CN1822457A - 集成有调制器的半导体激光器件 - Google Patents

集成有调制器的半导体激光器件 Download PDF

Info

Publication number
CN1822457A
CN1822457A CNA200610005187XA CN200610005187A CN1822457A CN 1822457 A CN1822457 A CN 1822457A CN A200610005187X A CNA200610005187X A CN A200610005187XA CN 200610005187 A CN200610005187 A CN 200610005187A CN 1822457 A CN1822457 A CN 1822457A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
potential barrier
semiconductor laser
laser device
doping potential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA200610005187XA
Other languages
English (en)
Inventor
金泽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN1822457A publication Critical patent/CN1822457A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18383—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with periodic active regions at nodes or maxima of light intensity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
    • H01S5/187—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/041—Optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0601—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18302—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] comprising an integrated optical modulator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

提供了一种集成有调制器的半导体激光器件。在该集成有调制器的半导体激光器件中，在衬底上形成下DBR(分布式布拉格反射器)层，有源层形成于下DBR层上并包括交替的多个势垒层和多个量子阱层，外镜与有源层的顶部隔开，从而通过透射输出从所述有源层发射的光的一部分并将剩余部分反射到所述有源层。接触所述多个量子阱层中至少一个的两侧的所述多个势垒层中的两个以不同的类型掺杂。

