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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】
(24)【登録日】2023-04-07
(45)【発行日】2023-04-17
(54)【発明の名称】無線高速データ転送のためのレーザグリッド構造
(51)【国際特許分類】
H04B 10/572 20130101AFI20230410BHJP
H01S 5/42 20060101ALI20230410BHJP
H01S 5/183 20060101ALI20230410BHJP
H04J 14/02 20060101ALI20230410BHJP
H04B 10/29 20130101ALI20230410BHJP
H04B 10/66 20130101ALI20230410BHJP
【ＦＩ】
H04B10/572
H01S5/42
H01S5/183
H04J14/02
H04B10/29
H04B10/66
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020530451
(86)(22)【出願日】2018-08-13
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-10-22
(86)【国際出願番号】 US2018046531
(87)【国際公開番号】W WO2019033111
(87)【国際公開日】2019-02-14
【審査請求日】2021-08-10
(31)【優先権主張番号】62/543,966
(32)【優先日】2017-08-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518144218
【氏名又は名称】オプティパルス・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジョーセフ，ジョン・リチャード
(72)【発明者】
【氏名】ホウ，フェン
(72)【発明者】
【氏名】サロレッタ，ウィリアム・ケイ
【審査官】浦口 幸宏
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００３／００５８５０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １０／５７２
Ｈ０１Ｓ ５／４２
Ｈ０１Ｓ ５／１８３
Ｈ０４Ｊ １４／０２
Ｈ０４Ｂ １０／２９
Ｈ０４Ｂ １０／６６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
データ転送システムであって、複数の光学データトランシーバであって、各光学データトランシーバが、異なる光学信号を受信し、対応するデジタル信号へと変換するように構成され、前記光信号およびそれらの対応するデジタル信号がデータセットを表す、複数の光学データトランシーバと、
フォトニック放射体であって、前記フォトニック放射体が複数のレーザチップを備え、各レーザチップが（１）前記光学データトランシーバの１つに対応し、（２）レーザ発光エピタキシャル構造を備え、前記レーザ発光エピタキシャル構造が、前記レーザ発光エピタキシャル構造の単一のメサ構造内に位置する複数のレーザ発光領域を備え、（３）前記対応するデジタル信号をその対応する光学データトランシーバから受信し、（４）前記受信した対応するデジタル信号に応答して、前記レーザ発光領域を介して対応する可変のレーザ信号を発生し放射し、前記対応する可変のレーザ信号が、前記対応する可変のレーザ信号が発生された前記対応するデジタル信号によって表された前記データセットを表す、フォトニック放射体と
を備え、
前記フォトニック放射体が、全体として、前記レーザチップによって発生され放射された前記対応する可変のレーザ信号を含む結合されたレーザビームを放射する、データ転送システム。
【請求項2】
前記フォトニック放射体から光学的に下流にあり、結合されたレーザビームを受信しデジタルデータへと変換するように構成される、フォトニック受信機と、デジタルデータを受信し処理するように構成されるコンピュータシステムと
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
フォトニック受信機が光学デマルチプレクサを備え、光学デマルチプレクサが、結合されたレーザビームを、その構成要素である可変のレーザ信号に多重分離するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記フォトニック放射体が、前記レーザチップから光学的に下流に位置付けられる光学マルチプレクサをさらに備え、前記レーザチップが、互いに異なる波長における、それらのそれぞれの対応する可変のレーザ信号を発生し放射するように構成され、
前記光学マルチプレクサが、前記レーザチップからの前記対応する可変のレーザ信号を多重化することによって前記結合されたレーザビームを発生するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項5】
結合されたレーザビームの複数のチャンネルを有する複数の前記フォトニック放射体が互いに冗長的に接続されるように、複数の前記フォトニック放射体がメッシュネットワークとして構成される、請求項３または４に記載のシステム。
【請求項6】
（１）結合されたレーザビームのうちの少なくとも１つのレーザビームを受信し処理し、（２）受信され処理された少なくとも１つの結合されたレーザビームから導出されるデータを少なくとも１つのサーバの複数のプロセッサに配信するように構成されるフォトニック受信機をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
少なくとも１つのサーバが、複数の他のサーバと接続する複数の無線ノードも収容するハウジング内に存する、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
少なくとも１つのサーバおよび無線ノードが、情報システムから利用可能である処理およびメモリストレージ機能の無線アドホック接続を形成するネットワーク接続を提供する、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記レーザチップが、レーザグリッドアレイとして構成される複数の前記レーザ発光エピタキシャル構造を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項10】
データ転送方法であって、複数の異なる光学信号を、複数の対応するデジタル信号へと変換することであって、前記光学信号およびそれらの対応するデジタル信号が、データセットを表す、ことと、
前記対応するデジタル信号をフォトニック放射体に適用することであって、前記フォトニック放射体が複数のレーザチップを備え、各レーザチップがレーザ発光エピタキシャル構造を備え、各レーザ発光エピタキシャル構造が単一のメサ構造内に複数のレーザ発光領域を備える、ことと、
を含み、
前記適用するステップは、（１）各レーザチップが（ｉ）前記対応するデジタル信号の異なる１つを受信し、（ｉｉ）その受信されたデジタル信号に応答して、そのレーザ発光領域を介して対応する可変のレーザ信号を発生し放射し、前記対応する可変のレーザ信号が、前記対応する可変のレーザ信号が発生された前記対応するデータ信号によって表されたデータセットを表し、（３）前記フォトニック放射体が、前記レーザチップによって発生され放射された前記対応する可変のレーザ信号を含む結合されたレーザビームを放射することを含む、データ転送方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
無線接続性はデータを転送するための重要な方法になりつつある。しかし、この技術分野では改善が必要であると考えられる。例えば、特には自律車両（例えば、自動運転自動車）などの乗り物からデータセンターまでデータを転送する場合などにおいてさらには大量の高速ファイル転送を必要とする他の用途において、高いデータ転送速度を維持しながら大量のデータファイルを無線で転送することに関して多くの技術的課題が存在する。
【0002】
大規模データ取得に対しての従来のアプローチ（その例には、大量のセットの自動車データの転送が含まれてよい）が、光ファイバー接続を用いる標準的なＴＣＰ／ＩＰイーサネットネットワークリンクを使用することができる。
【0003】
光検知測距（ｌｉｄａｒ：ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ）テクノロジがしばしば自律自動車で使用され、ここでは、乗り物上のライダー（ｌｉｄａｒ）センサがライダーポイントクラウドの形態のかなり大量のデータファイルを発生させることになる。これらのライダーポイントクラウドは乗り物の周りの３Ｄビューのイメージであってよい。通常、これらのビューは毎秒３０回撮影され、それにより非常に膨大なデータストレージの必要性が乗り物において生じる。例えば、２０テラバイト（ＴＢ）が必要となる可能性もある。乗り物内のデータストレージユニット（通常、乗り物トランクの中に位置する）がこれらの大量のライダーポイントクラウドを記憶するのに使用される。しかし、これらの大量のポイントクラウドを、乗り物のストレージから、分析および／またはさらなる配信のために遠隔のデータセンターに効率的におよび効果的に転送することが難しい仕事であり、この難しい仕事のために改善が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号明細書
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号明細書
【文献】米国特許第５，９７８，４０８号明細書
【非特許文献】
【0005】
【文献】Ｙｏｓｈｉｋａｗａらの、「Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ ＶＣＳＥＬ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｆｒｅｅ Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｐｒｏｃ． ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２００５年、ｐｐ．１３５３－５８Ｖｏｌ．２
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
当技術のこれらの問題に対しての解決策として、本発明者らが、高いデータ速度でデータを光学的に転送するためにフォトニック放射体で使用され得る、低コストであり、高効率であり、ハイパワーである半導体レーザ構造を開示する。このような半導体レーザ構造の一例が、レーザ発光エピタキシャル構造を有するレーザチップであってよく、ここでは、レーザ発光エピタキシャル構造が単一のメサ構造内に複数のレーザ領域を含む。これらのレーザ領域が、入力データ信号を符号化する可変のレーザ信号を発生させて放射するために制御可能にアクティブ化され得る。このような半導体レーザ構造は光グリッドアレイとして構成され得る。
【0007】
このような光グリッドアレイを使用する乗り物からのデータ転送を伴う例示の実施形態では、データセンターが、データが運転手（または、仮想の運転手）の環境である常に変化するデータストリームに関連するようなときに、乗り物からデータを受信することができる（例えば、ライダーポイントクラウド）。次いで、データセンターが、データを整理し、データを処理し、データを記憶し、データを配信してその環境内の他の乗り物のところまで戻し、それら他の乗り物が、それらの最新の環境を検出して、識別して、その最新の環境に反応することが可能となる。このような環境では、データセンターと乗り物との間での一方通行の高速データ伝達が、時宜にかなっておりかつ好都合である必要がある；本明細書で説明される例示の実施形態によって可能となる高速データ転送がこれを可能とすることができ、他方で、データストレージを、放射体、受信機、およびデータセンターにリンクする接続プロセスを単純化する。
【0008】
データストレージユニットが、ファイバーチャンネル接続を介してこのようなフォトニック放射体に接続され得る。したがって、光学信号が、転送されるデータセットを表すのに使用され得る。光学データトランシーバがこの光学信号を受信して、この光学信号を、データセットを表すデジタル信号へと変換することができる。このデジタル信号が半導体レーザ構造を制御可能にアクティブ化するのに使用され得、その結果、半導体レーザ構造が、データセットをやはり表す可変のレーザ信号を発生させて放射する。このレーザ信号がデータセンターまで導かれ得、それによりデータ転送を達成する。このようなデータ転送が、実質的に無制限のデータ転送速度を可能とする後で考察する光グリッドテクノロジにより、大幅により迅速に、および大幅により効率的に、実施され得る。
【0009】
さらに、帯域幅を劇的にさらに拡大するために、実行者によって所望される場合にレーザ信号が大幅に多重化され得る。したがって、フォトニック放射体は、入ってくるデータの複数の光学チャンネルをサポートすることができ、そのデータをこれらの光学チャンネル内で転送するための多重化されたレーザビームを発生させる。
【0010】
例示の実施形態では、フォトニック放射体が複数のレーザチップを含むことができ、ここでは、各レーザチップが異なるファイバーチャンネルを介してデータストレージにリンクされる。したがって、複数のファイバーチャンネルが所与のフォトニック放射体に対して供給を行うことができる。例として、データストレージをフォトニック放射体にリンクする各ファイバーチャンネルが、１６Ｇｂｐｓの光学信号を放射体上の異なるレーザチップに提供することができる。このような４つのファイバーチャンネルが４つのレーザチップにリンクされる場合、４つのレーザチップによって作られる４つのレーザ信号が一体に多重化され得、６４Ｇｂｐｓのデータ通信をサポートするような結合されたレーザビームを作る。さらに、例示の実施形態では、放射体内のこれらの異なるレーザチップが互いに異なる波長におけるレーザ信号を作ることができ、低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ：Ｃｏａｒｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などのテクニックを介して多重化が達成され得る。
【0011】
さらに、複数のマルチチャンネルフォトニック放射体が、例えば空間多重化を使用して、帯域幅をさらに拡大するために一体に結合され得る。例として、５つの４チャンネルフォトニック放射体が乗り物の一部として含まれ得、各チャンネルが１６Ｇｂｐｓをサポートし、それにより５つの多重化されたレーザビームを作り、各多重化されたレーザビームが６４Ｇｂｐｓをサポートし、それにより約３２０Ｇｂｐｓの期待される合計の帯域幅をもたらす。上述したように、乗り物から２０ＴＢのデータを転送することが必要である可能性もあり、これらの転送は１０分以内で達成することが望ましい。５つの４チャンネルフォトニック放射体（ここでは、各チャンネルが１６Ｇｂｐｓをサポートする）を配備することにより利用可能となるような期待される３２０Ｇｂｐｓの帯域幅が、このようなデータ転送の要求を満たすことができる。
【0012】
また、光学データ転送の性質により（ここでは、使用されるデータを符号化するレーザビームがデータセンターにルーティングされる）、実行者によって所望される場合、データ転送は、ＴＣＰ／ＩＰではなく、データのためのより高効率のストレージプロトコルを使用することができる。代わりに、データセンター内のストレージプロトコルは転送されるデータをフォーマットするのに使用され得、それにより高速接続を可能にするかまたはデータセンターの有能な計算能力の拡張を可能にする。したがって、ＴＣＰ／ＩＰネットワーキングによって必要とされる複雑な構造が回避され得るので、転送されるデータにおいて必要となるオーバーヘッドが低減され、それにより追加的な利益をもたらす。
【0013】
追加の例示の実施形態として、本発明者らが、フォトニック放射体からのレーザ信号を受信して、これらのレーザ信号をデータセンターによって処理されるためのデジタルデータへと変換するのに使用され得る、フォトニック受信機に関するいくつかの改良をさらに開示する。例えば、フォトニック放射体と連携して働くフォトニック受信機が、エッジコンピューティングセンターとして機能する小さいローカルデータセンターの近くの駐車場構造物内に位置してよい。
【0014】
本明細書において以下で、本発明のこれらのおよび他の特徴および利点が当業者に対して説明される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】例示の上面発光のインプラントの実施形態を示す図である。
【図2】例示の上面発光のインプラントの実施形態を示す図である。
【図3】例示の上面発光のインプラントの実施形態を示す図である。
【図4】例示の上面発光のインプラントの実施形態を示す図である。
【図5】例示の上面発光のインプラントの実施形態を示す図である。
【図6】例示の底面発光（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｔｔｉｎｇ）のインプラントの実施形態を示す図である。
