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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5777722
(24)【登録日】2015年7月17日
(45)【発行日】2015年9月9日
(54)【発明の名称】小モード体積垂直共振器面発光レーザ
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20150820BHJP
H01S 5/42 20060101ALI20150820BHJP
【ＦＩ】
H01S5/183
H01S5/42
【請求項の数】15
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2013-536577(P2013-536577)
(86)(22)【出願日】2010年10月29日
(65)【公表番号】特表2013-542609(P2013-542609A)
(43)【公表日】2013年11月21日
(86)【国際出願番号】US2010054740
(87)【国際公開番号】WO2012057788
(87)【国際公開日】20120503
【審査請求日】2013年6月20日
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】511076424
【氏名又は名称】ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ．
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100096769
【弁理士】
【氏名又は名称】有原 幸一
(74)【代理人】
【識別番号】100107319
【弁理士】
【氏名又は名称】松島 鉄男
(72)【発明者】
【氏名】ファッタル，デイヴィッド・エイ
(72)【発明者】
【氏名】フィオレンティーノ，マルコ
(72)【発明者】
【氏名】リー，ジンジン
(72)【発明者】
【氏名】タン，マイケル・レン・タイ
(72)【発明者】
【氏名】ソリン，ウェイン・ヴイ
【審査官】
百瀬 正之
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００９−１８８１５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−２３４７２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１１４４０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００４−５３４３８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１２−５１７７０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−０９４２０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−１８６６５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０６−２８３８１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−１５０５０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−３３２５９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−２３４８２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００７／０１５３８６０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許第５１４０１４９（ＵＳ，Ａ）
【文献】
米国特許第７５３５９４４（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】
米国特許出願公開第２００４／０１０５４７６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
Haroldo T. Hattori, Xavier Letartre, et al.，Analysis of hybrid photonic crystal vertical cavity surface emitting lasers，米国，Optical Society of America，２００３年 ７月，Vol.11, No.15，pp.1799-pp.1808
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
小モード体積垂直共振器面発光レーザにおいて、
少なくとも一方が回折格子反射器構造（１１２）である２つの反射構造（１０３）であって、１つの小モード体積垂直空洞共振器の反射器として機能する、２つの反射構造（１０３）と、
前記２つの反射構造（１０３）のうちの少なくとも一方の中に配置されたｐ−ｉ−ｎ（ｐ型−真性−ｎ型）ダイオードの真性部分内に配置され、該ｐ−ｉ−ｎダイオードを通したキャリアの注入時に光（１１８）を放射するアクティブ構造（１０２）と、
を備える、小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
少なくとも一方が回折格子反射器構造（１１２）である２つの反射構造（１０３）であって、１つの小モード体積垂直空洞共振器の反射器として機能する、２つの反射構造（１０３）と、
前記２つの反射構造（１０３）のうちの少なくとも一方の中に配置されたｐ−ｉ−ｎ（ｐ型−真性−ｎ型）ダイオードの真性部分内に配置され、該ｐ−ｉ−ｎダイオードを通したキャリアの注入時に光（１１８）を放射するアクティブ構造（１０２）と、
を備える、小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項2】
前記２つの反射構造（１０３）のうちの他方の反射構造であり、前記回折格子反射器構造（１１２）の下方に配置される、分布ブラッグ反射器（１０４）と、
前記分布ブラッグ反射器（１０４）の底部（１０４−１）に結合された第１の電極（１０８）と、
前記分布ブラッグ反射器（１０４）の上部（１０４−３）に結合された第２の電極（１１４）と、
を更に備え、
前記アクティブ構造（１０２）は、前記上部（１０４−３）と前記底部（１０４−１）との間の前記分布ブラッグ反射器（１０４）内の真性部分（１０４−２）内に配置され、
ｐ型ドープ部分、前記真性部分（１０４−２）、及びｎ型ドープ部分は、前記アクティブ構造（１０２）へのキャリア注入を与える垂直ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成され、
前記ｐ型ドープ部分は前記上部（１０４−３）に含まれ且つ前記ｎ型ドープ部分は前記底部（１０４−１）に含まれるか、あるいは、前記ｐ型ドープ部分は前記底部（１０４−１）に含まれ且つ前記ｎ型ドープ部分は前記上部（１０４−３）に含まれる、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
前記分布ブラッグ反射器（１０４）の底部（１０４−１）に結合された第１の電極（１０８）と、
前記分布ブラッグ反射器（１０４）の上部（１０４−３）に結合された第２の電極（１１４）と、
を更に備え、
前記アクティブ構造（１０２）は、前記上部（１０４−３）と前記底部（１０４−１）との間の前記分布ブラッグ反射器（１０４）内の真性部分（１０４−２）内に配置され、
ｐ型ドープ部分、前記真性部分（１０４−２）、及びｎ型ドープ部分は、前記アクティブ構造（１０２）へのキャリア注入を与える垂直ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成され、
前記ｐ型ドープ部分は前記上部（１０４−３）に含まれ且つ前記ｎ型ドープ部分は前記底部（１０４−１）に含まれるか、あるいは、前記ｐ型ドープ部分は前記底部（１０４−１）に含まれ且つ前記ｎ型ドープ部分は前記上部（１０４−３）に含まれる、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項3】
前記アクティブ構造（１０２）と前記回折格子反射器構造（１１２）との間に配置されて利得導波部（１０４−３ａ）を形成する酸化物アパーチャ層（２１０）であって、該利得導波部（１０４−３ａ）からキャリアが前記アクティブ構造（１０２）の中に注入されることができる、酸化物アパーチャ層（２１０）、
を更に備える、請求項２に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
を更に備える、請求項２に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項4】
前記分布ブラッグ反射器（１０４）は、イオン注入によって高電気抵抗部（１０４−３ｂ）が形成され、該高電気抵抗部（１０４−３ｂ）は、パターニングされて利得導波部（１０４−３ａ）が形成され、該利得導波部（１０４−３ａ）から、キャリアが、前記アクティブ構造（１０２）の中に注入されることができる、請求項２に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項5】
前記アクティブ構造（１０２）の下方に配置された部分を更に備え、
前記回折格子反射器構造（１１２）は、
前記回折格子反射器構造（１１２）の上側部分（１１２−１）と、
前記回折格子反射器構造（１１２）の真性部分（１１２−２）と、
前記上側部分（１１２−１）の下方の前記真性部分（１１２−２）内に配置された前記アクティブ構造（１０２）と、
を更に備え、
ｐ型ドープ部分、前記真性部分（１１２−２）、及びｎ型ドープ部分は、前記アクティブ構造（１０２）へのキャリア注入を与える垂直ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成され、
