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    • 专利摘要:
    本發明係關於一種用於光學模組中之雷射裝置。該雷射裝置包括：第一反射器及第二反射器；經調適用以使電流侷限在電流侷限孔內之電流之侷限層；及介於該第一反射器與該第二反射器之間之作用層。該作用層包括與該電流侷限孔對準之主要作用區域及圍繞該主要作用區域之輔助作用區域。該第二反射器包括設置於該電流侷限孔上之第一反射器區域及圍繞該第一反射器區域之第二反射器區域。該第二反射器區域及第一反射器區域經配置以在輔助作用區域中引發受激復合。
    公开号:TW201306406A
    申请号:TW101120342
    申请日:2012-06-06
    公开日:2013-02-01
    发明作者:Nicolae Pantazi Chitica
    申请人:Tyco Electronics Svenska Holdings Ab；
    IPC主号:H01S5-00
    专利说明:
    高速雷射裝置
    本發明係關於一種用於高速光纖光通訊系統之雷射裝置，且更特定言之係關於具有高調變帶寬之垂直腔表面發射雷射(VCSEL)。此外，本發明係關於一種包括具有高調變帶寬之雷射裝置之光學互連。最後，本發明係關於一種製造高速雷射裝置之方法。
    一般用於高速通訊系統之雷射裝置及特定言之垂直腔表面發射雷射包括夾於兩個高反射鏡子或反射器之間之腔，使得形成共振器。該鏡子包括若干個高或低折射率之半導體交替層，且經p型及n型摻雜劑或雜質摻雜，使得分別形成p-n或p-i-n二極體接面。在半導體雷射中，產生雷射之獲得機制具有從電洞及電子之復合之光產生。復合電洞及電子係分別從二極體接面之p及n側注入。在通訊應用中，載流子之復合係由電泵吸產生，即藉由正向偏壓二極體接面。一般而言，藉由將離子植入雷射裝置結構(除了雷射裝置上之孔以外之各處)，將雷射裝置中之電流侷限在該雷射之孔，使得增加該孔周圍材料之電阻率。或者，藉由氧化該雷射裝置之孔周圍之材料，來抑制雷射裝置之孔周圍之電流。
    半導體雷射係用於通訊應用中以形成用於電子裝置之光學互連。近年來，由於光學互連支持遠高於傳統電纜互連之帶寬之能力，故此等光學互連廣泛用於電子裝置中。本文中，用於將光學信號轉化為電子信號及其相反過程之光學模組之發展在廣泛應用(例如使用光學互連之中板應用)中起重要作用。
    如VCSEL之半導體雷射通常根據兩種方案傳遞資訊。在第一種方案中，維持該雷射在恆定發光常態下，且藉由外部施加電壓所驅動之外部調變器之方法，調變輸出強度。因為第一種方案要求昂貴之外部裝置，一般直接調變包括VCSEL之光學互連。直接調變需要改變雷射之電流輸入，或換言之，調變偏流周圍之電流使得產生時間依賴性光學輸出強度。一般而言，電流在兩個值之間變換，兩者皆大於該裝置之臨限電流。
    根據當前最佳技術，圖7展示雷射裝置4000。該雷射裝置包括由半導體材料製成之基板4030、第一鏡子4300及第二鏡子4100。該第一鏡子4300及該第二鏡子4100分別包括交替半導體鏡子層4310、4320之堆疊。該等層4310具有高折射率，而該等層4320具有低折射率。該第一鏡子4300係經n型摻雜劑摻雜，而該第二鏡子4100經p型摻雜劑摻雜。該雷射裝置4000另外包括介於第一鏡子4300與第二鏡子4100之間之腔間隔4200。該腔間隔4200包括第一覆蓋層4230及第二覆蓋層4210及作用層4220。最後，該雷射裝置4000包括電流侷限區域4020，其界定電流侷限孔4021。該電流侷限區域係在直接在該第二鏡子4100下方之第二覆蓋層4210中形成。
    圖8係說明圖7之雷射裝置4000之工作原理之示意圖。特定言之，圖8展示直接調變對該雷射裝置4000之作用層中之載流子密度之影響。電流在兩個值之間變換，兩者皆高於該裝置之臨限電流。在該雷射裝置4000中，載流子密度不完全受箝制，但是，隨著由於光場強度之增益飽和及由於內部加熱之增益減少之注入電流搖擺變化。
    圖8展示沿該作用層4220之光場之強度之分佈。可從虛線圖中看出，光場之強度在對應於電流侷限孔4021之作用層之區域中最大。一般而言，光場強度在外圍較低及在作用區域之中心較高。此外，在作用層外圍區域，光損失亦高於作用層之中心。此導致在作用層之外圍處之較低之受激復合率。從高電流位準至更低電流位準之變換時，在該作用層4220中之載流子密度亦發生從高至更低位準之變換。從圖8可看出，在高於臨限值之特定偏流下，在該作用層4220中之載流子密度分佈係由虛曲線(3)說明。該作用層4220之區域A表示光學增益達到臨限值之區域。在區域A外部，載流子密度不足以產生達到臨限值之增益。此外，在區域A內部，載流子密度係非恆定的，但是在局部溫度下更大及/或局部光子密度更高。
    圖8說明特定情況，其中載流子密度向著該孔之中心增加。
    在更高偏流下，該作用層4220中之溫度及光子密度均增加。因此，在區域A中之載流子密度亦將增加，以維持在臨限值下之增益。在更高偏流下，在圍繞區域A之區域中之載流子密度亦增加，且將變得足夠高以產生達到圍繞區域A之區域B中之臨限值之增益。藉由虛曲線(1)說明該行為。因此，經由受激復合強力成對之載流子及光子所在之雷射之作用區域將從在更低偏壓下之區域A至在更高偏流下之區域A及B延伸。
    在自高偏壓至低偏壓之變換時，由於在具有更高光場強度之區域中之更強之受激復合，故作用層之區域A中之載流子密度以遠高於作用層4220之區域B中之密度之速率降低。因此，在如實曲線(2)所示，載流子密度將在該作用層4220之外圍處具有兩個峰值。在該作用層4220之區域B中之過量載流子將如儲存器般起作用，其中載流子自該作用層4220之外圍流向其中心，藉此用作與雷射之作用層平行連接之電容。此延長該雷射裝置4000之下降時間及不利地影響其對於調變信號之響應。因此，常用雷射裝置之設計限制調變帶寬及利用該雷射裝置之光學互連之高速性能。
    更確切而言，因為在高至低之變換期間，該雷射4000朝向著更低的載流子密度及降低之受激復合率而變化，該雷射4000在適應於新穎、更低電流位準方面而減慢，因此增強在作用層之外圍處之過量載流子密度對延長下降時間之影響。即使在施加電流波形後光場強度回到其正常值，載流子密度亦不會因此導致從過去至未來之動態耦合，導致例如符號間干擾。
    此外，在其中藉由使用絕緣氧化物層4020獲得電流侷限之裝置中，藉由與在氧化層4020下之二極體接面之電容串聯之穿過該氧化層4020之電容，確定與界定該電流侷限孔之隔離氧化物相關之有效寄生電容。如果該二極體係非偏壓的，則有效電容係經由與該二極體之損耗電容串聯之氧化物層提供，最新者係二者之最低者。正向偏壓下之二極體之電容將增加，而其串聯電阻將降低，其導致該結構之有效電容之整體增加。最大電容僅受相對較大之氧化物電容限制。
    從該氧化層4020中形成之孔傳播開來之橫向載流子可係重要的，且在穩定狀態時，其將導致漏電流。橫向載流子傳播亦將對在該隔離氧化物4020下之二極體結構之外部區域提供一定程度之正向偏壓，因此導致增加具有偏壓之裝置之有效寄生電容。
    上述影響進一步限制雷射裝置之調變速度，且因此限制調變帶寬。
    為了克服與常用雷射裝置之直接調變相關之問題，已提出諸多解決方法以減少載流子向作用層之外圍傳播開來之影響。特定言之，經由減少之增益飽和及內部加熱，可改善該作用區域內部之載流子密度之箝制。或者，質子植入或圖案化穿隧接面技術係可用以另外侷限載流子，以使減少在作用層之外圍處之載流子密度。
    然而，已知技術具有以下缺點：只有載流子之侷限特徵之側面幾何形狀與光場之橫向分佈匹配，該額外之侷限才能係有效的。利用上述設計開發裝置要求廣泛之設計且其實施起來複雜及花費大。
    因此，本發明之問題係提供用以直接調變高速光纖光通訊系統之雷射裝置，其係以高調變速度驅動，其具有減少之有效寄生電容，且其係以特別簡單及有成本效益之方式製造，且同時允許更快及更可靠之光纖光通訊系統。
    藉由提供包括在該主要雷射之作用層之外圍之具有防護雷射功能之輔助雷射之雷射結構，解決該問題。該防護雷射將箝制在與主要雷射之作用區域之外圍重疊之其作用區域內的載流子密度，且進一步在主要雷射之作用區域之外圍處引發額外之受激復合。
    額外之受激復合將增加當輸入電流變小時在作用區域之外圍處之過量載流子密度降低之速率。此外，防護雷射導致在二極體結構外部區域中之載流子注入減少，藉此限制與氧化物層有關之有效寄生電容之增加。最後，本發明提出之解決方法不需使用複雜及高成本之技術，如離子植入或圖案化之穿隧接面。
    根據一較佳實施例，本發明提供一種用於光學互連之雷射裝置。該雷射裝置包括：第一反射器及第二反射器；經調適用以使電流侷限在電流侷限孔內之侷限層；及介於該第一反射器與該第二反射器之間之作用層。該作用層包括與該電流侷限孔對準之主要作用區域及圍繞該主要作用區域之輔助作用區域。該第二反射器包括設置在該電流侷限孔上之第一反射器區域及圍繞該第一反射器區域之第二反射器區域。該第二反射器區域及該第一反射器經配置以在該輔助作用區域中引發受激復合。
    以此方式，雖然該作用層之外圍經由該侷限層電隔離，且整個該作用層之載流子密度未受箝制，但是可藉由由該第二反射器區域引發之受激復合消耗在主要作用區域之外圍累積之過量載流子。因為在該主要作用區域之外圍處之過量載流子被額外之受激復合消耗，所以由於從主要作用區域之外圍至中心之載流子流動引起之電容效應受到抑制。
    根據進一步有利之發展，第二反射器區域之反射率可高於第一反射器區域之反射率。第二反射器區域之更高反射率增加在主要作用區域之外圍處之光場強度及因此提高載流子之復合率。此外，該第二反射器區域之更高反射率降低在該輔助作用區域之雷射臨限值。更高之復合率消耗過量載流子，藉此在該主要作用區域之外圍處避免載流子儲存器之形成。
    根據另一發展，該第一反射器區域係與該電流侷限孔對準及該第一反射器區域之面積係大於該電流侷限孔之面積。特定言之，如果該電流侷限孔具有圓形狀，則亦選擇圓形之第一反射器區域，且該第一反射器區域之直徑D1係大於該電流侷限孔之直徑D0。在該情況下，選擇具有內部直徑D2之環狀之第二反射器區域，D2係等於或大於該第一反射器區域之直徑D1。
    在進一步發展中，該第一反射器區域之面積與該電流侷限孔之面積之比S1/S0係在1.0至3.3之範圍內。該電流侷限孔與該第一反射器區域之尺寸關係允許控制該主要雷射與該防護雷射之耦合，及因此控制防護雷射對減少該主要雷射之外圍處之過量載流子之電容影響之效力。
    在根據本發明之有利實現之雷射裝置中，該第一反射器及該第二反射器分別包括至少一個具有高折射率之層及一個具有低折射率之層。藉由標準技術，可容易生長該等層，且因而獲得之反射器具有99.5%以上之光學反射比。
    可製造該第二反射器之一層使得其在該第二反射器區域中厚於在該第一鏡子區域中。該第二反射器之最頂端反射器層之厚度經選擇為該第二反射器區域中之四分之一波長之奇數倍及在該第一反射器區域之四分之一波長之零或偶數倍。以此方式，該第一反射器區域及該第二反射器區域可容易由常規雷射裝置之製造製程中簡單執行另一步驟中而界定。
    在本發明之替代性有利實現中，該第二反射器可包括設置在該第二反射器區域上及經調適用以增加該第二反射器區域之反射率之反射器元件。因此，可選擇性調整該第二反射器區域之反射率，以使藉由在該第二反射器之頂部上生長或安裝額外層(不包括任意蝕刻及遮蔽製程)，形成該第一反射器區域及該第二反射器區域。
    在本發明之一實施例中，該第一反射器區域、該主要作用區域及該第一反射器界定主要雷射，且該第二反射器區域、該輔助作用區域及該第一反射器界定輔助雷射。
    本發明之雷射裝置可另外包括第一覆蓋層及第二覆蓋層。該第一覆蓋層及該第二覆蓋層將該作用層夾在中間，使得形成腔間隔。該腔間隔之長度可經選擇使得對應於在發射波長之半波之整數倍。該腔間隔之厚度界定共振及發射波長。
    根據本發明之進一步發展，在該作用層包括複數個交替量子井及障壁之堆疊及在其任一側之侷限層。
    該側面侷限層可設置在該第一反射器與該第二反射器之間，且可包括半導體之氧化物層或圍繞該電流侷限孔之離子植入區域。
    根據本發明之另一有利發展，該第一反射器區域係圓盤狀及第二反射器區域係環狀。
    本發明之一實施例係關於一種包括上述雷射裝置之光學模組。上述雷射裝置在該作用區域之外圍處具有減少之載流子密度，且其在發生從高至低驅動電流之變換時沒有受到從該主要作用區域之外圍向中心流回之載流子。因此，該光學模組可以高調變速度驅動。安裝該雷射裝置之光學互連因此可用於具有經增加之調變帶寬之高速光纖光通訊系統。
    本發明之另一實施例提供一種形成用於光學互連之雷射裝置之方法。該方法包括形成在半導體基板上之第一反射器堆疊及侷限層。該侷限層經調適用以使電流侷限在在電流侷限孔內。在該第一反射器堆疊上形成作用層，且該作用層包括與該電流侷限孔對準之主要作用區域及圍繞該主要作用區域之輔助作用區域。在該作用層上形成第二反射器堆疊，且在該第二反射器堆疊中，第一反射器區域係設置在該電流侷限孔上。進一步形成圍繞該第一反射器區域之第二反射器區域，其中該第二反射器區域及該第一反射器經配置以在該輔助作用區域引發受激復合。
    併入附圖且其形成說明書之一部分以說明若干本發明之實施例。該等圖以及描述用於說明本發明之原理。該等圖係僅出於說明關於如何製造及使用本發明之較佳及替代性實例之目的，且不視為侷限本發明僅至所說明及所描述之實施例。此外，從下文及如附圖中所說明之本發明之各項實施例之更特定描述，特徵及優點將變得明顯，附圖中之類似元件符號係指類似元件。
    在以下以說明性為目的之描述中，闡述具體細節以提供其完全理解。然而，顯而易見，可在無該等具體細節下實踐本發明。此外，僅以更一般之形式描述熟知之結構及裝置，以便於其描述。
    在以下描述中，表述「鏡子」及「反射器」係用以表示定義雷射之共振腔之半導體或介電層之堆疊。類似地，於下文中以相同意義使用表述「第一鏡子區域」及「第一反射器區域」；及於下文中以相同意義使用表述「第二鏡子區域」及「第二反射器區域」。表述「增益區域」及「腔間隔」表示夾在雷射裝置之反射器之間之半導體層。
    本發明之問題係基於以下觀察：在直接調變之雷射裝置中調低驅動電流時，在中心之載流子密度將以遠高於在作用層之外圍之率降低。此係由於在具有更高光場強度之區域(即作用層之中心)受激復合更強之事實。因此，過量載流子累積在在作用層之外圍，其用作載流子儲存器，且可發生載流子從作用層之外圍向中心之橫向再分佈。在從高至低之變換期間，雷射朝向更低之光子密度及減少之復合率變化。此將加強在作用層之外圍處之過量載流子密度之影響，因此延長雷射裝置之下降時間。此外，使用用於使電流侷限於裝置中之氧化物半導體層之雷射裝置可遭受橫向載流子傳播，其導致漏電流及具有偏壓之裝置之有效寄生電容增加。
