專利名稱：高功率半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光二極管，尤其涉及基于AlGaAs的高輸出功率激光二極管。所述激光二極管通常用于光電器件中，在光通信領(lǐng)域中經(jīng)常用作光纖放大器(例如摻鉺光纖放大器)的所謂泵浦激光器。脊形波導(dǎo)激光二極管特別適于提供希望的在給定頻帶中具有穩(wěn)定光輸出功率的窄帶寬光輻射。顯然，所述激光二極管的輸出功率和穩(wěn)定性引起了人們的極大興趣。本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的激光二極管，其改進(jìn)特別涉及脊形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)；同時(shí)本發(fā)明還涉及這種激光二極管的制造方法。
背景技術(shù)：
上述類(lèi)型的半導(dǎo)體激光二極管已成為光通信技術(shù)中重要的部件，這特別是因?yàn)檫@種激光器可用于通過(guò)光學(xué)手段即時(shí)放大光信號(hào)。這就允許設(shè)計(jì)出純光纖通信系統(tǒng)，避免待傳輸信號(hào)的任何復(fù)雜轉(zhuǎn)化，從而提高該系統(tǒng)內(nèi)的傳輸速度和可靠性。
在一種光纖通信系統(tǒng)中，激光二極管用于泵浦摻鉺光纖放大器，即所謂的EDFA，這已經(jīng)在本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的各種專利文獻(xiàn)和出版物上進(jìn)行了描述。具有一定技術(shù)意義的例子是功率輸出為150mW或者更大的脊形波導(dǎo)激光二極管，其波長(zhǎng)匹配鉺吸收譜線，因而能實(shí)現(xiàn)低噪音放大。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾種激光二極管可以很好的達(dá)成此目的并已在現(xiàn)今大量使用。然而，所述發(fā)明不限于這種激光二極管，而可應(yīng)用于任何脊形波導(dǎo)激光二極管。
通常，用于光纖放大器用途的激光二極管泵浦源以有效耦合到單模光纖中的單一橫向模式運(yùn)行，并且大部分是多重縱模激光器，即法布里—珀羅激光器。對(duì)應(yīng)于鉺吸收波長(zhǎng)，通常用于鉺放大器的主要有兩種類(lèi)型1480nm時(shí)的InGaAsP；大約980nm時(shí)的應(yīng)變量子阱InGaAs/AlGaAs激光二極管。
上述類(lèi)型的半導(dǎo)體激光二極管有很多問(wèn)題。相當(dāng)重要的一個(gè)問(wèn)題是隨著橫向和縱向單模半導(dǎo)體激光二極管的光輸出工作功率的提高，最大可用光輸出功率受到了限制。認(rèn)為這是由于多種原因引起的
●由于零階模和更高階模的相干耦合而引起的受限制的線性功率。
●由于電阻發(fā)熱而引起的熱翻轉(zhuǎn)，即光輸出功率效率的減低。過(guò)度的發(fā)熱導(dǎo)致急劇增加的載流子泄漏至激光二極管的異質(zhì)勢(shì)壘上。因此，光輸出功率隨著溫度升高而降低。
●災(zāi)難性的光學(xué)反射鏡毀損，所謂的COD。
這些限制/毀損似乎在一定的功率電平時(shí)發(fā)生并被認(rèn)為是由對(duì)波導(dǎo)等施加的增加的熱量以及光電影響導(dǎo)致的，例如，因?yàn)閚取決于自由載流子密度Ne.p以及溫度Tn＝n(Ne，Np，T)，所以空間燒孔和電阻發(fā)熱能導(dǎo)致局部增加的折射率。在邊緣發(fā)射單模波導(dǎo)激光二極管中，光強(qiáng)度典型地朝向前小平面增加。通常，因?yàn)榉瓷溏R涂層，后者的反射率與后小平面相比是減低的前小平面的涂層的反射率在0.1％和10％之間，而后小平面的涂層的反射率在70％和100％之間。
因此，必須尋求防止上述毀損并且克服限制的方法。Lang等人的美國(guó)專利US6014396描述了一種提高半導(dǎo)體激光二極管的光輸出功率的嘗試。Lang等人披露了如何朝向前小平面和后小平面略微變寬脊形波導(dǎo)部分以達(dá)到相同的孔徑。據(jù)報(bào)道，這與標(biāo)準(zhǔn)的窄帶器件相比減少了串聯(lián)電阻。另外，提高了橫向增益范圍，其中由于前后反射鏡的不對(duì)稱反射鏡涂層而提高了功率密度。據(jù)報(bào)道，空間燒孔的影響與標(biāo)準(zhǔn)窄帶脊形波導(dǎo)相比是減小的。
