SE9903695A0 - Laser med vertikal kavitet och lång våglängd med en integrerad pumplaser med kort våglängd - Google Patents

Abstract

SAMMANDRAG En laser med vertikal kavitet med ling vaglAngd med en integrerad pumplaser med kort viglangd. Lasem tillhandahaller en pumplaser med kort vaglangd med en laser med -fang vaglangd i overliggande relation. Stimulerade emissionen frAn lasem med kort vaglangd agerar for aktivering av lasem med ling viglangd. Optiskt transparent lirn fixerar och monterar lasem i vertikal gruppering. Grupperingsproblem uppstir inte med strukturen °eh inga %fluster av fria barare eller andra komplexiteter typiskt associerade med tidigare kanda arrangemang uppstar. (Fig 1.)

Description

BrINNINGENS AMNING Laser med vertikal kavitet och lang vaglAngd med en integrerad pumplaser med kort vaglangd SOKANDE Namn och adress.

Om ornbixt saknas ange &en Ert telefonnummer.

FOr juddisk person anges organisationsnummer. Mitel Semiconductor AB Box 5',9991014 1167870 77.= 933695- 175 26JARFALLAfl*800.r. :9991014 1.167"72 11':199.03:695- t 4-3000 . i: Organisationsnummet 9991014 1167873 72 9911695- UPPF1NNARE Namn och adress .i: *1 000.

Klaus streubel Box 5 175 26JARFALLA OMBUD Namn, adress och telefonnummer —1 Undertecknad sokande befullmaktigar harmed nedanstaende upptagna svenska ombud att tire- tradaiOr denna —Imig alit sompatentansdkning och i alit som Or det eventuellt beviljade patentet X I Sokande befullmaktigar netianstaende svenska ombud genom separat fullmakt.

GOTEBORGS PATENTBYRA DAHLS AB, Sjoporten 4, 417 64GOTEBORG Ombudets ref nrP158535E/Ho/SC BEGARAN OM PRIORITET Datum, land och ansOkningsnummer 17 oktober 1998, storbritannien, 9822620.2 VD DEPOSITION AV MIKROORGANISM Depositionsmyndighet DepositionsdatumI DepositIonsnr VID AVDELAD ELLER UTBRUTEN ANSOKNING StamansolmingarI SeSard I6Pdaft BEGARAN OM ITSGRANSKNING I Nyhetsgranskning av internationellt slag BILAGOR Beskrivning, patentkrav och sammandrag i tva exemplar 1ritningar i2exemplar OverlatelsehandlingfOljer Fullmaktffiljer Sekvenslista pa diskett EPOs Prioritetsbevisfoljer Ans8kningsavgift 3.800 kr Ansokningsavgift med ITS-granskning Tillaggsavgift, 100 kr fOr varje Diariebevis: 20 krTOTALT: BETALAS VIA Postgiro ANSOKAN Goteborg, 12 oktober 1999 7 _ Y Ort, datum program Patent In AVGIFT _X. ,_x_ X 1_, Underskrift 7.000 krEva -Stina Roth / patentkrav uttiver tio, 1000 krGOTEBORGS PATENTBYRA DAHLS AB 4820: - X —I El BankgiroI XXI Checkn Kontant Laser med vertikal kavitet och lang vaglangd med en integrerad pumplaser med kort vaglangd Foreliggande uppfinning avser en laser med vertikal kavitet och ling vaglangd med en integrerad pumplaser med kort vaglangd och i synnerhet avser foreliggande uppfinning en laser utbildad av kombinationen av tva oberoende ytemitterande laserstrukturer med vertikala kaviteter (VCSEL), vilka tillsarnmans ger en elektriskt driven laser med vertikal kavitet vilken emitterar en lang vaglangd.

