MXPA04004666A - Superficie emisora de estructuras laser de retroalimentacion distribuida (dfb) para los sistemas de comunicacion de banda ancha y arreglo de la misma. - Google Patents

Abstract

Se muestra una superficie emisora de laser semiconductor que tiene una estructura de laser semiconductora con una capa activa, opuesta unas capas opuestas de revestimiento metalico contiguas a la capa activa, un substrato y electrodos mediante los cuales se pueden inyectar corriente dentro de la estructura de laser semiconductora. Tambien se incluye una rejilla de difraccion distribuida de alto orden o segunda que tiene elementos alternantes periodicamente, cada uno de los elementos se caracteriza por ser un elemento de ganancia alta o un elemento de ganancia baja. Cada uno de los elementos tienen una longitud, la longitud el elemento de ganancia alta y la longitud del hele meto de ganancia baja juntas, definen un periodo de enrejado, en donde el periodo de enrejado esta dentro del intervalo requerido para producir una senal optica en la banda de senal de telecomunicaciones opticas. La longitud total de los elementos de ganancia alta no es mayor que el total de longitudes de los elementos de ganancia baja. Se pueden proporcionar una unica estructura o un arreglo de estructuras laser lado a lado en un substrato comun. En otro aspecto, se proporciona un metodo para probar estructuras laser en capas.

Description

ESTRUCTURAS DE LASER DE DFB DE EMISION DE SUPERFICIE PARA SISTEMAS DE COMUNICACION DE BANDA AMPLIA Y ARREGLO DE LAS MISMAS CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere generalmente al campo de las telecomunicaciones y en particular a sistemas de telecomunicación con base en señales ópticas. Más particularmente, esta invención se refiere a láseres, tales como láseres de diodo semiconductor para generar señales portadoras para tales sistemas ópticos de telecomunicación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los sistemas ópticos de telecomunicaciones están evolucionando y mejorando rápidamente. En tales sistemas se generan señales portadoras ópticas individuales y se modulan después para llevar información. Las señales individuales son convertidas entonces en múltiplex conjuntamente para formar señales densas en división múltiplex de longitud de onda (DWDM). Las mejorías en tecnología óptica han conducido a separación más estrecha de canales de señal individual, de manera que ahora es común para 40 canales de señales que se desplieguen simultáneamente en la banda C, con 80 o aún 160 canales de señal simultáneos en las bandas de C+L combinadas empezando a ser despegadas en el futuro cercano. Cada canal de señal requiere una fuente de portador de señal óptica y en telecomunicaciones la fuente de portador de señal es típicamente un láser. Conforme aumenta el número de canales de señal DWDM, aumenta también el número de fuentes de portador de señal necesarias. Además, como las redes ópticas empujan hacia fuera desde las estructuras de transporte largas densas en información hasta las conexiones ligeras en información del borde o usuario final, se necesita un vasto número de nodos nuevos de red, potencialmente cada uno con las fuentes de portador de señal múltiples requeridas para DWDM. También, el costo del suministro de fuentes de portador de señal se vuelve un problema como una función de tráfico de información puesto que la densidad de información es menor, es lo más cerca del borde de la red uno. Están disponibles actualmente un número de fuentes de láser diferentes. Estas incluyen varias formas de láseres fijos, conmutables o sintonizables, tales como diseños Fabry-Perot, Reflector Distribuido Bragg (DBR), Láseres Emisores de Superficie de Cavidad Vertical (VCSEL) y Retroalimentación Distribuida (DFB). Actualmente la forma más común de fuente de portador de señal usado en aplicaciones de telecomunicaciones son fuentes de láser DFB acoplados de índice de emisión de borde, que tienen buen funcionamiento en términos de velocidad de modulación, potencia de salida, estabilidad, ruido y relación de supresión de modo lateral (SMSR). Además, seleccionando un material semiconductor apropiado y un diseño de láser, se pueden producir rápidamente longitudes de onda para comunicación. En este sentido, SMSR se refiere a la propiedad de los láseres DFB de tener dos modos longitudinales de umbral bajo que tienen diferentes longitudes de onda en las cuales puede ocurrir el fenómeno de láser, de los cuales típicamente se desea uno y el otro no se desea. La SMSR comprende una medición del grado hasta el cual se suprime el modo indeseado, causando así que se desvie más potencia al modo preferido, mientras que tiene también el efecto de reducir el habla cruzada desde el modo indeseado que emite energía en la longitud de onda del otro canal de DWDM. Una desventaja de las fuentes de señal de láser DFB emisoras de borde es que la forma del haz tiene la forma de una cinta corta, que se desvía fuertemente en dos dimensiones con diferentes ángulos de divergencia debido a la abertura pequeña del área de emisión, lo cual requiere un convertidor de punto para acoplar la señal a una fibra de modo sencillo. Las técnicas necesarias son difíciles y se pueden perder, resultando en costo incrementado. Aunque pueden lograr buen rendimiento una vez acabados y acoplados a la fibra, los láseres DFB emisores de borde tienen varias características fundamentales que los hace ineficientes para producir y en consecuencia más caros. Más específicamente, grandes números de láseres DFB emisores de borde se producen en el presente simultáneamente en una sola lámina. Sin embargo, el rendimiento de láseres DFB emisores de borde viables (es decir, aq uellos que cumplen las especificaciones deseadas de señal de salida) obtenido a partir de una lámina dada puede ser bajo debido a u n número de factores en los pasos de fabricación o empacado finales. Específicamente, una vez formado, el láser DFB ind ivid ual debe ser partido de la lámina . El paso de pa rtición es seguido después por u n paso de acabado final, de ma nera más usual la aplicación de u n recu brim iento anti-reflejante a un extremo y un recubrimiento de alta reflexión en el otro . Si se aplican recubrimientos simétricos (usualmente anti-reflejantes) a ambas superficies , entonces los dos modos principales del láser son degenerados y entonces no una discriminación a priori entre modos , cond uciendo a un pobre control de S SR y por lo ta nto pobre rendimiento del modo sencillo. La asimetría introducida por diferentes recubrim ientos de extremo ayuda a dar preferencia a un modo sobre el otro, mejorando así la S MSR . Sin embargo, aún cua ndo se mejora la operación de modo sencillo, la longitud de onda del láser DFB es todavía una fu nción de la fase de la rejilla donde fue partida en el final de la cavidad de láser. De manera incierta