CN1613170A - 用于垂直腔表面发射激光器的非对称分布布拉格反射器 - Google Patents

用于垂直腔表面发射激光器的非对称分布布拉格反射器 Download PDF

Info

Publication number
CN1613170A
CN1613170A CNA028261887A CN02826188A CN1613170A CN 1613170 A CN1613170 A CN 1613170A CN A028261887 A CNA028261887 A CN A028261887A CN 02826188 A CN02826188 A CN 02826188A CN 1613170 A CN1613170 A CN 1613170A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mirror
doping
transition
semiconductor layer
bragg reflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA028261887A
Other languages
English (en)
Inventor
S·S·维拉里尔
R·H·约翰逊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Finisar Corp
Original Assignee
Finisar Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Finisar Corp filed Critical Finisar Corp
Publication of CN1613170A publication Critical patent/CN1613170A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H01S5/18313—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation by oxidizing at least one of the DBR layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18358—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] containing spacer layers to adjust the phase of the light wave in the cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping

Abstract

一种适用于垂直腔表面发射激光器的非对称分布布拉格反射器(DBR)。该非对称DBR包含具有不同折射率的堆叠式材料层，使用非对称过渡区域将这些材料层连接起来，其中在过渡区域内的过渡阶梯具有不同的材料组成、不同的掺杂程度以及不同的层厚度。相邻的过渡区域具有不同的过渡阶梯。较薄的过渡区域的掺杂程度相对较高并且位于DBR内的光驻波在该处具有低场强的位置处。较厚的过渡区域的掺杂程度相对较低并且位于光驻波在该处具有相对较高场强的位置处。有益地是，在AlxGa (1－x) As材料系统中，堆叠式材料层是AlAs和GaAs的交替层。其它材料系统将采用其它交替层。

Description

用于垂直腔表面发射激光器的非对称分布布拉格反射器
相关申请的交叉参考
无
发明背景
发明领域
本发明涉及激光器镜结构。更具体地，本发明涉及适用于垂直腔表面发射激光器的镜结构。
相关技术讨论
垂直腔表面发射激光器(VCSEL)代表了一种较新类型的半导体激光器。尽管VCSEL有多种变体，但是一个共同的特性是它们都垂直于晶片的表面发射光。有优势地，可以通过很大范围的材料系统形成VCSEL，以便产生特定的特性。特别地，可以制作不同的材料系统从而产生不同的激光波长，例如1550nm、1310nm、850nm、670nm等等。
VCSEL包含半导体有源区域、分布布拉格反射器(DBR)镜、电流限制结构、衬底以及触点。因为它们的复杂的结构，并且因为它们的材料要求，通常使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)来生成VCSEL。
图1显示了一种典型的VCSEL 10。如所显示的，n掺杂镓砷化物(GaAs)衬底12具有n类型电触点14。一个n掺杂较低的镜堆叠16(一个DBR)在GaAs衬底12上，并且一个n类型渐变折射率较低的隔离器18位于较低的镜堆叠16上。在较低的隔离器18上形成通常具有多个量子阱的有源区域20。一个p类型渐变折射率顶部隔离器22位于有源区域20上，并且一个p类型顶部镜堆叠24(另一个DBR)位于顶部隔离器22之上。在顶部镜堆叠24之上是一个p类型传导层9、一个p类型GaAs盖层8以及一个p类型电触点26。
仍然参考图1，较低的隔离器18和顶部隔离器22使较低的镜堆叠16与顶部镜堆叠24分离，从而形成一个光学腔。当该光学腔在特定的波长处发生谐振时，对镜分离进行控制从而在预定的波长处(或在多个波长处)发生谐振。顶部镜堆叠24的至少一部分包含一个提供电流限制的绝缘区域40。通常，通过将质子注入顶部镜堆叠24或者通过形成一个氧化物层从而形成绝缘区域40。绝缘区域40规定了一个形成通过绝缘区域40的电传导路径的传导环形中心开口42。
在工作中，一个外部偏压导致电流21从p类型电触点26流向n类型电触点14。绝缘区域40和传导中心开口42限制电流21，从而使电流流过传导中心开口42，流向有源区域20。在有源区域20中，电流21中的一些电子被转化为光子。那些光子在较低的镜堆叠16和顶部镜堆叠24之间来回碰撞(谐振)。尽管较低的镜堆叠16和顶部镜堆叠24是非常好的反射器，但是这些光子中的一些以光23的形式泄漏出来，并且沿一条光路传播。仍然参考图1，光23通过p类型传导层9，通过p类型GaAs盖层8，通过p类型电触点26中的孔30，并且从垂直腔表面发射激光器10的表面发出。
应该理解，图1显示了一种典型的VCSEL，并且多种变体都是可能的。例如，可以改变掺杂(例如通过提供一个p类型衬底12)，可以使用不同的材料系统，可以为了实现最佳性能而调整操作细节，以及可以添加额外的结构，例如隧道结。
尽管通常是成功的，但是VCSEL也存在问题。特别地，在一些应用中，可用的现有技术的分布布拉格反射器(DBR)与最优相差甚远。为了理解其中的原因，有必要更加详细地对DBR进行思考。
在许多应用中，DBR必须同时是高反射的和高导电的。事实上，当用于VCSEL中时，DBR的反射性必须特别高，从而将光损耗降低到可以使激光器进行工作的程度。反射率是通过堆叠具有显著不同的折射率的材料层从而得以实现的，例如通过堆叠AlAs和GaAs的交替层。这种堆叠层可以在DBR之内产生光驻波。
尽管堆叠式AlAs和GaAs的光学性能很好，但是AlAs层和GaAs层之间的陡峭的结将会形成阻碍电流的严重障碍。为了降低该障碍，使用过渡区域连接AlAs层和GaAs层，在过渡区域中材料组成逐渐地从AlAs变化到GaAs。而且，在多数VCSEL中，对DBR层进行掺杂，从而提供降低电阻的自由载荷。理想情况下，结果是一种具有高反射率，并同时具有低的光吸收以及低的电阻的结构。
实际上，光吸收随着电场强度、波长以及掺杂程度的增加而增加。而且，p类型掺杂物往往比n类型掺杂物具有更高的光吸收。另一方面，电阻几乎不受电场强度和光波长的影响，但是随着掺杂程度的增加而降低。但是，p类型载荷(空穴)比n类型载荷(电子)具有低得多的迁移率。因此，随着波长的增加，例如使用输出波长为1300、1310或者1550nm的光的VCSEL，很难同时获得低的光吸收和低的电阻。这是因为降低电阻的自由载荷往往高度地吸收长的光波长。这种情况在顶部DBR中尤为如此，其中顶部DBR通常是p掺杂的。p载荷的较低的迁移率和p掺杂物的较高的光吸收往往会降低这种顶部DBR的性能。因此，现有技术的长波长VCSEL中会出现这样一种矛盾：为了降低电阻，自由载荷浓度应该高，但是为了降低光吸收，自由载荷浓度应该低。
另外，应该理解，DBR生成以空间独立的电场为特征的光驻波。也就是说，电场强度沿DBR的厚度方向发生变化。另外，形成DBR的材料对VCSEL的热特性有强烈的影响。双相材料，例如AlAs和GaAs往往具有非常好的热传导性。所以，热量非常好地流过AlAs和GaAs堆叠。但是，以三种材料为特征的过渡区域具有相当低的热传导性。这是因为过渡区域的晶体机构发生高度畸变，这降低了热传导性。
因为上述原因，用于现有技术VCSEL中的DBR具有这样一些问题：过高的光吸收、相对较差的热传导性以及相对较高的电阻，特别是当产生长波长光的时候，情况尤为如此。因此，这样一种新的分布布拉格反射器是有好处的：它具有相对较低的光吸收以及相对较低的电阻，特别是在长波长处和在顶部DBR中，情况尤为如此。这样一种新的分布布拉格反射器更有好处：它具有相对较低的光吸收、相对较低的电阻以及相对较好的热传导性，特别是在长波长处和在顶部DBR中，情况尤为如此。
发明概要
提供下面的对本发明的总结，用于帮助理解本发明所独有的创新特性，并且该总结并不是要成为一种完整的描述。可以通过将整个说明书、权利要求书、附图以及摘要视作一个整体，从而获得对本发明的各个方面的完整理解。
所以，本发明的原理在于一种具有低的光吸收和低的电阻的新的分布布拉格反射器(DBR)。有益地是，以一种导致良好的热传导性的方式实现这样一种DBR。
根据本发明的原理的分布布拉格反射器包含具有不同折射率的堆叠式材料层，使用非对称过渡区域将这些材料层连接起来，其中在过渡区域内的过渡阶梯具有不同的材料组成、不同的掺杂程度以及不同的层厚度。而且，相邻的过渡区域具有拥有不同厚度和不同掺杂程度的过渡阶梯。有益地是，相邻的过渡区域具有不同的整体厚度，较薄的过渡区域的掺杂程度相对较高并且位于DBR内的光驻波具有低场强的位置处，并且较厚的过渡区域的掺杂程度相对较低并且位于光驻波具有相对较高场强的位置处。较薄的过渡区域同时改善了电传导性和热传导性。
有益地是，堆叠式材料层包含AlAs和GaAs的交替层。更有益地是，堆叠材料层形成VCSEL(例如长波长VCSEL)的一个p掺杂顶部镜。
通过阅读下面对本发明的详细描述或者实际使用本发明，本领域的技术人员可以更明确地理解本发明的新颖的特性。但是，应该理解，本发明的详细描述和所给出的特定的例子，当指示本发明的特定实施例时，仅用于举例说明的目的，这是因为通过本发明的详细描述和后面的权利要求书，本领域的技术人员可以明确地理解本发明的精神和范围之内的各种变化和修改。
附图简述
附图进一步显示了本发明，并且与本发明的详细描述一起用于解释本方面的原理，在附图中，在单独的视图中相同的数字代表相同或功能类似的元件，并且附图被包含进来并且形成了说明书的一部分。
在附图中：
图1显示了一种典型的垂直腔表面发射激光器；
图2显示了一种根据本发明的原理的垂直腔表面发射激光器；以及
图3显示了一种具有持续光波的分布布拉格反射器，并且该分布布拉格反射器符合本发明的原理。
注意到，在附图中相同的数字代表相同的元件。另外，为了解释方便，描述使用了方向符号，例如上和下，顶部和底部，以及较低和较高。这些来自附图中显示的元件的相对位置的符号是为了帮助理解本发明，而不是限制本发明。
实施例详述
现在将详细描述本发明的一个实施例，并且在附图中显示了该实施例的例子。
本发明的原理提供了非对称分布布拉格反射器(DBR)以及提供了使用非对称DBR的VCSEL。
现在参考图2，该图显示了符合本发明的原理的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)100。应该将图2理解为通常如图1所显示的形式配置的VCSEL的简化的“省略”示意图。所以，图1中和图2中相同的元件采用相同的元件号。但是，VCSEL 100包含新颖的并且有用的顶部和底部分布布拉格反射器(DBR)。
如图2中所示，VCSEL 100包含具有n类型电触点14的n掺杂镓砷化物(GaAs)衬底12。在GaAs衬底12上有n掺杂的较低的镜堆叠160(一个DBR)，并且在较低的镜堆叠160上放置n类型渐变折射率的较低的隔离器18。下面将更加详细地描述该较低的镜堆叠160。
在较低的隔离器18上形成具有拥有多个量子阱的P-N结结构的有源区域20。有益地是，有源区域20的组成是AlGaAs，并且在形成有源区域20的不同层中特定的铝含量是变化的。例如，一个层可以具有20％到30％的铝，而相邻层可以具有到0到5％的铝。可以有许多交替层，这依赖于在有源区域20中量子阱是什么样的。
在有源区域20上有p类型渐变折射率顶部隔离器22。在顶部隔离器22上放置p类型顶部镜堆叠240(另一个DBR)。下面将更加详细地描述较高的镜堆叠240。
在顶部镜堆叠240上有p类型传导层、p类型GaAs盖层以及p类型电触点，所有这些都被用260表示。如在VCSEL 10(见图1)中，较低的隔离器18和顶部隔离器22使较低的镜堆叠160与顶部镜堆叠240分离，从而形成了以特定波长进行谐振的光学腔。
仍然参考图2，顶部镜堆叠240包含绝缘区域140，有益地是，通过形成具有拥有高的铝含量(97％-98％)的AlGaAs层的顶部镜堆叠240，然后沿着一个环形圈使该高铝含量层氧化，从而生成该区域140。所以氧化过程生成了氧化物绝缘区域140。
在工作中，外部偏压导致电流21流入VCSEL 100。绝缘区域140形成导入有源区域20的电流，在该处一些电子被转化为光子。这些光子在较低的镜堆叠160和顶部镜堆叠240之间来回碰撞(谐振)。尽管较低的镜堆叠160和顶部镜堆叠240是非常好的反射器，但是这些光子中的一些以光23的形式泄漏出来，并且沿一条光路传播。仍然参考图2，光23通过元件260中的开口300，并且从垂直腔表面发射激光器100的表面出去。
图2的VCSEL 100与图1的VCSEL 10有显著的区别，并且区别之处在于顶部镜堆叠240和较低的镜堆叠160中的不对称性。有益地是，通过具有不同的AlxGa1-xAs组成的层来形成这些镜堆叠。尽管本发明的原理特别适用于p掺杂顶部镜堆叠(这是因为p掺杂材料更具光学吸收性，这些材料更受益于本发明)，但是这些原理适用于任意一种类型的掺杂。而且，尽管所显示的实施例基于AlxGa1-xAs材料系统，但是本发明的原理适用于很大范围的合成半导体材料系统。
图3显示了适用于较低的镜堆叠160或顶部镜堆叠240中的任意一种或适用于这两种的分布布拉格反射器400。在工作中，在分布布拉格反射器内形成一个驻波。这样一个驻波的标准化功率波形402，如由对本发明的一个特殊实施例的光学模拟所计算的那样，叠加在分布布拉格反射器400上。图3还显示了包含分布布拉格反射器400的单个层的相对厚度，并且用垂直线之间的间隔指示每个层的相对厚度。如图3中所示，分布布拉格反射器400至少包含层280到320。实际中，可以有多组这样的层(因此，一个给定的分布布拉格反射器可以包含上百个单个层)。
仍然参考图3，最近的垂直线间隔发生在电场最小的地方(接近于零)，也就是在层300附近。这指示了形成AlAs到GaAs结(在该处组成从100％AlAs变成100％GaAs)的层的相对较小的厚度。形成该结的层具有相对较高的掺杂程度，这降低了AlAs到GaAs过渡区域上的电阻。但是，因为电场在该过渡区域中是低的，所以尽管有高的掺杂程度，光吸收也还是低的。
但是，仍然参考图3，在电场高的地方(也就是在层290附近)，垂直线间隔相对较大，这代表相对较厚的单个层。这代表一个界面结，在该处GaAs(0％Al)组成变成AlAs(0％Ga)。该区域的掺杂程度相对较高，这有助于降低局部高电场的光吸收。GaAs到AlAs过渡区域的相对较大的厚度有助于降低电阻，而不会显著增加光吸收。
所以，符合本发明的原理的DBR在界面结厚度和界面结掺杂分布这两方面都是不对称的。使用耦合掺杂分布和组成分布也有助于改善本发明的性能。
表1中提供了用于具有0％到100％Al组成范围的AlxGa1-xAs材料系统中1310nm处的非对称p掺杂DBR的实施例。提供了特定的层厚度、掺杂浓度以及材料组成。表1中的第一个界面结是AlAs(100％Al组成)到GaAs(0％Al组成)异质结，该第一界面结包含行1到行10中的层。类似地，行13到行22列出了第二个界面结的层，即GaAs(0％Al组成)到AlAs(100％Al组成)异质结。
通过对比第一个界面结的总厚度(20nm)和第二个界面结的总厚度(40nm)，可以看出本实施例的非对称性。通过对比图4中最左边、向下的材料组成的过渡的较陡峭的平均坡度和最右边、向上的过渡的不那么陡峭的平均坡度，也可以看到该非对称性。注意到，第一个界面结的掺杂浓度的范围是从2.86E+18cm-3到6.17E+18cm-3，而第二个界面结的掺杂浓度的范围是从6.65E+17cm-3到1.93E+18cm-3。与界面结厚度的非对称性和掺杂范围的非对称性分别起作用时相比，它们共同起作用时可以提供较低的光吸收和较低的电阻。
                         表1
    层     厚度(nm) 掺杂物浓度(cm-3)   组成(％Al)
    1     2.50     6.17E+18     99
    2     2.50     6.42E+18     94
    3     2.00     6.22E+18     84
    4     1.50     5.59E+18     71
    5     1.50     4.79E+18     52
    6     1.50     4.22E+18     42
    7     1.50     3.44E+18     29
    8     2.00     2.88E+18     15
    9     2.50     2.61E+18     5
    10     2.50     2.86E+18     1
    11     33.99     2.86E+18     0
    12     33.99     6.65E+17     0
    13     5.00     6.65E+17     1
    14     5.00     3.42B+17     5
    15     4.00     3.80E+17     15
    16     3.00     6.94E+17     0.29
    17     3.00     1.11E+18     0.42
    18     3.00     1.37E+18     52
    19     3.00     1.90E+18     71
    20     4.00     2.23E+18     84
    21     5.00     2.28+18     94
    22     5.00     1.93+18     99
    23     36.71     1.93+18     100
    24     36.71     6.17+18     100
有这样的情况：材料组成从0％变化到100％是我们不希望得到的。因此，表2提供了另一种实施例的DBR，它符合本发明的原理。这种DBR是适用于1310nm VCSEL的p掺杂AlxGa(1-x)As DBR。这种DBR的Al组成的范围受到限制，并且Al组成的范围为从0％到85％。
                           表2
    层     厚度(nm)   掺杂物浓度(cm-3)   组成(％Al)
    1     2.50     4.77E+18     84
    2     2.50     4.96E+18     80
    3     2.00     4.80E+18     71
    4     1.50     4.32E+18     60
    5     1.50     3.70E+18     44
    6     1.50     3.26E+18     36
    7     1.50     2.66E+18     25
    8     2.00     2.23E+18     13
    9     2.50     2.01E+18     4
    10     2.50     2.21E+18     1
    11     33.99     2.21E+18     0
    12     33.99     7.00E+17     0
    13     5.00     7.00E+17     1
    14     5.00     3.60E+17     4
    15     4.00     4.00E+17     13
    16     3.00     7.30E+17     25
    17     3.00     1.17E+18     36
    18     3.00     1.44E+18     44
    19     3.00     2.00E+18     60
    20     4.00     2.35E+18     71
    21     5.00     2.40E+18     80
    22     5.00     2.03E+18     84
    23     36.71     2.03E+18     85
    24     36.71     4.77E+18     85
通过表2，可以明显地看出本实施例的总界面结厚度和掺杂浓度范围的两重非对称性。而且，通过对比表2的行和表1的对应行，可以看出除了材料组成范围不同之外，掺杂浓度范围也是不同的。所以，本发明的最佳实施例可以在很多方面进行变化，包含阶梯的数量、单个阶梯尺寸大小、总异质结厚度、掺杂浓度范围以及材料组成范围。
这里所描述的实施例和例子最好地解释了本发明和它的实际应用，并且由此使得本领域的技术人员可以制造和利用本发明。但是，本领域的技术人员可以认识到，上述的描述和例子仅起到说明和举例的作用。本发明的其它变体和修改对本领域的技术人员来说是明显的，并且所附的权利要求书的作用就是涵盖这些变体和修改。所进行的描述不是为了穷尽本发明或限制本发明的范围。根据上述说明，可以做出许多修改和变体，而不偏离所附的权利要求书的精神和范围。可以认识到，本发明的使用可以涉及具有不同特性的部件。由所附的权利要求书规定本发明的范围，在所有方面给出了等同物的完整知识。

Claims (26)

1.一种分布布拉格反射器，包含：
包含第一二元组成和具有第一折射率的掺杂第一半导体层；
包含第二二元组成和具有不同于所述第一折射率的第二折射率的掺杂第二半导体层；以及
夹在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的第一过渡区域，其中所述第一过渡区域包含多个具有多个厚度和多个掺杂程度的掺杂第一过渡半导体层。
2.如权利要求1中所述的分布布拉格反射器，进一步包含：
包含所述第一二元组成的掺杂第三半导体层；以及
夹在所述第二半导体层和所述第三半导体层之间的第二过渡区域，所述第二过渡区域包含多个具有多个厚度和多个掺杂程度的掺杂第二过渡半导体层，其中所述第二过渡区域不同于所述第一过渡区域。
3.如权利要求1中所述的分布布拉格反射器，其中所述第一半导体层包含AlAs。
4.如权利要求3中所述的分布布拉格反射器，其中所述第二半导体层包含GaAs，并且其中所述掺杂第一过渡半导体层包含Al、Ga以及As。
5.一种激光器，包含：
掺杂衬底；
与所述衬底相邻的有源区域，所述有源区域响应于所施加的电流以预定的波长发光；
位于所述有源区域和所述衬底之间的掺杂第一分布布拉格反射器镜，所述第一分布布拉格反射器镜将所述有源区域发出的光反射回所述有源区域；
与所述有源区域相邻的掺杂第二分布布拉格反射器镜，所述第二分布布拉格反射器镜将所述有源区域发出的光反射回所述有源区域；
其中所述第二分布布拉格反射器镜包含：
包含第一二元组成和具有第一折射率的掺杂第一镜半导体层；
包含第二二元组成和具有不同于所述第一折射率的第二折射率的掺杂第二镜半导体层；以及
位于所述第一镜半导体层和所述第二镜半导体层之间的第一过渡镜区域，所述第一过渡镜区域包含多个具有多个厚度和多个掺杂程度的掺杂第一过渡镜半导体层。
6.如权利要求5中所述的激光器，其中垂直于所述衬底发出所述激光输出。
7.如权利要求6中所述的激光器，进一步包含：
包含所述第一二元组成并具有所述第一折射率的掺杂第三镜半导体层；以及
位于所述第二镜半导体层和所述第三镜半导体层之间的第二过渡镜区域，所述第二过渡镜区域包含多个具有多个厚度和多个掺杂程度的掺杂第二过渡镜半导体层，其中所述第二过渡镜区域不同于所述第一过渡镜区域。
8.如权利要求7中所述的激光器，其中由所述有源区域以所述预定波长发出的光在所述第一过渡镜区域产生最小电场。
9.如权利要求8中所述的激光器，其中所述第一过渡镜半导体层的掺杂程度高于所述第二过渡镜半导体层。
10.如权利要求8中所述的激光器，所述第二过渡镜区域比所述第一过渡镜区域厚。
11.如权利要求7中所述的激光器，其中所述第一二元组成是AlAs。
12.如权利要求11中所述的激光器，其中所述第二二元组成是GaAs。
13.如权利要求12中所述的激光器，其中所述第一过渡镜半导体层包含包含Al、Ga以及As的层。
14.如权利要求5中所述的激光器，其中所述有源区域至少包含一个量子阱。
15.如权利要求5中所述的激光器，其中所述第二分布布拉格反射器镜是p掺杂。
16.如权利要求5中所述的激光器，其中所述第二分布布拉格反射器镜包含用于限制激光器内的电流的绝缘区域。
17.如权利要求5中所述的激光器，进一步包含位于所述第二分布布拉格反射器镜和所述有源区域之间的隔离器。
18.如权利要求5中所述的激光器，其中所述第一分布布拉格反射器镜包含：
包含所述第一二元组成的n掺杂第一底部镜半导体层；
包含所述第二二元组成的n掺杂第二底部镜半导体层；以及
位于所述第一底部镜半导体层和所述第二底部镜半导体层之间的第一过渡底部镜区域，所述第一过渡底部镜区域包含多个具有多个厚度和多个掺杂程度的n掺杂镜半导体层。
19.一种垂直腔表面发射激光器，包含：
n掺杂衬底；
与所述衬底相邻的有源区域，所述有源区域响应于所施加的电流以预定的波长发光；
将所述有源区域发出的光反射回所述有源区域的n掺杂底部分布布拉格反射器镜；
与所述有源区域相邻的掺杂顶部分布布拉格反射器镜，所述顶部分布布拉格反射器镜将所述有源区域发出的光反射回所述有源区域；
其中所述顶部分布布拉格反射器镜包含：
包含AlAs的掺杂第一镜半导体层；
包含GaAs的掺杂第二镜半导体层；以及
位于所述第一镜半导体层和所述第二镜半导体层之间的第一过渡区域，所述第一过渡镜区域包含多个具有多个厚度、多个掺杂程度以及多个组成的掺杂AlxGa1-xAs层。
20.如权利要求19中所述的垂直腔表面发射激光器，其中所述第一过渡镜区域具有拥有0％到85％Al组成的AlxGa(1-x)As层。
21.如权利要求1中所述的分布布拉格反射器，其中所述多个掺杂第一过渡半导体层中的每个都具有彼此不同的厚度和掺杂程度。
26.如权利要求2中所述的分布布拉格反射器，其中所述多个掺杂第二过渡半导体层中的每个都具有彼此不同的厚度和掺杂程度。
27.如权利要求5中所述的激光器，其中所述多个掺杂第一过渡半导体层中的每个都具有彼此不同的厚度和掺杂程度。
28.如权利要求7中所述的激光器，其中所述多个掺杂第二过渡半导体层中的每个都具有彼此不同的厚度和掺杂程度。
29.如权利要求18中所述的激光器，其中所述多个n掺杂镜半导体层中的每个都具有彼此不同的厚度和掺杂程度。
30.如权利要求19中所述的垂直腔表面发射激光器，其中所述多个掺杂AlxGa1-xAs层中的每个都具有彼此不同的厚度、掺杂程度以及组成。
CNA028261887A 2001-12-28 2002-12-13 用于垂直腔表面发射激光器的非对称分布布拉格反射器 Pending CN1613170A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/028,435 2001-12-28
US10/028,435 US6850548B2 (en) 2001-12-28 2001-12-28 Assymmetric distributed Bragg reflector for vertical cavity surface emitting lasers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1613170A true CN1613170A (zh) 2005-05-04

Family

ID=21843427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA028261887A Pending CN1613170A (zh) 2001-12-28 2002-12-13 用于垂直腔表面发射激光器的非对称分布布拉格反射器

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6850548B2 (zh)
EP (1) EP1459417B1 (zh)
JP (1) JP4177262B2 (zh)
KR (1) KR100558320B1 (zh)
CN (1) CN1613170A (zh)
AT (1) ATE488039T1 (zh)
DE (1) DE60238275D1 (zh)
TW (1) TWI237935B (zh)
WO (1) WO2003058774A2 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101132118B (zh) * 2006-08-25 2010-06-02 佳能株式会社 包含多层反射器的光学设备和垂直腔面发射激光器
CN110021875A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 Lg 伊诺特有限公司 表面发射激光器器件和包括其的发光器件
CN111630735A (zh) * 2018-01-18 2020-09-04 Iqe公司 用于激光器应用的多孔分布式布拉格反射器
CN112470352A (zh) * 2018-03-15 2021-03-09 通快光电器件有限公司 具有集成的隧道结的垂直腔面发射激光器装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7245647B2 (en) * 1999-10-28 2007-07-17 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7mum and optical telecommunication system using such a laser diode
US6975663B2 (en) * 2001-02-26 2005-12-13 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-7μm and optical telecommunication system using such a laser diode
US7590159B2 (en) * 2001-02-26 2009-09-15 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode
WO2002084829A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-24 Cielo Communications, Inc. Long wavelength vertical cavity surface emitting laser
US7596165B2 (en) * 2004-08-31 2009-09-29 Finisar Corporation Distributed Bragg Reflector for optoelectronic device
US7920612B2 (en) * 2004-08-31 2011-04-05 Finisar Corporation Light emitting semiconductor device having an electrical confinement barrier near the active region
US7829912B2 (en) 2006-07-31 2010-11-09 Finisar Corporation Efficient carrier injection in a semiconductor device
US8815617B2 (en) * 2004-10-01 2014-08-26 Finisar Corporation Passivation of VCSEL sidewalls
US7860137B2 (en) 2004-10-01 2010-12-28 Finisar Corporation Vertical cavity surface emitting laser with undoped top mirror
CN101432936B (zh) 2004-10-01 2011-02-02 菲尼萨公司 具有多顶侧接触的垂直腔面发射激光器
US7826506B2 (en) 2004-10-01 2010-11-02 Finisar Corporation Vertical cavity surface emitting laser having multiple top-side contacts
KR100737609B1 (ko) * 2005-09-29 2007-07-10 엘지전자 주식회사 수직 외부 공진형 표면 방출 광 펌핑 반도체 레이저 및 그제조방법
US8527939B2 (en) * 2006-09-14 2013-09-03 Sap Ag GUI modeling of knowledge base in a modeling environment
US8031752B1 (en) 2007-04-16 2011-10-04 Finisar Corporation VCSEL optimized for high speed data
US8213474B2 (en) * 2007-12-21 2012-07-03 Finisar Corporation Asymmetric DBR pairs combined with periodic and modulation doping to maximize conduction and reflectivity, and minimize absorption
CN102611000B (zh) * 2012-03-23 2013-09-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 高效率非对称光场分布垂直腔面发射半导体激光器
EP3497758A1 (en) * 2016-08-08 2019-06-19 Finisar Corporation Etched planarized vcsel

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5170407A (en) 1991-10-11 1992-12-08 At&T Bell Laboratories Elimination of heterojunction band discontinuities
US5745515A (en) * 1996-07-18 1998-04-28 Honeywell Inc. Self-limiting intrinsically eye-safe laser utilizing an increasing absorption layer
US5764671A (en) * 1996-10-21 1998-06-09 Motorola, Inc. VCSEL with selective oxide transition regions
US5848086A (en) * 1996-12-09 1998-12-08 Motorola, Inc. Electrically confined VCSEL
JP3713956B2 (ja) * 1998-05-29 2005-11-09 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ素子の製造方法
US6301281B1 (en) 1998-08-31 2001-10-09 Agilent Technologies, Inc. Semiconductor laser having co-doped distributed bragg reflectors
US6744805B2 (en) * 2000-04-05 2004-06-01 Nortel Networks Limited Single mode operation of microelectromechanically tunable, half-symmetric, vertical cavity surface emitting lasers
US6611543B2 (en) * 2000-12-23 2003-08-26 Applied Optoelectronics, Inc. Vertical-cavity surface-emitting laser with metal mirror and method of fabrication of same
US6693933B2 (en) * 2001-03-15 2004-02-17 Honeywell International Inc. Vertical cavity master oscillator power amplifier
WO2002084829A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-24 Cielo Communications, Inc. Long wavelength vertical cavity surface emitting laser

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101132118B (zh) * 2006-08-25 2010-06-02 佳能株式会社 包含多层反射器的光学设备和垂直腔面发射激光器
CN110021875A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 Lg 伊诺特有限公司 表面发射激光器器件和包括其的发光器件
US11183813B2 (en) 2018-01-09 2021-11-23 Suzhou Lekin Semiconductor Co., Ltd. Surface-emitting laser device and light emitting device including the same
CN110021875B (zh) * 2018-01-09 2022-05-13 苏州乐琻半导体有限公司 表面发射激光器器件和包括其的发光器件
CN111630735A (zh) * 2018-01-18 2020-09-04 Iqe公司 用于激光器应用的多孔分布式布拉格反射器
CN112470352A (zh) * 2018-03-15 2021-03-09 通快光电器件有限公司 具有集成的隧道结的垂直腔面发射激光器装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20030123513A1 (en) 2003-07-03
WO2003058774A2 (en) 2003-07-17
DE60238275D1 (de) 2010-12-23
KR20040093676A (ko) 2004-11-06
KR100558320B1 (ko) 2006-03-10
JP2005514796A (ja) 2005-05-19
TWI237935B (en) 2005-08-11
TW200301605A (en) 2003-07-01
EP1459417B1 (en) 2010-11-10
US6850548B2 (en) 2005-02-01
ATE488039T1 (de) 2010-11-15
WO2003058774A3 (en) 2004-03-25
JP4177262B2 (ja) 2008-11-05
EP1459417A2 (en) 2004-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1613170A (zh) 用于垂直腔表面发射激光器的非对称分布布拉格反射器
US5251225A (en) Quantum-well diode laser
Zhou et al. Low series resistance high-efficiency GaAs/AlGaAs vertical-cavity surface-emitting lasers with continuously graded mirrors grown by MOCVD
KR101238241B1 (ko) 비도핑 클래드층 및 다중 양자 우물을 가진 제ｉｉｉ족질화물 ｌｅｄ
US7920612B2 (en) Light emitting semiconductor device having an electrical confinement barrier near the active region
CN1279668C (zh) 波长可调谐垂直腔表面发射激光二极管
US8031752B1 (en) VCSEL optimized for high speed data
JPH07105572B2 (ja) 電気励起キャビティ・レーザ装置
Peters et al. 17.3% peak wall plug efficiency vertical-cavity surface-emitting lasers using lower barrier mirrors
CN1917313A (zh) 大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构
KR100647934B1 (ko) 반도체 레이저 디바이스
KR100545113B1 (ko) 가시파장의수직공동표면방출레이저
CN101841123A (zh) 带有倒v型耦合光波导小发散角半导体激光器结构
Emanuel et al. High-efficiency AlGaAs-based laser diode at 808 nm with large transverse spot size
CN115912052A (zh) 一种新型半导体深紫外垂直腔面发射激光器结构
JP7363897B2 (ja) 面発光レーザ
Newman et al. Molecular beam epitaxial growth of vertical cavity surface emitting lasers with digital alloys and digital gradings
CN112134143B (zh) 氮化镓基激光器及其制备方法
CN1295827C (zh) 矩阵寻址的垂直腔面发射激光器阵列器件
US7838893B2 (en) Semiconductor optical device
US8481350B2 (en) Asymmetric DBR pairs combined with periodic and modulation doping to maximize conduction and reflectivity, and minimize absorption
CN1669192A (zh) 具有低吸收二极管结的激光二极管
CN115036789B (zh) 一种基于type-Ⅱ隧道结的GaAs基高速垂直腔面发射激光器
CN211456210U (zh) 一种vcsel芯片
US20070237198A1 (en) Vertical-stacked coupled quantum-dot vertical cavity surface emitting laser

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1075749

Country of ref document: HK

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: WD

Ref document number: 1075749

Country of ref document: HK