CN116960735A - 应变偏振垂直腔面发射激光器 - Google Patents

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Abstract

在一些实施方式中，发射器设备包括衬底层和衬底层上的外延层。外延层可以包括第一反射镜、第二反射镜以及在第一反射镜和第二反射镜之间的活性层。外延层可以包括至少一个氧化层，该氧化层包括第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域。第一氧化区域和第二氧化区域可以被配置为在外延层上提供径向不对称的应变。外延层可以包括在该组外延层中的一组氧化沟槽，以暴露至少一个氧化层。

Description

应变偏振垂直腔面发射激光器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求享有于2022年4月26日提交的题为“DUAL OXIDE,STRAINPOLARIZED VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER”的美国临时专利申请No.63/363,588的优先权。
技术领域
本公开总体上涉及垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和应变偏振VCSEL(strainpolarized VCSEL)。
背景技术
垂直发射设备(诸如VCSEL)可以包括激光器、光发射器等，其中在垂直于衬底表面的方向上(例如，从半导体晶片的表面垂直地)发射光束。多个垂直发射设备可以布置在公共衬底上的一个或多个发射器阵列(例如，VCSEL阵列)中。
发明内容
在一些实施方式中，VCSEL包括衬底层和衬底层上的外延层。外延层可以包括第一反射镜、第二反射镜以及在第一反射镜和第二反射镜之间的活性层。外延层可以包括至少一个第一氧化层，该第一氧化层包括第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域。第一氧化区域和第二氧化区域可以分别在外延层的发射区域的相反侧上，以在外延层上提供径向不对称的应变。外延层可以包括第二氧化层，该第二氧化层包括环绕氧化物孔的第三氧化区域。外延层可以包括在该组外延层中的第一组氧化沟槽以暴露第一氧化层和第二氧化层，以及在该组外延层中的第二组氧化沟槽以暴露第二氧化层而不暴露第一氧化层。
在一些实施方式中，发射器设备包括衬底层和衬底层上的外延层。外延层可以包括第一反射镜、第二反射镜以及在第一反射镜和第二反射镜之间的活性层。外延层可以包括至少一个氧化层，该氧化层包括第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域。第一氧化区域和第二氧化区域可以被配置为在外延层上提供径向不对称的应变。外延层可以包括在该组外延层中的一组氧化沟槽，以暴露至少一个氧化层。
在一些实施方式中，一种方法包括在衬底层上形成外延层，外延层包括第一反射镜、第二反射镜、第一反射镜和第二反射镜之间的活性区、至少一个第一氧化层和第二氧化层。该方法可以包括在单个蚀刻步骤中蚀刻第一组氧化沟槽和第二组氧化沟槽，其中第一组氧化沟槽暴露至少一个第一氧化层和第二氧化层，并且第二组氧化沟槽暴露第二氧化层而不暴露至少一个第一氧化层。该方法可以包括在单个氧化步骤中氧化至少一个第一氧化层和第二氧化层。氧化至少一个第一氧化层可以形成第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域，以在外延层上引起径向不对称的应变，并且氧化第二氧化层可以形成环绕氧化物孔的第三氧化区域。
附图说明
图1A和1B是分别示出示例发射器的俯视图和示例发射器沿线X-X的横截面图的图。
图2A-2C是分别示出了示例发射器设备的俯视图、示例发射器设备沿线X-X的横截面视图和示例发射器设备沿线Y-Y的横截面视图的图。
图3是示出示例发射器设备的俯视图的图。
图4是示出示例发射器设备的俯视图的图。
图5是与制造发射器设备有关的示例过程的流程图。
具体实施方式
示例说明书的以下详细实施例参考附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。在以下详细说明书中，除非另有说明，否则术语发射器或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)同义地用于单个发射器或VCSEL或者发射器或VCSEL的阵列。此外，虽然层被描述为与单个发射器或VCSEL相关联或由单个发射器或VCSEL使用，但是在一些实施方式中，层可以由发射器或VCSEL阵列中的发射器或VCSEL共享。