en la fase introd ucida mediante el paso de partición resulta en control pobre de la longitud de onda de la emisión de láser. Por lo tanto , los láseres prod ucidos en esta forma tienen generalmente u n pobre rend imiento en modo sencillo, rendim iento de longitud de onda o ambos y no son óptimos para uso en sistemas de DWDM . U n aspecto importante de la fabricación de láseres DFB de emisión de borde es que el láser puede ser probado solamente inyectando una corriente en la cavidad del láser después de que el láser ha sido terminado completamente , i ncluyendo la partición desde la lámina y el recubrimiento de extremos. Esto compone la ineficiencia de tales bajos rendimientos de la lámina debido a l comportamiento de modos múltiples (SM SR pobre) o long itud de onda incorrecta. Se han propuesto diseños con la intención de aumentar el rend imiento de láseres DFB de emisión de borde de modo sencillo , más notablemente introd uciendo u n cambio de fase de cua rto de longitud de onda en el centro de la cavidad de láser combinado con recubrimiento anti-reflexión de ambas facetas de la cavidad . Esta estructura sufre de q uemado de agujero espacial como u n resultado del intenso campo generado en la región del cambio de fase. Esto limita la potencia de sal ida del dispositivo. Además, el láser es m uy sensible a reflexiones aún pequeñas desde las facetas, agregando una fuente de inestabilidad y dificultad debido a la necesidad de recubrimientos anti-reflexión de alta ca lidad en las facetas. Otros métodos para elevar la degeneración de los modos en láseres de DFB involucran introducir un término imagi nario, o complejo, al coeficiente de acoplamiento . Una manera en q ue esto se ha logrado es fabricar la rejilla con ya sea la capa de ga nancia activa (un diseño denominado ganancia-acoplada) o dentro de una capa absorbente que está dentro del campo de modo óptico (un diseño pérdida-acoplado) . Estos d iseños han sido prácticos solo recientemente debido a los avances en las técnicas requeridas de fabricación de semiconductores. Ambos láseres de DFB acoplados de ganancia o pérdida exhiben una sensibilidad significativamente reducida a la fase aleatoria inducida por el paso de partición así como también otros beneficios incluyendo alto rendimiento en modo sencillo, ancho de línea más delgado y respuesta ac mejorada (es decir, pueden ser modulados en frecuencias más altas). Los diseños acoplados de ganancia y pérdida, sin embargo, requieren aún partición y recubrimiento de las facetas antes de que pueda ser probado el chíp. También, la emisión es aún desde el borde y sigue siendo un problema el acoplamiento a una fibra. Tanto la emisión de superficie como la operación de modo sencillo a través de acoplamiento complejo han sido logradas usando una rejilla de segundo orden o mayor en lugar de la rejilla común de primer orden. En el caso de una rejilla de segundo orden, la pérdida de radiación resultante de la superficie del láser es diferente para los dos modos, elevando así la degeneración y resultando en operación de modo sencillo, como se describe por R. Kazarinov y C. H. Henry en IEEE, J. Quantum Electrón., vol. QE-21, pp. 144-150, Feb. 1985. Con una rejilla acoplada de índice de segundo orden, el perfil espacial del modo de láser es de doble lobulado con un mínimo en el centro de la cavidad del láser. El modo suprimido en esta instancia es un perfil del lóbulo sencillo similar a Gaussian con pico en el centro de la cavidad. Notar que el perfil es similar a Gaussian en ambas direcciones, pero es asimétrico porque el ancho de Gaussian es en general mucho más grande a lo largo del eje del láser en comparación con el ancho transversal de Gaussian al láser. Este último modo, aunque es benéfico para la mayoría de las aplicaciones, es quizás aún más crítico en el campo de telecomunicaciones porque iguala más estrechamente el diámetro del modo y la abertura numérica de una fibra óptica de modo sencillo y, por lo tanto, puede ser acoplado eficientemente a la fibra. La forma de doble lóbulo puede ser acoplada solamente a una fibra con eficiencia pobre. Se han hecho intentos en la técnica para alterar el láser de manera que el modo de doble lóbulo de láseres de DFB emisores de superficie se vuelva el modo dominante, pero sin mucho éxito. Por ejemplo, la Patente de E. U. No. 5,970,081 enseña una estructura de láser de DFB de emisión de superficie, de rejilla de segundo orden, acoplado por índice que introduce un cambio de fase a la cavidad del láser por medio de restringir la forma de la estructura de cavidad de guía de onda en la parte media de manera que el modo de láser es el modo preferido aproximado a Gaussian. Este método es difícil de implementar debido a la litografía involucrada y el diseño conduce a una deterioración de otras especificaciones relacionadas con un aumento en quemado de agujero espacial en la región del cambio de fase. Además, la eficiencia menor en el acoplamiento de radiación y bajo coeficiente de acoplamiento del índice-acoplado versus el diseño de ganancia-acoplado conduce a baja potencia de la superficie así como también corriente de umbral relativamente alta para el dispositivo. De manera similar, la Patente de E. U. No. 4,958, 357 introduce directamente un cambio de fase en un láser de DFB emisor de superficie, de rejilla de segundo orden, acoplado por índice con dificultades similares resultantes. Aunque se pretende ofrecer evaluación de lámina y una eliminación de partición de faceta debido a la emisión de superficie, esta Patente enseña una estructura compleja que es difícil de construir y aún más difícil de controlar. Debido a una cúspide en la intensidad óptica en la ubicación del cambio de fase resulta un quemado de agujero espacial. Aunque se proponen varios esquemas para aliviar el quemado de agujero espacial éstos agregan complejidad y en ningún caso son exitosos. Así, la ampliación está limitada por el quemado de agujero espacial. Fuera del campo de las telecomunicaciones, se encuentra un ejemplo de una estructura de láser de DFB de emisión de superficie en la Patente de E. U. No. 5,727,013. Esta Patente enseña un láser de DFB de emisión de superficie de lóbulo sencillo para producir luz azul/verde donde la rejilla de segundo orden está escrita en una capa absorbente dentro de la estructura o directamente en la capa de ganancia. Aunque es interesante, esta Patente no describe cómo afecta la rejilla a la eficiencia de acoplamiento de la fibra (puesto que no está relacionada con ninguna aplicación de telecomunicaciones). Esta Patente le falta también enseñar qué parámetros controlan el balance entre potencia total de salida y eficiencia de acoplamiento de fibra o cómo controlar efectivamente el modo. Finalmente, esta Patente omite enseñar un láser de emisión de superficie que es adecuado para rangos de longitud de onda para telecomunicaciones.

