应变偏振垂直腔面发射激光器制造技术

在一些实施方式中，发射器设备包括衬底层和衬底层上的外延层。外延层可以包括第一反射镜、第二反射镜以及在第一反射镜和第二反射镜之间的活性层。外延层可以包括至少一个氧化层，该氧化层包括第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域。第一氧化区域和第二氧化区域可以被配置为在外延层上提供径向不对称的应变。外延层可以包括在该组外延层中的一组氧化沟槽，以暴露至少一个氧化层。以暴露至少一个氧化层。以暴露至少一个氧化层。

【技术实现步骤摘要】
应变偏振垂直腔面发射激光器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求享有于2022年4月26日提交的题为“DUAL OXIDE,STRAIN POLARIZED VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER”的美国临时专利申请No.63/363,588的优先权。


[0003]本公开总体上涉及垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和应变偏振VCSEL(strain polarized VCSEL)。

技术介绍

[0004]垂直发射设备(诸如VCSEL)可以包括激光器、光发射器等，其中在垂直于衬底表面的方向上(例如，从半导体晶片的表面垂直地)发射光束。多个垂直发射设备可以布置在公共衬底上的一个或多个发射器阵列(例如，VCSEL阵列)中。

技术实现思路

[0005]在一些实施方式中，VCSEL包括衬底层和衬底层上的外延层。外延层可以包括第一反射镜、第二反射镜以及在第一反射镜和第二反射镜之间的活性层。外延层可以包括至少一个第一氧化层，该第一氧化层包括第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域。第一氧化区域和第二氧化区域可以分别在外延层的发射区域的相反侧上，以在外延层上提供径向不对称的应变。外延层可以包括第二氧化层，该第二氧化层包括环绕氧化物孔的第三氧化区域。外延层可以包括在该组外延层中的第一组氧化沟槽以暴露第一氧化层和第二氧化层，以及在该组外延层中的第二组氧化沟槽以暴露第二氧化层而不暴露第一氧化层。
[0006]在一些实施方式中，发射器设备包括衬底层和衬底层上的外延层。外延层可以包括第一反射镜、第二反射镜以及在第一反射镜和第二反射镜之间的活性层。外延层可以包括至少一个氧化层，该氧化层包括第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域。第一氧化区域和第二氧化区域可以被配置为在外延层上提供径向不对称的应变。外延层可以包括在该组外延层中的一组氧化沟槽，以暴露至少一个氧化层。
[0007]在一些实施方式中，一种方法包括在衬底层上形成外延层，外延层包括第一反射镜、第二反射镜、第一反射镜和第二反射镜之间的活性区、至少一个第一氧化层和第二氧化层。该方法可以包括在单个蚀刻步骤中蚀刻第一组氧化沟槽和第二组氧化沟槽，其中第一组氧化沟槽暴露至少一个第一氧化层和第二氧化层，并且第二组氧化沟槽暴露第二氧化层而不暴露至少一个第一氧化层。该方法可以包括在单个氧化步骤中氧化至少一个第一氧化层和第二氧化层。氧化至少一个第一氧化层可以形成第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域，以在外延层上引起径向不对称的应变，并且氧化第二氧化层可以形成环绕氧化物孔的第三氧化区域。
附图说明
[0008]图1A和1B是分别示出示例发射器的俯视图和示例发射器沿线X
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X的横截面图的图。
[0009]图2A
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2C是分别示出了示例发射器设备的俯视图、示例发射器设备沿线X
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X的横截面视图和示例发射器设备沿线Y
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Y的横截面视图的图。
[0010]图3是示出示例发射器设备的俯视图的图。
[0011]图4是示出示例发射器设备的俯视图的图。
[0012]图5是与制造发射器设备有关的示例过程的流程图。
具体实施方式
[0013]示例说明书的以下详细实施例参考附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。在以下详细说明书中，除非另有说明，否则术语发射器或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)同义地用于单个发射器或VCSEL或者发射器或VCSEL的阵列。此外，虽然层被描述为与单个发射器或VCSEL相关联或由单个发射器或VCSEL使用，但是在一些实施方式中，层可以由发射器或VCSEL阵列中的发射器或VCSEL共享。
[0014]VCSEL通常是圆形或近似圆形的，并且对于光偏振不具有强偏好方向。在一些情况下，当VCSEL的偏置电流改变时，从VCSEL发射的光可以在偏振方向之间跳跃。然而，偏振控制对于使用VCSEL的各种应用可能是期望的。例如，一些三维(3D)感测应用需要偏振敏感光学设备，并且这些应用在一些情况下对于一个偏振可能与高损耗相关联。此外，一些先进的光学设备可能能够利用调整相邻发射器的偏振的能力。
