反射率調製光柵反射鏡的製作方法

2023-10-17 02:54:04 3

反射率調製光柵反射鏡的製作方法
【專利摘要】本發明涉及包括用於調製雷射器輸出的反射率調製光柵反射鏡(1)的垂直腔雷射器(VCL)。腔由底部反射鏡(4)、有源區(3)、和外耦合頂部光柵反射鏡(1)形成，外耦合頂部光柵反射鏡由層結構中的周期性折射率光柵區形成，層結構包括p型和n型摻雜半導體層，具有設置於其間的電光材料層(12)。光柵區包括光柵結構，光柵結構由周期性孔形成，以周期性地在垂直于振動軸的方向上改變折射率。調製電壓(91)為反向偏壓，施加在n型和p型摻雜層之間，以調製電光材料層(12)的折射率，從而調製光柵反射鏡(1)的反射率譜。光柵反射鏡(1)的反射率可以調製到幾乎沒有或沒有外耦合的反射率與具有正常外耦合的反射率之間，其中，垂直腔雷射器中的雷射在第一和第二反射率處都得到支持。由於外耦合反射鏡調製輸出，雷射不必被調製，本發明提供高調製速度下較低功率消耗的優點。
【專利說明】反射率調製光柵反射鏡
【技術領域】
[0001]本發明涉及包含光柵反射鏡的垂直腔雷射器(VCL)，光柵反射鏡的反射率可以調製，以調製雷射器的輸出功率。
【背景技術】
[0002]在短距離光互連應用中，隨著數據傳輸帶寬增長，積木式器件的低能量消耗和高傳輸速度正成為關鍵技術問題。於是，優值是每個傳輸位的能量消耗。根據最近提供的技術路線圖，見D *A ?B?米勒，「用於光互連至矽晶片的器件要求」，電氣與電子工程師協會會報，卷97，頁1166 (2009)，在2015-2020年，需要ー些IOs毫微微焦/位用於晶片級光互連的光發射器。
[0003]作為光發射器，垂直腔面發射體雷射器(VCSEL)是ー種優選的現有方案。這是因為它們的製造技術是成熟的，並且它們的能量消耗因其微小的活性材料體積而比邊緣發射雷射器的小很多。為了發送一位信號，光發射器的輸出光強度應當調製。有兩種用於調製輸出光強度的方案；直接調製和間接(或外部)調製。
[0004]在直接調製方案中，雷射器的電流注入被調製。這導致輸出光的強度調製。最先進的結果被報導了，見Y ? -C ?張和L ? A ?科爾頓，「有效、高數據率、錐形氧化物孔的垂直腔面發射雷射器」，電氣與電子工程師協會量子電子學選題雜誌，卷15，頁704，(2009)。傳輸速度是35千兆位/秒，排除射頻驅動電路的能量消耗是12.5毫瓦，發射波長是980納米。所演示的357毫微微焦/位的每位能量(=12.5毫瓦/35千兆位/秒)明顯是小的，但不足以用於上述應用。本方法的缺點是難以進ー步增加速度或減少能量消耗:雷射二極體的速度由它的本徵響應和電路響應決定。本徵速度由本徵頻率響應_3分貝帶寬限定，它正比於弛豫振蕩頻率，fr:
【權利要求】
1.ー種具有反射率調製光柵反射鏡的垂直腔雷射器(VCL),包括: 腔，所述腔由形成於襯底上不同層中的第一和第二反射器和有源區形成，所述有源區形成於所述腔中，所述腔設置為支持沿著垂直於所述襯底的振動軸的光振動，其中所述第一反射器是由層結構中折射率光柵區形成的外耦合光柵反射鏡，所述層結構包括P型摻雜半導體層和n型摻雜半導體層，具有設置於其間的電光材料層，所述光柵區包括由多個孔形成的ー維或二維光柵結構，以致折射率在所述光柵區中在垂直於所述振動軸方向上周期性地或非周期性地變化；及 電接觸，所述電接觸用於獨立地向所述電光材料層和所述有源區施加電偏壓，其中所述光柵反射鏡的所述P型摻雜半導體層和所述n型摻雜半導體層充當用於所述電光層的電接觸。
