[發明專利]注入物再生長VCSEL和具有不同VCSEL類型的異構組合的VCSEL陣列

有效

• 申請號: 201780067041.4
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN109891692B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 盧克·A·格拉哈姆;索尼婭·夸德里;迪帕·加祖拉;楊海泉
• 申請（專利權）人: 菲尼薩公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 鄭斌;蔡勝有

非平坦化VCSEL可包含：在有源區上方或下方的阻擋區，所述阻擋區具有第一厚度；阻擋區中的一個或更多個導電溝道芯，所述一個或更多個導電溝道芯具有大于第一厚度的第二厚度，其中所述阻擋區限定為具有注入物，并且所述一個或更多個導電溝道芯沒有注入物，其中，所述阻擋區位于一個或更多個導電溝道芯的側向，所述阻擋區和一個或更多個導電溝道芯成為隔離區；和在隔離區上方的一個或更多個非平坦化半導體層的非平坦化半導體區。VCSEL可包含在有源區下方的平坦化底部鏡區和在隔離區上方的非平坦化頂部鏡區，或者在有源區下方的非平坦化底部鏡區。

相關申請的交叉引用

本專利申請要求于2016年9月28日提交的美國臨時申請No.62/401,051的優先權，并要求于2017年9月15日提交的美國臨時申請No.62/559,364的優先權，這些臨時申請各自通過特定引用整體并入本文。

背景技術

激光器通常用在許多用于數據傳輸的現代通信組件中。一種已經變得更普遍的用途是激光器在數據網絡中的使用。激光器用于許多光纖通信系統以在網絡上傳輸數字數據。在一個示例性配置中，可以通過數字數據對激光器進行調制以產生包括表示二進制數據流的亮輸出和暗輸出的時段的光信號。在實際實踐中，激光器輸出高的光輸出表示二進制高值，并且輸出低功率光輸出表示二進制低值。為了獲得快速的反應時間，激光器始終開啟，只從高的光輸出到低的光輸出變化。

與例如基于銅線的網絡的其他類型的網絡相比，光網絡具有多種優點。例如，許多現有的銅線網絡以針對銅線技術的近最大(near maximum)可行數據傳輸速率并以近最大可行距離操作。另一方面，許多現有的光網絡在數據傳輸速率和距離方面都超過了針對銅線網絡可行的最大值。也就是說，光網絡能夠在比銅線網絡可行的更遠距離以更高速率可靠地傳輸數據。

在光學數據傳輸中使用的一種類型的激光器是垂直腔面發射激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。顧名思義，VCSEL具有夾在兩個鏡疊層之間并由兩個鏡疊層限定的激光腔。VCSEL通常構造在例如砷化鎵(GaAs)的半導體晶片上。VCSEL包括構造在半導體晶片上的底部鏡。通常，底部鏡包括多個交替的高折射率層和低折射率層。當光從具有一個折射率的層穿過至具有另一折射率的層時，光的一部分被反射。通過使用足夠數量的交替層，可以通過鏡反射高百分比的光。

底部鏡上形成有包括多個量子阱的有源區(active region)。有源區形成夾在底部鏡與頂部鏡之間的PN結，底部鏡和頂部鏡具有相反的導電類型(例如，一個p型鏡和一個n型鏡)。值得注意的是，頂部鏡和底部鏡的概念在一定程度上可以是任意的。在一些結構中，可以從VCSEL的晶片側提取光，其中，“頂部”鏡是完全反射的——并且因此頂部鏡是不透明的。然而，出于本發明的目的，“頂部”鏡指的是從其提取光的鏡，而不管其在物理結構中如何設置。當PN結通過電流正向偏置時，空穴和電子形式的載流子被注入到量子阱中。在足夠高的偏置電流下，被注入的少數載流子在量子阱中形成產生光增益的粒子數反轉。當有源區中的光子激發電子與導帶中的空穴重新結合到價帶(其產生額外光子)時，發生光增益。當光增益超過兩個鏡中的總損耗時，發生激光振蕩。

有源區還可包括使用在靠近有源區的頂部鏡和/或底部鏡中形成的一個或更多個氧化物層形成的氧化物孔(oxide aperture)。氧化物孔既用于形成光學腔又用于引導偏置電流通過所形成的腔的中心區?；蛘?，可以使用例如離子注入、圖案化后的外延再生長或其他光刻圖案化的其他手段來執行這些功能。

有源區上形成有頂部鏡。頂部鏡與底部鏡類似，因為它通常包含在高折射率與較低折射率之間交替的多個層。通常，頂部鏡具有較少的高折射率層與低折射率層交替的鏡周期，以增強來自VCSEL頂部的光發射。