VCSEL通常是圆形或近似圆形的，并且对于光偏振不具有强偏好方向。在一些情况下，当VCSEL的偏置电流改变时，从VCSEL发射的光可以在偏振方向之间跳跃。然而，偏振控制对于使用VCSEL的各种应用可能是期望的。例如，一些三维(3D)感测应用需要偏振敏感光学设备，并且这些应用在一些情况下对于一个偏振可能与高损耗相关联。此外，一些先进的光学设备可能能够利用调整相邻发射器的偏振的能力。
一些偏振方法受到窄工艺窗口、偏振控制不足或输出功率劣化的挑战。例如，一种方法使用可以促进单个偏振的离轴线衬底(例如，错误切割或远离晶轴线切割)。然而，对于晶片上的所有发射器，偏振方向将是相似的，并且在一些情况下可能难以增长以用于大规模生产。另一种方法使用不对称发射器形状，其对于小尺寸发射器(例如，3×5微米(μm))可能是有效的。然而，在一些应用中，需要圆形模式和/或更大的发射器尺寸。
另外的方法使用表面光栅。表面光栅的制造需要高分辨率的光刻和严格控制的蚀刻。用于这些的工艺窗口(process window)是窄的，以便避免对光学输出功率的显著损失(significant penalty)或低消光比(low extinction ratio)。另一种方法使用高对比度光栅。具有高对比度光栅的VCSEL是强偏振的，但是难以制造并且需要大的悬挂结构。此外，高折射率对比度易受来自蚀刻缺陷的散射损失的影响，并且难以实现高效率。
本文描述的一些实施方式提供了一种发射器设备(例如，VCSEL)，其被配置为由于一个或多个氧化层而主要在一个偏振中发出激光，该一个或多个氧化层包括以非径向对称方式位于发射器设备的发射区域的相反侧的侧面的氧化区域，以引起主要沿着一个轴线的应变(例如，不对称应变)。除了引起横向应变的氧化层之外，发射器设备还可以包括一个或多个其他氧化层以提供电流和光学约束。这些氧化层可以包括完全围绕发射区域的氧化区域。为了实现这样的氧化区域，发射器设备的外延层可以包括：第一组氧化沟槽，以针对氧化而暴露应变诱导氧化层和约束氧化层；以及，第二组氧化沟槽，以针对氧化而仅暴露约束氧化层。
在一些情况下，来自氧化外延层的不对称应变可能导致跨发射器设备的弯曲。例如，当发生AlAs层的湿热氧化时，铝将留在层中，而氧(和一些氢)代替砷，砷可能以AsH3气体的形式离开。对于相同摩尔的铝，纯结晶AlAs占据的体积(27.4cm3/mol Al)，其大于两倍纯Al2O3(12.9cm3/mol Al)。换句话说，氧化可能导致层的氧化部分收缩，而其他部分可包括保持与周围砷键合的铝。这些键合对层上方和下方的半导体层以及氧化前沿(oxidationfront)之间施加应变。
应变会影响发射器设备的活性区的增益特性。例如，百分之几的双轴线应变可以降低阈值载流子密度，并且在固定载流子密度下产生相当大的增益差异。此外，沿一个轴线(例如，x轴线或y轴线中的一个)的应变产生发射器设备的x轴线和y轴线之间的增益差异，从而降低一个偏振相对于正交偏振的阈值并抑制正交偏振光的激光发射。另外，由应变引起的双折射(birefringence)可以以类似于采用应力棒(stress rod)的保偏光纤的方式帮助锁定在一个偏振方向上。
以这种方式，发射器设备可以发射被偏振的光，而没有与上述其他偏振方法相关联的缺点。此外，发射器设备可以相对简单地制造，特别是因为可以在单个蚀刻过程中蚀刻氧化沟槽组，并且可以在单个氧化步骤中氧化应变诱导氧化层和约束氧化层。
图1A和图1B分别是描绘示例发射器100的俯视图和示例发射器100沿线X-X的横截面图150的图。如图1A所示，发射器100可以包括以发射器架构构造的一组发射器层。在一些实施方式中，发射器100可以对应于本文所述的一个或多个垂直发射设备。
如图1A所示，发射器100可以包括在该示例中为圆形形状的注入保护层102。在一些实施方式中，注入保护层102可以具有另一形状，诸如椭圆形、多边形等。注入保护层102基于包括在发射器100中的注入材料(未示出)的部分之间的空间来限定。
如图1A中的中灰色和深灰色区域所示，发射器100包括欧姆金属层104(例如，P-欧姆金属层或N-欧姆金属层)，其被构造成部分环形(例如，具有内半径和外半径)。中灰色区域示出了欧姆金属层104的被发射器100的保护层(例如，介电层或钝化层)覆盖的区域，并且深灰色区域示出了欧姆金属层104的被过孔106暴露的区域，如下所述。如图所示，欧姆金属层104与注入保护层102重叠。例如，在P-up发射器/顶部发射的发射器100的情况下，可以使用这种配置。在底部发射的发射器100的情况下，可以根据需要调整配置。
在图1A中未示出，发射器100包括在其中形成(例如，蚀刻)过孔106的保护层。深灰色区域示出了欧姆金属层104的被过孔106暴露的区域(例如，深灰色区域的形状可以是过孔106的形状的结果)，而中灰色区域示出了欧姆金属层104的被一些保护层覆盖的区域。保护层可以覆盖除过孔之外的所有发射器。如图所示，过孔106形成为部分环形(例如，类似于欧姆金属层104)，并且形成在欧姆金属层104上方，使得保护层上的金属化部接触欧姆金属层104。在一些实施方式中，过孔106和/或欧姆金属层104可以以另一种形状形成，例如全环形或开口环形。