2.根據權利要求1所述的垂直腔雷射器，其中所述腔和所述有源區選擇為支持所述垂直腔雷射器中預定波長下的雷射。
3.根據權利要求2所述的垂直腔雷射器，其中所述電光材料層配置為在所述光柵反射鏡的所述P型摻雜半導體層和所述n型摻雜半導體層之間施加第一和第二反向偏壓時在預定波長下分別提供具有不同第一和第二反射率的第一和第二反射率譜。
4.根據權利要求2所述的垂直腔雷射器，其中所述第二反射器是用絕緣體上矽晶片的矽層製造的光柵反射鏡，在預定波長下具有至少99.9%的反射率。
5.根據上述任ー權利要求所述的垂直腔雷射器，其中所述電光材料是量子阱半導體結構。
6.根據上述任ー權利要求所述的垂直腔雷射器，其中所述電光材料包括II型異質結。
7.ー種包括根據上述任ー權利要求所述的垂直腔雷射器的光互連，所述垂直腔雷射器作為光源。
8.一種用於通過調製垂直腔雷射器(VCL)外耦合光柵反射鏡反射率譜調製來自所述垂直腔雷射器的光發射的方法，所述方法包括: 提供垂直腔雷射器，所述垂直腔雷射器包括由層結構中折射率光柵區形成的外耦合光柵反射鏡，所述層結構包括P型摻雜半導體層和n型摻雜半導體層，具有設置於其間的電光材料層，所述光柵區包括由多個孔形成的ー維或二維光柵結構，以致折射率在所述光柵區中在垂直於所述垂直腔雷射器的振動軸的方向上周期性地或非周期性地變化； 在預定波長下開始所述垂直腔雷射器中的雷射作用；及 在所述n型摻雜半導體層和所述p型摻雜半導體層之間施加調製反向偏壓，調製所述電光材料層的折射率，調製至少第一和第二反射率譜之間所述光柵反射鏡的反射率譜，分別在所述預定波長下提供不同的第一和第二反射率，其中所述垂直腔雷射器中的雷射在所述第一和所述第二反射率處得到支持。
9.根據權利要求8所述的方法，進ー步包括在所述光柵反射鏡反射率譜的調製期間不斷地維持所述垂直腔雷射器中的所述雷射作用。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其中在所述光柵反射鏡電壓調製期間所述垂直腔雷射器有源區電偏壓沒調製。
11.根據權利要求8至10中任ー權利要求所述的方法，進ー步包括，接收ー個或多個數字調製電信號，根據所述電信號的所述數字調製，在所述P型摻雜半導體層和所述n型摻雜半導體層之間進行所述反向偏壓的調製，以致將相同的調製加到所述光柵反射鏡的反射率上，從而到所述垂直腔雷射器的光輸出信號。
12.根據權利要求8至11中任一權利要求所述的方法，其中所述第一反射率在99-99.5%的區間內，所述第二反射率至少為99.7%。
13.根據權利要求8至12中任一權利要求所述的方法，其中選擇了所述電光材料層、所述調製電壓、和所述預定波長以便所述電壓調製顯著地調製所述電光材料層中的折射率，而同時吸收基本上是小的。
14.根據權利要求8至12中任一權利要求所述的方法，其中所述電光材料包括量子阱半導體結構、II型異質結、或其它結構，其中所述電光材料層中的折射率調製是量子限制斯塔克效應(QCSE)或其它效應的結果，從而取決于波長；其中選擇了所述電光材料層、所述調製電壓、和所述預定波長，以致所述電壓調製通過量子限制斯塔克效應或其它效應顯著地調製所述電光材料層中的 折射率，而同時吸收至少基本上是小的。
【文檔編號】H01S5/183GK103597676SQ201280021259
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年5月9日 優先權日:2011年5月17日
【發明者】艾爾·薩格·鍾 申請人:丹麥技術大學