FI119039B - Pystykaviteettinen pintaemittoiva laserrakenne - Google Patents

Pystykaviteettinen pintaemittoiva laserrakenne Download PDF

Info

Publication number
FI119039B
FI119039B FI20061148A FI20061148A FI119039B FI 119039 B FI119039 B FI 119039B FI 20061148 A FI20061148 A FI 20061148A FI 20061148 A FI20061148 A FI 20061148A FI 119039 B FI119039 B FI 119039B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
vcsel
mold
counter
optical axis
optical
Prior art date
Application number
FI20061148A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20061148A0 (fi
Inventor
Timo Aalto
Original Assignee
Timo Aalto
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 Timo Aalto filed Critical Timo Aalto
Priority to FI20061148A priority Critical patent/FI119039B/fi
Publication of FI20061148A0 publication Critical patent/FI20061148A0/fi
Priority to PCT/FI2007/050718 priority patent/WO2008074927A1/en
Priority to US12/520,135 priority patent/US20100103969A1/en
Priority to EP07858369A priority patent/EP2102951A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI119039B publication Critical patent/FI119039B/fi

Links

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]
    • 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]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18394—Apertures, e.g. defined by the shape of the upper electrode
    • 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
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • 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
    • 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
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
    • H01S2301/166—Single transverse or lateral mode
    • 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]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H01S5/1835—Non-circular mesa
    • 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]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18391—Aperiodic structuring to influence the near- or far-field distribution