Description

集成有调制器的半导体激光器件
技术领域
本发明涉及一种集成有调制器的半导体激光器件，更具体而言，涉及一种集成有调制器的半导体激光器件，其中通过掺杂部分势垒层而与调制器共享至少一个量子阱层。
背景技术
对于很多应用来说，例如打印机、扫描仪、医学设备、光通信设备和激光电视等，广泛地使用激光器作为发光装置。激光器通过周期性地变化其输出功率而产生数字信号。这种操作被称为调制，在光通信中尤其用到高频调制。
有多种将激光器的光输出功率调制为高频率的方法。在直接调制中，改变施加到激光器件的电流以用于高频调制。在另一种方法中，激光器件连续振荡，而使用独立的调制器来调制激光。
图1为示出直接调制的原理的曲线图。参考图1，在直接调制中，在(I1-I2)的范围上改变施加到激光器的电流，以从激光器获得预定的输出功率(P1，P2)。例如，在数字光通信中，如果激光器的输出功率大于参考值P0，该信号就是“1”，而如果不是这样，该信号就是“0”。根据这样的直接调制，如果输出功率的斜率大，那么电流就能够在小范围上变化，从而允许利用相对简单的调制电路进行10GHz或更高的高频调制。
然而，在例如激光电视的应用领域中，灰度级是由激光器的工作循环(duty cycle)控制的。这要求在宽范围上变化电流。因此，直接调制不适合于此类应用。也就是说，在激光电视中，激光器的光输出功率在激光器的最低光输出功率和最高光输出功率之间被调制。例如，由于激光电视的高功率激光器需要10安培或更大的高电流来产生高达几瓦的输出功率，所以对于直接调制方法来说电流变化范围为10安培或更大，由此不可能进行高速调制。因此在这种情况下，对于高速调制，将附加的调制器与激光器件一起安装。
图2是常规边缘发射激光器的局部剖视图，其中调制器附着到光发射部分。参考图2，调制器15毗连边缘发射激光器11的光发射部分并与边缘发射激光器11一体形成。边缘发射激光器11和调制器15形成于同一衬底10上并共同包括由诸如InGaAsP的同样的材料形成的层12和17。不过，边缘发射激光器11的层12充当量子阱层以产生光，而调制器15的层17充当光吸收层。
图3A和3B为能带图，示出了图2所示的边缘发射激光器的工作原理。如图2所示，由于调制器15比边缘发射激光器11窄，所以光吸收层17通常具有比量子阱层12稍宽的带隙。在这种条件下，当边缘发射激光器11开始振荡时，由量子阱层12产生的光通过光吸收层17；不过，如图3B所示，当将反偏压(reverse bias)施加到调制器15时，根据量子限制的斯塔克效应(quantum confined stack effect)，光吸收层17的带隙变窄，这样光就被光吸收层17所吸收。因此，通过周期性地调节施加到调制器15的反偏压，能够高速调制激光器的光输出功率。然而，当调制器在激光器之外时，从激光器输出的光不能被调制器100％地吸收。即，所发射的激光束不能被完全地接通或切断。
因此，如图4所示，引入了在腔内内置调制器的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)(美国专利No.6026108)。参考图4，在n-GaAs衬底20上形成n-掺杂分布式布拉格反射器(n-DBR)层21，并在n-DBR 21上形成具有量子阱层22a和势垒层22b的有源层22。在有源层22上形成p-DBR层24。在p-DBR层24中，形成氧化物层25，以将电流注入限制在预定区域之内。此外，在p-DBR层24上形成具有分隔层27b和光吸收层27a的调制层27，并在调制层27上形成n-DBR层28。即，美国专利No.6026108所公开的VCSEL包括上镜(upper mirror)中的调制层27。
这里，调制层27的带隙大于量子阱层22a的带隙。因此，当通过衬底20的下电极(未示出)和p-DBR层24上的p-电极26施加正向电流时，激光器正常振荡，沿箭头的方向发射激光束。当通过n-电极29和p-电极26向调制层27施加反偏压时，调制层27的光吸收层27a通过量子限制的斯塔克效应吸收光。结果，在改变激光器的振荡条件时光发射停止了，并且能够实现激光器完全的开/关操作。
不过，尽管VCSEL常用于光通信领域，但由于VCSEL一般具有低的输出功率(几个毫瓦)，因此它们不适合于激光电视，激光电视需要具有至少几百毫瓦功率的激光器。此外，置于VSCEL的腔内的调制层27对于VSCEL的振荡没有帮助，由此降低了激光器的效率。因此，很难构造该激光器使其具有高效的振荡结构。