Más recientemente, se han hecho intentos para introducir láseres de emisión de superficie de cavidad vertical (VCSELs) con rendimiento adecuado para el campo de las telecomunicaciones. Tales intentos no han sido exitosos por un número de razones. Tales dispositivos tienden a padecer de una dificultad en fabricación debido a la estructura de muchas capas requerida así como también una baja salida de potencia debido a la longitud muy corta del medio de ganancia en la cavidad. La cavidad corta es también una fuente de mayor ruido y ancho de línea más amplio. El ancho de línea más amplio limita la distancia de transmisión de la señal a partir de estas fuentes debido a los efectos de dispersión en la fibra.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Lo que se necesita es una estructura de láser de emisión superficial que sea adecuada tanto para aplicaciones de telecomunicaciones como para evitar los defectos de la técnica anterior. Más particularmente, lo que se necesita es una estructura de láser donde el modo se controle de manera precisa y eficiente para permitir el acoplamiento de fibra y que pueda hacerse usando técnicas litográficas convencionales en la técnica de los semiconductores. Un objetivo de la presente invención es proporcionar una fuente de señales ópticas de bajo costo que sea capaz de generar señales adecuadas para uso en el rango de señales de telecomunicaciones de banda ancha. Lo más preferible, es que tal fuente de señales fuera en la forma de un láser de semiconductor que pueda fabricarse usando técnicas convencionales para fabricación de semiconductores y que tenga aún rendimientos mayores que las técnicas actuales y así pueda ser producido a un costo menor. Es otro objetivo más de la presente invención, que tal fuente de señales tenga suficiente potencia, estabilidad de longitud de onda y precisión para aplicaciones en comunicaciones de banda ancha. Lo que se desea también es una fuente de señales de láser de semiconductor que tenga una salida de señales que se acople fácil y eficientemente a una fibra óptica. Tal dispositivo sería fabricado, también de preferencia, como un arreglo en una sola estructura con base en lámina y pueda formarse o fabricarse integral y simultáneamente con estructuras adyacentes tales como regiones de colindancia de absorción de señal y dispositivos fotodetectores. Un aspecto más de la presente invención se refiere a las eficiencias de fabricación. Mientras más grande sea el número de fuentes de señal arregladas, mayor es la necesidad de una fabricación de bajo índice de falla. Así, por ejemplo, un arreglo de cuarenta fuentes fabricado con un rendimiento de 98% por fuente producirá un rendimiento de fabricación de arreglo de solamente 45%. Así, los rendimientos mejorados de fabricación son importantes para la fabricación de arreglos eficientes en costo. Un aspecto adicional de la invención es que cada fuente de láser del arreglo puede ser fijado en la misma o, más útilmente en diferentes longitudes de onda y lo más preferible en longitudes de onda dentro de las bandas de señales para telecomunicaciones. Lo más preferible, es que tal dispositivo pudiera proporcionar también un medio simple y efectivo para confinar la señal de salida para ayudar también a las eficiencias de acoplamiento con la fibra. Además, tal dispositivo podría tener un detector integral que, en conjunto con un circuito de retroalimentación externo, pudiera usarse para la sintonización precisa de longitud de onda y el mantenimiento de la señal. Por lo tanto, de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un láser de semiconductor de emisión de superficie que comprende: una estructura de láser de semiconductor que tiene una capa activa, capas de revestimiento de acero inoxidable opuestas contiguas a dicha capa activa, un substrato, una estructura con índice refractivo para confinar lateralmente un volumen y electrodos de modo óptico mediante la cual la corriente puede ser inyectada a dicha estructura de láser de semiconductor, y una segunda rejilla de difracción distribuida de segundo orden que tiene elementos de rejilla que alternan de manera periódica, cada uno de dichos elementos de rejilla que está caracterizado por ser ya sea un elemento de alta ganancia o un elemento de baja ganancia, donde el elemento de baja ganancia puede exhibir baja ganancia en comparación con el elemento de alta ganancia, sin ganancia o absorción, cada uno de dichos elementos de rejilla que tiene una longitud, la longitud del elemento de alta ganancia y la longitud del elemento de baja ganancia juntos definen un período de rejilla, dicho período de rejilla que está en el rango requerido para producir una señal óptica en la banda de longitud de onda de señales ópticas para telecomunicaciones, en donde la longitud del elemento de rejilla de alta ganancia es de no más de 0.5 veces la longitud del período de rejilla. De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se proporciona también un método para fabricar láseres de semiconductor, dicho método que comprende los pasos de: formar una pluralidad de estructuras de láser de semiconductor mediante la formación, en capas sucesivas en un substrato; una primera capa de revestimiento de acero inoxidable, una capa activa y una segunda capa de revestimiento de acero inoxidable en una lámina; formar una pluralidad de rejillas de difracción distribuida de segundo orden en dicha lámina; formar electrodos en dicha lámina para inyectar corriente a cada una de dichas rejillas; y probar dichas estructuras de semiconductor inyectando una corriente a dichas estructuras en dicha forma de lámina. De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona también un láser de semiconductor de emisión de superficie para producir señales de salida de características espaciales definidas, dicho láser que comprende; una estructura de láser de semiconductor que tiene una capa activa, capas de revestimiento de acero inoxidable contiguas a dicha capa activa, un substrato y electrodos mediante los cuales se puede inyectar corriente a dicha estructura de láser de semiconductor para producir una señal de salida en una banda para telecomunicaciones y una segunda rejilla de difracción distribuida de segundo orden dimensionada y formada para proporcionar, por la inyección de corriente a la estructura de láser, un umbral de ganancia menor para un modo de lóbulo simple menor que el umbral de ganancia proporcionado para cualquier otro modo, en donde dicho modo de lóbulo simple acciona el láser para facilitar el acoplamiento de dicha señal de salida a una fibra óptica.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Ahora se hará referencia, solamente a manera de ejemplo, a modalidades preferidas de la presente invención mediante referencia a las figuras adjuntas, en las cuales: La Figura 1 es una vista lateral de una modalidad de un láser de semiconductor de emisión de superficie de acuerdo con la presente invención que tiene una rejilla de segundo orden formada en un medio de ganancia; La Figura 2 es una vista de extremo de la modalidad de la Figura ; La Figura 3 es una gráfica esquemática del coeficiente Kg de acoplamiento de ganancia, coeficiente Kr de acoplamiento de radiación, coeficiente K¡ de acoplamiento de índice, la parte imaginaria del coeficiente Kg + Kr de acoplamiento total, y la fuerza de acoplamiento (Kg + Kr)/K¡ versus el ciclo de carga de un elemento de alta ganancia en comparación con el período de rejilla; La Figura 4 es una vista lateral de una segunda modalidad de un láser de semiconductor de emisión de superficie de acuerdo con la presente invención, que tiene una rejilla de segundo orden formada en una capa de absorción o pérdida; La Figura 5 es una vista de extremo de la modalidad de la Figura 4; La Figura 6 es una gráfica esquemática de perfiles de modo 1 y modo 2 de intensidad óptica cerca del campo versus distancia a lo largo de la cavidad de láser; La Figura 7 es una vista superior de una modalidad adicional de la presente invención que muestra regiones de terminación en la forma de regiones de absorción en cualquier extremo de una cavidad de láser; La Figura 8 es una vista superior de una modalidad más de la invención de la Figura 7 en donde una de dichas regiones de terminación es un detector; La Figura 9 es una vista superior de una modalidad más de la presente invención en donde las regiones de terminación incluyen secciones de rejilla de primer orden; y La Figura 10 es una vista superior de un arreglo de estructuras de láser de semiconductor de emisión de superficie en un substrato común para generar longitudes de onda de 1 a N.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La Figura 1 es una vista lateral de una modalidad de una estructura 10 de láser de semiconductor de emisión de superficie de acuerdo con la presente invención, mientras que la Figura 2 es una vista de extremo de la misma estructura. La estructura 10 de láser está constituida de un número de capas acumuladas una sobre otra usando, por ejemplo técnicas normales de fabricación de semiconductores. Se apreciará que el uso de tales técnicas conocidas de fabricación de semiconductores para la presente invención significa que la presente invención puede fabricarse eficientemente en grandes números sin que se requiera ninguna nueva técnica de fabricación. En esta descripción los siguientes términos tendrán los siguientes significados. Una región p- de un semiconductor es una región incrustada con aceptores de electrones en la cual los portadores de corriente dominante son agujeros (vacantes en la banda de valencia). Una región n- es una región de un semiconductor incrustado de manera que tiene un exceso de electrones como portadores de corriente. Una señal de salida significa cualquier señal óptica que es producida por el láser de semiconductor de la presente invención. El volumen de modo significa el volumen en el cual existe el modo óptico, a saber, donde hay intensidad de luz (señal). Para los propósitos de esta descripción , u na rej illa de d ifracción distribuida es u na en la cual la rejilla está asociada con la longitud de ganancia activa o long itud de absorción de la cavidad de acción láser de manera q ue la retroalimentación desde la rejilla causa efectos de interferencia q ue permiten la oscilación o acción láser solamente en ciertas long itudes de onda, las cuales refuerza la interferencia . La rejilla de difracción de la presente invención está constituida por elementos de rejilla o de parrilla, la cual crea efectos de ganancia alternante. Dos elementos de rejilla adyacentes definen u n período de rej illa . Los efectos de ganancia alternante son tales que una diferencia en ganancia surge con respecto de los elementos de rejilla adyacentes siendo uno u n efecto de ganancia relativamente alta y siendo el sig uiente un efecto de ganancia relativamente baja . La presente invención comprende q ue el efecto de ganancia relativamente baja puede ser un valor de ganancia peq ueño, pero positivo, puede no ser ganancia real o puede ser un valor de absorción o negativo. Así , la presente invención abarca cualesqu iera valores absolutos de efecto de ganancia con respecto de los elementos de rejilla, siempre que la diferencia relativa en efecto de ganancia sea suficiente entre los elementos de rej illa adyacentes para establecer los efectos de interferencia de acción láser en solamente ciertas longitudes de onda . La presente invención abarca cualqu ier forma de rejil la q ue pueda establecer los efectos de ganancia alternantes antes descritos , incluyendo reji llas acopladas de pérd ida y acopladas de ganancia y rejillas de bloq ueo de portador estén o no en la región activa. El efecto global de una rejilla de difracción de acuerdo con la presente invención se puede definir que es para limitar la oscilación del láser para ya sea uno o ambos de dos modos de acción láser longitudinales, con varias técnicas adicionales que se emplean para diseño posterior del láser de manera que solamente un solo modo longitudinal es estable, dando al láser una anchura de línea angosta la cual puede aludirse como una señal de salida de modo sencillo. Como se muestra en la Figura 1, las dos capas 12 y 14 externas de la estructura 10 de láser son electrodos. El propósito de los electrodos es ser capaz de inyectar corriente a la estructura 10 de láser. Se notará que el electrodo 12 incluye una abertura 16. La abertura 16 permite que pase la señal de salida óptica hacia fuera de la estructura 10 de láser, como se describe con más detalle más adelante. De acuerdo con la presente invención, la abertura puede formarse también en el electrodo 14 opuesto. También, aunque se muestra un dispositivo de guía de onda de cresta, la presente invención abarca otras estructura de guía de onda tales como, por ejemplo una heteroestructura enterrada. Aunque se muestra una abertura, la presente invención abarca el uso de un electrodo continuo, siempre que el mismo sea transparente, por lo menos en parte, para permitir que la señal generada salga de la estructura 10 de láser. Se ha encontrado que electrodos de metal simple, que tienen una abertura 16, proporcionan resultados razonables y se prefieren debido a la facilidad de fabricación y bajo costo.

