CN103238256A - 可调谐半导体激光器设备和用于操作可调谐半导体激光器设备的方法 - Google Patents

可调谐半导体激光器设备和用于操作可调谐半导体激光器设备的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供半导体激光器设备，包括：-半导体结构（10），在沿纵向轴线（2）的相对侧上具有端部表面（1a，1b），结构（10）被形成为在该结构的顶部表面（4）和底部表面（5）之间具有有源区层（12）；-纵向结构（20），设置在顶部表面（4）上，以通过接触表面（22）接收电流；-第一纵向交指型换能器IDT（35），设置在顶部表面（4）上，第一IDT（35）在平行于纵向轴线（2）的方向上纵向延伸，且被布置为在平行于纵向轴线（2）的方向上产生表面声波SAW，其中第一IDT（35）被布置为平行于纵向结构（20），IDT（35）的中心和纵向结构的中心沿横向轴线（3）分隔开一个距离。电流经由顶部触点（22a）和底部触点被供应至有源区，且经由两个触点（22b,22c）被供应至IDT（35）。结构（20）可以是一个脊。

Description

可调谐半导体激光器设备和用于操作可调谐半导体激光器设备的方法
技术领域
本发明涉及一种包括表面声波（SAW）谐振器的可调谐半导体激光器设备。具体地，本发明涉及包括交指型换能器（interdigitatedtransducer）（IDT）的这样的设备。本发明还涉及这样的可调谐半导体激光器设备的使用。
背景技术
半导体激光器设备（例如，激光二极管），可由半导体材料（例如，III-V材料）制成，具有p-n结。普通技术人员已知各种结构。最早的设计是具有单个p-n结的同质结激光器。更现代的设计例如双异质结（DH）激光器二极管具有如下一层，该层具有夹在两层较宽能量带隙的半导体之间的窄能量带隙。通常，这两个异质结有助于将载流子限制在中间层中，该中间层通常称为有源层。环绕中间层的层还称为披覆层（cladding layer）。如果中间层或有源层被制作得足够薄，则它用作量子阱，限制电子空穴对，进一步提高激光器的效率。
可通过对一个薄的晶体晶圆层掺杂来制作半导体激光器。对晶体进行掺杂产生了n型区和p型区，形成p-n结。为了将光限制在p-n结中，异质结自身被夹在两个具有比该异质结更低的折射系数的层之间，这两个具有比异质结更低的折射系数的层从而形成一个披覆层，导致将光限制在异质结中。通过该构造，有源层形成了一个波导，光不能从该波导逃出，除了在激光二极管设备的端部刻面（end facet）处之外，通过设计，光在所述端部刻面处必须离开该设备。使用这种层堆叠的二极管激光器还被称为分别限制异质结量子阱激光二极管（separate confinement heterostructure quantum well laser diode,SCHQW激光二极管）。
激光二极管设备可以多种方式被供电。两种常规的方式是电流注入（例如，通过半导体材料上的电极或接触垫）或光抽运（例如，通过另一激光器或宽带辐射源）。经过所述结的前向电流导致电子和空穴被注入到p-n结中。如果电子和空穴存在于相同区中，则它们可自发地重组，形成光子的发射。
随后这些光子可激发有源层中的更多的重组，从而导致放大。在半导体激光器中建立电子-空穴对的另一种方式是光抽运。在此种情形中，不要求进行掺杂。
除了输入电源之外，功能性半导体激光器还要求一个光反馈机构，以确保光不会通过端部刻面立即离开有源层，而是反馈到该有源层中，导致更多受激发射跃迁。通常，光反馈要求使该设备产生一个激光束。存在光增益的区——有源层——在操作中形成一个光放大器。反馈机构选择哪些波长被反馈到有源层中进行放大，从而正是反馈机构决定了激光的最重要的性质：中心波长和激光线宽。已知的激光二极管利用多种装置来形成光反馈。
一个实施例是在有源层的相对端部上提供反射表面。这种设计称为Fabry-Perot激光器。另一种形成光反馈机构的装置是在邻近有源层的披覆层中刻印（例如，通过蚀刻）一个永久的周期性结构。该结构的周期被选定，从而借助于布拉格反射来选择性地对具有期望激光波长的光提供反馈。这种类型的激光器称为分布式反馈激光器（DFB激光器）。在这种类型的激光器中，有源层的光场据称被耦合至周期性结构。另一实施例由分布式布拉格反射（DBR）激光器形成，其中布拉格光栅被用在激光器设备的任一端部而非镜像的端部刻面处，从而提供光反馈。DFB激光器可被描述为如下一种激光器，其中与DBR激光器相反，光反馈发生在激光器的基本整个增益段。
在DFB半导体激光器中，将有源层的光场耦合至周期性结构的多种类型分为例如指数耦合（index-coupling）、增益耦合、损耗耦合（loss-coupling）或者复耦合（complex-coupling）。在例如H.Kogelnik和C.V.Shank的Coupled-Wave Theory of DistributedFeedback lasers,J.Appl.Phys.43(5),2327(1972)中给出了对DFB激光器和多种耦合机构的处理。
在公开文献“Calculation of‘delta n^2’and‘kappa’for anAcoustically Induced Distributed Bragg Reflector(ADBR)”（Irby和Hunt,IEEE Journal of Quantum Electronics,Vol.34,No.2,February1998）中，公开了一种具有光反馈的二极管激光器的理论设计，所述光反馈借助于在激光器结构的顶部上行进的表面声波来产生，如图1中所示。所述设计是针对包括III-V衬底101的设备100，其中形成了一个有源层102。在所述设备的顶部表面106上，接触垫103被提供用于电流注入，该电流又通过底部接触件107移除。从刻面112突出的箭头111指示纵向方向，该纵向方向还是激光束会通过刻面112离开设备的方向。在接触垫103和刻面112之间，设置有交指型换能器（IDT）105，用于利用所连接的RF电源109产生行进的表面声波（SAW）。在IDT和接触垫103之间，提供了反射器104，从而阻止SAW在与所述激光输出方向111相反的方向上行进。在IDT和端部刻面112之间，表面106设有SAW吸收器110，从而阻止行进的SAW在该设备的边缘上反射。
朝向有源层局部深入到半导体材料中的表面声波会在二极管材料中生成规则的折射率变化。数学上，折射率可表示为复数n+ik，其中k>0表示损耗（衰减），以及k<0意味着增益。规则的折射率变化产生规则的反射，从而形成声致布拉格光栅。对于激光器，具有GHz范围频率的SAW被指出，从而建立合适的布拉格光栅。因而该设备的目的是使用SAW建立用作布拉格反射器的声致布拉格光栅，从而形成Irby和Hunt所称的“Acoustically Induced Distributed BraggReflector(ADBR)”设备。
在ADBR设计中，出于产生反馈的目的，IDT沿着离开激光束的轴线有效地放置在某一段中的有源区的顶部上，并且产生沿着离开激光束的轴线行进至另一段的SAW。该设计要求激光二极管中具有多个段，且行进的SAW易于衰减，从而需要更高的功率或功率控制措施，例如反射器和吸收器。结果，衰减SAW会沿着激光输出的方向产生不同的折射率变化。衰减典型地可以是20-30dB/cm*GHz^2。
ADBR设计的另一缺点是所生成的激光会是多普勒频移的，这是因为光反射掉行进的SAW。还期望的是，IDT的放置在激光束的路径正上方的周期性金属线可导致激光器中的损耗耦合。也就是说，由于金属线正下方的光波的周期性衰减（损耗耦合），金属线周期可形成固定的布拉格光栅。最后，ADBR使用DBR这一事实要求一侧上的IDT和另一侧上的反射端部刻面之间的精确定位。还未报道过基于该结构的可调谐激光器的任何功能性实施例。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的可调谐激光器设备。
该目的是通过提供一种可调谐半导体激光器设备来实现，该可调谐半导体激光器设备包括：
-一个半导体结构，所述结构在沿着穿过该结构的纵向轴线（longitudinal axis）的相对侧上具有端部表面（end surface），所述半导体结构被形成为在该结构的顶部表面和底部表面之间的一个有源层中具有一个有源区，所述顶部表面位于由所述纵向轴线和一个垂直的横向轴线（lateral axis）所限定的平面中；
-一个纵向结构，设置在所述半导体结构的顶部表面上，且在平行于所述纵向轴线的方向上、在两个相对的端部表面之间的整个距离或者至少一部分距离上纵向延伸，所述纵向结构被布置为通过一个接触表面接收电流；
-第一纵向交指型换能器IDT，设置在所述顶部表面上，或者设置在所述顶部表面下方且在所述顶部表面上具有一个突起部，所述第一IDT在平行于所述纵向轴线的方向上纵向延伸，且被布置为响应于来自一个信号发生器的信号而在平行于所述纵向轴线的方向上产生一个表面声波SAW；其中所述第一IDT被布置为平行于所述纵向结构，且所述IDT或所述IDT的突起部与所述纵向结构至少局部彼此并排地纵向延伸，所述IDT的中心或所述IDT的突起部的中心与所述纵向结构的中心沿着所述横向轴线分隔开一个距离。
因而，在一个实施方案中，本发明提供了如下一种设计，其中所述IDT被横向放置在所述有源区的旁边（以及所述激光束的路径的旁边），而非如Irby和Hunt的公开内容中所描述的直接位于所述有源区上方（或者最起码沿着所述激光束的路径）。此外，该布置允许将所述IDT有利地放置在基本整个所述有源区的旁边或者所述有源区的至少很大一部分（例如，至少一半或者至少四分之三）的旁边。通过所指示的所述纵向结构的中心和所述IDT的中心的分隔，该实施方案有利地通过IDT金属线的周期来防止了耦合损失的问题。SAW结构将被设计为使得会在激光器的有源层的附近区域中形成一个声学谐振器，其中一旦声学谐振器激发，将形成声驻波，从而防止激光波长中的多普勒频移。
所述激光器设备的端部表面可以是端部刻面，但是其他的半导体结构的边界也是可能的。所述端部表面必须被设计成使得它们不干扰反馈，例如通过引入强的法布里-珀罗模而干扰反馈。这可以通过如下方式来实现：通过防反射涂层，通过略倾斜的脊形波导（例如，1-10度），或者通过弯曲所述脊形波导的至少一部分从而减少来自端部表面的反射，或者通过在一侧上放置（“对接耦合”）光吸收器以及例如在另一侧上放置光纤或者阵列波导光栅来简单地避免端部表面。此外，可想象一种情形，由此可以方便地将刻面倾斜解理（cleave）成竖向方向（transversal direction）上，从而防止SAW沿着所述表面反射回，而是导致SAW散射到块体材料中，在块体材料中SAW快速消散。