发明内容
本发明提供了一种具有集成调制器的高功率激光器件。
本发明还提供了一种集成有调制器的半导体激光器件，其中调制层设计成有助于激光器件的振荡，从而容易地满足振荡条件并提高振荡效率。
根据本发明的一方面，提供了一种半导体激光器件，包括：衬底；形成于所述衬底上的下DBR(分布式布拉格反射器)层；形成于所述下DBR层上且包括交替的多个势垒层和多个量子阱层的有源层；以及与所述有源层的顶部隔开从而透射从所述有源层发射的光的一部分并将剩余部分反射到所述有源层的外镜，其中接触所述多个量子阱层中的至少一个的两侧的所述多个势垒层中的两个以不同的类型掺杂。
当通过所述掺杂势垒层施加反偏压时，所述掺杂势垒层之间的所述至少一个量子阱层可以吸收光，从而抑制所述激光器件的振荡。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体激光器件，包括：衬底；形成于所述衬底上的下DBR层；通过交替堆叠至少一个势垒层和至少一个量子阱层而形成于所述下DBR层上的有源层；调制器，该调制器包括形成于所述有源层上的第一掺杂势垒层、形成于所述第一掺杂势垒层上的调制层以及形成于所述调制层上并且以不同于所述第一掺杂势垒层的类型掺杂的第二掺杂势垒层；以及，与所述有源层的顶部隔开从而透射从所述有源层发射的光的一部分并将剩余部分反射到所述有源层的外镜。
所述第一和第二掺杂势垒层可以由与所述有源层的势垒层相同的材料形成，并且所述调制层可以由与所述有源层的量子阱层相同的材料形成。因此，所述调制层可以具有与所述量子阱层相同的能带隙。
当通过所述第一和第二掺杂势垒层向所述调制器施加反偏压时，所述第一和第二掺杂势垒层之间的调制层可以吸收光，从而抑制所述激光器件的振荡。当反偏压未施加到所述调制器时，所述调制层像所述有源层的量子阱层一样，可以充当增益区。为此，所述调制层和邻近所述调制层的所述量子阱层之一之间的距离可以等于发射波长的1/2。
所述半导体激光器件可以进一步包括利用其能带隙比所述有源层更大的材料形成于所述调制器上的窗口层。
同时，所述调制层可以局部地形成于所述第一掺杂势垒层的上表面的中心。在这种情况下，可以沿着所述第一掺杂势垒层的上表面的边缘形成第一电极，以将电压施加到所述第一掺杂势垒层，并且可以沿着所述窗口层的边缘形成第二电极，以将电压施加到所述第二掺杂势垒层。
此外，所述窗口层可以局部地形成于所述第二掺杂势垒层的上表面的中心。在这种情况下，可以沿着所述第一掺杂势垒层的上表面的边缘形成第一电极，以将电压施加到所述第一掺杂势垒层，并可以沿着所述第二掺杂势垒层的上表面的边缘形成第二电极，以将电压施加到所述第二掺杂势垒层。
所述半导体激光器件可以进一步包括泵浦激光器，以将泵浦能量供应给所述有源层。
根据本发明的又一方面，提供了一种半导体激光器件，包括：衬底；形成于所述衬底上的下DBR层；调制器，该调制器包括形成于所述下DBR层上的第一掺杂势垒层、形成于所述第一掺杂势垒层上的调制层以及形成于所述调制层上并且以不同于所述第一掺杂势垒层的类型掺杂的第二掺杂势垒层；通过交替堆叠至少一个势垒层和至少一个量子阱层而形成于所述调制器上的有源层；以及与所述有源层的顶部隔开从而透射从所述有源层发射的光的一部分并将剩余部分反射到所述有源层的外镜。
所述调制层可以局部地形成于所述第一掺杂势垒层的顶部中央，而所述有源层可以局部地形成于所述第二掺杂势垒层的顶部中央。
在这种情况下，可以沿着所述第一掺杂势垒层的顶部边缘形成第一电极，以将电压施加到所述第一掺杂势垒层，并可以沿着所述第二掺杂势垒层的顶部边缘形成第二电极，以将电压施加到所述第二掺杂势垒层。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示范性实施例，本发明的上述和其他特征和优势将变得更加明显，附图中：
图1为示出激光束的直接调制原理的曲线图；
图2是常规边缘发射激光器的局部剖视图，其中调制器附着到光发射部分；
图3A和3B为能带图，示出了图2所示的边缘发射激光器的工作原理；
图4为常规表面发射激光器的截面图，其中调制器形成于腔内；
图5为根据本发明一实施例的采用垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)的集成有调制器的半导体激光器件的截面图；
图6A和6B为示出根据本发明的激光器件的工作原理的能带图；
图7为根据本发明另一实施例的集成有调制器的半导体激光器件的截面图；