Adyacente al electrodo 12 hay un substrato n+ InP, o lámina 17. Adyacente al substrato 17 hay una capa 18 amortiguadora que está constituida de preferencia por n-lnP. La siguiente capa es una capa 20 de confinamiento formada a partir de n-InGaAsP. La composición genérica de ésta y otras capas cuaternarias es de la forma lnxGa!. xASyP-|.y mientras que las capas ternarias tienen la composición específica ln1-xGaxAs. La siguiente capa es una capa 22 activa hecha de capas delgadas alternas de pozos y barreras de quantum activo, ambos constituidos por InGaAsP o InGaAs. Como será apreciado por aquellos expertos en la técnica, InGaAsP o InGaAs es un semiconductor preferido porque estos semiconductores, con ciertos rangos de composición, son capaces de exhibir ganancia óptica en longitudes de onda en el rango de 1200 nm a 1700 nm o más, lo cual abarca el espectro óptico de banda amplia de la banda de 1300 nm (1270-1330 nm), la banda S (1468-1525 nm), la banda C (1525 nm a 1565 nm) y la banda L (1568 a 1610 nm). También están abarcados otros materiales semiconductores, por ejemplo GalnAIAs, InGaAIAs por la presente invención, siempre que la señal de salida generada caiga dentro del rango de banda amplia. Otros rangos relevantes de longitud de onda de importancia para telecomunicaciones para los cuales se podrían diseñar dispositivos que siguen esta invención usando composiciones de materiales apropiados (por ejemplo InGaAs/GaAs) están en la región de 910 a 990 nm (que corresponde al rango de longitudes de onda más comúnmente encontrado para amplificadores ópticos de bombeo y láseres de fibra con base en materiales incrustados con Er, Yb o Yb/Er) y cerca de 850 nm (usada comúnmente para transmisión de información de rango corto). En la modalidad de la Figura 1, una rejilla 24 de difracción se forma en la capa 22 activa. La rejilla 24 está constituida de porciones 26 de alta ganancia y porciones 28 de baja ganancia alternantes. Lo más preferible, la rejilla 24 es una rejilla regular, nominalmente tiene un período consistente a través de la rejilla, y está dimensionada, formada y colocada en el láser 10 para constituir una rejilla de difracción distribuida como se explicó anteriormente. En este caso, el período de la rejilla 24 se define por la suma de una longitud 30 de una porción 26 de alta ganancia y una longitud 32 de la porción 28 de baja ganancia adyacente. La porción 28 de baja ganancia exhibe baja o ninguna ganancia en comparación con la porción de alta ganancia ya que en esta región la mayoría o toda la estructura activa ha sido removida. De acuerdo con la presente invención, la rejilla 24 es una rejilla de segundo orden, a saber, una rejilla con un período igual a la longitud de onda de la longitud de onda deseada en el medio semiconductor, que resulta en señales de salida en la forma de emisión de superficie. Las rejillas de orden mayor exhiben también emisión de superficie, pero con más haces en diferentes ángulos de órdenes superiores, disminuyendo así la eficiencia en el haz de salida deseado. Como se puede apreciar ahora, puesto que la rejilla 24 de esta modalidad se forma en la capa de ganancia activa se alude como un diseño acoplado de ganancia. La siguiente capa arriba de la rejilla 24 es una capa 34 p- InGaAsP de confinamiento. Colocada arriba de la capa 34 de confinamiento está una región 36 de amortiguador p-lnP. Colocada arriba de la capa 36 está una capa 38 de detención grabada p-InGaAsP. Después, se proporciona una capa 40 de revestimiento de acero inoxidable p-lnP montada encima por una capa 42 de tapa p++-InGaAs. Se entenderá por aquellos expertos en la técnica que un láser de semiconductor construido con las capas configuradas como se describió anteriormente, puede ser sintonizado para producir una señal de salida de una longitud de onda predeterminada como la retroalimentación distribuida desde la rejilla de difracción escrita en la capa activa convierte al láser en un láser de modo sencillo. La longitud de onda precisa de la señal de salida será una función de un número de variables, las que a su vez se interrelacionan y relacionan con otras variables de la estructura del láser en una manera compleja. Por ejemplo, algunas de las variables que afectan la longitud de onda de la señal de salida incluyen el período de la rejilla, el índice de refracción de las capas activas, de confinamiento y de revestimiento de acero inoxidable (las cuales a su vez cambian típicamente con la temperatura así como también la corriente de inyección), la composición de las regiones activas (que afecta la tensión de la capa, la longitud de onda de ganancia y el índice), y el espesor de las varias capas que se describen antes. Otra variable importante es la cantidad de corriente inyectada a la estructura a través de los electrodos. Así, de acuerdo con la presente invención, manipulando estas variables se puede construir una estructu ra de láser que tiene u na salida con u na longitud de onda de salida predeterminada y altamente específica. Tal láser es útil en la industria de las telecomu nicaciones donde se desean fuentes de señales para los canales ind ivid uales o componentes de señal q ue forman el espectro de DWDM . Así , la presente invención aba rca varias combinaciones de espesores de ca pa, período de ganancia, corriente de inyección y similares , los cuales en combinación producen una señal de salida que tiene una potencia , longitud de onda y ancho de banda adecuados para aplicaciones en telecomunicaciones . Sin embargo, obtener simplemente la longitud de onda y el ancho de banda deseados no es suficiente. U n problema más d ifícil solucionado mediante la presente invención es producir la long itud de onda específica deseada a partir de una rejilla de segu ndo orden (y así, una emisión de superficie) de tal manera que puede ser controlada para acoplamiento eficiente, por ejemplo, a una fibra óptica . Las características espaciales de la señal de salida tienen u n gran efecto en la eficiencia de acoplamiento, siendo la forma ideal una Gaussian de lóbulo sencillo , de modo sencil lo. Para láseres de semicond uctor de emisión de su perficie los dos modos principales incluyen un modo divergente de doble lóbu lo y u n modo de un solo módulo. El primero es muy d ifícil de acoplar a u na fibra de modo sencillo como es necesario para la mayoría de las aplicaciones de telecomun icaciones porque la fibra tiene un modo Gaussian senci llo. De manera inversa , el modo de lóbulo sencillo del láser es considerablemente más fácil y más eficiente para acoplar a una fibra , puesto que el pico de la intensidad de energ ía está colocado centralmente y tiene mucho más cerca la forma del modo de fibra. De acuerdo con la presente invención , se puede constru ir u na estructu ra de lásser de emisión de superficie en la cual domina de manera confiable el modo preferido. Como se anotó anteriormente, SMSR se refiere a la supresión del modo indeseado a favor del (de los) modo(s) deseado(s) . De acuerdo con la presente invención , para log rar u na buena operación de SMS R de la su perficie del láser 10 se requiere atención cuidadosa en el diseño del ciclo de carga de la rejilla 24 y así para la modulación espacial