該激光器包括:襯底102，該襯底用于在其上生長激光器各外延層材料;η型分布布拉格反射器(DBR)103，該η型DBR103制作在襯底102上;η型限制層104，該η型限制層104制作在η型DBR103上;有源層105，該有源層105制作在η型限制層104上;ρ型限制層106，該ρ型限制層106制作在有源區(qū)105上；ρ型DBR107，該ρ型DBR107制作在ρ型限制層106上；離子注入?yún)^(qū)108，該離子注入?yún)^(qū)108注入在ρ型DBR107以及ρ型限制層106特定的區(qū)域中，并與有源區(qū)105保持一定的距離，對(duì)注入載流子進(jìn)行限制作用;Ρ面電極109，該ρ面電極109制作在ρ型DBR107上，包含三個(gè)透明電極，不同電極用來調(diào)制不同的橫模模式;η面電極101，該η面電極101制作在襯底102的下面。
[0018]襯底材料一般為GaAs材料。DBR的材料一般為重復(fù)交替生長的GaAs/AlGaAs材料，DBR為重復(fù)交替地堆疊的具有不同折射率的兩種半導(dǎo)體層，每個(gè)半導(dǎo)體層的光學(xué)厚度為該激光器發(fā)射波長的四分之一，每個(gè)DBR—般包含20-40對(duì)不摻雜的GaAs/AlGaAs半導(dǎo)體層。根據(jù)有源區(qū)材料的不同，勢(shì)皇限制層可選擇的材料有:AlGaAs材料，InAlAs材料，InGaAsP材料等，兩勢(shì)皇限制層具有較大的厚度，能夠?qū)⑤d流子限制在量子阱中。本發(fā)明的少模面發(fā)射激光器發(fā)射激光器根據(jù)激光波長的不同有源區(qū)可選擇的材料有:InGaAlAs材料，InGaAsP材料或AlGaAs材料等。有源區(qū)包括多層重復(fù)交替生長的有源區(qū)材料構(gòu)成多對(duì)量子阱。頂部具有三個(gè)電極，其位置分別對(duì)應(yīng)激光器有源區(qū)的三個(gè)不同橫模模式，不同電極注入載流子到有源區(qū)相應(yīng)的橫模模式處，實(shí)現(xiàn)不同電極對(duì)不同模式的調(diào)制作用，三個(gè)電極分別調(diào)制面發(fā)射激光器的橫模LPQ1模以及兩個(gè)簡并的LPn模，頂部的三個(gè)電極為透明電極，能夠使不同模式的激光順利射出。
[0019]本發(fā)明通過離子注入技術(shù)將離子注入到特定的區(qū)域