通过将电流注入穿过纵向结构，功率被耦合到激光器中。所述电流可以一种已知的方式被消耗（drain），例如经由设置在底部表面上的另一接触表面。其他方式也是可能的，包括横向功率连接（从一侧到另一侧的电流注入）。半导体激光器可以是二极管激光器。
IDT是一种有利的SAW换能器。IDT可包括由导电线制成的交指型梳。IDT还可包括压电材料。原理上，本发明不限于IDT。只要采取必要的注意事项，例如防止增益干扰，IDT可被用于感生SAW的另一设备（例如用于光拍频激发的设备或者甘恩二极管）所替代或补充。此外，一组交指型指可用于仅建立SAW谐振器情形，然而实际的SAW在其他地方生成。
在一个实施方案中，在一个或多个指的材料或结构中具有选择性的省略或改型的IDT可用于产生附加的纵向约束。根据本发明可使用不同种类的IDT设计，例如加权换能器、双向换能器或单向换能器、分指换能器、弯曲/波纹换能器、（非）变迹换能器、超结构光栅换能器、多模换能器、多电极换能器、浮式换能器、相位跃变换能器、宽带换能器、高次谐波换能器或组合等。这些和其他设计例如在Telecommunications，Springer，2000的Hashimoto，SurfaceAcoustic Wave Devices中进行了详细描述。
在一个实施方案中，所述激光器包括第二纵向交指型换能器IDT，设置在所述顶部表面上，或者设置在所述顶部表面下方且在所述顶部表面上具有一个突起部，所述第二IDT在平行于所述纵向轴线的方向上纵向延伸，且被布置为响应于来自一个信号发生器的信号而在平行于所述纵向轴线的方向上产生一个表面声波SAW，
其中所述第二IDT被布置为平行于所述纵向结构，且所述第二IDT或第二IDT的突起部与所述纵向结构至少局部彼此并排地纵向延伸，所述第二IDT的中心或所述第二IDT的突起部的中心与所述纵向结构的中心沿着所述横向轴线、在与沿着所述横向轴线将第一IDT的中心或第一IDT的突起部的中心从所述纵向结构分隔开的方向相反的方向上分隔开一个距离。
因而，所述第二IDT可称为设置在所述纵向结构的相对侧上。在一个实施方案中，所述第一IDT和所述第二IDT相对于中央纵向结构对称设置。也就是说，所述第一IDT（或突起部）设置在所述纵向结构的、距所述纵向结构一个横向距离处的一个横向侧上，而所述第二IDT（或突起部）设置在距所述纵向结构的相同的横向距离处，但是被放置在相反方向上。所述对称设备有利地允许所述IDT的组合SAW的极值位于所述纵向结构上或所述纵向结构下方，从而在一个运行的激光器的有源区中或有源区附近。在一个替代构想中，有源区可称为在由所述组合IDT形成的声学谐振器的内部。
在根据本发明的一个实施方案中，所述第二IDT沿着所述纵向轴线测量比所述第一IDT短，和/或所述第二IDT具有与所述第一IDT一个不同的周期。有利地，这两个IDT的异质布置可提供多个光波长的覆盖范围，或者可提供这两个SAW的有利交互（不同频率、幅度或频率衰减、更宽的调谐范围）。
在根据本发明的一个实施方案中，所述IDT的所述纵向结构和（梳）结构之间的横向方向上的距离在50纳米到100微米（μm）之间，优选地在100纳米-10微米之间。这些距离可形成充足的SAW感生光栅，同时防止损耗耦合。在根据本发明的一个实施方案中，所述有源区的中心和所述IDT的（梳）结构之间的距离在50纳米到150微米（μm）之间，优选地在100纳米-15微米之间。
在根据本发明的一个实施方案中，所述设备适于在操作条件下形成一个布拉格光栅，所述布拉格光栅相对于所述期望的激光波长具有奇数级，优选地一个低的奇数级，例如第一级、第三级或第五级，甚至更优选的第三级。一个操作参数是布拉格光栅的级数n。更低的级数要求更高的RF频率，然而更高的级数具有更有利的最小特征尺寸。
在根据本发明的一个实施方案中，所述半导体结构包括III-V半导体材料，例如砷化镓、磷化铟、锑化镓和氮化镓或者这些的合金，例如InGaAsP-InP。其他材料可在II-VI族中找到。
在根据本发明的一个实施方案中，每一IDT是单指非变迹IDT（single-finger unapodized IDT），包括多个交错导电线，所述交错导电线被压电材料环绕，或者被放置在压电材料的顶部。在根据本发明的一个实施方案中，所述压电材料是石英、铌酸锂、氧化锌或者非掺杂半导体（如InP、GaSb或GaAs）中的一个或者组合。
在根据本发明的一个实施方案中，所述交错导电线是20-200纳米高,优选地50-100纳米高，以及10-250微米长,优选地20-100微米长。
在根据本发明的一个实施方案中，所述半导体结构和所述压电材料包括所述相同的半导体材料，且单片形成。
在根据本发明的一个实施方案中，每一IDT相对于所述端部表面对称地定位。
在根据本发明的一个实施方案中，所述纵向结构具有至少0.05微米，优选地至少0.1微米，以及至多0.5微米的高度，所述高度在从所述顶部表面突出的方向上延伸。
在根据本发明的一个实施方案中，所述纵向结构形成一个光学脊形波导，所述结构具有至少0.5微米，例如至少1微米，或至少2微米的高度，所述高度在从所述顶部表面突出的方向上延伸。
在根据本发明的一个实施方案中，所述设备还包括至少一个集成信号发生器，其中每一IDT连接至一个信号发生器。