图8为根据本发明又一实施例的集成有调制器的半导体激光器件的截面图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示范性
实施例。
由于图4所示的VCSEL具有几个毫瓦的低输出功率，因此其不适于激光电视，激光电视需要具有至少几百毫瓦输出功率的激光器。此外，腔内的调制器对激光器振荡没有帮助，因此降低了激光器的总体效率。
因此，如图5所示，本发明提供了一种集成有调制器的半导体激光器件，该激光器件采用了具有高输出功率的VECSEL。通常，通过经由外镜(externalmirror)增大增益区，VECSEL能够产生至少几百毫瓦的输出功率。根据本发明，将设计得有助于振荡的调制器集成在高功率VECSEL中，以消除现有技术的上述问题。
参考图5，现在将更具体地描述根据本发明一实施例的集成有调制器的半导体激光器件。该激光器件包括衬底60、形成于衬底60上的下DBR层61、形成于下DBR层61上的有源层62、形成于有源层62上的调制器66，以及外镜71。该激光器件可以进一步包括形成于调制器66上的窗口层67，以保护有源层62不受外界影响。窗口层67由能带隙大于有源层62的材料形成，以将电子和空穴限定在有源层62中。此外，激光器件还可以包括外镜71和窗口层67之间的二次谐波发生(SHG)晶体72，以将有源层62产生的光倍频。
这里，衬底60可以由例如GaAs的材料形成。下DBR层61具有多层结构，该多层结构通过使低折射层和高折射层交替而形成，从而相对于激射波长表现出高反射率。例如，低折射层可以是GaAs层，而高折射层可以是AlAs层。这里，优选的是DBR层61的层间距离等于振荡波长的1/4。有源层62包括交替堆叠的至少一个势垒层64和至少一个量子阱层63。量子阱层63通过电子和空穴的复合以特定波长发光。例如，量子阱层63可以由InGaAs或InGaAsN形成，而势垒层64可以由未掺杂的(Al)GaAs形成。这里，优选的是，量子阱层63之间的距离等于振荡波长的1/2。
同时，调制器66包括形成于有源层62上的第一掺杂势垒层65a、形成于第一掺杂势垒层65a上的调制层65c以及形成于调制层65c上并且以与第一掺杂势垒层65a不同的类型掺杂的第二掺杂势垒层65b。优选地，第一和第二掺杂势垒层65a和65b由和有源层62的势垒层64相同的材料形成，而调制层65c由和有源层62的量子阱层63相同的材料形成。例如，调制层65c可以由例如InGaAs或InGaAsN的材料形成，而第一和第二掺杂势垒层65a和65b可以由(Al)GaAs形成。虽然有源层62由未掺杂材料形成，但调制层66却是由掺杂材料形成的。例如，第一掺杂势垒层65a可以由p-AlGaAs形成，而第二掺杂势垒层65b可以由n-AlGaAs形成。因此，有源层62的量子阱层63和调制器66的调制层65c具有相同的能带隙。
如上所述，如此设计本发明，使得调制器66和有源层62具有相同的结构且由相同的材料形成。因此，可以将调制器66看成有源层62的一部分。即，可以通过掺杂有源层62的势垒层64的一部分来形成调制器66。根据本发明，调制器66的调制层65c类似于量子阱层63，可以作为增益区工作，以促进激光器件的振荡。为此，优选的是调制层65c和最接近调制层65c的量子阱层63之间的距离等于振荡波长的1/2，这与量子阱层63之间的距离类似。
图5示出了通过第一和第二掺杂势垒层65a和65b向调制器66施加反偏压的电极结构。首先，在中心部分第一掺杂势垒层65a的顶表面上，局部地形成调制层65c，并沿着第一掺杂势垒层65a的顶部边缘形成第一电极68，以向第一掺杂势垒层65a施加电压。尽管图5的截面图示出了两个第一电极68，就好像它们形成于第一掺杂势垒层65a的两个顶端一样，但第一电极68实际上是环形的单个电极。此外，沿着窗口层67的顶部边缘形成第二电极69，以向第二掺杂势垒层65b施加电压。类似地，第二电极69为形状例如像环的单个电极。
现在将详细描述前述集成有调制器的半导体激光器件的运行。
首先，如图5所示，泵浦激光器70在波长λ1发射光束，λ1短于有源层62所发射的波长λ2。从泵浦激光器70发射的光束入射到有源层62上以激励有源层62。通常，可以使用光泵浦法或电泵浦法来激励VECSEL的有源层。在光泵浦法中，通过使用泵浦激光器将光能施加到有源层，而在电泵浦法中，通过金属接触将电能施加到有源层。在本发明中，优选使用光泵浦法，以便容易地向调制器66施加反偏压，而调制器66可以被认为是有源层62的一部分。