    根據本發明，藉由實施在主要雷射之外圍處之輔助雷射或防護雷射，來減少在該作用層之外圍處之載流子分佈之調變。該防護雷射將箝制在其作用層內之載流子密度，且經由受激復合消耗在主要雷射之作用層之外圍處之過量載流子。此外，該防護雷射將減少在形成該雷射裝置之二極體結構之外部區域中之載流子注入，因此限制與氧化物層有關之有效寄生電容之增加。
    圖1說明根據本實驗之原理所設計之雷射裝置之截面圖。該雷射裝置1000包括半導體材料之基板1030，在基板1030頂部形成第一反射器或鏡子1300。該第一反射器1300可係具有高反射率之任意半導體材料。在該第一鏡子1300之頂部上進一步提供腔間隔1200。該腔間隔1200包括經相反導電型摻雜之第一覆蓋層1230及第二覆蓋層1210。作用層1220係夾在該第一覆蓋層1230與第二覆蓋層1210之間。該作用層1220係由純質半導體構成，且為當由電或光學泵吸驅動該雷射時其中會發生載流子之復合之層。參考圖4提供該增益區域1200之更密切描述。
    該雷射裝置1000進一步包括界定電流侷限孔1021之侷限層1020。該侷限層1020係經氧化之半導體材料之層或氧化層。一般藉由在該雷射裝置1000內生長高鋁含量之半導體層及進一步氧化該層，獲得該氧化層1020。該經氧化之部分係不導電的且亦具有更低之折射率，其亦提供針對在該作用層1220產生之光場之一定程度之限制。該電流侷限孔1021係該氧化層1020之非氧化部分。由正向偏壓該雷射裝置1000產生之電流及光場主要侷限在該電流侷限孔1021內。
    在該電流侷限層1020之頂部形成第二反射器1100。該第一及第二鏡子或反射器1300及1100係經雜質摻雜，使得具有相反導電型及形成二極體接面。該第二鏡子1100及該第二覆蓋層1210係p型，而該第一鏡子1300以及該第一覆蓋層1230係n型。該作用層1220包括一或多層純質半導體。
    根據圖1中之結構，該雷射裝置1000係p-i-n二極體接面。然而，根據該雷射裝置1000之特定應用，可使用不同於該描述之其他組態。此外，在一替代性實現中，該第一鏡子1300及該第二鏡子1100係純質半導體或介電質，且p型及n型半導體層隱藏在該第一鏡子1300及該第二鏡子1200之間以提供與該作用層1220之電連接。
    該第二鏡子1100包括第一鏡子區域1140及圍繞該第一鏡子區域1140之第二鏡子區域1130。選擇該第二鏡子區域1130之反射率R2以高於該第一鏡子區域1140之反射率R1。該第一鏡子區域1140係形成在該電流侷限孔1021上方之第二反射器1100內。該第一鏡子區域1140之面積係大於該電流侷限孔1021之面積，且亦部分重疊緊緊圍繞該電流侷限孔1021之氧化層1020之一部分。然而，在本發明之其他較佳實現中，可選擇該第一鏡子區域1140以具有與該電流侷限孔1021相同之尺寸或更小之尺寸。
    藉由將頂部反射器1110添加到該第二鏡子1100之頂部表面上，可獲得該第一反射器區域1140及該第二反射器區域1130。該頂部反射器1110係由交替之高及低折射率之介電層、金屬反射器或其組合製成之分佈式布拉格(Bragg)反射器。
    正向偏壓該雷射裝置1000時，電洞及電子將分別從p摻雜層1210及n摻雜層1230移至該作用層1220。從p-i-n接面之p及n側注入該作用層1200之電洞及電子之復合產生發光。中間夾著該作用層1220之該第一鏡子1300及該第二鏡子1100與該腔間隔1200一起形成共振腔，其中光從該雷射裝置1000發射之前已經反射。
    該第一鏡子區域1140、相當於該第一鏡子區域1140之面積及設置在其下方之腔間隔1200之部分及該第一介電鏡子1300界定主要雷射1400，其發射具有視用於製造該雷射裝置1000之半導體材料之能隙及該腔間隔厚度而定之波長之光。同樣，圍繞該第一鏡子區域1140之第二鏡子區域1130、在其下方之該腔間隔1200之部分及該第一介電鏡子1300定義輔助雷射1500或防護雷射。該防護雷射1500圍繞界定該主要雷射1400之雷射裝置1000之部分。圍繞該電流侷限孔1021及設置在第二鏡子區域1130下之作用層1220之部分經由該氧化層1020而隔離。因此，電洞無法直接從該p型鏡子注入該作用層之部分。代之以載流子從該作用區域1220之中心洩漏，其相當於該主要雷射1400之作用區域進入該作用區域1220之外圍，其相當於該輔助雷射1500之作用區域。換言之，該輔助雷射1500之復合載流子係從該作用層1220之中心注入。參考圖5提供該作用層及關於該作用層之不同區域之詳情。
    在臨限電流或以上之在對應於該第一鏡子區域1140之作用層1220之中心中之載流子密度一般視在該作用層之臨限增益，及因此視該介電鏡子1100及1300之反射率而定。一般而言，在臨限值之載流子密度係與該雷射裝置之電鏡子1100及1300之反射率成反比。在本發明之雷射裝置中，該第二鏡子區域1130之反射率R2係大於該第一鏡子區域1140之反射率R1。該組態提供該輔助雷射1500之更低之臨限載流子密度。參考圖5將提供該主要及輔助雷射1400、1500及對應作用層之設計之更詳細描述。
    在發射雷射之垂直腔表面，該鏡子1300之反射率係在約99.5至99.9%之範圍內，該值在發射雷射之邊緣之情況下可更低。
    關於該雷射裝置1000之工作原理之詳情亦適用於如圖2至5所描述之本發明之全部其他實施例中。
    圖1之雷射裝置1000進一步包括設置在該第二鏡子1100之頂部表面上之第一終端接點10及設置在該基板之底部表面上之第二終端接點(圖中未繪示)。
    圖2展示根據本發明之雷射裝置2000之另一實施例。該雷射裝置2000包括基板2030、第一鏡子2300、包括經相反導電型摻雜之第一覆蓋層2230及第二侷限層2210之腔間隔2200、第二鏡子2100及夾在該第二覆蓋層2210與該第二鏡子2100之間之電流侷限層2020。摻雜該第一鏡子2300及該第二鏡子2100以獲得相反導電型。特定言之，該第一反射器2300及該第一覆蓋層2230係經n型摻雜劑摻雜，且該第二反射器2100及該第二覆蓋層2210係經p型摻雜劑摻雜。該電流侷限層2020包括電流侷限孔2021。
    該第二鏡子2100包括對應於該電流侷限孔2021之第一鏡子區域2140。該第一鏡子區域2140之面積係大於該電流侷限孔之2021之面積，且可在直接圍繞該電流侷限孔2021之電流侷限區域2020之部分上部分延伸。
    在一有利實例中，該第一鏡子區域2140之面積S1與該電流侷限孔2021之面積S0之比可為約1.4。該值以上係不普遍的，且可根據該雷射裝置之特定設計而改變。更確切而言，該最佳比S1/S0係基於該特定實現之細節而選擇，例如基於量子井之數量及量子井及障壁層之組合物，以及該第一反射器及第二反射器之該實際反射率。該最佳比係由直接實驗而便利地確定。作為一實例，可在一基板(如半導體晶圓)上處理具有包括不同面積S1之第一鏡子區域之多個裝置。可藉由直接測量參數諸如臨限電流、微分效率及調變帶寬及/或當將調變電流應用至該裝置時所產生之光學信號之上升及下降時間，確定最佳設計。對於一般用於通訊應用之諸多實際組態而言，宜選擇在1.0至3.3之範圍內之S1/S0比率。