如进一步所示，发射器100包括在发射器100的一部分中的光学孔108，该部分位于欧姆金属层104的部分环形的内半径内。发射器100经由光学孔108发射激光束。如进一步所示，发射器100还包括电流约束孔110(例如，由发射器100的氧化层形成的氧化物孔(未示出))。电流约束孔110形成在光学孔108下方。
如图1A中进一步所示，发射器100包括围绕注入保护层102的周向间隔开(例如，相等地、不相等地)的一组沟槽112(例如，氧化沟槽)。沟槽112可以相对于光学孔108定位的紧密程度取决于应用，并且通常受到注入保护层102、欧姆金属层104、过孔106和制造公差的限制。
图1A中所示的层的数量和布置是作为示例提供的。在实践中，发射器100可以包括与图1A中所示的层相比额外的层、更少的层、不同的层或不同布置的层。例如，虽然发射器100包括一组六个沟槽112，但是在实践中，其他配置也是可以的，诸如包括五个沟槽112、七个沟槽112或另一数量的沟槽的紧凑发射器。在一些实施方式中，沟槽112可以环绕发射器100以形成台面结构dt。作为另一示例，虽然发射器100是圆形发射器设计，但是在实践中，可以使用其他设计，诸如矩形发射器、六边形发射器、椭圆形发射器等。额外地或替代地，发射器100的一组层(例如，一个或多个层)可以分别执行被描述为由发射器100的另一组层执行的一个或多个功能。
值得注意的是，虽然发射器100的设计被描述为包括VCSEL，但是其他实施方式也是可以的。例如，发射器100的设计可以应用于另一种类型的光学设备的背景下，例如发光二极管(LED)或另一种类型的垂直发射(例如，顶部发射或底部发射)光学设备。另外，发射器100的设计可以应用于任何波长、功率电平和/或发射轮廓的发射器。换句话说，发射器100不是特定于具有给定性能特性的发射器。
如图1B所示，示例横截面视图可以表示发射器100的横截面，其穿过一对沟槽112或在一对沟槽112之间穿过(例如，如图1A中标记为“X-X”的线所示)。如图所示，发射器100可以包括背侧阴极层128、衬底层126、底部反射镜124、活性区122、氧化层120、顶部反射镜118、注入隔离材料116、保护层114(例如，电介质钝化/反射镜层)和欧姆金属层104。如图所示，发射器100可以具有例如大约10微米(μm)的总高度。
背侧阴极层128可以包括与衬底层126电接触的层。例如，背侧阴极层128可以包括退火的金属化层，诸如AuGeNi层、PdGeAu层等。
衬底层126可以包括在其上生长外延层的基底衬底层。例如，衬底层126可以包括半导体层，诸如GaAs层、InP层和/或另一类型的半导体层。
底部反射镜124可以包括发射器100的底部反射器层。例如，底部反射镜124可以包括分布式布拉格反射器(DBR)。
活性区122可以包括约束电子并限定发射器100的发射波长的层。例如，活性区122可以是量子阱。
氧化层120可以包括提供发射器100的光和电约束的氧化物层。在一些实施方案中，氧化层120可由于外延层的湿式氧化而形成。例如，氧化层120可以是由于AlAs或AlGaAs层的氧化而形成的Al2O3层。沟槽112可以包括允许氧(例如，干氧、湿氧)进入形成氧化层120的外延层的开口。
电流约束孔110可以包括由氧化层120限定的光学活性孔。电流约束孔110的尺寸可以在例如约4μm至约20μm的范围内。在一些实施方式中，电流约束孔110的尺寸可以取决于围绕发射器100的沟槽112之间的距离。例如，可以蚀刻沟槽112以暴露外延层，氧化层120通过该外延层形成。这里，在形成(例如，沉积)保护层114之前，外延层的氧化可以朝向发射器100的中心发生特定距离(例如，在图1B中标识为d0)，从而形成氧化层120和电流约束孔110。在一些实施方式中，电流约束孔110可以包括氧化物孔。额外地或替代地，电流约束孔110可以包括与另一种类型的电流约束技术相关联的孔，例如蚀刻的台面、没有离子注入的区域、光刻限定的腔内台面和再生长等。
顶部反射镜118可以包括发射器100的顶部反射器层。例如，顶部反射镜118可以包括DBR。
注入隔离材料116可以包括提供电隔离的材料。例如，注入隔离材料116可以包括离子注入材料，诸如氢/质子注入材料或类似的注入元素，以降低导电性。在一些实施方式中，注入隔离材料116可以限定注入保护层102。
保护层114可以包括充当保护性钝化层并且可以充当额外DBR的层。例如，保护层114可以包括沉积(例如，通过化学气相沉积、原子层沉积或其他技术)在发射器100的一个或多个其他层上的一个或多个子层(例如，电介质钝化层和/或镜层、SiO2层、Si3N4层、Al2O3层或其他层)。
如图所示，保护层114可以包括提供对欧姆金属层104的电接入的一个或多个过孔106。例如，过孔106可以形成为保护层114的蚀刻部分或保护层114的剥离部分。光学孔108可以包括在电流约束孔110上方的保护层114的一部分，光可以通过电流约束孔110发射。
