CN103548220B - 分解减少的具有铟INGaP势垒层和INGaAs(P)量子阱的激光器 - Google Patents

分解减少的具有铟INGaP势垒层和INGaAs(P)量子阱的激光器 Download PDF

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Abstract

一种制备VCSEL的方法，可以使用MBE进行：在第一镜区上生长第一导电区；在第一导电区上与第一镜区相对地生长有源区，所述有源区的生长包括：(a)生长具有In1-xGaxP(As)的量子阱势垒；(b)生长具有GaP、GaAsP或GaAs中的一种或多种的过渡层；(c)生长具有In1-zGazAsyP1-y的量子阱层；(d)生长另一具有GaP、GaAsP或GaAs中的一种或多种的过渡层；(e)重复工艺(a)至(d)，多次循环；(f)生长具有In1-xGaxP(As)的量子阱势垒；在有源区上与第一导电区相对地生长第二导电区，其中：x的范围从0.77至0.50；y的范围从0.7到1；和z的范围从0.7到0.99。

Description

分解减少的具有铟INGaP势垒层和INGaAs(P)量子阱的激光器
背景技术
激光器被普遍使用于许多现代通信组件中进行数据传输。变得越来越普遍的用途之一是在数据网络中使用激光器。激光器被用于许多光纤通讯系统中以在网络上传送数字数据。在一个示例性的配置中，激光器可以通过数字数据进行调制以产生光信号，包括表示二进制数据流的光与暗输出周期。在实际实践中，激光器输出代表二进制的高点的高光输出和代表二进制低点的较低功率光输出。为获得快速的反应时间，激光器是一直开启的，只是从高光输出到较低的光输出变化。
光网络相比于其他类型的网络(如铜线基网络)具有多种优点。例如，许多现有的铜线网络以对于铜线技术而言接近最大可能的数据传输速率以及接近最大可能的距离进行操作。而另一方面，许多现有的光网络无论是在数据传输速率还是在距离方面都超过了对于铜线网络可能的最大值。也就是说，光网络能够以比铜线网络可能的距离更远、速率更快的方式可靠地传送数据。
用于光学数据传输的激光器的一种类型是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。正如其名所暗示，VCSEL具有一夹在两个镜叠层之间并被该两个镜叠层所限定的激光谐振腔。VCSEL通常是布置在诸如砷化镓(GaAs)的半导体晶片上。VCSEL包括布置在半导体晶片上的底部镜。通常，底部镜包括多个高折射率和低折射率交替的层。当光线穿过具有一种折射率的层到具有另一种折射率的层时，一部分光被反射。通过使用足够数目的交替层，可以由所述镜反射高百分比的光。
在底部镜上形成有包括多个量子阱的有源区。有源区形成夹在底部镜和顶部镜之间的PN结，所述底部镜和顶部镜具有相反的导电类型(例如p-型镜和n-型镜)。值得注意的是，顶部镜和底部镜的概念可以是稍随意的。在某些配置中，可以从VCSEL的晶片侧提取光，其“顶部”镜是完全反射型的-因此不透明。然而，为了本发明的目的，“顶部”镜指将要从其提取光的镜子，而与它在物理结构中如何布置无关。当PN结被电流正向偏置时，空穴和电子形式的载流子被注入到量子阱中。在偏置电流足够高时，被注入的少数载流子在量子阱中形成粒子数反转，产生光增益。光增益是当在有源区中的光子激发导带中的电子与价带中的空穴复合产生额外光子时发生。当光增益超过两镜的总损失时，发生激光器振荡。
有源区也可以包括氧化物孔，所述氧化物孔是使用在顶部镜和/或底部镜中邻近有源区形成的一个或多个氧化物层而形成的。氧化物孔用作形成光学腔以及引导偏置电流通过所形成腔的中心区。或者，可使用其他手段，如离子注入、构图后的外延再生长、或其他光刻构图来执行这些功能。
顶部镜形成在有源区上。顶部镜与底部镜类似，通常包括多个高折射率和低折射率交替的层。一般来说，顶部镜具有更少的交替的高折射率和低折射率层的镜周期，以提高从VCSEL的顶部的光发射。
说明性地，当电流经过PN结时，激光器发挥作用将载流子注入到有源区中。被注入的载流子在量子阱中从导带到价带的复合使得光子开始在由所述镜所限定的激光器腔中移动。所述镜来回反射光子。当偏置电流在由所述腔所支持的波长下足以在量子阱态之间产生粒子数反转时，在量子阱中产生光增益。当光增益等于腔损耗时，发生激光器振荡并且激光器被认为是处于阈值偏置，当从VCSEL的顶部发射光学相干的光子时，VCSEL开始′产生激光′。
已经确定了VCSEL的有源区的组成可以确定激光器的功能。特别地，如果不精心准备量子阱和围绕量子阱的势垒层的组成，那么量子阱的元素可以互相扩散到势垒层中并与势垒层的元素再结合，并且势垒层的元素可以互相扩散到量子阱中并且可以与量子阱的元素再结合。这样的相互扩散和交叉结合会在量子阱和势垒层之间产生对于激光器在能量上不太有利的区域。因此，设计防止元素发生这样的相互扩散和交叉组合的有源区是有利的。
本发明要求保护的主题并不限于解决如在上面所述的那些环境中的任何缺点或仅在如上面所述的那些环境中操作的实施例。相反，提供这样的背景仅仅是说明一项可以实践本文所述的一些实施例的实例技术。
发明内容
在一个实施例中，VCSEL可以包括：一个或多个具有InGaAs的量子阱；两个或更多个结合所述一个或多个量子阱层的、具有InGaP的量子阱势垒；和一个或多个具有GaP、GaAsP或GaAs中一种或多种的过渡单层，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间。
在一个实施例中，VCSEL可以具有：一个或多个具有In1-zGazAsyP1-y的量子阱；两个或更多个结合所述一个或多个量子阱层的、具有In1-xGaxP(As)的量子阱势垒；和一个或多个具有GaP、GaAsP或GaAs中一种或多种的过渡单层，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间，在此，x表示在量子阱势垒中的Ga的百分数并且范围从0.77至约0.65；y表示在量子阱中的As的百分数并且范围从0.9至约0.95；以及z表示在量子阱中的Ga的百分数并且的范围从0.7到0.99。在一个方面，x的范围从0.75到0.5；y的范围从0.7到1；以及z的范围从0.7到0.99。
在一个实施例中，一个或多个量子阱具有In1-zGazAs；一个或多个量子阱势垒具有In1-xGaxP；和一个或多个过渡单层具有GaAsP或GaP，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间。作为一个选择，一个或多个过渡单层具有GaAs，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间。在一个方面，所述一个或多个过渡单层可以由GaAsP或GaP或GaAs形成，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，所述一个或多个过渡单层可以包括InGaP或InGaAsP，是由GaP、GaAs或GaAsP中的一种或多种沉积界面单层形成，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，所述量子阱势垒可以被配置为抑制载流子波函数消散到量子阱势垒中。所述抑制消散是与没有量子阱过渡层的VCSEL相比。
在一个实施例中，所述过渡单层被配置为增加有源区的差分增益。所述增加差分增益是与没有所述一个或多个过渡单层的VCSEL相比。
在一个实施例中，所述VCSEL可以包括在结合所述量子阱势垒层的第一导电区和第二导电区中至少之一与所述一个或多个量子阱势垒层之间的氧化物层，其中所述氧化物层是：配置为减小电容的双氧化物；或相对于所述一个或多个量子阱和相关的镜区是在第一零点处。
在一个实施例中，一种制备VCSEL的方法可以包括：使用分子束外延(MBE)生长体结晶结构，所述结晶结构具有：一个或多个量子阱；两个或更多个结合所述一个或多个量子阱中每一个的量子阱势垒；和一个或多个沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间的过渡单层。
在一个实施例中，一种制备VCSEL的方法可以包括利用MBE在量子阱势垒和量子阱之间形成一个或多个过渡单层。所述一个或多个过渡单层可以包括InGaP或InGaAsP，是由GaP、GaAs或GaAsP中的一种或多种沉积界面单层形成，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，一种制备VCSEL的方法可以使用MBE进行：生长GaAs衬底；在GaAs衬底上生长第一镜区，所述第一镜区包括多个具有一种或多种折射率的第一镜层；在第一镜区上生长第一导电区；在第一导电区上与第一镜区相对地生长有源区，所述有源区的生长包括：(a)生长具有In1-xGaxP(As)的量子阱势垒；(b)生长具有GaP、GaAsP或GaAs中的一种或多种的过渡层；(c)生长具有In1-zGazAsyP1-y的量子阱层；(d)生长另一具有GaP、GaAsP或GaAs中的一种或多种的过渡层；(e)重复工艺(a)至(d)，多次循环；和(f)在有源区的最后一个过渡层上生长最后的具有In1-xGaxP(As)的量子阱势垒；在有源区上与第一导电区相对地生长第二导电区；和在第二导电区上生长第二镜区，所述第二镜区包括多个具有一种或多种折射率的第二镜区。
在一个实施例中，一种VCSEL可以具有：由第一材料制备的量子阱势垒；由第二材料制备的量子阱；和一个或多个在量子阱势垒和量子阱之间的过渡单层。所述一个或多个过渡单层可以由所选的第三材料形成，其使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
附图说明
前述和下述信息以及本公开内容的其他特征将通过下面的说明和所附权利要求书，结合附图变得更加清楚。应理解的是，这些附图仅示出根据本公开内容的几个实施例，并且不应被认为限制其范围，通过使用附图将描述本公开内容的其他特异性和细节，在附图中：
图1是示意性的VCSEL操作环境的实施例；
图2是示意性的VCSEL层叠型半导体操作环境的实施例；
图3是示出具有In1-xGaxAsyP1-y的组成的稳定单相极限(binodial)等温线的图表；
图4是示意性的VCSEL的半导体层的实施例；
图5A-5C是示意性的VCSEL的有源区的不同实施例；
图6是示意性的VCSEL的有源区的实施例；
图7是示意性的VCSEL的有源区的实施例；
图8是制造VCSEL的方法的实施例的流程图；
图9是制造VCSEL的方法的实施例的流程图；
图10是制造VCSEL的方法的实施例的流程图；
图11A-11B包括示出VCSEL的实施例的波函数生长方向相对于能带边缘(EV)的图；
图12包括示出VCSEL的实施例的态密度图；
图13包括示出VCSEL的实施例的波长增益图；和
图14包括示出VCSEL的空穴费米能级图；
所有这些都是根据本文所述的至少一个实施例进行设置，本领域的普通技术人员可根据本文提供的公开内容对所述设置进行修改。
具体实施方式
将参照附图进行下面的详细描述，这些附图构成本发明的一部分。在附图中，除非上下文另有规定，否则相似的符号通常表示相似的组件。在详细描述中记载的说明性实施例、附图以及权利要求书都并不意味着进行限制。在不偏离本文主题的精神或范围的情况下可以利用其他实施例，并且可以做出其他改变。容易理解的是，如本文所概述的和在附图中所示的本公开内容的各方面都可以按各种不同的配置进行设置、替代、组合、分离和设计，所有这些都明确地被本文所考虑。
本发明的半导体装置可以由任何类型的半导体制造。合适的材料的实例包括III-V族半导体材料(例如，由一种或多种III族材料(硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)及ununtrium(Uut)和一种或多种V族材料(氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)及ununpentium(Uup)(未确认)))以及任选的一些IV族材料来制备。
半导体装置可以包括具有一个或多个量子阱以及一个或多个量子阱势垒的有源区。量子阱和量子阱势垒可以被设在它们之间的一个或多个过渡层分开。由于过渡层位于量子阱和量子阱势垒之间的界面处，因此它们也可以被称为界面层。电子限制层(electricalconfininglayers)可以夹持有源区，并通过限制有源区的载流子来提供光增益效率。限制层可以具有高能量带隙的区域，在许多III-V族化合物的情况下，所述具有高能量带隙的区域转变为高铝含量(例如，对于III族材料为70%-100%的Al)。可以选择铝含量以使所述材料具有比有源区的量子阱势垒中的带隙相对宽的带隙。宽带隙材料可以使限制层得到良好的载流子限制并提高有源区的效率。在示例性实施例中，高铝区域还可以包括掺杂的增加。根据限制阻碍是在有源区的n-侧或是p-侧，限制层可以掺入p-型或n-型掺杂物。
量子阱可以包括InGaAsP量子阱和InGaP量子阱势垒，在量子阱和量子阱势垒之间有GaP、GaAs或GaAsP过渡层。图3包括示出可以用于本发明的VCSEL的量子阱、量子阱势垒和过渡层的组合图。在此，过渡层在所示区域内可以具有在所限定范围内的任何组合，并且在一个例子中可以包括从量子阱到量子阱势垒的渐变的(ramp)组成改变。
为了本发明的目的，在InGaP或具有In和Ga的其他体系中的铟(In)和镓(Ga)的含量是指在InGa组分中的In或Ga的百分数。此外，为了本发明的目的，在InGaAsP或具有As和P的其他体系中的砷(As)和磷(P)的含量是指在AsP组分中的As或P的百分数。当在元素通式中As或P是出现在括号内时，例如(As)或(P)，它表示该元素以少量或痕量存在。少量将小于5%或小于1%。
在一个实施例中，有源区可以包括In1-xGaxP量子阱势垒层，其中x表示在量子阱势垒中的第III族Ga的摩尔分数，其可以在从约0.75至约0.50的范围，或约0.72至约0.60，或约0.71至约0.65，或约0.70，并且其中1-x表示在量子阱势垒中的第III族In的摩尔分数，其可以在从约0.25至约0.60的范围，或约0.27至约0.50，或约0.28至约0.40，或约0.32。在一个例子中，InGaP量子阱势垒可以具有约0.32-0.35的In或32-55%的In。如本文所使用，摩尔分数表示使用的百分比，其中摩尔分数可以乘以100从而得到百分比。
在一个实施例中，有源区可以包括In1-zGazAs量子阱，其中z表示在量子阱中的Ga的百分数，其可以在从约0.7至约0.99的范围，或约0.7至约0.98，或约0.7至约0.9，或约0.8，并且其中1-z表示在量子阱中的In的百分数，其可以在从约0.3至约0.01的范围，或约0.3至约0.02，或约0.3至约0.1，或约0.5。
在一个实施例中，有源区可以包括In1-zGazAsyP1-y量子阱，其中z表示在量子阱中的III族Ga的摩尔分数，其可以在从约0.7至约0.99的范围，或约0.7至约0.98，或约0.7至约0.9，或约0.8，并且y表示在量子阱中的V族As的摩尔分数，其可以在从约0.6至约1的范围，或约0.6至0.98，或约0.8至约0.95。
在一个实施例中，有源区可以包括在每个量子阱和量子阱势垒之间的GaP过渡层。在一个方面，GaP过渡层没有In。在另一个方面，过渡层可以没有As。在另一个方面中，过渡层可以是纯的GaP。
在一个实施例中，有源区可以包括具有中间材料的过渡层，该中间材料具有GaP并且没有In或As中之一，或者没有In，或者没有As，或者没有In和As。例如，过渡层可以是GaAsP或GaAs，或者是GaAsP和GaAs。对于过渡层GaAswP1-w，w可以是从0至约1的范围，或约0.25至约0.75，或约0.4至约0.6，或约0.5。
人们已经发现，可在InGaP-InGaAs(P)的界面处发生分解，使得As和In配对并且Ga和P配对，从而创建使材料接近InAs的界面，这会显著降低界面处的带隙。作为具有InGaAs(P)的量子阱和具有InGaP的量子阱势垒之间的过渡层的理想选择是在界面处没有In和As两者的材料。过渡层可以包括一个或多个GaP单层，由于Ga已经与P配对并且在过渡单层中没有In，因此GaP单层可以抑制As与In配对。或者，基于具有比InGaAs(P)更宽的带隙的GaP的中间材料，并且该中间材料没有In或As之一时可以用作过渡单层。此外，具有GaAsP或者甚至GaAs的过渡单层是合理的。
在一个实施例中，有源区可以包括一个或多个InGaP(As)势垒层，每层具有低的As或没有As，以及从约25%至约50%的III族成分In，最佳为约30%的III族成分。有源区可以包括一个或多个InGaAs量子阱，阱的In百分数可以较低，例如为约12%。此外，该阱可具有高的As。此外，该阱可以是低P的阱。
在量子阱和量子阱势垒之间的界面处没有过渡层，那么可以存在中间组成，该中间组成是不混溶的，然后分解成可混溶的组成。这种分解导致3-D生长和粗糙的界面，以及高、低带隙材料的混合物。众所周知的是InGaAsP中存在很大的混溶隙，该混溶隙外部发生成分分解。图3(从Stringfellow(Stringfellow；ImmiscibilityandSpinodalDecompositionInIII/Valloys；JournalofCrystalGrowth；65(1983)454-462；引入本文作为参考)复制)示出了这种现象图。在大致呈圆形的区域里的材料趋向于分离成圆形区域以外的材料。图上示出了量子阱和量子阱势垒之间的中间组成。这些组成与混溶隙重叠，结果As与In配对并且在量子阱和量子阱势垒之间的界面处形成低带隙材料，这是不期望的。此外，Ga趋向于与P配对，这也是不希望的，因为它会使得In和As缔合并形成在混溶隙外部的材料。分离也往往导致界面变得粗糙，因为它是材料的实际运动。组成可以变化，如在图3中示出。
在过渡层中使用过渡材料避免了混溶隙，所述过渡材料具有与量子阱的材料和量子阱势垒的材料都不混溶的中间材料，如GaP、GaAs或者GaAsP的多种组成。过渡层可以是能够包括其他元素并且仍然提供本文所述的改进。例如，过渡层可以包括1、2、3、4、5或高达9或10个所述材料单层，以防止量子阱和量子阱势垒之间的相互扩散和交叉反应。
在一个实施例中，可以通过分子束外延(MBE)来顺序制备半导体材料的势垒层、过渡层和量子阱。InGaP和InGaAs(P)之间的界面由于元素在界面处的相互作用以及彼此缔合的方式而会非常难于制造。V族元素彼此互相扩散，因此，存在着一个所有的III族材料与所有的V族元素相互作用的区域，这是在能量上不利的区域。As可被携带到下一层，并且As对InGaAs(P)具有记忆效应，特别是当在MOCVD反应器中形成所述层时。In和Ga可以交换位置，使得In可以与As相邻并且Ga可以与P相邻以引起交叉相互作用交换反应。这产生了在VCSEL环境中不利的低带隙界面层。此外，In可以分离到界面的表面，尤其是在含有In的压缩层中，例如量子阱。所有这些因素使得非常难以制造薄的InGaP-InGaAs阱。
人们已经发现，使用在量子阱和势垒层之间保护性地制备的过渡层可以通过抑制V族元素的相互扩散和In-Ga交换来改善VCSEL功能。量子阱和量子阱势垒之间的界面可以包括与阱相邻的、采用分子晶格层形式的GaP界面层(即，界面单层)，使得界面层(例如，过渡层)在势垒和量子阱之间。在InGaP量子阱势垒和InGaAs量子阱层的界面处的GaP层大幅降低了相互扩散效应。虽然仍然会发生相互扩散，但结果是GaP层转变为InGaAsP层，该InGaAsP层比不沉积GaP界面层时本应在界面处的带隙更宽。此外，也可使用GaAsP界面层。
增加一个或多个GaP、GaAs或GaAsP的分子单层以在量子阱和量子阱势垒的界面处提供过渡层可以大幅降低交叉相互作用交换反应。
在一个实施例中，VCSEL的有源区或整个半导体层可以用分子束外延(MBE)制备。现在可以将在MBE期间的较低生长温度用于制备在量子阱和量子阱的势垒层之间具有过渡层的VCSEL半导体层。较低的生长温度以及对V族材料具有较少记忆效应的反应器可以降低交叉相互作用效应。已经发现MBE显著优于MOCVD。通过MBE生长这些结构可以在＜(小于)500℃进行。相比较而言，MOCVD的温度会＞(大于)600℃，而且通常更热，这将导致严重的相互扩散，并增强Ga-In交换反应。此外，在MOCVD中，砷化氢和砷粘结到许多表面上，而且会使得直接从InGaAs到InGaP的突变(abrupttransition)很困难。MBE具有砷记忆效应，但它本质上只在生长晶片的表面。当挡板关闭并且砷阀也关闭时，源也没有了。因此，制备在量子阱和量子阱势垒之间具有过渡层的有源区的益处可以包括：利用在降低V族相互扩散的足够低的温度下的MBE形成所述有源区，In-Ga交换反应减少；并且由于低的砷记忆效应使得突变更容易，所以形成突变。
此外，可以通过与MBE相似的方法制备VCSEL，例如GSMBE(气体源MBE)和MOMBE(金属有机物MBE)或可以按照上述在量子阱和量子阱势垒之间产生过渡层的的类似方法。
现在将针对于VCSEL描述本发明的各个方面。然而，本领域技术人员将认识到，本发明的特征可以合并到其他具有有源区的发光半导体装置中。
图1示出平面的、电流导向的VCSEL100，其具有用于顶部(124)和底部(116)镜的周期层对。衬底114形成在底部接触层112上并且掺入有第一类型的杂质(例如，p型或n型掺杂质)。底部镜叠层116形成在衬底114上以及底部限制层118形成在底部叠层116上。底部限定层118和顶部限制层120将有源区122夹在中间。上镜叠层124形成在顶部限制层120上。金属层126在一部分的叠层124上形成接触。然而，也可以利用其他的VCSEL配置，以及可以使用各种其他的VCSEL层或层类型。
隔离区128限制通过有源区122的电流130的区域。可以通过离子注入和/或氧化来形成区128。可以使用已知的或为VCSEL装置开发的其他隔离区。
镜叠层116(底部)和124(顶部)可以是分布布拉格反射器(DBR)叠层，并且包括周期层(例如，132和134)。周期层132和134通常分别是AlGaAs和AlAs，但可以由其他的III-V族半导体材料制成。镜叠层116和124可以是掺杂或未掺杂的，掺杂可以是n型或p型，这取决于特定的VCSEL设计。然而，也可使用其他类型的VCSEL镜。
金属接触层112和126可以是允许VCSEL100的适当电偏置的欧姆接触。当VCSEL100的接触层126的电压不同于接触层112的电压而正向偏置时，有源区122发光136，光穿过上部镜层叠124。本领域技术人员将认识到，可使用其他配置的接触来在整个有源区122产生电压并产生光136，如图4中所示。
图2示出有源区122和限制层118和120。有源区122是由被量子阱势垒140分开的一个或多个量子阱138形成。虽然图2中未具体示出，但本发明的改良包括在每个量子阱138和量子阱势垒140之间的过渡层，其中在量子阱138和量子阱势垒140之间的线可表示过渡层。限制层118和120可任选地分别包括高铝含量区142和144。高铝含量区提供了在有源区122中的良好载流子限制。
限制区120可以包括位于有源区122和高铝含量区144之间的渐变区146。正如下面所讨论，高铝含量区144和渐变区146的组合提供了具有良好的载流子限制和良好的电子注入的注入结构。
根据VCSEL装置的设计和高铝含量区142和144的厚度，限制区118和120可任选地分别包括间隔层148和150。间隔层148和150的厚度可以取决于要制造的VCSEL装置的种类。在诸如VCSEL或VECSEL的垂直谐振腔装置中，间隔层提供在镜间的谐振间隔，并且如果需要的话，将有源区的量子阱提供为在光场的峰的中心。
限制层118和120和有源区122可以由一种或多种类型的半导体材料形成，例如GaAs、AlAs、InP、AlGaAs、InGaAs、InAlAs、InGaP、AlGaAsP、AlGaInP、InGaAsP、InAlGaAs、SiGe等。
在一个例子中，下电子限制层是AlInP。在另一个例子中，上电子限制层可以是AlInGaP。
图4包括VCSEL的实施例的一部分400的示意图。VCSEL400可以包括结晶衬底420，第一镜区416，第一导电区414，与第一导电区414相关联的接触428，有源区412，氧化物层422，第二导电区410，第二镜区418，接触424，以及以可操作的VCSEL形式设置的激光器输出孔426。这些组件中除了有源区412以外的任何组件也都能够按照本领域的标准或者为VCSEL开发的方法来制备。
对VSEL400的以下描述可以作为例子使用，然而可以应用本领域中已知的改变。结晶衬底420可以是GaAs。位于GaAs衬底上的第一镜区416可以具有多个第一镜层，所述多个第一镜层具有一种或多种折射率。第一导电区414可以可操作地耦合到有源区412。接触428可以与第一导电区414相关联，以便在有源区412充入电流时提供用于电子的路径。正如本文中更详细地描述，有源区412可以包括由一个或多个量子阱势垒层结合的一个或多个量子阱，每个量子阱和量子阱势垒之间有过渡层。氧化物层422可以是任何保护性氧化物，例如二氧化硅；然而，也可以使用保护性氮化物或碳化物。第二导电区410可以可操作地耦合有源区412。第二镜区418可以位于第二导电层上并与有源区相对，第二镜区具有多个第二镜层，所述第二镜层具有一种或多种折射率。接触424可以是用于电传导以操作有源区的任何类型的电接触。激光器输出孔426可以设置为可操作的VCSEL形式。
图5A包括VCSEL的有源区500a的至少一部分的实施例的示意性表示。有源区500a示出为顺序包括：第一量子阱势垒(QW势垒)510，过渡层511，第一量子阱(QW)512，过渡层511，然后是第二QW势垒514。如图所示，有源区500a是本发明VCSEL的有源区的最小单位，因为只有一个量子阱512被两个量子阱势垒510，514结合，在量子阱512和量子阱势垒510，514之间具有过渡层511。
图5B包括VCSEL的有源区500b的实施例的示意性表示。如图所示，有源区500b可以包括第一量子阱势垒(QW势垒)510，第一量子阱(QW)512，第二QW势垒514，第二QW516，第三QW势垒518，第三QW520和第四QW势垒522，在QW和QW势垒之间有过渡层511。有源区500b可以设置为可操作的VCSEL形式。
图5C包括VCSEL的有源区550的实施例的示意性表示。有源区550示出为按顺序包括：第一量子阱势垒(QW势垒)560，过渡层561，第一量子阱(QW)562，过渡层511，以此类推重复直到“第N”QW势垒564，过渡层561，“第N”QW566，过渡层561，然后“N+1”QW势垒558。在此，N可以是任何合理的数，如从1到20，或从5至15或10至13，或约12。在这个例子中，量子阱、量子阱势垒、过渡层都包括本文所描述的任何材料。
图6包括VCSEL的有源区600的实施例的示意性表示。有源区600示出为顺序包括：第一In1-xGaxP量子阱势垒(QW势垒)610，GaP过渡层611，第一In1-zGazAs量子阱(QW)612，GaP过渡层611，并以此类推重复，直至“第N”In1-xGaxPQW势垒614，GaP过渡层611，“第N”In1-zGazAsQW616，GaP过渡层611，然后是“N+1”In1-xGaxPQW势垒618。在此，N可以是任何合理的数，如从1到20，或从5至15或10至13，或约12。
图7包括VCSEL的有源区700的实施例的示意性表示。有源区700示出为顺序包括：第一In1-xGaxP(As)量子阱势垒(QW势垒)710，GaAswP1-w过渡层711，第一In1-zGazAsyP1-y量子阱(QW)712，GaAswP1-w过渡层711，以此类推，直至“第N”In1-xGaxP(As)QW势垒714，GaAswP1-w过渡层711，“第N”In1-zGazAsyP1-yQW716，GaAswP1-w过渡层711，然后“N+1”In1-xGaxP(As)QW势垒718。在此，N可以是任何合适的数，如从1到20，或从5至15或10至13，或约12。
图8是制造具有本文所述功能的有源区的VCSEL的方法的实施例的工艺800的流程图。所述工艺可以包括：(1)生长第一导电区(方框810)，(2)生长一个或多个量子阱层(方框820)和生长一个或多个量子阱势垒，以使所述量子阱势垒可操作地耦合各量子阱层(方框830)，和在每个量子阱和量子阱势垒之间生长一个或多个过渡层。过渡层可以被配置为其组成和厚度能提供比在量子阱和量子阱势垒接触时更高的带隙比(方框825)。工艺800可以包括在有源区上生长第二导电区(方框840)。工艺800概括性地示出有源区的生长，所述有源区具有量子阱(方框820)，量子阱势垒(方框830)，以及量子阱和量子阱势垒之间的过渡层(方框825)。如此，该工艺可以包括：形成量子阱势垒(方框830)，形成过渡层(方框825)，形成量子阱(方框820)，形成过渡层(方框825)，然后形成量子阱势垒(方框830)。形成最后一个量子阱势垒(方框830)以后，可以形成第二导电区(方框840)。
图9是制造VCSEL的方法的实施例的另一工艺900的流程图。所述工艺可以包括生长具有多个第一镜层的第一镜区，所述多个第一镜层具有一种或多种折射率(方框910)，然后在第一镜区上生长第一导电区(方框920)。然后在第一导电区上生长第一量子阱势垒(方框930)。随后，在第一量子阱势垒上生长一个或多个过渡单层(方框935)，此后在一个或多个过渡单层上生长第一量子阱层(方框940)，然后在第一量子阱层上生长一个或多个过渡单层(方框945)，此后在一个或多个过渡单层上生长第二量子阱势垒(方框950)。工艺900还可以包括在最后一个量子阱势垒层上生长第二导电区(方框960)，然后生长具有多个第二镜层的第二镜区，所述多个第二镜层具有一种或多种折射率(方框970)。
图10是制造VCSEL的方法的另一实施例的工艺1000的流程图。所述工艺可以包括：生长衬底(方框1010)，生长具有多个第一镜层的第一镜区，所述多个第一镜层具有一种或多种折射率(方框1020)，在第一镜区上生长第一导电区(方框1030)，(a)在第一导电区上生长具有GaP的第一量子阱势垒(方框1040)，(b)生长过渡层(方框1045)，(c)在第一量子阱势垒上生长第一量子阱层(方框1050)，(d)生长过渡层(1055)，(e)重复方法(a)-(d)多个循环(方框1060)，例如“N”个循环，生长“N+1”量子阱势垒(方框1062)。可以在有源区上生长第二导电区(方框1070)并且可以在第二导电区上生长具有多个第二镜层的第二镜区，所述多个第二镜层具有一种或多种折射率(方框1080)。
在一个实施例中，有源区可以配置为包括一个或多个以下特征：低P的薄量子阱；量子阱周围的GaP量子阱过渡层；薄的GaP量子阱过渡层；可拉伸的量子阱势垒；具有约32%的In的InGaP量子阱势垒；具有小于或约10%的P，以及任选地无P的InGaAs(P)；或碳掺杂AlGaAs以调节掺杂AlInGaPp型注入层。当以公式(As)或(P)表示层时，指定As或P是该层中任选的或者P是以低量存在。
在一个实施例中，可以通过调节量子阱和量子阱势垒来配置VCSEL，使得对于任何电子或空穴载流子的基本波函数的空间范围是其他载流子的85%或更小，这增强了矩阵元。这可以通过InGaP势垒和InGaAs(P)阱实现。此外，这可以通过使一个阱的物理尺寸小于其他阱而实现。例如在常见量子阱和量子阱势垒之间的边界处使用Sb会相对于电子阱扩大空穴阱。在阱中使用Sb作为补充，使得电子阱更浅，相对于空穴减小了其限制，从而允许相对于一些空穴的更广泛的波函数传播。载流子波函数相对的空间范围百分比可以是小于或约70，或小于或约55%。
这种调节可以通过在量子阱和量子阱势垒之间的边界处使用过渡层或者通过明智地量子阱和势垒材料和尺寸而获得。预期矩阵元的增强是有益于所有半导体层以及所有使用量子阱进行光交互作用的装置如电吸收调制器。
在一个实施例中，InGaP量子阱势垒和InGaAs(P)量子阱可以是基本上不含Al。由于Al化合物生长的相关问题，降低Al可以提高可靠性。
在一个实施例中，量子阱两侧上的量子阱势垒的厚度可以从约40A至约100A或约45A至约75A，或约50A至约60A或约55A。相对薄通过减小扩散长度并增加在量子阱的少数载流子群，提高了增益饱和。相对薄也可以增加利用隧道通过量子阱的载流子输运。在一个实施例中，量子阱的厚度可以是从约40A至约100A或约45A至约75A，或约50A至约60A或约55A。结合有源区的外量子阱势垒的厚度可以是100A至约140，或约110A至约130A，或约120A至约125A，或约130A。
在一个实施例中，量子阱可以基本上没有P。在这些量子阱中P的减少可以提高VCSEL速度。
在一个实施例中，VCSEL可以没有Be而生长。这样的VCSEL可以在AlInGaP上电限制层后面包括约85-100%的AlGaAs作为p型注入层(参见图14)。
在一个实施例中，VCSEL可以包括双氧化物层，以减少电容在两个氧化物层，但主要是在第一氧化物层上燃烧。即，图4的氧化层422可以制备为两个不同的氧化物层。虽然示出的是平面的，但氧化物层422可以是任何形状，并可以位于围绕有源区的壁上，如台面有源区等。此外，氧化物层422可以覆盖有源区412、第二导电区410和第二镜区418。
在一个实施例中，VCSEL包括以高迁移率材料在零点(null)处具有重掺杂的大量周期性掺杂。此外，镜可以被配置为不太符合1/41/4。在某些情况下，镜可以从与量子阱或量子阱势垒相邻开始，第一氧化物在第一零点处。
为了提高速度以及调节波长，将不同数量的In和P添加到量子阱中。可以将In添加到量子阱中以提高速度。这造成能量能级的凹陷，导致更长的波长，从而使阱变窄。由此产生的波函数可以以其高密度的状态穿透到量子阱势垒中。为了弥补这一点，生长势垒以提供最大的导电能带偏移，并提供最多的载流子限制。如果能带偏移不够，那么可以使用较窄的阱来允许最大的In而不会显著渗透到势垒中。
InGaP可以用作量子阱势垒，因为它相比于其他势垒材料具有优良的光学特性。InGaP量子阱势垒可以晶格匹配GaAs过渡层，在价带中具有良好的能带偏移，但是，它在导带中可能会很低。低的能带偏移可以通过在势垒层中使用拉伸应变的InGaP来改善，其中In组成为约32%。这在导带和价带两者中提供了接近0.35eV的能带偏移并且InGaP对于导带的态密度低，在价带中波函数到势垒层的渗透低。
此外，会在深阱中发生通过有源区从一个阱到另一个阱的不佳传输。可以通过使势垒薄到足以用于基本贯穿隧道来缓解不佳的传输。
使用这些原理设计的量子阱的例子示出于图11A-11B的波函数的模拟图像中。应指出的是，显示的n＝1的电子波函数比空穴波函数更广地传播出去。这得到了矩阵元的增强。图11A示出了InGaP-InGaAs有源区。图11B示出了具有40%的AlGaAs量子阱势垒的InGaP-InGaAs有源区。如果与具有相同的InGaAs阱的40%的AlGaAs势垒(图11B)相比，观察到相似的效果，只是波函数延伸到较差的势垒材料，由于势垒材料以及波函数延伸到势垒材料中，造成量子阱的态密度的副作用。这表明在结合有更深阱的InGaP中的较低的空穴有效质量。尽管较低的空穴有效质量会导致向势垒中的更大渗透，但对此进行的增加的阱深度的补偿减少了渗透，使在势垒中的空穴有效质量、整体的有效质量，及因此在第一能级观察到的价带中的态密度都很低。导带具有相似的态密度，降低的态密度显着提高增益/差分增益。图11A和图11B的有源区都可用于本发明。
更深的量子阱深度给出了对于InGaP-InGaAs量子阱的最大的性能优势。如果AlGaAs-InGaAs阱的增益谱被调整为大致匹配InGaP-InGaAs阱的增益谱，那么使用约7%的In(相比于12%的In)，并且价带态密度变成如图12A-12C的态密度图(例如，约2.6e18/cm3，从InGaP-InGaAs阱的1.5e18大幅上升)。图12A示出了InGaP-InGaAs有源区。图12B示出了与图12A具有相同的尺寸和In含量的AlGaAs-InGaAs。图12C示出了降低In以匹配增益谱的AlGaAs-InGaAs有源区。
如在图13A-13C的增益所示，增益也减小并且透明度增加。图13A示出InGaP-InGaAs有源区。图13B示出了图13A所示具有相同尺寸和In含量的AlGaAs-InGaAs有源区。图13C示出了具有降低的In以匹配增益谱的AlGaAs-InGaAs。当增益或差分增益降低时，透明度增加。另外在阱中的载流子浓度也增加，增益最终达到饱和。镜损耗可以足够低至使装置在高差分增益区(例如，曲线之间的大间隔)工作。
弛豫入阱可以通过使用窄的有源区来增强。阱的数量可以减少到一个阱(图5A)，但利用残次加工(imperfectprocessing)，镜反射率可能变得太高(避免由于接近极限的增益饱和)，以致光子寿命会使设备减速。取而代之，优选的是使量子阱势垒的尺寸最小，如本文所描述的尺寸。这也增强了阱间的隧道传输，这由于状态反正都被耦合，从而降低了有效扩散时间。
图14包括VCSEL的实施例的空穴费米能级图。如图所示，VCSEL具有含约33%的In的厚度为40A的InGaP势垒。InGaAs量子阱具有约12.5%的In，厚度为43A。该图还示出在有源区下方的下电子限制层，和AlInGaP的上电子限制层。最后，存在具有6e18掺杂的AlGaAs区。
表1提供了VCSEL的例子。在表1中，示出的量子阱是薄的。此外，GaP过渡层通过从量子阱和量子阱势垒的相互扩散可以变成InGaAsP。计算系统可以由计算机可执行指令编程以沉积层，如表1所述。
在一个实施例中，VCSEL可以包括：GaAs衬底，在GaAs衬底上并具有多个第一镜层的第一镜区，所述多个第一镜层具有一种或多种折射率；位于第一镜区上的第一导电区；以及位于第一导电区上与第一镜区相对的有源区。有源区可以包括：一个或多个量子阱层；一个或多个量子阱势垒；以及一个或多个具有GaP的过渡单层(例如，界面)，所述过渡单层沉积在量子阱层和量子阱势垒之间。第二导电区可以位于有源区上与第一导电区相对。第二镜区可以位于第二导电层上与有源区相对，第二镜区可以具有多个第二镜层，所述多个第二镜层具有一种或多种折射率。
在一个实施例中，每个量子阱和量子阱势垒可以被具有GaP、GaAs和/或GaAsP的一个或多个过渡单层所分开。
在一个实施例中，有源区包括在量子阱和量子阱势垒之间的一个或多个过渡单层，所述一个或多个过渡单层由所选的第三材料形成，其使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，有源区可以包括：从InGaP制备的量子阱势垒；从基本上没有P的InGaAs制备的量子阱；和在量子阱的势垒和量子阱之间的一个或多个过渡单层。所述一个或多个过渡单层可以由GaAsP或GaP或GaAs形成，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，与一个或多个量子阱势垒相比，量子阱层可以具有低P。此外，和一个或多个量子阱层相比，量子阱势垒可以具有低Al。
在一个实施例中，VCSEL可以包括在有源区外部的一个或多个电子限制层。任选地，VCSEL可以包括将有源区夹在中间的上电子限制层和下电子限制层。电子限制层可以包括AlInGaP或AlGaAs。
在一个实施例中，一个或多个量子阱具有AlGaAs-InGaAs。
在一个实施例中，一个或多个量子阱势垒可以另外包括Al。Al可以以痕量存在于所述一个或多个量子阱势垒中。Al可以以在量子阱势垒的晶格结构中足够低至可忽略不计的量存在于一个或多个量子阱势垒中。另一方面，量子阱势垒可以基本上没有Al。在此，Al是以小于或约1%的Al、小于或约0.1%的Al，小于或约0.01%的Al，小于或约0.001%的Al，或者小于或约0.0001%的Al的痕量存在于量子阱层和/或量子阱势垒中。
在一个实施例中，有源区可以包括：从AlInGaP制备的量子阱势垒，从InGaAsP制备的基本上没有P的量子阱，以及在量子阱的势垒和量子阱之间的一个或多个过渡单层，所述一个或多个过渡单层由GaAs或GaAsP形成，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，所述一个或多个过渡单层可以包括从一个或多个沉积的GaP或GaAsP过渡单层的形成的InGaP或InGaAsP，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，有源区可以包括：从InGaP制备的量子阱势垒，从InGaAs制备的基本上没有P的量子阱，和在量子阱的势垒和量子阱之间的一个或多个过渡单层，所述一个或多个过渡单层包括从一个或多个沉积的GaP或GaAsP过渡单层的形成的InGaP或InGaAsP，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，有源区可以包括可拉伸应变的量子阱势垒。
在一个实施例中，有源区可以包括在量子阱的势垒和量子阱之间的一个或多个过渡单层。所述一个或多个过渡单层可以由所选的第三材料形成，其使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
在一个实施例中，第一导电区或第二导电区被配置为注入区。所述注入区被配置为将电子载流子或空穴注入到所述一个或多个量子阱层中。注入区可以包括在p型注入层的约85%至约100%的AlGaAs。在一个选择中，注入区可以包括在与AlInGaP层相邻的p型注入层中的AlGaAs。或者，注入区包括AlInGaP。在又另一种选择中，注入区可以包括碳掺杂的AlGaAs，例如其量足以调节p型注入层中的掺杂AlInGaP。
在一个实施例中，所述一个或多个量子阱的边界在一个或多个量子阱的一个或多个界面处包括一个或多个GaP、GaAs和/或GaAsP界面层，其中所述GaP、GaAs和/或GaAsP界面层以足以抑制低间隙过渡层形成的量存在。
在一个实施例中，有源区在量子阱层和量子阱势垒之间没有低隙过渡层。
在一个实施例中，有源区被配置使得用于电子载流子或空穴载流子的基本波函数的空间范围相比于其他载流子的基本波函数为约85%、70%、55%或更小。在此，用于一个载流子的基本波函数充分小于其他载流子的基本波函数，从而增强矩阵元。
在一个实施例中，量子阱P的含量为小于或约20%、10%、5%、1%、0.1%。在另一个实施例中，量子阱势垒As的含量为小于或约20%、10%、5%、1%、0.1%。
在一个实施例中，量子阱势垒被配置为限制有源区的载流子。在另一个实施例中，量子阱势垒被配置为抑制载流子波函数消散到量子阱势垒中。在此，抑制消散是与在量子阱和量子阱势垒之间没有过渡层的VCSEL相比。例如，所述一个或多个过渡单层配置为增加有源区的差分增益，其中，所述差分增益增加是与没有所述一个或多个过渡单层的VCSEL相比。
在一个实施例中，VCSEL半导体可以包括配置为减小电容的双氧化物。此外，VCSEL可以在相对于所述一个或多个量子阱和相关的镜区的第一零点处包括氧化物层。
本领域技术人员将会理解，对于在此所述的工艺和方法以及其他工艺和方法，在所述工艺和方法中执行的功能可能会以不同的顺序执行。此外，所概述的步骤和操作仅作为例子提供，并且在不损害所公开的实施例的本质的情况下，一些步骤和操作可以是任选的、组合成更少的步骤和操作，或扩展为额外的步骤和操作。
本发明的内容并不限于在本申请中描述的特定实施例，这些特定实施例旨在说明各个方面。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以进行许多修改和变化而不脱离它的精神和范围。除了本文所列举的那些方法和设备以外，在本公开内容范围内的功能等效物通过前面的描述对于本领域的技术人员也是显而易见的。这种修改和变化旨在落入所附权利要求书的范围内。本公开内容仅由所附权利要求书来限定，同时这些权利要求的等同物的全部范围也被赋予限定作用。应当理解的是，本公开内容并不限于特定的方法、试剂、化合物和组合物或生物体系，它必然也可以发生变化。也应当理解的是，本文使用的术语仅是用于描述特定实施例的目的，并且不旨在进行限制。
本文所述的主题有时描述了包含在不同的组件中，或与不同的组件相连接的其他不同组件。应当理解的是，这样的描述架构仅仅是示例性的，实际上可以实施许多其他的体系结构来实现相同的功能。概念上讲，为了实现相同的功能的任何的组件配置都被有效地“关联”，从而实现所需的功能。因此，本文中相结合以实现特定功能的任意两个组件都可以被视为彼此“相关联”从而实现所期望的功能，而与架构或中间组件无关。同样，如此相关联的任何两个组件也可以被视为是彼此“可操作地连接的”或“可操作地耦合的”，以实现期望的功能，并且能够被如此相关联的任何两个组件也可以被视为是彼此“能够可操作地耦合的”，以实现期望的功能。能够可操作地耦合的具体例子包括但不限于物理上可匹配的和/或物理上相互作用的组件和/或能够无线相互作用的和/或无线相互作用的组件和/或逻辑相互作用和/或能够逻辑上相互作用的组件。
对于本文使用的基本上任何复数和/或单数术语，只要适于上下文和/或应用，那么本领域的技术人员可以将单个翻译为多个和/或将多个翻译为单个。为了清楚起见，本文各种可明文列出单数/复数排列。
本领域技术人员应理解的是，一般情况下，本文所用的术语，特别是在所附权利要求书(例如，在所附权利要求的主体)中所用的术语通常旨在为“开放式”术语(例如，术语“包括”应该被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”等)。本领域人员还应当理解，如果意图在于在提出的权利要求被提及物(recitation)的具体数值，这样的意图将在权利要求中明确地被提及，并且在缺少这样的提及时不存在这样的意图。例如，为了帮助理解，下文附带的权利要求可以包含使用引入性的短语“至少一种”和“一种或多种”，以引出权利要求被提及物。然而，使用这样的短语不应被解释为暗示着借助不定冠词“一(a)”或“一(an)”引出的权利要求被提及物将任何含有这样引出的权利要求被提及物的特定的权利要求限制于那些含有仅仅一种这样的被提及物的实施方案，即使当同一的权利要求包含引入性的短语“一种或多种”或“至少一种”以及不定冠词如“一(a)”或“一(an)”的时候(例如，“一(a)”和/或“一(an)”应当被解释为表示“至少一种”或“一种或多种”)；对于用于引出权利要求被提及物的定冠词的使用也同样适用。此外，即使明确提及了提出的权利要求被提及物的具体的数值，本领域技术人员将认识到，这种被提及物应被解释为至少表示所提及的数值(例如，无修饰的被提及物“两个被提及物”，没有其它修饰语，表示至少两个被提及物或两个以上被提及物)。此外，当使用类似于“A、B和C等中的至少一种”的惯例的情况下，通常这样一种句式意图在于本领域技术人员将理解所述惯例(例如，“具有A、B和C中的至少一种的体系将包括但不限于：单独具有A，单独具有B，单独具有C，具有A和B，具有A和C，具有B和C，和/或具有A、B和C的体系等)。当使用类似于“A、B或C等的至少一种”的惯例的情况下，通常这样一种句式意图在于本领域技术人员将理解所述惯例(例如，“具有A、B或C的至少一种的体系”将包括但不限于：单独具有A，单独具有B，单独具有C，具有A和B，具有A和C，具有B和C，和/或具有A、B和C的体系等)。本领域人员还将理解，实际上任何表述两个以上选择性的术语的分离性的单词和/或短语，无论是在说明书中、权利要求中还是附图中，都应被理解为企图设想如下的可能性：包括术语之一、包括术语中任一、或同时包括两术语。例如，短语“A或B”将被理解为包括可能性“A”或“B”或“A和B”。
此外，当按照马库什群组描述本公开内容的特征或方面时，本领域技术人员将认识到，该公开内容也因此描述了马库什群组的成员的子群组或任何单独的成员。
本领域技术人员将理解，对于任何和所有目的，例如在提供书面描述方面，在此公开的所有范围也包括任何和所有可能的子范围以及其子范围的组合。任何列举的范围可以简单地被认作充足的描述以及使得该范围能够至少被分成二等份、三等份、四等份、五等份、十等份等。作为非限定性实例，本文讨论的任何范围可以容易地分成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如本领域的技术人员也可以理解，诸如“高达”，“至少”和类似的所有语言包括了所记载的数字并且指可按上述随后细分成子范围的范围。最后，本领域的技术人员将理解，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个单元是指一组指具有1、2或3个单元的组。同样地，具有1-5个单元的组是指具有1、2、3、4或5个单元的组，等等。

Claims (18)

1.一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，包括：
一个或多个具有InGaAs(P)的量子阱；
两个或更多个结合所述一个或多个量子阱层的、具有InGaP(As)的量子阱势垒，其中所述量子阱势垒被配置为抑制载流子波函数消散到量子阱势垒中，其中所述抑制消散是与没有量子阱过渡层的VCSEL相比；和
一个或多个具有GaP、GaAsP或GaAs中一种或多种的过渡单层，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间。
2.根据权利要求1的VCSEL，包括：
一个或多个具有In1-zGazAsyP1-y的量子阱；
两个或更多个结合所述一个或多个量子阱层的、具有In1-xGaxP(As)的量子阱势垒；和
一个或多个具有GaP、GaAsP或GaAs中一种或多种的过渡单层，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间，
其中：
x的范围从0.75至0.50；
y的范围从0.6到1；和
z的范围从0.6到0.99。
3.根据权利要求2的VCSEL，包括：
一个或多个具有In1-zGazAs的量子阱；
一个或多个具有In1-xGaxP的量子阱势垒；和
一个或多个具有GaAsP的过渡单层，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间。
4.根据权利要求2的VCSEL，包括：
一个或多个具有In1-zGazAs的量子阱；
一个或多个具有In1-xGaxP的量子阱势垒；和
一个或多个具有GaAs的过渡单层，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间。
5.根据权利要求1的VCSEL，包括：
在量子阱势垒和量子阱之间的一个或多个过渡单层，所述一个或多个过渡单层是由GaAsP或GaP或GaAs形成，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
6.根据权利要求1的VCSEL，包括：
在量子阱势垒和量子阱之间的一个或多个过渡单层，所述一个或多个过渡单层包括InGaP或InGaAsP，是由GaP、GaAs或GaAsP中的一种或多种沉积界面单层形成，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
7.根据权利要求1的VCSEL，其中所述量子阱势垒包括至少痕量的Al。
8.根据权利要求1的VCSEL，包括在量子阱势垒层外部的一个或多个电子限制层。
9.根据权利要求8的VCSEL，其中所述一个或多个电子限制层包括AlInGaP和/或AlGaAs。
10.根据权利要求8的VCSEL，包括注入区的至少一个电子限制层包括碳掺杂AlGaAs，其量足以调节p型注入层中的掺杂AlInGaP。
11.根据权利要求1的VCSEL，其中所述一个或多个过渡单层足以抑制在量子阱和量子阱势垒之间的低隙界面层的形成。
12.根据权利要求1的VCSEL，其中所述一个或多个过渡单层被配置为增加有源区的差分增益，其中所述增加差分增益是与没有所述一个或多个过渡单层的VCSEL相比。
13.根据权利要求1的VCSEL，包括在结合所述量子阱势垒层的第一导电区和第二导电区中至少之一与所述一个或多个量子阱势垒层之间的氧化物层，其中所述氧化物层是：
配置为减小电容的双氧化物；或
相对于所述一个或多个量子阱和相关的镜区是在第一零点处。
14.一种制备权利要求1的VCSEL的方法，该方法包括：
使用分子束外延(MBE)生长体结晶结构，所述结晶结构具有：
一个或多个量子阱；
两个或更多个结合所述一个或多个量子阱中每一个的量子阱势垒；和
一个或多个沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间的过渡单层。
15.根据权利要求14的方法，包括：
在所述量子阱势垒和量子阱之间形成一个或多个过渡单层，所述一个或多个过渡单层包括InGaP或InGaAsP，是由GaP、GaAs或GaAsP中的一种或多种沉积界面单层形成，使得与量子阱势垒和/或量子阱的III族相互扩散和/或V族相互扩散得到一个或多个过渡单层，所述过渡单层相比于不具有所述一个或多个过渡单层而是由量子阱势垒和量子阱之间的III族相互扩散和/或V族相互扩散所得到的低带隙界面具有更宽的带隙。
16.根据权利要求14的方法，包括：
在量子阱势垒层外部形成一个或多个电子限制层，所述一个或多个电子限制层包括AlInGaP和/或AlGaAs。
17.根据权利要求16的方法，包括注入区的至少一个电子限制层包括碳掺杂AlGaAs，其量足以调节p型注入层中的掺杂AlInGaP。
18.一种制备垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的方法，包括：
使用MBE，进行：
在GaAs衬底上生长第一镜区，所述第一镜区包括多个具有一种或多种折射率的第一镜层；
在第一镜区上生长第一导电区；
在第一导电区上与第一镜区相对地生长有源区，所述有源区的生长包括：
(a)生长具有InGaP(As)的量子阱势垒；
(b)生长具有GaP、GaAsP或GaAs中的一种或多种的过渡层；
(c)生长具有InGaAs(P)的量子阱层；
(d)生长另一具有GaP、GaAsP或GaAs中的一种或多种的过渡层；
(e)重复工艺(a)至(d)，多次循环；和
(f)生长具有InGaP(As)的量子阱势垒；
在有源区上与第一导电区相对地生长第二导电区；和
在第二导电区上生长第二镜区，所述第二镜区包括多个具有一种或多种折射率的第二镜区。
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