经蚀刻的平坦化的竖直腔表面发射激光器制造技术

一种经蚀刻的平坦化的VCSEL包括：包括MQW(138，140)的有源区(122)；在有源区上方的阻挡区(127，160)，其可以由InGaP制成，并且在其中限定孔；孔中的导电沟道芯(129，162)，其可以由AIGaAs制成，其中，导电沟道芯和阻挡区形成隔离区(128)。VCSEL可以包括间隔层(148，150)。一种制造VCSEL的方法包括：形成有源区；在有源区上方形成阻挡区；在阻挡区中蚀刻孔；以及在阻挡区的孔中形成导电沟道芯。另一经蚀刻的平坦化的VCSEL包括：有源区；在有源区上方的导电区，且在其中限定孔；以及在孔中的阻挡芯，其中，阻挡芯和导电区形成隔离区。一种制造VCSEL的方法包括：形成有源区；在有源区上方形成导电区；在导电区中蚀刻孔；以及在导电区的孔中形成阻挡芯。这种提供用于VCSEL的当前孔避免了通过VCSEL的台面中的层的横向氧化而提供的当前孔的可靠性问题。

Etched Flattened Vertical Cavity Surface Emission Laser

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经蚀刻的平坦化的竖直腔表面发射激光器对相关申请的交叉引用本专利申请要求于2016年8月8日提交的美国临时申请第62/372,126号的优先权，该临时申请的全部内容通过特定引用并入本文。
技术介绍
激光器通常用在许多用于数据传输的现代通信组件中。一种已经变得更普遍的用途是激光器在数据网络中的使用。激光器用于许多光纤通信系统以在网络上传输数字数据。在一个示例性配置中，可以通过数字数据对激光器进行调制以产生包括表示二进制数据流的亮输出和暗输出的时段的光信号。在实际实践中，激光器输出表示二进制高的高的光输出和表示二进制低的低功率光输出。为了获得快速的反应时间，激光器始终开启，只从高的光输出到低的光输出变化。与诸如基于铜线的网络的其他类型的网络相比，光网络具有各种优点。例如，许多现有的铜线网络以针对铜线技术的近最大可行数据传输速率和近最大可行距离操作。另一方面，许多现有的光网络在数据传输速率和距离方面都超过了针对铜线网络可行的最大值。也就是说，光网络能够在比铜线网络可行的更远距离以更高速率可靠地传输数据。在光学数据传输中使用的一种类型的激光器是竖直腔面发射激光器(VCSEL)。VCSEL具有夹在两个反射镜叠层之间并由两个反射镜叠层限定的激光腔。VCSEL通常构造在诸如砷化镓(GaAs)的半导体晶片上。VCSEL包括构造在半导体晶片上的底部反射镜。通常，底部反射镜包括多个交替的高折射率层和低折射率层。当光从具有一个折射率的层穿过至具有另一折射率的层时，光的一部分被反射。通过使用足够数量的交替层，可以通过反射镜反射高百分比的光。底部反射镜上形成有包括多个量子阱的有源区。有源区形成夹在底部反射镜与顶部反射镜之间的PN结，底部反射镜和顶部反射镜具有相反的导电类型(例如，一个p型反射镜和一个n型反射镜)。值得注意的是，顶部反射镜和底部反射镜的概念在一定程度上可以是任意的。在一些结构中，可以从VCSEL的晶片侧提取光，其中，“顶部”反射镜是完全反射的——并且因此顶部反射镜是不透明的。然而，出于本专利技术的目的，“顶部”反射镜指的是从其提取光的反射镜，而不管其在物理结构中如何设置。当PN结通过电流正向偏置时，空穴和电子形式的载流子被注入到量子阱中。在足够高的偏置电流下，被注入的少数载流子在量子阱中形成产生光增益的粒子数反转。当有源区中的光子激发电子与导带中的空穴重新结合到价带——产生额外光子——时，发生光增益。当光增益超过两个反射镜中的总损耗时，发生激光振荡。有源区还可以包括使用在靠近有源区的顶部反射镜和/或底部反射镜中形成的一个或更多个氧化物层形成的氧化物孔。氧化物孔既用于形成光学腔又用于引导偏置电流通过所形成的腔的中心区。可替选地，可以使用诸如离子注入、图案化后的外延再生长或其他光刻图案化的其他手段来执行这些功能。有源区上形成有顶部反射镜。顶部反射镜与底部反射镜类似，因为它通常包括在高折射率与较低折射率之间交替的多个层。通常，顶部反射镜具有较少的高折射率层和低折射率层交替的反射镜周期，以增强来自VCSEL顶部的光发射。说明性地，当电流流过PN结将载流子注入到有源区中时，激光器起作用。注入的载流子在量子阱中从导带重新组合到价带导致光子开始在由反射镜限定的激光腔中行进。反射镜将光子来回反射。当偏置电流足以在由腔支持的波长下产生量子阱状态之间的粒子数反转时，在量子阱中产生光增益。当光增益等于腔损耗时，发生激光振荡并且称激光器处于阈值偏置，并且VCSEL如从VCSEL的顶部发射光学相干光子那样开始“激光”。美国专利8,774,246描述了具有使用耗尽型半导体异质结界面形成的电流阻挡区的发光器件。使用这种类型的用于阻挡的异质结界面允许通过向阻挡区或者中心导电区本身施加位置选择性特定掺杂变化来形成导电沟道。在这种方法中，掺杂通过扩散机制传递。Zou等人(D.Zhou和L.J.Mawst，“High-PowerSingle-ModeAntiresonantReflectingOpticalWaveguide–TypeVertical-Cavity-Surface-EmittingLasers”，IEEE量子电子学期刊，第58期，第12卷，第1599至1606页(2002年))描述了使用异质结电流阻挡区和中心蚀刻的导电沟道的发光器件，但是在该设计中使用的后续再生长不是平坦化的，并且在器件的中心沟道中不形成折射率传导光学模式。