然而，從整體上看，Lang等人提出的設(shè)計(jì)方案對(duì)于諸如激光二極管的脊形波導(dǎo)來(lái)說(shuō)是不盡人意的。盡管Lang等人提出了將脊形波導(dǎo)變寬到20-50μm，但是發(fā)現(xiàn)就運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的橫向單模運(yùn)行而言，寬度大于6-7μm的標(biāo)準(zhǔn)單模激光器是不穩(wěn)定的，尤其是當(dāng)引入光反饋，即利用光纖布拉格柵格(FBG)時(shí)。并且，Lang等人還提出利用不同的小平面橫截面或孔徑。這需要一種制造方法，由此將激光二極管對(duì)稱地成對(duì)置于晶片上。換言之，當(dāng)脊形波導(dǎo)的后面部分是直的，而前面部分是向外展開(kāi)的時(shí)，該制造方法的二極管片圖案被設(shè)計(jì)成相鄰的激光二極管面對(duì)面地設(shè)置。然而這種設(shè)置會(huì)導(dǎo)致二極管片處理、激光二極管特性和可靠性上的問(wèn)題，因此相當(dāng)麻煩。很明顯，到目前為了實(shí)現(xiàn)諸如激光二極管的脊形波導(dǎo)，優(yōu)選的方法是將所有激光二極管定位在同一個(gè)方向上。
因此，本發(fā)明的總的目的是提供一種可靠的高功率脊形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)方案，其避免了高功率激光二極管的上述問(wèn)題，并且特別提供了在所有條件下穩(wěn)定工作并具有較高光輸出功率和足夠長(zhǎng)壽命的激光二極管。
本發(fā)明的更具體的目的在于提供包括至少一個(gè)特定錐形部分或向波導(dǎo)一端展開(kāi)的區(qū)域的脊形波導(dǎo)激光二極管，從而提供希望的穩(wěn)定高功率輸出。
本發(fā)明更進(jìn)一步的主要目的在于提供一種有利且經(jīng)濟(jì)的制造新穎脊形波導(dǎo)激光二極管的方法，從而允許可靠地批量生產(chǎn)這種激光二極管。

發(fā)明內(nèi)容
從原理上，本發(fā)明是通過(guò)以特定方式改變脊形波導(dǎo)的外形來(lái)改進(jìn)脊形波導(dǎo)激光二極管的。其重點(diǎn)是這樣一種特殊的設(shè)置波導(dǎo)朝向前小平面和/或后小平面變寬或向外展開(kāi)。為了提高光輸出功率，脊形波導(dǎo)部分只是朝向前小平面和/或后小平面略微變寬，優(yōu)選為變寬到相同的孔徑。如果這樣相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的窄帶狀二極管激光器而言增加了有效接觸面，則與后者相比減小了串聯(lián)電阻。另外，功率密度增加的地方提高了橫向增益范圍。由于橫向引起的朝向前小平面的增益區(qū)域的影響，因此可以進(jìn)一步放大光束，然而在標(biāo)準(zhǔn)脊形波導(dǎo)激光二極管中，在低功率電平處的放大是局部飽和的。因此與標(biāo)準(zhǔn)窄帶狀波導(dǎo)相比來(lái)看，空穴燒孔的影響降低了。
本質(zhì)上，所述新型波導(dǎo)設(shè)計(jì)可以表述成“縱向指數(shù)管理”(LIM)。LIM規(guī)定以下特征1、與普通向外展開(kāi)的激光器結(jié)構(gòu)相比，波導(dǎo)變寬程度較小，通常在10μm以下；2、前、后末端部分的結(jié)果是局部直的波導(dǎo)幾何形狀，從而允許基本標(biāo)準(zhǔn)的“窄帶狀”制造工藝；以及3、前、后末端部分優(yōu)選具有相同的孔徑寬度或橫截面。