前記ｐ型ドープ部分は前記上側部分（１１２−１）に含まれ且つ前記ｎ型ドープ部分は前記アクティブ構造（１０２）の下方に配置された部分に含まれるか、あるいは、前記ｐ型ドープ部分は前記アクティブ構造（１０２）の下方に配置された部分に含まれ且つ前記ｎ型ドープ部分は前記上側部分（１１２−１）に含まれる、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
前記回折格子反射器構造（１１２）は、
前記回折格子反射器構造（１１２）の上側部分（１１２−１）と、
前記回折格子反射器構造（１１２）の真性部分（１１２−２）と、
前記上側部分（１１２−１）の下方の前記真性部分（１１２−２）内に配置された前記アクティブ構造（１０２）と、
を更に備え、
ｐ型ドープ部分、前記真性部分（１１２−２）、及びｎ型ドープ部分は、前記アクティブ構造（１０２）へのキャリア注入を与える垂直ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成され、
前記ｐ型ドープ部分は前記上側部分（１１２−１）に含まれ且つ前記ｎ型ドープ部分は前記アクティブ構造（１０２）の下方に配置された部分に含まれるか、あるいは、前記ｐ型ドープ部分は前記アクティブ構造（１０２）の下方に配置された部分に含まれ且つ前記ｎ型ドープ部分は前記上側部分（１１２−１）に含まれる、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項6】
前記アクティブ構造（１０２）の下方に配置された部分は、
前記回折格子反射器構造（１１２）の下側部分（１１２−３）と、スペーサ層（１１０）と、からなる群から選択される構造、
を備える、請求項５に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
前記回折格子反射器構造（１１２）の下側部分（１１２−３）と、スペーサ層（１１０）と、からなる群から選択される構造、
を備える、請求項５に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項7】
前記回折格子反射器構造（１１２）の真性部分を含む上側部分（１１２−１）と、
前記回折格子反射器構造（１１２）のサブ波長回折格子（１１２−１ａ）の第１の側に隣接して配置されたｐ型ドープ部分（１１２−４）と、
前記回折格子反射器構造（１１２）の前記サブ波長回折格子（１１２−１ａ）の第２の側に隣接して配置されたｎ型ドープ部分（１１２−５）と、
を更に備え、
前記アクティブ構造（１０２）は、前記真性部分の中に配置され、かつ前記ｐ型ドープ部分（１１２−４）及び前記ｎ型ドープ部分（１１２−５）と結合され、
前記ｐ型ドープ部分（１１２−４）、前記上側部分（１１２−１）内に含まれる前記真性部分、及び前記ｎ型ドープ部分（１１２−５）は、前記アクティブ構造（１０２）へのキャリア注入を与える横方向ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成される、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
前記回折格子反射器構造（１１２）のサブ波長回折格子（１１２−１ａ）の第１の側に隣接して配置されたｐ型ドープ部分（１１２−４）と、
前記回折格子反射器構造（１１２）の前記サブ波長回折格子（１１２−１ａ）の第２の側に隣接して配置されたｎ型ドープ部分（１１２−５）と、
を更に備え、
前記アクティブ構造（１０２）は、前記真性部分の中に配置され、かつ前記ｐ型ドープ部分（１１２−４）及び前記ｎ型ドープ部分（１１２−５）と結合され、
前記ｐ型ドープ部分（１１２−４）、前記上側部分（１１２−１）内に含まれる前記真性部分、及び前記ｎ型ドープ部分（１１２−５）は、前記アクティブ構造（１０２）へのキャリア注入を与える横方向ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成される、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項8】
動作中の熱散逸が、前記アクティブ構造（１０２）のバンドギャップが大きく変化しないように十分に低減される、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項9】
動作中の電力出力が１ミリワットである、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項10】
前記回折格子反射器構造（１１２）の下方に配置されたスペーサ層（１１０）、
を更に備え、
前記スペーサ層（１１０）の低屈折率部分（１１０−２）は、分布ブラッグ反射器（１０４）よりも低い屈折率を有する、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
を更に備え、
前記スペーサ層（１１０）の低屈折率部分（１１０−２）は、分布ブラッグ反射器（１０４）よりも低い屈折率を有する、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項11】
前記低屈折率部分（１１０−２）は、低い屈折率を有する誘電体材料と、低い屈折率を有する気体で満たされた空洞と、からなる群から選択される、請求項１０に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項12】
前記光（１１８）は、４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの波長を有し、変調帯域幅が１００ギガヘルツであるように変調される、請求項１に記載の小モード体積垂直共振器面発光レーザ。
【請求項13】
光バス送信器であって、複数の小モード体積垂直共振器面発光レーザを備え、そのうちの１つのレーザ（１０１）は、
少なくとも一方が回折格子反射器構造（１１２）である２つの反射構造（１０３）であって、１つの小モード体積垂直空洞共振器の反射器として機能する、２つの反射構造（１０３）と、
前記２つの反射構造（１０３）のうちの少なくとも一方の中に配置されたｐ−ｉ−ｎ（ｐ型−真性−ｎ型）ダイオードの真性部分内に配置され、該ｐ−ｉ−ｎダイオードを通したキャリアの注入時に光（１１８）を放射するアクティブ構造（１０２）と、
を有し、
前記複数の小モード体積垂直共振器面発光レーザのうちの前記１つのレーザ（１０１）は、光バス（６５０）のビット線（６５０−１）用の光出力ドライバとして構成される、光バス送信器。
少なくとも一方が回折格子反射器構造（１１２）である２つの反射構造（１０３）であって、１つの小モード体積垂直空洞共振器の反射器として機能する、２つの反射構造（１０３）と、
前記２つの反射構造（１０３）のうちの少なくとも一方の中に配置されたｐ−ｉ−ｎ（ｐ型−真性−ｎ型）ダイオードの真性部分内に配置され、該ｐ−ｉ−ｎダイオードを通したキャリアの注入時に光（１１８）を放射するアクティブ構造（１０２）と、
を有し、
前記複数の小モード体積垂直共振器面発光レーザのうちの前記１つのレーザ（１０１）は、光バス（６５０）のビット線（６５０−１）用の光出力ドライバとして構成される、光バス送信器。
【請求項14】
少なくとも１つの光バス（６５０）と、
前記光バス（６５０）に結合された少なくとも１つの光バス送信器（６０１）と、
を備えるシステムであって、
前記光バス送信器（６０１）は、複数の小モード体積垂直共振器面発光レーザを有し、そのうちの１つのレーザ（１０１）は、
少なくとも一方が回折格子反射器構造（１１２）である２つの反射構造（１０３）であって、１つの小モード体積垂直空洞共振器の反射器として機能する、２つの反射構造（１０３）と、
前記２つの反射構造（１０３）のうちの少なくとも一方の中に配置されたｐ−ｉ−ｎ（ｐ型−真性−ｎ型）ダイオードの真性部分内に配置され、該ｐ−ｉ−ｎダイオードを通したキャリアの注入時に光（１１８）を放射するアクティブ構造（１０２）と、
を備え、
前記複数の小モード体積垂直共振器面発光レーザのうちの前記１つのレーザ（１０１）は、前記光バス（６５０）のビット線（６５０−１）用の光出力ドライバとして構成される、システム。
前記光バス（６５０）に結合された少なくとも１つの光バス送信器（６０１）と、
を備えるシステムであって、
前記光バス送信器（６０１）は、複数の小モード体積垂直共振器面発光レーザを有し、そのうちの１つのレーザ（１０１）は、
少なくとも一方が回折格子反射器構造（１１２）である２つの反射構造（１０３）であって、１つの小モード体積垂直空洞共振器の反射器として機能する、２つの反射構造（１０３）と、
前記２つの反射構造（１０３）のうちの少なくとも一方の中に配置されたｐ−ｉ−ｎ（ｐ型−真性−ｎ型）ダイオードの真性部分内に配置され、該ｐ−ｉ−ｎダイオードを通したキャリアの注入時に光（１１８）を放射するアクティブ構造（１０２）と、
を備え、
前記複数の小モード体積垂直共振器面発光レーザのうちの前記１つのレーザ（１０１）は、前記光バス（６５０）のビット線（６５０−１）用の光出力ドライバとして構成される、システム。
【請求項15】
デジタル情報プロセッサ（６０７）であって、前記光バス及び少なくとも１つの光バス送信器と統合される複数の構成要素（６０７−１、６０７−２、６０７−３、６０７−４）を備え、前記光バス及び少なくとも１つの光バス送信器は、前記デジタル情報プロセッサ（６０７）内の前記光バスに結合された構成要素間で情報を転送することになる、前記デジタル情報プロセッサと、複数のデジタル情報プロセッサ（６０７、６０８）を有するデータ処理センタ（６０９）であって、前記光バス及び少なくとも１つの光バス送信器は、該データ処理センタ（６０９）内の前記光バスに結合された、１つのデジタル情報プロセッサと少なくとも１つの他のデジタル情報プロセッサとの間で情報を転送することになる、前記データ処理センタと、からなる群から選択される、構成要素の統合された組み合わせを更に備える、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）本出願は、２０１０年１月２９日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された、David A. Fattal等による「VERTICAL-CAVITY SURFACE-EMITTING LASERS WITH NON-PERIODIC GRATING」と題するＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２２６３２号（代理人整理番号第２００９０３８０２−１号）に関連する。