代替地，形成具有可以泄漏到相邻区域的较大光学模式的反谐振器件。虽然这对于非常大的发射器或紧密放置的阵列可能是有用的，但是该设计方法对于单个高的光输出效率和高调制带宽的VCSEL来说是不可取的。Chriovsky等人(L.M.F.Chriovsky，W.S.Hobson，R.E.Leibenguth，S.P.Hui，J.Lopata，G.J.Zydzik，G.Giaretta，K.W.Goossen，J.D.Wynn，A.V.Krishnamoorthy，B.J.Tseng，J.M.Vandenberg，L.A.D’Asaro，“Implant-AperturedandIndex-GuidedVertical-Cavity-Surface-EmittingLasers(I2-VCSELs)”，IEEE光子技术快报，第11期，第5卷，第500至502页(1999年))电流阻挡区是通过离子注入损伤而不是通过低掺杂异质结的使用形成。如美国专利8,774,246中那样通过经蚀刻的台面(mesa)形成折射率传导光学模式。本文要求保护的主题不限于解决任何缺点的实施方式或仅在例如上面描述的环境下操作的实施方式。确切的说，该
技术介绍
仅被提供用来说明可以实践本文所描述的一些实施方式的一种示例技术。
技术实现思路
在一个实施方式中，经蚀刻的平坦化竖直腔表面发射激光器(VCSEL)可以包括：有源区；在有源区上方的阻挡区，阻挡区在其中限定一个或更多个孔；在阻挡区的一个或更多个孔中的一个或更多个导电沟道芯，其中，一个或更多个导电沟道芯和阻挡区形成隔离区。在一个方面，VCSEL可以包括在有源区下方的底部反射镜区，以及在隔离区上方的顶部反射镜区。在一个方面，阻挡区具有1nm到500nm的厚度。在一个方面，导电沟道芯具有约1微米到约10微米的直径。在一个方面，VCSEL包括在阻挡区中的多个导电沟道芯。在一个方面，导电沟道芯具有比阻挡区高的折射率。在一个方面，VCSEL没有以下中的一个或更多个：氧化物孔；氧化；台面。在一个方面，VCSEL可以包括与一个或者更多个导电沟道芯的顶部整合或接触的导电翼层。在一个方面，一个或更多个导电通道芯是平坦化的。在一个方面，一个或更多个导电沟道芯和顶部反射镜的反射镜层是平坦化的。在一个实施方式中，提供了一种制造具有含阻挡区中的一个或更多个导电沟道芯的阻挡区的VCSEL的方法。这种制造VCSEL的实施方式的方法可以包括：在衬底上方形成有源区；在有源区上方形成阻挡区；在阻挡区中蚀刻一个或更多个孔；在阻挡区的一个或更多个孔中形成一个或更多个导电沟道芯。在一个方面，该方法可以包括：使用抑制蚀刻的化学试剂涂覆阻挡区的顶部，同时留下没有化学试剂的一个或更多个区；以及在阻挡区中在没有化学试剂的一个或更多个区中蚀刻一个或更多个孔。在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经蚀刻的平坦化的竖直腔表面发射激光器(VCSEL)，包括：有源区；在所述有源区上方的阻挡区，所述阻挡区在其中限定一个或更多个孔；以及在所述阻挡区的所述一个或更多个孔中的一个或更多个导电沟道芯，其中，所述一个或更多个导电沟道芯和所述阻挡区形成隔离区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.08 US 62/372,1261.一种经蚀刻的平坦化的竖直腔表面发射激光器(VCSEL)，包括：有源区；在所述有源区上方的阻挡区，所述阻挡区在其中限定一个或更多个孔；以及在所述阻挡区的所述一个或更多个孔中的一个或更多个导电沟道芯，其中，所述一个或更多个导电沟道芯和所述阻挡区形成隔离区。2.根据权利要求1所述的VCSEL，还包括：在所述有源区下方的底部反射镜区；以及在所述隔离区上方的顶部反射镜区。3.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述阻挡区具有1nm到500nm的厚度。4.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述导电沟道芯具有约1微米到约10微米的直径。5.根据权利要求1所述的VCSEL，还包括在所述阻挡区中的多个所述导电沟道芯。6.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述导电沟道芯具有比所述阻挡区高的折射率。7.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述VCSEL没有以下中的一个或更多个：氧化物孔；氧化；台面。8.根据权利要求1所述的VCSEL，还包括与所述一个或更多个导电沟道芯的顶部整合或接触的导电翼层。9.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述一个或更多个导电沟道芯是平坦化的。10.根据权利要求2所述的VCSEL，其中，所述一个或更多个导电沟道芯和所述顶部反射镜区的反射镜层是平坦化的。11.一种制造根据权利要求1所述的VCSEL的方法，包括：在衬底上方形成所述有源区；在所述有源区上方形成所述阻挡区；在所述阻挡区中蚀刻所述一个或更多个孔；以及在所述阻挡区的所述一个或更多个孔中形成所述一个或更...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢克·格拉哈姆，安迪·麦金尼斯，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：美国,US