為了實(shí)現(xiàn)具有上述特征的向外展開(kāi)的或錐形的脊形波導(dǎo)設(shè)計(jì)，特別是為了使用基本標(biāo)準(zhǔn)的制造工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)脊形波導(dǎo)，設(shè)計(jì)了新的光刻圖案。這將在下文中進(jìn)一步闡述。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明涉及帶有有源區(qū)的、包括具有前后小平面的脊形波導(dǎo)的半導(dǎo)體激光二極管。該脊形波導(dǎo)包括沿其縱向延伸的至少三個(gè)不同的分段以基本上恒定的第一橫截面延伸的中央分段，和朝向所述小平面中的至少一個(gè)變寬的略微呈錐形的分段，和接近該小平面的末端分段，其具有基本上恒定的第二橫截面，即與該小平面基本相同的橫截面或孔徑。
因此它可以被稱作“直—外展—直”波導(dǎo)設(shè)計(jì)。
優(yōu)選地，該脊形波導(dǎo)具有沿該脊形波導(dǎo)延伸的兩個(gè)錐形分段，第一錐形分段朝向波導(dǎo)的前小平面變寬，而第二錐形分段朝向波導(dǎo)的后小平面變寬，該脊形波導(dǎo)還具有分別和每個(gè)小平面相連的兩個(gè)末端分段。而且，這兩個(gè)末端分段優(yōu)選具有與相關(guān)孔徑相同的橫截面。因此它可被稱作“直—外展—直—外展—直”波導(dǎo)設(shè)計(jì)。
通常，兩個(gè)錐形或向外展開(kāi)的分段具有不同的長(zhǎng)度，具體而言，第一錐形分段比第二錐形分段長(zhǎng)，并且優(yōu)選具有相同的橫截面。兩個(gè)末端分段可以具有基本相同的長(zhǎng)度，但并非必須的。
與一般情況相同，對(duì)稱地構(gòu)建脊形波導(dǎo)，該波導(dǎo)在總長(zhǎng)度方向上厚度基本恒定，該脊形波導(dǎo)的寬度變化導(dǎo)致得到變寬以及不同的橫截面。優(yōu)選地，中央分段具有第一寬度，例如3μm寬，末端分段的寬度是所述第一寬度的兩倍，例如6μm寬。
換言之，脊形波導(dǎo)具有帶有基本恒定的第一橫截面的長(zhǎng)中央分段、至少一個(gè)朝向小平面之一變寬的外展分段、以及在所述錐形分段和所述小平面之間的至少一個(gè)短末端分段，所述短末端分段具有比所述第一橫截面大的基本恒定的第二橫截面。優(yōu)選地，該脊形波導(dǎo)具有從中央分段朝向小平面以相反的方向延伸并變寬的兩個(gè)外展分段，用于將長(zhǎng)中央分段直接連至所述短末端分段。
一種制造高功率脊形波導(dǎo)激光二極管的新方法，該二極管帶有形成鏡像的具有相同橫截面的小平面，這種方法允許利用條帶方式(strip-wise)通過(guò)連續(xù)切斷的手段來(lái)制造激光二極管，而不受脊形波導(dǎo)管的外展或錐形結(jié)構(gòu)的影響。直到目前為止，這對(duì)于向外展開(kāi)的設(shè)計(jì)方案仍是不可能的。
依照本發(fā)明構(gòu)建的脊形波導(dǎo)激光二極管與現(xiàn)有技術(shù)的激光二極管相比具有巨大的進(jìn)步，尤其是在長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性方面。
這一重要進(jìn)步主要是由變寬的末端分段帶來(lái)的，這允許在直中央分段提供光束穩(wěn)定性的同時(shí)將電流注入到增大的接觸面上。
可以通過(guò)將UIM設(shè)計(jì)方法與稱為“非泵浦末端部分”的激光二極管設(shè)計(jì)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)另一本質(zhì)上的進(jìn)步，該激光二極管設(shè)計(jì)在名稱為“High PowerSemiconductor Laser Diode(高功率半導(dǎo)體激光二極管)”的美國(guó)專利US09/852994中進(jìn)行了描述，該文在此引入作為參考。該LIM-“非泵浦末端部分”的結(jié)合進(jìn)一步提高了泵浦激光設(shè)備的可靠性。原因在于在激光器敏感的前后末端部分處局部減小了可能導(dǎo)致設(shè)備老化的電流密度。
有利的是，獲得這樣的進(jìn)步僅需稍微增加制造的復(fù)雜性，所以可以使用常規(guī)制造設(shè)備和通常的制造工藝。同時(shí)，激光二極管本身的尺寸與以前的二極管相同，因而可以避免任何封裝上的改變或問(wèn)題。