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

A
119039 • ·
PYSTYKAVITEETTINEN PINTAEMITTOXVA LASERRAKENNE KEKSINNÖN ALA
Tämä keksintö liittyy pystykaviteettisiin pintaemittoiviin lasereihin (VCSEL:it, Vertical Cavity 5 Surface Emitting Laser). Täsmällisemmin tämä keksintö koskee rakenteita optisen ulostulotehon maksimoimiseksi säilyttäen samalla VCSEL:in yksimuototoiminta.
KEKSINNÖN TAUSTA
10 Pystykaviteettiset pintaemittoivat laserit (VCSEL:it) ovat tätä nykyä tärkeä puolijohdelasereiden luokka. Niitä käytetään yleisesti esimerkiksi optisissa tiedonsiirtoverkoissa, optisissa liitännöissä ja optisissa mittausjärjestelmissä.
15 Toisin kuin reunaemittoivat laserit VCSELrit emittoivat valoa pystysuunnassa eli pitkin z-akselia (substraatin, jolle komponentti on valmistettu, ulottuessa xy-tasossa). Tämä mahdollistaa useiden VCSEL:eiden tiiviin integroimisen samalle puolijoh- . . 20 desirulle sekä myös samalla puolijohdekiekolla olevien • · · **;' yksittäisten VCSEL:eiden sijainnin ja/tai ominaisuuk- ··* •••ϊ sien yksilöllisen säätämisen. Näin ollen VCSEL:eillä "*· on monia olennaisia etuja vaihtoehtoisiin lasertyyp- *"*·' peihin nähden.
i 25 Kuten alan ammattilaiset hyvin tietävät, on *·· ;*”j VCSEL puolijohdealustalle muodostettu kerrosrakenne ja ···* käsittää yleisesti ottaen aktiivisen kerroksen sijoi-;·, tettuna optisen resonanssikaviteetin muodostavien *... alemman ja ylemmän peilin väliin. Aktiivinen kerros • m • · *** 30 voi olla esimerkiksi kvanttikaivorakenne. Aktiivisen • · ϊ.*.ϊ kerroksen ja peilien välissä voi myös olla välikerrok- *:·*: siä. Alempi ja ylempi sähköinen kontaktikerros sähkö- virran syöttämiseksi aktiiviseen kerrokseen ovat jär- • · · • · · * *. jestettyinä vastaavasti tämän kerrosrakenteen ylä- 3a 35 alapuolelle.
* * 119039 m 2
Tunnetun tekniikan mukaisissa VCSELteissä kaikki edellä kuvatut rajoittavat tai ohjaavat rakenteet perustuvat tavallisesti sylinterisymmetriaan. Toisin sanoen mainittujen rakenteiden on tarkoitus ra-5 joittaa vahvistus ja/tai tuotetut fotonit sylinterin muotoiseen tilavuuteen laitteen keski- tai optisen akselin ympärillä. Itse asiassa koko kerrosrakenne on usein muodostettu sylinterin muotoisena substraatilta nousevana pilarirakenteena. Mainittu laitteen vahvis-10 tuksen rajoittaminen voidaan toteuttaa esimerkiksi sähkövirran vuota ohjaavilla rakenteilla ja/tai optisen kaviteetin muodostavien peilien vaakasuuntaisella muodolla ja koolla. Optinen rajoittaminen puolestaan voidaan saada aikaan taitekertoimen muutoksilla kavi-15 teetin keskus- ja reuna-alueiden välillä. VCSEL:iä sanotaan tällöin vastaavasti vahvistusohjatuksi tai tai-tekerroinohjatuksi.
Useimmissa tapauksissa halutaan VCSEL:in toimivan yksimuotoisesti. VCSEL:in pystykaviteetti on 20 tyypillisesti niin ohut, että se tukee ainoastaan yhtä pitkittäistä aaltomuotoa. Poikittaisessa toiminnassa • · * · · *.·.· tilanne on monimutkaisempi. Toisaalta toinen päätavoi- ,.*·* te VCSEL: ien suunnittelussa on mahdollisimman korkea *:**: ulostuloteho. Perinteisissä VCSEL :eissä nämä kaksi ·;··· 25 vaatimusta ovat ristiriitaisia, kuten kuvataan seuraa- . .·. vassa.
*· * * .···, Ensinnäkin vahvistusohjatun VCSEL: in toiminta ♦ * voi olla yksimuotoista, jos virta on riittävän alhai-nen, poikittainen vahvistusprofiili on riittävän kapea • · • ’’ 30 ja ylemmän kontaktin optinen aukko on riittävän pieni.
• · *...* Kuitenkin, kun virtaa kasvatetaan tai aukko tehdään ;**.· isommaksi, tulee vahvistusohjatusta VCSEL: istä tyypil- • * lisesti monimuotoinen. Tämä rajoittaa vahvistusohjat- • · . tujen yksimuotoisten VCSEL:eiden ulostulotehoa ja ulos • · *.*.* 3 5 tulevan säteen leveyttä. Yleisesti ottaen tai teker- ***** roinohjattu VCSEL voi olla yksimuotoinen, jos taite- kerroinero ja kaviteetin sisäisen aaltojohteen poikit- * · 119039 3 täiset dimensiot ovat riittävän pieniä ja virta pidetään riittävän alhaisena. Nämä rajoitukset kuitenkin rajoittavat taitekerroinohjattujen VCSEL:eiden ulostu-lotehoa ja ulos tulevan säteen leveyttä. Lisäksi kul-5 lekin VCSEL-tyypille on olemassa perustavanlaatuinen mahdollisen optisen tehotiheyden yläraja, joka vaikka korkea teho ei aiheuttaisikaan monimuototoimintaa, edellyttää leveämpää sädettä. Tämä puolestaan, kuten edellä mainittiin, voisi valitettavasti helposti joh-10 taa monimuototoimintaan.
Edellisen perusteella on selvää, että vaatimus yksimuotoiseen toimintaan rajoittaa tyypillisten, sylinterisymmetristen VCSEL:eiden ulostulotehoa ja ulos tulevan säteen leveyttä. Ongelman voittamiseksi 15 on esitetty lukuisia rakenteita yksimuotoisten VCSELreiden ulostulotehon ja ulos tulevan säteen leveyden kasvattamiseksi, VCSEL:eiden aaltomuotojen lukumäärän vähentämiseksi ja VCSEL:eiden ulos tulevan säteen laadun (tai uloskytkentätehokkuuden) parantami-20 seksi. Monia näistä VCSEL-rakenteista kuvataan esimer- t t kiksi US-patentissa numeroltaan 6751245.
• · · *·*·* Esimerkiksi ylemmän kontaktin rajoitettua aukkoa voidaan käyttää korkeamman kertaluvun laseroi- *·*“ vien aaltomuotojen ulos tulevan säteen osittain estä- *:·*: 25 miseksi, ja vaihe-elementtejä ylemmän peilin päällä : voidaan käyttää ulos tulevan säteen käsittelemiseksi ·*» .***. niin, että korkeampien kertalukujen laseroivien aalto- ·· · muotojen uloskytkentätehokkuus laskee. Kuitenkaan nämä .. menetelmät eivät estä korkeampien kertalukujen alkupe- ♦ ♦ · 30 räistä laserointia kaviteetin sisällä, joten VCSEL: in • · *···* hyötysuhde ei ole optimoitu.
Joidenkin tunnettujen VCSEL: eiden väitetään * * ••••j toimivan yksimuo toi sinä, vaikka niiden ulos tulevan ,·, säteen lähikentän intensiteetti jakauma on merkittäväs- * f · *·*»! 35 ti erilainen kuin tyypillisten yksimuotolasereiden ' * Gaussisen kaltainen ulos tuleva säde. Joskus käytetään lisäoptiikkaa laserkaviteetin ulkopuolella sellaisen * _ * · 119039 4 ei-Gaussisen lähikenttäkuvion kuvantamiseksi enemmän Gaussisen kaltaiseksi intensiteettijakaumaksi kauko-kentässä eli kauempana laserkaviteetista. US-patenttihakemuksessa julkaisunumeroltaan 2004/0228379 5 Ai on esitelty yksi esimerkki tällaisesta VCSEL:istä, jossa laserin lähikentällä on useita intensiteettimak-simeja ja joka lähikenttä muistuttaa helminauhaa, kun taas kaukokentän intensiteettijakauma muuntuu Gaussisen tyyppiseksi kaukokentän intensiteettijakaumaksi. 10 Kuitenkin useimmissa sovelluksissa VCSEL:in ulostulon lähikentän tulisi olla mahdollisimman Gaussinen. Näin ollen seuraavassa VCSEL:in sanotaan olevan yksimuotoi-nen vain, jos sen lähikenttäkuviolla ulostulon puolella on Gaussisen kaltainen intensiteettijakauma vain 15 yhdellä merkittävällä intensiteettimaksimilla ja olennaisen tasainen vaihejakauma, vaikkakaan lähikentän ei tarvitse olla tarkalleen Gaussinen.
Joihinkin ehdotettuihin menetelmiin kuuluu kaviteetin sisäisten rakenteiden toteuttaminen optisen 20 paksuuden tai resonaattorin häviöiden xy-tasossa muuttamiseksi . Esimerkiksi kuvioitu vastavaihekerros (an- • * • · t *·*·' ti-phase layer) kaviteetin sisällä voi saada aikaan * optisen kytkeytymisen resonoivista korkeampien kerta- * "*’ϊ luokkien aaltomuodoista ei-resonoiviin säteilymuotoi- ·:··· 25 hin ja estää korkeampien kertaluokkien poikittaisten ♦ ♦*. aaltomuotojen laseroinnin. Sellaisella kerroksella voi ··· .···. olla minimaalinen vaikutus perusmuotoon, jos se lisä- • · tään vain optisen aukon reuna-alueelle eli tarpeeksi .. kauas VCSEL:in optisesta akselista. Samalla tavalla • · 30 kaviteettiin voidaan lisätä korkeamman absorption tai • · *···* matalamman heijastuksen kuvioitu kerros korkeampien :*·.· kertaluokkien aaltomuotojen häviöiden lisäämiseksi ja * · ···.! niiden laseroimisen estämiseksi. Kuitenkin tunnetussa tekniikassa julkaistut kaviteetin sisäiset lisäraken- • · · *·*·* 35 teet ovat johtaneet vain rajoitettuihin parannuksiin * * ulostulotehossa ja ulos tulevan säteen laadussa ja nä mä on saatu aikaan monimutkaisemman ja kalliimman 119039 • · 5 VCSEL:in valmistusprosessin kustannuksella. Yksi tällaisen lähestymistavan esimerkki, jolla on mainitut haitat, on kuvattu US-patenttihakemuksessa julkaisunu-meroltaan 2005/0089075 AI.
5 Joissakin tunnetuissa VCSEL:eissä on niin sa nottuja fotonikiderakenteita (PhC, Photonic Crystal), jotka estävät korkeampien kertalukujen poikittaisten aaltomuotojen laserointia fotonivälivaikutuksen (photonic bandgap effect) kautta. Esimerkkejä sellaisista 10 VCSEL:eistä voi löytää esimerkiksi US-patenttihakemuksesta julkaisunumeroltaan 2004/0114893 Ai. Fotonikiderakenteissa kuitenkin täytyy tavallisesti olla alle aallonpituuden mittasuhteita, jotka ovat monimutkaisempia ja kalliimpia valmistaa kuin perin-15 teiset VCSEL-rakenteet. Lisäksi VCSEL:it, joissa on fotonikiderakenteita, ovat tyypillisesti herkempiä valmistustoleransseille ja, johtuen niiden aallonpi-tuusherkkyydestä, vähemmän soveltuvia säädettäviin la-sereihin.