本发明还提供了一种操作可调谐半导体激光器设备的方法，所述方法包括：
-提供根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备；
-将光功率或电功率供应至所述激光器；
-将一个电信号供应至所述IDT；
-控制至所述IDT的所述电信号，从而控制由所述激光器所生成的激光束的波长。
根据本发明的一个实施方案，可替代地按如下进行描述。在具有一个或多个IDT的半导体激光器中，每一IDT可被描述为基本上在所述有源区的整个长度上延伸。这有利地允许所述IDT在基本上整个有源区中（所述SAW被期望在所述区的中心具有最优的性质，并且在朝向所述端部较不同一）形成光反馈（通过声致布拉格光栅）。因而，形成了声致分布式反馈（DFB）激光器，而非从现有技术得知的声致DBR激光器。每一IDT并未在所述有源区的中心的顶部（竖向方向）上延伸。这有利地防止了在有源区中与光的耦合损耗。
在所述有源区的很大一部分（即，大于二分之一或者大于四分之三）上延伸的一个或多个IDT，甚至可设置在所述有源区的中心的顶部上，假设所述IDT以一种使得所述IDT和所述有源区之间的（竖直）距离足以防止损耗耦合的方式放置。本领域普通技术人员可通过试验多个距离来确定所述光学距离。如果距离太小，则激光器不可调谐，且具有与IDT的固定周期有关的波长。如果距离太大，则SAW并不会充分影响所述光反馈。
本发明还可使用IDT来实现，如在前文所述的。然而，还可能的是，代替交指型换能器，使用如在此所描述的结构。可使用导电电线或金属电线的短路或“浮动”排——例如以一种阶梯或（“浮动”）分隔线的形式——来代替IDT。这样的阶梯可以导致外部感生的（例如，通过用于光拍频激发的设备）SAW谐振。这样，所述线仅形成一个谐振器，而非换能器。替代地，可提供两个纵向排列的换能器，在纵向结构的每一侧上一个换能器，每一换能器建立一个行进的SAW，所述SAW在所述纵向结构的下方组合成一个驻波。另一替代方案设置在一个换能器例如IDT中，除了一个缺失的梳，所以严格来讲并非交指型。这样的换能器也可用于产生SAW。
尽管已参考通过电流注入的半导体激光器描述了本发明，但是应理解，本发明还可应用至光抽运半导体激光器设备。在这种情形中，可省去纵向结构和所连接的接触表面，或者在操作时至少不需要提供DC电流。替代地，光源例如小带（smallband）（二极管）激光器或宽带源被提供用于有源区的光抽运，因此不要求p掺杂或n掺杂。
附图说明
将参考一些附图来详细地解释本发明，这些附图仅旨在示出本发明的实施方案，并不旨在限定范围。本发明的范围在随附的权利要求中限定。
在所附的附图页中：
-图1示意性示出了一种已知的用于声致分布式布拉格反射（ADBR）激光器的设计；
-图2示意性示出了根据本发明的一个实施方案的可调谐半导体激光器的俯视图；
-图3示意性示出了根据本发明的一个实施方案的可调谐半导体激光器的侧视图；
-图4示意性示出了根据本发明的一个实施方案的可调谐半导体激光器的立体图；
-图5和图6示意性示出了根据本发明的一个实施方案的可调谐半导体激光器的另一侧视图；
-图7示意性示出了根据本发明的一个实施方案的可调谐半导体激光器的细节。
具体实施方式
图2、图3和图4分别示意性示出了根据本发明的一个实施方案的可调谐半导体激光器10的俯视图、侧视图和立体图。激光器10包括具有p-n结的二极管结构。在一个示例实施方案中，p-n结是III-V结。这样的半导体激光器是已知的。示例性的激光二极管设计是量子级联激光器（分离限制式异质结构）、量子阱激光器、双异质结激光器等。用于二极管结构的示例性材料是砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、锑化镓（GaSb）和氮化镓（GaN），以及这些的混合物，如InxGa1-xAlyAs1-y。但是，本领域普通技术人员应理解，根据本发明，存在其他合适的材料，可施加其他合适的材料。
激光器10具有顶部表面4和底部表面5，在顶部表面和底部表面之间存在一个有源层12。如引言中所描述的，有源层12例如可以是单个p-n结，或者更有利地可以是双异质结或者量子阱。又一次，本领域普通技术人员将可以利用许多选择来形成一个合适的有源层12。激光器10设有端部刻面1a和1b。
在激光器10的描述中所使用的坐标系如下文所述。如在下面将要讨论的，激光器被设计成在从第一端部表面1a至第二端部表面1b的线的方向上沿着纵向轴线2产生激光。如前面所提及的，可提供各种不同的端部表面。在随后的示例性实施方案中，所述表面将被描述为端部刻面。横向轴线3垂直于纵向轴线2。横向轴线3和纵向轴线2都平行于顶部表面4、底部表面5和有源层12的平面。垂直于每一平面（换句话说，在从顶部表面4进入二极管的块体朝向底部表面5的线的方向上延伸）的是竖向方向。在图2和图4的示例性实施方案中，激光器10的纵向尺寸大于横向尺寸。但是，这并不是本发明所要求的。示例性尺寸为纵向尺寸上在0.1到5毫米（100-5000微米）之间，横向尺寸上在0.1到5毫米（100-5000微米）之间，竖向方向上在10-1000微米之间。有源层的典型厚度（竖向尺寸）为1-50纳米。