【0002】
本発明の実施例は、一般的に、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に関連する。
【背景技術】
【0003】
垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、数多くの新規の応用形態の見込みを提供する興味深い一群の半導体レーザである。例えば、垂直共振器の構成によって、データ通信の応用形態のためにＶＣＳＥＬを配列して使用できるようになる。さらに、ＶＣＳＥＬは、ウェハ基板に直交する反射器を利用し、高い歩留りで製造するのが難しい従来の半導体レーザよりも、ウェハバッチ製造プロセスにおいて製造するのが容易である。結果として、ＶＣＳＥＬはデータ通信業界において関心を集めてきた。したがって、半導体レーザ研究に携わる技術者及び科学者は、ＶＣＳＥＬ技術を推進することに強い関心を寄せている。
【0004】
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を形成しており、本発明の実施例を示し、その説明とともに、本発明の実施例を説明するための役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1A】本発明の１つ又は複数の実施例による、アクティブ構造が分布ブラッグ反射器内に配置される小モード体積垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の一例の斜視図である。
【図1B】本発明の１つ又は複数の実施例による、アクティブ構造が回折格子反射器内に配置される小モード体積ＶＣＳＥＬの別の例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0006】
本明細書で参照する図面は、特に指摘する場合を除き、比例尺で描かれていないものとして理解されるべきである。
【0007】
ここで、本発明の代替的な実施例について詳細に言及する。本発明を代替的な実施例に関連して説明するが、それらは、本発明をこれらの実施例に限定するように意図されていないことが理解されよう。反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨及び範囲内に含まれ得る、代替形態、変更形態及び等価形態を包含するように意図されている。
【0008】
さらに、本発明の実施例の以下の説明では、本発明が完全に理解されるために、多数の特定の詳細を示している。しかしながら、本発明の実施例を、これら特定の詳細がなくても実施することができることに留意すべきである。他の場合では、本発明の態様を不要に不明瞭にしないように、既知の方法、手順及び構成要素については詳細に説明していない。図面を通して、類似の構成要素は類似の参照番号によって表され、必要ない場合には、説明を明確にするために、繰り返しの説明は省略される。
【0009】
本発明の実施例は、小モード体積垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含む。小モード体積ＶＣＳＥＬは、キャリアの注入時に光を放射するアクティブ構造と、２つの反射構造とを含み、反射構造の少なくとも１つが回折格子反射器構造である。本発明の１つ又は複数の実施例では、小モード体積ＶＣＳＥＬは、２つの反射構造のうちの他方の反射構造として分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含む。そのような場合に、ＤＢＲは、回折格子反射器構造の下方に配置される。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、アクティブ構造は反射構造のうちの少なくとも一方の内部に配置することができる。したがって、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、アクティブ構造は、回折格子反射器構造内に配置することができる。代替的には、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、アクティブ構造はＤＢＲ内に配置することができるが、他方の反射構造がＤＢＲ以外の構造を含む場合があるので、それには限定されない。
【0010】
したがって、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、ＤＢＲ及び回折格子反射器構造のいずれか一方の内部にアクティブ構造を組み込むことによって、ＶＣＳＥＬの全厚を薄くすることができる。さらに、ＤＢＲ及び回折格子反射器構造のいずれか一方の内部にアクティブ構造を配置するというこの幾何学的配置は、キャリア輸送のための経路長が短縮され、それにより、小モード体積ＶＣＳＥＬの直列電気抵抗が低減される可能性もある新規のキャリア注入方式を可能にする。その結果、本発明の１つ又は複数の実施例では、反射構造、限定はしないが、例えば、ＤＢＲ、及び回折格子反射器構造は、小モード体積ＶＣＳＥＬ内の小モード体積の垂直空洞共振器として構成することができ、その小モード体積ＶＣＳＥＬは、その広い帯域幅、小さい電力損、高い熱安定性、入力電力の関数としての安定した出力振幅、小さい周波数ドリフト、および製造し易さによって、当該技術分野における既知のものから区別される。
【0011】
本発明の実施例は、光バスのビット線のための光出力ドライバとして構成される複数の小モード体積ＶＣＳＥＬを含む光バス送信器も含む。本発明の他の実施例は、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器を含むシステムを含む。本発明の他の実施例は、デジタル情報プロセッサを含むシステムを含み、デジタル情報プロセッサは、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器を含み、デジタル情報プロセッサ内の光バスに結合される構成要素間で情報を転送する。同様に、本発明の更に別の実施例は、データ処理センタを含むシステムを含み、データ処理センタは、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器を含み、データ処理センタ内の光バスに結合される１つのデジタル情報プロセッサと少なくとも１つの他のデジタル情報プロセッサとの間で情報を転送する。したがって、小モード体積ＶＣＳＥＬのための本発明の後に説明される例は、以下の環境：光バス送信器、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器を含むシステム、デジタル情報プロセッサ、並びにデータ処理センタ内に組み込まれるものと理解することもできる。
【0012】
ここで図１Ａを参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、アクティブ構造１０２がＤＢＲ１０４内に配置される小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の一例の斜視図１００Ａが示される。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は、少なくとも一方が回折格子反射器構造１１２であり、他方がＤＢＲ１０４である２つの反射構造１０３と、アクティブ構造１０２とを含む。ＤＢＲ１０４は、回折格子反射器構造１１２の下方に配置される。アクティブ構造１０２は、ＤＢＲ１０４内に配置され、キャリアの注入時に光１１８を放射することになる。本明細書において用いられるときに、アクティブ構造１０２は、アクティブ構造１０２の伝導帯内に注入された非平衡キャリアの集団と、アクティブ構造１０２の価電子帯内に注入された非平衡キャリアの集団との再結合を通して光１１８を生成する層状構造を指している。限定はしないが一例として、当該技術分野において既知であるように、アクティブ構造１０２は、１つ又は複数の量子井戸（ＱＷ）を含む。
【0013】
図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、ＤＢＲ１０４と回折格子反射器構造１１２との組み合わせが、本明細書において「共振器」と呼ばれる構造を提供し、回折格子反射器構造１１２及びＤＢＲ１０４は、アクティブ構造１０２によって生成される光１１８を繰り返し反射させる鏡のように働き、それにより、当該技術分野において既知であるように、光１１８の強度の増幅を伴う、アクティブ構造１０２からの放射の誘導放出につながる。したがって、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のこの例では、アクティブ構造１０２はＤＢＲ１０４内に配置されるので、本発明の１つ又は複数の実施例では、ＤＢＲ１０４及び回折格子反射器構造１１２は、小モード体積の垂直空洞共振器として構成される。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１はスペーサ層１１０も含み、このスペーサ層は、回折格子反射器構造１１２の下方に、かつ回折格子反射器構造１１２とＤＢＲ１０４との間に配置される。
【0014】
図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は基板１０６を設けられ、その基板上に、限定はしないが一例として、当該技術分野において既知であるように、液相エピタキシ（ＬＰＥ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）又は分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）のようなエピタキシャル成長技法によって、ＤＢＲ１０４を製造することができる。例えば、ＤＢＲ１０４は、化学式［ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ］ｎによって与えられるガリウムヒ素（ＧａＡｓ）／アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ）多層（ＭＬ）、化学式［ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１−ｘＮ］ｎによって与えられる窒化ガリウム（ＧａＮ）／窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）ＭＬ、又は代替的には化学式［ＧａＰ／ＡｌｘＧａ１−ｘＰ］ｎによって与えられるガリウムリン（ＧａＰ）／アルミニウムガリウムリン（ＡｌｘＧａ１−ｘＰ）ＭＬを含むことができる。ただし、下付き文字ｎは、［ＧａＰｎ／ＡｌｘＧａ１−ｘＰｎ］二層の周期の数を表しており、ただし、Ｐｎはプニクトゲン、Ｖ族元素を表す。さらに、当該技術分野において既知であるように、アクティブ構造１０２及び回折格子反射器構造１１２も、そのようなプロセスによってＭＬ構造として同様に製造することができる。
