專利名稱：具有高可制造性的多條激光二極管設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光裝置和激光裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
單模、單件、邊緣發(fā)射激光二極管的產(chǎn)量比脊波導(dǎo)法-布激光器
的產(chǎn)量低得多。這有個原因這種裝置的一般可靠性和它們的制造 所要求的容差。
這些單模裝置的可靠性差的一個原因，是它們的制造通常需要 幾個外延生長步驟。在第一個外延生長之后，在片的表面上用光刻 技術(shù)形成一個光柵。這意味著第二個片生長步驟是在一個被損壞的 不平整的晶體表面上開始的。其結(jié)果，以此方式制作的激光器具有 較高的缺陷密度，因而固有地不如在單一的外延生長步驟中制成的 器件可靠。
這些裝置的產(chǎn)量比法-布激光器低的第二個原因，是無法以足夠 的精度把片切成激光器條。這意味著，在很大部分的這些器件中， 切出的小面相對于波長選擇濾色器(在DFB的情況下是光柵)定位是 不正確的。這種不正確的定位又導(dǎo)致了大量的器件的旁模抑制率不 能令人滿意或在有用的溫度范圍內(nèi)不能在單一的縱模上工作。
減輕激光裝置制作過程中的這些影響，是非常需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用了這樣的事實(shí)，即，在單條激光二極管中，器件的 有源區(qū)只有4艮小的一部分被用于產(chǎn)生光，因而有空間容納一個以上 的激光器件，并可在一個隨后的步驟中選擇最佳的激光器件。應(yīng)該 注意的是，某些單模、單件器件不要求兩個重新生長步驟，以下所 討論的內(nèi)容至適用于這樣的器件。
因此，本發(fā)明提供了一種在一片半導(dǎo)體材料上制作的激光裝 置，該激光裝置至少包括一個第一激光器件和一個第二激光器件， 從而使得這些激光器件中的至少一個可被用作冗余。以下結(jié)合附圖 對此作進(jìn)一步的說明。


圖l顯示了包括兩個相鄰的脊波導(dǎo)的一種結(jié)構(gòu)，該兩個波導(dǎo)彼此 錯開一個四分之一波長。
圖2顯示了不同器件上的對應(yīng)特征與任何一個小面之間的垂直距 離如何在相鄰的器件之間變化。
圖3顯示了具有同樣的槽圖案的三個激光二極管。
圖4顯示了 ，在器件的鐠屬性適合于所需要的應(yīng)用的各個優(yōu)化位
置周圍，有一個位置范圍。
圖5顯示了 一種雙條激光器。
圖6顯示了 一種示例性的芯片布局。
圖7顯示了可利用的一種偏離對準(zhǔn)的情況。
圖8顯示了 一種示例性的雙條激光器。
圖9顯示了 一種示例性的接合臺設(shè)置。
圖10顯示了釆用兩種不同的激光器件的一種示例性配置。
圖ll顯示了具有五十個以上的相鄰雙型激光器件的一個樣品的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
如上所述且如圖l所示，本發(fā)明提供了在一片半導(dǎo)體材料上制作 的一種激光裝置l，該激光裝置包括至少一個第一激光器件和一個第 二激光器件，從而使這些激光器件中的至少一個可以被作為冗余。 在制作過程或隨后的測量或校準(zhǔn)過程中，較好的一個激光器件得到 選用且冗余的激光器件被禁止或被去激活。釆用光刻或電子束刻蝕 的、在相鄰的脊波導(dǎo)7、 9上限定的布M光柵或任何其他類型的波 長選擇濾光器3、 5，可以彼此錯開一個四分之一波長。在上述條件 下，可以構(gòu)造出包含兩或更多個激光發(fā)射條的激光二極管芯片，其 每一個條在光學(xué)上是彼此隔離的。通過在這些條的每一個上設(shè)定彼 此相差的波長選擇濾光器7、 9,這些濾光器中的至少一個相對于小 面處于正確位置的可能性要大得多。應(yīng)該理解的是，通常只有這兩 個器件中較好的一個被采用且另一個器件將是冗余的。例如，兩個 器件都得到測試，且最好的器件通過接合導(dǎo)線而與外部連接，而剩 下的一個不那樣好的器件將不會得到連接，即被有效禁止。由于不 太好的器件不被連接，它在測試之后不被使用并從此成為冗余的。 以下，我們描述影響波長選擇濾光器相對于激光器小面的對準(zhǔn)的某 些因素，并討論使多條器件的產(chǎn)量優(yōu)化的方法。在本申請中，術(shù)語 "波長選擇濾光器"既可以是指如愛爾蘭專利第S83622 (其全部內(nèi) 容在此被引用)中所描述的蝕刻槽特征構(gòu)成的圖案，也可以指其他 的波長選擇結(jié)構(gòu)，且任何通常的槽類型都與本發(fā)明相相容。進(jìn)一步 應(yīng)該注意的是，以下討論的結(jié)論也同樣適用于可以用光刻或電子束印刷形成在半導(dǎo)體中的任何波長選擇濾光器。