激光器10的顶部表面设有纵向结构20。纵向结构20可以是窄的导电顶部触点，或者导电条带（stripe），例如为几微米宽（横向尺寸）。替代地，纵向结构可以从顶部表面4突出，具有至少0.05微米的高度（竖向尺寸），优选地至少0.5微米，至多2微米。所述突出的纵向结构还可具有（掩埋）脊形波导（RWG）的功能，这基本提供了（附加的）对光场的横向限制，从而可形成更少的光模和更窄的激光线宽。RWG通常包括用于电流注入的导电顶部条带。原理上，根据本发明还可使用多个掩埋RWG，这些掩埋RWG通常是材料中约为正常RWG的尺寸的空穴或沟槽。
纵向结构20电连接至接触垫22a。激光器10的底部表面5设有底部接触表面。通过将正DC连接至顶部接触垫22a以及将接地DC电压连接至底部接触表面，电流可注入激光器中。
在图2、图3和图4的示例性实施方案中，激光器10的顶部表面4设有两个声学交指型换能器（IDT）35。每一IDT35在纵向方向上延伸，且包括由导电材料（例如，金属）制成的电线所形成的两个联锁梳（interlocking comb）351、352。通常，所述梳可描述为高导电性（电线）和低导电性（电线之间的空间）的交错区域。图7提供了一个细节视图。此外，每一IDT35可包括特定的压电材料。示例性压电材料是石英、铌酸锂和氧化锌，或者非掺杂半导体如InP、GaSb或GaAs。非掺杂半导体材料提供了具有吸引力的工艺整合机会，例如单片设计，在该单片设计中，激光器10的块体和IDT压电材料包括基本相同的材料。IDT设有用于每一对应的梳的对应的接触表面22b、22c。通过施加来自信号发生器的电信号，例如GHz范围中的射频（RF）信号，可产生表面声波（SAW）。由于IDT的纵向取向，因此SAW会组合以形成单个SAW，这在纵向方向上形成一个驻波。
每一IDT35设置在纵向结构20的旁边，每一IDT35的纵向中心线被放置为沿着距纵向结构20的纵向中心线的一个横向距离。所述示例性实施方案中的该对IDT相对于中央纵向结构20对称布置，也就是说，第一IDT35位于该结构20的一个横向侧上的一个横向距离处，第二IDT35位于该结构20的另一横向侧上的相同横向距离处。该对称布置有利地允许操作所述IDT从而生成一个组合SAW，所述组合SAW在两个IDT之间具有一个极限幅度，即大致在纵向结构20的位置处，这转而相应于有源区的横向位置。所述有源区可以说是在SAW谐振器的内侧或者正下方。
然而，根据本发明并不要求所述对称设计。对例如设计或接触表面布局问题的考虑，会表明IDT的非对称布置。此外，根据本发明，还可提供具有仅一个IDT的实施方案（参看附图6）。
在操作时，电流通过接触表面22a和纵向结构20被注入半导体材料的块体中。电流经由设置在底部表面5上的接触表面消耗。所述电流导致在有源层中形成有源区，在该有源区出现光增益。有源区可能通常为1-10微米宽，且在纵向结构20的基本整个长度（例如，几百微米）上延伸。
IDT通常通过两个具有相反方向的行波的干涉而形成一个驻波SAW，所述驻波SAW存在于IDT的基本整个长度（纵向尺寸）上，从而基本上在有源区的整个长度上。SAW引起激光材料中的折射率的变化，产生了布拉格光栅。该布拉格光栅——具有由施加至IDT的（RF）信号的频率以及SAW速度所决定的周期，并因此可通过IDT信号发生器而被控制——形成激光起作用所必需的光反馈。因而，形成了DFB激光器。通过控制IDT的频率，可控制激光波长。
激光可通过被解理的端部刻面1b以一种从现有的DFB激光器设计已知的方式离开激光器。
图5示出了根据本发明的一个变体。一个或两个IDT35可设置在激光器10的顶部表面4下方，在块体材料内部。所述IDT可设置在有源层12的上方（35a）或下方（35b）。在块体材料内部具有一个或多个IDT可提供对可用顶部表面的更加有效地利用。所述块体材料中的IDT可通过竖向（多级）连接而被连接至信号发生器。另外，掩埋IDT可用于在有源区中形成具有更好的特性的改进SAW。在顶部表面4下方具有IDT35a、35b的变体中，IDT仍放置为沿着距纵向结构20一个横向距离。对于IDT35a、35b，由图5中的数字35指示的物件是顶部表面上的IDT35a或35b的突起部。位于顶部表面下方的IDT35a、35b的顶部表面上的突起部35可描述为与纵向结构并排延展。
图6示出了另一替代方案，已经关于图2提及了该替代方案，其中在纵向结构20的一个横向侧上提供了单个IDT35。
如所提及的，图7示出了IDT的细节，通过参考数字351和352指示了导电电线的两个梳。用于IDT的导电线的典型尺寸可以是20-200纳米高，优选地为30-100纳米高（竖向尺寸），以及10-250微米长，优选地20-100微米长（横向尺寸）。替代地，纵向尺寸是SAW波长的5%-50%，优选地20%-30%。
在公式形式中，光波长λoptical由下式确定：
λoptical=2nvacoustic/(of)其中n是材料的折射率，o是（布拉格）光栅级，vacoustic是SAW的速度，f是SAW的RF频率。
激光器10可以与一个或多个集成信号发生器（未示出）尤其是RF信号发生器组合，使得激光器10的每一IDT35连接至一个集成信号发生器。在这样的实施方案中，接触垫22b和22c可被制作得更小，或者被一起除去且通过将线导通至集成信号发生器的对应的接触表面或者连接点来替代。本领域普通技术人员应认识到合适的信号发生器设计，所述信号发生器设计可有利地与根据本发明的可调谐半导体激光器集成，甚至单片地（相同材料）或者不同类地（不同材料）与半导体激光器集成在相同的芯片上。在一个有利的变体中，具有信号发生器的集成激光器由基本相同的半导体材料形成。通过将这些功能集成在一个芯片或者至少一个封装件中，可避免在激光器封装件的外部生成RF的需要，在激光器封装件的外部生成RF要求繁杂的RF连接。