Det är tidigare karit att utvecklingen av lasrar med vertikala kaviteter och emitterande langa vaglangder (VCL) har komplicerats av avsaknaden av lampliga epitaxiella speglar, hliga optiska fOrluster inne i laserkaviteten och en lag och temperaturkanslig optisk forstarkning I aktiva lagerstrukturen. Ista1let fir att injicera en elektrisk strom kan laserfimktionen uppnas mycket lattare genom optisk excitering av aktiva materialet genom anvandning av en extern ljuskaila med en kortare vagland ("optisk pumpning"). Forluster av fria barare i en optiskt pumpad VCL- struktur reduceras starict, eftersom endast nominellt icke dopade halvledarmaterial anvands. Det àr dven rnoj ligt att anvanda dielektriska material exv ett par kontrastlager med hOgt index som h6gt reflektiva Braggspeglar. Pumpkallan är lattare att tillverka genom anvaridning av GaAsbaserad VCL som emitterar vid en vaglangd Mom intervallet 780-980 nanometer. Det är tidigare kant att goda resultat har uppvisats med en monolitisk VCL pa 1300 nm vilken har tillverkats tillsammans med en pump-VCL vid 850 run ovanpa faktiska strukturen av 1300 nm. Detta genererades av V. Jayaraman et at, Uniform Threshold Current, Continuous-Wave, Single Mode, 1300 nm Vertical Cavity Lasers From 0 to 70 r, Electron. Lett., Vol. 34, No. 14, 1998, p.1405. Tillverkningen av denna elektriska/optiska drivna VCL (e/o-VCL) kraver fOrhallandevis avancerad behandling sasom tva wafersarnmansattningssteg och tillverkningen av en pump-VCL -* av mesatyp med kontaker i samma plan.

Det skulle vara efterstravansvart att uppna resultaten i tidgare kand teknik genom anvandning av tvâ separata VCL-strukturer vilka inte uppvisar nagra grupperingsproblem och tillhandahaller andra fOrdelar i termer av kostnad, mm. Foreliggande uppfinning uppnar dessa mai.

Enligt en aspekt av foreliggande uppfinning tillhandahalles en laser med vertikal kavitet och lang vaglangd, innefattande: en toppemitterande laser med vertikal kavitet och kort vaglangd; och en ytemitterande laser med optiskt pumpad vertikal kavitet och rang vaglangd iiverliggande sagda laser med kort vaglangd och i optisk kommunikation med sagda laser med kort vaglangd.

I enlighet med en andra aspekt av ett utfOringsexempel av fdreliggande uppfinning tillhandahalles en metod fir uthildning av en laser med vertikal kavitet och lang vaglangd, innefattande: en toppemitterande laser med vertikal kavitet och kort vaglangd; en ytemitterande laser med optiskt pumpad vertikal kavitet och lang vaglangd; placering av sagda laser med kart vaglangd i overliggande relation med sagda laser med kort vaglangd; ledning av elektrisk strom in i sagda laser med kort va.glangd for generering av ljusemission; ledning av emitterat bus genom en nedre pegel i sagda laser med tang vaglangd; och stimulering av en emission av fang vaglangd fan sagda laser med lang vaglangd genom en tivre spegel i sagda laser med lang vaglangd.

I uppfinningen fOresliis en e/o-VCL som arbetar pa samma satt som anordningen enligt Jayararnan et al supra, men bestar av tva separata VCL-strukturer. Det generella konceptet gar ut pa att placera en optiskt pumpad VCL med tang vaglangd i overliggande relation med en VCL med kort vagla.ngd. Mekanisk kontakt mellan de tva VCL a.stadkommes genom anvandning av optiskt transparent lim. Limmet kan aven anvandas fir att reducera aterreflektionen av pumpljuset. Laterala dimensionerna for optiskt pumpat sample är mindre an dem for pump-VC fdr att ge tillgang till toppmetallelektroden. Laterela grupperingen mellan bada lasrama ar inte kritisk och kan majliggoras medelst automatiserad packningsutrustning.

- Efter att salunda ha beskrivit uppfinning kommer nu hanvisning att gdras till hifogade ritning vilken illustrerar ett fdredraget utflringsexempel och I vilken: Figur 1 hr en schematisk illustration av laserstrukturen enligt ett utfiringsexempel av :foreliggande uppfinning.

- Nu med hanvisning till ritningen, illustrerar figur 1 schematiskt ett utftiringsexempel av foreliggande uppfinning, generellt betecicnat med siffran 10. Som visas, innefattar en optiskt pumpad VCSEL tiled lang vaglangd 12 en optiskt pumpad laser med kort vaglangd med ett lager 14 av ett substrat 16 av InP eller GaAs. Alla element i en sadan VCSEL är viii kanda i tidigare kand teknik. I visade utforingsexemplet innefattar VCSEL med lang vaglangd 12 en appning 18 vilken dr i optisk kommunikation med en VCSEL med kort vaglangd, den senare generellt betecknad med siffran 20. Lasem 20 innefattar GaAs-substrat 22 och typiska aktiva lagren 24. Lasem 20 innefattar vidare en Oppning 26 fOr passage av ljusemission darigenom och i kommunikation med lasern 12 placerad i overliggande relation. Lasem 20 är monterad till sockeln 28 vilken ftmgerar som en metallkontakt 30 tillsammans med metallkontakten 32 pa lasem 20. En kalla for elektrisk strom 34 tillfors till lasem med kart vaglangd 20 for aft inducera emission.