如上所述，当从泵浦激光器70发出的λ1-波长的光束通过准直透镜73入射在窗口层67上时，有源层62被λ1-波长的光束所激励，从而在波长λ2发光。从有源层62发射的λ2-波长的光通过有源层62而在下DBR层61和外镜71之间重复反射。这种重复放大了有源层62中λ2-波长的光。然后，一部分被放大的光通过外镜71输出到外部以作为激光束，而剩余部分被再次反射到有源层62以用于光泵浦。如果将SHG晶体72置于外镜71和窗口层67之间的光路上，就能够向外镜71输出由于SHG晶体72而具有更短波长λ3的光。
此时，与量子阱层63具有同样能带隙的调制层65c像有源层62中的其他量子阱层63那样，通过电子和空穴的复合而发光。图6A为能带图，示出了在这种情况下调制层65c的运行。参考图6A，调制层65c被泵浦激光器70或其他量子阱层63所产生的光激励。结果，当调制层65c的导带中的电子移动而与价带中的空穴复合时，就从调制层65c发出光来。
如果在量子阱层63和调制层65c被泵浦激光器70激励时通过第一和第二势垒层65a和65b将反偏压施加到调制器66，则调制层65c的能带图就如图6B所示发生变化。即，通过反偏压而在调制器66中产生的电场导致调制器66的能带如图6B所示倾斜，由此使调制层65c的能带隙变窄。结果，电子和空穴从调制层65c的量子阱中逃逸，或者通过隧穿从第一和第二势垒层65a和65b逃逸。因此，调制层65c不再充当增益区，而是吸收光。因此，激光器件的谐振和光发射完全停止。
基于这一原理，举例来说，通过经由高频发生器非常迅速地接通、切断施加到调制器66的反偏压，就能够将激光器件的光输出功率调制成高频。
图7为根据本发明另一实施例的集成有调制器的半导体激光器件的截面图。在图7中，未示出外镜和泵浦激光器。
图7所示的半导体激光器件与图5所示的半导体激光器件的不同之处仅在于第二电极的位置。即，该激光器件与图5所示的实施例类似，包括衬底40、下DBR层41、有源层42和调制器46。因此，与图5中的实施例类似，该激光器件也包括量子阱层43、势垒层44、调制层45c、第一掺杂势垒层45a和第二掺杂势垒层45b。此外，与图5中所示的实施例类似，第一电极48沿着第一掺杂势垒层45a的顶部边缘形成，以向第一掺杂势垒层45a施加电压。然而，与图5所示的实施例不同的是，图7所示的激光器件包括局部地形成于第二掺杂势垒层45b的顶部中央的窗口层47以及沿着第二掺杂势垒层45b的顶部边缘形成的第二电极49，以向第二掺杂势垒层45b施加电压。在图7所示的这个实施例中，第二电极49接触第二掺杂势垒层45b的顶表面，从而更加高效地注入反偏压。
图8为根据本发明又一实施例的集成有调制器的半导体激光器件的截面图。在图8中，仍未示出外镜和泵浦激光器。
图8中所示的激光器件与其他实施例的不同在于调制器形成于有源层之下。即，该激光器件包括依次形成于衬底50上的下DBR层51、调制器56、有源层52和窗口层57。不过，有源层52和调制器56具有与图5的实施例中相同的结构。即，调制器56包括第一掺杂势垒层55a、形成于第一掺杂势垒层55a上的调制层55c以及形成于调制层55c上并且以与第一掺杂势垒层55a不同的类型掺杂的第二掺杂势垒层55b。此外，有源层52包括交替堆叠的至少一个量子阱层53和至少一个势垒层54。
此处，如图8所示，调制层55c局部地形成于第一掺杂势垒层55a的顶部中央，有源层52局部地形成于第二掺杂势垒层55b的顶部中央。此外，沿着第一掺杂势垒层55a的顶部边缘形成第一电极58，以将电压施加到第一掺杂势垒层55a，并且沿着第二掺杂势垒层55b的顶部边缘形成第二电极59，以将电压施加到第二掺杂势垒层55b。
以上描述表明，本发明的集成有调制器的半导体激光器件是这样设计的，即，使得调制器形成于有源层中而不是反射层中，而且调制器和有源层一样，充当着增益区。因此，由于调制器有助于激光器件的激射，所以集成有调制器的半导体激光器件能够具有高激射效率。而且，根据本发明容易满足激光器件的激射条件，使得激光器件能够被更容易制造。此外，由于本发明利用了具有高输出功率的VECSEL，因此本发明能够用于激光电视的激光调制。
尽管已经参考本发明的示范性实施例具体展示并描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解的是，在不背离由权利要求所界定的本发明的精神和范围的前提下可以对本发明进行形式和细节上的各种变化。