在对附图的前面的描述中，参考本发明的特定实施方案描述了本发明。然而，应明了的是，在不背离如在所附的权利要求中所限定的本发明的范围的前提下，可做出多种改型和改变。
具体地，可对本发明的多个方面的特定特征的组合。本发明的一个实施方案还可有利地通过增加关于本发明的另一实施方案所描述的一个特征来增强。例如，本领域普通技术人员应意识到，通过电流注入或光抽运的电力供应的方法未必会影响IDT的工作，从而具有不同IDT设计的实施方案可与不同的电源变体组合。
在该文本中以及在其权利要求中，动词“包括”及其词形变化以它们的非限制意义来使用，意味着包括跟随在该此后的物件，但是不排除未特定提及的物件。此外，通过不定冠词“一个（a）”或“一个（an）”指示元件并不排除存在多于一个元件的可能性，除非上下文明确要求存在一个或者仅有一个元件。因而，不定冠词“一个（a）”或“一个（an）”通常意味着“至少一个”。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.可调谐半导体激光器设备，包括：
-一个半导体结构（10），所述结构在沿着穿过该结构的纵向轴线（2）的相对侧上具有端部表面（1a，1b），所述半导体结构（10）被形成为在该结构的一个顶部表面（4）和一个底部表面（5）之间的一个有源区层（12）中具有一个有源区，所述顶部表面位于由所述纵向轴线（2）和一个垂直于所述纵向轴线（2）的横向轴线（3）所限定的平面中；
-一个纵向结构（20），设置在所述半导体结构（10）的所述顶部表面（4）上，且在平行于所述纵向轴线（2）的方向上、在两个相对的端部表面（1a，1b）之间的距离的至少一部分上纵向延伸，所述纵向结构（20）被布置为通过一个接触表面（22）接收电流；
-第一纵向交指型换能器IDT（35），设置在所述顶部表面（4）上，或者设置在所述顶部表面下方且在所述顶部表面上具有一个突起部，所述第一IDT（35）在平行于所述纵向轴线（2）的方向上纵向延伸，且被布置为响应于来自一个信号发生器的信号而在平行于所述纵向轴线（2）的方向上产生一个表面声波SAW；
其中所述第一IDT（35）被布置在所述纵向结构（20）的一个横向侧上，且位于沿着所述横向轴线（3）距所述结构一个距离处并平行于所述纵向结构（20），且所述IDT（35）或所述IDT（35）的突起部与所述纵向结构（20）彼此并排地纵向延伸，以及其中所述纵向结构（20）和所述IDT（35）之间的所述横向方向上的距离在50nm至100微米（μm）之间。
2.根据权利要求1所述的可调谐半导体激光器设备，还包括第二纵向交指型换能器IDT（35），设置在所述顶部表面（4）上，或者设置在所述顶部表面（4）下方且在所述顶部表面上具有一个突起部，所述第二IDT（35）在平行于所述纵向轴线（2）的方向上纵向延伸，且被布置为响应于来自一个信号发生器的信号而在平行于所述纵向轴线（2）的方向上产生一个表面声波SAW，
其中所述第二IDT（35）被布置在所述纵向结构（20）的一个相对的横向侧上，且位于沿着所述横向轴线（3）距所述结构一个距离处并平行于所述纵向结构（20），且所述第二IDT（35）或所述第二IDT（35）的突起部与所述纵向结构（20）彼此并排地纵向延伸，所述第二IDT（35）或所述第二IDT（35）的突起部与所述纵向结构（20）沿着所述横向轴线（3）、在与沿着所述横向轴线（3）将所述第一IDT（35）或所述第一IDT（35）的突起部从所述纵向结构（20）分隔开的方向相反的方向上分隔开50纳米到100微米（μm）之间的一个距离。
3.根据权利要求2所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述第二IDT（35）沿着所述纵向轴线（2）测量比所述第一IDT（35）短，和/或所述第二IDT（35）具有与所述第一IDT（35）不同的周期。
4.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述纵向结构（20）和所述IDT（35）之间的所述横向方向上的距离在100纳米-10微米之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述设备适于在操作条件下形成一个布拉格光栅，所述布拉格光栅具有奇数级，优选地一个低的奇数级，例如第一级、第三级或第五级，甚至更优选的第三级。
6.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述半导体结构（10）包括III-V半导体材料，例如砷化镓、磷化铟、锑化镓和氮化镓或者这些的合金，例如InGaAsPInP。
7.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中每一IDT（35）是单指非变迹IDT，包括多个交错导电线（351，352），所述交错导电线（351，352）被压电材料环绕，或者被放置在压电材料的顶部或下方。