在對本技術(shù)所導(dǎo)致的產(chǎn)量改進(jìn)進(jìn)行量化之前，先討論影響切出
的小面相對于波長選擇濾光器的定位精度的一些因素。這些因素中
主要的兩個是，切割器本身的精度(通常土2微米)和印刷圖案相 對于片進(jìn)行對準(zhǔn)的轉(zhuǎn)動精度(對于接觸平版印刷這通常好于± 0. 005 度，且對于光學(xué)分檔器好于土0.(M度)?？紤]長度15mm的單條激光 二極管器件的示例性的棒，該棒由50個器件組成，寬為300微米，其 每一個都被假定是相等的。如果掩膜圖案與晶軸是完美對準(zhǔn)的，則 在不同器件上的相應(yīng)特征與各小面是等距離的。然而，由于實(shí)際上 不是這種情況，不同器件上的相應(yīng)特征與各小面的垂直距離隨著器 件的不同而線性變化(或者在切割跳到不同的晶面的情況下是非線 性變化的)(圖2)。假定在一個15mm的棒上的多至土0. 04度的對 準(zhǔn)偏離會導(dǎo)致一個給定平版印刷特征與任何一個小面之間的距離的 多至10.5微米的改變。上述誤差的和遠(yuǎn)大于腔中的光波長，因而正 確地對準(zhǔn)波長選擇濾光器的機(jī)會似乎很小。然而，事情沒有如此糟 糕。考慮具有若干蝕刻的槽特征的一個激光二極管，這些槽特征相 對于器件的小面被優(yōu)化對準(zhǔn)。如果該圖案沿著任何一個方向移動了 與所選定的光的材料波長的一半相對應(yīng)的距離，它將仍然相對于這 些小面得到優(yōu)化定位。圖3顯示了具有相同的槽圖案的三個激光二極 管，它們都在腔內(nèi)被優(yōu)化對準(zhǔn)。另外，在這些優(yōu)化位置的每一個的 周圍，有一個位置范圍，在該范圍內(nèi)該器件的頻鐠屬性將適合于所 需要的應(yīng)用。我們把該范圍標(biāo)為X (見圖4)。例如，如果在一個單 條器件中， 一個隨機(jī)定位的波長選擇濾光器正確地與這些小面對準(zhǔn) 的概率是Pf。則該濾光器不與這些小面正確對準(zhǔn)的概率是l-Pf。則在 具有N個條的一個裝置上，波長濾色器中的至少一個與切出的小面正 確對準(zhǔn)的概率是 l- (l-Pf)-
然而，我們可以做得比這更好，考慮圖5。該圖顯示了一個雙條激光 器。在同一脊上的相鄰槽之間的距離是d-入 /2 (通常槽的間隔是 該長度的一個大的倍數(shù))，另外，槽圖案彼此錯開d"人 /4。應(yīng)該 注意的是，材料波長 U等于入AWf (其中iWf是模的有效折射 率)。我們可以看到，這種情況提供了大的機(jī)會，其中至少一個激 光發(fā)射條滿足了一種給定應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。在其中X》X乂4的情況下， 這種方法將提供100%的產(chǎn)出。在各個脊上的槽之間的距離是入乂2的 一個大的倍數(shù)的情況下(通常就是這種情況)，也是這樣的情況。 然而，要使這種方法有效，需要把兩個脊波導(dǎo)彼此足夠靠近地設(shè) 置，從而使一個脊相對于另一個脊的平版印刷特征相對于小面的定 位誤差大約為入J40。圖6顯示了一個芯片的布局，它使得這種條件能得到實(shí)現(xiàn)。更大的誤差將導(dǎo)致更低的產(chǎn)出。另外，由于激光器兩 個切割出的小面是平行的，影響相對距離的唯一 因素是掩膜與晶軸
的對準(zhǔn)偏離。假定角對準(zhǔn)偏離多至O. 05度，這兩個脊彼此應(yīng)該在20 微米之內(nèi)，以使上述條件得到滿足。在測試之后，掩^導(dǎo)線可被接 合到測試所確定的最好器件的接合臺上。圖7顯示了上述情況。
以上我們描述了使相鄰脊上的槽圖案彼此錯開的一種方式。這 是直接通過設(shè)計(jì)其中圖案被錯開的掩膜板(光學(xué)平版印刷)或曝光 圖案(電子束平版印刷)而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)波長選擇濾光器(槽圖案) 是利用光學(xué)或電子束平版印刷限定時，這是使這些濾光器彼此錯開 的最直接的方法。然而，也可以通過改變波導(dǎo)的一部分的有效折射 率，或通過有意使平版印刷圖案相對于晶軸偏離對準(zhǔn)約0.4度，來改 變波長濾光器與小面之間的相位。應(yīng)該注意的是，這兩種方法中的 后一種也可適用于具有用全息方法確定的光柵或用光學(xué)或電子束平 版印刷確定的波長選擇濾光器的單模激光器。而這兩種方法中的第 一種則只能被用于其中以全息方法確定的光柵只沿著腔長度的一部 分延伸的結(jié)構(gòu)。