    在一特定組態中，該電流侷限孔2021以及該第一鏡子區域2140具有圓形形狀。在該情況下，該電流侷限孔及該第一鏡子區域之直徑D0及D1係作為參數應用。因此，該第一鏡子區域2140之外部直徑D1與該電流侷限孔2021之直徑D0之比率可係1.2。在該情況下，該最佳比率D1/D2亦取決於該特定實現之細節，例如取決於量子井之數量及該量子井及障壁層之組合物、以及該第一反射器及該第二反射器之實際反射率。該最佳比率係由直接實驗而便利地確定。作為一實例，可在一基板上處理具有諸多不同D1值之裝置。藉由直接測量參數諸如臨限電流、微分效率及調變帶寬、及/或當將調變電流應用至該裝置時所產生之光學信號之上升及下降時間，確定最佳設計。對於諸多實際組態，宜發現在1.0至1.8之範圍內之比率D1/D0。
    該電流侷限區域2020係參考圖1所描述之氧化物層或可由離子(如質子)植入該覆蓋層2210中而獲得。作為一實例，如果該電流侷限區域係由植入諸如氫離子及其類似物之離子而獲得，則可植入在該雷射裝置之結構中，例如在該覆蓋層2210除了該電流侷限孔2021之任意地方。離子植入破壞該孔周圍之晶格結構，因此抑制電流流過該區域。
    在另一替代性實例中，可藉由圖案化穿隧接面獲得電流侷限。最後，第一終端接點2010係設置在該鏡子2100之頂部表面上且第二終端接點(圖中未繪示)係設置在該基板2030之底部表面上。
    該雷射裝置2000之工作原理係與該雷射裝置1000之工作原理相同，且不做再次解釋。
    該第一鏡子2300及該第二鏡子2100係分佈式布拉格反射器(DBR)結構。該第一鏡子2300包括具有交替之高及低折射率之第一層2320及第二層2310之堆疊。該第一層2320及該第二層2310之各層具有材料之四分之一之雷射波長之厚度。根據以上設計之第一鏡子2300之層組合物產生在99%至99.9%之範圍內之強度反射率。同樣，該第二鏡子2100亦包括交替高及低折射率之第一層2320及第二層2310之堆疊。在本發明之一較佳實現中，該第一鏡子2300及該第二鏡子2100分別包括30及21對層2310、2320。然而，該組態係非限制性且該第一鏡子2300及該第二鏡子2100可包括任意數量之層，例如對於第二DBR 2100之22層及對於第一DBR 2300之34層。
    雖然在圖2之特定實施例中，該鏡子係由分佈式布拉格反射器製成，但是該雷射裝置2000之第一鏡子及第二鏡子亦可由諸如使用設置在摻雜半導體層內之薄金屬膜及其類似物之其他方法而獲得。
    該第二反射器2100包括第一鏡子區域2140及第二鏡子區域2130。該第二鏡子區域2130具有高於該第一鏡子區域2140之反射率。此可由將頂部反射器2110添加至該第二鏡子2100之頂部表面上而獲得。該反射器2110可係由交替高及低折射率之半導體或介電層製成之分佈式布拉格反射器、金屬反射器或其組合。
    或者，可藉由僅生長該結構之部分、圖案化該結構及生長更多層或添加介電層而改變形成該第二鏡子2100之第二層2310中之一或多者，來獲得該第二鏡子區域2130。
    仍然，在另一實施例中，可藉由以類似方式將該半導體層轉換為氧化物孔而改變形成該第二鏡子2100之第二介電層2310中之一或多者，來獲得該第二鏡子區域2130。
    該額外反射器2110之形狀係取決於該第一鏡子區域2140之形狀及該電流侷限孔2021之設計。更確切而言，設計該額外反射器2110使得其圍繞該第一鏡子區域2140。在圖2之實施例中，該電流侷限孔2021具有圓形形狀，在該情況下，該第二鏡子2130及該額外反射器2110具有環形截面。然而，所提出之解決方法及其討論亦適用於具有任意形狀之電流侷限孔、第一鏡子區域及第二鏡子區域之裝置。
    該第一鏡子區域2140、對應於該第一鏡子區域2140之面積及設置在其下之增益區域或腔間隔2200之部分、及該第一鏡子2300界定主要雷射2400，其發射具有一或多種視用於製造該雷射裝置2000之半導體材料之能隙及該腔間隔2200之厚度而定之波長之光。同樣，圍繞該第一鏡子區域2140之第二鏡子區域2130、在其下之腔間隔2200之部分及該第一鏡子2300界定輔助雷射2500或防護雷射。該防護雷射2500圍繞界定該主要雷射2400之雷射裝置2000之部分。
    在圖2中，在該雷射裝置2000中之主要及輔助雷射之設置係由垂直虛線說明性指出。特定言之，介於該兩條虛線之間之區域指示為該主要雷射2400，而在該虛線之外部延伸之雷射裝置之區域指示為該輔助雷射2500。該相同說明性定界係用於圖1及3之實施例。
    圖3展示根據本發明之另一實施例之雷射裝置3000之截面圖。圖3之雷射裝置3000包括已參考圖2描述之所有部件。特定言之，該雷射裝置包括第一鏡子3300及第二鏡子3100、第一覆蓋層3230及第二覆蓋層3210、電流侷限層3020以及作用層3220。該第一鏡子區域3140、對應於該第一鏡子區域3140之面積及設置在其下之腔間隔3200之部分及該第一鏡子3300界定主要雷射3400，其發射具有一或多個視用於製造該雷射裝置3000之半導體材料之能隙及該腔間隔3200之厚度而定之波長之光。同樣地，圍繞該第一鏡子區域3140之第二鏡子區域3130、在其下之腔間隔3200之部分及該第一鏡子3300界定輔助雷射3500或防護雷射。該防護雷射3500圍繞界定該主要雷射3400之雷射裝置3000之部分。
    作為圖2之實施例之替代，在對應於該第一鏡子區域3140之區域中，該鏡子3100之頂部層3110具有經改變之厚度。更確切而言，該第二鏡子3100係包括高折射率3110及低折射率3120之交替層之堆疊之DBR反射器。該等層之厚度係半導體材料之四分之一雷射波長之奇數倍，該厚度提供該DBR堆疊之最高反射率。該DBR 3100以高折射率層3110終止。改變該最頂端介電層3110之厚度，使得其係該半導體材料之四分之一雷射波長之偶數倍。四分之一波長之偶數倍引起DBR反射器之反相情況，藉此最小化該層堆疊之反射率。因此，在此實施例中，藉由減少沿著對應於該主要雷射3500之區域之第二DBR反射器之最頂端層3110之厚度來實現該第一鏡子區域3140。
    根據本發明之雷射裝置1000、2000及3000係基於由砷化鎵鋁及砷化鎵(GaAlAs/GaAs)製成之堆疊而設計，且可發射具有在約650 nm至1300 nm之範圍內之波長之光。特定言之，本發明中所描述之實施例發射具有約850 nm之波長之光。然而，該等裝置亦可設計為發射其他波長如980奈米或1060奈米之光。
    圖2及3之雷射裝置係垂直腔表面發射雷射(VCSEL)。該等VCSEL之設計係基於由Ga(1-x)AlxAs層製成之堆疊。該第一及第二鏡子2300、2100及3100、3300係分佈式布拉格反射器(DBR)，其使用具有交替組合物之層對以提供所需反射率。該腔間隔2200、3200亦係Ga(1-x)AlxAs，其中x係可變的，以提供所需電傳輸及侷限特性。該作用層2220、3220包括諸多具有Ga(1-x)AlxAs障壁(圖中未繪示)之GaAs量子井(圖中未繪示)。參考圖4，將提供該腔間隔2200、3200之更詳細之描述。在替代性實施例中，該作用層2220、3220可包括具有Ga(1-x)AlxAs障壁之應變Ga(1-x)InxAs量子井。該解決方案在高性能VCSEL中係特別有利的，因為Ga(1-x)InxAs半導體材料保證更佳之性能及更高之可靠性。