de la ganancia a través de la capa 22 activa . En esta descripción , el térmi no ciclo de carga significa la fracción de la longitud de un periodo de rejilla que exhibe alta ganancia en comparación con el período de rejilla . En términos más simples , el ciclo de carga puede ser definido como la porción del período de la rejilla 24 que exhibe alta ganancia. Este parámetro de ciclo de carga se controla en láseres acoplados de ganancia , tal como el ilustrado en la Figura 1 , desg rabando porciones de las capas activas, siendo la porción de la capa activa restante el ciclo de carga. Alternativamente, las capas de ganancia activa pueden dejarse intactas y la rej il la puede ser g rabada en u na capa de bloqueo de corriente, con la fracción de la capa de bloq ueo de corriente correspondiente al ciclo de carga desg rabada. En la Fig ura 1 , se puede entender ahora que la rejilla de difracción distribuida de segundo orden se escribe grabando el medio de ganancia para formar la rejilla 24. Como resultado, los dos modos fundamentales del láser 10 de semiconductor exhiben pérdidas de radiación de superficie diferentes (que es la salida del láser) y por lo tanto tienen ganancias muy diferentes. Solamente un modo (el modo con el umbral de ganancia más bajo) tendrá acción de láser, resultando en buen SMSR. La presente invención comprende que el modo de acción láser deseado es el modo de lóbulo sencillo que tiene un perfil que es generalmente Gaussian en apariencia. De esta manera, el modo.de acción láser puede ser acoplado fácilmente a una fibra, puesto que el perfil de la intensidad de potencia o señal facilita el acoplamiento de la señal de salida a una fibra. Para tener el modo de lóbulo sencillo deseado como el modo de acción láser sencillo de acuerdo con la presente invención, es importante limitar el ciclo de carga a un rango específico de valores. La razón para esto se explica con referencia a la Figura 3, la cual muestra la dependencia de los coeficientes de acoplamiento de ganancia, radiación e índice (Kg, Kr y K¡ respectivamente), la parte imaginaria del coeficiente de acoplamiento total (Kg, + Kr) y la fuerza de acoplamiento ((Kg + Kr)/K¡), como una función del ciclo de carga de la porción de alta ganancia de una rejilla de difracción distribuida de segundo orden. Notar que el coeficiente de acoplamiento total se define como K¡ + j(Kg + r), donde j es (-1)1'2. Los aspectos importantes a notar son que los coeficientes de acoplamiento de índice y ganancia son sinusoidales mientras que el coeficiente de acoplam iento de radiación es similar a Gaussian y negativo. El coeficiente de acoplamiento total , tomado con las pérd idas de cavidad Kt = K¡ + i)Kg + Kr) tiene como la parte imag inaria Kg + Kr mientras q ue la fuerza de acoplamiento ( g + Kr)/K¡, es una medida de la parte imaginaria a la real del coeficiente de acoplamiento total . La parte real del coeficiente de acoplamiento total (K¡), tomada con las pérdidas de cavidad efectiva , determina grandemente el umbral de ganancia mientras que la fuerza de acoplamiento es una buena indicación del grado de discriminación entre los dos modos fundamentales ya que la parte imag inaria del coeficiente de acoplamiento total favorece un modo sobre el otro mientras que la parte real (K|) no discrimina entre los dos . De los dos modos fundamentales del láser, el que tendrá acción láser será aquel con el umbral de ganancia más bajo. Haciendo referencia a las curvas en la Figura 3, para el caso de u n diseño de láser acoplado de ganancia de segu ndo orden como se describe anteriormente , cuando Kg + Kr es positivo el modo de lóbulo sencillo tendrá el umbral de ganancia más baja mientras q ue el modo de doble lóbulo tendrá un umbral menor cuando el valor es negativo. Cuando Kr es negativo , la suma Kg + Kr será siempre negativa para valores de ciclo de carga arriba de 0.5. El pu nto de cruce siempre será menor que 0.5 , aproximándose solamente a 0.5 cuando Kg >> Kr. Por lo tanto el límite superior para que el ciclo de carga alcance la operación deseada es de 0.5. La discriminación de modo se aumenta para valores más grandes de Kg + Kr, mostrando que los valores óptimos del ciclo de carga son cercanos a 0.25. Se puede ver que la fuerza de acoplamiento sobre esta región de ciclos de carga es relativamente plana y por lo tanto no es un factor principal siempre que el valor sea suficientemente g rande. Otro asunto que debe ser considerado en un diseño final es que con la disminución del ciclo de carga hay me nos material de ganancia presente y así se requieren gana ncias mayores de material conforme el ciclo de carga es bajado. Esta situación empuja a ciclos de carga óptimos a ser tan grandes como sea posible para aliviar los requerimientos en ganancia de material. Tomado todo conju ntamente, esta invención abarca una región úti l de ciclo de carga para estar entre aproximadamente 1 5% y 35% . Además de la discriminación de modo (SMS R) debido al diseño de la cavidad de láser, también consideramos la contribución a SMSR debido al paso de acoplamiento con la fibra. Puesto q ue solamente el modo generalmente Gaussian se acopla fácilmente a u na fibra, se puede realizar u na mejoría sign ificativa en SMSR con la potencia del otro modo no estando acoplada a la fibra. Tomado conju ntamente con la alta d iscriminación entre modos debido al diseño de la cavidad, el SMSR total del láser es excelente. Volviendo a la Figura 2 , se muestra u na vista lateral de la estructura de láser de la Figura 1 . Como se puede ver en la Figu ra 2, los electrodos 1 2 y 14 permiten la aplicación de u n voltaje a través de la estructura 1 0 de láser de semiconductor pa ra alentar la acción láser como se describe a nteriormente. Además, se puede ver que la cresta formad a por las capas superiores sirven para confi nar el modo óptico lateralmente a la región a través de la cual se está inyectando corriente. Aunque se muestra una guía de onda de cresta en esta modalidad se comprende que se podría fabricar una estructura similar usando una heteroestructura enterrada dimensionada y formada para confinar los portadores y el campo óptico de manera lateral. Otras formas de diseños acoplados de ganancia son abarcados como un medio para implementar la presente invención. Por ejemplo, en lugar de grabar la región activa como se describe anteriormente, se puede depositar una capa adicional altamente n- incrustada encima de la capa activa y se puede hacer una rejilla en esta capa. Esta capa no sería entonces ópticamente activa y así ni absorbe ni exhibe ganancia. Más bien, bloquea portadores de carga de ser inyectados a la capa activa sin importar que no haya sido desgrabada. Esta estructura para un láser acoplado en ganancia de emisión de borde es mostrado en IEEE, J. Select. Topics Quantum Electrón., vol. 1, pp. 371,374, Junio de 1995, de C. Kazmierski, R. Robein, D. Mathoorasing, A. Ougazzaden, y M. Filoche. La presente invención, comprende modificar tal estructura para limitar la capa de bloqueo de portador para tener aberturas en ella con un ciclo de carga de menos de 0.5, de preferencia en el rango de 0.15 a 0.35 y lo más preferido aproximadamente 0.25 (es decir, aproximadamente 0.75 de bloqueo).

