(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024139740
(43)【公開日】2024-10-09
(54)【発明の名称】底面発光型垂直キャビティ表面発光レーザ
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20241002BHJP
【FI】
H01S5/183
【審査請求】有
【請求項の数】17
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024046245
(22)【出願日】2024-03-22
(31)【優先権主張番号】63/492,354
(32)【優先日】2023-03-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18/522,647
(32)【優先日】2023-11-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】519146787
【氏名又は名称】ツー-シックス デラウェア インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】II-VI Delaware,Inc.
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(72)【発明者】
【氏名】ジョヴァンニ・バルバロッサ
(72)【発明者】
【氏名】アンナ・タタルチャック
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー・ココット
【テーマコード(参考)】
5F173
【Fターム(参考)】
5F173AC03
5F173AC13
5F173AC34
5F173AC52
5F173AD10
5F173AD30
5F173AK21
5F173AK22
5F173AL01
5F173AL07
5F173AR92
5F173AR99
(57)【要約】
【課題】この開示は、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する底面発光型垂直キャビティ表面発光レーザ(BSE VCSEL)を説明する。
【解決手段】BSE VCSELは、酸化物なしでもよい。2つのコンタクトが、基板より上に設置される。1つのアパーチャおよび1つまたは複数の活性領域が、2つのDBR同士の間に設置される。第1のコンタクトが、基板およびアパーチャより下にある第1のDBRに結合される。第2のコンタクトが、アパーチャより上にある第2のDBRに結合される。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の底面発光型垂直キャビティ表面発光レーザ(BSE VCSEL)を備えるシステムであって、前記第1のBSE VCSELは、
底面側から光信号を出力するように動作可能な基板と、
第1のコンタクトと、
前記基板の上面側および前記第1のコンタクトに動作可能に結合された第1の分布ブラッグ反射鏡(DBR)と、
前記第1のDBRの上面側に直に結合された第1のアパーチャであって、前記第1のアパーチャはリソグラフィを用いて画定される、第1のアパーチャと、
前記第1のアパーチャの上面側に直に結合された第1の活性領域と、
前記第1の活性領域の上面側に動作可能に結合された第2のDBRと、
前記第2のDBRの上面側に直に結合された第2のコンタクトと
を備える、システム。
【請求項2】
請求項1に記載のシステムであって、前記基板は半絶縁性である、システム。
【請求項3】
請求項1に記載のシステムであって、前記基板は、前記底面側を反射防止コーティングにより覆われる、システム。
【請求項4】
請求項1に記載のシステムであって、前記基板は、前記上面側を電流拡散層により覆われる、システム。
【請求項5】
請求項1に記載のシステムであって、
前記第1のコンタクトはnコンタクトであり、
前記第2のコンタクトはpコンタクトである、
システム。
【請求項6】
請求項1に記載のシステムであって、
前記第1のDBRはnDBRであり、
前記第2のDBRはpDBRである、
システム。
【請求項7】
請求項1に記載のシステムであって、
前記第1のコンタクトはnコンタクトであり、
前記第2のコンタクトはnコンタクトである、
システム。
【請求項8】
請求項1に記載のシステムであって、
前記第1のDBRはnDBRであり、
前記第1のBSE VCSELは、前記第1の活性領域より上にトンネル接合を備え、
前記第2のDBRはnDBRであり、
前記第2のDBRは、前記トンネル接合に直に結合された、
システム。
【請求項9】
請求項1に記載のシステムであって、前記システムは、第2のBSE VCSELを備え、前記第2のBSE VCSELは、
前記基板の上面側に動作可能に結合された第3のコンタクトと、
前記基板の前記上面側に動作可能に結合された第3のDBRと、
前記第3のDBRの上面側に直に結合された第2のアパーチャと、
前記第2のアパーチャの上面側に直に結合された第2の活性領域と、
前記第2の活性領域の上面側に動作可能に結合された第4のDBRと、
前記第4のDBRの上面側に直に結合された第4のコンタクトと
を備える、システム。
【請求項10】
請求項9に記載のシステムであって、前記基板は、前記上面側を電流拡散層により覆われ、前記第1のDBRの下の前記電流拡散層は、前記第3のDBRの下の前記電流拡散層とは分離される、システム。
【請求項11】
請求項1に記載のシステムであって、
前記第1のBSE VCSELは、複数の活性領域を備え、
前記複数の活性領域は、前記第1の活性領域を備え、
前記複数の活性領域は、トンネル接合により分離される、
システム。
【請求項12】
請求項1に記載のシステムであって、前記第1のコンタクトは、前記第1のDBRの上面側に直に結合される、システム。
【請求項13】
請求項1に記載のシステムであって、前記アパーチャの形状は、円形および多角形のうちの1つである、システム。
【請求項14】
請求項1に記載のシステムであって、前記アパーチャは、トンネル接合を介して、利得導波用に画定される、システム。
【請求項15】
請求項1に記載のシステムであって、前記アパーチャは、インデックスステップを介して、インデックス導波用に画定される、システム。
【請求項16】
請求項1に記載のシステムであって、前記アパーチャは、0.5μmよりも大きい、システム。
【請求項17】
請求項1に記載のシステムであって、
前記第1のコンタクトは、ビアを通して平坦化され、
前記第1のBSE VCSELは、前記第2のコンタクトから前記第1のコンタクトを隔離するパッシベーション層を備える、
システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
[0001]従来型の底面発光型垂直キャビティ表面発光レーザ(BSE VCSEL)デバイスの限界および欠点は、図面を参照してこの開示の残りの部分に述べられる本方法およびシステムのいくつかの態様とのこのような手法の比較を通して当業者には明らかになるだろう。
【発明の概要】
【0002】
[0002]システムおよび方法は、特許請求の範囲にさらに完全に述べられるように、実質的に複数の図のうちの少なくとも1つにより図説されおよび/または関連して記述されるようなリソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有するBSE VCSELデバイスを提供する。
【図面の簡単な説明】
【0003】
【
図1】[0003]この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する例の単一接合BSE VCSELの図である。
【
図2】[0004]この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する2つの単一接合BSE VCSELの例のアレイの図である。
【
図3】[0005]この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する第1の例の多重接合BSE VCSELの図である。
【
図4】[0006]この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する第2の例の多重接合BSE VCSELの図である。
【
図5】[0007]この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する第3の例の多重接合BSE VCSELの図である。
【
図6】[0008]この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する第4の例の多重接合BSE VCSELの図である。
【発明を実施するための形態】
【0004】
[0009]この開示は、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する底面発光型垂直キャビティ表面発光レーザ(BSE VCSEL)を説明する。システムおよび方法は、小さな発光体間隔を可能にするリソグラフィを用いて画定されるアパーチャを備えるBSE VCSELを提供する。
【0005】
[0010]リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有するVCSELは、さらに優れたモードコンテンツ制御および信頼性を有する。加えて、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャは、より小さな発光体間隔を可能にする。既存のBSE VCSELデバイスのアパーチャは、AlInGaAsの酸化プロセスにより画定されることがある。酸化物アパーチャは、追加される酸化距離のためにアレイ内により大きな発光体同士の間隔を必要とするという欠点を有する。したがって、開示したBSE VCSELは、酸化物のないアパーチャを備え得る。
【0006】
[0011]開示したBSE VCSELデザインが、酸化物のないアパーチャを備えるときには、発光体間隔は、従来型の酸化物ベースのBSE VCSELにおけるよりも小さいことがある。したがって、開示した酸化物のないBSE VCSELデザインでは酸化距離間隔に関する必要性がない。
【0007】
[0012]開示したBSE VCSELデザインは、精密な光学アパーチャ(OA)およびモード制御を可能にする。アパーチャ形状およびサイズの高い再現性は、小さなアパーチャ(例えば、0.5μmよりも大きい)の製造性を可能にする。BSE VCSELのアパーチャは、リソグラフィを用いて画定されてもよく、10nmに至るまでの精確度を可能にする。このアパーチャは、利得導波用のトンネル接合(Tj)を通して画定されてもよい。あるいは、アパーチャは、インデックス導波用にインデックスステップを通して画定されてもよい。
【0008】
[0013]モード形状およびコンテンツは、裏側の光学的必要条件に対して設計され、適合されてもよい。OAの様々な円形または多角形(例えば、三角形、長方形、六角形)形状は、リソグラフィを用いて画定されてもよい。アパーチャの配置および数は、デザインに依存する。
【0009】
[0014]リソグラフィを用いて画定されるアパーチャの実装形態は、単一接合および多重接合BSE VCSELの両方に適用されてもよい。1つまたは複数のアパーチャが、要求されるモードコンテンツおよびデバイス出力部のところの発散角を得るために設計され、リソグラフィを用いて画定されてもよい。各々のアパーチャは、トンネル接合層内にまたはインデックスステップを通して画定されてもよい。
【0010】
[0015]開示したBSE VCSELデザインは、上面発光体に比較して電流拡散の改善を可能にできる。開示したBSE VCSELデザインはまた、製造可能である大きなアパーチャも可能にできる。このような大きなアパーチャ(例えば、>100um)は、大きな光学出力パワーを可能にする。開示したBSE VCSELデザインは、酸化物層がないことのために信頼性の向上を可能にできる。開示したBSE VCSELデザインは、光学的出力部とは反対側での電気的接続を可能にでき、これが縦方向のインテグレーションを単純化する。開示したBSE VCSELデザインは、向上した放熱により優れた過温度性能を可能にできる。
【0011】
[0016]
図1は、この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する例の単一接合BSE VCSELを図示する。
[0017]
図1の単一接合BSE VCSELは、基板101と、nコンタクト103と、n分布ブラッグ反射鏡(nDBR)105と、アパーチャ107と、活性領域109
1と、pDBR113と、pコンタクト115とを備える。nコンタクト103は、nDBR105の側面に結合される。基板101は、半絶縁性(S-I)であってもよい。基板101は、底面側を反射防止(AR)コーティング119により覆われてもよい。基板101は、上面側を、nコンタクト103およびnDBR105に隣接する電流拡散層117により覆われてもよい。光は、示したようにBSE VCSELの底部から出力される。
【0012】
[0018]
図2は、この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する2つの単一接合BSE VCSELの例のアレイを図示する。アレイは、2つ以上の発光体を備えてもよい。
【0013】
[0019]
図2の各々の単一接合BSE VCSEL(発光体)は、nコンタクト103と、nDBR105と、アパーチャ107と、活性領域109
1と、pDBR113と、pコンタクト115とを備える。nコンタクト103は、nDBR105の側面に結合される。基板101は、半絶縁性であってもよい。アレイの単一接合BSE VCSELのすべては、単一の基板101上に設置されてもよい。単一の基板101は、底面側をARコーティング119により覆われてもよい。基板101は、上面側を、各々のnコンタクト103および各々のnDBR105に隣接する電流拡散層117により覆われてもよい。各々の発光体の下の電流拡散層117は、すべての他の発光体の下の電流拡散層117には電気的に結合されない。アレイのBSE VCSELのすべてからの光は、示したようにBSE VCSELの底部から出力される。
【0014】
[0020]
図3は、この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する第1の例の多重接合BSE VCSELを図示する。
[0021]
図3の多重接合BSE VCSELは、基板101と、nコンタクト103と、nDBR105と、アパーチャ107と、1つまたは複数のトンネル接合(Tjs)111
1~111
m-1により分離された複数の活性領域109
1~109
mと、pDBR113と、pコンタクト115とを備える。nコンタクト103は、nDBR105の側面に結合される。基板101は、半絶縁性であってもよい。基板101は、底面側をARコーティング119により覆われてもよい。基板101は、上面側を、nコンタクト103およびnDBR105に隣接する電流拡散層117により覆われてもよい。光は、示したように多重接合BSE VCSELの底部から出力される。
【0015】
[0022]
図4は、この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する第2の例の多重接合BSE VCSELを図示する。
[0023]
図4の多重接合BSE VCSELは、基板101と、nコンタクト103と、nDBR105と、アパーチャ107と、1つまたは複数のトンネル接合(Tjs)111
1~111
m-1により分離された複数の活性領域109
1~109
mと、pDBR113と、pコンタクト115とを備える。基板101は、半絶縁性であってもよい。基板101は、底面側をARコーティング119により覆われてもよい。
図4の多重接合BSE VCSELは、キャビティ内nコンタクト103を含む。
図4の基板101は、nDBR105に直に結合され、そしてnコンタクト103は、nDBR105の上部に設置される。光は、示したように多重接合BSE VCSELの底部から出力される。
【0016】
[0024]
図5は、この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する第3の例の多重接合BSE VCSELを図示する。
[0025]
図5の多重接合BSE VCSELは、基板101と、nコンタクト103と、nDBR105と、アパーチャ107と、1つまたは複数のトンネル接合(Tjs)111
1~111
m-1により分離された複数の活性領域109
1~109
mと、pDBR113と、pコンタクト115とを備える。基板101は、半絶縁性であってもよい。基板101は、底面側をARコーティング119により覆われてもよい。
図5の多重接合BSE VCSELでは、nコンタクト103は、n-ビア121を通して平坦化される。パッシベーション層123は、pコンタクト115からnコンタクト103を隔離する。基板101は、上面側を、n-ビア121およびnDBR105に隣接する電流拡散層117により覆われてもよい。光は、示したように多重接合BSE VCSELの底部から出力される。
【0017】
[0026]
図6は、この開示の様々な例の実装形態による、リソグラフィを用いて画定されるアパーチャを有する第4の例の多重接合BSE VCSELを図示する。
[0027]
図6の多重接合BSE VCSELは、基板101と、第1のnコンタクト103
1と、第2のnコンタクト103
2と、第1のnDBR105
1と、第2のnDBR105
2と、アパーチャ107と、複数の活性領域109
1~109
mと、複数のトンネル接合(Tjs)111
1~111
mとを備える。各々のトンネル接合は、トンネル接合と活性領域との間にp-領域を生成するために電子をホールへと変換する。基板101は、半絶縁性であってもよい。基板101は、底面側をARコーティング119により覆われてもよい。
図6の多重接合BSE VCSELでは、第1のnコンタクト103
1は、アパーチャ107より下で第1のnDBR105
1の側面に結合され、第2のnコンタクト103
2は、アパーチャ107より上で第2のnDBR105
2の上面に結合される。基板101は、上面側を、第1のnコンタクト103および第1のnDBR105に隣接する電流拡散層117により覆われてもよい。光は、示したように多重接合BSE VCSELの底部から出力される。
【0018】
[0028]本明細書において使用されるように、「回路(circuits)」および「サーキットリ(circuitry)」という用語は、物理電子部品(すなわち、ハードウェア)、ならびにハードウェアを構成することがあり、ハードウェアにより実行されることがあり、またはそうでなければハードウェアに関連してもよい任意のソフトウェアおよび/またはファームウェア(「コード(code)」)を指す。本明細書において使用されるように、例えば、特定のプロセッサおよびメモリは、コードの最初の1つまたは複数のラインを実行するときに第1の「回路」を含んでもよく、コードの2番目の1つまたは複数のラインを実行するときに第2の「回路」を含んでもよい。本明細書において使用されるように、「および/または」は、「および/または」によりつなげられたリスト内の項目のうちの任意の1つまたは複数を意味する。例として、「xおよび/またはy」は、3つの要素の組{(x)、(y)、(x,y)}のうちのいずれかの要素を意味する。もう1つの例として、「x、y、および/またはz」は、7個の要素の組{(x)、(y)、(z)、(x,y)、(x,z)、(y,z)、(x,y,z)}のうちのいずれかの要素を意味する。本明細書において使用されるように、「例示的な」という用語は、非限定的な例、事例、または実例として働くことを意味する。本明細書において使用されるように、「例えば(e.g.,)」および「例えば(for example)」という用語は、1つまたは複数の非限定的な例、事例、または実例のリストから出発する。本明細書において使用されるように、サーキットリは、機能の性能が(例えば、ユーザが設定可能な設定値、工場トリム、等により)無効にされているかまたは有効でないかにか拘わらず、機能を実行するために(いずれかが必要である場合には)サーキットリが必要なハードウェアおよびコードを含むときにはいつでも機能を実行するために「動作可能(operable)」である。本明細書において使用されるように、「に基づく(based on)」という用語は、「少なくとも一部が基づく」ことを意味する。例えば、「yに基づくx」は、「x」が少なくとも一部は「y」に基づき(そしてまた、例えば、zにも基づいてもよい)ことを意味する。
【0019】
[0029]本方法および/またはシステムがある種の実装形態を参照して説明されてきている一方で、様々な変更が行われてもよいことおよび等価物が本方法および/またはシステムの範囲から逸脱せずに置き換えられてもよいことを当業者なら理解するだろう。加えて、多くの修正は、本開示の範囲から逸脱せずに本開示の教示への特定の状況または材料に適合するように行われてもよい。それゆえに、本方法および/またはシステムは、開示した特定の実装形態に限定されないばかりか、本方法および/またはシステムが、別記の特許請求の範囲内になるすべての実装形態を含むだろうことが意図される。
【符号の説明】
【0020】
101 基板
103 nコンタクト
1031 第1のnコンタクト
1032 第2のnコンタクト
105 nDBR
1051 第1のnDBR
1052 第2のnDBR
107 アパーチャ
109 活性領域
1091 活性領域
1092 活性領域
109m 活性領域
111 トンネル接合
1111 トンネル接合
111m-1 トンネル接合
111m トンネル接合
113 pDBR
115 pコンタクト
117 電流拡散層
119 ARコーティング
121 n-ビア
123 パッシベーション層
【外国語明細書】