    作為一具體實例，該第二DBR 2100、3100可係p型摻雜，且該第一DBR 2300、3300可係n型摻雜。該基板2030、3030可係n型摻雜之GaAs。該腔間隔2200、3200作為單獨之侷限結構而設計，且可係具有分級x之Ga(1-x)AlxAs層。作為一個實例，x可係在0.3至0.9之範圍內。該作用層2220、3220可由3個Ga(1-x)InxAs量子井組成，其中x可係在5至10%之範圍內，其具有Ga(1-x)AlxAs障壁，其中x係在約30至約40%之範圍內。在該第二DBR鏡子2100、3100與該腔間隔2200、3200之間之雷射裝置2000、3000之p型側面上提供氧化層2020、3020。該氧化層2020、3020係具有在0.96至0.98之範圍內之更高x之薄Ga(1-x)AlxAs層，且從外圍向內部分氧化，以形成該電流侷限孔2021、3021。該氧化層2020、3020之氧化部分係不導電的，且其具有更低之折射率，其亦對光場提供一定程度之侷限。
    在替代性實施例中，該氧化層2020、3020亦可設置在第二DBR反射器2100、3100內或在該作用層2220、3220以上之位置之腔間隔2200、3200內。在另一實施例中，除該氧化層2020、3020之外，可提供介於該第一DBR鏡子2300、3300與該腔間隔2200、3200之間，或在該第一DBR鏡子2300、3300內或在於該作用層2220、3220以下之位置之腔間隔2200、3200內之第二氧化層(圖中未繪示)。
    一般，將該氧化層2020、3020及所得之電流侷限孔2021、3021置於該雷射裝置1000、2000、3000之p型摻雜側。當與放置僅一孔於n側上相比，該組態一般提供更佳之電流侷限。特定言之，該層係介於該p-DBR 2100、3100與該腔間隔2200、3200之間或在最接近該間隔2200、3200之p-DBR2100、3100之第一對之一者中。然而，可使用如在p側或p及n兩側上具有若干孔之諸多其他組態。該等各種組態旨在提高電流侷限、減少寄生電容及最佳化光場之橫向侷限。
    在圖1至3所描述之雷射裝置1000、2000、3000中，該電流侷限孔1021、2021、3021之面積係小於界定該主要雷射1400、2400、3400之第一鏡子區域1140、2140、3140之面積，且因此其係小於界定該第二鏡子區域1130、2130、3130之環之內尺寸。該電流侷限孔1021、2021、3021之直徑與該防護環1130、2130、3130之內徑之間之關係規定該主要雷射1400、2400、3400與該防護環或輔助雷射1500、2500、3500之間之耦合相互作用。為了獲得所期望之效果，對應於該主要雷射1400、2400、3400及該輔助雷射1500、2500、3500之作用層1220、2220、3220之部分及該主要雷射1400、2400、3400及該輔助雷射1500、2500、3500之光場應具有一定程度之重疊。
    此外，在呈現之組態中，該防護環雷射1500、2500、3500利用主要雷射之作用區域洩漏出之載流子操作。
    如果該防護環1130、2130、3130之內徑製造得越大，則減少該耦合且在該主要雷射之外圍處之載流子密度在應用調變時搖擺得越大，而在該防護雷射1500、2500、3500之作用區域內仍受到相對箝制。因此，該防護有效性降低。此外，當該環內徑製造得越大，則在該防護雷射之作用層1220、2220、3220之部分中之載流子密度將有效降低。如果載流子密度小於臨限值時，該防護雷射將無法發出雷射且將損失防護效果。
    另一方面，如果內徑製造得太小，該防護環將消耗注入該裝置中之大部分載流子。此係有效損耗機制：將降低主要雷射之效率，一般導致性能降級。在極端情況下，該防護雷射可藉由例如消耗注入該裝置之過大比率之載流子而接管，關閉該主要雷射。第一反射器區域之直徑與電流侷限孔之直徑之間之最佳比率取決於如本文解釋之本發明之特定實現。此外，如本文已解釋，該最佳比率可由直接實驗而便利地確定。對於諸多實際實現，該第一鏡子區域3140之外徑D1與該電流侷限孔3021之直徑D0之間之最佳比率將在1.0至1.8之範圍內。
    該電流侷限孔、該第一反射器區域與該第二反射器區域之尺寸之間之關係控制該主要雷射與該防護雷射之間之耦合，因此控制防護雷射對於減少在該主要雷射之外圍處之過量載流子之電容效應之有效性。特定言之，對於圓形電流侷限孔，藉由該直徑D0、D1與D2之間之關係，控制主要與防護雷射之間之耦合。在一較佳組態中，該第二反射器區域之內徑D2係等於該第一反射器區域之直徑D1。在該特定組態中，該主要與該防護雷射之間之耦合係由D1與D0之比率控制。
    對於具有特定直徑D0之侷限孔，減少該第一反射器區域之直徑D1將提供該防護雷射與該主要雷射之間之更強耦合及更有效地減少過量載流子之電容效應。同時，減少D1將導致注入該裝置之更大比率之載流子被該防護雷射消耗，因此增加從該主要雷射之載流子損失，繼而導致更高之臨限電流及更低之主要雷射效率。應瞭解，存在由防護雷射減少過量載流子之影響與從主要雷射之載流子損失之間之權衡。第一反射器區域與電流侷限孔之直徑之間的最佳比率係取決於裝置之特定材料及整體設計。對於一般實際情況，該最佳比率D1/D0係在1.0至1.8之範圍內。
    然而，由於本發明可適用於以多種材料組合實現及具有涵蓋相對廣之範圍之其他特定設計參數之裝置，對於某些特定實現，該最佳比率可在此範圍以外。例如，該電流侷限孔及第一鏡子區域可能並非圓形而是具有不同形狀。在該情況下，可選擇該第一鏡子區域3140之面積S1及該電流侷限孔3021之面積S0作為參數。可選擇該比率S1/S0之值在1.0至3.3之範圍內，如已經參考圖2解釋般。有利而言，該比率S1/S0可係1.4。圖4示意性地展示用於雷射裝置1000、2000及3000之腔間隔200。該腔間隔200包括第一覆蓋層230及第二覆蓋層210。該等覆蓋層230、210係由半導體材料製成，且經摻雜以獲得相反導電型。在圖3之特定實施例中，該第一覆蓋層230係經供體(n型)摻雜，而該第二覆蓋層210係經受體(p型)摻雜。該腔間隔200另外包括夾在該第一覆蓋層230與第二覆蓋層210之間之作用層220。
    該作用層220包括複數個純質半導體材料之層。更確切而言，該作用層220包括交替量子井221及障壁222之堆疊。如上所述，該量子井221係由Ga(1-x)InxAs之層組成，其中x係在5%至10%之範圍內，而該障壁222包括Ga(1-x)AlxAs之層，其中x係在約30%至40%之範圍內。
    雖然圖4展示包括3個量子井221及2個量子井障礙222之作用層，該組態不應視為限制性。更確切而言，取決於雷射裝置1000、2000、3000之特定應用，該作用層200可包括任意數量之量子井221及量子井障壁222。
    該作用層200另外包括兩個夾在量子井與障礙221與222之堆疊之間之純質侷限層223。該侷限層223設置在該等量子井221與該等覆蓋層210、230之間且可分級。