優(yōu)選實(shí)施例詳述以下，將參照附圖描述本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和制造工藝

圖1表示了依照本發(fā)明的激光二極管的脊形波導(dǎo)的大體結(jié)構(gòu)的概觀圖；圖2表示了依照現(xiàn)有技術(shù)的三個(gè)激光二極管脊形波導(dǎo)的制造工藝；圖3表示了依照本發(fā)明的“連續(xù)”激光二極管的制造工藝。
圖1表示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基本設(shè)計(jì)，這將在下文中詳細(xì)解釋。
該實(shí)施例表示AlGaAs 980nm泵浦激光二極管的脊形波導(dǎo)的頂視圖。半導(dǎo)體在此是GaAs襯底，圖中未示出，其形成激光二極管的基體。激光二極管基本包括由兩個(gè)AlGaAs包層夾在中間的應(yīng)變量子阱(SQW)有源區(qū)。頂端p金屬鍍層(也未示出)典型地覆蓋了半導(dǎo)體脊形波導(dǎo)以及一些嵌入材料。
該AlGaAs 980nm脊形波導(dǎo)激光二極管的物理尺寸非常小，大約0.4mm寬，2-4mm長(zhǎng)，0.15mm厚。
圖1表示的脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是“直—外展—直—外展—直”型。它由五個(gè)分段組成，從右邊的前部分開(kāi)始依次是●直的部分，即具有恒定橫截面或?qū)挾鹊姆侄?，其在激光二極管的出射孔徑處結(jié)束。本實(shí)施例中該直分段寬6-8μm，長(zhǎng)大約20μm。
●向外展開(kāi)的部分，即具有變小的橫截面或?qū)挾鹊姆侄?。其寬度?-8μm漸減到約4μm；其長(zhǎng)度大約為1.2mm，在此正好是1.180mm。
●直中央部分，即另一具有恒定橫截面或?qū)挾鹊姆侄?，其小于激光二極管的出射孔徑。該直分段大約4μm寬，大約1.2mm長(zhǎng)，在此長(zhǎng)度正好為1.116mm。
●另一向外展開(kāi)的部分，即帶有變化的橫截面或?qū)挾鹊牡诙侄?。其寬度從約4μm增加到6-8μm；大約20μm長(zhǎng)。因此它比第一向外展開(kāi)的分段短很多，即具有很大的開(kāi)角。
●第三個(gè)直的部分，即具有恒定橫截面或?qū)挾鹊牡谌齻€(gè)分段，其在激光二極管的后反射鏡處結(jié)束。該直分段也是6-8μm寬，約20μm長(zhǎng)。
對(duì)于其他尺寸的激光二極管片而言，不同部分或分段相對(duì)大小和尺寸近似如下●第一個(gè)直的部分，即具有與激光二極管的出射孔徑相同的恒定橫截面的分段，長(zhǎng)度最高為該二極管片總長(zhǎng)的5％。
●第一個(gè)向外展開(kāi)的部分，即具有變小的橫截面或?qū)挾鹊姆侄危L(zhǎng)度最高為二極管片長(zhǎng)度的30％-60％。其寬度從寬出射橫截面向后者部分變小。
●直中央部分，即具有恒定橫截面或?qū)挾鹊牡诙€(gè)分段，長(zhǎng)度為二極管片長(zhǎng)度的40％-70％。
●第二個(gè)向外展開(kāi)的部分，即具有變化的橫截面或?qū)挾鹊牡诙侄?，長(zhǎng)度最高為二極管片總長(zhǎng)的5％。其寬度從直中央部分的橫截面向出射孔徑的橫截面變大。
●第三個(gè)直的部分，即具有恒定橫截面或?qū)挾鹊牡谌齻€(gè)分段，其在激光二極管的后反射鏡處結(jié)束。后者優(yōu)選具有與出射孔徑相同的橫截面。第三直分段長(zhǎng)度最高為二極管片總長(zhǎng)的5％。
以上是關(guān)于激光二極管示例性脊形波導(dǎo)的大體結(jié)構(gòu)。
如上所述，LIM波導(dǎo)設(shè)計(jì)提高了泵浦激光二極管的效率和線性光輸出功率。根據(jù)脊形波導(dǎo)的幾何形狀，減小了串聯(lián)電阻，并且因此降低了接點(diǎn)溫度，從而提高了可靠性。