Volviendo a la Figura 4, se muestra una modalidad más de una estructura de láser de semiconductor de emisión de superficie. En esta modalidad, se proporcionan electrodos 112 y 114 en la parte superior y en el fondo. Adyacente al electrodo 112 está un substrato 116 n + lnP seguido por un amortiguador 118 n-lnP. Se proporciona una abertura 117 en el electrodo 112. Otra vez, la abertura podría estar también en el electrodo 114 opuesto. Se proporciona una primera capa 120 n-InGaAsP de confinamiento arriba de la cual está colocada una región 122 activa constituida por capas de pozo de quantum InGaAsP o InGaAs separadas mediante capas barrera InGaAsP o InGaAs. Después se proporciona una región 124 p-InGaAsP con una región 126 de amortiguación p-lnP ahí encima. Una rejilla 125 se forma en la siguiente capa, que es una capa 128 de absorción p- o n-InGaAs o InGaAsP. Una capa 130 de amortiguación p-lnP adicional está seguida por una capa 132 de detención grabada p-InGaAsP. Después, se proporciona una capa 134 de revestimiento de acero inoxidable p-lnP junto con una capa 136 de tapa p++-lnGaAs debajo del electrodo 114. Como se apreciará ahora, esta modalidad representa una rejilla de segundo orden (o mayor) la cual se forma proporcionando una capa de absorción y grabando o removiendo de otra manera lo mismo para formar un dispositivo acoplado de pérdida. La rejilla 125 está constituida de unos elementos de pérdida o absorción re-ocurrente periódicamente. Cuando se toma conjuntamente con la capa 122 de ganancia continua (aunque la capa de ganancia no está en el mismo nivel que la capa de absorción) esta rejilla 125 puede verse como una rejilla que tiene elementos 138 de alta ganancia que se repiten periódicamente y elementos 140 de baja ganancia (los cuales pueden ser de no ganancia o aún de pérdida neta). La combinación de cualquier elemento 138 de alta ganancia y un elemento 140 de baja ganancia define un período 142 para dicha rejilla 125. La Figura 5 muestra la estructura de láser de semiconductor de la Figura 4 en vista de extremo. Como se puede notar, una corriente puede ser inyectada a través de los electrodos 112 y 114 a la estructura 100 de láser de semiconductor para el propósito de causar acción láser como se describe anteriormente. Como en la Figura 2, la cresta proporciona el confinamiento lateral para el campo óptico. La Figura 6 es un esquema de una intensidad óptica cerca del campo versus la distancia a lo largo de la cavidad del láser, y es aplicable generalmente a ambas de las modalidades descritas previamente. Como se muestra, en la mitad de la cavidad del láser, la intensidad de campo del modo 1 (la forma generalmente Gaussiana deseada) está en un pico 144, mientras que la intensidad de campo del modo 2 (la doble lobulada divergente indeseada) está en un mínimo 146. Así, en la mitad de la cavidad de láser el campo óptico es mucho más intenso en el modo 1 o perfil Gaussiano. Esta Figura 6 ilustra por lo tanto la supresión de modo lateral altamente efectiva que surge del ciclo de carga controlado de la presente invención. Se ilustra además la necesidad de la abertura 16 en el electrodo 12 en la mitad de la cavidad para dejar fuera la señal como se muestra en la Figura 1. Como se indicó antes, esta abertura puede estar colocada en cualquier electrodo. La Figura 7 muestra una vista superior de una modalidad más de la presente invención, donde la región 150 de rejilla incluye porciones 152, 154 de extremo terminadas para rendimiento mejorado. Como se puede ver la rejilla 150 puede ser escrita en una lámina 156 (mostrada mediante la línea punteada 158) usando técnicas conocidas. La rejilla 150 escrita así puede estar rodeada por una región 160 colindante la cual separa y protege la rejilla 150. Debido a que la presente invención es un dispositivo de emisión de superficie, en lugar de partir las porciones de extremo de rejilla como en los láseres de emisión de borde de la técnica anterior, la presente invención contempla partir, en la extensión necesaria, en la región 160 colindante no activa. Así, el no corte de la rejilla 150 ocurre durante la partición y las propiedades de cada una de la rejilla 150 pueden diseñarse, predeterminarse y escribirse específicamente de acuerdo con prácticas litográficas de semiconductores. Así, cada rejilla puede hacerse con un número integral de período de rejilla y cada rejilla adyacente en la lámina 156 puede ser escrita para ser idéntica o diferente de sus vecinas. El único límite de la rejilla es la habilidad de escribir de las técnicas de fabricación de semiconductores. De manera importante, a diferencia de los láseres de semiconductor de emisión de borde de la técnica anterior, las propiedades de rejilla no cambiarán a medida que las estructuras de láser se empaquen. La presente invención comprende además hacer las porciones 152, 154 de terminación de rejilla, regiones de absorción. Esto se logra fácilmente no inyectando corriente a las regiones de terminación ya que la capa activa está absorbiendo cuando no se bombea mediante inyección de carga. Como tal, estas regiones absorberán fuertemente la energía óptica producida y emitida en la dirección horizontal, cumpliendo así la función de los recubrimientos anti-reflejantes de la técnica anterior sin que se requiera acabado de borde adicional. Tales regiones de absorción pueden formarse fácilmente a medida que las capas se acumulan en la lámina durante la fabricación del semiconductor sin requerir ningún paso o material adicional. De esta manera, se elimina un paso de acabado requerido en la técnica anterior, haciendo estructuras 10 de láser de acuerdo con la presente invención más eficientes en costo para producir que los láseres de emisión de borde de la técnica anterior. Se apreciará por lo tanto que la presente invención contempla la partición (donde sea necesaria o deseable) a través de una región 160 colindante distante del extremo real de la rejilla 150 por lo que se evitan completamente los problemas de la técnica anterior asociados con la partición de la rejilla e introduciendo por eso un cambio de fase incontrolado a la cavidad. Ahora se puede entender una ventaja más de la presente invención. La presente invención comprende un método de fabricación donde no hay necesidad de partir los elementos individuales de la lámina, ni hay ninguna necesidad de completar el acabado o empacado final de la estructura de láser antes de empezar aún a probar las estructuras de láser para funcionalidad. Por ejemplo, haciendo referencia a la Figura 1, los electrodos 12, 14 se forman en la estructura 10 conforme la estructura se construye y está aún en una forma de lámina. Cada una de las estructuras 10 puede aislarse eléctricamente de las estructu ras adyacentes cuando están en forma de lámina , mediante el diseño apropiado y la deposición de electrodos en la lámina , dejando áreas de alta resistencia en las regiones 1 60 colindantes entre rejillas como se indicó antes. Por lo tanto, las propiedades eléctricas de cada una de las estructu ras pueden ser probadas en lámina , antes de q ue ocurra cualquier paso de empacado, simplemente i nyectando corriente a cada estructura 1 50 de rejilla en lámina. Así , las estructu ras defectuosas pueden ser desechadas o rechazadas antes de q ue se tome cualq u ier paso de empacado (aú n antes de la partición) , sign ificante q ue la producción de estructu ras de láser de acuerdo con la presente invención es mucho más eficiente y menos costosa que en la técnica anterior en donde el empacado es más complejo y se requiere antes de que ocurra cualquier prueba. Así, los pasos de partición empacado y acabado final para estructuras de láser q ue no funcionan o simplemente fu ncionan mal requeridos en la fabricación de láser de emisión de borde de la técn ica anterior se eliminan mediante la presente invención . La Figu ra 8 muestra una modal idad más de la presente invención que incluye una región 200 detectora colocada en un lado de la región de rejilla . La reg ión 200 detectora puede hacerse de manera integral con la estructura del láser inclinando de manera inversa las capas de la región 200 detectora para actuar como un fotodetector. Este detector está alineado de manera in herente con el láser 1 0 de emisión de superficie y se integra fácilmente fabricándolo al mismo tiempo que la estructura del láser, haciéndolo muy eficiente en costo para incluirlo. De esta manera, la salida de señal puede ser detectada por el detector 200 y la calidad de la señal óptica, en términos de estabilidad de potencia puede ser monitoreada en tiempo real. Este monitoreo puede usarse con un circuito de retroalimentación externo para ajustar un parámetro, por ejemplo la corriente de inyección, que podría ser variada para controlar pequeñas fluctuaciones en la potencia. Tal sistema de retroalimentación permite a la presente invención proporcionar señales de salida muy estables o fijas con el tiempo, para sintonizar las señales de salida como se requiera o para compensar cambios en ambiente tales como cambios de temperatura y similares los cuales pudieran causar de otra forma que flote la señal de salida. Las variaciones en una señal óptica de salida pueden ser compensadas, por lo tanto, mediante cambios en un parámetro tal como la corriente inyectada al láser. De esta manera, la presente invención contempla un detector integral para el propósito de establecer una fuente de señal estable, en un rango de condiciones, que tiene una potencia de salida estable. La Figura 9 es una modalidad más de la presente invención, la cual incluye un confinamiento mejorado para el campo cercano óptico para la parte central del dispositivo. Aunque se espera un incremento nominal en quemado de agujero espacial, la ventaja de desviación es que la emisión de superficie se confina más fuertemente en la dimensión a lo largo de la cavidad de láser, alcanzando así mayor cercanía a la simetría cilindrica. Para lograr este resultado en esta modalidad, la parte central de la estructura del láser consiste de una rejilla de segundo grado (o mayor) con una rejilla 300 de primer orden agregada a cada extremo de la región 24 de la rejilla de segundo orden. Se proporcionan electrodos 302 y 304 separados para activar la región 300 de la rejilla de primer orden. El efecto de la rejilla de primer orden adyacente junto a la rejilla de segundo orden es aumentar el confinamiento de la señal de salida. La Figura 10 es una vista superior de un arreglo de estructuras 10 de láser de semiconductor de acuerdo con la presente invención, todas formadas en un solo substrato 400 común. En este caso, cada rejilla 24 puede diseñarse para producir una salida específica (señal específica) en términos de longitud de onda y potencia de salida. La presente invención contempla tener cada una de las fuentes de señal adyacentes que forman el arreglo en la misma longitud de onda o señal específica así como también tener cada una de ellas en una longitud de onda o señal específica diferente. Así, la presente invención contempla una sola estructura de arreglo que entrega simultáneamente un espectro de longitudes de onda individuales adecuadas para comunicaciones en banda amplia a partir de una pluralidad de estructuras de láser de semiconductor lado a lado. Cada estructura de láser o fuente de señal puede modularse de manera independiente y después convertido a plexos múltiples en una señal de DWDM. Aunque se muestran tres para facilidad de ilustración debido a la flexibilidad en diseño, el arreglo puede incluir desde dos hasta 40 o más fuentes de señal de longitud de onda individual en un substrato 400 común. Se apreciará por aquellos expertos en la técnica que aunque se ha hecho referencia a modalidades preferidas de la presente invención, son posibles varias alteraciones y variaciones sin apartarse del espíritu de las reivindicaciones amplias adjuntas. Algunas de estas variaciones han sido discutidas anteriormente y otras serán aparentes para aquellos expertos en la técnica. Por ejemplo, aunque se muestran estructuras preferidas para las capas de la estructura de láser de semiconductor de la invención, se pueden usar también otras estructuras que dan resultados aceptables. Tales estructuras pueden ser acopladas en pérdida o acopladas en ganancia como se muestra. Lo que se cree importante es tener un ciclo de carga en la rejilla de menos de 50% y lo más preferible cerca de 25%.

Claims (37)

REIVINDICACIONES

1. Un láser de semiconductor de emisión de superficie que comprende: una estructura de acción láser de semiconductor que tiene una capa activa, capas de revestimiento de acero inoxidable opuestas contiguas a dicha capa activa, un substrato, una estructura con índice refractivo para confinar lateralmente un volumen en modo óptico y electrodos mediante los cuales se puede inyectar corriente a dicha estructura de acción láser de semiconductor, y una rejilla de difracción distribuida de segundo orden o mayor que tiene elementos de rejilla que alternan periódicamente, cada uno de dichos elementos de rejilla que se caracteriza por ser ya sea un elemento de alta ganancia o un elemento de baja ganancia, donde, por inyección de corriente, el elemento de baja ganancia exhibe poca ganancia, ninguna ganancia o absorción en comparación con el elemento de alta ganancia, cada uno de dichos elementos que tiene una longitud, la longitud del elemento de alta ganancia y la longitud del elemento de baja ganancia que definen conjuntamente un período de rejilla, dicho período de rejilla que está en el rango requerido para producir una señal óptica en la banda de señales ópticas para telecomunicaciones, en donde la longitud de uno de los elementos de alta ganancia no es mayor que 0.5 veces la longitud del período de la rejilla.

2. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde la longitud de dichos elementos de alta ganancia está entre 15% y 35% de la longitud de dicho período de la rejilla.

3. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde la longitud de uno de dichos elementos de alta ganancia es de aproximadamente 25% de la longitud de dicho período de la rejilla.

4. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicha rejilla de difracción distribuida es ópticamente activa y está formada en un medio de ganancia en la capa activa.

5. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicha rejilla de difracción distribuida es ópticamente activa y está formada en un medio de pérdida en el volumen de modo.

6. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicha rejilla de difracción distribuida no es ópticamente activa y está formada a partir de un material de bloqueo de corriente.

7. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicha rejilla comprende un número integral de periodos de rejilla.

8. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicha estructura incluye además una región colindante que rodea por lo menos parcialmente dicha rejilla en vista de planta.

9. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 8, en donde dicha región colindante incluye además regiones de absorción formadas integralmente colocadas en cualquier extremo de dicha rejilla de difracción distribuida.

10. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, que incluye además una región colindante que tiene un fotodetector.

11. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 10, en donde dicho fotodetector está formado de manera integral con dicha estructura de acción láser.

12. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 11, que incluye además un circuito de retroalimentación conectado a dicho fotodetector para comparar una señal de salida detectada con una señal de salida deseada.

13. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 12, que incluye además un ajustador para ajustar una corriente de entrada para mantener dicha señal de salida en una característica deseada.

14. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 8, en donde dicha región colindante está formada de un material que tiene una resistencia suficiente para aislar eléctricamente dicha rejilla, cuando dicho láser está en uso.

15. Un láser de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde uno de dichos electrodos incluye una abertura de emisión de señal.

16. Un láser de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicha estructura de índice refractivo de confinación lateral es una de una guía de onda de cresta o una guía de onda de heteroestructura enterrada.

17. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 8, en donde dicha estructura de láser incluye además una estructura de confinamiento de campo longitudinal en cualquier extremo de dicha cavidad de láser.

18. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 17, en donde dicha estructura de confinamiento de campo longitudinal comprende una rejilla de primer orden formada de manera integral, y dicho láser incluye además segundos electrodos asociados con dicha rejilla de primer orden para inyectar una corriente a la misma.

19. Un arreglo de láseres de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicho arreglo incluye dos o más de dichos láseres en un substrato común.

20. Un arreglo de láseres de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 19, en donde cada uno de dichos dos o más láseres produce una señal de salida que tiene una longitud de onda y potencia de salida diferentes y pueden ser moduladas individualmente.

21. Un arreglo de láseres de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 19, en donde cada uno de dichos dos o más de dichos láseres produce una señal de salida que tiene la misma longitud de onda.

22. Un método para fabricar láseres de semiconductor de emisión de superficie, dicho método que comprende los pasos de: formar una pluralidad de estructuras de láser de semiconductor mediante la formación, en capas sucesivas en un substrato de lámina común; una primera capa de revestimiento de acero inoxidable, una capa activa y una segunda capa de revestimiento de acero inoxidable en dicho substrato de lámina; formar una pluralidad de rejillas de difracción distribuida de segundo o mayor orden asociadas con dicha capa activa en dicho substrato de lámina; formar electrodos en cada una de dichas estructuras de láser de semiconductor en dicho substrato de lámina para inyectar corriente a cada una de dichas rejillas, donde uno de dichos electrodos tiene una abertura para permitir la emisión de luz; y probar cada una de dichas estructuras de láser de semiconductor inyectando una corriente de prueba a dichas estructuras mientras las mismas están conectadas aún a dicho substrato de lámina común.

23. Un método para fabricar láseres de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 22, que comprende además el paso de formar simultáneamente regiones colindantes entre dicha pluralidad de rejillas de difracción distribuida.

24. Un método para fabricar láseres de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 22, que incluye además el paso de proporcionar una estructura de índice refractivo para confinar lateralmente un modo óptico de cada una de dichas estructuras de láser de semiconductor en la forma de una guía de onda de cresta o una guía de onda de heteroestructura enterrada.

25. Un método para fabricar láseres de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 22, que incluye además el paso de formar en cualquier extremo de cada una de dichas rejillas una región de absorción en dicha región colindante.

26. Un método para fabricar láseres de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 22, que incluye además el paso de partir dicha lámina a lo largo de dichas regiones colindantes para formar un arreglo de láseres.

27. Un láser de semiconductor de emisión de superficie que comprende: una estructura de acción láser de semiconductor que tiene una capa activa, capas de revestimiento de acero inoxidable opuestas, contiguas a dicha capa activa, un substrato, una estructura de índice refractivo para confinar lateralmente un volumen de modo óptico y electrodos mediante los cuales se puede inyectar corriente a dicha estructura de acción de láser de semiconductor, y una rejilla de difracción distribuida de segundo o mayor orden asociada con una capa activa de dicha estructura de acción láser, dicha rejilla de difracción distribuida que tiene elementos de rejilla que alternan periódicamente, cada uno de dichos elementos de rejilla que tiene un efecto de ganancia en donde cualquier par adyacente de elementos de rejilla incluye un elemento que tiene un efecto de ganancia relativamente alto y uno que tiene un efecto de ganancia relativamente bajo en donde, una diferencia en tales efectos de ganancia, los diferentes índices refractivos de los elementos de ganancia alta y baja, y el período de rejilla causan una señal de salida en el rango cercano a 850 nm, o 910 nm a 990 nm, o 1200 nm a 1700 nm y en donde cada uno de dichos elementos de rejilla tiene una longitud, la longitud del elemento con efecto de ganancia relativamente alto y la longitud del elemento con efecto de ganancia relativamente bajo juntas definen un período de rejilla, en donde la longitud de uno de los elementos con ganancia relativamente alta no es mayor que 0.5 veces la longitud del período de rejilla.

28. Un láser de semiconductor de emisión de superficie como se reivindicó en la reivindicación 27, en donde dicha estructura de índice refractivo de confinamiento lateralmente es una de una guía de onda de cresta o una guía de onda de heteroestructura enterrada.

29. Un método para estabilizar una señal de salida de un láser que comprende los pasos de: energizar un láser de emisión de superficie inyectando corriente al láser; energizar uno o más fotodetectores asociados, asociado con láser; monitorear la calidad de la señal de salida del láser de emisión de superficie con el fotodetector; y ajustar la cantidad de corriente inyectada al láser para evitar la flotación de señal.

30. El método de la reivindicación 29 que incluye además un paso previo de formación de dicho fotodetector de manera integral con dicho láser.

31. Un método para estabilizar una señal de salida de un láser como se reivindicó en la reivindicación 30 que incluye además el paso de conectar dicho fotodetector a un circuito de retroalimentación y comparar dicha señal de salida detectada con una señal de salida deseada.

32. Un método para estabilizar una señal de salida de un láser como se reivindicó en la reivindicación 31, que incluye además el paso de proporcionar un ajustador y ajustar la cantidad de corriente inyectada a dicho láser para evitar que la señal que flota en respuesta a dicha comparación surja de dicho circuito de retroalimentación.

33. Un láser de semiconductor de emisión de superficie para producir señales de salida de características espaciales definidas, dicho láser que comprende: una estructura de acción láser de semiconductor que tiene una capa activa, capas de revestimiento de acero inoxidable opuestas contiguas a dicha capa activa, un substrato y electrodos mediante los cuales se puede inyectar corriente a dicha estructura de acción láser de semiconductor para producir una señal de salida en una banda de telecomunicaciones y una rejilla de difracción distribuida de segundo o mayor orden dimensionada y formada para proporcionar, por la inyección de corriente a la estructura de acción láser, un umbral de ganancia menor para un modo de lóbulo sencillo que el umbral de ganancia proporcionado para cualquier otro modo en donde dicho modo de lóbulo sencillo hace funcionar el láser para facilitar el acoplamiento de dicha señal de salida a una fibra óptica.

34. Un láser de semiconductor de emisión de superficie para producir señales de salida de características espaciales definidas como se reivindicó en la reivindicación 33, en donde dicha rejilla de difracción distribuida está constituida por elementos de rejilla alternantes que definen un período de rejilla, en donde uno de dichos elementos es un elemento de ganancia relativamente alta y el elemento adyacente es un elemento de ganancia relativamente baja y en donde la longitud del elemento de ganancia relativamente alta no es más de 0.5 veces la longitud del período de rejilla.

35. Un láser de semiconductor de emisión de superficie para producir señales de salida de características espaciales definidas como se reivindicó en la reivindicación 33, en donde dicha rejilla de difracción distribuida es una rejilla acoplada de ganancia en una región activa de dicha estructura.

36. Un láser de semiconductor de emisión de superficie para producir señales de salida de características espaciales definidas como se reivindicó en la reivindicación 33, en donde dicha rejilla de difracción distribuida es rejilla acoplada de pérdida en el volumen de modo de dicha estructura.

37. Un láser de semiconductor de emisión de superficie para producir señales de salida de características espaciales definidas como se reivindicó en la reivindicación 33, en donde dicha rejilla de difracción distribuida es una rejilla de bloqueo de corriente en dicha estructura de acción láser de semiconductor.