Claims (25)

1.一种半导体激光器件，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的下分布式布拉格反射器层；
形成于所述下分布式布拉格反射器层上并包括交替的多个势垒层和多个量子阱层的有源层；以及
外镜，该外镜与所述有源层的顶部隔开从而透射从所述有源层发射的光的一部分并将剩余部分反射到所述有源层，
其中，接触所述多个量子阱层中至少一个的两侧的所述多个势垒层中的两个以不同的类型掺杂。
2.如权利要求1所述的半导体激光器件，其中，当通过所述掺杂势垒层施加反偏压时，所述掺杂势垒层之间的所述至少一个量子阱层吸收光，从而抑制所述激光器件的振荡。
3.如权利要求1所述的半导体激光器件，还包括泵浦激光器，以将泵浦能量供应到所述有源层。
4.如权利要求1所述的半导体激光器件，还包括窗口层，该窗口层利用其能带隙比所述有源层更大的材料形成于所述有源层上。
5.一种半导体激光器件，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的下分布式布拉格反射器层；
通过交替堆叠至少一个势垒层和至少一个量子阱层而形成于所述下分布式布拉格反射器层上的有源层；
调制器，该调制器包括形成于所述有源层上的第一掺杂势垒层、形成于所述第一掺杂势垒层上的调制层、以及形成于所述调制层上并且以不同于所述第一掺杂势垒层的类型掺杂的第二掺杂势垒层；以及
外镜，该外镜与所述有源层的顶部隔开从而透射从所述有源层发射的光的一部分并将剩余部分反射到所述有源层。
6.如权利要求5所述的半导体激光器件，其中所述第一和第二掺杂势垒层由与所述有源层的势垒层相同的材料形成，并且所述调制层由与所述有源层的量子阱层相同的材料形成。
7.如权利要求6所述的半导体激光器件，其中所述调制层具有与所述量子阱层相同的能带隙。
8.如权利要求6所述的半导体激光器件，其中，当通过所述第一和第二掺杂势垒层向所述调制器施加反偏压时，所述第一和第二掺杂势垒层之间的调制层吸收光，从而抑制所述激光器件的振荡。
9.如权利要求8所述的半导体激光器件，其中，当反偏压未施加到所述调制器时，所述调制层像所述有源层的量子阱层一样，充当增益区。
10.如权利要求9所述的半导体激光器件，其中所述调制层和邻近所述调制层的所述量子阱层之一之间的距离等于发射波长的1/2。
11.如权利要求5所述的半导体激光器件，还包括窗口层，该窗口层利用能带隙比所述有源层更大的材料形成于所述调制器上。
12.如权利要求11所述的半导体激光器件，其中所述调制层局部地形成于所述第一掺杂势垒层的顶部中央。
13.如权利要求12所述的半导体激光器件，其中，第一电极沿着所述第一掺杂势垒层的顶部边缘形成，以将电压施加到所述第一掺杂势垒层，并且第二电极沿着所述窗口层的边缘形成，以将电压施加到所述第二掺杂势垒层。
14.如权利要求12所述的半导体激光器件，其中，所述窗口层局部地形成于所述第二掺杂势垒层的顶部中央，第一电极沿着所述第一掺杂势垒层的顶部边缘形成以将电压施加到所述第一掺杂势垒层，并且第二电极沿着所述第二掺杂势垒层的顶部边缘形成以将电压施加到所述第二掺杂势垒层。
15.如权利要求5所述的半导体激光器件，还包括泵浦激光器，以将泵浦能量供应到所述有源层。
16.一种半导体激光器件，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的下分布式布拉格反射器层；
调制器，该调制器包括形成于所述下分布式布拉格反射器层上的第一掺杂势垒层、形成于所述第一掺杂势垒层上的调制层、以及形成于所述调制层上并且以不同于所述第一掺杂势垒层的类型掺杂的第二掺杂势垒层；
通过交替堆叠至少一个势垒层和至少一个量子阱层而形成于所述调制器上的有源层；以及
外镜，该外镜与所述有源层的顶部隔开从而透射从所述有源层发射的光的一部分并将剩余部分反射到所述有源层。
17.如权利要求16所述的半导体激光器件，其中所述第一和第二掺杂势垒层由与所述有源层的势垒层相同的材料形成，并且所述调制层由与所述有源层的量子阱层相同的材料形成。
18.如权利要求17所述的半导体激光器件，其中所述调制层具有与所述量子阱层相同的能带隙。
19.如权利要求17所述的半导体激光器件，其中，当通过所述第一和第二掺杂势垒层向所述调制器施加反偏压时，所述第一和第二掺杂势垒层之间的调制层吸收光，从而抑制所述激光器件的振荡。
20.如权利要求19所述的半导体激光器件，其中，当反偏压未施加到所述调制器时，所述调制层像所述有源层的量子阱层一样，充当增益区。
21.如权利要求20所述的半导体激光器件，其中所述调制层和邻近所述调制层的所述量子阱层之一之间的距离等于发射波长的1/2。
22.如权利要求16所述的半导体激光器件，还包括窗口层，该窗口层利用其能带隙比所述有源层更大的材料形成于所述有源层上。
23.如权利要求16所述的半导体激光器件，其中所述调制层局部地形成于所述第一掺杂势垒层的顶部中央，并且所述有源层局部地形成于所述第二掺杂势垒层的顶部中央。
24.如权利要求23所述的半导体激光器件，其中，第一电极沿着所述第一掺杂势垒层的顶部边缘形成以将电压施加到所述第一掺杂势垒层，并且第二电极沿着所述第二掺杂势垒层的顶部边缘形成以将电压施加到所述第二掺杂势垒层。
25.如权利要求16所述的半导体激光器件，还包括泵浦激光器，以将泵浦能量供应到所述有源层。
CNA200610005187XA 2005-02-16 2006-01-13 集成有调制器的半导体激光器件 Pending CN1822457A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050012920A KR100668329B1 (ko) 2005-02-16 2005-02-16 변조기 내장형 광펌핑 반도체 레이저 장치
KR12920/05 2005-02-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1822457A true CN1822457A (zh) 2006-08-23

