CN112385099A - 具有宽波长扫频的气腔占优vcsel - Google Patents

具有宽波长扫频的气腔占优vcsel Download PDF

Info

Publication number
CN112385099A
CN112385099A CN201980030250.0A CN201980030250A CN112385099A CN 112385099 A CN112385099 A CN 112385099A CN 201980030250 A CN201980030250 A CN 201980030250A CN 112385099 A CN112385099 A CN 112385099A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavity
semiconductor
layer
refractive index
dbr
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
CN201980030250.0A
Other languages
English (en)
Inventor
康妮·尚-哈斯奈恩
凯文·库克
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.)
University of California
Original Assignee
University of California
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 University of California filed Critical University of California
Publication of CN112385099A publication Critical patent/CN112385099A/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
    • H01S5/18—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]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18363—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors comprising air 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
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H01S5/142—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon which comprises an additional resonator
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • 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
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
    • 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
    • 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
    • H01S5/10—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]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • 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
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers

Abstract

一种广泛可调谐的垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有半导体腔，其后是上方为可移动反射器的气隙。激射波长是通过固定的半导体共振腔的共振与通过移动反射镜能改变的气腔的共振的组合进行控制的。通过将半导体腔配置为在调谐范围的中心处是反共振的来提高VCSEL的调谐范围和斜率，这迫使电磁能在气隙中比在半导体中受到更严格的限制，从而使发射波长对调谐镜的位移更敏感。

Description

具有宽波长扫频的气腔占优VCSEL
相关申请的交叉引用
本申请主张于2018年5月8日提交的美国临时专利申请序列号62/668,448的优先权和权益，其全部内容通过引用包含于此。
关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
不适用
受版权保护的材料的通知
本专利文件中的部分材料受美国和其他国家的版权法的版权保护。版权所有者不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行传真复制，因为它出现在美国专利商标局的公开文件或记录中，但在其他方面保留所有版权。版权所有者在此不放弃任何使本专利文件保密的权利，包括但不限于其根据37C.F.R.§1.14的权利。
背景技术
1.技术领域
本发明的技术总体上涉及集成电路可调谐激光器，更具体地涉及具有微机电系统(MEMS)的宽可调谐的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
2.背景讨论
可调激光器是重要的光源，广泛用于包括电信和测距在内的许多应用中。在电信领域中，可调谐激光器能被用作可重配置的波分复用源，从而减少了数据中心所需的库存，并同时仍覆盖了通信频段内的所有信道。在测距领域中，可调谐激光器能被用于扫频源光学相干层析成像，这是一种具有医学和工业应用的三维成像系统。此技术的分辨率与光源的调谐比成反比，光源的调谐比被定义为调谐范围除以调谐范围中心的波长。
与其他类型的可调谐激光器相比，具有用于波长调谐的微机电系统(MEMS)的垂直腔面发射激光器(VCSEL)在许多应用中表现出明显的优势，如上面举例说明的那些。VCSEL非常小巧且便宜，从而在许多应用中节省空间和成本。VCSEL在电信系统中是理想的，因为它们本质上支持单横模，并且它们具有快速的直接调制速率。VCSEL在测距系统中是理想的，因为它们具有宽调谐比和高连续波长扫频速率，这决定了成像系统的视场。
目前的可调谐的VCSEL在调谐中心具有共振腔，从而提供了半导体腔占优(SCD)器件，其具有最大值为大约2.1％的有限调谐比。最近，已经制造出可调谐的VCSEL，其具有在半导体与气腔之间施加的抗反射涂层，从而使两个腔像以一个腔一样共振。这种配置被称为扩展腔(EC)设计，导致调谐比提高了6.6％。
本发明克服了先前VCSEL的一些调谐范围限制，同时提供了额外的优势。
发明内容
本发明描述了一种宽可调谐的垂直腔面发射激光器(VCSEL)，在一个实施方式中，所述宽可调谐的垂直腔面发射激光器包括半导体腔和可移动反射器，在所述半导体腔与所述可移动反射器之间具有气隙。在一个实施方式中，激射波长是通过固定的半导体共振腔的共振与通过移动反射镜能改变的气腔的共振的组合进行控制的。由于半导体腔的共振是通过外延的设计进行固定的，因此半导体腔的共振主导可调谐的VCSEL的调谐特征。
尽管违反直觉，但是根据本发明已发现，通过将半导体腔设计为在调谐范围的中心处是反共振的，能够使可调谐的VCSEL的调谐范围和调谐斜率最大化。这种设计迫使电磁能在气隙中比在半导体中受到更严格的限制，从而使发射波长对调谐镜的位移更敏感。由于唯一的要求是反共振半导体腔，因此该设计在材料选择和用于其他目的的层插入方面是非常灵活的。增大的调谐范围使该VCSEL在众多应用(例如，短波波分复用(SWDM)、扫频源光学相干层析成像(SS-OCT)以及调频连续波光检测和测距(FMCW LIDAR))中成为有吸引力的光源。
本文描述的技术的其他方面将在说明书的以下部分中提出，其中，具体实施方式是出于完全公开本技术的优选实施方式而非对其施加限制的目的。
附图说明
通过参考以下仅用于说明目的的附图，将更充分地理解本文所描述的技术：
图1是根据本发明的实施方式的细分为半导体腔和气腔的VCSEL结构的示意图。
图2A和图2B是与根据本发明的实施方式的气腔占优(ACD)VCSEL相比扩展腔(EC)和半导体腔占优(SCD)VCSEL器件的调谐曲线和阈值材料增益的图。
图3A和图3B是与根据本发明的实施方式的空气腔占优(ACD)器件相比半导体腔占优(SCD)器件的调谐曲线特征的图。
图4是用于根据本发明的实施方式的反共振空气腔占优(ACD)器件的示例性光学结构的示意图。
图5A和图5B是根据本发明的实施方式的具有工程化SAC区的ACD MEMS-HCG可调谐的VCSEL的示意图和扫描电子显微镜(SEM)图像。
图6A至图6D是根据本发明的实施方式的耦合腔的示意图以及特征的比较图。
图7A至图7F是根据本发明的实施方式的不同腔形式的示意图以及它们特征的图。
图8A至图8C是根据本发明的实施方式的将EC和SCD设计与ACD设计进行比较的纵向电能密度结果的图。
图9A至图9D是根据本发明的实施方式的与ACD设计相比的EC和SCD设计的腔特征的示意图。
图10是根据本发明的实施方式的ACD可调谐的VCSEL的测量的扫频VCSEL谱的图。
图11是根据本发明的实施方式的ACD VCSEL设计的用两种不同技术测量的阈值电流的图。
图12是根据本发明的实施方式的VCSEL结构的示意性剖视图。
图13A至图13C是根据本发明的实施方式的VCSEL的示意性剖视图。
图14A至图14C是根据本发明的替代实施方式的VCSEL的示意性剖视图。
图15是根据本发明的实施方式利用的计算的调谐曲线的图。
图16A和图16B是根据本发明的实施方式确定的限制因子和阈值材料增益的图。
图17A至图17C是根据本发明的第一配置的用于SCD、EC和ACD VCSEL的调谐曲线的图。
图18A至图18C是根据本发明的第二配置的用于SCD、EC和ACD VCSEL的调谐曲线的图。
图19A至图19C是根据本发明的第三配置的用于SCD、EC和ACD VCSEL的调谐曲线的图。
图20A至图20C是根据本发明的第四配置的用于SCD、EC和ACD VCSEL的调谐曲线的图。
图21A至图21C是根据本发明的实施方式的用于SCD、EC和ACD VCSEL在相应的共振条件下的场峰位置偏移的图。
图22A和图22B是根据本发明的实施方式的用于ACD VCSEL设计的调谐范围改善的波形。
图23A至图23D是根据本发明的实施方式的改变混合顶部镜的反射相位的图。
具体实施方式
1.具有宽波长调谐的气腔占优VCSEL
所提出的技术是具有反共振半导体腔的广泛可调谐的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在一个实施方式中，根据所提出的技术的可调谐的VCSEL包括高反射调谐镜，其通过具有可调谐长度的气隙而与半导体腔分开。在至少一个实施方式中，半导体腔包括半导体-空气耦合(SAC)区、含有增益材料(即，多量子阱结构)的有源腔以及由衬底支撑的固定的高反射镜。
在至少一个实施方式中，固定的高反射镜包括分布式布拉格反射器(DBR)。根据DBR中使用的材料之间的对比度，此反射器包括0至100对交替折射率的层。在另一个实施方式中，固定的高反射镜包括高对比度光栅(HCG)。在至少一个实施方式中，将接触层结合到有源腔下的结构中，以向有源区的底部提供低电阻电路径。
在至少一个实施方式中，有源腔包括设置在至少两个覆层之间的有源区。在至少一个实施方式中，有源区包括由势垒层隔开的多个量子阱(QW)。在至少一个实施方式中，所述覆层包括折射率高于有源腔正上方和正下方的材料的折射率的材料，在这种情况下，有源腔的总厚度应该为该材料内部的中心波长的整数倍。在至少一个实施方式中，所述覆层包括折射率低于活性腔正上方和正下方的材料的折射率的材料，在这种情况下，活性腔的总厚度应为该材料内部中心波长的奇数倍。
在至少一个实施方式中，DBR设置在有源腔上方。在至少一个实施方式中，DBR包括提供电流限制的氧化层和向有源区的顶部提供低电阻电路径的接触层。
在至少一个实施方式中，SAC区包括折射率大于SAC区正上方和正下方的层的几何平均值的材料的层。该层的厚度为该材料内部的中心波长的四分之一。只要来自SAC区的反射在中心波长处是异相的，或更优选为π弧度异相，则SAC区可以含有具有任意数量的任意折射率的层。
在至少一个实施方式中，所述调谐镜包括高反射的高对比度光栅。在至少一个实施方式中，所述调谐镜包括高反射的分布式布拉格反射器(DBR)。
在一个实施方式中，可调谐的VCSEL从下到上包括：衬底、高反射第一分布式布拉格反射器(DBR)、含有多量子阱(MQW)增益区的一λ有源腔、含有氧化层的第二DBR、半导体空气耦合(SAC)层、可调谐的气隙和由微机电系统(MEMS)悬挂的高反射高对比度光栅(HCG)。VCSEL的发射波长由整个结构的共振波长决定，该共振波长通过移置HCG反射器进行调谐。
第一DBR可以包括许多对具有交替折射率的四分之一λ厚层。对于在AlyGa1-yAs/AlxGa1-xAs作为材料选择的GaAs衬底上生长的VCSEL，DBR对的数量范围可以从15.5至大于40。更少的对能被用于结合电介质(如通过AlGaAs或沉积的电介质氧化形成的AlxOy)的DBR。根据材料选择，第二DBR可以含有0至4对DBR。在电泵浦的氧化物限制的VCSEL中，第二DBR可以含有用于氧化的AlGaAs的四分之一λ(1/4λ)层和用于电接触的GaAs的四分之一λ(1/4λ)层。
图1示出了示例性实施方式10，其中，VCSEL结构12被细分为两个腔，即，半导体腔14和气腔16。可调谐的VCSEL结构的共振由气腔的共振、半导体共振腔的共振以及两个腔之间的耦合所决定。可见，VCSEL 12具有第一DBR 18、第二DBR 20、以及在它们之间的有源腔22。在第二DBR上方可见SAC层23，然后是气隙26，其上方是光栅(HCG)24。半导体腔14被示出具有DBR 18、20以及有源腔22和SAC层23，但是没有气隙和光栅。在示例性实施方式中，气腔包括边界条件28，随后是SAC层23，其上方是可调谐的气隙26以及HCG 24。应当注意的是，通过示例性而非限制性的方式，SAC区23包括λ/2窗口层和折射率大于所述腔的折射率的平方根的λ/4层的组合。应当注意的是，SAC层由两个腔共享，并且在示意图14中被示为23而在示意图16中被示为32，因为它控制着两者之间的耦合。关于边界条件28，应当注意的是，当计算气腔共振时，SAC区(28)正下方的层被用作边界条件并且有效地扩展到无限厚度。
该划分在附图中示出，其描绘为能将VCSEL结构12细分为这两个腔：半导体腔14和气腔16。半导体不包括可调谐镜，而气腔不包括SAC区下方的所有层。在制造期间固定的半导体腔决定了可调谐的VCSEL的调谐性能。
在一个实施方式中，半导体腔被设计成在调谐范围的中心处是反共振的。示例性而非限制性的方式，通过将含有有源区的半导体区配置为具有在中心波长处为π的奇数倍的往返相位延迟，能够获得反共振行为。
上面描述了反共振的非常笼统的描述。这种反共振能够通过多种方式实现，包括：(a)将有源腔22的厚度设计为λ/2的奇数倍；(b)将上反射镜设计为具有π弧度的反射相位并且将下反射镜设计为具有0弧度的的反射相位；(c)将下反射镜设计为具有π弧度的的反射相位并且将上反射镜设计为具有0弧度的反射相位；或者(d)将SAC区设计为给与上反射镜以π弧度的反射相位，并且同时下反射镜具有0弧度的反射相位。
所得的VCSEL被称为气腔占优(ACD)设计，因为调谐中心处的半导体腔反共振会导致光能主要存储在气腔中。此设计具有宽调谐范围，如6.9％，这是对半导体腔占优(SCD)设计和扩展腔(EC)设计进行改进。此外，与EC或SCD设计的阈值材料增益相比，反共振ACD设计的阈值材料增益没有增加，因为气隙是无损耗的，这导致阈值电流(例如，可以低至0.35mA)的调谐比增加。
图2A和图2B示出了所公开的气腔占优(ACD)设计与EC和SCD的设计之间的特征的比较30、40。图2A描绘了30调谐曲线，示出了基于ACD 32、EC 34和SCD 36的器件的发射波长关于气隙长度的函数。图2B描绘了40，基于ACD 42、EC 44和SCD 46的器件的阈值材料增益。所述调谐曲线示出了：ACD设计具有最宽的调谐范围，其以实曲线的垂直范围进行测量。阈值材料增益曲线示出了：所有三个器件在调谐范围的中心处都具有几乎相同的阈值。
如下所述，反共振ACD VCSEL在外延设计中非常灵活，因为唯一的要求是中心波长处的半导体腔反共振。
图3A和图3B示出了实施例50、60，其比较了图3A中基于SCD的VCSEL与图3B中基于ACD的VCSEL器件之间的调谐曲线。曲线54、64示出了VCSEL的发射波长关于气隙长度的函数。水平线52、62指示了半导体腔的共振波长。斜线56、66表示气腔的共振波长。通过示例性而非限制性的方式，这些曲线是针对在1060nm处设计有调谐中心的VCSEL器件所获得的。在这些附图中可以看出，图3A示出了半导体腔共振在该基于SCD的设计的调谐中心处，而图3B示出了半导体腔共振从基于ACD的设计的调谐中心处移开。半导体共振波长的这种变化标志着SCD和ACD器件之间的差异。
在我们先前的公开中，如下面标题为“气腔占优的垂直腔面发射激光器”的第3节中所述的，我们描述了对折射率和层厚度有严格要求的SAC区。相比之下，反共振ACD VCSEL的SAC区能够含有任意数量的具有任何折射率的层，只要从SAC区到有源腔的反射与入射波异相即可。
在一个实施方式中，这种异相条件实际上能够通过遵循简单的设计规则来实现：SAC区应当含有光路长度是λ/4的奇数倍的高折射率区。出于本发明的目的，“高”折射率是指比有源腔的折射率的平方根更高的折射率，即比抗反射涂层的理想折射率更高的折射率。类似地，“低”折射率是指比有源腔的折射率的平方根更低的折射率。通常而言，“低”折射率对应于电介质如气体、氧化物或聚合物；而“高”折射率对应于半导体。
图4以示例性而非限制性的方式示出了70，多个该设计规则的示例性实施方式。每个实施例被示出为与在气隙76上方具有元件74的HCG 72有关。有源腔上方的所有层都被认为是SAC区的一部分，其中线77标记了反射相位必须等于中心波长处π的奇数倍的界面。
在实施方式78中，高折射率材料的1/4波长(1/4λ)(λ/4)厚层80覆盖有源区，而在实施方式82中，高折射率材料的3/4波长(3/4λ)(3λ/4)厚层84覆盖有源区。实施方式86和90示出了使用高折射率材料的1/4波长(1/4λ)(λ/4)厚层88a、92b与另一高折射率材料的1/2波长(1/2λ)(λ/2)厚层88b、92a组合，其中这两层具有不同的折射率。然后，在实施方式94中，示出了使用高折射率材料的1/4波长(1/4λ)(λ/4)厚层96a，其上是低折射率材料的1/4波长(1/4λ)(λ/4)厚层96b。另外，任何上述实施方式能被配置低折射率层在顶部。本领域普通技术人员还将意识到：这些实施例能够以多种方式进行改变，以提供本发明的这种反共振。
可以看出，根据本发明的可调谐的VCSEL具有几种设计特征，包括但不限于以下特征。(1)在气腔占优设计中，可调谐的垂直腔面发射激光器的自由光谱范围和调谐斜率都增加了，这是通过设计在调谐范围中心处反共振的半导体腔来实现的。所述半导体腔被限定为除顶部可移动反射镜和空气隙之外的整个可调谐的VCSEL结构。(2)半导体腔需要具有在调谐中心处为π的奇数倍的往返相位，从而构成反共振。这能够通过半导体-空气耦合(SAC)区的设计来实现。在典型设计中，光线在穿过有源腔并由底镜反射时所积累的相位是π的偶数倍。在这种情况下，SAC区反射到有源腔的反射相位必须是π的奇数。(3)SAC区可以包括多层。只要进入有源腔的反射的总相位为π，则各层的折射率和厚度就没有太大关系。在最简单的实施方式中，SAC区可以包括折射率大于有源腔的折射率的平方根的单λ/4层。在另一个实施方式中，SAC区可以包括如上所述的λ/4层，其上方具有任意折射率的λ/2层。
2.具有宽波长扫频的气腔占优VCSEL
2.1.介绍。
以下描述了具有宽波长扫频范围的电泵浦可调谐的垂直腔面发射激光器的新颖设计，其在以1056.7nm为中心的68.38nm范围内以550kHz扫频速率执行室温连续波激射，这对应于创纪录的6.5％的高动态波长调谐比(Δλ/λC)。通过使用电压驱动的微机电系统或类似的机电转换元件来改变高对比度光栅镜与半导体外延结构之间的气隙长度，波长调谐得以实现。大的调谐比来自空气与半导体子腔之间耦合的新颖工程。通过在调谐中心处放置半导体反共振，增加了自由光谱范围和调谐斜率(Δλr/Δd)。测试结果证实了较大的调谐范围和调谐效率。这些新颖的发现可能会导致可调谐的VCSEL的重大突破，这些VCSEL是扫频光源光学相干断层扫描、光测距、检测以及众多其他应用中有前途的组件。
波长扫频激光器是现代光学通信、光检测和测距(LIDAR)、光学相干断层扫描(OCT)和高分辨率激光光谱学中的重要组件。非常重要的性能标准是波长调谐比(Δλ/λC)和扫描速度。具有调谐功能的垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有许多理想的属性，包括晶圆级制造和测试、连续宽调谐、更小的占地面积以及更低的功耗。通过使用微机电系统(MEMS)，能够激励光腔长度并连续调谐激射波长。自1995年首次发表MEMS可调谐的VCSEL以来，已报道了850nm、980nm、1060nm、1310nm和1550nm处的中心波长(λC)的许多进步。常规的MEMS可调谐的VCSEL设计为具有在半导体部分集中的高光学强度。此配置被称为半导体腔占优(SCD)设计。SCD设计的调谐比被相对较小的自由光谱范围(FSR)限制为最大约3.5％。
为了增加调谐范围，研究人员设计了
Figure BDA0002760246760000091
的具有λC/4厚抗反射(AR)层的VCSEL，其中nS是最顶层半导体层的折射率。此配置被称为扩展腔(EC)设计。在这种情况下，半导体与气腔完美匹配。它们作为一个腔共振，就像原始的半导体腔“延伸”到空气区中。以前，对于采用电热调谐的电泵浦EC VCSEL，报道了以1550nm为中心的102nm处很大的静态调谐范围(调谐比Δλ/λC等于6.6％)。受热时间常数限制，调谐速度被示出在215Hz时相对较慢，而较小的动态扫频范围为87nm(Δλ/λC＝5.6％)。
第三配置被称为气腔占优(ACD)设计，其中半导体部分在中心波长处具有反共振，从而迫使光场在调谐中心波长处被更加明显地限制在气腔中。这种设计使以1060nm为中心的VCSEL达到了创纪录的6.9％的波长调谐比Δλ/λC，并且同时还允许在材料和厚度方面进行更灵活的选择。
下面讨论了这种新颖器件在550kHz的快速速度下具有6.5％的宽动态调谐比的连续扫频。如此宽的调谐和快速速度归因于所利用的超宽带且超轻量的高对比度介结构(HCM)或高对比度光栅(HCG)。此外，提供了简单的物理模型和详细的分析来解释气腔与半导体腔的耦合效应，这最终决定了调谐范围。
2.2基础物理学
图5A和图5B示出了具有工程SAC区的所公开的1060nm ACD MEMS-HCG可调谐的VCSEL的示意图110和扫描电子显微镜(SEM)图像150。
在图5A中看到该器件具有半导体部分、顶部HCG镜和在其之间形成气腔的气隙。VCSEL显示在衬底112上具有第一组DBR层114，其后是多量子阱(multi-QW)增益区116、氧化层118、第二组DBR层120(比第一组更薄)、半导体-空气耦合(SAC)区122，其位于HCG 130下方的气隙125下方。在周边的SAC区上方是牺牲区123，所述牺牲区123被蚀刻掉以在HCG下方的区中形成气隙，其上是HCG层124，所述HCG层124具有显示的嵌入式激光触点126和调谐触点128。
因此，在此示例性实施方式中，半导体部分包括半导体-空气耦合(SAC)区、两对p-DBR(首先是Al0.12Ga0.88As高折射率层，然后是Al0.9Ga0.1As低折射率层、Al0.12Ga0.88As高折射率层以及Al0.98Ga0.02As层用于氧化)，中心处具有五个量子阱的1λC腔，随后是n-BDR，最好是38.5对n-DBR，它们均生长在n掺杂的GaAs衬底上。本质上，能够识别两个纵向耦合的腔体：一个以具有量子阱的活性腔为中心，而另一个以HCG与半导体之间的气隙为中心。SAC区决定了三种设计之间的区别：SCD、EC和ACD。
图5B示出了所公开的1060nm ACD MEMS-HCG可调谐的VCSEL的扫描电子显微镜(SEM)图像150。
图6A至图6D示出了两个耦合腔的简单示意图170以及用于ACD、EC和SCD设计的特征的比较180、190、200。
在图6A中，示出了两个耦合腔的简化图示，在其间具有半导体-空气耦合(SAC)层。4λC半导体腔172具有折射率nS，SAC层174具有折射率nSAC，并且气腔176具有为1的折射率。反射器在r1、r2和r3处用虚线表示。
为了探究两个腔体的基本物理特性，如图6A所示，将整个外延堆叠体简化为具有折射率nS的4λC半导体腔、λ0/4SAC层和可变长度(折射率1)的空气区。将半导体腔选择为4λC，以使其具有与实际设计相似的FSR。该结构的两侧都由理想的反射器界定，这些反射器对于所有波长都具有菲涅耳系数r1＝r3＝0.999+0i。在下文中，仅将4λC SAC层的三个折射率值，nSAC＝1、nAR、nS分别视为代表ACD、EC和SCD情况。
图6B示出了180在ACD、EC和SCD情况之间的调谐特征比较，其示出了与气隙(nm)有关的波长(nm)。当在1060nm的中心波长附近测量时，ACD设计具有最宽的FSR。如图6B所示，三种情况的简化的耦合腔结构的共振是通过传递矩阵法计算得出的，即，找到每个空气腔长度具有零往返相位的波长，并对于所有三种情况将其绘制为空气腔长度的函数。由于整个结构都是一个腔，因此EC情况的法布里-珀罗(FP)波长线性地取决于气腔的长度。然而，SCD和ACD具有明显不同的曲率。
为了了解ACD和SCD共振线的曲率，检查了两个腔：由r1、r2限定的气腔和由r2和r3限定的半导体腔。通过从上述转移矩阵模拟中去除r1而计算出的并在图6C和图6D中绘制为192、202的半导体腔的FP共振是水平线，因为它们不依赖于气腔长度。通过从模拟中去除r3而计算出的在r1与r2之间的气腔的FP共振被绘制为194、204，其在图6C和图6D中示出了基本垂直的线，其与气腔长度成线性比例。当两个系列的线在图6C和图6D中用圆圈标记的交叉处彼此相交时，在半导体腔与气腔之间的耦合发生。完整结构的FP共振遵循这两个系列的线，但避免了弯曲迹线196、206所示的交叉。应当注意的是，为了清楚起见，仅描绘了线的每个类别中的一个(例如，192、194和196)。因此，圆圈指示了两个系列的线相交的位置，这导致在整个结构的弯曲共振线196、206中发生反交叉。
在图6C中，示出了nSAC＝1的情况。半导体腔在λC 1060nm处共振，因此在中心波长1060nm处显示一条线。在气隙为-λC/4时，直接接触半导体腔。完整结构共振线与半导体腔共振线重合。随着气隙的增加，避免的交叉会导致整个结构共振跟随气腔共振。最终，整个结构共振避免了第二次交叉，以切换回跟随半导体共振线的状态。由于在λ0处存在半导体共振，因此整个结构共振在中心波长处显示出较低的调谐斜率。这是SCD设计的特性特征。
在图6D中，看到了nSAC＝nS的情况。如图6C所见，由于λC/4SAC折射率，半导体腔的FP波长偏离在SCD情况下的波长。在这种ACD情况下，半导体腔在λC处处于反共振状态，而最接近的FP模式位于1130.7nm和997.6nm处。同样，整个结构共振线在空气腔长度为0时开始与半导体线重合。VCSEL共振曲线避免了半导体与空气共振之间的交叉随着空气腔长度的增加而增加。由于半导体腔在λC处呈反共振状态，因此整个结构共振跟随空气腔共振，从而导致较大的调谐斜率。这代表了ACD情况。在ACD或SCD设计中，半导体腔与空气腔之间的较强耦合将黑线分开，接近EC情况下的调谐特征，其中所述腔完美耦合。
半导体共振的数学起源在于r2的相位。如果nSAC＜nAR，则半导体腔与SAC层之间的界面主导r2。进入半导体腔的反射相位(∠r2(λC))为零，并且半导体腔在λC处共振。对于nSAC≈nAR的特殊情况，r2的大小无关紧要，并且VCSEL腔体作为单元共振。如果nSAC＞nAR，则气腔与λC/4SAC层之间的界面主导r2。反射相位∠r2(λC)＝π，半导体腔在λC处发生反共振，并且设计为ACD。注意，该描述是非常笼统的并且适用于更复杂的设计，如图5A和图5B中所描绘的，其在1λC腔与SAC之间具有两对p-DBR，并且SAC由在该λC/4nSAC层与气腔之间的窗口(λC/2)层组成。
对于典型的可调谐MEMS-VCSEL设计，气腔长度应选择为足够大，以允许较大的调谐范围，并且最大MEMS运动约为气隙的1/3。因此，FSR是可调谐的VCSEL设计中的限制因素。如上所述，随着气腔长度的变化，FSR并不恒定。范围限制FSR是中心波长正上方和正下方的模式之间的最短波长差，由于这些是能够实现阈值的模式。在ACD和SCD设计中，最高的FSR位于VCSEL腔模与半导体腔模的交点附近。由于半导体腔模式在ACD VCSEL中偏离中心，因此在VCSEL共振远离其调谐范围的中心时，FSR最高。相反，SCD VCSEL的FSR随着VCSEL共振远离调谐中心而降低。FSR的差异示于图6B中，其示出了用于SCD、EC和ACD设计的VCSEL腔模式。对于该模型，显然要获得大的调谐比，设计具有最小长度的反共振半导体腔并减小两个腔之间的耦合是非常重要的。换句话说，最好的是配置以气腔为主导的器件。
2.3.完整结构的FDTD模拟。
接下来，通过对没有有源层的真实VCSEL结构进行FDTD模拟，验证了上述简化模型。
图7A示出了实施方式210，其例示出由nhigh＝3.483和nlow＝2.988的区域(两者均大于nAR)组成的结构。该附图描绘了VCSEL 212、半导体腔214和空气腔体216。在212中，从顶部到底部有HCG、可调气腔、SAC区、2对DBR、1λC高折射率腔、多对(例如，38.5对)DBR和无限厚度的高折射率衬底。SAC区含有在具有nlow的低折射率λC/4层的顶部上的高折射率λC/2“窗口”层。在此实例中，由于用于单片生长的III-V外延材料(折射率)的选择有限，因此可以通过更改SAC“窗口”层的厚度，而不是通过添加或删除λC/4层来说明耦合效果。
在这种结构中，r1是HCG的反射率(例如，使用严格的耦合波分析计算)，r2是SAC区的反射率，并且r3是终止于衬底中的38.5对DBR的反射率。
图7B至图7D示出了来自FDTD模拟的结果220、230和240，其示出了当“窗口”层从0变化到λC/2时整个结构的共振线关于空气腔长度的函数。阴影(原始彩色图像已用颜色编码)表示腔共振的强度，较亮的区域表示高Q，较暗的区域表示低Q。还使用传输矩阵模拟就气腔、半导体腔和整个结构的共振绘制在同一张附图中以进行比较。两种方法之间获得了极好的协议。
由于有助于r2的占优界面是“窗口”层与气隙之间的界面，因此半导体腔对“窗口”层厚度的变化比空气腔更敏感。随着“窗口”层的厚度增加，每个半导体共振的波长也增加。同时，气腔共振的位置和斜率几乎保持恒定。由于调谐行为受半导体腔共振所主导，因此半导体腔总厚度的任何增加都对应于调谐特征的偏移。当“窗口”层的厚度为0时，SAC仅由低折射率λC/4层(但低折射率仍大于nAR)组成。因此，如图7B所示，半导体腔在大约1010和1110nm处具有两个半导体共振的反共振，这是ACD情况。当窗口层具有λC/4的厚度时，半导体腔是共振的，从而导致如图7C所示的SCD调谐特征。当窗口层具有λC/2的厚度时，该器件也是如图7D所示的ACD壳体。
2.4.光学限制
光学限制因子是要检查的重要参数，因为它决定了阈值电流密度。在上一部分中描述并在图5A和图5B中示出的实际VCSEL结构用于本研究。半导体的顶λC/4部在实际器件(ACD)中为InGaP，但在EC设计中更改为Al2O3，而在SCD器件中更改为空气，以进行比较。
图8A至图8C示出了针对ACD、EC和SCD VCSEL在调谐中心波长处的纵向电能密度ε(z)|E(z)|2分布的示例性结果270、280、290。在调谐中心处，所有这三种情况在MQW区域内都显示出最大的能量密度，这表明正确的场对准。实际上观察到，与EC和SCD相比，ACD的气腔中的能量分布相对较大。这确认了在ACD情况的调谐中心处与气腔的牢固耦合。由于ACD将更多的能量限制在空气子腔中，因此应遵循的原则是ACD的能量限制因子低于EC和SCD。
为了理解调谐如何影响激光阈值，现在计算从半导体观察到的有效腔长：
Figure BDA0002760246760000141
其中Φtop(λ)和Φbottom(λ)是通过半导体腔所见的顶反射镜和底反射镜的反射相位。在这种方法中，中心量子阱下面的层被视为我们的底部有效镜，而上面的层则被视为顶部有效镜。应当指出的是，ACD设计的有效长度对于所有三种设计在调谐中心处都是最大的。然而，ACD的有效长度在整个调谐范围内保持相对恒定，而SCD的有效长度会随着波长偏离中心波长而急剧增加。实际上，在调谐范围的边缘，SCD和EC器件的有效长度变得大于ACD器件的有效长度。
图9A至图9D示出了针对ACD、ED和SCD VCSEL设计的波长的腔特征的实施例310、320、330和340。在图9A中，从半导体腔观察到有效长度。在图9B中，对于ACD、EC和SCD设计，总有效长度Leff被绘制为关于共振波长的函数。在图9C中可以看到，阈值材料增益gth具有在所有半导体层上添加的均匀材料损耗αi＝20cm-1。在图9D中，限制因子被显示为用Γ＝αm/gth0计算。
对于所有三种配置，使用转移矩阵方法严格计算阈值材料增益，并且将其绘制在图9C中。该计算包括每个半导体层中20cm-1的均匀本征损耗。最后，限制因子是通过计算镜面损耗并除以Leff如图9D所示进行计算。由于大部分电能被限制在空气中，因此ACD装置具有在所有三种情况下最低的限制因子。尽管ACD器件的限制因素明显较低，但由于空气无损，因此在调音中心处的材料阈值增益仅增加了1％。
有效长度和限制因子计算提供了对这三种设计的阈值增益和FSR进一步了解。与Leff成反比的FSR是在调谐边缘处的重要参数，其中相邻的F-P模式可能会竞争量子阱所提供的有限增益。如图9B所示，ACD设计具有最小的有效长度，因此在调谐边缘处具有最大的FSR，这证实了图6A至图6D中所示的趋势。在ACD设计中，在调谐边缘处减小的有效长度也导致较高的限制因子和较低的阈值增益。其结果是，使用这种新颖的ACD设计，在大幅扩展调谐范围的同时，阈值增益也不会受到很大影响。
2.5.实验结果
如图5A所示的器件，并且如在图5B中看到的那样，使用P.Qiao,K.T.Cook,K.Li和C.Chang-Hasnain,"Wavelength-Swept VCSELs,"IEEE J.Sel.Top.Quantum Electron.,vol.23,p.1700516,2017中描述的工艺进行制造。通过选择性湿法刻蚀来去除GaAs牺牲层，以形成1.32μm气隙。实际器件的SAC区使用与如图7F所示的情况类似的设计，其中λC/2窗口层在λC/4低折射率层的顶部上由InGaP蚀刻停止层和GaAs接触层组成。
图10示出了在恒定DC偏置352下并且在具有额外的550kHz AC 354调谐电压的情况下，在4.5mA电流注入下针对ACD可调谐的VCSEL的所测扫频VCSEL谱的示例性结果350。扫频频谱覆盖了68.38nm的范围，距离调谐边缘峰值-20dB处测得。
先前的方法已经证明，组合使用热、电流和静电调谐，可以证明在73nm范围内的单模连续激射。如图10所示，利用本发明的优化的MEMS设计，通过以550kHz的机械共振频率施加31.5V的DC调谐电压加上10.0VPP的AC调谐电压来获得连续扫频。
机械结构的共振激励使反射镜的位移远大于等效直流电压，从而消除了可能会损坏半导体结的高调谐电压。完整的动态调谐范围是68.38nm，范围从1022.46nm到1090.84nm，这是所公开的ACD设计对扩展的FSR的直接证明，并且接近于计算得出的76nm调谐范围。如果增加交流电压以使MEMS进一步移位，则下一个法布里-珀罗(F-P)模式将在相同的波长范围内开始发射激光。这表明：调整范围受FSR限制，而不受阈值限制。
图11示出了用两种不同技术测量的阈值电流的示例性结果360。通过施加一系列DC调谐偏置，并在1.1Ith下测量阈值和波长来测量曲线362。通过施加DC调谐偏置并通过施加共振AC信号来扫描HCG的位置，然后在一系列激光驱动电流下测量发射光谱，来测量曲线364。
使用扫频光谱来确定每个波长的阈值电流。设置DC调谐偏置、AC幅度和AC频率，以使反射镜的运动跟踪调谐曲线的一个周期。通过激光二极管施加一系列DC电流，范围从0.1mA到4mA(步长为0.05mA)。对于每个DC电流，都会测量发射光谱。然后通过在数值上区分相对于激光二极管电流的光谱强度并确定相对于阈值的突变步长，来确定每个波长的阈值。该测量的结果在图11中示出。为了比较，在一系列DC调谐偏置下也测量了阈值电流。
关于图11中波长绘制的所测得的阈值电流的形状在多个方面偏离了图9C中模拟的阈值材料增益曲线的形状。首先，由于光刻和蚀刻工艺的变化而导致的HCG尺寸差异，最小阈值蓝移至1040nm。第二偏差是在1075nm处的峰。该峰对应于两个横模之间的过渡。通过将氧化物孔放置在所需法布里-珀罗模式的纵向强度节点附近，可以在不可调谐氧化物VCSEL中实现横模抑制。在可调谐的VCSEL中，氧化物层相对于模式的位置随波长而变化，这可能导致不同的横模在不同的波长处占主导。将来，可以使用诸如多个氧化物孔、离子注入或掩入式异质结构之类的不同横向控制机制来消除调谐期间的高阶横模。啁啾的QW也可用于减少在阈值电流的波长依赖性。
总之，本发明展示了使用所公开的ACD配置的具有6.5％的高调谐比的电泵浦的VCSEL。描述了对这种机制的研究，其相对于传统的和AR涂覆的可调谐的VCSEL具有如此大的改进，从而发现在半导体腔中产生反共振是导致高调谐斜率和宽FSR的原因。波长调谐特征驻留在空气腔共振线上，从而导致较小的F-P模数，较小的进入有效镜的场穿透深度，以及较高的调谐斜率。在ACD器件上的测量结果证实了以550kHz的快速速度通过MEMS共振调谐来提高调谐比的这些理论。
3.空气腔占优的垂直腔面发射激光器
3.1.介绍。
需要一种可广泛使用的VCSEL，这些VCSEL可用作OCT中的波长扫频光源。可以增加VCSEL调谐范围的一种技术是使用经工程化的半导体-空气耦合(SAC)接口。然而，担心的是，在可调谐的VCSEL中设计SAC区会导致激光阈值急剧增加。因此，研究人员并未采用这种方法。相反，研究人员在半导体-空气界面处应用了防反射(AR)层，或修改了顶部分布式布拉格反射器(DBR)中的层顺序，以扩展调谐范围。然而，AR层必须具有四分之一λ的厚度，并且其折射率接近于半导体折射率与空气的折射率的乘积的平方根。
该层结构被描述用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)，其能够使它们用作广泛的波长扫频相干光源和多波长VCSEL阵列。
在一个实施方式中，根据本发明的VCSEL包括半导体部分和顶镜，顶镜之间具有气隙。气隙在本发明中被称为“气腔”。半导体部分包括(从上到下列出)新颖的半导体-空气耦合(SAC)区、顶部分布式布拉格反射器(DBR)、含有有源区的半导体腔、底部DBR、以及最后衬底。通过新颖的SAC区设计，VCSEL的发射波长变得强烈取决于气腔厚度和/或顶镜的反射相位。因此，通过主动调节气隙的厚度或顶镜的反射相位，可以获得更大的波长调谐范围。通过改变顶部反射器相位，可以获得具有大波长跨度的单片阵列。
3.2.波长扫频HCG VCSEL的实施方式
图12示出了波长扫频高对比度光栅(HCG)垂直腔面发射激光器(VCSEL)层结构的示例性实施方式410。在该实施方式中，HCG 446包括周期性的子波长结构的单层，其包括完全被低折射率材料(例如，空气或氧化物)442、448包围的高折射率材料(例如，AlGaAs或Si)。在该实施例中，底部n掺杂DBR(n-DBR)414包括中心波长位于1060nm处的具有不同折射率的多个交替层416、418(例如，优选地约30至40对Al0.9Ga0.1As/GaAs)被示出在衬底412上方。
n+层420在n-DBR部分414上方。在一部分n+层420上方显示出用部分422a和422b显示的第一接触(n接触)。示出了另一个反射部分424，其包括在n+层420的顶部并且在n接触422a、422b内部的多层n-DBR。
标称未掺杂的一λ腔426被示出为具有有源区427，多个量子阱428穿过有源区427，例如包括3至6个InGaAs/GaAsP量子阱(QW)。氧化层430通常由高Al含量的AlGaAs化合物(例如Al0.98Ga0.02As)组成。通过湿热氧化，氧化层变成低折射率的AlxOy化合物，该化合物稳定且坚固。通过时间控制，中心区433保持未氧化，从而提供折射率引导和电流孔。在腔上方，存在多层p-DBR 432，例如包括0～2对Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As p-掺杂的顶部DBR。在p-DBR 432上方是p+层434，其具有高导电性并且适合于金属接触的沉积。在p-DBR 432上方显示出与部分436a、436b的第二接触。热氧化层438如30nm Al0.98Ga0.02As是在由接触436a、436b界定的区域内的p-DBR 432上方，其被视为第一低折射率四分之一λ层的一部分。在HCG层446与顶部DBR之间的是未掺杂的GaAs牺牲层，其例如通过湿法蚀刻或其他去除机制被选择性地去除，以形成被剩余的牺牲层部分440a、440b围绕的空气腔442。
HCG层446被制造为具有第一和第二接触450a、450b的微机电结构(MEMS)的一部分。HCG层自由悬挂在其余半导体层上方，因此通过在MEMS结构上的触点450a、450b上施加电压，可以改变空气腔厚度并调整VCSEL波长。空气腔厚度的调整不限于MEMS的静电控制。替代的调谐机制包括电热致动和机械共振调谐。
本发明内容集中于讨论半导体腔上方的层，以示出可调谐的VCSEL结构能被视为具有在纵向方向上光学耦合的两个耦合腔：具有有源区的半导体腔和气腔。常规设计具有半导体腔是确定法布里-珀罗模式(即激射波长)的占优腔。本发明示出了可以如何设计半导体-空气耦合区，使得气腔起占优并确定法布里-珀罗模式；从而可以大大增加连续调谐范围。
在第一实施方式中，使用常规的半导体腔占优(SCD)形式的结构。在本文中，在半导体-空气界面处提供高反射，这抑制了从半导体到空气的场穿透。这种设计类似于传统的VCSEL，其中光学模式被限制在半导体腔中。
在第二实施方式中，使用扩展腔(EC)形式的设计。在该实施方式中，在半导体-空气界面处的反射减小到与具有折射率匹配层(即，AR层)的SCD设计相比微不足道的值，使得整个结构作为一个腔共振。换句话说，原始半导体腔“延伸”到气腔中。
在第三实施方式中，描述了一种全新的设计，我们将其称为“气腔占优”(ACD)设计。这种ACD设计有助于在空气隙中限制更大的磁场，并且增加的磁场限制会使气隙成为占优腔。
三种配置所需的唯一区别是具有工程厚度和折射率的SAC区。
所有这三种配置均具有混合顶反射镜，其包括HCG、气隙、SAC区和位于半导体腔上方的顶部DBR区域。如图12所示，半导体腔通常含有一个或多个QW作为有源区。QW包括具有整个外延的最低带隙能量的直接带隙半导体，使得整个外延的其余部分不会显著吸收来自QW的发射。
半导体腔通常包括折射率低于QW折射率但至少高于DBR对的低折射率层的材料。在一个这样的实施方式中，QW可以包括InGaAs，半导体腔可以包括具有低铝浓度的GaAs或AlGaAs，并且DBR可以包括AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs或AlxGa1-xAs/GaAs对。在这种情况下，半导体腔的厚度可以是一λ或一λ加上半λ的非负整数倍。QW在半导体腔中的放置和QW的设计将遵循典型的VCSEL设计。
图13A至图13C示出了在激光腔上方的顶部DBR的示例性实施方式470、510、530，其可以包括M对交替的四分之一λ低折射率层和四分之一λ高折射率层，其中四分之一λ低折射率层刚好位于腔区域上方。在整个本发明中，M是任何非负整数(0、1、2，……)。应当注意，仅出于VCSEL结构的完整性而示出腔480下方，衬底上的底部DBR对于VCSEL而言是典型的。
每个附图均示出了衬底472，其上是具有交替的折射率材料层476、478的K-DBR区域474，其上是形成一λ腔480的高折射率材料，并且其上是具有交替的材料层484、486的M-DBR 482。
在图13A中，SCD设计470被示出具有M对顶部DBR，其后是四分之一λ低折射率层488，其被称为“低1”。“低1”层的折射率可以与DBR中使用的较低折射率相同或不同。SAC区(虚线椭圆)位于“低1”层的顶部，其包括高折射率层(“高1”)490和窗口层(WL)492。所示的HCG具有在低折射率层494(例如，空气)上散布的光栅的高折射元素96和低折射元件498(例如，空气)。
“高1”层的折射率可以与DBR中使用的较高折射率相同或不同。“高1”层的厚度应为四分之一λ的奇数倍。WL的厚度可以为零或半λ的正整数倍。在本文中，WL的折射率可以是任何值，如1.0至7.5。
应当指出，一种可选的SCD配置是WL直接位于半导体腔的顶部而没有高1/低1或任何DBR对(M＝0)的情况。
在图13B中，EC设计510被示出具有M-DBR区域482，在其上方是四分之一波长低区域512，然后是四分之一波长高区域514。然后在这些层上方是包含AR层516的SAC区(椭圆形虚线)，该AR层的折射率介于DBR 496中使用的较高折射率与空气498、518的折射率之间。AR层的厚度为四分之一λ。要成为真正的AR层，AR层的折射率应为高折射率DBR层和空气的折射率的几何平均值。在本文中，只要显著抑制半导体-空气界面处的反射，AR折射率的选择就可能偏离最佳值。
在图13C中，新的ACD设计通过M-DBR层482向上具有相同的层。M-DBR上方是SAC区(虚线椭圆)，直接位于顶部DBR的高折射率层的顶部。该SAC区包括四分之一λ的“低1”层532和WL层534，其厚度和材料选择与SCD设计中的本发明先前定义的相同。所示的HCG具有在低折射率层536(例如，空气)上散布的光栅的高折射元素96和低折射元件498(例如，空气)。
ACD与SCD之间最重要的区别是SAC区包括四分之一λ的“低1”层，但不包括“高1”层。应该注意，一种可选的ACD配置是SAC区直接位于半导体腔的顶部而没有任何DBR对(M＝0)的情况。
应当注意，对于实际设计，“高”、“低”、“高1”、“低1”、半导体腔、WL、DBR和HCG可以包括多层以具有相等的行为。例如，DBR中的“高”层可以包括高折射率层(例如GaAs)和渐变层(例如AlxGaAs，其中x：0.1->0.9)，它们组合起来等效为四分之一λ高折射率层。在另一个实例中，SCD设计具有厚零度的WL，并且“高1”层包括AlxGa1-xAs渐变层和两个Al0.6Ga0.4As层，两者组合为四分之一λ。另外，多个DBR对可以包括具有不同材料组合的对。半导体腔通常包括腔层、量子阱、势垒和梯度层。在公开的ACD设计中，WL包括AlxGa1-xAs渐变层、GaAs层和InGaP层，它们全部组合为半λ厚。
如果将腔区材料选择为具有比外延的其余部分(例如，具有1.3μm或1.55μm发射的InGaAs QW的高Al含量的InGaAlAs)更高的带隙能量(较低的折射率)，则腔区域将是半λ的整数倍。
图14A至图14C示出了所有三种设计的示例性实施方式550、570、590，其中高折射率材料和低折射率材料与图13A至图13C中所示的相反。特别地，对于这些实施方式中的每一个，示出了衬底472，其上方是K-DBR区域474，其包括低折射率层，随后是高折射率层等，其上方是低折射率腔552，随后是M+1/2DBR区域554，其包括高、低和高折射率层。
在这种情况下，半导体腔上方的DBR包括(M+1/2)对(交替的四分之一λ高折射率层和四分之一λ低折射率层)，而四分之一λ高折射率层仅在半导体腔上方。
图14A至图14C中SCD、EC和ACD情况的顶部DBR上方的其余层与图13A至图13C所示的具有高折射率腔的相应的SCD、EC和ACD情况相同。
特别地，图14A的SCD设计在M+1/2DBR上方具有“低1”层556，在其上方是SAC区(虚线椭圆)。SAC区包括四分之一波长高1层558，其上是窗口层(WL)560。HCG可以与其他实施方式中的相同，其中光栅的高折射元件496在低折射率层562(例如空气)上散布有低折射元件498(例如空气)。
更具体而言，对于图14B的EC设计，在M+1/2DBR上方具有“低”层572，在其上方是四分之一波长“高”层574，在其上方是SAC区(虚线椭圆)。SAC区包括AR层576。HCG能够与其他实施方式中的相同，其中光栅的高折射元件496在低折射率层578(例如，空气)上散布有低折射元件498(例如，空气)。
更具体而言，对于图14C的ACD设计，在M+1/2DBR上方有SAC区(椭圆虚线)。SAC区包括“低1”层592，在其上面是窗口层(WL)594。HCG可以与其他实施方式中的相同，其中光栅的高折射元件496在低折射率层596(例如空气)上散布有低折射元件98(例如空气)。
在上述所有六种情况下，顶部DBR区域可以包括少量对或零对。应当注意的是，每个DBR层可以是四分之一λ厚的奇数倍。而且，混合顶镜中的最顶层可以是HCG、2D高对比度介结构(HCM)、包括半导体或介电材料的DBR，或者DBR、相匹配层和金属的组合。HCG可以是横电(TE)型或横磁(TM)型。TE-HCG和TM-HCG的限定和典型设计参数能够在文献中找到。
应该注意的是，新的ACD设计与以前在限定和构造上开发的任何空气耦合腔都有很大不同。
将理解的是，图13A至图13C以及图14A至图14C中的示意图主要是为了说明SAC和半导体腔设计而提供的，因此未示出QW、氧化层、隧道结等。对于基于不同材料系统的实际设计，可以将质子注入层(而不是氧化层)合并到半导体腔中以限制电流。因此，腔的折射率实际上可能与DBR中的较高或较低的折射率不同。此外，可以在半导体腔旁边使用埋入的隧道结，以减少p型材料中的自由载流子吸收和电阻。在这种情况下，对于图12中的顶部和底部DBR，掺杂类型可以不同。
3.3.波长扫频HCG VCSEL的结果
图15示出了来自示例性实施方式的计算的调谐曲线的结果10，其通过使用传递矩阵方法和来自HCG的复反射系数具体示出了对于具有一λ腔的SCD，EC和ACD设计而言，VCSEL共振波长关于空气隙厚度(Δd)的变化的函数(如图13A至图13C所示)。除仅在耦合区不同外，所有这三种情况均包括以1060nm为中心的实用波长扫频VCSEL的相同整个层结构。SCD的“高1”层包括AlxGa1-xAs渐变层、GaAs接触层和InGaP蚀刻停止层，它们组合为四分之一λ厚。在这种情况下，SCD的WL为零厚度。EC设计使用与SCD相同的高折射率层，然后是四分之一Al2O3层。此ACD设计的WL包括AlxGa1-xAs渐变层、GaAs接触层和InGaP蚀刻停止层，它们与SCD中的“高1”层相同。唯一的区别是半λ的等效厚度，而不是四分之一λ。因此，比较SCD和ACD，唯一的区别是复合AlxGa1-xAs+GaAs+InGaP层的厚度。出乎意料的是，通过简单改变厚度，调谐范围从59nm(SCD)增加到96nm(ACD)。
应当注意的是，如图15所示，用于SCD、EC和ACD的调谐曲线的形状明显不同。在本文中，气隙厚度被称为d，并且气隙厚度的变化被称为Δd。因此，可以通过观察调谐曲线的形状来对设计进行分类。对于EC而言，调谐曲线是一条直线(即，共振波长与Δd呈线性关系)。对于ACD而言，调谐曲线为S形。对于SCD而言，调谐曲线为镜像的S形。
通常而言，VCSEL阈值材料增益(与阈值电流成比例)已表示为与光场强度与QW的重叠积分成正比，其被称为纵向能量限制因子(Γz)，它对于非色散或弱分散材料而言能被写为：
Figure BDA0002760246760000221
其中，z是外延的方向(图12中的垂直方向)，并且na和n(z)分别是有源区和与z相关的有效折射率。在本文中，La表示用于计算有源区中能量的积分范围，并且L是用于常规VCSEL建模的整个器件的积分范围。然而，在过去的文献中有一个误解，气隙厚度被包含在波长扫频的VCSEL的L中。
图16A和图16B分别描绘了限制因子630和阈值材料增益650的图。在图16A中，曲线示出了SCD和ACD设计的Γz，其分别计算为包括气隙(实线)和不包括气隙(圆圈)。在加上气隙后，由于半导体腔与气腔的耦合强度不同，因此Γz在两种设计之间的差异很大。在这种情况下，能量限制从SCD设计的4.4％下降到ACD设计的大约2.7％。由于大多数文献认为在计算中包括气隙是正确的，因此可以认为ACD设计是不理想的，并且会严重影响激光阈值。然而，如果在计算中不包括气隙，则两种设计在5％左右具有相似的峰值，这表明QW对准良好，而无明显折衷。
一种计算阈值材料增益的明确方法是使用以下公式，而不考虑器件的纵向跨度如何，其中共振时的往返增益被定义为
Figure BDA0002760246760000231
其中，g是作为有源区折射率的虚部添加的材料增益。当往返增益满足GRT(gth)＝0时，将找到阈值物质增益。在此实施例中，本征损耗假定为10cm-1。
在图16B中，示出了针对SCD和ACD设计的阈值材料增益曲线关于调谐波长的函数。两种设计在其调谐中心处的阈值增益相似，但是ACD的调谐范围比SCD宽，如96nm区域中的实线和59nm区域中的虚线所示。然而，对于ACD而言，远离中心波长的阈值增加也更加明显。我们发现调谐范围从59nm(SCD)增加到96nm(ACD)，而调谐中心处的阈值增益差异在SCD和ACD之间仅相差6％。
可调谐的MEMS-VCSEL的调谐范围主要由法布里-珀罗模式间隔(即自由光谱范围(FSR))确定。根据法布里-珀罗(FP)共振条件，共振波长λ与气隙厚度d之间的关系为λm＝2(d+Leff)/m。在本文中，Leff是有效腔长，并且m是FP模式编号；从而Leff等于半导体腔的物理长度与底部和顶反射镜的穿透深度之和。DBR层之间较大的折射率对比度会导致在DBR波段中心波长处的穿透深度更短，因为每个界面的能量下降得更快。另外，可以显著减少VCSEL所需的DBR对的数量。对于基于GaAs的VCSEL而言，有效腔长度能够约为1～2μm，从而导致非常大的FSR。DBR或半导体腔中的微小厚度变化会改变FP波长，从而改变激射波长。由于较大的FSR，可以实现较大的波长变化，而无需在不同的FP模式之间跳跃。
图17A至图17C、图18A至图18C和图19A至图19C描绘了在完全可调谐的VCSEL结构上的时域有限差分(FDTD)模拟的结果660、670、680、690、700、710、720、730和740，以验证调谐曲线，其中使用TM极化HCG。以1060nm为中心的典型TM-HCG的周期范围为480nm至505nm，并且占空比为69％至73％。在本文中，所有情况下的腔区域均为一λ厚，折射率为3.483。使用两对顶部DBR和38对底部DBR。
这些附图使用图13A至图13C中的结构比较了SCD、EC和ACD设计，所有“高”层具有3.483的折射率，而所有“低”层具有2.988的折射率。对于SCD，WL厚度为零；对于ACD，WL厚度为半λ。因此，在这种情况下，SCD与ACD之间的唯一区别是在气隙之前最上面的高折射率层的厚度(四分之一λ对半λ)。从图17A至图17C的调谐曲线的渐近线进一步确定两组共振线。
特别地，在图17A中看到的结果660中，更多用于SCD的垂直虚线对应于Leff＝0.58μm并且m＝约2至6。用于SCD的更多水平虚线对应于Leff＝22.67μm并且m＝约43至47。较多的垂直虚线表示进入半导体中的场穿透深度小的气腔共振。更多的水平虚线表明半导体腔共振，因此该场更深地穿透到半导体区中。
相似地，在图17B中看到的结果670中，更多用于EC的垂直虚线对应于Leff＝1.9μm并且m＝约4～8。更多用于EC的水平虚线对应于Leff＝6.96μm并且m＝约13～18。
如在图17C中看到的结果680中所示，更多用于ACD的垂直虚线对应于Leff＝3.24μm并且m＝约6～11。更多用于CD的水平虚线对应于Leff＝13.1μm并且m＝约24～30。SCD、EC和ACD的提取调谐范围分别为41nm、59nm和77nm。
应该注意的是，调谐曲线的主要部分驻留在SCD和EC设计的半导体腔(深色阴影)共振线上。相比之下，调谐曲线驻留在ACD的空气腔(阴影)共振线上，并且我们观察到调谐范围已大大扩展。
图18A至图18C描绘了来自对新颖的ACD设计的鲁棒性的进一步研究的结果690、700、710。在图17A至图17C中使用了相同的VCSEL结构，其包括HCG，但WL的厚度除外，其具有3.483的折射率。在这种情况下，使用了零对顶部DBR和33对底部DBR。所有“高”层的折射率为3.483，而所有“低”层的折射率为2.939。所提取的WL厚度为零、半λ和一λ的调谐范围分别为120nm、111nm和100nm。这表明调谐范围对半λ整数倍的WL厚度相对不敏感。调谐曲线保持S形，这表明半λ整数倍的WL厚度不会改变设计的类型。更多水平的虚线对应于Leff＝28μm并且m＝约50～60。更多垂直的虚线对应于Leff＝2.17μm和m＝约4～9。
图19A至图19C描绘了通过研究WL折射率对ACD设计的影响而得到的结果720、730、740。使用与图18A至图18C相同的VCSEL结构。在这种情况下，WL厚度为半λ，并且折射率分别为1.4、3.483和7.5。相应的调谐范围分别为119nm、111nm和102nm。这示出了调谐范围和转向曲线的形状(S形)对WL折射率不敏感。更多的水平虚线和更多的垂直虚线与图18A至图18C中所见的相同。
图20A至图20C描绘了针对SCD 750、EC 760和ACD 770的结果，其展示了针对低折射率腔的情况的FDTD模拟(图14A至图14C所示的示意图)。这三种情况SCD、EC和ACD配置均表现出相同的调谐特征。在本文中，所有情况下的腔区域均为半λ厚，折射率为2.939。使用与图17A至图19C相同的TM-HCG。使用半对顶部DBR和33对底部DBR。所有“高”层的折射率为3.483，而所有“低”层的折射率为2.939。对于SCD，WL厚度为零；对于ACD，WL厚度为半λ。因此，在这种情况下，SCD与ACD之间的唯一区别是气隙之前最上面的高折射率层的厚度(四分之一λ对半λ)。我们从图20A至图20C进一步确定了调谐曲线的渐近线的两组共振线。
在图20A中，SCD的垂直虚线对应于Leff＝0.58μm和m＝约2～6。更多用于SCD的水平虚线对应于Leff＝24.8μm并且m＝约47～51。更多的垂直虚线表示在半导体中场穿透深度小的气腔共振。更多的水平虚线表明半导体腔共振，因此该场越深地渗透到半导体区中。
类似地，图20B示出EC的更多垂直虚线对应于Leff＝1.83μm并且m＝约4～9。更多用于EC的水平虚线对应于Leff＝5.3μm并且m＝约10～15。
如图20C中所示，更多用于ACD的垂直虚线对应于Leff＝2.17μm并且m＝约4～9。更多用于CD的水平虚线对应于Leff＝28μm并且m＝约50～60。SCD、EC和ACD的提取调谐范围分别为55nm、87nm和112nm。
图21A至图21C描绘了在不同的空气隙厚度下，在对于给定的可调谐的VCSEL的相应的共振条件下场峰位置的位移的结果780、790、800。这些附图示出了空气间隙厚度为1280nm(图21A)、1010nm(图21B)和760nm(图21C)且共振波长为1112nm(图21A)、1057nm(图21B)和1016nm(图21C)的ACD VCSEL的腔区域中的纵向场分布。在调谐范围的长波长(短波长)侧，该场越远离(越靠近)衬底，与QW重叠越多。知晓这一点，我们能够使用不同的QW厚度和成分来提高特定波长的增益。特别地，可以将QW设计为具有更接近衬底的较短波长(较高的量化能量)和更远离衬底的较长波长(较低的量化能量)，以随着气隙的变化而促进与光场的更大重叠。因此，对于离衬底越远离(越靠近)的QW，我们将使用较大(较小)的厚度。另外，我们也可以线性调频QW成分。例如，我们将在距衬底更远(更近)的InGaAs QW中使用更高(更低)的铟成分。
图22A至图22B描绘了通过应用我们新颖的ACD设计在VCSEL调谐范围上实验上显著改善的结果810、820。如图22A所示，我们使用SCD设计的常规可调谐1060nm VCSEL表现出40nm连续调谐范围，这与我们在图17A中的预测一致。如图22B所示，通过改变SAC区的厚度，SCD设计成为ACD设计，并且实验调谐范围以1060nm为中心增加到73nm。这导致当前出现的创纪录的相对高的6.89％的调谐范围，并且是迄今为止我们所看到的最大的针对电泵VCSEL的已证明的调谐范围，并且同时也证实了图17C中的理论预测。
图23A至图23D描绘了通过仅改变HCG的横向参数(周期和占空比)来改变混合顶镜的反射相位的结果830、840、850和860。这样，在单个芯片上可以实现多波长VCSEL阵列。由于ACD设计支持大型FSR，因此我们的新颖设计现在可以实现短波波分复用(SWDM)。在图23A至图23D中，显示了四个设计，其适用于SWDM中1025nm、1047nm、1075nm和1098nm处的4个通道。在本文中，我们使用了周期为720nm至842nm并且占空比为16％至34％的TE-HCG。其余的VCSEL结构与图18A至图18C的相同。
3.4.注释和结论。
在本发明中，用于描述层厚度的术语“四分之一λ”、“半λ”、“一λ”等均指对应层中的有效波长，即，自由空间波长除以层折射率。
对于一λ高折射率半导体腔VCSEL，顶部DBR最好包括整数对低和高折射率四分之一λ层，其以所述腔之后的低折射率层开始，并且以顶部上的高折射率层结束。新颖的ACD设计在顶部DBR的顶部上添加了SAC区。SAC区以四分之一λ低折射率层开始，随后是半λ窗口层。如图17A至图17C所示，配置类型也能够通过调整曲线的形状来识别。
可选地，高折射率半导体腔可以是1.5λ或2λ。然后，顶部DBR将包括非负整数对的低折射率层至高折射率层，并且SAC区与先前的区域相同。
可选地，半导体腔可以是低折射率的。在这种情况下，顶部DBR将包括M+1/2对高折射率层和低折射率层，其以半导体腔之后的高折射率层开始，并且以高折射率层结束。在从DBR获得高折射率层之后，SAC区设计与之前的相同。
WL的厚度应为半λ的整数倍。如图17A至图18C所示，调谐曲线的形状、主要共振线和FSR都对WL厚度不敏感。
就WL的折射率而言，ACD设计非常有鲁棒性。如图19A至图19C所示，调谐曲线的形状、占优共振线和FSR对折射率为1.4至7.5的WL不敏感。
通过使用SCD设计将我们的新ACD设计规则应用于传统的可调谐的VCSEL，实验调谐范围从40nm增加到73nm。
在实际设计中，对于一些特定的层而言，故意的厚度变化最多可以允许达到20％，而调整范围和配置类型的变化却很小。例如，在我们的SCD和ACD设计(分别具有40nm和73nm的实验调谐范围)中，高折射率一λ腔之上的低折射率氧化层(Al0.98Ga0.02As和Al0.9Ga0.1As)组合为0.191λ(与四分之一λ的偏差为23.6％)。在我们实际的SCD设计中，不存在WL，并且最高的“高1”层为0.221λ(与四分之一λ的偏差为11.6％)。在我们实际的ACD设计中，WL为0.527λ(与半λ的偏差为5.4％)。如图15所示，进行这种调整的原因是为了补偿反射相位相对于HCG的180度的偏差，以使调谐曲线关于调谐中心对称。
由于我们新颖的ACD设计提供了较大的FSR，因此现在能够在单个芯片上制造多波长VCSEL阵列，从而适合SWDM。通过示例性而非限制性的方式，我们在具有ACD配置的VCSEL的顶部上利用在633nm处具有固定的HCG厚度的TE-HCG的四种横向设计。四种设计具有相同的外延结构，并且四横向参数(HCG周期和占空比)由电子束光刻控制。如图23A至图23D所示，与HCG的反射相位的差异会导致VCSEL往返相位和共振条件不同，并且同时仍保持较高的往返反射率(大于99.8％)。四个通道的激射波长分别为1022nm、1047nm、1075nm和1098nm。
4.实施方式的一般范围
在本文中，该技术的实施方式可以参考根据该技术的方法和系统的流程图示和/或也可被实现为计算机程序的过程、算法、步骤、操作、公式或其他计算描述的图示进行描述。
根据本文的描述，应当理解的是，本发明涵盖多个实施方式，这些实施方式包括但不限于以下内容：
1.一种具有调谐范围的激射波长的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：(a)半导体腔和可移动反射器，在所示半导体腔与所示可移动反射器之间具有气腔；(b)其中，所述装置的激射波长是通过所述半导体腔的共振和所述气腔的共振来控制的；(c)其中，所述半导体腔的共振是固定的；(d)其中，通过移动所述可移动反射器能够改变所述气腔的共振；并且(e)其中，所述半导体腔被配置为在所述调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
2.一种具有调谐范围的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：(a)衬底；(b)具有一λ有源腔的腔结构，含有靠近所述衬底的多量子阱(MQW)增益区；(c)分布式布拉格反射器(DBR)，含有靠近所述腔结构的氧化层；(d)半导体-空气耦合(SAC)层，靠近所述分布式布拉格反射器(DBR)；(e)可调谐气隙，靠近所述半导体-空气耦合(SAC)层；和(f)高反射的高对比度光栅(HCG)反射器，由靠近所述可调谐气隙的微机电系统(MEMS)悬挂；(g)其中，所述有源腔被配置为在调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
3.一种具有调谐范围的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：(a)衬底；(b)靠近所述衬底的高反射第一分布式布拉格反射器(DBR)；(c)具有一λ有源腔的腔结构，含有靠近所述分布式布拉格反射器(DBR)的多量子阱(MQW)增益区；(d)第二分布式布拉格反射器(DBR)，含有靠近所述腔结构的氧化层；(e)半导体-空气耦合(SAC)层，靠近所述第二分布式布拉格反射器(DBR)；(f)可调谐气隙，靠近所述半导体-空气耦合(SAC)层；和(g)高反射性高对比度光栅(HCG)反射器，其由靠近所述可调谐空气隙的微机电系统(MEMS)悬挂；(h)其中，所述有源腔被配置为在调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
4.一种具有调谐范围的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：(a)衬底；(b)设置在所述衬底上的高反射性第一分布式布拉格反射器(DBR)层；(c)具有一λ有源腔的半导体结构，含有多量子阱增益区，其中，所述半导体结构被设置在所述第一分布式布拉格反射器(DBR)层上；(d)第二DBR层，含有设置在所述具有一λ有源腔的所述半导体结构上的氧化层；(e)半导体-空气耦合(SAC)层，其被设置在所述第二分布式布拉格反射器(DBR)层上；(f)可调谐气隙；(g)高反射性分布式布拉格反射器(DBR)，由设置有在所述高反射分布式布拉格反射器(DBR)与所述半导体-空气耦合(SAC)层之间的所述可调谐气隙的微机电系统(MEMS)悬挂；和(h)其中，所述有源腔被配置为在调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
5.一种具有调谐范围的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：(a)半导体腔；(b)可移动反射器，其设置有在所述可移动反射器与所述半导体腔之间的气腔；(c)其中，所述装置具有在气腔占优设计中均增加的自由光谱范围和调谐斜率；和(d)其中，所述半导体腔被配置为在其调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
6.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述可移动反射器包括高反射性调谐镜。
7.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述半导体腔包括有源腔，所述有源腔含有增益材料和第二高反射性反射器。
8.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述增益材料包括多量子阱(MQW)结构。
9.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述第二分布式布拉格反射器(DBR)层包括含有氧化层的AlGaAs层的四分之一λ层。
10.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述第一分布式布拉格反射器(DBR)包括38.5对交替的折射率材料。
11.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述第二分布式布拉格反射器(DBR)包括两对交替的折射率材料。
12.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述第二分布式布拉格反射器(DBR)包括具有氧化层的四分之一λ低折射率材料。
13.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有由其共振波长确定的发射波长，所述共振波长是通过使所述高对比度光栅(HCG)反射器静电移位进行调谐的。
14.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有由其共振波长确定的发射波长，所述共振波长是通过所述高对比度光栅(HCG)反射器的热电调谐来调谐的。
15.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有由其共振波长确定的发射波长，所述共振波长是通过光机械地调谐所述高对比度光栅(HCG)反射器来调谐的。
16.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述半导体腔具有在所述调谐中心处为π的奇数倍的往返相位，从而构成反共振。
17.根据任何前述实施方式所述的装置，还包括：(a)在所述气腔下方的所述半导体腔上的半导体-空气耦合(SAC)区；(b)其中，所述半导体腔配置有有源腔；并且(c)其中，由所述半导体-空气耦合(SAC)区反射到所述有源腔中的反射相位为π的奇整数倍。
18.根据任何前述实施方式所述的装置，其中：(a)所述半导体-空气耦合(SAC)区包括多层；并且(b)其中，如果反射到所述有源腔中的总反射相位为π，则各层的折射率和厚度不会显著影响所述装置的激光操作。
19.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的单λ/4层。
20.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的λ/4层，在所述λ/4上是低折射率材料的λ/4厚层。
21.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的单3λ/4层。
22.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的单3λ/4层，在所述3λ/4层上是低折射率材料的λ/4厚层。
23.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括在折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的材料的λ/4层之上或之下的任意折射率材料的λ/2层。
24.根据任何前述实施方式所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括在折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的材料的λ/4层之上或之下的任意折射率材料的λ/2层，在所述λ/2层上是低折射率材料的λ/4厚层。
如本文中使用，单数术语“一”、“一个”和“该”可包括复数指代，除非上下文另有明确规定。除非明确说明，否则以单数形式提及对象并不旨在表示“一个且仅一个”，而是表示“一个或多个”。
如本文中使用，术语“组(set)”是指一个或多个对象的集合。因此，例如，一组对象可以包括单个对象或多个对象。
如本文中使用，术语“大致”和“大约”用于描述和解释小的变化。当与事件或环境结合使用时，术语可以指事件或环境精确发生的实例以及事件或环境近似发生的实例。当与数值结合使用时，术语可以指小于或等于该数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％，小于或等于±4％，小于或等于±3％，小于或等于±2％，小于或等于±1％，小于或等于±0.5％，小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％。例如，“大致”对齐可指小于或等于±10°的角度变化范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°、或小于或等于±0.05°。
此外，数量、比率和其他数值有时可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这种范围格式是为了方便和简洁而使用的，并且应当灵活地理解为包括明确地指定为范围的限制的数值，但是也包括包含在该范围内的所有单独的数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确地指定一样。例如，在大约1至大约200的范围内的比率应理解为包括明确列举的大约1至大约200的极限，但也包括单独的比率，例如大约2、大约3和大约4，以及子范围，例如大约10至大约50、大约20至大约100等。
虽然本文的描述包含许多细节，但这些不应被解释为限制本发明的范围，而是仅提供对一些当前优选实施方式的说明。因此，应当理解，本发明的范围完全包括对本领域技术人员来说可能变得显而易见的其他实施方式。
本领域普通技术人员已知的与所公开的实施方式的要素的所有结构和功能等同物在此明确引入作为参考，并且旨在被本权利要求书所涵盖。此外，无论本发明中的要素、组件或方法步骤是否在权利要求中明确陈述，该要素、组件或方法步骤都不旨在专用于公众。本文中的权利要求要素不应被解释为“特征加功能”要素，除非使用短语“用于……的特征”明确地叙述该要素。本文中的权利要求要素不应被解释为“步骤加功能”要素，除非使用短语“用于……的步骤”明确地叙述该要素。

Claims (26)

1.一种具有调谐范围的激射波长的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：
(a)半导体腔和可移动反射器，在所述半导体腔与所述可移动反射器之间具有气腔；
(b)其中，所述装置的激射波长是通过所述半导体腔的共振和所述气腔的共振来控制的；
(c)其中，所述半导体腔的共振是固定的；
(d)其中，通过移动所述可移动反射器能够改变所述气腔的共振；并且
(e)其中，所述半导体腔被配置为在所述调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可移动反射器包括高反射性调谐镜。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述半导体腔包括有源腔，所述有源腔含有增益材料和第二高反射性反射器。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述增益材料包括多量子阱(MQW)结构。
5.一种具有调谐范围的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：
(a)衬底；
(b)具有一λ有源腔的腔结构，含有靠近所述衬底的多量子阱(MQW)增益区；
(c)分布式布拉格反射器(DBR)，含有靠近所述腔结构的氧化层；
(d)半导体-空气耦合(SAC)层，靠近所述分布式布拉格反射器(DBR)；
(e)可调谐气隙，靠近所述半导体-空气耦合(SAC)层；和
(f)高反射的高对比度光栅(HCG)反射器，由靠近所述可调谐气隙的微机电系统(MEMS)悬挂；
(g)其中，所述有源腔被配置为在调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
6.一种具有调谐范围的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：
(a)衬底；
(b)靠近所述衬底的高反射第一分布式布拉格反射器(DBR)；
(c)具有一λ有源腔的腔结构，所述一λ有源腔含有靠近所述分布式布拉格反射器(DBR)的多量子阱(MQW)增益区；
(d)第二分布式布拉格反射器(DBR)，含有靠近所述腔结构的氧化层；
(e)半导体-空气耦合(SAC)层，靠近所述第二分布式布拉格反射器(DBR)；
(f)可调谐气隙，靠近所述半导体-空气耦合(SAC)层；和
(g)高反射的高对比度光栅(HCG)反射器，由靠近所述可调谐气隙的微机电系统(MEMS)悬挂；
(h)其中，所述有源腔被配置为在调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二分布式布拉格反射器(DBR)层包括含有氧化层的AlGaAs层的四分之一λ层。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一分布式布拉格反射器(DBR)包括38.5对交替的折射率材料。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二分布式布拉格反射器(DBR)包括两对交替的折射率材料。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二分布式布拉格反射器(DBR)包括具有氧化层的四分之一λ低折射率材料。
11.根据权利要求6所述的装置，其中，所述可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有由其共振波长确定的发射波长，所述共振波长是通过使所述高对比度光栅(HCG)反射器静电移位进行调谐的。
12.根据权利要求6所述的装置，其中，所述可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有由其共振波长确定的发射波长，所述共振波长是通过所述高对比度光栅(HCG)反射器的热电调谐来调谐的。
13.根据权利要求6所述的装置，其中，所述可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有由其共振波长确定的发射波长，所述共振波长是通过光机械地调谐所述高对比度光栅(HCG)反射器来调谐的。
14.一种具有调谐范围的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：
(a)衬底；
(b)设置在所述衬底上的高反射性第一分布式布拉格反射器(DBR)层；
(c)具有一λ有源腔的半导体结构，含有多量子阱增益区，其中，所述半导体结构被设置在所述第一分布式布拉格反射器(DBR)层上；
(d)第二DBR层，含有设置在所述具有一λ有源腔的所述半导体结构上的氧化层；
(e)半导体-空气耦合(SAC)层，被设置在所述第二分布式布拉格反射器(DBR)层上；
(f)可调谐气隙；
(g)高反射性分布式布拉格反射器(DBR)，由设置有在所述高反射性分布式布拉格反射器(DBR)与所述半导体-空气耦合(SAC)层之间的所述可调谐空气隙的微机电系统(MEMS)悬挂；和
(h)其中，所述有源腔被配置为在调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述第二分布式布拉格反射器(DBR)层包括AlGaAs层的四分之一λ层，所述四分之一λ层含有氧化层。
16.一种具有调谐范围的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置，所述装置包括：
(a)半导体腔；
(b)可移动反射器，设置有在所述可移动反射器与所述半导体腔之间的气腔；
(c)其中，所述装置具有在气腔占优设计中均增加的自由光谱范围和调谐斜率；和
(d)其中，所述半导体腔被配置为在其调谐范围的中心处是反共振的，以扩大所述装置的调谐范围。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述半导体腔包括除所述可移动反射器和所述气隙之外的整个所述可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
18.根据权利要求16所述的装置，其中，所述半导体腔具有在所述调谐中心处为π的奇数倍的往返相位，从而构成反共振。
19.根据权利要求18所述的装置，
还包括在所述气腔下的所述半导体腔上的半导体-空气耦合(SAC)区；
其中，所述半导体腔被配置有有源腔；并且
其中，由所述半导体-空气耦合(SAC)区反射到所述有源腔中的反射相位为π的奇整数倍。
20.根据权利要求19所述的装置，
其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括多层；并且
其中，如果反射到所述有源腔中的总反射相位为π，则各层的折射率和厚度不会显著影响所述装置的激光操作。
21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的单λ/4层。
22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的λ/4层，在所述λ/4层上是低折射率材料的λ/4厚层。
23.根据权利要求19所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的单3λ/4层。
24.根据权利要求19所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的单3λ/4层，在所述单3λ/4层上是低折射率材料的λ/4厚层。
25.根据权利要求19所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括在折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的材料的λ/4层之上或之下的任意折射率材料的λ/2层。
26.根据权利要求19所述的装置，其中，所述半导体-空气耦合(SAC)区包括在折射率大于所述有源腔的折射率的平方根的材料的λ/4层之上或之下的任意折射率材料的λ/2层，在所述λ/2层上是低折射率材料的λ/4厚层。
CN201980030250.0A 2018-05-08 2019-05-07 具有宽波长扫频的气腔占优vcsel Pending CN112385099A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862668448P 2018-05-08 2018-05-08
US62/668,448 2018-05-08
PCT/US2019/031153 WO2019217444A1 (en) 2018-05-08 2019-05-07 Air cavity dominant vcsels with a wide wavelength sweep

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112385099A true CN112385099A (zh) 2021-02-19

Family

ID=68468366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980030250.0A Pending CN112385099A (zh) 2018-05-08 2019-05-07 具有宽波长扫频的气腔占优vcsel

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210135430A1 (zh)
CN (1) CN112385099A (zh)
WO (1) WO2019217444A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024045607A1 (zh) * 2022-09-02 2024-03-07 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 巨腔面发射激光器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020071463A1 (en) * 2000-12-13 2002-06-13 Arnaud Garnache Surface-emitting semiconductor laser
US20060268398A1 (en) * 2005-05-27 2006-11-30 The Regents Of The University Of California MEMS tunable vertical-cavity semiconductor optical amplifier
WO2010017787A1 (de) * 2008-08-13 2010-02-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpter vcsel mit einer vielzahl von aktiven bereichen zur intensitätsabsenkung im anti-resonanten resonator
WO2011142760A1 (en) * 2010-05-13 2011-11-17 The Regents Of The University Of California High contrast grating integrated vcsel using ion implantation
CN104488148A (zh) * 2012-07-11 2015-04-01 皇家飞利浦有限公司 具有腔内接触件的vcsel
US20170117684A1 (en) * 2014-05-21 2017-04-27 Universite De Montpellier Vertical external cavity surface emitting laser devices allowing high coherence, high power and large tunability

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4641736B2 (ja) * 2003-10-28 2011-03-02 ソニー株式会社 面発光半導体レーザーとその製造方法及び光学装置
WO2005089098A2 (en) * 2004-01-14 2005-09-29 The Regents Of The University Of California Ultra broadband mirror using subwavelength grating
JP4599865B2 (ja) * 2004-03-26 2010-12-15 住友電気工業株式会社 面発光半導体レーザ素子
JP2010114214A (ja) * 2008-11-05 2010-05-20 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ素子、面発光型半導体レーザ素子の製造方法、および光送信装置
US20110280269A1 (en) * 2010-05-13 2011-11-17 The Regents Of The University Of California High contrast grating integrated vcsel using ion implantation
CN104641517B (zh) * 2012-08-08 2018-01-23 丹麦科技大学 波长可扫掠激光源
EP3289979B1 (en) * 2013-03-15 2023-03-01 Praevium Research, Inc. Widely tunable swept source
JP2016523444A (ja) * 2013-07-03 2016-08-08 インフェニックス インコーポレイテッドＩｎｐｈｅｎｉｘ， Ｉｎｃ． 掃引源光干渉断層撮影システム用の波長同調型垂直キャビティ面発光レーザー
JP6282094B2 (ja) * 2013-11-27 2018-02-21 キヤノン株式会社 面発光レーザ、およびそれを用いた光干渉断層計
JP6576092B2 (ja) * 2015-04-30 2019-09-18 キヤノン株式会社 面発光レーザ、情報取得装置及び撮像装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020071463A1 (en) * 2000-12-13 2002-06-13 Arnaud Garnache Surface-emitting semiconductor laser
US20060268398A1 (en) * 2005-05-27 2006-11-30 The Regents Of The University Of California MEMS tunable vertical-cavity semiconductor optical amplifier
WO2010017787A1 (de) * 2008-08-13 2010-02-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpter vcsel mit einer vielzahl von aktiven bereichen zur intensitätsabsenkung im anti-resonanten resonator
WO2011142760A1 (en) * 2010-05-13 2011-11-17 The Regents Of The University Of California High contrast grating integrated vcsel using ion implantation
CN104488148A (zh) * 2012-07-11 2015-04-01 皇家飞利浦有限公司 具有腔内接触件的vcsel
US20170117684A1 (en) * 2014-05-21 2017-04-27 Universite De Montpellier Vertical external cavity surface emitting laser devices allowing high coherence, high power and large tunability

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024045607A1 (zh) * 2022-09-02 2024-03-07 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 巨腔面发射激光器

Also Published As

Publication number Publication date
US20210135430A1 (en) 2021-05-06
WO2019217444A1 (en) 2019-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10069036B2 (en) Resonant optical cavity light emitting device
US8059690B2 (en) Sub-wavelength grating integrated VCSEL
JP4237828B2 (ja) 光電子デバイスの性能を改善し、可用性を高めた共振反射器
KR101638973B1 (ko) 광변조기 및 그 제조 방법
US6798817B2 (en) Distributed bragg reflectors incorporating SB material for long-wavelength vertical cavity surface emitting lasers
KR101133380B1 (ko) 면 발광 레이저
US20120128019A1 (en) Monolithically integrated multi-wavelength high-contrast grating vcsel array
US20070242715A1 (en) Mode and polarization control in vcsels using sub-wavelength structure
WO2007063806A1 (ja) 面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイ、電子写真システムおよび光通信システム
US11810999B2 (en) Resonant optical cavity light emitting device
WO2005029655A2 (en) Epitaxial mode-confined vertical cavity surface emitting laser (vcsel) and method of manufacturing same
JP2003504880A (ja) 垂直空洞表面発光性レーザーの偏光制御
JP2015103740A (ja) 面発光レーザ、およびそれを用いた光干渉断層計
JPH05299689A (ja) 面入出力光電融合素子
US7292613B2 (en) Half-wavelength micropost microcavity with electric field maximum in the high-refractive-index material
Cook et al. Resonant-antiresonant coupled cavity VCSELs
JP2002217481A (ja) 半導体光装置
US20210135430A1 (en) Air cavity dominant vcsels with a wide wavelength sweep
US6577661B1 (en) Semiconductor laser with lateral light confinement by polygonal surface optical grating resonator
US8374205B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser and image forming apparatus
US10361539B2 (en) Air-cavity dominant vertical cavity surface emitting lasers
KR100754156B1 (ko) 다중 파장 표면광 레이저 및 그 제조방법
KR101466703B1 (ko) 광대역 파장조절 표면방출 레이저
JP2010165723A (ja) 面発光レーザの製造方法
US6631154B2 (en) Method of fabricating a distributed Bragg reflector having enhanced thermal and electrical properties

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination