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公開番号2025010247
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2024188947,2023127604
出願日2024-10-28,2023-08-04
発明の名称構造的複屈折共振器によるVCSEL偏光制御
出願人ツー-シックスデラウェアインコーポレイテッド,II-VI Delaware,Inc.
代理人個人,個人,個人
主分類H01S 5/183 20060101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示は、構造的複屈折共振器を伴うVCSELを形成する方法を説明する。
【解決手段】本方法は、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を含む。1つまたは複数の異方性フィーチャが、パターニングされた成長界面を生成するために、下部構造体の上側層上でエッチングされる。パターニングされた成長界面上の、共振器の残りの部分、および上部DBRが、エピタキシャル構造体を形成するために過成長させられる。1つまたは複数の酸化物開口が、エピタキシャル構造体内で形成される。
【選択図】図1
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、
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
を含む方法。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
請求項１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３】
請求項１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４】
請求項１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５】
請求項１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６】
請求項１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７】
請求項１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８】
請求項１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９】
請求項１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１０】
請求項１に記載の方法であって、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１１】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 3,300 文字）【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】
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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（ｏｘｉｄｅａｐｅｒｔｕｒｅＶＣＳＥＬ）の例を示す図である。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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、ＦａｃｅＩＤ、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】以降は省略されています）

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