特許 7580544 構造的複屈折共振器によるＶＣＳＥＬ偏光制御

(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】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】構造的複屈折共振器によるＶＣＳＥＬ偏光制御

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20241101BHJP

   H01S 5/34 20060101ALI20241101BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

H01S5/34

【請求項の数】 26

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023127604

(22)【出願日】2023-08-04

(65)【公開番号】P2024060571

(43)【公開日】2024-05-02

【審査請求日】2023-09-20

(31)【優先権主張番号】63/417,626

(32)【優先日】2022-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】18/312,967

(32)【優先日】2023-05-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【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】アントワーヌ・ピシス

(72)【発明者】

【氏名】ステファノ・ティレッリ

(72)【発明者】

【氏名】エフゲニー・ジビック

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１２８７４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１５４７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３３８６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４３８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３４５９２（ＪＰ，Ａ）

(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】

レーザ構造体を形成する方法であって、
複数の層を含む下部構造体を形成するために、基板上で、下部分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、および、共振器の第１の部分を成長させるステップと、
複屈折性質を導入するパターニングされた成長界面を生成するために、前記下部構造体の上側層上で、１つまたは複数のフィーチャをエッチングするステップと、
エピタキシャル構造体を形成するために、前記パターニングされた成長界面上で、前記共振器の残りの部分および上部ＤＢＲを過成長させるステップと、
前記エピタキシャル構造体内で１つまたは複数の開口を形成するステップと
を含み、１つまたは複数の開口を形成する前記ステップは、前記エピタキシャル構造体の上部成長の一部として、前記パターニングされた成長界面の上方で酸化層を成長させるステップを含む、方法。

【請求項2】

レーザ構造体を形成する方法であって、
複数の層を含む下部構造体を形成するために、基板上で、下部分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、および、共振器の第１の部分を成長させるステップと、
複屈折性質を導入するパターニングされた成長界面を生成するために、前記下部構造体の上側層上で、１つまたは複数のフィーチャをエッチングするステップと、
エピタキシャル構造体を形成するために、前記パターニングされた成長界面上で、前記共振器の残りの部分および上部ＤＢＲを過成長させるステップと、
前記エピタキシャル構造体内で１つまたは複数の開口を形成するステップと
を含み、前記下部ＤＢＲは、前記上部ＤＢＲと比較してより低い反射率を有し、それにより下部発光構成を可能にする、方法。

【請求項3】

レーザ構造体を形成する方法であって、
複数の層を含む下部構造体を形成するために、基板上で、下部分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、および、共振器の第１の部分を成長させるステップと、
複屈折性質を導入するパターニングされた成長界面を生成するために、前記下部構造体の上側層上で、１つまたは複数のフィーチャをエッチングするステップと、
エピタキシャル構造体を形成するために、前記パターニングされた成長界面上で、前記共振器の残りの部分および上部ＤＢＲを過成長させるステップと、
前記エピタキシャル構造体内で１つまたは複数の開口を形成するステップと
を含み、前記１つまたは複数の開口は、インプランテーションを含む、方法。

【請求項4】

レーザ構造体を形成する方法であって、
複数の層を含む下部構造体を形成するために、基板上で、下部分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、および、共振器の第１の部分を成長させるステップと、
複屈折性質を導入するパターニングされた成長界面を生成するために、前記下部構造体の上側層上で、１つまたは複数のフィーチャをエッチングするステップと、
エピタキシャル構造体を形成するために、前記パターニングされた成長界面上で、前記共振器の残りの部分および上部ＤＢＲを過成長させるステップと、
前記エピタキシャル構造体内で１つまたは複数の開口を形成するステップと
を含み、前記共振器の前記残りの部分は、複数の活性領域量子井戸を含む、方法。

【請求項5】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記共振器の前記第１の部分は、複数の活性領域量子井戸を含む、方法。

【請求項6】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、エッチングする前記ステップは、ドライエッチングおよびウェットエッチングのうちの１つである、方法。

【請求項7】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記１つまたは複数のフィーチャは、リソグラフィによって画定されるサブ波長フィーチャである、方法。

【請求項8】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記１つまたは複数のフィーチャは、線形格子である、方法。

【請求項9】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、過成長させる前記ステップは、前記下部構造体のエッチングされた前記層とは異なる材料屈折率を有する層を生成する、方法。

【請求項10】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記１つまたは複数のフィーチャは、前記上部ＤＢＲのプロファイルに転写される、方法。

【請求項11】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、１つまたは複数のフィーチャの選択によって複屈折強度を制御するステップを含む方法。

【請求項12】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、
前記１つまたは複数のフィーチャは、格子リッジ幅および格子周期により特徴付けられる格子を含み、
前記方法は、前記格子リッジ幅と前記格子周期との比率によって複屈折強度を制御するステップを含む、
方法。

【請求項13】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、パターニングされた垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）共振器にトンネル接合リソグラフィック開口を導入するステップを含む方法。

【請求項14】

レーザ構造体を形成する方法であって、
複数の層を含む下部構造体を形成するために、基板上で、下部分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、および、共振器の第１の部分を成長させるステップと、
前記下部構造体上でリソグラフィック開口を生成するステップと、
前記リソグラフィック開口上でスペーサ層を過成長させるステップと、
複屈折性質を導入するパターニングされた成長界面を形成するために、前記スペーサ層において１つまたは複数のフィーチャをエッチングするステップと、
エピタキシャル構造体を形成するために、前記パターニングされた成長界面上で上部ＤＢＲを過成長させるステップと
を含み、前記下部ＤＢＲは、前記上部ＤＢＲと比較してより低い反射率を有し、それにより下部発光構成を可能にする、方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の方法であって、前記リソグラフィック開口は、トンネル接合である、方法。

【請求項16】

請求項１４に記載の方法であって、１つまたは複数のフィーチャの選択によって複屈折強度を制御するステップを含む方法。

【請求項17】

請求項１４に記載の方法であって、
前記１つまたは複数のフィーチャは、格子リッジ幅および格子周期により特徴付けられる格子を含み、
前記方法は、前記格子リッジ幅と前記格子周期との比率によって複屈折強度を制御するステップを含む、
方法。

【請求項18】

レーザ構造体を形成する方法であって、
複数の層を含む下部構造体を形成するために、基板上で、下部分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、および、共振器の第１の部分を成長させるステップと、
前記下部構造体上でリソグラフィック開口関連層を生成するステップと、
前記リソグラフィック開口関連層上でスペーサ層を成長させるステップと、
前記スペーサ層を通るエッチングによってリソグラフィック開口を画定するステップであって、前記エッチングにより、
前記リソグラフィック開口関連層及び前記スペーサ層における、前記リソグラフィック開口に対応しない区域は除去されるか、又は、
前記リソグラフィック開口関連層及び前記スペーサ層における、前記リソグラフィック開口に対応する区域は除去される、
ステップと、
複屈折性質を導入するパターニングされた成長界面を形成するために、前記スペーサ層において１つまたは複数のフィーチャをエッチングするステップと、
エピタキシャル構造体を形成するために、前記パターニングされた成長界面上で上部ＤＢＲを過成長させるステップと
を含む方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、１つまたは複数のフィーチャの選択によって複屈折強度を制御するステップを含む方法。

【請求項20】

請求項１８に記載の方法であって、
前記１つまたは複数のフィーチャは、格子リッジ幅および格子周期により特徴付けられる格子を含み、
前記方法は、前記格子リッジ幅と前記格子周期との比率によって複屈折強度を制御するステップを含む、
方法。

【請求項21】

請求項１８に記載の方法であって、前記リソグラフィック開口は、トンネル接合である、方法。

【請求項22】

請求項１８に記載の方法であって、前記下部ＤＢＲは、前記上部ＤＢＲと比較してより低い反射率を有し、それにより下部発光構成を可能にする、方法。

【請求項23】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記１つまたは複数のフィーチャは、異方性フィーチャである、方法。

【請求項24】

請求項１４に記載の方法であって、前記１つまたは複数のフィーチャは、異方性フィーチャである、方法。

【請求項25】

請求項１８に記載の方法であって、前記１つまたは複数のフィーチャは、異方性フィーチャである、方法。

【請求項26】

請求項１から４のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記１つまたは複数の開口は、ブロッキング層リソグラフィック開口を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

[0001]従前の垂直共振器面発光レーザの限界および不利点が、そのような従前の手法を、図面を参照して本開示の残り箇所において論述される本方法およびシステムのいくつかの態様と比較することによって、当業者に明らかになる。

【発明の概要】

【0002】

[0002]実質的には、図のうちの少なくとも１つにより例示される、および／または、図のうちの少なくとも１つと結び付けて説明される、特許請求の範囲においてより完全に論述されるような、偏光を制御するように動作可能な複屈折共振器を伴う垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を生成するためのシステムおよび方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】[0003]本開示の様々な例示的な実施形態による、複屈折共振器を伴う例示的なＶＣＳＥＬエピタキシャル構造体を示す図である。

【図2A】[0004]図２Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、共振器の例を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、共振器の例を示す図である。

【図3A】[0005]図３Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、格子フィルファクタに関する実効屈折率の例示的な変化を示す図である。

【図3B】[0006]図３Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、格子フィルファクタに関する複屈折強度の例示的な変化を示す図である。

【図4A】[0007]図４Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、平行偏光方向と関連付けられる発光波長の例、および、直角偏光方向と関連付けられる発光波長の例を示す図である。

【図4B】[0008]図４Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、図４Ａの発光波長と関連付けられる利得の例を示す図である。

【図5A】[0009]図５Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、酸化物開口が、パターニングされた成長界面の上方にある、パターニングされた共振器を伴う酸化物開口ＶＣＳＥＬ（ｏｘｉｄｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ ＶＣＳＥＬ）の例を示す図である。

【図5B】[0010]図５Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、酸化物開口が、パターニングされた成長界面の下方にある、パターニングされた共振器を伴う酸化物開口ＶＣＳＥＬの例を示す図である。

【図6A】[0011]本開示の様々な例示的な実施形態による、２つの別々のエッチングおよび過成長（ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）ステップにより、パターニングされた共振器をトンネル接合リソグラフィック開口と組み合わせる例を示す図である。

【図6B】[0012]本開示の様々な例示的な実施形態による、２つの連続的なエッチングステップおよび１つの過成長ステップにより、パターニングされた共振器をトンネル接合リソグラフィック開口と組み合わせる例を示す図である。

【図7A】[0013]本開示の様々な例示的な実施形態による、２つの別々のエッチングおよび過成長ステップにより、パターニングされた共振器をブロッキングリソグラフィック開口と組み合わせる例を示す図である。

【図7B】[0014]本開示の様々な例示的な実施形態による、２つの連続的なエッチングステップおよび１つの過成長ステップにより、パターニングされた共振器をブロッキング層リソグラフィック開口と組み合わせる例を示す図である。

【図8】[0015]本開示の様々な例示的な実施形態による、インプランテーション（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）による例示的な開口画定を示す図である。

【図9】[0016]本開示の様々な例示的な実施形態による、パワー対電流および偏光特性の例を示す図である。

【図10】[0017]本開示の様々な例示的な実施形態による、格子フィルファクタおよび格子屈折率コントラストに関する直線偏光度（ＤＯＬＰ）の例示的な変化を示す図である。

【図11】[0018]本開示の様々な例示的な実施形態による、光学パワーおよび偏光特性対動作電流の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0004】

[0019]垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、ウエハから個々のチップを劈開することにより形成された面から発光する従来の端面発光半導体レーザとは反対に、上部面から直角なレーザビーム発光を伴う半導体レーザダイオードのタイプである。ＶＣＳＥＬは、コンピュータマウス、ファイバ光学通信、レーザプリンタ、Ｆａｃｅ ＩＤ、およびスマートグラスを含む、様々なレーザ製品において使用される。

【0005】

[0020]偏光方向は、関連付けられるしきい値電流が他の偏光方向よりも低いときに、レーザにおいて助長され得る。所望される偏光方向についてのしきい値利得に達すると、利得クランピングが、所望されない偏光される方向のしきい値利得に達することを防止し、偏光を固定する。しきい値利得レベルは、光学利得係数および光学損失により制御される。レーザ偏光制御は、第１および第２の機構としての偏光依存利得係数、ならびに、第３の機構としての光学損失を誘導することにより達成される。そのような偏光依存利得および光学損失は、エミッタの面発光および円形幾何形状に起因して、ＶＣＳＥＬにおいてデフォルトでは存在しない。それゆえに、本開示において説明されるように、偏光依存利得および光学損失が、ＶＣＳＥＬの偏光を制御するために誘導され得る。

【0006】

[0021]本開示は、共振器内で異方性フィーチャをパターニングし、過成長を実行することによる、ＶＣＳＥＬにおける偏光の制御を説明する。パターニングは、共振器構造体に複屈折性質を導入する。複屈折は、光の偏光および伝搬方向に依存する屈折率を有する材料の光学性質である。異方性材料は、異なる方向において測定されるときに異なる値を有する物理性質により特徴付けられる。複屈折材料は、光学的に異方性である。

【0007】

[0022]図１は、本開示の様々な例示的な実施形態による、複屈折共振器を伴う例示的なＶＣＳＥＬエピタキシャル構造体を例示する。
[0023]図１において表されるエピタキシ構造体は、以下のように形成される。第１の成長の中で、下部分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１０１、および、活性領域量子井戸（ＱＷ）１０３を含む共振器１０５の第１の部分が、基板上で成長させられる。次いで、異方性フィーチャが、下部構造体の上側層上で、リソグラフィによって画定され、ドライエッチングまたはウェットエッチングのいずれかを使用して、浅くエッチングされる。下部と上部との間の界面が、共振器１０５内に位置する。下部構造体は、下部ＤＢＲ１０１と、活性領域ＱＷ１０３と、下部構造体の上側層１０５ａとを含む。上部構造体は、上部構造体の下側層１０５ｂと、上部ＤＢＲ１０７とを含む。

【0008】

[0024]上部発光構成において、上部ＤＢＲ１０７は、下部ＤＢＲ１０１よりも低い反射率を有する。下部発光構成において、下部ＤＢＲ１０１は、上部ＤＢＲ１０７と比較して、より低い反射率を有する。下部発光構成において、レーザビームは、基板を通って進む。

【0009】

[0025]異方性フィーチャの例は、線形格子を含む。格子は、さらには、２Ｄであり得、異方性フィーチャ、例えば、直交方向において異なる周期を伴う、卵形／楕円、長方形、菱形、または円／正方形を含んでいることがある。線形格子は、周期的、準周期的、または、ランダムな線形格子であることがある。

【0010】

[0026]共振器１０５の残りの部分、および上部ＤＢＲ１０７は、過成長させられ、ＶＣＳＥＬの共振器１０５（例えば、ファブリ・ペロー共振器）を完全なものにする。結果的に生じるエピタキシャル構造体は、次いで、酸化物開口ＶＣＳＥＬエミッタを形成するために、標準的なウエハ処理を受け得る。表側および裏側の両方の発光が、本手法によって考慮され得るということに留意されたい。異なる構成が、さらには、図５および図６に関して、下記で説明される。

【0011】

[0027]図２Ａおよび図２Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、共振器の例を示す。
[0028]第１の例示的な構成（図２Ａ）において、過成長させられた層は、下部構造体のエッチングされた層のｎ_０と比較して、異なる材料屈折率ｎ_１を有する。平面状の反射器によって、エッチングされたフィーチャのプロファイルにしたがう、共振器の光学的厚さの変動が結果的に生じることになる。

【0012】

[0029]第２の例示的な構成（図２Ｂ）において、過成長層は、下部構造体のエッチングされた層と同じ屈折率を有する。過成長界面が反射器のうちの１つに近いならば、エッチングされたフィーチャは、反射器プロファイルに転写された様態になる。両方の構成によって、エッチングされたプロファイルにしたがう、共振器の光学的厚さの変動が結果的に生じる。共振器の光学的厚さにおける変動に起因して、局所的屈折率が、Δｎだけずらされることがある。結果として、屈折率プロファイルは、エッチングされたフィーチャにしたがう。

【0013】

[0030]屈折率の異方性プロファイルは、異方性、すなわち複屈折である等価実効屈折率を呈する。格子に平行な屈折率ｎ_∥（遅相軸）は、格子に直角な屈折率ｎ_⊥（進相軸）よりも大きい。遅相軸の屈折率と進相軸の屈折率との間の差（ｎ_∥－ｎ_⊥）は、Δｎである。比率（ｎ_∥－ｎ_⊥）／ｎ_０は、複屈折強度を定義する。複屈折強度は、格子幾何形状および格子屈折率コントラストΔｎ／ｎ_０に依存する。

【0014】

[0031]図３Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、格子フィルファクタに関する実効屈折率の例示的な変化を示す。
[0032]図３Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、格子フィルファクタに関する複屈折強度の例示的な変化を示す。

【0015】

[0033]フィルファクタ（ＦＦ）は、格子リッジ幅と格子周期との比率により定義される。３％の格子屈折率コントラスト（Δｎ／ｎ_０）について、複屈折は、約０．５のフィルファクタについて最大である。複屈折強度は、利得クランピング機構を考慮して十分に高い、約０．０２％であると推定される。

【0016】

[0034]複屈折媒体を伴う共振器内で、遅相軸に平行および直角な偏光は、異なる屈折率によって伝搬する。図４Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、平行偏光方向と関連付けられる発光波長の例、および、直角偏光方向と関連付けられる発光波長の例を示す。共振器厚さが両方の方向について同じであるということを考慮して、２つの方向は、図４Ａにおいて例示されるように、２つの異なる発光波長λ_∥（遅相軸）およびλ_⊥（進相軸）に関連付けられる。光学的厚さは、物理的厚さと屈折率の積である。光学的厚さが、発光波長を決める。

【0017】

[0035]図４Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、発光波長と関連付けられる利得の例を示す。量子井戸（ＱＷ）は、典型的には、波長によって変動する利得をもたらす。偏光依存発光波長および波長依存利得を組み合わせることによって、図４Ｂにおいて示されるような偏光依存利得が結果的に生じる。最も高い利得係数と関連付けられる偏光方向が助長される。この第１の機構による助長される偏光方向は、波長による利得変動に依存する。利得最大値における波長よりも大きい波長について、利得は、波長が大きくなるにつれて減少する。そうして、進相軸に沿った（すなわち、格子方向に直角な）偏光が助長される。よって、第１の機構において、偏光方向は、偏光依存利得によって選択される。

【0018】

[0036]第２の機構において、複屈折性質を伴う共振器は、偏光方向に依存する閉じ込め因子を呈し得る。進相軸に沿った偏光は、遅相軸に沿った偏光と比較して、より少なく閉じ込められる傾向がある。ＶＣＳＥＬにおいて、横方向利得プロファイルは、電流集中および空間的ホールバーニングに起因して、開口にわたって一定ではない。そうして、わずかに、より少なく閉じ込められる、格子に直角な偏光は、より多くの利得を受け取り、助長される。

【0019】

[0037]第３の機構において、線形格子が、垂直方向から横方向に光を結合する。結合効率は、偏光依存であり、格子リッジ方向に平行な偏光は、結合される公算がより大きい。このことによって、平行偏光についての上乗せの共振器損失が結果的に生じる。直角偏光が、そうして助長される。この機構は、利得曲線に依存しないという利点を有する。よって、この第３の機構は、偏光依存光学損失を使用する。

【0020】

[0038]共振器の異方性パターニングによる偏光制御は、ＶＣＳＥＬの電気的および光学的開口を画定するために、異なる製造方法と組み合わされ得る。ＶＣＳＥＬ開口は、酸化、インプランテーションによって、または、リソグラフィックに画定され得る。リソグラフィック開口ＶＣＳＥＬは、トンネル接合またはブロッキング層の、後続のエッチングおよび過成長を実現し得る。

【0021】

[0039]図５Ａおよび図５Ｂは、酸化物開口を伴うパターニングされた共振器の２つの構成を提示する。両方の構成について、製造は、段落２３において提示されたように、パターニングされた共振器を伴うエピタキシャル構造体の形成によって開始する。エピタキシャル構造体は、高アルミニウム濃度層を含む。構造体の酸化中、この層は、構造体の残部と比較して、より大きい速度で酸化する。層の酸化されない部分は、動作電流の流れとレーザビームとを閉じ込める開口を形成する。

【0022】

[0040]図５Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、酸化物開口が、パターニングされた成長界面の上方にある、パターニングされた共振器を伴う酸化物開口ＶＣＳＥＬの例を示す。図５Ａにおいて、開口を形成する酸化層は、パターニングされた成長界面の上方に位置する。

【0023】

[0041]図５Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、酸化物開口が、パターニングされた成長界面の下方にある、パターニングされた共振器を伴う酸化物開口ＶＣＳＥＬの例を示す。図５Ｂにおいて、酸化層は、パターニングされた成長界面の下方に位置し、下部エピタキシャル構造体の一部である。

【0024】

[0042]図６Ａおよび図６Ｂは、パターニングされたＶＣＳＥＬ共振器をトンネル接合リソグラフィック開口とどのように組み合わせるかを提示する。後続のエッチングおよび過成長ステップによって、特定の区域上の埋め込みトンネル接合の挿入が可能になる。トンネル接合を伴うリソグラフィックに画定された区域は、トンネル接合を伴わない区域よりも相当に導電性であり、そのことが、横方向電気的閉じ込めを可能とし、ＶＣＳＥＬ開口を画定する。２つのプロセスフローが、共振器の異方性パターニングを導入するために可能である。

【0025】

[0043]図６Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、２つの別々のエッチングおよび過成長ステップにより、パターニングされた共振器をトンネル接合リソグラフィック開口と組み合わせる例を示す。図６Ａにおいて提示されるプロセスフローにおいて、開口画定および格子パターニングが、別々のエッチングおよび成長ステップにおいて行われる。そのプロセスフローは、下部ＤＢＲと活性領域とを含み、トンネル接合層によって終結する、下部エピタキシャル構造体の成長によって開始する。第１のエッチングステップの後、トンネル接合の残りの部分が、開口を画定する。スペーサ層が、過成長させられる。偏光制御のための格子が、スペーサ層においてパターニングされる。最後に、上部ＤＢＲを含む上部エピタキシャル構造体が、過成長させられる。

【0026】

[0044]図６Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、２つの連続的なエッチングステップおよび１つの過成長ステップにより、パターニングされた共振器をトンネル接合リソグラフィック開口と組み合わせる例を示す。図６Ｂにおいて提示される第２のプロセスフローにおいて、開口および格子が、２つの連続的なエッチングステップおよび１つの過成長の中で画定される。そのプロセスフローによって、過成長の数を２から１に低減することが可能となる。この事例において、下部エピタキシャル構造体は、トンネル接合層およびスペーサ層によって終結する。第１のエッチングが、トンネル接合の下部に至るまで開口を画定した。次いで、より浅いエッチングが、偏光制御のための格子を画定する。最後に、上部エピタキシャル構造体が、過成長させられる。

【0027】

[0045]図７Ａおよび図７Ｂは、パターニングされた共振器にブロッキング層リソグラフィック開口をどのように導入するかを提示する。後続のエッチングおよび過成長ステップによって、エピタキシャル構造体の中の特定の区域上へのブロッキング層の挿入が可能になる。ブロッキング層を伴うリソグラフィックに画定された区域は、ブロッキング層を伴わない区域よりも相当に電気抵抗が高く、そのことが、横方向電気的閉じ込めを可能とし、ＶＣＳＥＬ開口を画定する。２つのプロセスフローが、共振器の異方性パターニングを導入するために可能である。

【0028】

[0046]図７Ａは、本開示の様々な例示的な実施形態による、２つの別々のエッチングおよび過成長ステップにより、パターニングされた共振器をブロッキング層リソグラフィック開口と組み合わせる例を示す。図７Ａにおいて提示されるプロセスフローにおいて、開口画定および格子パターニングが、別々のエッチングおよび成長ステップにおいて行われる。そのプロセスフローは、下部ＤＢＲと活性領域とを含み、ブロッキング層によって終結する、下部エピタキシャル構造体の成長によって開始する。ブロッキング層の第１のエッチングステップが、開口を画定する。スペーサ層が、過成長させられる。偏光制御のための格子が、スペーサ層においてパターニングされる。最後に、上部ＤＢＲを含む上部エピタキシャル構造体が、過成長させられる。

【0029】

[0047]図７Ｂは、本開示の様々な例示的な実施形態による、２つの連続的なエッチングステップおよび１つの過成長ステップにより、パターニングされた共振器をブロッキングリソグラフィック開口と組み合わせる例を示す。図７Ｂにおいて提示される第２のプロセスフローにおいて、開口および格子が、２つの連続的なエッチングステップおよび１つの過成長の中で画定される。そのプロセスフローによって、過成長の数を２から１に低減することが可能となる。この事例において、下部エピタキシャル構造体は、ブロッキング層およびスペーサ層によって終結する。第１のエッチングが、ブロッキング層の下部に至るまで開口を画定した。次いで、より浅いエッチングが、格子を画定する。最後に、上部エピタキシャル構造体が、過成長させられる。

【0030】

[0048]図８は、パターニングされた共振器をイオンインプランテーションによって画定された開口と組み合わせる例を示す。製造は、段落２３（上記）において提示されたように、パターニングされた共振器を伴うエピタキシャル構造体の形成によって開始する。以下のステップにおいて、イオンインプランテーションは、エピタキシャル構造体の領域を電気的に絶縁する。インプランテーションされない領域は、動作電流の流れを閉じ込め、ＶＣＳＥＬ開口を画定する。

【0031】

[0049]図９は、本開示の様々な例示的な実施形態による、パワー対電流および偏光特性の例を示す。図９における３つのグラフは、光学パワー、ＤＯＬＰ、および方位角を表す。

【0032】

[0050]図９は、光学対電流および偏光特性への、共振器内への線形格子の導入の影響力を示す。格子が存在しないと、直線偏光度（ＤＯＬＰ）は、しきい値における高い値、９５％（偏光消光比（ＰＥＲ）１３ｄＢ）に達する。このことは、シングルモード動作のためと考えられる。動作電流が増大し、より高い次数のモードが出現しているのにつれて、ＤＯＰＬは相当に減少し、そのことは、低質の偏光制御を指し示す。共振器内に線形格子が存在すると、ＤＯＬＰは、しきい値から、デバイスがロールオーバすることを開始するまで、＞９９％（ＰＥＲ＞２０ｄＢ）において維持される。方位角の角度測定は、直線偏光の方向が格子方向に直角なままであるということを示す。このことは、共振器内の線形格子の結果としての、効果的な直線偏光安定性を実証する。

【0033】

[0051]図１０は、本開示の様々な例示的な実施形態による、格子フィルファクタおよび格子屈折率コントラストに関するＤＯＬＰの例示的な変化を示す。格子屈折率コントラストは、エッチングされない（ＦＦ＝１）、および、最大限にエッチングされた（ＦＦ＝０）共振器エミッタからの発光波長差から、ならびに、次の関係を使用して推定される。

【0034】

Δｎ／ｎ_０＝Δλ／λ_０
[0052]そうして、エッチング深さが深いほど、格子屈折率コントラストがより大きくなり、その結果、複屈折強度がより強くなる。偏光の効果的な制御は、格子屈折率コントラストが２％の場合、０．２から０．３の範囲の格子フィルファクタで実証される。格子屈折率コントラストが３％の場合、安定した偏光のためのフィルファクタの範囲は、０．１から０．５と、より広くなる。格子屈折率コントラストが、より大きくなるにつれて、格子フィルファクタに関する製造公差は緩和される。

【0035】

[0053]図１１は、本開示の様々な例示的な実施形態による、光学パワーおよび偏光特性対動作電流の例を示す。図１１における３つのグラフは、光学パワー、ＤＯＬＰ、および方位角を表す。図１１は、格子を伴うＶＣＳＥＬデバイスについての、２５℃から７５℃の範囲に及ぶ裏側温度のもとでの、光学パワーおよび偏光特性対動作電流の変化を示す。偏光は、調査された動作範囲全体を通して、強度（ＤＯＬＰ＞９９％、ＰＥＲ＞２０ｄＢ）および方向（格子に直角）の見地において、安定したままである。このことは、共振器パターニングによる偏光制御のロバスト性を実証する。図１１における例示的なデバイス参照物は、１μｍ周期と、０．２のフィルファクタとを有する共振器格子を伴う、６μｍ直径ＶＣＳＥＬである。

【0036】

[0054]本方法および／またはシステムは、ある決まった実施形態を参照して説明されたが、本方法および／またはシステムの範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、均等物が置換され得ることが、当業者により理解されるであろう。加えて、多くの修正が、本開示の教示に対して、本開示の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を適合させるためになされ得る。それゆえに、本方法および／またはシステムは、開示される特定の実施形態に限定されるのではなく、本方法および／またはシステムは、添付される特許請求の範囲の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図される。

【符号の説明】

【0037】

１０１ 下部分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、下部ＤＢＲ
１０３ 活性領域量子井戸（ＱＷ）、活性領域ＱＷ
１０５ 共振器
１０５ａ 下部構造体の上側層
１０５ｂ 上部構造体の下側層
１０７ 上部ＤＢＲ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】