第一，我們討論改變雙條激光器的條之一的一部分的有效折射 率的效果。圖8顯示了一個雙條激光器。被左邊的條所引導(dǎo)的光的有 效折射率沿著該器件的長度是恒定的。然而，右邊的條之下的光的 有效折射率具有兩個值之一。重要的是注意到，包含波長選擇濾光 器的右邊的部分應(yīng)該具有與左邊的條相同的有效折射率。否則，各 個條將以顯著不同的波長發(fā)射激光。
也可以通過有意^f吏掩膜與晶軸偏離對準(zhǔn)而改變小面與相鄰的脊 上的波長選擇濾光器之間的相位差。該對準(zhǔn)所選擇的與晶軸偏離對 準(zhǔn)的、用來獲得與彼此直接錯開的波長濾光器具有相同的效果的角 度，小于0.05度。所以，在這種新的情況下，這種角度偏離對準(zhǔn)將 在約0.5土0. 05的范圍內(nèi)。角度對準(zhǔn)的誤差越小，所需要的實(shí)際的角 度偏離對準(zhǔn)就越小。由于這些器件的光學(xué)性質(zhì)會被大的角度偏離對 準(zhǔn)所影響，這種偏離對準(zhǔn)應(yīng)該被保持在盡可能地小的程度。這可通 過增大相鄰的條之間的距離來實(shí)現(xiàn)。這可通過(在不增大器件的總 體尺寸的情況下)把兩個器件的接合臺之一設(shè)置在該兩個器件之間 來實(shí)現(xiàn)(見圖9)。
根據(jù)波長選擇濾光器相對于器件的小面的準(zhǔn)確定位， 一個離散 模激光器將在若干個模之一上進(jìn)行激光發(fā)射。通過在一個切割的棒 上測試若干相鄰的雙器件(大約55個)，可以清楚地看到這種效 果。應(yīng)該理解的是，可以進(jìn)行激光發(fā)射的模的數(shù)目，可通過采用適 當(dāng)?shù)牟厶卣鲌D案，而進(jìn)行確定。圖ll顯示了相同的離lt模雙激光器 (如上所述)的發(fā)射波長是如何隨著它們的棒的位置而變化的。這些器件中的每一個的左和右條的結(jié)果被分別地顯示。在用于測試的 這些示例性的器件中，對于每一個器件，在右邊的條上的槽圖案相
對于左邊的條上的圖案移動了 A /4。這就是為什么左邊和右邊的條 上的發(fā)射波長相對于器件位置的變化類似但波此偏離的原因。應(yīng)該 注意的是，波長分布的更中心的頻帶表現(xiàn)得最好，因此性能上的好 處是明顯的。在其中左邊的條在極值波長之一上進(jìn)行激光發(fā)射的器 件中(例如器件號ll的器件)，則右邊的條將在更靠近中心波長的 一個波長上進(jìn)行激光發(fā)射。在右邊的條之一 (例如器件號30的)在 極值波長之一上進(jìn)行激光發(fā)射的情況下，情況也是類似的。
最后，我們考慮包含兩個不同類型的器件(例如一個法-布芯片和 一個單頻率激光二極管)的一種示例性器件。這樣做的動機(jī)，就該例子 來說是，法-布器件的產(chǎn)出是幾乎100%，且如果單模激光器不能正常工 作，這種芯片仍然有用的機(jī)會是幾乎100%。圖10顯示了這種配置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光裝置，包括形成在一個公共基底上的至少兩個激光器件，其中所述半導(dǎo)體激光裝置被適當(dāng)設(shè)置從而使得在使用中一個優(yōu)選的激光器件是可工作的且剩下的激光器件是冗余的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光裝置，其中每一個激光器件包括 波長選擇結(jié)構(gòu)，其中所述至少兩個激光器件的這些波長選擇結(jié)構(gòu)相 對于它們各自的小面彼此偏移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光裝置，其中有N個激光器件且其 中各激光器件之間的偏離大體為m入/n6ff,其中m是一個奇數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的半導(dǎo)體激光裝置，其中N為2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體激光裝置，其中所述至少兩個激光器 件包括一個第一激光器件和一個第二激光器件，其中所述第一激光 