欧姆金属层104可以包括形成电接触的层，电流可以流过该层。例如，欧姆金属层104可以包括Ti和Au层、Ti和Pt层和/或Au层等，电流可以流过这些层(例如，流过通过过孔106接触欧姆金属层104的焊盘(未示出))。欧姆金属层104可以是P欧姆、N欧姆或本领域已知的其他形式。欧姆金属层104的特定类型的选择可以取决于发射器的架构，并且完全在本领域技术人员的知识范围内。欧姆金属层104可以提供金属和半导体之间的欧姆接触和/或可以提供非整流电结和/或可以提供低电阻接触。在一些实施方式中，可以使用一系列步骤来制造发射器100。例如，底部反射镜124、活性区122、氧化层120和顶部反射镜118可以在衬底层126上外延生长，之后欧姆金属层104可以沉积在顶部反射镜118上。接下来，可以蚀刻沟槽112以暴露氧化层120用于氧化。可经由离子注入来产生注入隔离材料116，之后可沉积保护层114。过孔106可被蚀刻在保护层114中(例如，以暴露欧姆金属层104以供接触)。可以执行电镀、晶种(seeding)和蚀刻，之后可以将衬底层126减薄和/或研磨到目标厚度。最后，背侧阴极层128可以沉积在衬底层126的底侧上。
图1B中所示的层的数量、布置、厚度、顺序、对称性等被提供作为示例。在实践中，发射器100可以包括与图1B中所示的层相比额外的层、更少的层、不同的层、不同构造的层或不同布置的层。额外地或替代地，发射器100的一组层(例如，一个或多个层)可以执行被描述为由发射器100的另一组层执行的一个或多个功能，并且任何层可以包括多于一个层。
图2A-2C是分别示出了示例发射器设备200的俯视图、示例发射器设备200沿线X-X的横截面视图和示例发射器设备200沿线Y-Y的横截面视图的图。如图所示，发射器设备200可以包括衬底层202和外延层204，外延层204以与结合图1A和图1B所描述的类似的方式设置在(例如形成在)衬底层202上。外延层204可以包括第一反射镜206(例如，第一DBR)、第二反射镜208(例如，第二DBR)以及在第一反射镜206和第二反射镜208之间的活性区210(例如，量子阱)。活性区域210可以包括活性层或多个活性层，其间具有一个或多个隧道结。发射器设备200还可以包括阳极触点(例如，触点金属)、阴极触点、发射器设备200的输出面上的介电层、提供电隔离的离子注入和/或金属电镀，以与结合图1A和1B描述的方式类似的方式。
外延层204可以包括第一氧化层212(例如，至少一个第一氧化层212)以在外延层204中引起特定应变。在一些实施方案中，第一氧化层212可包含多个第一氧化层212。除非另有说明，否则本文中对第一氧化层212的提及可以指单个第一氧化层212或多个第一氧化层212。在一些实施方式中，外延层204可以包括第二氧化层214(例如，一个或多个氧化层)以提供光学和电流约束。活性区210可以在第一氧化层212和第二氧化层214之间。在一些实施方式中，第一氧化层212可以在外延层204中比第二氧化层214更深。例如，第一氧化层212可以在第一反射镜206中，并且第二氧化层214可以在第二反射镜208中。
外延层204可以包括向下蚀刻到外延层204中的第一组氧化沟槽216(例如，一个或多个氧化沟槽216)和第二组氧化沟槽218(例如，一个或多个氧化沟槽218)。第一组氧化沟槽216和第二组氧化沟槽218可以围绕发射器设备200的发射区域220(例如，相对于发射器设备200的发射方向的发射器设备200的中心)径向布置。如图2A所示，第一组氧化沟槽216包括两个氧化沟槽216，并且第二组氧化沟槽218包括六个氧化沟槽218。所示的氧化沟槽216、218的数量是示例，并且发射器设备200可以包括不同数量的氧化沟槽216和/或氧化沟槽218。例如，氧化沟槽216可以被分割成多个(例如，两个、三个、四个等)较小的氧化沟槽216。作为另一示例，氧化沟槽218可以被分割成多个(例如，两个、三个、四个等)较小的氧化沟槽218。作为另一示例，多个(例如，两个或三个)氧化沟槽218可以组合成单个氧化沟槽218。
第一组氧化沟槽216可以被配置为暴露第一氧化层212和第二氧化层214并引起第一氧化层212和第二氧化层214的氧化。例如，第一组氧化沟槽216可以延伸到外延层204中并到达到第一氧化层212的深度(例如，在第一氧化层212处的深度或超出第一氧化层212的深度)。因此，第一组氧化沟槽216可以提供第一氧化层212和第二氧化层214的氧化。第二组氧化沟槽218可以被配置为暴露第二氧化层214并引起第二氧化层214的氧化，而不暴露第一氧化层212且不引起第一氧化层212的氧化。例如，第二组氧化沟槽218可以延伸到外延层204中并到达第一氧化层212和第二氧化层214之间的深度。换句话说，第一组氧化沟槽216可以比第二组氧化沟槽218延伸到外延层204中的深度更深地延伸到外延层204中。因此，第二组氧化沟槽218可以提供第二氧化层214的氧化而不提供第一氧化层212的氧化。