【0015】
図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、ＤＢＲ１０４、回折格子反射器構造１１２及びアクティブ構造１０２はそれぞれ、当該技術分野において既知であるように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ化合物、並びにその合金及び組み合わせから選択される材料から製造される。例えば、アクティブ構造１０２は、限定はしないが一例として、［ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ］、［ＧａＰ／ＡｌｘＧａ１−ｘＰ］及び［ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１−ｘＮ］からなる群から選択された二層を含むＱＷに基づくことができる。アクティブ構造１０２のバンドギャップは、二層の材料及び構造によって決定され、そのバンドギャップが更に、アクティブ構造１０２によって生成される光１１８の波長を決定する。その結果、ＤＢＲ１０４内の種々の層の数及び厚みは、当該技術分野において既知であるように、アクティブ構造１０２から放射される光１１８の波長におけるＤＢＲ１０４の規定反射率によって決定される。したがって、本発明の１つ又は複数の実施例では、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１から放射される光１１８は、約４００ナノメートル〜約１３００ナノメートルの波長を有することができ、その波長は、その構造によって決定されるバンド構造に関連付けられるバンドギャップ、及びアクティブ構造１０２のために規定された材料によって決まる。
【0016】
図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、説明を容易にするために、図１Ａにおいて三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４が与えられる。ベクトル１９０、１９２及び１９４の三つ組は右手系である。したがって、ベクトル１９０、１９２及び１９４は、ベクトル１９０とベクトル１９２とのベクトル積がベクトル１９４を生成するように互いに直交する単位ベクトルとすることができる。三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４は、図１Ａに対する、本発明の実施例のための他の図面の関係を決定する基準を与える。小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は基本的に層状構造であるので、専門用語「上側」、「上部」又は「上方」は、ベクトル１９４に対して垂直であり、かつ図１Ａの上部に向かって位置する小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の層を指している。専門用語「下側」、「底部」又は「下方」は、ベクトル１９４に対して垂直であり、かつ図１Ａの底部に向かって位置する小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の層を指している。これらの専門用語は、当該技術分野において既知であるように、基本的に基板１０６上に一連の層を配設するプロセスを用いて製造される小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のような構造に対して、相対的であり、かつ従来通りである。したがって、本明細書において用いられるときに、専門用語「垂直」は、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の上部から底部までの一連の層を指している。
【0017】
同様に、図１Ａを更に参照すると、専門用語「前方」は、ベクトル１９０に垂直であり、かつ小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の図面の前方に向かって位置する小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の側を指している。専門用語「後方」は、ベクトル１９０に垂直であり、かつ小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の図面の後方に向かって位置する小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の側を指している。同様に、専門用語「左側」は、ベクトル１９２に垂直であり、かつ図１Ａの左側に向かって位置する小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の側を指している。専門用語「右側」は、ベクトル１９２に垂直であり、かつ図１Ａの右側に向かって位置する小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の側を指している。したがって、本明細書において用いられるときに、専門用語「横方向」は、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の前方から後方へ、又は後方から前方へ、代替的には左側から右側へ、又は右側から左側への一連の構造を指している。
【0018】
図１Ａを更に参照すると、図１Ａには線２−２も示されており、その線は、本発明の種々の実施例を説明するために、図２Ａ及び図２Ｂに示されるような、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の断面立面図を示すために用いられる平面のトレースを示す。図１Ａに示される２に隣接する矢印はベクトル１９０に対して平行であり、図２Ａ及び図２Ｂの断面立面図は、ベクトル１９０の始点から終点方向に目を向けて見たときの図であり、それらの図は後に説明される。
【0019】
図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は、第１の電極１０８及び第２の電極１１４も含み、第１の電極１０８及び第２の電極１１４は、アクティブ構造１０２にキャリアを注入するための電流を与えることになる。図１Ａに示されるように、本発明の一実施例では、限定はしないが一例として、第１の電極１０８は基板１０６の下方に配置される。代替的には、本発明の別の実施例では、第１の電極１０８は、基板１０６上方の、アクティブ構造１０２下方のＤＢＲ１０４の前面に配置される場合がある。本発明の別の実施例では、第２の電極１１４は、限定はしないが一例として、基板１０６上方の、アクティブ構造１０２上方のＤＢＲ１０４の前面に配置される。代替的には、本発明の別の実施例では、第２の電極１１４は、アクティブ構造１０２の上方の回折格子反射器構造１１２の一部の上部に配置される（図示せず）。第２の電極１１４が回折格子反射器構造１１２の一部の上部に配置される場合には、第２の電極１１４は、ＶＣＳＥＬ１０１から放射される光１１８を遮断しないように構成される。
【0020】
図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、第１の電極１０８及び第２の電極１１４の配置は、キャリアが電極からアクティブ構造に進行する輸送距離が短縮されるように構成される。その結果、本発明の１つ又は複数の実施例では、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１から放射される光１１８は、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の変調帯域幅が約１００ギガヘルツであるように変調される。したがって、本発明の１つ又は複数の実施例では、ＤＢＲ１０４内にアクティブ構造１０２を含むことは、キャリアがアクティブ構造１０２に輸送される際に通る材料の量を削減するのを助け、それにより、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の直列電気抵抗が低減されることが予想される。その結果、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の低減された直列電気抵抗は、動作中に約１００ギガヘルツである小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のための変調帯域幅を与える。本発明の他の実施例も、キャリアがアクティブ構造１０２に輸送される際に通る材料の量の削減を提供し、これも約１００ギガヘルツである小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のための変調帯域幅を与え、それが次に説明される。
【0021】
ここで図１Ｂを参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例による、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の別の例の斜視図１００Ｂが示されており、アクティブ構造１０２が、代わりに回折格子反射器構造１１２内に配置される。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は、少なくとも一方が回折格子反射器構造１１２であり他方がＤＢＲ１０４である２つの反射構造１０３と、アクティブ構造１０２と、を含む。ＤＢＲ１０４は回折格子反射器構造１１２の下方に配置される。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、アクティブ構造１０２は回折格子反射器構造１１２内に配置され、キャリアの注入時に光１１８を放射することになる。図１Ａと同様に、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のこの例では、アクティブ構造１０２が回折格子反射器構造１１２内に配置されるので、ＤＢＲ１０４及び回折格子反射器構造１１２は、小モード体積の垂直空洞共振器として構成される。
【0022】
図１Ａに類似であるが、図１Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例では、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は、第１の電極１０８及び第２の電極１１４も含む。第１の電極１０８及び第２の電極１１４は、アクティブ構造１０２の中にキャリアを注入するための電流を与えることになる。図１Ｂに示されるように、本発明の一実施例では、第１の電極１０８及び第２の電極１１４は、限定はしないが一例として、回折格子反射器構造１１２の上部に配置される。限定はしないが、当該技術分野において既知であるように、分離したビアホールを通して、アクティブ構造１０２の両側に配置されるコンタクトを設けることできる。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、第１の電極１０８及び第２の電極１１４の配置は、キャリアが電極からアクティブ構造に進行する輸送距離が短縮されるように構成される。
【0023】
図１Ｂを更に参照すると、図１Ａに示される小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の構造と同じように、本発明の１つ又は複数の実施例では、回折格子反射器構造１１２内にアクティブ構造１０２を含むことは、キャリアがアクティブ構造１０２に輸送される際に通る材料の量を削減するのを助け、それにより、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の直列電気抵抗が低減されることが予想される。したがって、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の直列電気抵抗が低減されることに起因して、動作中に、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１内の熱散逸が、アクティブ構造１０２のバンドギャップが大きく変化しないように十分に低減され、同じことが図１Ａに示される小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の構造にも当てはまる。小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１内の熱散逸が小さいので、本発明の実施例は、熱散逸が小さく、熱安定性が高く、入力電力の関数としての出力振幅が安定しており、周波数ドリフトが小さい、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１を提供する。同様に、本発明の１つ又は複数の実施例では、図１Ｂの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１はスペーサ層１１０を更に含むことができ、スペーサ層は回折格子反射器構造１１２の下方に配置され、その機能は後に更に詳細に説明される。
【0024】
図１Ｂを更に参照すると、三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４が斜視図１００Ｂの向きを示しており、それは図１Ａの斜視図１００Ａと概ね同じである。図１Ａの線２−２と同様に、図１Ｂには線４−４が示されており、その線は、本発明の種々の実施例を説明するために、図４Ａ及び図４Ｂに示されるような、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の断面立面図を示すために用いられる平面のトレースを示す。図１Ｂに示される４に隣接する矢印はベクトル１９０に平行であり、図４Ａ及び図４Ｂの断面立面図は、ベクトル１９０の始点から終点方向に目を向けて見たときの図であり、それらの図は後に説明される。
【0025】
ここで図２Ａを参照し、かつ図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例による、図１Ａの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の一例の、図１Ａの線２−２を通る断面立面図２００Ａが示される。三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４が図１Ａの斜視図１００Ａに対する断面立面図２００Ａの向きを示す。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は、ＤＢＲ１０４の底部１０４−１に結合される第１の電極１０８と、ＤＢＲ１０４の上部１０４−３に結合される第２の電極１１４（例えば、図１Ａを参照）とを更に含むことができる。図２Ａに示されるように、第１の電極１０８は、一例として、基板１０６の下方に配置されるが、本発明の実施例の趣旨及び範囲内で、層が介在することなく、第１の電極１０８及び第２の電極１１４はそれぞれ底部１０４−１及び上部１０４−３と直接結合することができるので、それには限定はされない。
【0026】
図２Ａ及び図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、アクティブ構造１０２は、上部１０４−３と底部１０４−１との間のＤＢＲ１０４内の実質的に真性の部分１０４−２内に配置される。本明細書において用いられるときに、専門用語「実質的に真性の部分」は、アクティブ構造１０２によって占有された部分を除いてドープされない、ＤＢＲ１０４又は回折格子反射器構造１１２のうちのいずれかの材料の部分を意味し、アクティブ構造は、１つ又は複数のＱＷ内に、１つ又は複数のそれぞれのＱＷ内でキャリア閉じ込めを引き起こすために適切にドープされた材料を含むことができる。ｐ型ドープ部分、実質的に真性の部分１０４−２、及びｎ型ドープ部分は、アクティブ構造１０２へのキャリア注入を与える垂直ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成される。小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の動作中に、垂直ｐ−ｉ−ｎダイオード構造は、アクティブ構造１０２へのキャリア注入を与えるために、順方向バイアスをかけられる。同様に、本明細書において記述される本発明の他の実施例は、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の動作中に順方向バイアスをかけることができるｐ−ｉ−ｎダイオード構造の数多くの構成を含む。しかしながら、本明細書において記述されるｐ−ｉ−ｎダイオード構造のための他のバイアス方式も、本発明の実施例の趣旨及び範囲内にある。
【0027】
図２Ａ及び図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、上部１０４−３はｐ型ドープ部分を含むことができ、底部１０４−１はｎ型ドープ部分を含むことができる。代替的には、本発明の別の実施例では、上部１０４−３はｎ型ドープ部分を含むことができ、底部１０４−１はｐ型ドープ部分を含むことができる。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、回折格子反射器構造１１２は、サブ波長回折格子（ＳＷＧ）１１２−１ａを含む、少なくとも上側部分１１２−１を含む。一例として、図１Ａ及び図２Ａにおいて断面で示されるように、本発明の一実施例では、限定はしないが、上側部分１１２−１をパターニングして、ＳＷＧ１１２−１ａ内の直線のバー配列を作製することができる。ＳＷＧ１１２−１ａの他の構成も本発明の実施例の趣旨及び範囲内にあり、２０１０年１月２９日に出願の「VERTICAL-CAVITY SURFACE-EMITTING LASERS WITH NON-PERIODIC GRATING」と題するＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２２６３２号において記述される。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、ＳＷＧ１１２−１ａは、光１１８の横方向の光学的閉じ込めを与える非周期的な回折格子パターンを用いて製造することができる。
【0028】
図２Ａ及び図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、スペーサ層１１０は支持部分１１０−１及び低屈折率部分１１０−２を含む。スペーサ層１１０の低屈折率部分１１０−２は、ＤＢＲ１０４よりも低い屈折率を有する。小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のこの例では、アクティブ構造１０２がＤＢＲ１０４内に配置されるので、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、スペーサ層１１０の低屈折率部分１１０−２は、ＳＷＧ１１２−１ａと組み合わせて、ＤＢＲ１０４の反対側にある第２の反射器としての役割を果たし、小モード体積の垂直空洞共振器を与える。本発明の一実施例では、低屈折率部分１１０−２は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のような半導体酸化物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物の酸化物、又は代替的にはＩＩ−ＶＩ族化合物の酸化物等の、低い屈折率を有する誘電体材料とすることができる。本発明の別の実施例では、低屈折率部分１１０−２は、空気等の低い屈折率を有する気体で満たされた空洞とすることができる。低屈折率部分１１０−２は、ＳＷＧ１１２−１ａの下方のスペーサ層１１０内に以前に堆積された材料を選択的にエッチングして除去し、空気を入れるための空洞を作製することによって製造することができる。
【0029】
ここで図２Ｂを参照し、図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、図１Ａの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の別の例の、図１の線２−２を通る断面立面図２００Ｂが示される。三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４が図１Ａの斜視図１００Ａに対する断面立面図２００Ｂの向きを示す。図２Ｂと図２Ａとを比較すると明らかであるように、図２Ｂに示される小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の構造の構成は、以下の構造：ＳＷＧ１１２−１ａを含む上側部分１１２−１を含む回折格子反射器構造１１２；支持部分１１０−１及び低屈折率部分１１０−２を含むスペーサ層１１０；底部１０４−１、真性部分１０４−２及び上部１０４−３を含むＤＢＲ１０４；アクティブ構造１０２；基板１０６；並びに第１の電極１０８及び第２の電極１１４（例えば、図１Ａを参照）に関して、図２Ａの検討において上記で記述されたのと基本的に同じである。
【0030】
しかしながら、図１Ａ及び図２Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例では、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は、酸化物アパーチャ層２１０を更に含むことができる。酸化物アパーチャ層２１０は、アクティブ構造１０２と回折格子反射器構造１１２との間に配置される。酸化物アパーチャ層２１０は、利得導波部（gain-guided portion）１０４−３ａを形成し、そこから、キャリアを、アクティブ構造１０２の中に注入することができる。図２Ｂに示されるように、一例として、本発明の一実施例では、ＤＢＲ１０４の上部１０４−３が利得導波部１０４−３ａを含むが、利得導波部が、光１１８が放射されることになるアクティブ構造１０２の部分にキャリア電流を閉じ込める限り、利得導波部及び酸化物アパーチャ層は小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１内の他の場所に配置することもできるので、それには限定されない。さらに、本発明の他の実施例は、利得導波部の他の構成を提供し、その構成が次に説明される。
【0031】
ここで図３を参照し、図１Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、図１Ａの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の更に別の例のＤＢＲ１０４の上部の平面図３００が示される。三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４が、図１Ａの斜視図１００Ａに対する平面図３００の向きを示す。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、図３に対応する小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の構造の構成は、以下の構造：ＳＷＧ１１２−１ａを含む上部１１２−１を含む回折格子反射器構造１１２；支持部分１１０−１及び低屈折率部分１１０−２を含むスペーサ層１１０；底部１０４−１、真性部分１０４−２及び上部１０４−３を含むＤＢＲ１０４；アクティブ構造１０２；基板１０６；並びに第１の電極１０８及び第２の電極１１４に関して図２Ａの検討において上記で記述されたのと基本的に同じである。しかしながら、本発明の１つ又は複数の実施例では、図１Ａの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のＤＢＲ１０４にイオン注入して、高電気抵抗部１０４−３ｂを形成することができる。当該技術分野において既知であるように、ＩＩＩ−Ｖ族及びＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に水素イオン（Ｈ＋）又は代替的には他のイオン種を注入して、高電気抵抗の領域を作製することができる。高電気抵抗部１０４−３ｂをパターニングして、より導電率の高い利得導波部１０４−３ａを作製し、利得導波部は、アクティブ構造１０２の中にキャリアを注入することができるサイトを与える。
【0032】
図３によって示されるように、一例として、本発明の一実施例では、ＤＢＲ１０４の上部１０４−３は利得導波部１０４−３ａと、イオン注入によって作製された高電気抵抗部１０４−３ｂと、より導電率の高いチャネル部１０４−３ｃとを含む。図３に示されるように、本発明の一実施例では、より導電率の高いチャネル部１０４−３ｃは、キャリアの流れが上部１０４−３の前面に配置された第２の電極１１４から利得導波部１０４−３ａに達する経路を与える。図３と図２Ｂとを比較すると明らかであるように、図３に示される小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の構造部分の構成は、図２Ｂに示される小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の構造の構成に類似であるが、酸化物アパーチャ層２１０の代わりに、高電気抵抗部１０４−３ｂを用いて、酸化物アパーチャ層２１０が提供するのと概ね同じ、利得導波部１０４−３ａへのキャリアの流れを制限する機能を提供することが異なる。同様に、利得導波部が、光１１８が放射されることになるアクティブ構造１０２の部分にキャリア電流を誘導する限り、利得導波部及び高電気抵抗部が小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１内の他の場所に配置される本発明の他の実施例も本発明の実施例の趣旨及び範囲内にある。
【0033】
ここで図４Ａを参照し、図１Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、図１Ｂの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の別の例の、図１Ｂの線４−４を通る断面立面図４００Ａが示される。三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４は、図１Ｂの斜視図１００Ｂに対する断面立面図４００Ａの向きを示す。図４Ａと図１Ｂとを比較すると明らかなように、図４Ａに示される小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の構造の構成は、以下の構造：ＳＷＧ１１２−１ａを含む上部１１２−１を含む回折格子反射器構造１１２；アクティブ構造１０２；支持部分１１０−１及び低屈折率部分１１０−２を含むスペーサ層１１０；ＤＢＲ１０４；基板１０６；並びに第１の電極１０８及び第２の電極１１４（図４Ａには示されない）に関して図１Ｂの検討において上記で記述されたのと基本的に同じである。
【0034】
しかしながら、図４Ａ及び図１Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例では、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は、アクティブ構造１０２の下方に配置される部分と、上側部分１１２−１、実質的に真性の部分１１２−２及びアクティブ構造１０２を含む回折格子反射器構造１１２とを更に含むことができる。アクティブ構造１０２は、回折格子反射器構造１１２の上側部分１１２−１の下方の実質的に真性の部分１１２−２内に配置される。ｐ型ドープ部分、実質的に真性の部分１１２−２、及びｎ型ドープ部分は、アクティブ構造１０２へのキャリア注入を与える垂直ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成される。本発明の一実施例では、上側部分１１２−１はｐ型ドープ部分を含むことができ、アクティブ構造１０２の下方に配置される部分はｎ型ドープ部分を含むことができる。代替的には、本発明の別の実施例では、上側部分１１２−１はｎ型ドープ部分を含むことができ、アクティブ構造１０２の下方に配置される部分はｐ型ドープ部分を含むことができる。
【0035】
図４Ａ及び図１Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、回折格子反射器構造１１２は、ＳＷＧ１１２−１ａを含む少なくとも上側部分１１２−１を含む。一例として、図１Ｂ及び図４Ａにおいて断面図で示されるように、本発明の一実施例では、限定はしないが、上側部分１１２−１をパターニングして、ＳＷＧ１１２−１ａ内の直線のバー配列を作製することができる。上記で説明されたように、ＳＷＧ１１２−１ａのための他の構成も本発明の実施例の趣旨及び範囲内にある。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、ＳＷＧ１１２−１ａは、光１１８の横方向の光学的閉じ込めを与える非周期的な回折格子パターンを用いて製造することができる。
【0036】
図４Ａ及び図１Ｂを更に参照すると、ＳＷＧ１１２−１ａは、当該技術分野において既知であるように、種々のエッチング技法によって作製することができる。しかしながら、ＳＷＧの凹部領域のエッチング深度が真性部分１１２−２の中に延在する場合には、例えば、非凹部の側壁、例えば、凹部領域間のバーの側壁が、キャリアの再結合のためのサイトとしての役割を果たす場合があり、それにより、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のエレクトロルミネセンス効率が低下する場合がある。それゆえ、図４Ａに、そして同様に図４Ｂに示されるように、本発明の一実施例では、ＳＷＧ１１２−１ａが、単一のドープ部分である回折格子反射器構造１１２の上側部分１１２−１内に配置されるように、エッチング深度は真性部分１１２−２を横切らないように制御される。代替的には、本発明の他の実施例では（図４Ａには示されない）、側壁が、異なるドープ領域間、例えば、限定はしないが、ｐ型ドープ上側部分１１２−１と真性部分１１２−２との間の接合部に位置するように製造される非凹部の側壁を、例えば、それらの側壁の表面を不動態化することによって処理して、そのようなサイトにおけるキャリアの再結合を低減することができる。
【0037】
図４Ａ及び図１Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、スペーサ層１１０は支持部分１１０−１及び低屈折率部分１１０−２を含む。スペーサ層１１０の低屈折率部分１１０−２は、ＤＢＲ１０４よりも低い屈折率を有する。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、上記で説明されたように、スペーサ層１１０の低屈折率部分１１０−２は、ＳＷＧ１１２−１ａと組み合わせて、ＤＢＲ１０４の反対側にある第２の反射器としての役割を果たす。本発明の一実施例では、上記で説明されたように、低屈折率部分１１０−２は、低い屈折率を有する誘電体材料とすることができる。本発明の別の実施例では、上記で説明されたように、低屈折率部分１１０−２は、空気等の低い屈折率を有する気体で満たされた空洞とすることができる。図４Ａに示されるように、一例として、本発明の一実施例では、アクティブ構造１０２の下方に配置される部分がスペーサ層１１０を含む。更なる例として、本発明の一実施例では、アクティブ構造１０２の下方に配置される部分がスペーサ層１１０の支持部分１１０−１を含み、上側部分１１２−１がｐ型ドープ部分であるとき、支持部１１０−１は半導体材料のｎ型ドープ部分であるが、上側部分１１２−１がｎ型ドープ部分である場合には、支持部分１１０−１はｐ型ドープすることができるので、それには限定されない。しかしながら、本発明の実施例は、次に説明されるように、アクティブ構造１０２の下方に配置される部分がスペーサ層１１０だけを含むことには限定されない。
【0038】
ここで図４Ｂを参照し、かつ図１Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、図１Ｂの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の別の例の回折格子反射器構造１１２の、図１Ｂの線４−４を通る断面立面図４００Ｂが示される。三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４が、図１Ｂの斜視図１００Ｂに対する断面立面図４００Ｂの向きを示す。図４Ｂに対応する小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の構造の構成は、以下の構造：ＳＷＧ１１２−１ａを含む上部１１２−１を含む回折格子反射器構造１１２；支持部分１１０−１及び低屈折率部分１１０−２を含むスペーサ層１１０；底部１０４−１、真性部分１０４−２及び上部１０４−３を含むＤＢＲ１０４；アクティブ構造１０２；基板１０６；並びに第１の電極１０８及び第２の電極１１４に関して、図１Ｂ及び図４Ａの検討において上記で記述されたのと基本的に同じである。
【0039】
しかしながら、図４Ｂに示されるように、本発明の別の実施例では、回折格子反射器構造１１２は、ＳＷＧ１１２−１ａを含む上部１１２−１、及びアクティブ構造１０２を含む真性部分１１２−２に加えて、下側部分１１２−３を含む。本発明の実施例によれば、アクティブ構造１０２の下方に配置される部分は、回折格子反射器構造１１２の下側部分１１２−３を含む。したがって、回折格子反射器構造自体が、アクティブ構造１０２へのキャリア注入を与える垂直ｐ−ｉ−ｎダイオードを含む。一例として、図４Ｂに示されるように、本発明の一実施例では、上側部分１１２−１はｐ型ドープ部分を含み、下側部分１１２−３はｎ型ドープ部分を含む。代替的には、本発明の別の実施例では、上側部分１１２−１はｎ型ドープ部分を含み、下側部分１１２−３はｐ型ドープ部分を含む。図１Ｂの検討において上記で記述されたように、第１の電極１０８及び第２の電極１１４は回折格子反射器構造１１２の上部に配置することができ、当該技術分野において既知であるように、分離したビアホールを通して、ｐ−ｉ−ｎダイオードの両側へのコンタクトを設けることができる。しかしながら、次に説明されるように、代替の電流キャリア注入方式も本発明の実施例の趣旨及び範囲内にある。
【0040】
ここで図５を参照し、かつ図１Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、図１Ｂの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の更に別の例の回折格子反射器構造１１２の上側部分１１２−１の平面図５００が示される。三つ組のベクトル１９０、１９２及び１９４は、図１Ｂの斜視図１００Ｂに対する平面図５００の向きを示す。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１は、ｐ型ドープ部分１１２−４及びｎ型ドープ部分１１２−５を更に含むことができる。ｐ型ドープ部分１１２−４は回折格子反射器構造１１２のＳＷＧ１１２−１ａの第１の側に隣接して配置される。ｎ型ドープ部分１１２−５は、回折格子反射器構造１１２のＳＷＧ１１２−１ａの第２の側に隣接して配置される。図５に示されるように、上側部分１１２−１は、回折格子反射器構造１１２の実質的に真性の部分を含む。アクティブ構造１０２は、実質的に真性の部分の中に配置され、ｐ型ドープ部分１１２−４及びｎ型ドープ部分１１２−５と結合される。ｐ型ドープ部分１１２−４、上側部分１１２−１内に含まれる実質的に真性の部分、及びｎ型ドープ部分１１２−５は、アクティブ構造１０２へのキャリア注入を与える横方向ｐ−ｉ−ｎダイオードとして構成される。図１Ｂの検討において上記で記述された電気的コンタクト方式と同様に、第１の電極１０８及び第２の電極１１４は回折格子反射器構造１１２の上部に配置することができる。しかしながら、本発明の一実施例では、横方向ｐ−ｉ−ｎダイオードの両側へのコンタクトは、ｎ型ドープ部分１１２−５内で第１の電極１０８を直接接触させることによって、かつｐ型ドープ部分１１２−４内で第２の電極１１４を直接接触させることによって形成することができる。
【0041】
本発明の上記の実施例は、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の種々の例を提供し、アクティブ構造１０２はもはや、ＤＢＲとＶＣＳＥＬの回折格子反射器との間の空洞内に配置されるのではなく、ＤＢＲ１０４内に、又は代替的には回折格子反射器構造１１２内に配置される。したがって、本発明の実施例では、空洞がＤＢＲ１０４とＳＷＧ１１２−１ａとの間に空気、又は代替的には低い屈折率の材料の薄い層を含むように、空洞長を短縮することができる。本発明の実施例によれば、短縮された空洞長は、上記の新規のキャリア注入方式、例えば、図２Ａ、図３、図４Ａ、図４Ｂ及び図５に示されるような、酸化物アパーチャ層２１０を用いない小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１を可能とするが、図２Ｂに示されるような、酸化物アパーチャ層２１０を含むキャリア注入方式も本発明の実施例の趣旨及び範囲内にある。さらに、本発明の上記の実施例は、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１から放射される光１１８の光学的閉じ込めを与えるために、「VERTICAL-CAVITY SURFACE-EMITTING LASERS WITH NON-PERIODIC GRATING」と題するＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２２６３２号において記述されるような、ＳＷＧ１１２−１ａの非周期的なパターニングと組み合わせることができる。したがって、本発明の実施例は、約１００ＧＨｚの直接変調において高速に動作することができる小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１を提供する。さらに、本発明の実施例では、動作中に、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の電力出力は約１ミリワットである。したがって、本発明の上記の実施例は、データ通信の応用形態に適している小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１の種々の例を提供し、データ通信環境の場合の本発明の実施例が次に説明される。
【0042】
ここで図６Ａを参照し、かつ図１Ａ〜図５を更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例による、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１が一例である複数の小モード体積ＶＣＳＥＬ（６１０）を含む、光バス送信器６０１の概略図６００Ａが示される。図１Ａ〜図５の小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１のための本発明の実施例が、光バス送信器６０１の環境内に組み込まれる。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、複数の小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１（６１０）は、光バス６５０のビット線、例えば、ビット線６５０−１のための光出力ドライバとして構成される。光バス６５０内の各ビット線は、光バス送信器６０１の小モード体積ＶＣＳＥＬから放射される光を受信することになる。例えば、ビット線６５０−１は、光バス送信器６０１内の複数の小モード体積ＶＣＳＥＬ（６１０）のうちの小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１から放射される光１１８を受信することになる。図６Ａに示されるように、光バス６５０内のビット線は、複数の選択された小モード体積ＶＣＳＥＬ（６１０）から放射された光のパルスに対応するビットを有する正論理に関連付けられる情報のバイトを送信することができる。
【0043】
例えば、ここで図１Ａ〜図６Ａを更に参照すると、小モード体積ＶＣＳＥＬ１０１から放射された光１１８のパルスは、ビット列「１００１０００１」によって与えられる８ビットバイトの第１のビット、論理「１」に対応し、そのビット列は複数の選択された小モード体積ＶＣＳＥＬ（６１０）から放射された光のパルスに対応する（図６Ａの点線によって示される）。一例として、図６Ａは、限定はしないが、８ビットバイトの送信のために構成される光バス６５０を示す。しかしながら、図６Ａよりも多くの、又は少ないビット線を含む光バスも本発明の実施例の趣旨及び範囲内にある。さらに、一例として、図６Ａ内のバス６５０は、これまで、パラレルバス構成においてバイトを送信するように説明されてきたが、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、光バス６５０は個々のビット線上でシリアルにバイトを送信することもできる。
【0044】
図６Ａにおいて、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、概略図６００Ａは、少なくとも１つの光バス６５０及び少なくとも１つの光バス送信器６０１を含む、一例のシステム６０５も示す。しかしながら、本発明の実施例が、その趣旨及び範囲内に、光バス６５０及び光バス送信器６０１に類似の１つ又は複数の光バス及び光バス送信器と統合される他の構成要素を有するシステムも含み、それが次に説明される。
【0045】
ここで図６Ｂを参照し、かつ図６Ａを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、更に別の例のシステム６０５の概略図６００Ｂが示されており、そのシステムは少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器、例えば、光バス６５０及び光バス送信器６０１を含む、デジタル情報プロセッサ６０７を含む。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、システム６０５は、構成要素の統合された組み合わせ、例えば、デジタル情報プロセッサ６０７を更に含むことができる。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、デジタル情報プロセッサ６０７は、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器と統合される複数の構成要素６０７−１、６０７−２、６０７−３及び６０７−４を含む。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器は、デジタル情報プロセッサ６０７内の光バスに結合される構成要素間で情報を転送することになる。本明細書において用いられるときに、デジタル情報プロセッサ６０７は、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器によってデジタル情報が搬送されるように、デジタル形式において少なくとも幾つかの情報を処理する電子装置、例えば、限定はしないが、コンピュータ、サーバ又はデジタル電子装置を含む。例えば、デジタル情報プロセッサ６０７は、構成要素６０７−１、６０７−２、６０７−３及び６０７−４を含むサーバを含むことができ、それらの構成要素６０７−１、６０７−２、６０７−３及び６０７−４はそれぞれ中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラムメモリ、データメモリ、及び入力／出力モジュールである。
【0046】
図６Ａ及び図６Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、デジタル情報プロセッサ６０７は、図６Ａの光バス６５０及び光バス送信器６０１に類似の複数の組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−１、６０５−２、６０５−３、６０５−４、６０５−５、６０５−６、６０５−７、６０５−８、６０５−９、６０５−１０、６０５−１１及び６０５−１２を用いて複数の構成要素６０７−１、６０７−２、６０７−３及び６０７−４と統合される。図６Ｂに示されるように、それぞれの組み合わせたれた光バス／光バス送信器６０５−１、６０５−２及び６０５−３は、それぞれの組み合わせられた光バス／光バス送信器によって、構成要素６０７−２、６０７−３及び６０７−４と結合される。組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−１は、それぞれの組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−６、６０５−９及び６０５−１２によって構成要素６０７−２、６０７−３及び６０７−４と結合される。組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−２は、それぞれの組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−５、６０５−８及び６０５−１１によって構成要素６０７−２、６０７−３及び６０７−４と結合される。組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−３は、それぞれの組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−４、６０５−７及び６０５−１０によって構成要素６０７−２、６０７−３及び６０７−４と結合される。図６Ｂに示されるように、一例として、組み合わせられた光バス／光バス送信器は、限定はしないが、光バス送信器が光バスの端部に配置されるような双方向デバイスとして構成される。
【0047】
さらに、図６Ａ及び図６Ｂを更に参照すると、光バス受信器（図示せず）が、光バスのいずれかの端部にインターフェース接続される場合があり、双方向及び一方向光バスが本発明の実施例の趣旨及び範囲内にある。更なる例として、本発明の一実施例では、デジタル情報プロセッサ６０７としてサーバを含むシステム６０５の場合、ＣＰＵ、すなわち構成要素６０７−１は、データバス、制御バス及びアドレスバスを用いて、プログラムメモリ、データメモリ、及び入力／出力モジュール、すなわちそれぞれ構成要素６０７−２、６０７−３及び６０７−４と統合される場合がある。システム６０５がサーバを含む本発明の一実施例の場合、データバスは、それぞれ組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−１、６０５−６、６０５−９及び６０５−１２内に含まれ、制御バスは、それぞれ組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−２、６０５−５、６０５−８及び６０５−１１内に含まれ、アドレスバスは、それぞれ組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−３、６０５−４、６０５−７及び６０５−１０内に含まれる。図６Ｂに示されるように、本発明の別の実施例では、デジタル情報プロセッサ６０７は、入力／出力モジュール、すなわち構成要素６０７−４を含むことができ、入力／出力モジュールは組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−２０と結合され、その光バス／光バス送信器６０５−２０は、デジタル情報プロセッサ６０７、例えば、サーバとの間のデジタル情報の入力及び出力を提供し、それが次に説明される。
【0048】
ここで図６Ｃを参照し、かつ図６Ａ及び図６Ｂを更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施例によれば、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器、例えば、図６Ａの光バス６５０及び光バス送信器６０１を含む、更に別の例のシステム６０５、すなわち、データ処理センタ６０９の概略図６００Ｃが示される。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、システム６０５は、構成要素の統合された組み合わせ、例えば、データ処理センタ６０９を更に含むことができる。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、データ処理センタ６０９は、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器、例えば、組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−２０と統合される、複数のデジタル情報プロセッサ、例えば、デジタル情報プロセッサ６０７及び６０８を含む。本発明の１つ又は複数の実施例によれば、少なくとも１つの光バス及び少なくとも１つの光バス送信器は、データ処理センタ６０９内の光バスに結合される一方のデジタル情報プロセッサ６０７と別のデジタル情報プロセッサ６０８との間で情報を転送することになる。一例として、本発明の一実施例では、データ処理センタ６０９は、限定はしないが、デジタル情報プロセッサ６０７を含む１つのサーバと、デジタル情報プロセッサ６０８を含む別のサーバとを含むことができる。しかしながら、本発明の実施例が、その趣旨及び範囲内に、組み合わせられた光バス／光バス送信器６０５−２０が一例である、１つ又は複数の組み合わせられた光バス／光バス送信器と統合される複数のサーバを含むシステムも含む。
【0049】
本発明の具体的な実施例のこれまでの説明は、例示し、説明するために提示された。それらの実施例は、本発明を網羅することも、本発明を開示されるのと全く同じ形に限定することも意図するものではなく、上記の教示に鑑みて、数多くの変更及び変形が可能である。本明細書に記載の実施例は、本発明の原理及びその実用的な応用例を最もわかりやすく説明し、それにより、意図した特定の用途に相応しいように種々の変更を加えながら、当業者が本発明及び種々の実施例を最大限に利用できるようにするために、選択及び説明された。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって規定されることを意図することができる。