【図7】例示の上面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図7A】例示の上面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図7A2】例示の上面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図7B】例示の上面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図7C】例示の上面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図8】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図9】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図10】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図10A】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図10A2】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図10B】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図11】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図12】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図13】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図14a】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図14b】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図14c】例示の底面発光の酸化の実施形態を示す図である。
【図15】例示のマイクロストリップの実施形態を示す図である。
【図16】例示の位相コヒーレントの実施形態を示す図である。
【図17】回折光学素子を採用する例示の実施形態を示す図である。
【図18】パターン回折格子（ｐａｔｔｅｒｎ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ）を採用する例示の実施形態を示す図である。
【図19】例示のマイクロレンズの実施形態を示す図である。
【図20】例示の第１０の実施形態を示す図である。
【図21】例示の第１１の実施形態を示す図である。
【図22】例示の第１２の実施形態を示す図である。
【図23】種々の実施形態に関連するレージンググリッドのための追加のパターンの例を示す図である。
【図24】本明細書で説明されるように設計される例示の実施形態と米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号によって教示される実施形態との間で電流フローを比較して示す図である。
【図25】データストレージからデータを光学的に転送するフォトニック放射体の例示の実施形態を示す図である。
【図26】マルチチャンネルフォトニック放射体の例示の実施形態を示す図である。
【図28】例示のデータ転送システムを示す図であり、ここでは、乗り物が、モジュール型のフォトニック受信機までデータを光学的に転送するための複数のマルチチャンネルフォトニック放射体を使用する。
【図29】モジュール型のフォトニック受信機の例示の実施形態に関する追加の細部を示す図である。
【図31】アクセスパネルがモジュール型の受信機セクションの一部としていかにして提供され得るかの例を示す図である。
【図32A】本明細書で説明されるテクニックを使用する光学信号処理を採用するデータセンターの例を示す図である。
【図32B】本明細書で説明されるテクニックを使用する光学信号処理を採用するデータセンターの例を示す図である。
【図32C】本明細書で説明されるテクニックを使用する光学信号処理を採用するデータセンターの例を示す図である。
【図32D】本明細書で説明されるテクニックを使用する光学信号処理を採用するデータセンターの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図２５は、データストレージ２５２０からのデータを光学的に転送するフォトニック放射体２５００の例示の実施形態を示す。ファイバーチャンネル２５０２が、光学データトランシーバ２５０６を介してデータストレージ２５２０をフォトニック放射体２５００にリンクすることができる。データセット（例えばライダーポイントクラウドといった、大量のデータファイル、など）が、ファイバーチャンネル２５０２を通して光学信号２５０４として伝播され得る。次いで、光学データトランシーバ２５０６がこの光学信号２５０４を受信してデジタル信号２５０８へと変換することができる。このデジタル信号がデータセットのデジタル表現（例えば、１ｓおよび０ｓ）として機能することができる。
【0017】
次いで、このデジタル信号２５０８がフォトニック放射体２５００内でレーザチップ２５１０を駆動するのに使用される。このようにして、レーザチップ２５１０が、デジタル信号２５０８に応答する可変のレーザ信号２５１２を作って放射する。このようにして、可変のレーザ信号２５１２がさらにデータセットを符合化する。
【0018】
レーザチップ２５１０は、単一のメサ構造内に複数のレーザ領域を有するレーザ発光エピタキシャル構造であってよく、各レーザ領域がデジタル信号２５０８に応答してレーザビームを発生させ、作る。レーザチップ２５１０として使用され得るデバイスの例が以下の米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号で開示および説明されており、その開示は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれており、そのコピーが付録Ａとして含められる。付録Ａが、複数の導電グリッドから形成されるレーザ構造を説明しており、例示の実施形態ではこの複数の導電性グリッドから形成されるレーザ構造が、メサ構造の中にある半導体レーザの単一のユニットと、高周波動作への高速電気導波管に対してのそれらの接続部と、によって具現化され得る。レーザチップ２５１０として使用され得るデバイスの追加の例が、以下の米国特許出願で開示および説明されており、その各々の開示は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる：（１）２０１７年２月２日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ Ａｄｖａｎｃｅ Ｌｉｇｈｔ Ｇｒｉｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｃｏｓｔ Ｌａｓｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ」と題される、米国特許出願第６２／４５６，４７６号、（２）２０１７年２月２日に出願された、「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｇｒｉｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈ Ｗａｆｅｒ Ｓｃａｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」と題される、米国特許出願第６２／４５６，４８９号、（３）２０１７年２月２日に出願された、「Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｇｒｉｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｖｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ」と題される、米国特許出願第６２／４５６，５０１号、（４）２０１７年２月２日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｄｉｏｄｅｓ」と題される、米国特許出願第６２／４５６，５１８号、（５）２０１７年２月１５日に出願された、「Ｒｉｇｉｄ Ｌａｓｉｎｇ Ｇｒｉｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ａｒｒａｙ Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ Ｓｃａｎ， Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ， ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｕｓｉｎｇ Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄｓ」と題される、米国特許出願第６２／４５９，０６１号、および（６）２０１８年６月１８日に出願された、「Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｌｅｎｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｗｉｔｈ Ｌｉｇｈｔ Ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ Ｇｒｉｄ Ｌａｓｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」と題される、米国特許出願第１６／０１１，４１７号。
【0019】
さらに、レーザチップ２５１０は複数のレーザ発光エピタキシャル構造のアレイとしても構成され得、各レーザ発光エピタキシャル構造は単一のメサ構造を有し、単一メサ構造が複数の分離されたレーザ領域を含む。このようなアレイの中では、レーザチップ２５１０が複数のメサ構造を有することができ、各メサ構造が複数の分離されるレーザ領域を含む。このようなレーザグリッド構造は、小さいチップ上にいくつかのレーザ放射体を呈することができる。
【0020】
図２６は、マルチチャンネルフォトニック放射体２５００の例示の実施形態を示す。この例では、フォトニック放射体２５００が複数の光学チャンネルをサポートする。各光学チャンネルがレーザチップ２５１０を含み、上流の光学データトランシーバ２５０６からデジタル信号２５０８によって供給を受ける。このようにして、異なるレーザチップ２５２０が、これらのレーザチップ２５１０に印加されたそれぞれのデジタル信号２５０８に応答する異なるレーザ信号２５１２を作る。各レーザチップ２５１０が互いに異なる波長におけるレーザ信号を作ることができる。
【0021】
レーザチップ２５１０から光学的に下流に、光学マルチプレクサ２６００が位置付けられる。光学マルチプレクサ２６００が異なるレーザチップ２５１０からのレーザ信号２５１２を結合し、それらを結合されたレーザビーム２６０２とする。この結合されたレーザビーム２６０２が異なる光学チャンネルからのデータを符号化し、データセンターなどの遠隔のコンピュータシステムによって受信されるためにフォトニック受信機に伝達され得る。レーザ信号２５１２を多重化するのにいくつかのテクニックのうちの任意のテクニックが使用されてよい。例えば、低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ）が採用されてよい。別の例として、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が採用されてもよい。さらに別の例として、振幅変調が採用されてもよい。
【0022】
上記の例を続けるが、各光学データトランシーバ２５０６は、１６Ｇｂｐｓの帯域幅をサポートするファイバーチャンネル２５０２を介して光学信号２５０４を供給されることができる。この例では、フォトニック放射体２５００内に４つの光学チャンネルが存在し、得られる結合されたレーザビーム２６０２が６４Ｇｂｐｓの帯域幅をサポートすることができる。しかし、ファイバーチャンネル２５０２内で他のデータ速度が採用されてもよいことを理解されたい。さらに、図２６によって示される４つの光学チャンネルより多くのまたはより少ない光学チャンネルがフォトニック放射体内で使用されてもよいことを理解されたい。
【0023】
図２７は、図２６のフォトニック放射体２５００と連携して使用されるためのフォトニック受信機２７００の例示の実施形態を示す。受信機２７００のコレクタレンズ２７１０が入ってくる結合されたレーザビーム２６０２を受信することができ、受信機２７００が結合されたレーザビーム２６０２を、データセンター内の１つまたは複数のプロセッサによる処理のためのデジタルデータ２７０８へと変換することができる。受信機２７００が、結合されたレーザビーム２６０２を光学デマルチプレクサ２７０４へとルーティングするルーティング用の光学素子（ｒｏｕｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ）２７０２を含むことができる。例として、光検出器のアレイから光学的に上流に位置付けられる光学フィルターのアレイが光学デマルチプレクサとして機能することができる。このような構成を用いることにより、各光学フィルターは、対応する光検出器の上に位置付けられる狭帯域光学フィルターであってよく、ここでは、フィルターは、正確な波長の信号により光検出器を駆動するのを可能にするのみである。光学デマルチプレクサ２７０４が結合されたレーザビーム２６０２を多重分離して、異なる波長のその構成要素であるレーザ信号２５１２に戻すことができる。これらの多重分離されたレーザ信号２５１２の各々が異なる光検出器２７０６に適用され得、各光検出器２７０６がその入射レーザ信号２５１２をデジタルデータ２７０８へと変換する。
【0024】
図２７の例は４チャンネル受信機２７００を示しているが、やはり、実行者によって所望される場合に受信機２７００がより多くのまたはより少ないチャンネルを含んでもよいことを理解されたい。
【0025】
ルーティング用の光学素子２７０２が、結合されたレーザビーム２６０２を光学デマルチプレクサ２７０４へとルーティングするためにいくつかの異なる種類の光学要素のうちの任意の光学要素を採用することができる。例えば、１つまたは複数の鏡が、コレクタレンズ２７１０と光学デマルチプレクサ２７０４との間の光学パスに含まれてよい。このような鏡が、光学デマルチプレクサ２７０４に到達させるためにレーザビームの向きを変えて所望の方向にするのに使用され得る。このように向きを変えることにより、ルーティング用の光学素子が、レンズ２７１０からの光を光学デマルチプレクサ２７０４へと伝達するために、特定の物理空間内に存在する可能性のあるいかなる幾何学的課題も受け入れることができる（例えば、角部を回転させる）。このような鏡は、ルーティング用の光学素子２７０２内で固定される鏡の形態をとることができる。しかし、別の例示の実施形態では、鏡が微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）の鏡の形態をとることができる。ＭＥＭＳの鏡は軸を中心として回転可能であってよく、したがって、ＭＥＭＳの鏡への入射光が所望の目的地の方へと導かれるように、制御可能に循環（ｃｙｃｌｅｄ）させられ得、。このようにして、ＭＥＭＳの鏡のための駆動信号が、各ビームが向かう必要のある場所に従ってタイミング調整され得る。このような形式でＭＥＭＳの鏡を使用することが、高速の一定の循環により、待ち時間を短縮させ得る。
【0026】
ルーティング用の光学素子２７０２内の光学素子の別の例として、１つまたは複数のビームスプリッタが、コレクタレンズ２７１０と光学デマルチプレクサ２７０４との間の光学パスに含まれてよい。ビームスプリッタを用いる場合、より複雑なルーティングの選択肢が実行者にとって利用可能となるが、その理由は、所望される場合にレーザビームが選択的に分割されて複数の方向に移動させられ得るからである。例えば、ビームスプリッタが、ビームの一部分を流出させて、その一部分を別のロケーション（データセンター内部にある、ブレード、メモリコア、ルータ、またはスイッチであってよい）に送るのに使用され得る。
【0027】
ルーティング用の光学素子２７０２内の光学要素のさらに別の例として、実行者によって所望される場合にファイバーチャンネルが転送媒体として使用される。
【0028】
ルーティング用の光学素子２７０２はまた、互いに接続可能である一連のモジュール型のユニットとして構成され得る。このようなモジュール性を介して、多種多様な標準化されたモジュール型のユニットを使用して複雑な幾何形状が受け入れられ得る。例えば、いくつかのモジュール型のユニットが、９０°の回転を可能にする鏡を提供することができる。したがって、一連のモジュール型のユニットが、データセンターのコンピュータシステムまでのパス内に存在する可能性のあるいかなる物理的な障害物も迂回するようにルーティングする受信機２７００のための物理的パスを提供するように互いに接続され得る。位置合わせ用のコネクタがモジュール型のユニットの間に提供され得、それによりこれらのモジュール型のユニットを通過する光学信号のための自動の位置合わせが提供される。このような位置合わせは、位置合わせされるビームのための光学軸に対して垂直である射出成形スロット内に配置される放射体－検出器ユニットによって達成され得る。これらの孔またはスロットは高い精度でバルクヘッドタイプのコネクタを位置付けするように工作され、予め位置付けされる見通し線を直接的に接続することをもたらす。このようなモジュール性の例が、後で考察される図２８－２９に関連して示される。
【0029】
また、実行者によって所望される場合に光学デマルチプレクサ２７０４と光検出器２７０６との間のパス内に類似のルーティング用の光学素子が提供されてもよいことを理解されたい。
【0030】
図２８は例示のデータ転送システムを示しており、ここでは、乗り物が、セクション２８０２内でモジュール型のスナップを含むフォトニック受信機２７００にデータを光学的に転送するのに、複数のマルチチャンネルフォトニック放射体２５００を使用する。この例では、乗り物がトランク内に多様なデータストレージユニットを含む。１６Ｇｂｐｓのファイバーチャンネルが、乗り物上にあるルーフトランスミッタ２８００の一部として含まれる４チャンネルフォトニック放射体２５００に対して、トランクストレージユニットの各々をリンクすることができる。この例では、ルーフトランスミッタ２８００が５つの４チャンネルフォトニック放射体２５００を含む。上述したように、このようなアプローチは、ルーフトランスミッタ２８００がトランクのデータストレージの範囲外の約３２０Ｇｂｐｓの帯域幅をサポートすることが予期されることを意味している。
【0031】