Family

ID=36592997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA200610005187XA Pending CN1822457A (zh) 2005-02-16 2006-01-13 集成有调制器的半导体激光器件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20060203870A1 (zh)
EP (1) EP1693936A3 (zh)
JP (1) JP2006229222A (zh)
KR (1) KR100668329B1 (zh)
CN (1) CN1822457A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113169251A (zh) * 2018-12-21 2021-07-23 Hrl实验室有限责任公司 低调制电压的低温二极管结构
CN113381297A (zh) * 2020-03-09 2021-09-10 济南晶正电子科技有限公司 一种集成光学复合基板
CN116799618A (zh) * 2023-08-24 2023-09-22 武汉鑫威源电子科技有限公司 一种电调节垂直面发射氮化镓激光器

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100738527B1 (ko) * 2005-07-13 2007-07-11 삼성전자주식회사 광펌핑 반도체 레이저
DE102005055159B4 (de) * 2005-09-29 2013-02-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Hochfrequenz-modulierter oberflächenemittierender Halbleiterlaser
DE102005056949B4 (de) * 2005-09-30 2013-08-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpter oberflächenemittierender Halbleiterlaser und optische Projektionsvorrichtung mit solch einem Halbleiterlaser
US9377399B2 (en) * 2008-03-18 2016-06-28 Lawrence Livermore National Security, Llc Resonant optical transducers for in-situ gas detection
KR102113256B1 (ko) * 2013-11-07 2020-05-20 삼성전자주식회사 다준위 에너지를 갖는 3중 연결 양자우물 구조를 포함하는 광학 소자
KR102384230B1 (ko) * 2017-10-12 2022-04-07 삼성전자주식회사 가변 레이저 소자