I drift injiceras en elektrisk strom Over pump-VCL 20. Detta genererar en stimulerad emission (exv vid 850 run) Over lasertroskeln. Spegelreflektivitetema (ej visade) ar valda sá aft det mesta av laserljuset leds uppat genom en oppning i p-elektroden 32, transparenta limmet och nedre spegeln i VCL med ling vaglangd 12. Pumpljuset med kort vaglangd absorberas i aktivaregionen 14 i ovre VCL-strukturen 12 dar det genererar en stimulerad emission med lang vaglangd. Emissionen av Haig vagldngd tas bort via byre spegeln (ej visad) och transparenta substratet 16 av InP eller GaAs. Detta iir generellt betecknat genom pilen i figuren.

Det faktum aft optiskt pumpade VCL-kaviteten inte miste vara elektriskt leclande, Or aft aven den kan inbegripa luftgapsstrukturer, dlir ofTerlager tas bort medelst selektiv etsning, vilket visas av Streubel et al, i 1.26,um Vertical Cavity Laser with Two InP/Air-Gap Reflectors, Electron. Lett., Vol. 32, 1996, s. 1369. Epitaxiella strukturen for en VCL med Lang vagl'angd, vilken inbegriper en eller tva luftgapsspeglar, kan Ian utbildas med epitaxiella teknologier av standardtyp.

•Strukturen for fOreliggande uppfinning kombinerar alla fordelar med en e/o-VCL med en billig standardteknologi fdr behandling och packning. Fundamentala fordelar med en e/o-VCL hr i) minskade R5rluster av fria barare i VCL med lang vaglangd tack \rare avsaknad av doping; och ii) strOminjiceling och resistiv uppvamming endast i pump-VCL med kort vaglarigd.

Strukturen fbr e/o-VCL som visas har erbjuder foljande fOrdelar: i) flexibilitet avseende design vid valet av optiskt pumpade strukturen (se tabell 1); ii) pumpkallan och optiskt pumpade VCL kan tillverkas, testas och optimeras oberoende; iii) pump-VCL med kart vaglangd kan tas fram fran kommersiellt tilgängliga anordningar, all nodvandig teknologi Ar tillganglig; iv) emitterade vaglangden dr definerad endast av optiska pumpstrukturen. En pump-VCL av standardtyp kan tjana som ett grundlAggande byggblock for olika VCL med lang vaglangc1; och v) paketet for fdreliggande uppfinning ger en produkt till lag kostnad.

Foljande kombinationer av VCL dr mojliga: Pump-VCL: i) 850 nm toppemitterande VCL 980 nm topp- eller bottenemitterande VCL VCL med H-implanterad stromapertur VCL med stromapertur av aluminiumoxid VCL av mesatyp 20 Optiskt pumpad 1300 nm VCL: VCL med tvA luftgapsspeglar VCL med en luftgapsspegel och en dielektrisk spegel VCL med tva. wafersammansatta speglar av GaAs/AlGaAs VCL med en wafersammansatt spegel av GaAs/AlGaAs och en dielektrisk spegel VCL med tva dielektriska speglar VCL med tvA speglar av GaAstAlGaAs och gitteranpassade GaInAs- alctiva lager Optiskt pumpad 1550 nm VL: VCL med tvA luftgapsspeglar VCL med en luftgapsspegel och en dielektrisk spegel VCL med en luftgapsspegel och en epitaxiellt utbildad spegel (GaAs/A1GaAs eller GaInP/InP) VCL med en wafersammansatt GaAs/AlGaAs och en spegel av InP/GalnAsP VCL med tva wafersammansatta speglar av GaAs/AlGaAs vi) VCL med en wafersammansatt spegel av GaAs/AlGaAs och en dielektrisk spegel VCL med tva dielektriska speglar VCL med tva speglar av GaAs/AlGaAs och gitteranpassade GalnAs- alctiva lager Fastan utfdringsexempel av uppfmningen har beskrivits ovan, är den inte begransad därtill och det kommer att vara uppenbart fdr fackmannen att ett flertal modifieringar utgor del av foreliggande upptimung under fdrutsattning att de inte avlagsnar sig fran andemening, allmanna natur och omfang av ianspraksgjorda och beskrivna uppfinning.