使用依照本發(fā)明的LIM設(shè)計(jì)，較長(zhǎng)的直中央分段具有與標(biāo)準(zhǔn)脊形波導(dǎo)部分相當(dāng)?shù)牟▽?dǎo)屬性以及同時(shí)絕熱變寬的前部分，即圖1右側(cè)所示的向外展開(kāi)的分段進(jìn)一步放大了激光的零階模。該向外展開(kāi)的設(shè)計(jì)本身在半導(dǎo)體光學(xué)放大器原理中是眾所周知的。但是，將該原理運(yùn)用于橫向單一單模泵浦激光二極管則不僅需要簡(jiǎn)單的調(diào)整。它甚至需要進(jìn)行改變從而變得適于不同程度的標(biāo)準(zhǔn)脊形波導(dǎo)制造工藝。另外，必須準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)直中央分段和朝向激光器輸出小平面絕熱變寬的分段，以便在全部工作狀態(tài)中都能表現(xiàn)出橫向穩(wěn)定的單模特性。這還要求激光二極管配備有光纖布拉格光柵。
在該實(shí)施例中，對(duì)于約1μm(即1000nm)的波長(zhǎng)而言，前小平面的孔徑寬度以及與激光器輸出小平面相關(guān)聯(lián)的直分段的寬度的應(yīng)當(dāng)限制在不高于大約8μm。否則利用標(biāo)準(zhǔn)透鏡耦合到光纖末端的效率就會(huì)大大降低。
盡管本發(fā)明最初是在AlGaLnAs材料系統(tǒng)中的980nm激光器上實(shí)現(xiàn)，但它也適用于其他的波長(zhǎng)，例如波長(zhǎng)在1300μm-1600μm范圍內(nèi)諸如InGaAsP/InP或AlGaInAs/InP的材料系統(tǒng)。
以上是依照本發(fā)明的激光二極管的實(shí)施例。下文涉及依照本發(fā)明的激光二極管的優(yōu)選制造工藝的具體細(xì)節(jié)。
圖2和圖3表示了三個(gè)激光二極管制造工藝的頂視圖。通常，在半導(dǎo)體波形轉(zhuǎn)換器上制造幾百個(gè)本文所述類(lèi)型的激光二極管。因此需要非常注意制造工藝及其細(xì)節(jié)。
圖2表示了典型的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)。通常，已經(jīng)通過(guò)設(shè)計(jì)光刻圖案而實(shí)現(xiàn)了激光二極管制造工藝中的向外展開(kāi)的脊形波導(dǎo)設(shè)計(jì)，該圖案滿足該波導(dǎo)的后分段始終是直的，而前面的區(qū)域是向外展開(kāi)的。因此二極管片的圖案設(shè)計(jì)成如圖2所示的相鄰的激光二極管面對(duì)面排列。但是發(fā)現(xiàn)該排列不但導(dǎo)致制造期間的二極管片的處理問(wèn)題，而且還導(dǎo)致所制造的激光二極管可靠性低、特性不穩(wěn)定的問(wèn)題。
圖3表示依照本發(fā)明的具體方面的新設(shè)計(jì)。因?yàn)樗性O(shè)備，即激光二極管都相同并且朝向同一方向，所以如圖3所示，該新圖案使得相同的設(shè)備遍布晶片。該設(shè)計(jì)使得涉及最大光輸出功率和效率的設(shè)備性能得到了改善。
其它制造工藝?yán)锏脑S多步驟基本上仍然是標(biāo)準(zhǔn)的，并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)很容易的想到其它的優(yōu)點(diǎn)和修改，因此本發(fā)明并不限于本文中前面表示和描述的具體實(shí)施例、細(xì)節(jié)和步驟。在不背離所附權(quán)利要求限定的一般發(fā)明概念范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種帶有有源區(qū)的半導(dǎo)體激光二極管，包括具有前、后小平面的脊形波導(dǎo)，其中所述脊形波導(dǎo)包括沿其縱向延伸的至少三個(gè)不同的分段以基本上恒定的第一橫截面延伸的中央分段，和朝向所述小平面之一變寬的第一錐形分段，和在小平面處的以基本上恒定的第二橫截面延伸的末端分段，第二橫截面大于所述第一橫截面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管，還包括沿著該脊形波導(dǎo)延伸的第二錐形分段，第一錐形分段朝向所述脊形波導(dǎo)的前小平面變寬，所述第二錐形分段朝向所述脊形波導(dǎo)的后小平面變寬，和兩個(gè)末端分段，每個(gè)小平面與一個(gè)末端分段相聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管，其中兩個(gè)錐形分段具有不同的長(zhǎng)度，特別是第一錐形分段長(zhǎng)于第二錐形分段。