器件和第二激光器件是不同類型的激光器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體激光裝置，其中所述第一激光器件是 一個單頻激光二極管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光裝置，其中所述第一激光器件是 一個法-布二極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光裝置，其中為優(yōu)選的激光器件提 供了至外部的連掩fa沒有為剩下的激光器件提供這種連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體激光裝置，其中所述至外部的連接包 括一條接合連線。
10. 制造激光裝置的一種方法，包括以下步驟a. 提供一個基底，b. 在所述基底上制作至少兩個激光器件，c. 從所迷至少兩個激光器件中確定一個優(yōu)選的激光器件，以及d. 對所述激光裝置進(jìn)行配置從而使所述優(yōu)選的激光器件得到激 活連接且剩下的激光器件成為冗余。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，其中該方法包括 在所述至少兩個激光器件的每一個上制作波長選擇特征的步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l 1的制造方法，其中所述激光器件的所述波長選擇特征是彼此錯開的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的制造方法，其中所述錯開的距離m入 /4iWf,其中，入是這些器件的波長，n是器件的數(shù)目，m是一個奇 數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中的任何一項(xiàng)的制造方法，其中相鄰的 脊之間的距離約為或小于2 O微米。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，其中所述至少兩個器件被制作 成彼此異相的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的制造方法，其中所勤目位差是通過改變所 述器件之一的部分的有效折射率而提供的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的制造方法，其中所述相位差是通過使平版 印刷圖案相對晶軸偏離對準(zhǔn)而獲得的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的制造方法，其中所述偏離對準(zhǔn)在約O. 5度 的量級。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的制造方法，其中所述角度偏離對準(zhǔn)為O. 5 ±0.1。
20.根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，其中所述至少兩個激光器件包 括一個第一激光器件和一個第二激光器件，其中所述笫一激光器件 是一種第 一類型的且所述第二激光器件是一種第二類型的。
21. 根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，其中所述第二類型的器件是一 種法-布器件。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的制造方法，其中所述第一類型的器件是一 種單頻激光二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及提供一種新穎的激光裝置，其具有比其他單模激光裝置大的產(chǎn)量。具體地，提供了一種半導(dǎo)體激光裝置，它具有形成在一個公共基底上的至少兩個激光器件。該激光裝置被適當(dāng)設(shè)置從而在使用中一個優(yōu)選的激光器件是可工作的而其余的激光器件是冗余的。這種冗余改進(jìn)了產(chǎn)量，因?yàn)橹恍枰惯@些激光器件中的一個正常工作而其他的激光器件不被使用。
文檔編號H01S5/40GK101322293SQ200680041529
公開日2008年12月10日 申請日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者約翰·帕特喬, 詹姆斯·奧格曼 申請人:宜彼萊那光子學(xué)有限公司