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950010220A (ko) * 1993-09-23 1995-04-26 김광호 반도체 레이져 다이오드
US5513204A (en) * 1995-04-12 1996-04-30 Optical Concepts, Inc. Long wavelength, vertical cavity surface emitting laser with vertically integrated optical pump
US6026108A (en) 1996-10-16 2000-02-15 The Regents Of The University Of California Vertical-cavity surface-emitting laser with an intracavity quantum-well optical absorber
JP2001223429A (ja) 2000-02-09 2001-08-17 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザ装置
US6735234B1 (en) * 2000-02-11 2004-05-11 Giga Tera Ag Passively mode-locked optically pumped semiconductor external-cavity surface-emitting laser
DE10102458A1 (de) * 2001-01-15 2002-07-25 Infineon Technologies Ag Vertikallaserdiode mit ausbleichbarem Absorbermittel
US6611539B2 (en) 2001-05-29 2003-08-26 Nsc Nanosemiconductor Gmbh Wavelength-tunable vertical cavity surface emitting laser and method of making same
TW595059B (en) * 2002-05-03 2004-06-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optically pumped semiconductor laser device
US6980572B2 (en) * 2002-05-28 2005-12-27 The Regents Of The University Of California Wavelength selectable light source
US6936486B2 (en) * 2002-11-19 2005-08-30 Jdsu Uniphase Corporation Low voltage multi-junction vertical cavity surface emitting laser
TWI289220B (en) 2003-02-19 2007-11-01 Pbc Lasers Ltd Apparatus for and method of frequency conversion
GB2399941A (en) * 2003-03-24 2004-09-29 Univ Strathclyde Vertical cavity semiconductor optical devices

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113169251A (zh) * 2018-12-21 2021-07-23 Hrl实验室有限责任公司 低调制电压的低温二极管结构
CN113169251B (zh) * 2018-12-21 2022-11-15 Hrl实验室有限责任公司 低调制电压的低温二极管结构
CN113381297A (zh) * 2020-03-09 2021-09-10 济南晶正电子科技有限公司 一种集成光学复合基板
CN116799618A (zh) * 2023-08-24 2023-09-22 武汉鑫威源电子科技有限公司 一种电调节垂直面发射氮化镓激光器
CN116799618B (zh) * 2023-08-24 2023-10-31 武汉鑫威源电子科技有限公司 一种电调节垂直面发射氮化镓激光器

Also Published As

Publication number Publication date
US20060203870A1 (en) 2006-09-14
EP1693936A3 (en) 2007-12-19
KR100668329B1 (ko) 2007-01-12
EP1693936A2 (en) 2006-08-23
KR20060091654A (ko) 2006-08-21
JP2006229222A (ja) 2006-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1822457A (zh) 集成有调制器的半导体激光器件
US7539227B2 (en) External cavity surface emitting laser device having a plurality of quantum wells
CN1279668C (zh) 波长可调谐垂直腔表面发射激光二极管
US7974324B2 (en) Surface-emitting laser device
US7642562B2 (en) Long-wavelength resonant-cavity light-emitting diode
US20050259700A1 (en) Optically pumpable surface-emitting semiconductor laser device
JP4602685B2 (ja) 垂直共振器型面発光半導体レーザ素子および発光装置および光伝送システム
KR100657963B1 (ko) 고출력 수직외부공진형 표면발광 레이저
US7418024B2 (en) High power vertical external cavity surface emitting laser
CN101809832A (zh) 光电子器件
KR101015499B1 (ko) 복수의 파장을 발생시키는 반도체 레이저 소자 및 상기반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부
KR20060032049A (ko) 터널 접합을 구비한 고출력 레이저 소자 및 상기 레이저소자용 레이저 펌핑부
JP4748645B2 (ja) 発光システムおよび光伝送システム
WO2021125005A1 (ja) 発光デバイスおよび発光デバイスの製造方法
US9118167B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser
KR20010084208A (ko) 표면광 레이저
JP2017147256A (ja) 光増幅器、光増幅器の駆動方法及び光増幅方法
CN118198860A (zh) 具有琴弦式多量子阱有源层结构的氮化镓基垂直腔面发射激光器
KR20070109244A (ko) 외부 공진기형 레이저
JPH02209781A (ja) 超格子半導体レーザ
Li et al. High-power InGaAs VCSEL's single devices and 2D arrays
KR980011673A (ko) ZnSe계 청록색 레이저 다이오드
KR20060123006A (ko) 광학적 펌핑 구조의 ｖｅｃｓｅｌ
JP2003283055A (ja) 波長可変発光素子及び波長変換素子

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication