注入物再生长VCSEL和具有不同VCSEL类型的异构组合的VCSEL阵列制造技术

非平坦化VCSEL可包含：在有源区上方或下方的阻挡区，所述阻挡区具有第一厚度；阻挡区中的一个或更多个导电沟道芯，所述一个或更多个导电沟道芯具有大于第一厚度的第二厚度，其中所述阻挡区限定为具有注入物，并且所述一个或更多个导电沟道芯没有注入物，其中，所述阻挡区位于一个或更多个导电沟道芯的侧向，所述阻挡区和一个或更多个导电沟道芯成为隔离区；和在隔离区上方的一个或更多个非平坦化半导体层的非平坦化半导体区。VCSEL可包含在有源区下方的平坦化底部镜区和在隔离区上方的非平坦化顶部镜区，或者在有源区下方的非平坦化底部镜区。

Injector regeneration VCSEL and VCSEL arrays with heterogeneous combinations of different VCSEL types

The non-flattened VCSEL may include: a barrier area above or below the active area has a first thickness; one or more conductive channel cores in the barrier area have a second thickness greater than the first thickness; the barrier area is defined as having an injector, and the one or more conductive channel cores have no injector. Among them, the barrier region is located on the lateral side of one or more conductive channel cores, the barrier region and one or more conductive channel cores become isolation regions, and the non-flattened semiconductor region of one or more non-flattened semiconductor layers above the isolation region. VCSEL may include a flattened bottom mirror area below the active region and a flattened top mirror area above the isolation region, or a flattened bottom mirror area below the active region.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】注入物再生长VCSEL和具有不同VCSEL类型的异构组合的VCSEL阵列相关申请的交叉引用本专利申请要求于2016年9月28日提交的美国临时申请No.62/401,051的优先权，并要求于2017年9月15日提交的美国临时申请No.62/559,364的优先权，这些临时申请各自通过特定引用整体并入本文。
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，激光器输出高的光输出表示二进制高值，并且输出低功率光输出表示二进制低值。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。与例如基于铜线的网络的其他类型的网络相比，光网络具有多种优点。例如，许多现有的铜线网络以针对铜线技术的近最大(nearmaximum)可行数据传输速率并以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垂直腔面发射激光器(VCSEL，VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)。顾名思义，VCSEL具有夹在两个镜叠层之间并由两个镜叠层限定的激光腔。VCSEL通常构造在例如砷化镓(GaAs)的半导体晶片上。VCSEL包括构造在半导体晶片上的底部镜。通常，底部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，可以通过镜反射高百分比的光。底部镜上形成有包括多个量子阱的有源区(activeregion)。有源区形成夹在底部镜与顶部镜之间的PN结，底部镜和顶部镜具有相反的导电类型(例如，一个p型镜和一个n型镜)。值得注意的是，顶部镜和底部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”镜是完全反射的——并且因此顶部镜是不透明的。然而，出于本专利技术的目的，“顶部”镜指的是从其提取光的镜，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(其产生额外光子)时，发生光增益。当光增益超过两个镜中的总损耗时，发生激光振荡。有源区还可包括使用在靠近有源区的顶部镜和/或底部镜中形成的一个或更多个氧化物层形成的氧化物孔(oxideaperture)。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。或者，可以使用例如离子注入、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镜。顶部镜与底部镜类似，因为它通常包含在高折射率与较低折射率之间交替的多个层。通常，顶部镜具有较少的高折射率层与低折射率层交替的镜周期，以增强来自VCSEL顶部的光发射。说明性地，当电流通过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镜限定的激光腔中行进。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以形成导电沟道。在这种方法中，掺杂通过扩散机制传递。Zou等(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(planarized)的，并且在器件的中心沟道中不形成折射率导引光学模式(indexguidingopticalmode)。作为替代，形成具有可以泄漏至相邻区域中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。在Chriovsky等(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))中，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(heterojunction)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)形成折射率导引光学模式。本文要求保护的主题不限于解决任何缺点的实施方案或仅在例如上面描述的环境下操作的实施方案。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案的一种示例技术。专利技术概述在一个实施方案中，非平坦化垂直腔面发射激光器(VCSEL)可包含：在有源区上方或下方的阻挡区，所述阻挡区具有第一厚度；在阻挡区中的一个或更多个导电沟道芯，所述一个或更多个导电沟道芯具有大于第一厚度的第二厚度，其中阻挡区限定为具有注入物(implant)，并且一个或更多个导电沟道芯没有注入物，其中阻挡区位于一个或更多个导电沟道芯的侧向(1ateral)，阻挡区和一个或更多个导电沟道芯成为隔离区；以及在隔离区上方的一个或更多个非平坦化半导体层的非平坦化半导体区。在一个方面，VCSEL可包括在有源区下方的平坦化底部镜区和在隔离区上方的非平坦化顶部镜区。在一个方面，VCSEL可包括在有源区下方的非平坦化底部镜区。在一个方面，阻挡区的厚度为1nm至500nm、1nm至30nm、1nm至10nm，或1nm至3nm。在一个方面，导电沟道芯的厚度为1nm至1000nm、1nm至60nm、1nm至20nm、或1nm至6nm。在一个方面，导电沟道芯的直径为约1微米至约200微米。在一个方面，导电沟道芯的直径为约2微米至约6微米。在一个方面，多个导电沟道芯在共同的阻挡区中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非平坦化垂直腔面发射激光器(VCSEL)，其包含：在有源区上方或下方的阻挡区，所述阻挡区具有第一厚度；所述阻挡区中的一个或更多个导电沟道芯，所述一个或更多个导电沟道芯具有大于所述第一厚度的第二厚度，其中所述阻挡区限定为具有注入物，并且所述一个或更多个导电沟道芯没有所述注入物，其中所述阻挡区位于所述一个或更多个导电沟道芯的侧向，所述阻挡区和一个或更多个导电沟道芯成为隔离区；和所述隔离区上方的一个或更多个非平坦化半导体层的非平坦化半导体区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.28 US 62/401,051;2017.09.15 US 62/559,3641.非平坦化垂直腔面发射激光器(VCSEL)，其包含：在有源区上方或下方的阻挡区，所述阻挡区具有第一厚度；所述阻挡区中的一个或更多个导电沟道芯，所述一个或更多个导电沟道芯具有大于所述第一厚度的第二厚度，其中所述阻挡区限定为具有注入物，并且所述一个或更多个导电沟道芯没有所述注入物，其中所述阻挡区位于所述一个或更多个导电沟道芯的侧向，所述阻挡区和一个或更多个导电沟道芯成为隔离区；和所述隔离区上方的一个或更多个非平坦化半导体层的非平坦化半导体区。2.权利要求1所述的VCSEL，其包含：在所述有源区下方的平坦化底部镜区；和在所述隔离区上方的非平坦化顶部镜区。3.权利要求1所述的VCSEL，其包含：在所述有源区下方的非平坦化底部镜区。4.权利要求1所述的VCSEL，其中所述阻挡区厚度为1nm至500nm。5.权利要求4所述的VCSEL，其中所述导电沟道芯厚度为1nm至1000nm。6.权利要求5所述的VCSEL，其中所述导电沟道芯的直径为约1微米至约200微米。7.权利要求5所述的VCSEL，其中所述导电沟道芯的直径为约2微米至约6微米。8.权利要求1所述的VCSEL，其包含在公共阻挡区中的多个所述导电沟道芯。9.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更高的折射率。10.权利要求1所述的VCSEL，其中所述VCSEL：没有氧化物孔；没有氧化；或没有其中具有所述隔离区的台面。11.权利要求1所述的VCSEL，其中所述注入物是硅或氧。12.权利要求2所述的VCSEL，其中所述非平坦化顶部镜中的所述镜区具有连接的梯级，使得第一非平坦化顶部镜层具有在所述阻挡区上方的下部区域，所述下部区域连接至所述导电沟道芯上方的上部区域。13.权利要求2所述的VCSEL，其中所述非平坦化顶部镜中的所述镜区具有断开的梯级，使得第一非平坦化顶部镜层具有在所述阻挡区上方的下部区域，所述下部区域与所述导电沟道芯上方的上部区域断开。14.垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列，其包含：在公共阻挡区中具有多个导电沟道芯的权利要求1所述的多个VCSEL，所述多个VCSEL以有序图案布置，其中所述多个VCSEL包括多种不同类型的VCSEL，每种不同类型的VCSEL具有不同的特征。15.制造权利要求1所述的VCSEL的方法，其包括：形成所述有源区；在所述有源区上方或下方形成所述隔离区，所述隔离区具有带所述导电沟道芯的所述阻挡区；以及在所述隔离区上方形成一个或更多个非平坦化半导体层的所述非平坦化半导体区。16.权利要求15所述的方法，其包括：通过注入变为所述阻挡区的所述导电层的区域并且在其中没有所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢克·A·格拉哈姆，索尼娅·夸德里，迪帕·加祖拉，杨海泉，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：美国,US