    圖5係說明根據本發明之雷射裝置之工作原理之示意圖。雖然圖5係指在圖3中之實施例，但是參考圖5所介紹及描述之原理亦適用於在圖1及2中所描述之實施例。
    圖5特定言之展示視施加到該雷射裝置3000之正向偏壓而定之作用層3220中之載流子密度。曲線(1)展示在對應於該雷射裝置3000之高態之高電流位準下之載流子密度。曲線(3)展示在更低電流位準下之載流子密度，而曲線(2)展示電流從更高變換至更低位準後短期之載流子密度。
    在臨限值以上之偏壓下之理想雷射中，在作用層中之載流子密度係箝制在臨限載流子密度。載流子密度之箝制係經由載流子之受激復合及光子之受激發射之光場(光子密度)與作用層中之載流子密度之耦合之直接影響。載流子密度產生光場之充分擴大，以補償共振器之總光學損耗。在臨限值之上之載流子密度中之任意增加導致超過總損耗之增益且導致光子密度及受激復合率之快速增加。該方法藉由消耗過量載流子恢復到該臨限位準。
    在圖5之雷射裝置3000中，當電流增加至臨限值以上，該作用層3220中之載流子密度不完全受箝制，但繼續增加以補償當由於內部加熱而溫度增加時之增益減少。導致載流子密度之增加之另一因素係光子密度或在雷射裝置3000中產生之光場強度之增加。主要經由受激復合，有效消耗產生超出光學損失之增益之任意過量載流子密度。
    圖5展示包括在該作用層3220中之不同區域。更確切而言，當該雷射裝置3000係正向偏壓時，電洞從該p型覆蓋層3210經由電流侷限孔3021注入區域3221。區域3221表示主要雷射3400之作用區域或主要作用區域。光場強度在區域3221之中心處具有最大值。因此，在該主要作用區域3221中之載流子密度對於由於由更高光場強度引發之更強受激復合導致之偏流變化更具響應性。
    區域3222圍繞區域3221且係由該電流侷限層3020屏蔽。區域3222表示輔助作用區域。由於該層3020，抑制載流子從該覆蓋層3210直接注入該輔助作用區域3222。因此，該輔助作用區域3222主要包括從該主要作用區域3221洩漏之載流子。因為該第二鏡子3100之第二鏡子區域3130具有比界定該主要雷射3400之第一鏡子區域3140更高之反射率，所以相較於習知設計之裝置，輔助作用區域3222中之受激復合率增加。此具有限制在對應於該輔助雷射3500之作用區域之輔助作用區域3222之載流子密度之增加之影響。
    在以此方式，從高電壓值變換至低電壓值時，在該主要雷射3400之作用區域之外圍處將不存在過量載流子，因此抑制載流子從該該作用層3220之外圍向中心之橫向再分佈，其導致在該雷射中之電容效應。
    防護雷射或輔助雷射1500、2500、3500之發射波長取決於雷射裝置1000、2000、3000之半導體材料、在該作用層1220、2220、3220之半導體之能隙及該腔間隔1200、2200、3200之厚度。該防護雷射1500、2500、3500在極接近於該主要雷射1400、2400、3400之波長之波長下發射。該解決方法係更加易於實施及更具成本效益，因為相同半導體材料可用於主要及輔助雷射。然而，該防護雷射不一定在與主要雷射相同之波長下發光，且本發明之原理及理念亦適用於其中防護雷射在與主要雷射不同之波長下發射之雷射裝置。
    此外，該主要及防護雷射1400、1500、2400、2500、3400及3500皆具有含有多個相近間隔波長之多模式發射。不同共振體形狀以及該兩種雷射之載流子及光子密度分佈可導致不同模式之分佈及因此稍不同組之發射波長。
    圖6展示根據本發明之光學模組6000之截面圖。該光學模組6000可係光學收發器且可與電路載體，例如印刷電路板(PCB)、連接插座或類似物連接，且隨後用於用於中板應用之光纖光學互連或作為內板或中間板模組。該光學模組6000包括光學上透明載體6100，其上可固定一個或多個積體電路(圖中未繪示)或任何類型之表面安裝組件。該光學上透明載體6100可另外包括一或多個雷射裝置1000、2000、3000。
    該光學透明載體6100係可由針對限定波長(用於中板應用之標準通訊波長係850 nm)為光學上透明之耐熱玻璃製成。然而，可選擇該透明載體，使得其對於根據該光學模組之具體應用之其他波長係透明的。此外，作為耐熱玻璃之替代，亦可使用具有其他光學特性之其他類型之光學上透明材料。
    該透明載體6100另外包括在該透明載體6100之第一表面6120上之金屬佈線及第一電連接墊6030。第一表面6120亦將在下文中作為透明載體6100之頂部表面指出。該雷射裝置1000、2000、3000係安裝在該第一表面6120上，且其與該透明載體6100電連接。可藉由能夠傳導電流之已知方法中之任一種，例如藉由焊料凸塊6010，將該雷射裝置1000、2000、3000附接至該透明載體6100。包括在該透明載體6100中之金屬線經由該焊料凸塊將雷射裝置1000、2000、3000連接至該第一電連接墊或終端6030。該電連接終端6030可設置在該透明載體6100之外圍處。該透明載體6100機械附接及電連接至載體基板6400。
    雖然在上述特定實施例中，該雷射裝置1000、2000、3000係安裝在該透明載體6100之第一表面6120上，其亦可安裝在該透明載體6100之任意其他表面上。
    在該光學模組6000之操作期間，經由該載體基板及光學透明載體饋入電信號之雷射裝置1000、2000、3000經由該光學透明載體6100向該載體基板6400之底部表面而發光。隨後，所發射之光可被光學耦合元件(圖中未繪示)接收，且耦合至光導元件，如波導或其類似物。
    該載體基板6400係能夠處理高頻信號，使得該光學模組6000可用於高位元率之光纖應用。此外，該透明載體6100及該載體基板6400係根據覆晶設計而連接。
    本發明之另一實施例提供一種形成用於光學互連之雷射裝置(1000、2000、3000)之方法。該方法係指圖1至3之雷射裝置，且包括在半導體基板上形成之第一反射器堆疊(1300、2300、3300)。隨後，在該第一反射器堆疊(1300、2300、3300)上形成腔間隔(1200、2200、3200)。該腔間隔包括第一覆蓋層及第二覆蓋層以及夾在該第一覆蓋層與該第二覆蓋中間之作用層(1220、2220、3220)。在該第二覆蓋層上進一步形成在電流侷限孔(1021、2021、3021)內之用於侷限電流之侷限層(1020、2020、3020)。在該作用層上形成第二反射器堆疊(1100、2100、3100)。
    改良該第二反射器堆疊(1100、2100、3100)以界定設置在該電流侷限孔上之第一反射器區域(1140、2140、3140)及圍繞該第一鏡子區域(1130、2130、3130)之第二鏡子區域(1130、2130、3130)。特定言之，藉由遮住該第二反射器(1100、2100、3100)之頂部表面及隨後蝕刻在該第二反射器(1100、2100、3100)中之陰影表面凸紋，可達成該第一鏡子區域及第二鏡子區域。該第一鏡子區域(1130、2130、3130)可具有與該電流侷限孔相同之形狀，但是選擇其面積大於該電流侷限孔之面積。