受信機２７００が乗り物のための駐車場構造物内に位置付けられ得、ルーフトランスミッタ２７００からの各々の６４Ｇｂｐｓのレーザビームが、空間的に多重化される構成で各ビームデータを案内する予め位置合わせされた鏡（例えば、鏡２８０４）にコリメートされ得る。
【0032】
図２９は、データセンター内の受信機２７００の追加のモジュール型のセクション２８０４の中においてルーティングされるか、またはそこを通過するようにルーティングされる空間的に多重化されたビームのパスを示している。示されるように、各モジュール型のセクション２８０４は、ビームを新たな方向にルーティングする鏡を含み、この集合体内で、モジュール型のセクション２８０４はビームを光学マルチプレクサ（図２９の２７０４を参照）にルーティングする。各デマルチプレクサ２７０４が、異なる処理用コアのための個別の光検出器への配信のために４つの波長を多重分離することができる。
【0033】
図３０は、図２８－２９によって示されるようなデータ転送システムが駐車場構造物内にいかにして配備され得るかの例を示す。この例では、多様な乗り物がルーフトランスミッタ２８００を有し、駐車構造物内で頭上に配置される受信機２７００へと高データ速度のレーザビームを伝達する。次いで、受信機２７００内のルーティング用の光学素子２７０２が、上で考察したように、データセンター内の所望の目的地にレーザビームをルーティングする。
【0034】
図３１はモジュール型の受信機２７００を示しており、ここでは、構造物の中へのアクセスポイント３１００を提供するためにアクセスパネルまたは蓋が構造物の一部として含まれ得る。アクセスポイントが、アクセスポイント３１００を通して調整される特定の鏡ロケーションに合わせるようにビームが位置付けられるところの場所を示し得る。モジュール型のユニット２８０４が、ビームのロケーションの公差をモジュール型のユニットの機械的仕様の範囲内に入るように、構成され得る。このような構成により、ビームの位置合わせなしで、データセンターのオペレーションで受信機２７００を迅速に構成することが可能となり得る。
【0035】
上で考察した種々の例は自動車および駐車場構造物を用いる革新的なデータ転送システムの使用を説明するものであるが、このデータ転送テクノロジが自動車および駐車場構造物以外の多くの用途にも使用され得ることを理解されたい。例えば、モジュール型の受信機２７００はトンネルと共に使用され得、およびモジュール型の受信機２７００は飛行機または列車などの乗り物からビームを配信することもできる。
【0036】
さらに、例示の実施形態では、本明細書で説明されるフォトニック放射体およびフォトニック受信機が、小型化された設備の中に配備され得、小型化された設備は、冗長性および照合のために無線メッシュネットワーク構成に基づくローカライズされたデータセンターを形成する複数の同様の実施形態とインターフェースするように構成されている無線光学バックホール（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｂａｃｋｈａｕｌ）に接合される多波長の無線光学バックボーンを使用することにより、データのストレージおよび送達のために最適化される。光学バックホールの接続性は、例えば１０Ｇｂｐｓなどで、低コヒーレントな波長スパンに固有の多重化されたチャンネルのアレイを使用する上記および下記で説明される光グリッド／光エンジンのビームを使用する無線である。しかし、本発明者らは１つのチャンネルで５０Ｇｂｐｓが可能であることを予期している。この構成は、無線接続されるデータセンターとして機能する他の類似の実施形態にへの複数のリンクのための分配ノードを使用し、情報のビームまたはチャンネルが多重化された半透明なビームの分離およびルーティングを用いてノードのところで分配されていることを理由として、切り換えが最小限化される。これらの機能が、地方のコミュニティまたは都市（ｎｏｎ－ｒｕｒａｌ）のコミュニティ内での情報交換を強化するための独自の能力を作り出す。この狙いすなわち目標は、完全な機能のために必要である外部接続帯域幅（ｏｕｔｓｉｄｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を最小にしながらの、ローカルトラフィックのストレージ、取得のための、データセンターである。各々の実施形態がローカライズされるネットワークの構築ブロックであってよく、ここでは、ウェブトラフィックの大部分が、ノードに取り付けられる単一のまたは複数の小型化されたストレージおよびマイクロプロセッサから構成されるローカルインフラストラクチャを対象とするか、またはリンクされるメッシュネットワークを対象とする。この場合、データセンターの処理能力またはメモリ機能のためのユニットが顧客によって借りられ得るかまたは購入され得る。
【0037】
例えば、図３２Ａは例示のデータセンター３２００を示しており、ここでは、複数の無線光学ノード３２０２が外部ソースまで光学データ信号を送信するように、および外部ソースから光学データ信号を受信するように構成される。ノード３２０２によって受信される光学信号が、データセンター３２００内に常駐する複数の処理ユニット３２０６（例えば、サーバブレード）まで、多重化されたレーザビーム３２０４として送達され得る。このモードの信号処理は、フォトニック受信機２７００のために上で説明したテクニックを採用することができる。ノード３２０２によって送信される光学信号がさらに、多重化されたレーザビームとして遠隔の目的地まで伝達され得る。このモードの信号処理は、フォトニック放射体２５００および光学データトランシーバ２５０６のために上で説明したテクニックを採用することができる。
【0038】
データセンター３２００はハウジング３２０８をさらに含むことができ、ハウジング３２０８内には、サーバブレードおよび光学的なルーティングコンポーネントが置かれる。データセンター３２０２が、過熱を回避するのを補助するための冷却ファン３２１０をさらに有することができる。さらに、太陽電池３２１４が、従来の壁／コンセントの電力（ｏｕｔｌｅｔ ｐｏｗｅｒ）にアクセスするのを必ずしも必要とすることなく動作する能力を促進するためにデータセンターの一部として含まれ得る。さらに、図３２Ａの例では、データセンター３２００が、ＬＥＤ３２１２などを介して照明源（例えば、街灯）として機能することもでき、光源のためのトランクまたはポールがサーバブレードを収容するのに使用され得、トランク／ポールの頂部からの延長部分がＬＥＤ３２１２を吊り下げるのに使用される（上に位置付けられる、太陽光を集めるための太陽電池３２１４を有するデータセンターの頂部を用いる）。しかし、データセンター３２００が街灯または他の光源として必ずしも配備される必要がなくてもよいことを理解されたい。
【0039】
図３２Ｂが、図３２Ａのトランク部分／ポール部分の拡大断面図を示す。トランク／ポールに沿って下方に延びる光学バックボーンが多重化されたレーザビーム３２０４を運ぶことができ、ビームスプリッタ３２２０が、図３２Ｂによって示されるように光学バックボーンに沿う種々の位置において、この多重化されたレーザビーム３２０４に接触することができる。これらのビームスプリッタが、処理のための特定のサーバブレード３２０６まで送達のために、多重化されたレーザビーム３２０４からの信号３２２２を選択的に多重分離することができる。
【0040】
図３２Ｃが、無線光学ノード３２０２の例示の実施形態を示す。ノード３２０２が、光学データを異なる方向に送信することおよび光学データを異なる方向から受信することを目的とする複数の無線光学トランシーバ３２３０として構成され得る。各トランシーバ３２３０によって受信される光学信号が多重化され得、結合されたビーム３２０４を形成することができる。トランシーバ３２３０が、結合およびノード３２０２からの伝達のために、異なるサーバブレード３２０６からのデータ信号を多重化することを目的として、図２５および２６に関連して上で考察したフォトニック放射体２５００および光学データトランシーバ２５０６をさらに含むことができる。無線光学トランシーバ３２３０が、対象の波長の入射光に対して透過性である（例えば、ＩＲに対して透過性である）ハウジング３２３２内に位置することができる。
【0041】
図３２Ｄがデータセンター３２００の別の例を示しており、ここでは、照明機能が提供されない。この例では、無線光学ノード３２０２が、射出成形パターンなどを使用する材料内に収容される基部の上に位置付けられる。
【0042】
いくつかのデータセンター３２００が他のデータセンター３２００のうちの少なくとも１つのデータセンター３２００の光学範囲内にあるが地理的に分散され得、その結果、無線メッシュネットワークがエリア内でのデータ転送のために形成され得る。したがって、所与のデータセンター３２００のノード３２０２内のトランシーバ３２３０が、メッシュネットワーク内の他のノード３２０２／データセンター３２００内の他のトランシーバ３２３０に向けられ得る。
【0043】
したがって、本明細書に開示される革新的なデータ転送テクノロジは、いくつかの用途のうちの任意の用途において大量のデータファイルを無線で転送するのをサポートするのに使用され得る。ＶＣＳＥＬ半導体レーザアレイからの高速（１ＧＨｚを超えるオン／オフ速度）でありハイパワーであるアウトプットを呈することができる上記および下記で説明される光グリッドテクノロジを活用することにより、この革新的なデータ転送テクノロジが、独自のかつ固有の構成的な設計改良に起因して、従来のＶＣＳＥＬアレイより高い歩留まりを実現する。放射体内で使用されるレーザチップが単純化された製造設計およびプロセスを使用し、ウエハースケールのプロセスを使用する完全な半導体のレーザチップにより速度およびパワーの優良な性能を実現して、複雑な組み立てタスクを排除する。これにより、費用のかかる複雑な外部のマイクロレンズ／鏡アレイとの位置合わせの代わりに、この製造プロセスを使用することで、小型化と、コスト削減と、ビーム特性の融通性の向上とが実現される。したがって、本テクノロジは、自律車両でのダウンロードのための高速無線データ伝達として使用され得るような、高ビーム品質であり、ハイパワーであり、短いコヒーレンス長の半導体レーザアレイの自動製造を改善することになる。
【0044】
上記で本発明を例示の実施形態に関連させて説明してきたが、当業者によって認識される、依然として本発明の範囲内にあるような、例示の実施形態に対しての多様な修正形態が作られ得る。本発明に対してのこのような修正形態は、本明細書の教示を精査することによって認識可能である。したがって、本発明の全範囲は添付の特許請求の範囲およびそれらの法的な均等物のみによって定義される。
【0045】
付録Ａ－米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号
レーザアレイは、単一レーザ、ファイバレーザ、ダイオード励起固体状態（ＤＰＳＳ：ｄｉｏｄｅ ｐｕｍｐｅｄ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ）レーザ、および発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）と比較して、高い動作光学パワー（ｈｉｇｈｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ）および高周波数動作を理由として、通信、光検知測距（ＬｉＤａＲ：ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ）、および材料処理の分野で重要になりつつある。
レーザアレイは、単一レーザ、ファイバレーザ、ダイオード励起固体状態（ＤＰＳＳ：ｄｉｏｄｅ ｐｕｍｐｅｄ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ）レーザ、および発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）と比較して、高い動作光学パワー（ｈｉｇｈｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ）および高周波数動作を理由として、通信、光検知測距（ＬｉＤａＲ：ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ）、および材料処理の分野で重要になりつつある。
【0046】
レーザアレイは、一般に、印刷および通信で使用されているが、並列通信のためのアレイの各レーザデバイスに対して、単一の別個の接続部を有する構成で使用されるものであり、ここでは、各レーザがアレイ内の他のデバイスとは別個のコンタクトを有することを理由として別個の信号を有することができる。
【0047】
アレイ要素が一体に結合されて単一の信号で駆動されるとき、構造があまりに大きい静電容量またはインダクタンスを有することになる。この高静電容量特性／高インダクタンス特性は、レーザアレイがより多くの要素を追加するとき、レーザアレイの周波数応答の速度を低下させることになり、それによりそのようなレーザアレイの速度を低下させる。このことが、Ｙｏｓｈｉｋａｗａらの、「Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ ＶＣＳＥＬ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｆｒｅｅ Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｐｒｏｃ． ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２００５年、ｐｐ．１３５３－５８Ｖｏｌ．２、および米国特許第５，９７８，４０８号、の参考文献に明示されている。
【0048】
マルチメサ構造に基づく高速レーザアレイが、本発明者の過去の文献、米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号で説明されている。米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号が、半導体レーザのマルチメサアレイと、高周波数動作のための高速電気導波管へのそれらの接続部とを説明している。しかし、米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号で説明されるマルチメサ構造は多くの欠点を有する。
【0049】
米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号で説明されるメサ構造の１つの問題は、一般にメサ構造が脆弱であることである。このことは、メサの形成後に接着のためのまたはレーザに触れるための何らかの機械的手順が存在する場合に問題である。メサ構造は直径が５ミクロンから１０ミクロン程度小さくなり得、ＧａＡｓまたはＡｌＧａｓなどの非常に脆い材料からあるいは他の同様の結晶材料から構成され得る。これらのメサは加工後に接着されなければならず、熱下で圧力が加えられ、その結果、レーザメサの頂部およびサブマウントがはんだにより電気的に接着される。背面発光デバイスのアレイを接着するときの、接合部分における一般的な破断メカニズムはメサに亀裂が入ることであり、それがレーザを役に立たないものとし、またデバイス全体を廃棄させる可能性がある。チップ上に３０個のレーザが存在して、接着後に２個のレーザが壊れた場合、これらの２つのデバイスが発光しなくなる。さらに試験を行わなければならず、それにより、故障を取り除くためのプロセスが高価となる。
【0050】
別の問題は、マルチメサ構造では、レーザチップ上に存在する複数のメサのための間隔の要件を理由としてチップ面積（ｃｈｉｐ ｒｅａｌ ｅｓｔａｔｅ）に応じてのレージングパワーを比較的小さいものとしてしまうことである。
【0051】
メサ分離法によって作られる複数のメサアレイの別の問題は、信号がコンタクトパッドを横断して移動するための距離が短い方が好ましい周波数応答依存の設計パラメータに起因して、レーザがある距離で分離されることによりアレイの全体のサイズが制限されることである。この後、アレイが、赤外線（ＩＲ）照射のために使用される複数の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）アレイなどのパワーを増大させる要素と共に使用されることになった。しかし、これらのＩＲ源は高周波数動作をサポートしないことから、パルス幅が、高速パルス幅を必要とするＬＩＤＡＲではなく、照明のみに限定される。
【0052】
本発明者らは、より強く、よりパワフルで、高速であるレーザアレイの場合における当技術の要求を満たすために、本明細書で、本発明のいくつかの実施形態を開示する。例えば、以下で説明される本発明の実施形態は、電気導波管を採用する信号パッドを基板上に形成することにより静電容量を低減しながら、アレイのレーザを一体に接続することを目的として、高周波数電気導波管を組み込む。本発明の実施形態は、構造のうちの非導電性部分とは対照的に導電性である複数のエリアを作るためのｍｕｌｔｉ－ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔテクニックを単一の構造内で使用することをさらに含む。導電性部分が、レージングポイントの構造全体にわたってエッチングを行うことなく、レーザを形成するレージングエリアまたはレージンググリッドを形成する。上で参照した米国特許第５，９７８，４０８号で説明される設計とは異なり、本明細書で開示される本発明の実施形態は、高周波数動作を可能にするためにレーザアレイを高速電気導波管と一体化するように、設計および加工される。本発明の実施形態は、高周波数動作および剛性の構造の両方を呈することにより、ハイパワーである高速の光源の設計における新しい独自の機会をサポートするものであり、それにより当技術で知られている他の設計と比較して性能および信頼性を向上させる。
【0053】