第一组氧化沟槽216可以具有比第二组氧化沟槽218的宽度更大的宽度。也就是说，第一组氧化沟槽216中的每个氧化沟槽216可以具有比第二组氧化沟槽218中的每个氧化沟槽218的宽度更大的宽度。氧化沟槽的“宽度”可以指从发射器设备200的发射区220径向延伸的氧化沟槽的尺寸。以这种方式，可以蚀刻第一组氧化沟槽216和第二组氧化沟槽218作为单个蚀刻步骤的一部分(例如，可以在相同的蚀刻操作期间同时蚀刻第一组氧化沟槽216和第二组氧化沟槽218)。在一些实施方式中，第一组氧化沟槽216的宽度可以与第二组氧化沟槽218的宽度相同。这里，可以在不同的蚀刻步骤中蚀刻第一组氧化沟槽216和第二组氧化沟槽218。
在一些实施方式中，一个或多个第一氧化沟槽216可以在外延层204的第一象限中，并且一个或多个第二氧化沟槽218可以在外延层204的与第一象限相对的第二象限中。此外，一个或多个第一氧化沟槽216可以在外延层的第三象限中，第三象限与第一象限和第二象限相邻，并且一个或多个第二氧化沟槽218可以在外延层204的第四象限中，第四象限与第一象限和第二象限相邻并且与第三象限相对。换句话说，一个或多个氧化沟槽216可以在发射器设备200的发射区220径向周围的一个或多个氧化沟槽218之间。
本文所述的第一组氧化沟槽216和第二组氧化沟槽218的配置可以引起第一氧化层212和第二氧化层214以特定图案氧化。具体地，第一氧化层212可以包括第一氧化区域212a和与第一氧化区域212a分开的第二氧化区域212b(例如，第一氧化区域212a和第二氧化区域212b不连续)。第一氧化区域212a和第二氧化区域212b可以是环形段(即，包围小于整个环的环段)的形状或不包围内部未氧化区域的另一条状形状。此外，第一氧化层212可以缺少完全环绕发射器设备200的发射区域220的任何连续氧化区域。换句话说，第一氧化层212的氧化区域仅部分地围绕发射器设备200的发射区域220。第一氧化区域212a和第二氧化区域212b的示例边界在图1A中由实线示出。
在一些实施方式中，第一氧化层212可以是单个第一氧化层212，其具有第一氧化区域212a、第二氧化区域212b和将第一氧化区域212a和第二氧化区域212b分开的未氧化区域212c(如图2B所示)。未氧化区域212c可以是主要未氧化的区域，但是仍然可以包括少量氧化(例如，按体积计小于5％的氧化)。在一些实施方案中，第一氧化层212可以是分别具有第一氧化区域212a和第二氧化区域212b的多个(例如，两个)第一氧化层212。例如，多个第一氧化层212中的第一层可以包括第一氧化区域212a，其中第一层的剩余部分是未氧化区域(例如，其可以包括少量氧化，如上所述)，并且多个第一氧化层212中的第二层可以包括第二氧化区域212b，其中第二层的剩余部分是未氧化区域(例如，其可以包括少量氧化，如上所述)。
第一氧化区域212a和第二氧化区域212b可以被配置为在外延层204上提供径向不对称的应变(例如，在外延层204的从发射区域220径向延伸到氧化沟槽216、218的区域中)。“径向不对称”应变可以是指一种应变分布，其中外延层204的一个径向部分(例如，切片)中的应变不同于外延层204的另一个径向部分中的应变。在一些实施方式中，第一氧化区域212a和第二氧化区域212b可以分别在外延层204的相反侧上(例如，相对于发射器设备200的发射区域220)。具体地，第一氧化区域212a和第二氧化区域212b可以沿着与发射器设备200的发射方向(其沿着图2B和2C中的z轴线)正交的第一轴线(例如，图2A中所示的x轴线)定位。第一氧化层212可以缺少沿着与第一轴线和发射方向正交的第二轴线(例如，图2A中所示的y轴线)定位的氧化区域。此外，外延层204上的应变沿第一轴线(例如，x轴线)比沿第二轴线(例如，y轴线)更大。例如，由第一氧化层212在外延层204上引起的应变主要沿着图2A和2B中所示的x轴线。
由第一氧化区域212a和第二氧化区域212b提供的径向不对称应变可以提供在发射区域220上方延伸的更大应变的区域。此外，外延层204可以根据径向不对称应变而径向不对称地弯曲(例如，凸形)(例如，弯曲部分可以与应变更大的外延层204中的位置相关联)。例如，发射器设备200的顶表面可以是弯曲的。因此，外延层204上的径向不对称应变(以及所产生的径向不对称弯曲)可以引起用于发射器设备200的光发射的特定偏振(例如，发射器设备200的激光发射可以处于单个偏振状态)。例如，径向不对称应变可以在一个方向上部分地或基本上使发射器设备200的输出光偏振。
第二氧化层214可以包括氧化区域214a(例如，第三氧化区域)，其环绕(例如，围绕)氧化物孔214b(例如，未氧化区域)。也就是说，氧化区域214a可以是完全围绕发射器设备200的发射区域220的连续氧化区域。例如，氧化区域214a可以是包围内部未氧化区域的环形或另一形状。因此，第二氧化层214的氧化区域214a可以在外延层204的从发射区域220径向延伸到氧化沟槽216、218的区域中基本上径向对称。由氧化区域214a限定的氧化物孔214b可以是圆形的(例如，近似圆形)，如图2A所示，或者可以是不同的形状，例如椭圆形。在一些实施方式中，氧化区域214a可以是径向不对称的，以有助于外延层204上的径向不对称应变。氧化区域214a的示例边界由图2A中的虚线示出。
在一些实施方式中，第一氧化层212可以具有比第二氧化层214的厚度更大的厚度。例如，第一氧化层212的厚度可以是四分之一波长或更大的厚度。以这种方式，第一氧化层212的氧化可以引起本文所述的径向不对称应变。第一氧化层212和第二氧化层214可以由砷化铝镓(AlGaAs)、砷化铝(AlAs)或另一种半导体材料构成。第一氧化层212和第二氧化层214都可以具有高铝含量(例如，大于95％或大于98％)。然而，第一氧化层212可以具有比第二氧化层214的铝含量(例如，铝摩尔分数)更低的铝含量(例如，更低的铝摩尔分数)。以这种方式，第二氧化层214的氧化区域214a可以比第一氧化层212的第一氧化区域212a和第二氧化区域212b更向内朝向外延层204的中心延伸(如图2A和2B所示)。因此，发射器设备200的光学和电流约束的程度可以由第二氧化层214提供，并且第一氧化层212可以不影响光学模态形状。
以这种方式，第一氧化层212可以在外延层中提供径向不对称应变，从而引起延伸穿过发射区220的外延层的径向不对称弯曲。因此，由于径向不对称应变，发射器设备200的光发射可以处于单个偏振态。
如上所述，图2A-2C是作为示例提供的。其他示例可以与关于图2A-2C所描述的示例不同。
图3是示出示例发射器设备300的俯视图的图。发射器设备300可以与发射器设备200类似地配置。例如，发射器设备300可以包括结合图2A-2C描述的第一氧化层(其包括第一氧化区域和第二氧化区域)和第一组氧化沟槽。然而，发射器设备300可以省略结合图2A-2C描述的第二氧化层(例如，其提供光学/电流约束)和第二组氧化沟槽。替代地，发射器设备300可以在外延层中包括离子注入区域322以提供电流约束。如图所示，离子注入区域322可以围绕与发射器设备300的发射区域相关联的未注入区域324，如上所述。
如上所述，图3是作为示例提供的。其它示例可以与关于图3所描述的示例不同。
图4是示出示例发射器设备400的俯视图的图。发射器设备400可以与发射器设备200类似地配置。例如，发射器设备400可以包括结合图2A-2C描述的第一氧化层(其包括第一氧化区域和第二氧化区域)、第二氧化层和第一组氧化沟槽。然而，发射器设备300可以省略结合图2A-2C描述的第二组氧化沟槽。因此，第一组氧化沟槽可以氧化第一氧化层，如结合图2A-2C所述，并且类似于第一氧化层，氧化第二氧化层。例如，第二氧化层可以包括第一氧化区域414a、第二氧化区域414b和将第一氧化区域414a和第二氧化区域414b分开的未氧化区域。以这种方式，发射器设备400可以具有增强的径向不对称应变。第一氧化区域414a和第二氧化区域414b可以提供光学和电流约束(例如，主要在沿着所示的x轴线的方向上)。此外，发射器设备400可以包括离子注入区域422以提供电流约束(例如，主要在沿着所示的y轴线的方向上)，并且离子注入区域422可以以与结合图3描述的类似方式围绕未注入区域424。
如上所述，图4是作为示例提供的。其它示例可以与关于图4所描述的示例不同。
虽然发射器设备200、发射器设备300和/或发射器设备400被示出和描述为顶部发射配置，但是发射器设备200、发射器设备300和/或发射器设备400可以被配置为底部发射配置(例如，其中底部反射镜的反射性低于顶部反射镜)。在一些实施方式中，除了本文所述的第一氧化层之外，发射器设备200、发射器设备300和/或发射器设备400还可以包括用于诱导单个偏振态的激光发射的特征。例如，发射器设备200、发射器设备300和/或发射器设备400可以包括在离轴线切割衬底(例如，从晶轴线切割)上生长的外延层。另外或替代地，发射器设备200、发射器设备300和/或发射器设备400可包含不对称发射区。另外或替代地，发射器设备200、发射器设备300和/或发射器设备400可以包括光栅(例如，在顶表面上和/或在DBR对内)。
图5是涉及制造发射器设备的示例过程500的流程图。在一些实施方案中，图5的一或多个过程框可由机器执行。
如图5所示，过程500可以包括在衬底层上形成外延层，外延层包括第一反射镜、第二反射镜、第一反射镜和第二反射镜之间的活性区、至少一个第一氧化层和第二氧化层(框510)。例如，外延层可以类似于结合图2A-2C描述的外延层204。
如图5中进一步所示，过程500可以包括在单个蚀刻步骤中蚀刻第一组氧化沟槽和第二组氧化沟槽，其中第一组氧化沟槽暴露至少一个第一氧化层和第二氧化层，并且第二组氧化沟槽暴露第二氧化层而不暴露至少一个第一氧化层(框520)。例如，第一组氧化沟槽和第二组氧化沟槽可以分别类似于结合图2A-2C描述的第一组氧化沟槽216和第二组氧化沟槽218。为了在单个蚀刻步骤中蚀刻第一组氧化沟槽和第二组氧化沟槽，可以在相同的蚀刻操作期间同时蚀刻第一组氧化沟槽和第二组氧化沟槽。
如图5中进一步所示，过程500可以包括在单个氧化步骤中氧化至少一个第一氧化层和第二氧化层，其中氧化至少一个第一氧化层形成第一氧化区域和与第一氧化区域分开的第二氧化区域，以在外延层上引起径向不对称的应变，并且其中氧化第二氧化层形成环绕氧化物孔的第三氧化区域(框530)。例如，第一氧化区域、第二氧化区域和第三氧化区域可以分别类似于结合图2A-2C描述的第一氧化区域212a、第二氧化区域212b和氧化区域214a。为了在单个氧化步骤中氧化至少一个第一氧化层和第二氧化层，可以在相同的氧化操作期间同时氧化至少一个第一氧化层和第二氧化层。
过程500可以包括额外实施方式，诸如下面描述的和/或结合本文其他地方描述的一个或多个其他过程描述的任何单个实施方式或实施方式的任何组合。
在一些实施方式中，径向不对称的外延层上的应变导致外延层径向不对称地弯曲。
尽管图5示出了过程500的示例框，但是在一些实施方式中，过程500包括与图5中描绘的那些框相比额外的框、更少的框、不同的框或不同布置的框。另外地或替代地，可以并行地执行过程500的框中的两个或更多个框。
前述公开内容提供了说明和说明书，但并不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以根据上述公开内容进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。此外，除非前述公开明确地提供了一个或多个实施方式可以不组合的原因，否则可以组合本文描述的任何实施方式。
即使在权利要求中叙述和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但是这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开内容。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求书中未具体叙述和/或说明书中未公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接从属于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每个其他权利要求的组合。如本文所使用的，提及项目列表中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及与多个相同项目的任何组合。
除非明确描述如此，否则本文使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用的，冠词“该”旨在包括结合冠词“该”引用的一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用的，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、或者相关和不相关项目的组合)。在仅意图一个项目的情况下，使用短语“仅一个”或类似语言。此外，如本文所使用的，术语“具有”等旨在是开放式术语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”。此外，如本文所使用的，术语“或”在串联使用时旨在是包含性的，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“中的仅一个”组合使用)。此外，为了便于说明书，本文可以使用空间相对术语，例如“下方”、“下”、“上方”、“上”、“顶”、“底”等，以描述如图所示的一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系。除了图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的装置、设备和/或元件的不同取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)，并且本文使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。

Claims (20)

1.一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，包括：
衬底层；以及
在所述衬底层上的外延层，所述外延层包括：
第一反射镜；
第二反射镜；
在所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的活性层；
至少一个第一氧化层，其包含第一氧化区域和与所述第一氧化区域分开的第二氧化区域，
其中所述第一氧化区域和所述第二氧化区域分别在所述外延层的发射区域的相反侧上，以在所述外延层上提供径向不对称的应变；
第二氧化层，所述第二氧化层包括环绕氧化物孔的第三氧化区域；
在所述一组外延层中的第一组氧化沟槽，以暴露所述第一氧化层和所述第二氧化层；以及
在所述一组外延层中的第二组氧化沟槽，以暴露所述第二氧化层而不暴露所述第一氧化层。
2.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述应变用于引起用于所述VCSEL的光发射的特定偏振。
3.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述第一氧化区域和所述第二氧化区域沿着与所述VCSEL的发射方向正交的轴线定位。
4.根据权利要求3所述的VCSEL，其中，与沿着正交于所述轴线和所述发射方向的另一轴线相比，所述应变沿着所述轴线更大。
5.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述至少一个第一氧化层具有比所述第二氧化层的铝含量低的铝含量。
6.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述至少一个第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。
7.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述第一组氧化沟槽的宽度大于所述第二组氧化沟槽的宽度。
8.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述外延层径向不对称地弯曲。
9.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述至少一个第一氧化层在所述第一反射镜中，并且所述第二氧化层在所述第二反射镜中。
10.根据权利要求1所述的VCSEL，其中，所述第二氧化层被配置为提供电流和光学约束。
11.一种发射器设备，包括：
衬底层；以及
在所述衬底层上的外延层，所述外延层包括：
第一反射镜；
第二反射镜；
在所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的活性层；
至少一个氧化层，其包含第一氧化区域和与所述第一氧化区域分开的第二氧化区域，
其中所述第一氧化区域和所述第二氧化区域被配置为在所述外延层上提供径向不对称的应变；以及
在所述一组外延层中的一组氧化沟槽，以暴露所述至少一个氧化层。
12.根据权利要求11所述的发射器设备，其中，所述应变用于引起用于所述发射器设备的光发射的特定偏振。
13.根据权利要求11所述的发射器设备，其中，所述第一氧化区域和所述第二氧化区域沿着与所述发射器设备的发射方向正交的轴线定位。
14.根据权利要求11所述的发射器设备，还包括：
在所述外延层中的注入区域，所述注入区域被配置为提供电流约束。
15.根据权利要求11所述的发射器设备，还包括：
额外氧化层，所述额外氧化层包括环绕氧化物孔的第三氧化区域。
16.根据权利要求11所述的发射器设备，其中，所述外延层径向不对称地弯曲。
17.根据权利要求11所述的发射器设备，其中，所述至少一个氧化层是具有所述第一氧化区域、所述第二氧化区域和未氧化区域的单个氧化层，该未氧化区域将所述第一氧化区域和所述第二氧化区域分开。
18.根据权利要求11所述的发射器设备，其中，所述至少一个氧化层是分别具有所述第一氧化区域和所述第二氧化区域的多个氧化层。
19.一种方法，包括：
在衬底层上形成外延层，所述外延层包括第一反射镜、第二反射镜、在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间的活性区、至少一个第一氧化层和第二氧化层；
在单个蚀刻步骤中蚀刻第一组氧化沟槽和第二组氧化沟槽，
其中所述第一组氧化沟槽暴露所述至少一个第一氧化层和所述第二氧化层，并且所述第二组氧化沟槽暴露所述第二氧化层而不暴露所述至少一个第一氧化层；以及
在单个氧化步骤中氧化所述至少一个第一氧化层和所述第二氧化层，
其中，氧化所述至少一个第一氧化层形成第一氧化区域和与所述第一氧化区域分开的第二氧化区域，以在所述外延层上引起径向不对称的应变，并且
其中，氧化所述第二氧化层形成环绕氧化物孔的第三氧化区域。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述外延层上的径向不对称的应变导致所述外延层径向不对称地弯曲。
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