[0015]一些偏振方法受到窄工艺窗口、偏振控制不足或输出功率劣化的挑战。例如，一种方法使用可以促进单个偏振的离轴线衬底(例如，错误切割或远离晶轴线切割)。然而，对于晶片上的所有发射器，偏振方向将是相似的，并且在一些情况下可能难以增长以用于大规模生产。另一种方法使用不对称发射器形状，其对于小尺寸发射器(例如，3
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5微米(μm))可能是有效的。然而，在一些应用中，需要圆形模式和/或更大的发射器尺寸。
[0016]另外的方法使用表面光栅。表面光栅的制造需要高分辨率的光刻和严格控制的蚀刻。用于这些的工艺窗口(process window)是窄的，以便避免对光学输出功率的显著损失(significant penalty)或低消光比(low extinction ratio)。另一种方法使用高对比度光栅。具有高对比度光栅的VCSEL是强偏振的，但是难以制造并且需要大的悬挂结构。此外，高折射率对比度易受来自蚀刻缺陷的散射损失的影响，并且难以实现高效率。
[0017]本文描述的一些实施方式提供了一种发射器设备(例如，VCSEL)，其被配置为由于一个或多个氧化层而主要在一个偏振中发出激光，该一个或多个氧化层包括以非径向对称方式位于发射器设备的发射区域的相反侧的侧面的氧化区域，以引起主要沿着一个轴线的应变(例如，不对称应变)。除了引起横向应变的氧化层之外，发射器设备还可以包括一个或多个其他氧化层以提供电流和光学约束。这些氧化层可以包括完全围绕发射区域的氧化区域。为了实现这样的氧化区域，发射器设备的外延层可以包括：第一组氧化沟槽，以针对氧化而暴露应变诱导氧化层和约束氧化层；以及，第二组氧化沟槽，以针对氧化而仅暴露约束氧化层。
[0018]在一些情况下，来自氧化外延层的不对称应变可能导致跨发射器设备的弯曲。例
如，当发生AlAs层的湿热氧化时，铝将留在层中，而氧(和一些氢)代替砷，砷可能以AsH3气体的形式离开。对于相同摩尔的铝，纯结晶AlAs占据的体积(27.4cm3/mol Al)，其大于两倍纯Al2O3(12.9cm3/mol Al)。换句话说，氧化可能导致层的氧化部分收缩，而其他部分可包括保持与周围砷键合的铝。这些键合对层上方和下方的半导体层以及氧化前沿(oxidation front)之间施加应变。
[0019]应变会影响发射器设备的活性区的增益特性。例如，百分之几的双轴线应变可以降低阈值载流子密度，并且在固定载流子密度下产生相当大的增益差异。此外，沿一个轴线(例如，x轴线或y轴线中的一个)的应变产生发射器设备的x轴线和y轴线之间的增益差异，从而降低一个偏振相对于正交偏振的阈值并抑制正交偏振光的激光发射。另外，由应变引起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，包括：衬底层；以及在所述衬底层上的外延层，所述外延层包括：第一反射镜；第二反射镜；在所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的活性层；至少一个第一氧化层，其包含第一氧化区域和与所述第一氧化区域分开的第二氧化区域，其中所述第一氧化区域和所述第二氧化区域分别在所述外延层的发射区域的相反侧上，以在所述外延层上提供径向不对称的应变；第二氧化层，所述第二氧化层包括环绕氧化物孔的第三氧化区域；在所述一组外延层中的第一组氧化沟槽，以暴露所述第一氧化层和所述第二氧化层；以及在所述一组外延层中的第二组氧化沟槽，以暴露所述第二氧化层而不暴露所述第一氧化层。2.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述应变用于引起用于所述VCSEL的光发射的特定偏振。3.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述第一氧化区域和所述第二氧化区域沿着与所述VCSEL的发射方向正交的轴线定位。4.根据权利要求3所述的VCSEL，其中，与沿着正交于所述轴线和所述发射方向的另一轴线相比，所述应变沿着所述轴线更大。5.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述至少一个第一氧化层具有比所述第二氧化层的铝含量低的铝含量。6.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述至少一个第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。7.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述第一组氧化沟槽的宽度大于所述第二组氧化沟槽的宽度。8.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述外延层径向不对称地弯曲。9.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述至少一个第一氧化层在所述第一反射镜中，并且所述第二氧化层在所述第二反射镜中。10.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述第二氧化层被配置为提供电流和光学约束。11.一种发射器设备，包括：衬底层；以及在所述衬底层上的外延层，所述外延层包括：第一反射镜；第二反射镜；在所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的活性层；至少一个氧化层，其包含第一氧化区域和与所述第一氧化区域分开的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：朗美通经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：