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管，其中兩個(gè)末端分段具有基本上相同的恒定橫截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管，其中兩個(gè)末端分段具有基本上相同的長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管，其中脊形波導(dǎo)的兩個(gè)小平面具有基本相同的表面，因而制造工藝相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管，其中沿縱軸對(duì)稱構(gòu)建脊形波導(dǎo)，該脊形波導(dǎo)在長(zhǎng)度方向上具有基本恒定的厚度，所述脊形波導(dǎo)寬度的變化導(dǎo)致變寬的橫截面以及不同的橫截面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光二極管，其中中央分段具有第一寬度，并且變寬的末端分段具有第二寬度，所述第二寬度大約是第一寬度的兩倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光二極管，其中中央分段寬度至少為3μm，末端分段寬度至少為6μm，錐形分段用于連接中央分段和末端分段，因而其寬度至少在3-6μm之間。
10.一種帶有有源區(qū)的高功率半導(dǎo)體激光二極管，其包括具有前、后小平面的脊形波導(dǎo)，包括在所述小平面之間延伸的具有基本上恒定的第一橫截面的長(zhǎng)中央分段，朝向所述小平面之一變寬的至少一個(gè)錐形分段，和在所述錐形分段和所述小平面之間的至少一個(gè)短末端分段，所述短末端分段具有基本上恒定的、比第一橫截面大的第二橫截面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光二極管，包括兩個(gè)錐形分段，這兩個(gè)錐形分段從中央分段朝向所述小平面以相反的方向延伸并變寬，并將長(zhǎng)中央分段直接連至所述短末端分段。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光二極管，其中第一錐形分段的長(zhǎng)度最高為激光二極管長(zhǎng)度的30％-60％，中央分段的長(zhǎng)度為激光二極管長(zhǎng)度的40％-70％，以及第二錐形分段的長(zhǎng)度為激光二極管總長(zhǎng)度的10％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光二極管，還包括在激光二極管末端的至少一個(gè)直末端分段，其長(zhǎng)度最高為激光二極管總長(zhǎng)度的5％，優(yōu)選的是在所述激光二極管的每一端各有一個(gè)直分段。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光二極管，其中提供了兩個(gè)直末端分段，分別位于激光二極管的各個(gè)末端上，所述的兩個(gè)直末端分段具有基本相同的橫截面。
15.一種制造帶有有源區(qū)、包括具有前后小平面以及在這兩小個(gè)平面之間的至少三個(gè)不同分段的脊形波導(dǎo)的高功率脊形波導(dǎo)激光二極管的方法，所述不同分段具有不同的橫截面，其特征在于所述小平面具有形成鏡像的相同橫截面，因而允許利用條帶方式通過(guò)連續(xù)切斷的手段來(lái)制造激光二極管。