Claims (3)

PATENTKRAV I. Laser med vertikal kavitet och tang vaglangd, innefattande: en toppemitterande laser med vertikal kavitet och kort vaglangd; och en ytemitterande laser med optiskt pumpad vertikal kavitet och lAng vaglAngd overliggande sagda laser med kort vaglangd och i optisk kommunikation med sagda laser med kort vaglangd. 2. Laser enligt krav 2, kannetecknad darav, att sagda laser med lang vaglangd uppvisar en vagltingd av 1300 nanometer. 3. Laser enligt krav 2, kannetecknad darav, att sagda laser med kort vaglangd uppvisar en laser med en vaglangd av 850 nanometer. 4. Laser enligt krav 3, ktinnetecknad ddrav, att sagda laser en toppemitterande laser. 5. Laser enligt krav 4, kannetecknad darav, att sagda laser uppvisar en vateimplanterad stromapertur. 6. Laser enligt krav 4, kannetecknad clarav, att sagda laser uppvisar en stromapertur av aluminiumoxid. 7. Laser enligt krav 3, ... kannetecknad darav, -att sagda laser innefattar en laser av mesatyp. .: a a • 1. • a a • 2. • • a • • 8. Laser enligt krav 1, kannetecknad darav, att sagda laser med lang vaglAngd uppvisar en vAglangd av 1550 nanometer. 9. Laser enligt krav 2 eller 8, kAnnetecknad darav, att sagda laser innefattar luftgapsspeglar. 10. Laser enligt krav 2 eller 8, kannetecknad darav, att sagda laser innefattar en luftgapsspegel och en dielektrisk spegel. 11. Laser enligt krav 2 och 8, kannetecknad darav, att sagda laser innefattar tva wafersammansatta speglar av GaAs/AlGaAs. 12. Laser enligt krav 2 och 8, kannetecknad darav, att sagda laser innefattar en wafersammansatt spegel av GaAs/AlGaAs och en dielektrisk spegel. 13. Laser enligt krav 2 och 8, kannetecknad darav, att sagda laser innefattar tva dielektriska speglar. 14. Laser enligt krav 2 och 8, kannetecknad darav, att sagda laser innefattar tva speglar av GaAs/AlGa.As och gitteranpassade GaInAs- aktiva lager. 15. Laser enligt krav 8, -kannetecknad darav, att sagda laser innefattar en luftgapsspegel och en epitaxiellt utbildad spegel. 16. Laser enligt krav 8, kannetecknad darav, att sagda laser innefattar en wafersammansatt spegel av GaAs/AlGaAs. 17. Laser enligt krav 1, kannetecknad darav, att sagda optiska kommunikation och fixtur mellan sagda lasrar ar bibehallen av optiskt transparent lim. 18. Metod for utbildning av en laser med vertikal kavitet och lang vaglangd, innefattande: en toppemitterande laser med vertikal kavitet och kort vaglangd; en ytemitterande laser med optiskt pumpad vertikal kavitet och tang vaglangd; placering av sagda laser med kort vaglangd i Overliggande relation med sagda laser med kort vaglangd; ledning av elektrisk strom in i sagda laser med kort vaglan.gd for generering av ljusemission; ledning av emitterat bus genom en nedre spegel i sagda laser med lang vaglangd; och stimulering av en emission av ling vaglangd flan sagda laser med lang vaglangd genom en ovre spegel i sagda laser med lAng vaglangd. 19. Metod enligt krav 18, vidare innefattande steget av val av spegelreflektivitet sa att laserljuset är riktat uppat genom en bppning i sagda laser med kort vaglangd. 20. Metod enligt krav 18, kannetecknad darav, :att emitterat bus fran sagda laser med kort vaglangd ar absorberat i en aktiv region i sagda laser med lang vagliingd.

1. .• lb •

2. • •

3. • • SAMMANDRAG En laser med vertikal kavitet med ling vaglAngd med en integrerad pumplaser med kort viglangd. Lasem tillhandahaller en pumplaser med kort vaglangd med en laser med -fang vaglangd i overliggande relation. Stimulerade emissionen frAn lasem med kort vaglangd agerar for aktivering av lasem med ling viglangd. Optiskt transparent lirn fixerar och monterar lasem i vertikal gruppering. Grupperingsproblem uppstir inte med strukturen °eh inga %fluster av fria barare eller andra komplexiteter typiskt associerade med tidigare kanda arrangemang uppstar.