[發(fā)明專利]具有降低的RIN的帶有橢圓形孔口的VCSEL

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880068562.6
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN111279563A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 迪帕·加祖拉;尼古拉·基蒂克;馬列克·哈欽斯基;加里·蘭德里;吉姆·塔特姆
• 申請（專利權(quán)）人: 菲尼薩公司
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;H01S5/183;H01S5/42
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 黃霖;郭峰霞

一種VCSEL，該VSCEL可以包括：橢圓形孔口，該橢圓形孔口位于定位在有源區(qū)域與發(fā)射表面之間的氧化區(qū)域中的橢圓形氧化物孔口，該橢圓形孔口具有半徑比(短半徑)/(長半徑)在0.6與0.8之間的短半徑和長半徑，VCSEL具有小于?140dB/Hz的相對強度噪聲(RIN)。VCSEL可以包括橢圓形發(fā)射孔口，該橢圓形發(fā)射孔口具有與橢圓形氧化物孔口相同的尺寸。VCSEL可以包括橢圓形接觸件，橢圓形接觸件具有位于其中的橢圓形接觸件孔口，該橢圓形接觸件圍繞橢圓形發(fā)射孔口。橢圓形接觸件可以是C形的。VCSEL可以包括位于氧化區(qū)域側(cè)向的一個或更多個溝槽，所述一個或更多個溝槽形成為橢圓形形狀，其中，氧化區(qū)域具有橢圓形形狀。所述一個或更多個溝槽可以是梯形形狀的溝槽。

發(fā)明人

迪帕·加祖拉

尼古拉·基蒂克

馬列克·哈欽斯基

加里·蘭德里

吉姆·塔特姆

背景技術(shù)

激光器通常在許多現(xiàn)代通信部件中使用以用于數(shù)據(jù)傳輸。已經(jīng)變得更普遍的一種用途是在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中使用激光器。激光器在許多光纖通信系統(tǒng)中使用以在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)。在一個示例性構(gòu)型中，激光器可以由數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制以產(chǎn)生光信號，該光信號包括表示二進制數(shù)據(jù)流的亮輸出和暗輸出的周期。在實際實踐中，激光器輸出表示二進制高的高的光輸出和表示二進制低的低功率光輸出。為了獲得快速的反應(yīng)時間，激光器始終開啟，但是從高光輸出到低光輸出變化。

光網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)于比如基于銅線的網(wǎng)絡(luò)的其他類型的網(wǎng)絡(luò)的各種優(yōu)點。例如，許多現(xiàn)有的銅線網(wǎng)絡(luò)以對于銅線技術(shù)的幾乎最大可能數(shù)據(jù)傳輸速率和幾乎最大可能距離操作。另一方面，許多現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸速率和距離兩者方面都超過了銅線網(wǎng)絡(luò)可能的最大值。也就是說，光網(wǎng)絡(luò)能夠以更高的速率在比通過銅線網(wǎng)絡(luò)可能達到的距離遠的距離上可靠地傳輸數(shù)據(jù)。

在光數(shù)據(jù)傳輸中使用的一種類型的激光器是垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。VCSEL具有夾在兩個反射鏡疊層之間并由兩個反射鏡疊層限定的激光腔。VCSEL通常構(gòu)造在比如砷化鎵(GaAs)的半導(dǎo)體晶片上。VCSEL包括構(gòu)造在半導(dǎo)體晶片上的底部反射鏡。通常，底部反射鏡包括多個交替的高折射率層和低折射率層。當光從一個折射率層傳遞至另一折射率層時，光的一部分被反射。通過使用足夠數(shù)量的交替層，高百分比的光可以被反射鏡反射。

在底部反射鏡上形成有包括多個量子阱的有源區(qū)域。有源區(qū)域形成夾在底部反射鏡與頂部反射鏡之間的PN結(jié)，底部反射鏡和頂部反射鏡具有相反的導(dǎo)電類型(例如，一個p型反射鏡和一個n型反射鏡)。值得注意的是，頂部反射鏡和底部反射鏡的概念在一定程度上可以是任意的。在一些構(gòu)型中，可以從VCSEL的晶片側(cè)提取光，其中，“頂部”反射鏡是全反射的，并且因此是不透明的。然而，出于本發(fā)明的目的，“頂部”反射鏡是指光從其提取的反射鏡，而不管該反射鏡在物理結(jié)構(gòu)中被如何布置。當PN結(jié)被電流正向偏置時，呈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(shù)載流子在產(chǎn)生光增益的量子阱中形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當有源區(qū)域中的光子激發(fā)電子與導(dǎo)帶中的空穴重新組合至價帶——這產(chǎn)生額外的光子——時，產(chǎn)生光增益。當光增益超過兩個反射鏡中的總損耗時，發(fā)生激光振蕩。

有源區(qū)域還可以包括使用一個或更多個氧化層形成的氧化物孔口，所述一個或更多個氧化層形成在有源區(qū)域附近的頂部反射鏡和/或底部反射鏡中。氧化物孔口既用于形成光學腔，又用于引導(dǎo)偏置電流穿過所形成的腔的中央?yún)^(qū)域。替代性地，可以使用其他方式例如離子注入、圖案化后的外延再生長或其他平版印刷圖案化技術(shù)來執(zhí)行這些功能。

在有源區(qū)域上形成有頂部反射鏡。頂部反射鏡與底部反射鏡的相似之處在于，頂部反射鏡通常包括在高折射率與低折射率之間交替的多個層。通常，頂部反射鏡具有較少的高折射率層和低折射率層交替的反射鏡周期，以增強來自VCSEL的頂部的光發(fā)射。