    在該作用層(1220、2220、3220)中界定與該電流侷限孔對準之主要作用區域(3221)及圍繞該主要作用區域之輔助作用區域(3222)。該主要作用區域係大於該電流侷限孔，且包括該電流侷限孔下之作用層之區域，載流子從p及n型摻雜側直接注入該區域中，且該作用層之區域緊緊圍繞該區域。
    在本發明之特定實現中，該電流侷限孔可具有8微米之直徑。該第一反射器區域之直徑可係11微米。在另一實現中，該電流侷限孔可係10微米且該第一反射器區域之直徑可係13微米。上述組態僅為特定實例，且不視作任意方式之侷限。事實上，可選擇不同於上述所列之該電流侷限孔及第一反射器區域之尺寸。該電流侷限孔及該第一反射器區域之尺寸及形狀可取決於雷射裝置之設計及特定應用。更確切而言，該等值可取決於設計之參數及所使用之材料之特性，例如用於該腔間隔及特定言之該覆蓋層中之外延材料之有效本底摻雜。該等特性繼而對於用於產生不同層之特定設備及生長方案係極特別的。因此，電流侷限孔及第一反射器區域之尺寸可偏離給定值。
    上述方法描述一種用於改良第二反射器(1100、2100、3100)之蝕刻技術。然而，亦可根據本發明之其他實現使用替代方法。更確切而言，可藉由在該第二反射器(1100、2100、3100)之一部分上生長另一反射器堆疊形成該第二鏡子區域(1130、2130、3130)，以界定對應於第一反射器區域之所需形狀之凸紋。或者，如金屬層或類似物之高反射材料層可安裝在第二反射器(1100、2100、3100)上。
    如上述所形成之第二反射器區域及第一反射器在輔助作用區域中引發受激復合。
    本發明提供一種用於高位元率之直接調變光學互連中之具有對高至低偏壓變換之改良響應之雷射裝置。
    根據本發明，輔助雷射或防護雷射圍繞主要雷射，其消耗圍繞該主要雷射之作用區域之過量載流子，且因此減少主要雷射之作用區域中之過量載流子之電容效應。此係藉由提供圍繞主要雷射之包括具有高於該主要雷射之反射器之反射率之反射器之共振腔而獲得。以此方式，圍繞主要雷射之作用層之區域內之光場強度可增加，使得增加在主要雷射之外圍處之受激復合率，因此消耗過量載流子。上述參考圖1至6之解決方法允許以低成本製造，及簡單設計能夠支持25 Gb/s之高調變帶寬及更高位元率應用之雷射裝置及光學模組。
    200‧‧‧腔間隔
    210‧‧‧覆蓋層
    220‧‧‧作用層
    221‧‧‧量子井
    222‧‧‧障壁
    223‧‧‧侷限層
    230‧‧‧覆蓋層
    1000‧‧‧雷射裝置
    1020‧‧‧侷限層
    1021‧‧‧電流侷限孔
    1030‧‧‧半導體基板
    1100‧‧‧第二反射器/第二反射器堆疊/第二鏡子
    1110‧‧‧反射器元件/頂部反射器
    1130‧‧‧第二反射器區域/第二鏡子區域/第一鏡子區域/第一反射器區域/防護環
    1140‧‧‧第一反射器區域/第一鏡子區域
    1200‧‧‧腔間隔/第二鏡子/作用層
    1210‧‧‧第二覆蓋層/p摻雜層
    1220‧‧‧作用層/作用區域
    1230‧‧‧第一覆蓋層/n摻雜層
    1300‧‧‧第一反射器/第一反射器堆疊/第一鏡子/第一介電鏡子
    1400‧‧‧主要雷射
    1500‧‧‧輔助雷射
    2000‧‧‧雷射裝置
    2010‧‧‧第一終端接點
    2020‧‧‧侷限層
    2021‧‧‧電流侷限孔
    2030‧‧‧半導體基板
    2100‧‧‧第二反射器/第二反射器堆疊/第二鏡子
    2110‧‧‧反射器元件/頂部反射器/額外反射器
    2130‧‧‧第二反射器區域/第一反射器區域/第二鏡子/第二鏡子區域/第二反射器/防護環
    2140‧‧‧第一反射器區域/第一鏡子區域
    2200‧‧‧腔間隔
    2210‧‧‧第二覆蓋層/第二侷限層
    2220‧‧‧作用層
    2230‧‧‧第一覆蓋層
    2300‧‧‧第一反射器/第一鏡子
    2310‧‧‧具有高折射率之反射器層/第二介電層/第二層
    2320‧‧‧具有低折射率之反射器層/第一層
    2400‧‧‧主要雷射
    2500‧‧‧輔助雷射
    3000‧‧‧雷射裝置
    3020‧‧‧侷限層
    3021‧‧‧電流侷限孔
    3030‧‧‧半導體基板
    3100‧‧‧第二反射器/第二反射器堆疊/第二鏡子
    3110‧‧‧最頂端反射器層/最頂端層/高折射率層
    3120‧‧‧低折射率層
    3130‧‧‧第二反射器區域/第二反射器/第一反射器區域/第一鏡子區域/第二鏡子區域/防護環
    3140‧‧‧第一反射器區域/第一鏡子區域/防護環
    3200‧‧‧腔間隔
    3210‧‧‧第二覆蓋層
    3220‧‧‧作用層
    3221‧‧‧主要作用區域
    3222‧‧‧輔助作用區域
    3230‧‧‧第一覆蓋層
    3300‧‧‧第一反射器/第一反射器堆疊/第一鏡子
    3310‧‧‧高折射率之反射器層/第二覆蓋層
    3320‧‧‧低折射率之反射器層
    3330‧‧‧第一覆蓋層
    3400‧‧‧主要雷射
    3500‧‧‧輔助雷射
    4000‧‧‧雷射裝置
    4020‧‧‧電流侷限區域/絕緣氧化物層
    4021‧‧‧電流侷限孔
    4030‧‧‧基板
    4100‧‧‧第二鏡子
    4200‧‧‧腔間隔
    4210‧‧‧第二覆蓋層
    4220‧‧‧作用層
    4230‧‧‧第一覆蓋層
    4300‧‧‧第一鏡子
    4310‧‧‧高折射率之半導體鏡子層
    4320‧‧‧低折射率之半導體鏡子層
    6000‧‧‧光學模組
    6010‧‧‧焊料凸塊
    6030‧‧‧第一電連接墊/第一電連接終端
    6100‧‧‧透明載體
    6120‧‧‧透明載體6100之第一表面
    6400‧‧‧載體基板
    圖1展示根據本發明之第一實施例之雷射裝置之截面圖；圖2展示根據本發明之另一實施例之雷射裝置之截面圖；圖3展示根據本發明之另一實施例之雷射裝置之截面圖；圖4展示用於根據本發明之較佳實施例之圖1至3之雷射裝置之雷射腔之細節；圖5示意性地展示根據本發明之較佳實施例之雷射裝置之工作原理；圖6展示安裝根據本發明之雷射裝置之光學互連之截面圖；圖7展示根據先前技術之習知雷射裝置之截面圖；圖8展示根據先前技術之習知雷射裝置之工作原理。
    1000‧‧‧雷射裝置
    1020‧‧‧侷限層
    1021‧‧‧電流侷限孔
    1030‧‧‧半導體基板
    1100‧‧‧第二反射器/第二反射器堆疊/第二鏡子
    1110‧‧‧反射器元件/頂部反射器
    1130‧‧‧第二反射器區域/第二鏡子區域/第一鏡子區域/第一反射器區域/防護環
    1140‧‧‧第一反射器區域/第一鏡子區域
    1200‧‧‧腔間隔/第二鏡子/作用層
    1210‧‧‧第二覆蓋層/p摻雜層
    1220‧‧‧作用層/作用區域
    1230‧‧‧第一覆蓋層/n摻雜層
    1300‧‧‧第一反射器/第一反射器堆疊/第一鏡子/第一介電鏡子
    1400‧‧‧主要雷射
    1500‧‧‧輔助雷射