8.根据权利要求7所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述压电材料是石英、铌酸锂、氧化锌或者非掺杂半导体如InP、GaSb或GaAs中的一个或者组合。
9.根据权利要求8所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述交错导电线（351,352）是20-200纳米高，优选地50-100纳米高，以及10-250微米长，优选地20-100微米长。
10.根据权利要求7所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述半导体结构（10）和所述压电材料包括相同的半导体材料，并且被单片形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中每一IDT（35）相对于所述端部表面对称地定位。
12.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述纵向结构（20）具有至少0.05微米优选地至少0.1微米以及至多0.5微米的高度，所述高度在从所述顶部表面（4）突出的方向上延伸。
13.根据前述权利要求1-11中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述纵向结构（20）形成一个光学脊形波导，所述结构具有至少0.5微米例如至少1微米或者至少2微米的高度，所述高度在从所述顶部表面（4）突出的方向上延伸。
14.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，所述设备还包括至少一个集成信号发生器（40），其中每一IDT连接至一个信号发生器。
15.操作可调谐半导体激光器设备的方法，所述方法包括：
-提供根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备；
-将光功率或电功率供应至所述激光器；
-将一个电信号供应至所述IDT（35）；
-控制至所述IDT的所述电信号，从而控制由所述激光器所生成的激光束的波长。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
根据PCT第19条第1款的声明
权利要求1的修改是基于第6页第7-8行和第21-24行，其中详细描述了IDT（梳）结构和纵向结构之间的横向距离。效果（参看第8页第5-7行）是SAW会影响有源介质中的光场，但是防止了IDT（梳）结构的损耗耦合。
所要求保护的距离范围确定了纵向结构和梳结构之间的间距，并且依赖于特定的光学设计和SAW设计。上边界由SAW从IDT可横穿至光场的最大距离来限定，通常大约为6-8个SAW波长。例如，在波长为10μm且SAW第九级的激光器中，距离可高达100μm。下边界是通过光场不应当锁定到梳结构的周期的要求来限定。在很短的距离处，不形成任何可调谐激光器，这是因为损耗耦合是主要的。实际的最小距离是50纳米。
新颖性
鉴于上述修改，申请人对检索报告中引用的对比文件进行如下评论：
US2003/174950公开了一种可调谐激光器，具有由三个段组成的光波导和一个SAW换能器。该波导和该换能器仅局部地并排延伸。波导段10c被安置放置在换能器旁边。然而，换能器的中心线（也是第一波导段10a的中心线）和波导段10c之间的距离是2mm，因此在本发明的权利要求中给出的范围之外。
US3906393公开了一种激光器设备，包括位于距激光介质相对大的距离处的换能器。即使激光介质可被认为是一个纵向结构，但是对比文件2未公开被布置为平行于纵向结构的换能器。
Kisin描述了一种具有换能器的激光器设备，该换能器位于该设备的端部刻面上或者位于激光器脊形刻面上（参看附图1和相应的说明）。它未公开如下一种换能器，该换能器位于半导体结构的表面中或表面上且在距纵向结构一个严格限定的距离处。
在所提交的申请中已经描述了Irby。
De Lima未描述一种激光器。
创造性
现有技术的文件引入了多种方法来通过声波影响激光器的光学性质，但是未明确或隐含将梳放置在距纵向结构的一个合理和受限距离处。
所要求保护的距离范围的效果是最大化SAW在光场上的效果，同时防止将光场锁定到梳结构。因而，目标技术问题是：如何放置SAW换能器，从而形成一个实际的可调谐激光器。
现有技术未公开作为一个关键参数来防止指结构的损耗耦合的距离。修改后的权利要求被认为是具有新颖性和创造性的。

Claims (15)

1.可调谐半导体激光器设备，包括：
-一个半导体结构（10），所述结构在沿着穿过该结构的纵向轴线（2）的相对侧上具有端部表面（1a，1b），所述半导体结构（10）被形成为在该结构的一个顶部表面（4）和一个底部表面（5）之间的一个有源区层（12）中具有一个有源区，所述顶部表面位于由所述纵向轴线（2）和一个垂直的横向轴线（3）所限定的平面中；
-一个纵向结构（20），设置在所述半导体结构（10）的所述顶部表面（4）上，且在平行于所述纵向轴线（2）的方向上、在两个相对的端部表面（1a，1b）之间的距离的至少一部分上纵向延伸，所述纵向结构（20）被布置为通过一个接触表面（22）接收电流；
-第一纵向交指型换能器IDT（35），设置在所述顶部表面（4）上，或者设置在所述顶部表面下方且在所述顶部表面上具有一个突起部，所述第一IDT（35）在平行于所述纵向轴线（2）的方向上纵向延伸，且被布置为响应于来自一个信号发生器的信号而在平行于所述纵向轴线（2）的方向上产生一个表面声波SAW；
其中所述第一IDT（35）被布置为平行于所述纵向结构（20），且所述IDT（35）或所述IDT（35）的突起部与所述纵向结构（20）至少局部彼此并排地纵向延伸，所述IDT（35）的中心或所述IDT（35）的突起部的中心与所述纵向结构的中心沿着所述横向轴线（3）分隔开一个距离。
2.根据权利要求1所述的可调谐半导体激光器设备，还包括第二纵向交指型换能器IDT（35），设置在所述顶部表面（4）上，或者设置在所述顶部表面（4）下方且在所述顶部表面上具有一个突起部，所述第二IDT（35）在平行于所述纵向轴线（2）的方向上纵向延伸，且被布置为响应于来自一个信号发生器的信号而在平行于所述纵向轴线（2）的方向上产生一个表面声波SAW，
其中所述第二IDT（35）被布置为平行于所述纵向结构（20），且所述第二IDT（35）或所述第二IDT（35）的突起部与所述纵向结构（20）至少局部彼此并排地纵向延伸，所述第二IDT（35）的中心或所述第二IDT（35）的突起部的中心与所述纵向结构（20）的中心沿着所述横向轴线（3）、在与沿着所述横向轴线（3）将所述第一IDT（35）的中心或所述第一IDT（35）的突起部的中心从所述纵向结构（20）分隔开的方向相反的方向上分隔开一个距离。
3.根据权利要求1或2所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述第二IDT（35）沿着所述纵向轴线（2）测量比所述第一IDT（35）短，和/或所述第二IDT（35）具有与所述第一IDT（35）不同的周期。
4.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述纵向结构（20）和所述IDT（35）之间的所述横向方向上的距离在50纳米到100微米（μm）之间，优选地在100纳米-10微米之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述设备适于在操作条件下，在所述有源区中或所述有源区附近中形成一个布拉格光栅，所述布拉格光栅具有奇数级，优选地一个低的奇数级，例如第一级、第三级或第五级，甚至更优选的第三级。
6.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述半导体结构（10）包括III-V半导体材料，例如砷化镓、磷化铟、锑化镓和氮化镓或者这些的合金，例如InGaAsPInP。
7.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中每一IDT（35）是单指非变迹IDT，包括多个交错导电线（351，352），所述交错导电线（351，352）被压电材料环绕，或者被放置在压电材料的顶部或下方。
8.根据权利要求7所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述压电材料是石英、铌酸锂、氧化锌或者非掺杂半导体如InP、GaSb或GaAs中的一个或者组合。
9.根据权利要求8所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述交错导电线（351,352）是20-200纳米高，优选地50-100纳米高，以及10-250微米长，优选地20-100微米长。
10.根据权利要求7所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述半导体结构（10）和所述压电材料包括相同的半导体材料，并且被单片形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中每一IDT（35）相对于所述端部表面对称地定位。
12.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述纵向结构（20）具有至少0.05微米优选地至少0.1微米以及至多0.5微米的高度，所述高度在从所述顶部表面（4）突出的方向上延伸。
13.根据前述权利要求1-11中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，其中所述纵向结构（20）形成一个光学脊形波导，所述结构具有至少0.5微米例如至少1微米或者至少2微米的高度，所述高度在从所述顶部表面（4）突出的方向上延伸。
14.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备，所述设备还包括至少一个集成信号发生器（40），其中每一IDT连接至一个信号发生器。
15.操作可调谐半导体激光器设备的方法，所述方法包括：
-提供根据前述权利要求中任一项所述的可调谐半导体激光器设备；
-将光功率或电功率供应至所述激光器；
-将一个电信号供应至所述IDT（35）；
-控制至所述IDT的所述电信号，从而控制由所述激光器所生成的激光束的波长。
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