16.一種帶有有源區(qū)、包括具有前后小平面的脊形波導(dǎo)和在所述脊形波導(dǎo)上鍍有金屬鍍層的高功率半導(dǎo)體激光二極管，每個(gè)小平面帶有反射鏡，所述金屬鍍層用于將載流子注入所述有源區(qū)，所述高功率半導(dǎo)體激光二極管包括在所述脊形波導(dǎo)的所述小平面之間延伸的具有基本上恒定的第一橫截面的長(zhǎng)中央分段，朝向所述小平面之一變寬的至少一個(gè)錐形分段，在所述錐形分段和所述小平面之間的至少一個(gè)短末端分段，所述短末端分段具有基本上恒定的、比所述第一橫截面大的第二橫截面，和用于通過(guò)在所述前和/或所述后小平面附近提供非泵浦部分來(lái)限制所述載流子的注入的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光二極管，其中用于限制載流子注入的裝置是激光二極管有源區(qū)和金屬鍍層之間的隔離層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的激光二極管，包括從中央分段朝向所述小平面以相反的方向延伸并變寬的兩個(gè)錐形分段，從而將長(zhǎng)中央分段直接連至短末端分段。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的激光二極管，其中第一錐形分段的長(zhǎng)度最高為激光二極管長(zhǎng)度的30％-60％，中央分段長(zhǎng)度為激光二極管長(zhǎng)度的40％-70％，并且第二錐形分段的長(zhǎng)度最高為激光二極管總長(zhǎng)度的10％。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的激光二極管，還包括在激光二極管末端的至少一個(gè)直末端分段，其長(zhǎng)度最高為激光二極管總長(zhǎng)度的5％，優(yōu)選的是在所述激光二極管的每一端各有一個(gè)直分段。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的激光二極管，其中提供了兩個(gè)直末端分段，分別位于激光二極管的各個(gè)末端，所述的兩個(gè)直末端分段具有基本相同的橫截面，在所述末端分段上延伸有用于限制載流子注入該激光二極管有源區(qū)的隔離層。
22.一種制造帶有有源區(qū)的高功率脊形波導(dǎo)激光二極管的方法，該高功率脊形波導(dǎo)激光二極管包括具有前后小平面以及在所述小平面之間的至少三個(gè)具有不同橫截面的不同分段的脊形波導(dǎo)，還包括在所述脊形波導(dǎo)上用于將載流子注入所述有源區(qū)中的金屬鍍層，還包括用于限制載流子注入所述有源區(qū)中的隔離層，其中所述小平面具有形成鏡像的相同橫截面，因而允許利用條帶方式通過(guò)連續(xù)切斷的手段來(lái)制造激光二極管。
全文摘要
半導(dǎo)體激光二極管，特別是高功率脊形波導(dǎo)激光二極管，經(jīng)常用于光電子領(lǐng)域，其作為所謂的泵浦激光二極管用于光通信線路中的光纖放大器。為了給這樣的激光二極管提供需要的高功率輸出和穩(wěn)定性，并且避免在使用期間的老化，本發(fā)明考慮的是使用該器件的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，其改進(jìn)尤其包括激光器脊形波導(dǎo)的新穎設(shè)計(jì)。實(shí)質(zhì)上，該新穎設(shè)計(jì)包含具有至少兩個(gè)直分段的分段脊形波導(dǎo)，即帶有恒定的、但橫截面或?qū)挾炔煌姆侄?，還包含至少一個(gè)連接這兩個(gè)不同直分段的、向外展開(kāi)的分段。進(jìn)一步的改進(jìn)可以通過(guò)將這一裝置與共同未決的標(biāo)題為“高功率半導(dǎo)體激光二極管”的美國(guó)專利申請(qǐng)US09/852994所描述的名為“非泵浦式末端部分”的激光二極管設(shè)計(jì)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。對(duì)于有利的制造工藝而言，優(yōu)選的是帶有三個(gè)直分段的分段脊形波導(dǎo)設(shè)計(jì)方案，其中至少兩個(gè)分段的橫截面或?qū)挾炔煌⑶覂蓚€(gè)向外展開(kāi)的分段連接不同的直分段。后一種設(shè)計(jì)方案導(dǎo)致了同樣的晶片圖案和同樣方向的激光二極管結(jié)構(gòu)，因此允許使用標(biāo)準(zhǔn)的制造工藝。
文檔編號(hào)H01S5/20GK1647332SQ03809024
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月24日
發(fā)明者S·保利克, N·利希滕施泰因, B·施密德特 申請(qǐng)人:布克哈姆技術(shù)公共有限公司