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種用於光學互連之雷射裝置(1000、2000、3000)，該雷射裝置包括：第一反射器(1300、2300、3300)及第二反射器(1100、2100、3100)；侷限層(1020、2020、3020)，該侷限層(1020、2020、3020)經調適以使電流侷限在電流侷限孔(1021、2021、3021)內；介於該第一反射器與該第二反射器之間之作用層(1220、2220、3220)，該作用層包括與該電流侷限孔(1021、2021、3021)對準之主要作用區域(3221)及圍繞該主要作用區域(3221)之輔助作用區域(3222)；其中該第二反射器(1100、2100、3100)包括設置在該電流侷限孔(1021、2021、3021)上之第一反射器區域(1140、2140、3140)及圍繞該第一鏡子區域(1140、2140、3140)之第二反射器區域(1130、2130、3130)；及其中該第二反射器區域(1130、2130、3130)及該第一反射器(1300、2300、3300)係經配置以在該輔助作用區域(3222)中引發受激復合。
    [2] 如請求項1之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中第二反射器區域(1130、2130、3130)之反射率係高於該第一反射器區域(1140、2140、3140)之反射率。
    [3] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該第一反射器區域(1130、2130、3130)係與該電流侷限孔(1021、2021、3021)對準，且該第一反射器區域(1130、2130、3130)之面積係大於該電流侷限孔(1021、2021、3021)之面積。
    [4] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該第一反射器區域(1130、2130、3130)之面積與該電流侷限孔(1021、2021、3021)之面積之S1/S0比率係在1.0至3.3之範圍內。
    [5] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該第一反射器(1300、2300、3300)及該第二反射器(1100、2100、3100)分別包括至少一個具有高折射率之反射器層(1310、2310、3310)及一個具有低折射率之反射器層(1320、2320、3320)。
    [6] 如請求項4之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該第一反射器層在該第二鏡子區域中係更厚。
    [7] 如請求項4之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該第二反射器(3100)之最頂端反射器層(3110)之厚度為該第二反射器區域(3130)之四分之一波長之奇數倍，及為該第一反射器區域(3140)之四分之一波長之零或偶數倍。
    [8] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該第二反射器(1100、2100)包括設置在該第二反射器區域(1130、2130)上之反射器元件(1110、2110)，該反射器元件(1110、2110)經調適以增加該第二反射器區域(1130、2130)之反射率。
    [9] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中：該第一鏡子區域(1140、2140、3140)、該主要作用區域(3221)及該第一鏡子(1300、2300、3300)界定主要雷射(1400、2400、3400)；及該第二鏡子區域(1130、2130、3130)、該輔助作用區域(3222)及該第一鏡子(1300、2300、3300)界定輔助雷射(1500、1500、3500)。
    [10] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其進一步包括第一覆蓋層(1230、2230、3330)及第二覆蓋層(1210、2210、3310)，該作用層(1220、2220、3220)係夾於該第一覆蓋層與該第二覆蓋層之間，使得形成腔間隔(1200、2200、3200)，其中：選擇該腔間隔(1200、2200、3200)之長度使得對應於發射波長之半波之整數倍。
    [11] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該作用層(1220、2220、3220、200)包括複數個交替的量子井(221)及障壁(222)之堆疊及在其任一側上之侷限層(223)。
    [12] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該侷限層(1020、2020、3020)係設置在該第一反射器(1300、2300、3300)與該第二反射器(1100、2100、3100)之間，且包括半導體之氧化層或圍繞該電流侷限孔(1021、2021、3021)之離子植入區域。
    [13] 如請求項1或2之雷射裝置(1000、2000、3000)，其中該第一反射器區域(1140、2140、3140)係圓盤狀且該第二反射器區域(1130、2130、3130)係環狀。
    [14] 一種光學模組，其包括如請求項1至12中任一項之雷射裝置(1000、2000、3000)。
    [15] 一種用於形成用於光學互連之雷射裝置(1000、2000、3000)之方法，該方法包括：在半導體基板(1030、2030、3030)上形成第一反射器(1300、2300、3300)；形成侷限層(1020、2020、3020)，該侷限層(1020、2020、3020)經調適以使電流侷限在電流侷限孔(1021、2021、3021)內，形成與該電流侷限孔(1021、2021、3021)對準之作用層(1220、2220、3220、220)及圍繞該主要作用區域(3221)之輔助作用區域(3222)；在該作用層(1220、2220、3220、220)上形成第二反射器(1100、2100、3100)；其中該第二反射器(1100、2100、3100)包括設置在該電流侷限孔(1021、2021、3021)上之第一反射器區域(1140、2140、3140)及圍繞該第一鏡子區域(1140、2140、3140)之第二反射器區域(1130、2130、3130)；及其中該第二反射器區域(1130、2130、3130)及該第一反射器(1300、2300、3300)係經配置以在該輔助作用區域(3222)中引發受激復合。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    EP11168808.1A|EP2533380B8|2011-06-06|2011-06-06|High speed lasing device|
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