本明細書で説明される例示の実施形態では、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のエピタキシャル材料から加工される独自の構造が、米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号で言及される構造などのＶＣＳＥＬアレイの中に形成される一般的なメサ構造と比較して、静電容量を低減させ、構造完全性を向上させ、また、フィルファクタを減らすことにより、高速動作に寄与する単一の剛体構造からレーザポイントのグリッドを形成する。ＶＣＳＥＬの実施形態が単に例であり、このような設計が、共振キャビティ発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ：Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｙ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ、または垂直延長共振器（または、垂直外部共振器）面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ（ｏｒ Ｅｘｔｅｒｎａｌ） Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）などの、他のレーザタイプと共に機能することができることを理解されたい。
【0054】
本明細書で説明される単一の連続構造が、一般的にはエッチングされて除去されるような材料の構造完全性を維持しながら、イオンのインプラントを使用してアパーチャの電気絶縁エリアを形成するか、またはマイクロ構造または孔を通じての非導電性酸化エリアを形成する。この新しい構造の形成が、さらに、分離された異なるレーザ伝導ポイントまたはグリッドの間で高速信号を分配するのを可能にする。レーザグリッドのＰ型コンタクトエリアのすべてが、グラウンド－シグナル－グラウンド（ＧＳＧ）の一体化された電気導波管の信号部分に並列に接続され得る。導波管内でオンおよびオフに切り換えられる信号または電流が、レーザを形成するすべての導電パスの間で分配される。マイクロストリップ導波管などの他の種類の電気導波管が使用されてもよいことを理解されたい。
【0055】
この単一の連続構造は、より大型のめっき構造内での熱分配のためのより大きいベースなどのような、他の利点も有する。レージンググリッドはアレイ構造よりも互いにより接近する。レーザがさらに離れると、信号がアレイ内のすべての単一のポイントまで移動しなければならない距離に起因して、周波数応答または速度が低下し、それによりデバイスの最終的な帯域幅が制限される。
【0056】
したがって、本発明の実施形態により得られる利点の例は：
１．剛性の構造がチップ接着プロセスにおいてより高い信頼性を有する
２．剛性の構造がより高いフィルファクタを可能にする
３．剛性の構造がより高い信頼性の金属コンタクトを有する
４．剛性の構造が加工することにおいてより単純である
５．剛性の構造がコンタクトの間でより短い距離を有し、それによりより高い周波数のハイパワービームを可能にする
６．剛性の構造が単一のレンズまたは単一のレンズアレイが取り付けられるためのより良好な表面トポロジーである
７．剛性のメサ構造がリードおよびコンタクトのための別のエリアを作り、それにより電位を低下させる静電容量からの分離を提供する
８．剛性の構造が、コンタクトの三次元性により、サブマウントとのより高い一体性を可能にする
を含む。
１．剛性の構造がチップ接着プロセスにおいてより高い信頼性を有する
２．剛性の構造がより高いフィルファクタを可能にする
３．剛性の構造がより高い信頼性の金属コンタクトを有する
４．剛性の構造が加工することにおいてより単純である
５．剛性の構造がコンタクトの間でより短い距離を有し、それによりより高い周波数のハイパワービームを可能にする
６．剛性の構造が単一のレンズまたは単一のレンズアレイが取り付けられるためのより良好な表面トポロジーである
７．剛性のメサ構造がリードおよびコンタクトのための別のエリアを作り、それにより電位を低下させる静電容量からの分離を提供する
８．剛性の構造が、コンタクトの三次元性により、サブマウントとのより高い一体性を可能にする
を含む。
【0057】
さらに、例示の実施形態では、レーザグリッドが、非導電性のイオンがインプラントされたエリアと比較して導電性が存在するような構造内の分離される領域にのみに電流を閉じ込めることによって可能にされる２つ以上のレージングエリアによって形成される。これらの導電性エリアおよび非導電性エリアが、単一の固体構造上にある、アクティブなポジティブコンタクトのための単一の金属コンタクトと、周囲のグラウンド構造上にある単一のＮ型コンタクトとを有する光のグリッドを形成し、単一のＮ型コンタクトが、２つのエリアを分離するトレンチの底部にあるＮ型コンタクトエリアに短絡される。例として、図７Ｃが、速度を向上させるのにフレーム内の開口部が如何にして補助するかを示している。
【0058】
次いで、これらのＰ型コンタクトおよびＮ型コンタクトが高速電気コンタクトに接着される。２つの基板およびレーザチップがボンダによって位置合わせされ、次いで、一方のチップまたはもう一方のチップに堆積されているはんだを接着するために熱および圧力が加えられる。ｐ型パッドがめっきおよびはんだ高さの分だけｎ型ウエハーグラウンドから分離されることにより高いスピードが可能となるが、これは主として、ｐ型パッドをレーザ基板から除去してｐ型パッドを電気導波管基板の上に設置することによるものである。このように物理的な分離が静電容量を劇的に低下させ、それにより、回路の静電容量によって制限される周波数応答を増大させる。これがレージンググリッドが高周波数動作を実現することを可能にする。
【0059】
基板の背面上に形成される単一のレンズ、あるいはグリッド構造の背面に取り付けられるかまたは接着される単一のレンズが、集束ポイントまで、または集束ポイントから、各レージングポイントを導くことができる。これは、ビームアウトプットが単一の源からのものであるようなものとして、ビームアウトプットをコリメートすることにおいて理想的な形である。
【0060】
本明細書において以下で、本発明のこれらのおよび他の特徴および利点を当業者に対して説明する。
【0061】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態１－上面発光のインプラント
図１は本発明の第１の実施形態の例を示す。この例では、単一の固体構造がエッチングを用いて周囲のグラウンドから分離され、単一の固体構造がその中にイオンインプラントを有する。イオンインプラントが非導電性の半導体材料のエリアを作り、非導電性のこれらのエリアがレージングエリア２に電流を流す。このようにして、イオンインプラントが複数のレージングエリア２のレーザグリッドを形成し、ここでは構造内の分離される領域に電流が閉じ込められ、この分離される領域では非導電性のイオンがインプラントされたエリアと比べて導電性が存在する。導電性エリアおよび非導電性エリアが、アクティブなポジティブ（Ｐ型）コンタクトのための，および周囲のグラウンド構造上にある単一のネガティブ（Ｎ型）コンタクトのための，単一の固体構造の上にある単一の金属コンタクトを有する光のグリッドを形成し、単一のネガティブ（Ｎ型）コンタクトが、２つのエリアを分離するトレンチの底部にあるＮコンタクトエリアにまたは周囲のグラウンド構造上のネガティブ金属に短絡され、周囲のグラウンド構造上のこのネガティブ金属が、２つのエリアを分離するトレンチの底部にあるＮ型コンタクトエリアに短絡される（例えば、図７Ｃのように（参照符号７８１および７８２を参照されたい））。これらのＰ型コンタクトおよびＮ型コンタクトがさらに高速電気コンタクトに接着され、それによりレージンググリッドが高周波数動作を実現することを可能にする。
図１は本発明の第１の実施形態の例を示す。この例では、単一の固体構造がエッチングを用いて周囲のグラウンドから分離され、単一の固体構造がその中にイオンインプラントを有する。イオンインプラントが非導電性の半導体材料のエリアを作り、非導電性のこれらのエリアがレージングエリア２に電流を流す。このようにして、イオンインプラントが複数のレージングエリア２のレーザグリッドを形成し、ここでは構造内の分離される領域に電流が閉じ込められ、この分離される領域では非導電性のイオンがインプラントされたエリアと比べて導電性が存在する。導電性エリアおよび非導電性エリアが、アクティブなポジティブ（Ｐ型）コンタクトのための，および周囲のグラウンド構造上にある単一のネガティブ（Ｎ型）コンタクトのための，単一の固体構造の上にある単一の金属コンタクトを有する光のグリッドを形成し、単一のネガティブ（Ｎ型）コンタクトが、２つのエリアを分離するトレンチの底部にあるＮコンタクトエリアにまたは周囲のグラウンド構造上のネガティブ金属に短絡され、周囲のグラウンド構造上のこのネガティブ金属が、２つのエリアを分離するトレンチの底部にあるＮ型コンタクトエリアに短絡される（例えば、図７Ｃのように（参照符号７８１および７８２を参照されたい））。これらのＰ型コンタクトおよびＮ型コンタクトがさらに高速電気コンタクトに接着され、それによりレージンググリッドが高周波数動作を実現することを可能にする。
【0062】
図１はグリッドパターン内に配置されるレージングエリア２を示しているが、多くの形状のおよび多くのパターンのレージングエリア２が形成され得ることを理解されたい。これにより、レージングエリア２の形状／パターンを有する多くの形態の構造が可能となり、例えば、ハニカム構造パターン（例えば、多様なレーザ形状またはレーザパターンを可能にする多くのパターンのうちの１つである、別のパターンを示す図２３を参照されたい；非導電性エリア４２に対して、単一のメサ構造内にレーザのための導電性エリア４１を残すように、エッチングおよびインプラントのために使用され得る多くのパターンが存在する）、および接着を向上させながらより高い剛性を有するような他の構造パターンなどである。さらに、接合部により近接する複数のレーザを作ることを目的として、単一のメサ構造にエッチングされる孔（例えば、図７の孔７００５を参照）の中に高熱伝導性材料を用いて材料を堆積させることにより、熱除去が達成され得る。追加の構造パターンの例には、直線上にある正方形または円のような構成が含まれてよい。
【0063】
図１は、レーザチップのエピタキシャル側の上面図を示す。単一のレーザ発光エピタキシャル構造１が、レージングエリア２（図１ではディスクとして示されている）以外のところに、イオンがインプラントされたエリアを有し、イオンがインプラントされたエリアではイオンインプラントがマスクされている。したがって、図１は注入後およびエッチング後のチップを示している。単一のレージング領域に対して各々のメサが対応しているような、複数のメサを有する米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号の従来の設計に対して、図１の設計は、複数のメサを有さず、代わりに単一のメサであることを特徴とし得る単一の連続構造１を示しており、ここではこの単一メサが複数のレージング領域２を有する。図１の図は電気コンタクトではなく単一のメサ構造を示すことを意図される。この構造１は、Ｐ型鏡と比べたＮ型鏡上の設計および反射率に応じて底面発光（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｔｔｉｎｇ）または上面発光であってよい。
【0064】
図１は：
１ 複数のレージングポイントを作ることになる単一のアクティブメサ構造
２ マスクの下のエピタキシャル領域に対してインプラントが影響しないようにインプラントがマスクされているところの領域
３ 単一のアクティブメサ構造および単一のグラウンド構造を分離するエッチングされた分離トレンチ
４ 単一のグラウンド構造
を示す。
１ 複数のレージングポイントを作ることになる単一のアクティブメサ構造
２ マスクの下のエピタキシャル領域に対してインプラントが影響しないようにインプラントがマスクされているところの領域
３ 単一のアクティブメサ構造および単一のグラウンド構造を分離するエッチングされた分離トレンチ
４ 単一のグラウンド構造
を示す。
【0065】
図２は図１によって示されるレーザチップの断面図であり、図２では図１によって示される単一のアクティブメサ構造１が１１を付されており、図２では図１によって示されるマスクされたインプラントエリア２が１２を付されている。図２は、インプラント後およびエッチング後のチップを示しており、頂部金属を示していない。エッチング領域１３が「フレーム」またはＮ型メサ１４から単一のメサ構造１２を分離する（図２では、図１からの単一のグラウンド構造４がフレーム／Ｎ型メサ１４として示されている）。図２は：
１１ 複数のレージングポイントを分離する単一のアクティブメサ構造のインプラントされたエリア
１２ レージングを作り出すことになる、インプラントからマスクされたエピタキシーのエリア
１３ 単一のアクティブメサ構造１１および単一のグラウンド構造１４を分離するエッチングされた分離トレンチ
１４ 単一のグラウンド構造
１５ 頂部のＰ型鏡と底部のＮ型鏡との間にある量子井戸（これは光子が放出されるところのアクティブ領域である）
１６ Ｎ型コンタクト層、またはＮ型金属電気コンタクトのロケーションのための高濃度ドープ層を有するＮ型鏡
１７ レーザ基板
を示す。
１１ 複数のレージングポイントを分離する単一のアクティブメサ構造のインプラントされたエリア
１２ レージングを作り出すことになる、インプラントからマスクされたエピタキシーのエリア
１３ 単一のアクティブメサ構造１１および単一のグラウンド構造１４を分離するエッチングされた分離トレンチ
１４ 単一のグラウンド構造
１５ 頂部のＰ型鏡と底部のＮ型鏡との間にある量子井戸（これは光子が放出されるところのアクティブ領域である）
１６ Ｎ型コンタクト層、またはＮ型金属電気コンタクトのロケーションのための高濃度ドープ層を有するＮ型鏡
１７ レーザ基板
を示す。
【0066】
図３は図１および２によって示されるチップの斜視図である。インプラントされた領域は不可視である。金属コンタクトが示されていない。この図は、上面発光のまたは底面発光のインプラントデバイス（ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）のために使用され得る単一メサのエッチングのトポロジーを示すためのものである。インプラントのプロセスは頂部側の金属またはエッチングの前に行われてもまたは後で行われてもよい。
【0067】
図４が、例示の上面発光のＶＣＳＥＬグリッド構造のエピタキシャル側の上面図を示している。この図は、はんだ付けプロセスによりレーザチップに接着される頂部側の電気導波管内にある正方形孔を通してのものである。この図では、分離されるエッチング領域が電気導波管によって隠されている。この図の円形ディスクが単一の固体メサ構造の上にある頂部金属コンタクトの中にあるか、またはめっき金属コンタクト領域の中にある孔である。図４は：
４１ 下に導波管を有する、基板内にある孔
４２ 頂部側のＰ型金属の中にある孔であり、そこを通してレーザビームを放射することができる
４３ 導波管基板の頂部
４４ レーザチップ上にある頂部側の延展金属
を示す。
４１ 下に導波管を有する、基板内にある孔
４２ 頂部側のＰ型金属の中にある孔であり、そこを通してレーザビームを放射することができる
４３ 導波管基板の頂部
４４ レーザチップ上にある頂部側の延展金属
を示す。
【0068】
図５は、図４に示される接着された電気導波管およびレーザチップの断面図を示している。電気導波管のための信号コンタクトが開かれ、その開口部を通してビームを伝播させることが可能となる。この実施形態の別の選択肢は、孔の代わりに、導波管のための透明なまたは透過性の基板材料を有することであり、そこを通してレーザを伝播させる。ＣＶＤ（化学気相堆積）されるダイヤモンドまたはサファイアあるいはガラスなどの透明材料がこの材料と例となり得る。この図は、不透明でありしたがって孔または開口部を必要とする、ＡｌＮｉなどの基板を用いる実施形態を示すものである。分離領域が、グラウンドに短絡される単一のメサグラウンドまたは構造から、あるいは「フレーム」構造から、単一のメサ構造を分離していることに留意されたい。
【0069】
これらのＰ型コンタクトおよびＮ型コンタクトが高速電気コンタクトに接着（図７Ｂの参照符号７５１から７５４も参照されたい）される。グラウンド－シグナル－グラウンド（ＧＳＧ）電気導波管基板およびレーザチップが位置合わせされ（図１４Ｂを参照）、その結果、ネガティブメサが導波管のネガティブ部分に接着され、レーザを放つポジティブのアクティブエリアが信号パッドに位置合わせされる。このアライメントがボンダによって画定され、次いで、一方のチップまたはもう一方のチップに堆積されているはんだを接着するために熱および圧力が加えられる（図１５を参照）。このコンタクトの高速であるという性質は、ｐ型パッドがめっきおよびはんだ高さの分だけｎ型ウエハーグラウンドから分離されることによるものであるが、これは主として、それをレーザ基板から除去してそれを電気導波管の上に設置することによるものである。このように物理的な分離が静電容量を劇的に低下させ、それにより、周波数応答を増大させ（周波数応答は回路の静電容量によって制限される）、レージンググリッドのための高周波数動作をもたらす。
【0070】
例示の実施形態では、高速動作のために、エピ設計の底部のところで表面が電気コンタクトに接続され、これが、単一構造（例えば、図７Ａを参照（参照符号７１７））を囲む分離トレンチ（例えば、図７Ａの参照符号７０２を参照）を通して達成される。この構造はメサトポロジーに基づいておらず、金属めっき（図７Ｃの参照符号７８２など）を通して、Ｎ型コンタクト金属の電気領域に単純に短絡される（図７Ａを参照されたい（参照符号７０３））。これは米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号で説明されているような積み重ね構造または隆起構造ではなく、チップ表面と、接着のための表面となるエピ材料とを使用するものであり、エピ材料がさらにデバイスを接着部分のところでより安定する形で堅固にする。
【0071】
図５を再び参照すると、ＧＳＧ信号パッド５１が、Ｐ型コンタクト金属をアクティブな単一メサ構造の頂部に電気的に接続するはんだ５２を有する。これにより、中にレーザ伝播のための孔を有する金属コンタクト構造の中に信号または電流を注入することが可能となり、電流がエピタキシャル構造のインプラントされていない領域を通って流れ、それによりこれらの画定される領域のみに電流が閉じ込められる。頂部のＰ型鏡領域が底部のＮ型鏡よりわずかに低い反射率を有し、それによりエピタキシャル構造の頂部から光を放射するのを可能にする。電流が、量子井戸の上を流れてこれらの接合部分内に光および熱を発生させ、ｎ型鏡の中に入り、ここでは、電流がｎ型鏡の中にあるかまたはｎ型鏡の近くにあるＮ型コンタクト領域まで前進する。次いで、電流が、ＧＳＧ電気導波管のグラウンド部分に接着されて電気コンタクトする短絡されたフレーム構造の方へ前進する。上面発光の設計を使用するこの構造は、ＧａＡｓまたはレーザ基板材料による透過遮断の波長より低いような低波長アウトプット設計のために使用され得る。背面発光構造は、通常、～９０５ｎｍを超える波長のためにしか設計されない。この上面発光構造は、設置されるエピタキシャル材料の限界値までの範囲において～８５０ｎｍ以下で使用され得る。
【0072】
単一の固体構造がエッチングを用いて周囲のグラウンドから分離され、ここでは単一の固体構造がその中にイオンインプラントを有する。インプラントは不可視であるが、それが引き起こす結晶ダメージを理由として半導体材料を非導電性にする。インプラントデバイスを作るためには、最初に、ダメージから保護されるべき領域をマスクしなければならない。
【0073】
フォトリソグラフィックプロセスによって位置付けされるフォトレジストを用いて小さいメサが形成され、フォトレジストがエピタキシャル材料をダメージから保護し、インプラントの実施後に洗い落とされる。インプラントはイオンインプラント機械の中で行われ、イオンインプラント機械は、管に沿ってイオンを加速させ、イオンストリームの前にウエハーが配置される。
【0074】
インプラントされたイオンは非導電性の半導体材料のエリアを作ることができる。非導電性材料のこれらのエリアがレージングエリアを通るように電流に強いることになる。これらの非導電性エリアは、図１と同様のパターンをエッチングして、実施形態２に関連して後で説明されるようにこの単一構造を酸化させることによっても作られる。図５は：
５０ 非導電性の電気導波管基板
５１ 電気導波管の信号金属
５２ 電気導波管をレーザチップに接着するためのはんだ金属
５３ Ｐ型コンタクト層に短絡されてＧＳＧ電気導波管の信号パッドに電気的に接続されるめっき金属
５４ Ｐ型出力鏡－回折ブラッグレフレクタ（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）
５５ アクティブ領域－量子井戸
５６ 低抵抗性コンタクト層が置かれるところであるＮ型鏡
５７ Ｎ型コンタクト層およびグラウンドメサに短絡されるかまたは電気コンタクトするめっき金属
５８ 高速電気導波管のグラウンドパッドに電気コンタクトしており、接地されているメサ構造に電気コンタクトしている、はんだ
５９ 高速電気導波管上の信号パッドにコンタクトするための、単一メサ構造上のＰ型金属に接続されるめっき金属上のエリア
を示す。
５０ 非導電性の電気導波管基板
５１ 電気導波管の信号金属
５２ 電気導波管をレーザチップに接着するためのはんだ金属
５３ Ｐ型コンタクト層に短絡されてＧＳＧ電気導波管の信号パッドに電気的に接続されるめっき金属
５４ Ｐ型出力鏡－回折ブラッグレフレクタ（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）
５５ アクティブ領域－量子井戸
５６ 低抵抗性コンタクト層が置かれるところであるＮ型鏡
５７ Ｎ型コンタクト層およびグラウンドメサに短絡されるかまたは電気コンタクトするめっき金属
５８ 高速電気導波管のグラウンドパッドに電気コンタクトしており、接地されているメサ構造に電気コンタクトしている、はんだ
５９ 高速電気導波管上の信号パッドにコンタクトするための、単一メサ構造上のＰ型金属に接続されるめっき金属上のエリア
を示す。
【0075】
図２４は、実施形態１などの実施形態と、米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号によって教示される設計との間での、異なる電流フローの比較図を示す。米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号では、各メサがＮ型金属コンタクトエリアによって囲まれる。これにはチップ上の貴重な空間または面積が使用されるが、その理由は、各メサの周りにこれらの階段状の金属ｎ型コンタクトを画定するための処理はフォトリソグラフィを必要とし、それが、メサの間にどれくらい近くまで間隔をとれるかを制限するからである。これらの制限により、単位面積当たりのパワーアウトプットが新しい方法と比較して低くなる。したがって、この古い装置の目的は非常に高いパワーおよび速度のためのアレイであったのだが、パワー／面積を大きく改善させることを考慮しておらず、パワー／面積の大きな改善は、非常に高い速度において非常に大きいパワーを得るという最終的な目標においても改善となるものである。また、新しい単一構造を用いる場合は排除された古い方法での構造的制約を理由として、この古い方法のＮ型コンタクトは大型である必要がある。
【0076】
本明細書で説明される新しい設計を用いる場合、単一構造がその上に複数の層を有し、この単一構造の周りにコンタクトを１つのみ有する。この新しい構造は構造の外部へのＮ型金属エリアを縮小し、光学素子ごとの面積を大幅に小さくする。これは、単一構造の電流負荷を担うように計算される大型のＮ型コンタクト層を伴う。単一のコンタクトから電流フローを増大させることは、より厚い金属またはより厚いＮ型コンタクト領域を通して実現され得る。
【0077】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態２－底面発光のインプラント
図６は第２の実施形態の例の断面図を示しており、ここでは、この第２の実施形態は、電流閉じ込めのためのインプラントされた領域を伴う底面発光デバイスである。ＧＳＧ電気導波管がフレーム－グラウンド構造に、およびアクティブな単一レーザメサ構造にはんだ接着された状態で見られ得る。図６は：
６０１ 電気導波管基板
６０２ ＧＳＧ電気導波管の順序でのグラウンドコンタクトおよび信号コンタクト
６０３ レーザチップに対してのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
６０４ 電気導波管の信号パッドをレーザのＰ型コンタクトに電気的に接続するめっき金属
６０５ Ｐ型コンタクト金属
６０６ 非導電性にされた状態のインプラントされた領域
６０７ Ｐ型鏡
６０８ アクティブ領域（量子井戸）
６０９ Ｎ型鏡
６１０ インプラントが届かないところであるＮ型鏡内の導電層
６１１ レーザ基板を通って伝播するレーザビーム
６１２ Ｎ型コンタクト領域に短絡されるめっき金属
６１３ Ｎ型コンタクト領域に短絡されるフレームエリア
６１４ レーザ上のＮ型コンタクトを、電気導波管上のグラウンドに電気的に接続するはんだ
６１５ 大型の単一メサを、グラウンドフレームから分離するエッチング領域
を示す。
図６は第２の実施形態の例の断面図を示しており、ここでは、この第２の実施形態は、電流閉じ込めのためのインプラントされた領域を伴う底面発光デバイスである。ＧＳＧ電気導波管がフレーム－グラウンド構造に、およびアクティブな単一レーザメサ構造にはんだ接着された状態で見られ得る。図６は：
６０１ 電気導波管基板
６０２ ＧＳＧ電気導波管の順序でのグラウンドコンタクトおよび信号コンタクト
６０３ レーザチップに対してのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
６０４ 電気導波管の信号パッドをレーザのＰ型コンタクトに電気的に接続するめっき金属
６０５ Ｐ型コンタクト金属
６０６ 非導電性にされた状態のインプラントされた領域
６０７ Ｐ型鏡
６０８ アクティブ領域（量子井戸）
６０９ Ｎ型鏡
６１０ インプラントが届かないところであるＮ型鏡内の導電層
６１１ レーザ基板を通って伝播するレーザビーム
６１２ Ｎ型コンタクト領域に短絡されるめっき金属
６１３ Ｎ型コンタクト領域に短絡されるフレームエリア
６１４ レーザ上のＮ型コンタクトを、電気導波管上のグラウンドに電気的に接続するはんだ
６１５ 大型の単一メサを、グラウンドフレームから分離するエッチング領域
を示す。
【0078】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態１および２のためのプロセス
インプラントによる電流閉じ込め（ｉｍｐｌａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を用いる、実施形態１および２のための単一構造を作るためのプロセスステップの例示の実施形態が以下のように説明され得る。
インプラントによる電流閉じ込め（ｉｍｐｌａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を用いる、実施形態１および２のための単一構造を作るためのプロセスステップの例示の実施形態が以下のように説明され得る。
【0079】
ステップ１．Ｐ型金属を堆積させないエリアをマスクするためにフォトリソグラフィを使用する。
【0080】
ステップ２．Ｐ型金属（通常、～２０００ＡのＴｉＰｔＡｕ）を堆積する。
【0081】
ステップ３．フォトリソグラフィ－リフトオフおよびウエハー洗浄。Ｏ２のディスカムまたはウエハーからのすべての有機物のアッシング。
【0082】
ステップ４．エッチングマスクとして誘電堆積体（通常、～＜１０００ＡのＳｉＮｘ）を使用する。
【0083】
ステップ５．イオン衝撃を通じて非保護領域を非導電性にするようなインプラントからのダメージから、エピ材料を保護するために、複数のエリア内に堆積されるフォトレジストまたは金属を使用するフォトリソグラフィックマスキング。このステップは本プロセスにおいて後で実施されてもよいが、トポロジーがより大きく変化していることに起因して実施がより困難となる可能性がある。
【0084】
ステップ６．インプラント（インプラントドーズ量を計算する技術分野の当業者が、ｐ型領域および量子井戸を互いから分離することになるような深さまで材料構造を切り離すのに必要であるインプラントのドーズ量およびを決定することになる）。
【0085】
ステップ７．インプラントに起因して、このフォトリソグラフィを洗浄することは困難であり、フォトリソグラフィの上のめっきなどの金属の堆積体がレジストを洗い落とすのを容易にするのを補助することができる。
【0086】
ステップ８．エッチングされない誘電体エリアをマスクするためにフォトリソグラフィを使用する。これは、電流が流れることが不可能である場所を画定する本構造内でのインプラントの下方において、分離される大型の構造を作るマスクの設計である独自の部分である。
【0087】
ステップ９．誘電体を通してのエッチングを行うためにプラズマエッチングを使用することが（通常、Ｆｌベースのエッチング剤）、ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）（緩衝酸化物エッチング）などのウェットエッチングを使用することができる。
【0088】
ステップ１０．レーザまたは発光ダイオードのエピタキシャル材料の中にパターンをエッチングする。基板またはドープ電気コンタクト層上で止める。これが、チップ周りのＮ型短絡領域から単一の大型の構造を分離する。
【0089】
ステップ１１．マスクを洗い落とす。Ｏ２のディスカムまたはウエハーからのすべての有機物のアッシング。
【0090】
ステップ１２．Ｎ型金属を堆積させないエリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0091】
ステップ１３．Ｎ型金属（通常、原子量で８０％Ａｕ／２０％ＧｅであるＧｅＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ共晶組成）を堆積させる。他の拡散バリア金属としての～２００Ａ以上のＮｉと、～５０００Ａ以上のＡｕとを有する、全体の厚さが～３０００Ａ以上のＡｕＧｅ層である。また、これは、ｎ型金属がｎ型コンタクトエッチング領域内に堆積されて、また、Ｎ型コンタクト構造までおよびその上方まで堆積されて、それによりこの構造をＮ型コンタクトに短絡する、という点によって独自的である。
【0092】
ステップ１４．マスクを洗い落とす（通常、リフトオフと呼ばれる）。Ｏ２のディスカムまたはウエハーからのすべての有機物のアッシング。
【0093】
ステップ１５．非導電性分離バリアとして誘電堆積体（通常、～２０００ＡのＳｉＮｘ）を使用する。
【0094】
ステップ１６．エッチングされない誘電体エリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0095】
ステップ１７．誘電体を通してのエッチングを行うためにプラズマエッチングを使用することが（通常、Ｆｌベースのエッチング剤）、ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）（緩衝酸化物エッチング）などのウェットエッチングを使用することができる。
【0096】
ステップ１８．マスクを洗い落とす。Ｏ２のディスカムまたはウエハーからのすべての有機物のアッシング。
【0097】
ステップ１９．はんだ金属を堆積させないエリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0098】
ステップ２０．～４－５μｍの金属（通常は、Ａｕ）または拡散バリアが先に堆積されていてよい場合にはＣｕでエリアをめっきする。
【0099】
ステップ２１．はんだを堆積させないエリアをマスクするためにフォトリソグラフィを使用する。
【0100】
ステップ２２．はんだ金属（通常、原子量で８０％Ａｕ／２０％ＳｎであるＡｕＳｎ／Ａｕ共晶組成）を堆積させる。ＡｕＧｅ層の全体の厚さが～４００００Ａ（４ミクロン）以上であり、Ｓｎのいかなる酸化も防止するために頂部に～５００Ａ以上のＡｕが用いられる。この層がパターニングされてサブマウントの上に堆積され得、電気導波管がレーザグリッドに接着されている。
【0101】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態３－上面発光の酸化
第３の実施形態では、単一構造内に上面発光レージング領域のグリッドを作るのにイオンインプランテーションではなく酸化が使用される。例えば、パターニングされたエッチングは単一構造内で導電パスを分離することができ、それにより光源のグリッドを作る。この構造は、単一構造からの複数のレーザ発光点を呈するものである。レージング構造が、エッチング領域により、チップの外周部を形成するグラウンドコンタクトから分離される。実施形態３のためのこの構造は上面発光である。グリッドの導電性エリアが、光が放射されるところの場所となる。ポジティブ電気コンタクトが、光が放射されるところの場所である開口部を伴うグリッドであってよい。
第３の実施形態では、単一構造内に上面発光レージング領域のグリッドを作るのにイオンインプランテーションではなく酸化が使用される。例えば、パターニングされたエッチングは単一構造内で導電パスを分離することができ、それにより光源のグリッドを作る。この構造は、単一構造からの複数のレーザ発光点を呈するものである。レージング構造が、エッチング領域により、チップの外周部を形成するグラウンドコンタクトから分離される。実施形態３のためのこの構造は上面発光である。グリッドの導電性エリアが、光が放射されるところの場所となる。ポジティブ電気コンタクトが、光が放射されるところの場所である開口部を伴うグリッドであってよい。
【0102】
レーザウエハーのエピタキシャル材料がＶＣＳＥＬ設計であってよく、ほとんどのＶＣＳＥＬが上面発光である。ｐ型導波管パッドを使用する信号の配信は通常はレーザウエハー上で行われるが、背面発光設計を有する酸化した単一構造の実施形態では、導波管がレーザのｎ型材料または層から分離される別個の基板上にあってもよいことを理解されたい。
【0103】
実施形態３の例を示す図７は、複数のポイントでのレージングを可能にする単一構造を作ることを目的としてウエハーにエッチングされる例示のパターンを示している。図７によって示される実施形態などの実施形態の単一構造は、米国特許出願公開第２０１１／０１７６５６７号によって教示されるような脆い結晶材料で作られる細いカラムより大幅に高い剛性を有する。また、上で考察された実施形態に関連して説明されたように、図７によって示されるパターン以外のレージングエリアのパターンが実行者によって所望される場合に採用されてもよいことを理解されたい。
【0104】
図７では、分離トレンチの中央にパターニングされた単一メサ構造を作るために、斜線ストライプエリアが好適には下方向にエッチングされる。すべての斜線ストライプエリアが好適には図７Ａの底部のＮ型電気伝導性層７０５まで下方向にエッチングされるか、または一般的にはより大型の分離トレンチがエピタキシャル設計として埋設される電気コンタクトまでエッチングされることになり、対してより小型のパターニングされたエッチングエリアは、レージングポイントを分離するアクティブ領域より深くまで到達しなければならない。分離トレンチの中央のパターニングされた構造は、この構造にエッチングされる「成形された」孔を有する単一構造である。
【0105】
大型の単一メサの中にある孔はこの事例では大型である。これらの孔が、この酸化プロセス環境でエピタキシャル領域内の層を酸化させるのを可能にする。酸化層は高いアルミニウム含有量を有し、酸化プロセスの終了時まで層を通って横方向に成長するＡｌＯ２を形成する。白色エリアがチップの表面であり、点線が酸化により電流フローを非酸化エリアのみに制限するような場所である。この大型単一メサの中の孔はこの事例では大型である。これらの孔が、この酸化プロセス環境でエピタキシャル領域内の層を酸化させるのを可能にする。酸化層が、表面の下に埋設されるエピ設計構造内の高いＡｌ含有量を有する層を使用して、形成され得る。エッチングエリアが、酸化チャンバ内に設置されることになる層を露出し、この露出される層が内側へと酸化することが可能となり、ここではＡｌＯ２が酸化プロセスの終了時まで層を通って横方向に成長する。この薄い層の中で酸化の長さが伸びるので、酸化プロセス中に形成されるＡｌＯ２の誘電材料により電流パスが分離されるかまたは閉鎖される。エリア７００５がエッチングされる場合、エリア７００８のみが導電性となるまで酸化が成長し続け、エピタキシャル層のこのエリアまたは部分がこのセクションを通るように電流を導く。電気伝導性エリアが、電流フローが量子井戸を通るのを可能にし（図７Ａの参照符号７０７を参照）、ｐ型鏡７０９とＮ型鏡７０６との間のキャビティで光がトラップされるときにレージングを作り出す。
【0106】
図７では酸化長さを点線で見ることができ、すべてが、中に形成される孔を有する大型単一構造の中の、任意の１つの露出される縁部または孔からほぼ等しい距離である。図７は大型の単一メサグラウンド構造をさらに示している。図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃが位置する場所を示すために３つ断面の図が示されている。図７Ｂが、この断面を通して、中央のメサが単一構造であることを明瞭に示していることに留意されたい。
【0107】
図７は：
７００１ 電気導波管のグラウンドへの電気コンタクトのためのフレーム（単一の短絡メサ）
７００２ グラウンドフレームから大型の単一メサを分離するエッチング領域
７００３ エッチングされた孔を備える単一メサ構造
７００４ 単一メサ構造の縁部を酸化状態および非導電性の状態で維持するための縁部内にあるインデント
７００５ 単一メサ構造内にあるエッチングされた孔
７００６ 任意のエッチングされた縁部の周りにある酸化パターン
７００７ 電流フローを可能にしない重複する酸化エリア
７００８ 電流が自由に流れることができるレーザアパーチャ（図７Ｂの７６１と同様）
７００９ グラウンドから電気導波管上の信号パッドまでの静電容量を低減するための短絡メサ構造内にある隙間
を示す。
７００１ 電気導波管のグラウンドへの電気コンタクトのためのフレーム（単一の短絡メサ）
７００２ グラウンドフレームから大型の単一メサを分離するエッチング領域
７００３ エッチングされた孔を備える単一メサ構造
７００４ 単一メサ構造の縁部を酸化状態および非導電性の状態で維持するための縁部内にあるインデント
７００５ 単一メサ構造内にあるエッチングされた孔
７００６ 任意のエッチングされた縁部の周りにある酸化パターン
７００７ 電流フローを可能にしない重複する酸化エリア
７００８ 電流が自由に流れることができるレーザアパーチャ（図７Ｂの７６１と同様）
７００９ グラウンドから電気導波管上の信号パッドまでの静電容量を低減するための短絡メサ構造内にある隙間
を示す。
【0108】
【0109】
【0110】
図７Ａの参照符号７０６は、ｐ型鏡の回折ブラッグレフレクタ（ＤＢＲ）であり、これは非常に高いアルミニウム含有量を有する１つまたは複数の層７０８を中に有し、このことが、高温高湿条件に晒されるときに７０８を酸化させ、電流を図７Ｂによって示されるエリア７６１に閉じ込め、エリア７６１においてレーザビームが外に出る。Ｎ型鏡のＤＢＲ７０９が、めっき７８２（図７Ｃを参照）へのＮ型金属オームコンタクトを通して電流を外に流すための導電層７０５を有し、めっき７８２が単一のグラウンドメサ構造７１８（図７Ａを参照）までさらにはその上方ではんだ７１７まで到達し、ＧＳＧ導波管７１６上のＮ型めっきに電気接続され、さらには導波管のＮ型コンタクト１７５の中まで電気的に接続される。
【0111】
電流閉じ込めは半導体レーザの重要な点である。この概念は、電流フローがこの構造の縁部から離れることを強いることであり、その結果、エッチングにより存在し得るような粗い表面状態の近くを電流が流れることによる問題がなくなる。また、材料内での電流密度を上げることによりレージングを実現することを目的として、理想的には、電流フローが集中される。電流閉じ込めは、ドリルされた孔によって可能となる酸化プロセスにおいて、Ａｌの高濃度層が高温高湿条件に晒されるのを可能にすることによる酸化により（例えば、この実施形態３）、または他のすべてのエリアを非導電性にするインプラントにより（例えば、実施形態１および２を参照）、行われる。
【0112】
図７Ａは：
７０１ 電気導波管基板
７０２ 大型単一メサをグラウンドフレームから分離するエッチング領域
７０３ Ｎ型コンタクト層に電気コンタクトしているＮ型金属コンタクト
７０４ Ｎ型鏡
７０５ Ｎ型鏡の中にあるＮ型コンタクト層（オームコンタクトのために低抵抗性である）
７０６ Ｎ型コンタクト領域の上方にあるＮ型鏡
７０７ アクティブ領域（量子井戸）
７０８ 領域内において電流を遮断する酸化層
７０９ Ｐ型鏡
７１０ 誘電層
７１１ Ｐ型コンタクト金属の頂部にあるめっき
７１２ レーザビームの出口のための、Ｐ型コンタクト金属およびめっき金属の中にあるアパーチャ
７１３ 電気導波管基板
７１４ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト
７１５ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト
７１６ レーザチップへのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
７１７ レーザチップへのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
７１８ レーザチップのＮ型コンタクト領域に電気的に接続されるフレーム構造
を示す。
７０１ 電気導波管基板
７０２ 大型単一メサをグラウンドフレームから分離するエッチング領域
７０３ Ｎ型コンタクト層に電気コンタクトしているＮ型金属コンタクト
７０４ Ｎ型鏡
７０５ Ｎ型鏡の中にあるＮ型コンタクト層（オームコンタクトのために低抵抗性である）
７０６ Ｎ型コンタクト領域の上方にあるＮ型鏡
７０７ アクティブ領域（量子井戸）
７０８ 領域内において電流を遮断する酸化層
７０９ Ｐ型鏡
７１０ 誘電層
７１１ Ｐ型コンタクト金属の頂部にあるめっき
７１２ レーザビームの出口のための、Ｐ型コンタクト金属およびめっき金属の中にあるアパーチャ
７１３ 電気導波管基板
７１４ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト
７１５ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト
７１６ レーザチップへのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
７１７ レーザチップへのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
７１８ レーザチップのＮ型コンタクト領域に電気的に接続されるフレーム構造
を示す。
【0113】
図７Ａ２は上記図７Ａのつづきであり、図７Ａ２は：
７２１ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト
７２２ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト上のめっき
７２３ レーザチップへのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
７２４ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト
７２５ レーザチップへのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
７２６ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト上のめっき
７２７ 酸化により電流閉じ込めアパーチャを形成するのを可能にする、単一メサ構造内にあるエッチングされた孔領域
７２８ Ｐ型コンタクト金属の頂部のめっき
７２９ めっきからレーザの単一メサ構造上のＰ型コンタクトへの電気コンタクトのための誘電層内にある開口部
７３０ 誘電層
７３１ エッチングされた孔領域の近くで電流を遮断する酸化層
を示す。
７２１ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト
７２２ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト上のめっき
７２３ レーザチップへのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
７２４ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト
７２５ レーザチップへのＧＳＧ導波管のはんだ－接着部分
７２６ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト上のめっき
７２７ 酸化により電流閉じ込めアパーチャを形成するのを可能にする、単一メサ構造内にあるエッチングされた孔領域
７２８ Ｐ型コンタクト金属の頂部のめっき
７２９ めっきからレーザの単一メサ構造上のＰ型コンタクトへの電気コンタクトのための誘電層内にある開口部
７３０ 誘電層
７３１ エッチングされた孔領域の近くで電流を遮断する酸化層
を示す。
【0114】
図７Ｂは、図７に示されない電気接続部および電気導波管をさらに示している図７の断面図である。図７Ｂは酸化層によって作られるアパーチャを通る断面図を示す。酸化層が、図７Ａに示される単一構造内の孔を介する酸化プロセスに晒される。この図はさらに、このアクティブメサ構造が真に単一メサ構造であることを示している。図７Ｂは：
７５１ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト
７５２ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト上のめっき
７５３ はんだ－レーザチップへのＧＳＧ導波管のグラウンドの接着
７５４ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト
７５５ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト上のめっき
７５６ レーザチップ上のＰ型コンタクト金属
７５７ レーザアパーチャの上にあるめっきおよびＰ型コンタクト金属の中の開口部
７５８ Ｐ型コンタクト金属上のめっき
７５９ はんだ－レーザチップへの、ＧＳＧ導波管の信号の接着
７６０ Ｎ型コンタクトからアクティブメサ構造を保護する誘電層
７６１ 酸化層内にある開口部によって形成される電流閉じ込めアパーチャ
７６２ 酸化層誘電体
７６３ 金属開口部を通って伝播するレーザビーム
を示す。
７５１ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト
７５２ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドコンタクト上のめっき
７５３ はんだ－レーザチップへのＧＳＧ導波管のグラウンドの接着
７５４ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト
７５５ ＧＳＧ電気導波管の信号コンタクト上のめっき
７５６ レーザチップ上のＰ型コンタクト金属
７５７ レーザアパーチャの上にあるめっきおよびＰ型コンタクト金属の中の開口部
７５８ Ｐ型コンタクト金属上のめっき
７５９ はんだ－レーザチップへの、ＧＳＧ導波管の信号の接着
７６０ Ｎ型コンタクトからアクティブメサ構造を保護する誘電層
７６１ 酸化層内にある開口部によって形成される電流閉じ込めアパーチャ
７６２ 酸化層誘電体
７６３ 金属開口部を通って伝播するレーザビーム
を示す。
【0115】
図７Ｃは、ＧＳＧ導波管のＰ型コンタクトまたは信号がレーザチップの下方に位置付けされるところのエリアの断面図であり、ここではレーザのＮ型コンタクトに接地されるＮ型コンタクトフレームまたは単一構造メサがＧＳＧ電気導波管の上方にある。レーザグラウンドとＰ型信号パッドとの間の大型の隙間が回路の静電容量を低減し、高周波数動作を可能にする。図７Ｃは：
７８０ 誘電層
７８１ Ｎ型オームコンタクト金属
７８２ Ｎ型金属コンタクトを単一のグラウンドメサ構造に短絡するめっき
７８４ エピタキシャル成長側のＮ型コンタクト層
７８５ 電気導波管上の信号パッドに電気コンタクトしているめっき
７８６ ＧＳＧ電気導波管上の金属の信号パッドリード
７８７ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドパッド上のめっき
７８８ 電気導波管基板
７８９ 導電性信号パッド構造とＮ型コンタクト層との間の隙間が、静電容量を低減させる
を示す。
７８０ 誘電層
７８１ Ｎ型オームコンタクト金属
７８２ Ｎ型金属コンタクトを単一のグラウンドメサ構造に短絡するめっき
７８４ エピタキシャル成長側のＮ型コンタクト層
７８５ 電気導波管上の信号パッドに電気コンタクトしているめっき
７８６ ＧＳＧ電気導波管上の金属の信号パッドリード
７８７ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドパッド上のめっき
７８８ 電気導波管基板
７８９ 導電性信号パッド構造とＮ型コンタクト層との間の隙間が、静電容量を低減させる
を示す。
【0116】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態３のためのプロセス
酸化による電流閉じ込め（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を用いる、実施形態３のための単一構造を作るためのプロセスステップの例示の実施形態が以下のように説明され得る。
酸化による電流閉じ込め（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を用いる、実施形態３のための単一構造を作るためのプロセスステップの例示の実施形態が以下のように説明され得る。
【0117】
ステップ１．Ｐ型金属を堆積させないエリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0118】
ステップ２．Ｐ型金属（通常、～２０００ＡのＴｉＰｔＡｕ）を堆積する。
【0119】
ステップ３．フォトリソグラフィリフトオフおよびウエハー洗浄。Ｏ２のディスカムまたはウエハーからのすべての有機物のアッシング。
【0120】
ステップ４．エッチングマスクとして誘電堆積体（通常、～＜１０００ＡのＳｉＮｘ）を使用する。
【0121】
ステップ５．エッチングされない誘電体のエリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0122】
ステップ６．誘電体を通してのエッチングを行うためにプラズマエッチングを使用することが（通常、Ｆｌベースのエッチング剤）、ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）（緩衝酸化物エッチング）などのウェットエッチングを使用することができる。
【0123】
ステップ７．レーザまたは発光ダイオードのエピタキシャル材料の中にパターンをエッチングする。基板またはドープ電気コンタクト層上で止める。通常、エッチングは、ある程度の量（高いパーセンテージ）のＢＣｌ３を有するＣｌベースである。
【0124】
ステップ８．マスクを洗い落とす。Ｏ２のディスカムまたはウエハーからのすべての有機物のアッシング。
【0125】
ステップ９．Ｎ型金属を堆積させないエリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0126】
ステップ１０．Ｎ型金属（通常、原子量で８０％Ａｕ／２０％ＧｅであるＧｅＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ共晶組成）を堆積させる。他の拡散バリア金属としての～２００Ａ以上のＮｉを伴う全体の厚さが～３０００Ａ以上のＡｕＧｅ層、および～５０００Ａ以上のＡｕである。
【0127】
ステップ１１．マスクを洗い落とす（通常、リフトオフと呼ばれる）。Ｏ２のディスカムまたはウエハーからのすべての有機物のアッシング。
【0128】
ステップ１２．非導電性分離バリアとして誘電堆積体（通常、～２０００ＡのＳｉＮｘ）を使用する。
【0129】
ステップ１３．エッチングされない誘電体のエリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0130】
ステップ１４．誘電体を通してのエッチングを行うためにプラズマエッチングを使用することが（通常、Ｆｌベースのエッチング剤）、ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）（緩衝酸化物エッチング）などのウェットエッチングを使用することができる。
【0131】
ステップ１５．マスクを洗い落とす。Ｏ２のディスカムまたはウエハーからのすべての有機物のアッシング。
【0132】
ステップ１６．めっき金属を堆積させないエリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0133】
ステップ１７．～４－５μｍの金属（通常は、Ａｕ）で、または拡散バリアが先に堆積されていてよい場合にはＣｕでエリアをめっきする。
【0134】
ステップ１８．はんだを堆積させないエリアをマスクするために、フォトリソグラフィを使用する。
【0135】
ステップ１９．はんだ金属（通常、原子量で８０％Ａｕ／２０％ＳｎであるＡｕＳｎ／Ａｕ共晶組成）を堆積させる。ＡｕＳｎ層の全体の厚さは～４０，０００Ａ（４ミクロン）以上であり、Ｓｎのいかなる酸化も防止するために頂部に～５００Ａ以上のＡｕが用いられる。この層がパターニングされてサブマウントの上に堆積され得、ここでは電気導波管がレーザグリッドに接着されている。
【0136】
ステップ２０．クリービングまたはダイシングを用いてレーザチップをウエハーから分離する。
【0137】
ステップ２１．高周波数動作を可能にする設計を用いて、レーザチップに位置合わせする電気導波管を設計および製作する。
【0138】
ステップ２２．レーザチップをサブマウントの電気導波管に位置合わせしてフリップチップ接着する
【0139】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態４－底面発光の酸化
第４の実施形態では、複数のレージング領域を有する酸化した単一構造がトップ放射体ではなくボトム放射体として設計される。図８から図１４Ｃが実施形態４の細部を提示しており、この実施形態を作るのに使用され得るプロセスを示している。レージンググリッドの光が基板を通して放射され、バック放射体を形成する。
第４の実施形態では、複数のレージング領域を有する酸化した単一構造がトップ放射体ではなくボトム放射体として設計される。図８から図１４Ｃが実施形態４の細部を提示しており、この実施形態を作るのに使用され得るプロセスを示している。レージンググリッドの光が基板を通して放射され、バック放射体を形成する。
【0140】
光は～９００ｎｍ以上の波長においてＧａＡｓ内を透過可能である。エピタキシャル設計で処理される光の波長が～９００ｎｍ以上の範囲内にある場合、ＧａＡｓ基板は光を伝達する、つまり光に対して透過性である。このエピタキシャル設計がＰ型鏡より低い反射率を有するＮ型鏡を含む場合、ＶＣＳＥＬなどのレーザがＮ型鏡から基板を通して光を放射することができる。レーザビームがこの材料を通って伝播することになり、基板は、光をコリメートするか、光を広げるか、光を発散させるか、光を集束させるか、光を導くための光学部品のためのプラットフォームとなり得る。これが、非常に高い輝度パワーを有する一体型の光学回路を形成することを可能にする。この場合、この単一構造およびグラウンドコンタクトが高速電気導波管基板に一体化され得、それによりグリッド全体からの高周波数応答を可能にする。この高速電気導波管にはグラウンド－シグナル－グラウンドの電気導波管が理想的である。使用され得る別の種類の電気導波管としてマイクロストリップ導波管があり（図１５を参照）、ここでは、基板上の薄い誘電層により信号パッドがグラウンドパッドから分離される。
【0141】
図８は一般的なエピタキシャル設計の図である。ＶＣＳＥＬデバイスには任意の高速設計が使用され得る。図８は：
８１ ＧａＡｓ基板
８２ 低抵抗性コンタクト層のための、考えられる位置
８３ コンタクト領域の後のＮ型鏡層
８４ 低抵抗性Ｎ型コンタクト領域
８５ 量子井戸の後のＮ型鏡層
８６ 量子井戸領域
８７ 酸化層
８８ Ｐ型鏡
８９ 低抵抗性Ｐ型コンタクト層
を示す。
８１ ＧａＡｓ基板
８２ 低抵抗性コンタクト層のための、考えられる位置
８３ コンタクト領域の後のＮ型鏡層
８４ 低抵抗性Ｎ型コンタクト領域
８５ 量子井戸の後のＮ型鏡層
８６ 量子井戸領域
８７ 酸化層
８８ Ｐ型鏡
８９ 低抵抗性Ｐ型コンタクト層
を示す。
【0142】
図９は、Ｐ型金属の堆積である、実施された第１のプロセスの図である。これは、通常、オームコンタクトを形成する高濃度ドープのＰ型コンタクト層の頂部にあるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層である。図９は：
９１ アニールプロセス後のオームコンタクトを形成するＰ型金属
９２ 低抵抗性Ｐ型コンタクト層
を示す。
９１ アニールプロセス後のオームコンタクトを形成するＰ型金属
９２ 低抵抗性Ｐ型コンタクト層
を示す。
【0143】
図１０は、Ｎ型コンタクト層までの下方向のエピタキシャル層のエッチングの上面図である。図１０は以下のものを示す：
１００１ Ｎ型コンタクト層までエッチングされたエリア
１００２ 単一メサグラウンド構造
１００３ 単一メサアクティブ構造
１００４ アパーチャを形成することを目的とした酸化プロセスを可能にするためのエッチング孔
１００５ 導電性による電流閉じ込め（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を形成する酸化が存在することがないところである、すべての孔の間にあるエリア
１００１ Ｎ型コンタクト層までエッチングされたエリア
１００２ 単一メサグラウンド構造
１００３ 単一メサアクティブ構造
１００４ アパーチャを形成することを目的とした酸化プロセスを可能にするためのエッチング孔
１００５ 導電性による電流閉じ込め（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を形成する酸化が存在することがないところである、すべての孔の間にあるエリア
【0144】
図１０Ａは酸化プロセス前に形成される図１０の断面図Ａであり、図１０Ａ２は酸化プロセス後に形成される図１０の断面図Ａである。図１０Ａ２は：
１２０ 酸化プロセス中に露出された任意のエッチング領域の近くで導電パスを完全に遮断する酸化
を示す。
１２０ 酸化プロセス中に露出された任意のエッチング領域の近くで導電パスを完全に遮断する酸化
を示す。
【0145】
図１０Ｂは、示されるエリア内に電流閉じ込めアパーチャが形成された場所を示している図１０の断面図Ｂである。この図は、単一メサのセクションを示しており、その断面を孔が貫通しておらず、またこの図は、このメサ構造が接着プロセスにおいて好適である、より堅固な構造を可能にする単一メサ構造であることを明瞭に示している。図１０Ｂは：
１２５ 電流閉じ込めアパーチャが単一メサ構造の導電性領域である
１２６ 孔がエッチングされた場所の近くに誘電層として形成している酸化層
１２７ Ｐ型金属コンタクト層
を示す。
１２５ 電流閉じ込めアパーチャが単一メサ構造の導電性領域である
１２６ 孔がエッチングされた場所の近くに誘電層として形成している酸化層
１２７ Ｐ型金属コンタクト層
を示す。
【0146】
図１１は、エピタキシャルコンタクト層への電気コンタクトのための、および高い信頼性のために半導体を密封するための、開いているビア「ホール」を用いてパターニングされた、堆積された誘電層を示している。図１１は：
１１０１ 開口部または「ビア」を伴う、パターニングされた誘電層
１１０２ Ｐ型コンタクト金属までの、誘電層内の開口部
１１０３ 単一メサグラウンド構造上にあるコンタクト層
を示す。
１１０１ 開口部または「ビア」を伴う、パターニングされた誘電層
１１０２ Ｐ型コンタクト金属までの、誘電層内の開口部
１１０３ 単一メサグラウンド構造上にあるコンタクト層
を示す。
【0147】
図１２は、堆積された後のＮ型金属コンタクトを示している。図１２は：
１２０１ Ｎ型コンタクト金属が、孔を介して、Ｎ型コンタクト層への電気接続部を作るために、Ｎ型コンタクトの上に堆積されている
を描いている。
１２０１ Ｎ型コンタクト金属が、孔を介して、Ｎ型コンタクト層への電気接続部を作るために、Ｎ型コンタクトの上に堆積されている
を描いている。
【0148】
図１３は、単一の接地されたフレーム領域の頂部にＮ型コンタクト領域を短絡する金属をめっきする次のステップを示しており、単一の接地されているフレーム領域がＧＳＧ導波管のグラウンドパッドに接着されて電気的に導通している。このめっきが、静電容量を低減するアクティブ領域の高さをさらに加え、デバイスのアクティブ領域から熱を除去して、デバイスにさらに良好な性能を与える。アクティブな単一構造の上のめっきが、誘電層により、Ｎ型鏡およびＮ型コンタクト領域から分離される。図１３は：
１３０１ アクティブ領域を覆い、および単一メサ構造の孔まで延在するめっきを防止する誘電層
１３０２ Ｎ型コンタクト金属を通してＮ型コンタクト領域に短絡される、単一の接地されているメサ構造を覆うめっき
１３０３ めっき金属の高い熱伝導係数を通じて冷却が生じ得るところの、アクティブ領域の孔まで延在する、アクティブ構造を覆うめっき
１３０４ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドに接着されて電気的に接続されるための、単一フレーム構造の上を延在するめっき金属
を示す。
１３０１ アクティブ領域を覆い、および単一メサ構造の孔まで延在するめっきを防止する誘電層
１３０２ Ｎ型コンタクト金属を通してＮ型コンタクト領域に短絡される、単一の接地されているメサ構造を覆うめっき
１３０３ めっき金属の高い熱伝導係数を通じて冷却が生じ得るところの、アクティブ領域の孔まで延在する、アクティブ構造を覆うめっき
１３０４ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドに接着されて電気的に接続されるための、単一フレーム構造の上を延在するめっき金属
を示す。
【0149】
【0150】
図１４ｂは、接着前のＧＳＧ電気導波管のアライメントを示している。図１４ｂは：
１４０３ ＧＳＧ高速電気導波管のためのサブマウント
１４０４ ＧＳＧ高速電気導波管のためのグラウンドパッド
１４０５ ＧＳＧ高速電気導波管のための信号パッド
１４０６ ＧＳＧ高速電気導波管の導電性エリア上に堆積されためっき金属
を示す。
１４０３ ＧＳＧ高速電気導波管のためのサブマウント
１４０４ ＧＳＧ高速電気導波管のためのグラウンドパッド
１４０５ ＧＳＧ高速電気導波管のための信号パッド
１４０６ ＧＳＧ高速電気導波管の導電性エリア上に堆積されためっき金属
を示す。
【0151】
図１４Ｃは、ＧＳＧ電気導波管への接着されたレーザチップを示している。単一の接地されているメサの中の隙間が、静電容量を低減することにより高速動作を可能にする
を示す。
を示す。
【0152】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態５
第５の実施形態では、図１５に示されるように、ＧＳＧ導波管ではなくマイクロストリップまたはストリップラインの電気導波管が使用される。この実施形態はやはり、上記の図１４ｃで言及した隙間を有することができる。この電気導波管は、やはり、ストリップラインまたはマイクロストリップの導波管を形成する誘電体の上に信号リードを伴い、薄い誘電体の下方にあるグラウンド層によって形成され得る。誘電体の中の開口部が、レージンググリッドのグラウンド部分にコンタクトするのに使用され得る。ラインの幅および誘電体の厚さが、が特性をマッチングする回路のための固有インピーダンス値を作るように制御され得る。このテクニックが実施形態２または以下で考察される実施形態のうちの任意の実施形態、などの、他の実施形態でも使用されることを理解されたい。図１５の図が、アクティブな単一メサ構造に跨る断面図を示している：
１５１ 導波管基板
１５２ 導波管の全体に跨る金属グラウンドパッド
１５３ グラウンドを信号パッドから分離する誘電層
１５４ 金属信号パッド
１５５ 信号パッド上にある金属めっき
１５６ 単一のアクティブメサへ信号パッドを電気的に接続するはんだであって、その中までエッチングされる隙間または孔を有するように示される
１５７ グラウンドパッド上にある金属めっき
１５８ グラウンドパッドを、単一の接地されているメサに電気的に接続するはんだ
第５の実施形態では、図１５に示されるように、ＧＳＧ導波管ではなくマイクロストリップまたはストリップラインの電気導波管が使用される。この実施形態はやはり、上記の図１４ｃで言及した隙間を有することができる。この電気導波管は、やはり、ストリップラインまたはマイクロストリップの導波管を形成する誘電体の上に信号リードを伴い、薄い誘電体の下方にあるグラウンド層によって形成され得る。誘電体の中の開口部が、レージンググリッドのグラウンド部分にコンタクトするのに使用され得る。ラインの幅および誘電体の厚さが、が特性をマッチングする回路のための固有インピーダンス値を作るように制御され得る。このテクニックが実施形態２または以下で考察される実施形態のうちの任意の実施形態、などの、他の実施形態でも使用されることを理解されたい。図１５の図が、アクティブな単一メサ構造に跨る断面図を示している：
１５１ 導波管基板
１５２ 導波管の全体に跨る金属グラウンドパッド
１５３ グラウンドを信号パッドから分離する誘電層
１５４ 金属信号パッド
１５５ 信号パッド上にある金属めっき
１５６ 単一のアクティブメサへ信号パッドを電気的に接続するはんだであって、その中までエッチングされる隙間または孔を有するように示される
１５７ グラウンドパッド上にある金属めっき
１５８ グラウンドパッドを、単一の接地されているメサに電気的に接続するはんだ
【0153】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態６
図１６は第６の実施形態を示している。図１６では、この構造が、レージングを同相で維持することを目的として各レージングポイントの光の一部分をその隣の別のレーザまで導くためのパスを残すという点で独自的である。この例では、レーザ１６１が、その隣のレーザアパーチャ１６３までの下向きの反射されたその外側モード構造１６２の一部を有し、レーザアパーチャ１６３が１６２と同相の光を作る。同相であるレーザが１６４であり、角度付き反射面１６５から反射され、１６４および１６１と同相であるその隣のレーザ１６７のアパーチャに戻り、この形が繰り返される。レンズまたはアウトプットエリアのすぐ外側にある角度付きエリアおよびまたは反射エリア１６４が、レンズまたはアウトプットエリアからオーバーフローする光のわずかな部分を、そこに隣接するレージンググリッドへと転じることができ、それによりコヒーレントなレージンググリッドを可能にする。隣り合うレージングポイントからの光の一部が、互いに同相関係にあるレージングポイントをセットアップするレージングポイントに注入される。これにより、この構造が各レーザからの光の一部をその隣のレーザまで導くときに、すべてのレージングポイントのコヒーレントな動作を可能にする。反射率、距離、および角度が、光学的モデル化の技術分野の当業者により非常に正確に計算される。何年にもわたって、コヒーレントな動作は、レーザアレイの動作を回避してきた利点である。図１６は：
１６１ 光の一部分のみを放射する広い発散を有する大型アパーチャのレーザ
１６２ レーザ１６１からの光の一部分がアパーチャ１６３の方へ反射される
１６３ 反射率が１６２からの光の位相に適合するところのレーザのアパーチャ
１６４ 光の一部分のみを放射する広い発散を有する大型アパーチャのレーザ
１６５ アウトプットアパーチャのすぐ外側にあるレーザチップの背面上にある角度付き反射面
１６６ レーザグリッド１６４と同相である反射ビーム
１６７ 光の一部分のみを放射する広い発散を有する大型アパーチャのレーザ
を示す。
図１６は第６の実施形態を示している。図１６では、この構造が、レージングを同相で維持することを目的として各レージングポイントの光の一部分をその隣の別のレーザまで導くためのパスを残すという点で独自的である。この例では、レーザ１６１が、その隣のレーザアパーチャ１６３までの下向きの反射されたその外側モード構造１６２の一部を有し、レーザアパーチャ１６３が１６２と同相の光を作る。同相であるレーザが１６４であり、角度付き反射面１６５から反射され、１６４および１６１と同相であるその隣のレーザ１６７のアパーチャに戻り、この形が繰り返される。レンズまたはアウトプットエリアのすぐ外側にある角度付きエリアおよびまたは反射エリア１６４が、レンズまたはアウトプットエリアからオーバーフローする光のわずかな部分を、そこに隣接するレージンググリッドへと転じることができ、それによりコヒーレントなレージンググリッドを可能にする。隣り合うレージングポイントからの光の一部が、互いに同相関係にあるレージングポイントをセットアップするレージングポイントに注入される。これにより、この構造が各レーザからの光の一部をその隣のレーザまで導くときに、すべてのレージングポイントのコヒーレントな動作を可能にする。反射率、距離、および角度が、光学的モデル化の技術分野の当業者により非常に正確に計算される。何年にもわたって、コヒーレントな動作は、レーザアレイの動作を回避してきた利点である。図１６は：
１６１ 光の一部分のみを放射する広い発散を有する大型アパーチャのレーザ
１６２ レーザ１６１からの光の一部分がアパーチャ１６３の方へ反射される
１６３ 反射率が１６２からの光の位相に適合するところのレーザのアパーチャ
１６４ 光の一部分のみを放射する広い発散を有する大型アパーチャのレーザ
１６５ アウトプットアパーチャのすぐ外側にあるレーザチップの背面上にある角度付き反射面
１６６ レーザグリッド１６４と同相である反射ビーム
１６７ 光の一部分のみを放射する広い発散を有する大型アパーチャのレーザ
を示す。
【0154】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態７
図１７は第７の実施形態を示す。図１７では、レージンググリッドチップの背面側が、特に有益なエリアの方にレーザ光１７２の向きを変えるための、エッチングされたパターンを有する。これが回折光学素子（ＤＯＥ）１７１によって達成され、それはエッチングされた表面を有し、エッチングは光がこの部分を通って移動するときに、ＤＯＥの表面の角度に応じて、この表面の角度がビームまたは光の向きを変える１７５ようになされる。これが、光をコリメートするかまたは光を発散させるのに、あるいは光を導くかまたは均質化するのに、使用される。図１７は電気導波管を示していない。モードは、アパーチャのサイズならびに反射面１７３および１７４の特性によって制御される。図１７は：
１７１ ビーム１７２からの向きを変えられたレーザグリッドビーム
１７２ アパーチャから放射されたレーザグリッドビーム
１７３ 背面発光のレーザグリッドのための、鏡のコンタクトおよび背面
１７４ 背面発光のレーザグリッドのための、鏡のコンタクトおよび背面
１７５ レーザグリッドからの向きを変えられたビーム
を示す。
図１７は第７の実施形態を示す。図１７では、レージンググリッドチップの背面側が、特に有益なエリアの方にレーザ光１７２の向きを変えるための、エッチングされたパターンを有する。これが回折光学素子（ＤＯＥ）１７１によって達成され、それはエッチングされた表面を有し、エッチングは光がこの部分を通って移動するときに、ＤＯＥの表面の角度に応じて、この表面の角度がビームまたは光の向きを変える１７５ようになされる。これが、光をコリメートするかまたは光を発散させるのに、あるいは光を導くかまたは均質化するのに、使用される。図１７は電気導波管を示していない。モードは、アパーチャのサイズならびに反射面１７３および１７４の特性によって制御される。図１７は：
１７１ ビーム１７２からの向きを変えられたレーザグリッドビーム
１７２ アパーチャから放射されたレーザグリッドビーム
１７３ 背面発光のレーザグリッドのための、鏡のコンタクトおよび背面
１７４ 背面発光のレーザグリッドのための、鏡のコンタクトおよび背面
１７５ レーザグリッドからの向きを変えられたビーム
を示す。
【0155】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態８
図１８は第８の実施形態を示す。図１８では、パターニングされた回折格子１８４（これは図１７のＤＯＥの反対の角度パターンである）が、背面発光ＶＣＳＥＬ設計のレーザウエハーの背面側において、発光点１８１の上に設置されるか、またはエッチングされ、レージングポイントをこのグリッドの外側１８５に向ける。このレンズからは、すべてのレーザがチップの後方の単一のポイント１８６から来ているように見え、仮想的な点の源が形成され、ここでは、マイクロレンズ１８７が、チップの後方の仮想的な集束的な源からのビームをコリメートするのに使用され得る。図１８は：
１８１ 背面発光レーザグリッドのための鏡のコンタクトおよび背面
１８２ レーザ特性を作るアパーチャ
１８３ レーザグリッドからのレーザビーム
１８４ 固有の全体のビームグリッド特性のために角度付けされる回折光学素子（ＤＯＥ）の表面
１８５ レーザグリッドからの向きを変えられたビーム
１８６ レンズ１８７から見るときの、すべてのビームからの集束的な仮想的な光源
１８７ 仮想的な集束的な点１８６上に焦点を有するマイクロレンズ
を示す。
図１８は第８の実施形態を示す。図１８では、パターニングされた回折格子１８４（これは図１７のＤＯＥの反対の角度パターンである）が、背面発光ＶＣＳＥＬ設計のレーザウエハーの背面側において、発光点１８１の上に設置されるか、またはエッチングされ、レージングポイントをこのグリッドの外側１８５に向ける。このレンズからは、すべてのレーザがチップの後方の単一のポイント１８６から来ているように見え、仮想的な点の源が形成され、ここでは、マイクロレンズ１８７が、チップの後方の仮想的な集束的な源からのビームをコリメートするのに使用され得る。図１８は：
１８１ 背面発光レーザグリッドのための鏡のコンタクトおよび背面
１８２ レーザ特性を作るアパーチャ
１８３ レーザグリッドからのレーザビーム
１８４ 固有の全体のビームグリッド特性のために角度付けされる回折光学素子（ＤＯＥ）の表面
１８５ レーザグリッドからの向きを変えられたビーム
１８６ レンズ１８７から見るときの、すべてのビームからの集束的な仮想的な光源
１８７ 仮想的な集束的な点１８６上に焦点を有するマイクロレンズ
を示す。
【0156】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態９
図１９は第９の実施形態を示す。図１９は、接着され、エッチングされ、および酸化が行われた実施形態３の断面を示しているが、ただし、１つのマイクロレンズを他のマイクロレンズに位置合わせして、さらにはこの単一メサ構造から放射されるレーザビームの向きを変えることを目的として１つのマイクロレンズの位置をわずかにずらすような形で、位置付けされる、レーザチップの背面上に加工されているマイクロレンズを有することを除いてである。実施形態３はこの構成のために参照されるものであるが、上記の背面発光の実施形態のうちの任意の実施形態と、チップに取り付けられるかまたはアウトプットグリッドの上方に位置付けされるマイクロレンズアレイとが、使用され得ることを理解されたい。このマイクロレンズアレイは光伝導グリッドポイントのピッチに関連する値を有することができるが、レージングポイントによって放射される光が、チップの前方またはチップの後方においてビームが仮想的な点源のところで一体となるか、または一体となっているように見えるようになるところの単一のエリアまで、導かれるようなわずかに異なるピッチを有するレンズ７４を用いる。マイクロレンズのピッチがレーザのピッチより小さい場合、マイクレンズが中心から離れるレーザをチップの前方の点の方向に導くかまたは内側に導く。マイクロレンズアレイのピッチがレーザのグリッドのピッチより大きい場合、光が図１９にように外側に導かれることになる。図１９は：
７１ レーザ基板
７２ Ｎ型鏡
７３ Ｎ型コンタクト領域
７４ レーザ光を外側に導くための、レーザからわずかにオフセットされるマイクロレンズ
７５ アクティブ領域または量子井戸
７６ アクティブ領域への電流閉じ込めを作り出す酸化層
７７ 単一グラウンド構造およびアクティブな単一メサ構造からの分離を作り出すエッチングトレンチ
７８ Ｐ型金属コンタクト
７９ 酸化がおきるのを可能にするために、単一メサ構造にエッチングされる孔
８０ レーザチップおよび高速電気導波管を電気的に接続するはんだ
８１ ＧＳＧ電気導波管の信号パッド
８２ Ｐ型鏡
８３ ＧＳＧ導波管基板
８４ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドパッドに電気コンタクトしているＮ型コンタクト層、および単一グラウンドメサの上に置かれるＮ型金属を短絡するめっき
８５ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドパッド
を示す。
図１９は第９の実施形態を示す。図１９は、接着され、エッチングされ、および酸化が行われた実施形態３の断面を示しているが、ただし、１つのマイクロレンズを他のマイクロレンズに位置合わせして、さらにはこの単一メサ構造から放射されるレーザビームの向きを変えることを目的として１つのマイクロレンズの位置をわずかにずらすような形で、位置付けされる、レーザチップの背面上に加工されているマイクロレンズを有することを除いてである。実施形態３はこの構成のために参照されるものであるが、上記の背面発光の実施形態のうちの任意の実施形態と、チップに取り付けられるかまたはアウトプットグリッドの上方に位置付けされるマイクロレンズアレイとが、使用され得ることを理解されたい。このマイクロレンズアレイは光伝導グリッドポイントのピッチに関連する値を有することができるが、レージングポイントによって放射される光が、チップの前方またはチップの後方においてビームが仮想的な点源のところで一体となるか、または一体となっているように見えるようになるところの単一のエリアまで、導かれるようなわずかに異なるピッチを有するレンズ７４を用いる。マイクロレンズのピッチがレーザのピッチより小さい場合、マイクレンズが中心から離れるレーザをチップの前方の点の方向に導くかまたは内側に導く。マイクロレンズアレイのピッチがレーザのグリッドのピッチより大きい場合、光が図１９にように外側に導かれることになる。図１９は：
７１ レーザ基板
７２ Ｎ型鏡
７３ Ｎ型コンタクト領域
７４ レーザ光を外側に導くための、レーザからわずかにオフセットされるマイクロレンズ
７５ アクティブ領域または量子井戸
７６ アクティブ領域への電流閉じ込めを作り出す酸化層
７７ 単一グラウンド構造およびアクティブな単一メサ構造からの分離を作り出すエッチングトレンチ
７８ Ｐ型金属コンタクト
７９ 酸化がおきるのを可能にするために、単一メサ構造にエッチングされる孔
８０ レーザチップおよび高速電気導波管を電気的に接続するはんだ
８１ ＧＳＧ電気導波管の信号パッド
８２ Ｐ型鏡
８３ ＧＳＧ導波管基板
８４ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドパッドに電気コンタクトしているＮ型コンタクト層、および単一グラウンドメサの上に置かれるＮ型金属を短絡するめっき
８５ ＧＳＧ電気導波管のグラウンドパッド
を示す。
【0157】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態１０
図２０は第１０の実施形態を示している。図２０は、レージングしない点の方への、Ｎ型エピタキシャル出力鏡３１の反射性を低減して、ついでキャビティを延長するレージンググリッドの背面において、反射面２３１の方への反射性を増大させることにより、単一のグリッド構造を使用して延長されたキャビティレーザ設計が実現され得ることを示している。この構造が、キャビティ内の高次モード構造２３３のフィードバックを低減し、それによりグリッドからのアウトプットビーム２３５のためのより基本的なモードの構造を形成する。図２０は：
２３０ 不完全なＮ型出力鏡のエピタキシャル領域を示す矢印
２３１ 変化する屈折率を有する誘電層で作られる反射領域
２３２ レーザビームのキャビティが、ここでは、モード排除のためのキャビティを延長するレーザウエハー材料を有する
２３３ キャビティの方に戻るようには反射されない、高次モードの反射
２３４ キャビティ内のシングルモードまたは低次モード
２３５ 延長されたキャビティデバイスから出力される、シングルモードまたは低次モード
を示す。
図２０は第１０の実施形態を示している。図２０は、レージングしない点の方への、Ｎ型エピタキシャル出力鏡３１の反射性を低減して、ついでキャビティを延長するレージンググリッドの背面において、反射面２３１の方への反射性を増大させることにより、単一のグリッド構造を使用して延長されたキャビティレーザ設計が実現され得ることを示している。この構造が、キャビティ内の高次モード構造２３３のフィードバックを低減し、それによりグリッドからのアウトプットビーム２３５のためのより基本的なモードの構造を形成する。図２０は：
２３０ 不完全なＮ型出力鏡のエピタキシャル領域を示す矢印
２３１ 変化する屈折率を有する誘電層で作られる反射領域
２３２ レーザビームのキャビティが、ここでは、モード排除のためのキャビティを延長するレーザウエハー材料を有する
２３３ キャビティの方に戻るようには反射されない、高次モードの反射
２３４ キャビティ内のシングルモードまたは低次モード
２３５ 延長されたキャビティデバイスから出力される、シングルモードまたは低次モード
を示す。
【0158】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態１１
図２１は第１１の実施形態を示す。図２１では、ＶＣＳＥＬ構造が上記の実施形態のようにレーザグリッド設計に適合され得、レージンググリッドの出力レフレクタ（レンズ形状２４１の上に堆積される）が光を放射するところのレージングチップの背面が、集束フィードバック機構（焦点の矢印２４３）をより良好に形成するためにレフレクタの下に凸形形状２４１または凹形形状を有することができ、この集束フィードバック機構は高次モードを排除するものであり、各グリッドエリアからのシングルモードのレージング出力２４５を有するように設計され得る。この場合、全体のレージング構造が低いＭ２値を有することになる。アウトプットをコリメートするためにレンズまたはマイクロレンズが追加され得る。図２１は：
２４０ 不完全なＮ型出力鏡のエピタキシャル領域を示す矢印
２４１ レーザ基板またはウエハーにエッチングされるマイクレンズ構造の上に堆積される、変化する屈折率を有する誘電層で作られる反射領域
２４２ 延長されたキャビティ内で反射されているシングルモードビーム
２４３ チップの表面上にある光学素子からの、延長されたキャビティに戻るように導かれている縁部からの光
２４４ 図２０のシングルモードビームよりも、より大きいパワーを有し、より高く選択的な、シングルモードである
２４５ 高品質のシングルモードビームのアウトプット
２４６ より強く反射するエピタキシャル鏡
を示す。
図２１は第１１の実施形態を示す。図２１では、ＶＣＳＥＬ構造が上記の実施形態のようにレーザグリッド設計に適合され得、レージンググリッドの出力レフレクタ（レンズ形状２４１の上に堆積される）が光を放射するところのレージングチップの背面が、集束フィードバック機構（焦点の矢印２４３）をより良好に形成するためにレフレクタの下に凸形形状２４１または凹形形状を有することができ、この集束フィードバック機構は高次モードを排除するものであり、各グリッドエリアからのシングルモードのレージング出力２４５を有するように設計され得る。この場合、全体のレージング構造が低いＭ２値を有することになる。アウトプットをコリメートするためにレンズまたはマイクロレンズが追加され得る。図２１は：
２４０ 不完全なＮ型出力鏡のエピタキシャル領域を示す矢印
２４１ レーザ基板またはウエハーにエッチングされるマイクレンズ構造の上に堆積される、変化する屈折率を有する誘電層で作られる反射領域
２４２ 延長されたキャビティ内で反射されているシングルモードビーム
２４３ チップの表面上にある光学素子からの、延長されたキャビティに戻るように導かれている縁部からの光
２４４ 図２０のシングルモードビームよりも、より大きいパワーを有し、より高く選択的な、シングルモードである
２４５ 高品質のシングルモードビームのアウトプット
２４６ より強く反射するエピタキシャル鏡
を示す。
【0159】
米国特許出願公開第２０１７／００３３５３５号の実施形態１２
図２２は第１２の実施形態を示す。図２２では、ＶＣＳＥＬ構造は上記の実施形態のようなレーザグリッド設計に適合され得るが、ただし、レンズから真っすぐ外に出るビームが外部のマイクロレンズアレイを通り、この外部のマイクロレンズアレイがレーザのピッチとは異なるピッチのマイクロレンズを有するように設計されており、それにより、上記の実施形態のうちの多くの実施形態と同様に、単一のロケーションまでのまたは単一のロケーションからのビームの向きを変えるのを可能にし得る、ということを除いてである。このテクニックの他の形態が、レーザグリッドに位置合わせされてレーザグリッドと等しいピッチを有する外部レンズアレイの底部に形成される凹形レンズを使用することもでき、対してレーザグリッドとは異なるピッチを有する凸形レーザアレイが頂部側にある。ビームを導くための別のテクニックとして、外部レンズアレイの上にある凸形マイクロレンズの代わりに頂部側の光学素子としてＤＯＥを使用するテクニックがある。２５２はより強力なシングルモードビームを作るためにアパーチャの中心に戻るように反射される光であり、他方、２５３がレーザ出力鏡のキャビティを完成する反射コーティングを有する。２５４がキャビティであり、外部レンズキャビティの内側に堆積される反射防止コーティングを有し、他方で頂部側のマイクロレンズアレイ上に反射防止コーティングも堆積させる。別のテクニックは、キャビティ鏡を完成するために、図２０のような平面的な反射特性を使用することであり、これは、ビームの向きを変えるために頂部側にあるオフセットされるマイクロレンズアレイまたは頂部側にあるＤＯＥを有するものである。図２２が以下のものを示している：
２５０ 不完全なＮ型出力鏡のエピタキシャル領域を示す矢印
２５１ 延長されたキャビティ内で反射されているシングルモードビーム
２５２ チップの表面上にある光学素子からの、強いシングルモードキャビティを作り出す中心に戻るように導かれている、縁部からの光
２５３ レーザ基板またはウエハーにエッチングされるマイクレンズ構造の上に堆積される、変化する屈折率を有する誘電層で作られる反射領域
２５４ エッチングされるレンズが外部レンズアレイに触れないようにするのための、キャビティ
２５５ 外部レンズアレイの透過性材料
２５６ 延長されたキャビティレーザによって出力されるシングルモードビーム
２５７ ビームを導くレーザのピッチとは異なるピッチを有するレンズアレイからのマイクロレンズ
２５８ 導かれるシングルモードビーム
図２２は第１２の実施形態を示す。図２２では、ＶＣＳＥＬ構造は上記の実施形態のようなレーザグリッド設計に適合され得るが、ただし、レンズから真っすぐ外に出るビームが外部のマイクロレンズアレイを通り、この外部のマイクロレンズアレイがレーザのピッチとは異なるピッチのマイクロレンズを有するように設計されており、それにより、上記の実施形態のうちの多くの実施形態と同様に、単一のロケーションまでのまたは単一のロケーションからのビームの向きを変えるのを可能にし得る、ということを除いてである。このテクニックの他の形態が、レーザグリッドに位置合わせされてレーザグリッドと等しいピッチを有する外部レンズアレイの底部に形成される凹形レンズを使用することもでき、対してレーザグリッドとは異なるピッチを有する凸形レーザアレイが頂部側にある。ビームを導くための別のテクニックとして、外部レンズアレイの上にある凸形マイクロレンズの代わりに頂部側の光学素子としてＤＯＥを使用するテクニックがある。２５２はより強力なシングルモードビームを作るためにアパーチャの中心に戻るように反射される光であり、他方、２５３がレーザ出力鏡のキャビティを完成する反射コーティングを有する。２５４がキャビティであり、外部レンズキャビティの内側に堆積される反射防止コーティングを有し、他方で頂部側のマイクロレンズアレイ上に反射防止コーティングも堆積させる。別のテクニックは、キャビティ鏡を完成するために、図２０のような平面的な反射特性を使用することであり、これは、ビームの向きを変えるために頂部側にあるオフセットされるマイクロレンズアレイまたは頂部側にあるＤＯＥを有するものである。図２２が以下のものを示している：
２５０ 不完全なＮ型出力鏡のエピタキシャル領域を示す矢印
２５１ 延長されたキャビティ内で反射されているシングルモードビーム
２５２ チップの表面上にある光学素子からの、強いシングルモードキャビティを作り出す中心に戻るように導かれている、縁部からの光
２５３ レーザ基板またはウエハーにエッチングされるマイクレンズ構造の上に堆積される、変化する屈折率を有する誘電層で作られる反射領域
２５４ エッチングされるレンズが外部レンズアレイに触れないようにするのための、キャビティ
２５５ 外部レンズアレイの透過性材料
２５６ 延長されたキャビティレーザによって出力されるシングルモードビーム
２５７ ビームを導くレーザのピッチとは異なるピッチを有するレンズアレイからのマイクロレンズ
２５８ 導かれるシングルモードビーム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図7A】
【図7A2】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図10A】
【図10A2】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32A】
【図32B】
【図32C】
【図32D】