20
KEKSINNÖN TARKOITUS
• · · • * » • · t #· Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada VCSEL- "**. rakenne, jolla saadaan korkea ulostuloteho ja laaja * lähikentän intensiteettijakauma yksimuototoiminnalla * 25 säilyttäen hyvä säteen laatu ja välttäen tarve moni- * mutkaisille tai kalliille valmistusmenetelmille.
«•I » · • · ·«·
KEKSINNÖN YHTEENVETO
• · : *·· Esillä olevan keksinnön VCSEL-rakenteelle ··« *l<#* 30 (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) on tunnus- ,·* · omaista, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.
• ·· ! VCSEL-rakenteella on pystysuuuntainen optinen • ♦ . akseli valon emittoimiseksi sitä pitkin, VCSEL-rakenne • · ϊ,ί,Σ käsittää alemman sähköisen kontaktikerroksen, alemman *:**: 35 ja ylemmän peilirakenteen, jotka muodostavat välilleen alemman kontaktikerroksen yläpuolelle optisen reso- 119039 • · 6 nanssikaviteetin, aktiivisen kerroksen mainitussa resonaattorissa ja ylemmän sähköisen kontaktikerroksen mainitun resonaattorin yläpuolella. Vähintään yksi VCSEL-rakenteen poikkileikkaus kohtisuorassa suunnassa 5 mainittuun optiseen akseliin nähden käsittää aaltomuodon valintamuodon, joka edistää resonaattorin poikittaisen perusaaltomuodon ulostuloa ehkäisten samalla korkeampien aaltomuotojen ulostuloa.
Esillä olevan keksinnön mukaisesti aaltomuo-10 don valintamuoto käsittää pitkittäisen osuuden, joka on suunnattu optisen akselin ohi ja jolla on yksipuolinen levenemä muodostaen, mahdollisesti yhdessä pitkittäisen osuuden kanssa, keskusalueen optisen akselin ympärille. Optisen akselin ohi suunnattuna oleminen 15 tarkoittaa, että kuvitteellinen pitkittäisen osuuden keskilinja tai sen jatke ei osu optiseen akseliin. Näin ollen tästä seuraava muoto sijaitsee, vähintään yhdessä suunnassa, epäsymmetrisesti suhteessa optiseen akseliin. Yksipuolinen tarkoittaa, että pitkittäisen 20 osuuden levenemään nähden vastakkaisella sivulla ei , , ole mitään äkillisiä käännöksiä tai porrastuksia vaan • * · sivulinja jatkuu tasaisesti levenemän alueelle. Le- • · · venemällä voi olla esimerkiksi suorakulmainen muoto, *·*’♦ joka on suunnattuna samansuuntaisesti pitkittäisen ·:*·: 25 osuuden kanssa.
: :*· Lisäksi esillä olevan keksinnön mukaisesti «·· .*·*. aaltomuodon valintamuodon tarkka geometria on valittu ··· keskittämään resonaattorin poikittainen perusaaltomuo-to keskusalueelle ohjaten samalla mahdolliset korkeam- • ·· 30 mat aaltomuodot pitkittäisen osuuden kautta siitä • » *"* pois. Korkeampien poikittaisten aaltomuotojen ohjaarni- !/.{ nen tarkoittaa, että pitkittäinen osuus voi itse toi- ·:··· mia aaltomuotonieluna tai se voi kytkeä korkeampien kertaluokkien aaltomuodot erilliseen VCSEL-rakenteen • · · • « · * · 35 reuna-alueelle järjestettyyn aaltomuotomelurakentee- I···· * seen. Aaltomuotonieluvaikutuksesta johtuen korkeampien kertaluokkien poikittaiset aaltomuodot leviävät mer- 119039 • · 7 kittävästi laajemmalle xy-alueelle kuin perusaaltomuo-don kenttä, mikä tehokkaasti ehkäisee korkeampien kertaluokkien aaltomuotojen laserointia. Korkeampien kertaluokkien aaltomuotojen ehkäisemisen edelleen paran-5 tamiseksi pitkittäiseen osuuteen tai erilliseen (erillisiin) aaltomuo- tonieluun(aaltomuotonieluihin) voi valinnaisesti kuulua keskusalueeseen nähden korkeampien häviöiden, matalamman vahvistuksen, matalamman heijastuksen tai eri 10 kaviteetin pituuden alueita.
Esillä olevan keksinnön ei-sylinterimäisellä aaltomuodon valintamuodolla on mahdollista saavuttaa todellinen VCSEL:in yksimuototoiminta korkealla säteen laadulla, säteen koon ja ulostulotehon selvästi ylit-15 täessä perinteisillä sylinterisymmetrisillä VCSEL- rakenteilla saavutettavissa olevat arvot.
Eräässä edullisessa toteutusmuodossa levenemä sijaitsee erillään pitkittäisen osuuden päistä. Toisin sanoen tässä toteutusmuodossa pitkittäinen osuus muo-20 dostaa kaksi pitkittäistä aaltomuotonieluosaa, jotka , t ulottuvat vastakkaisiin suuntiin keskusalueelta. Tämä • · * ***** geometria tarjoaa erityisen tehokkaan korkeampien aal- * · · tomuotojen vaimennuksen. Yksityiskohtaisemmin tämän *"” kaltainen aaltomuodon valintamuoto voi olla olennai- '!**i 25 sesti T:n muotoinen T:n kannan muodostuessa • ;*· levenemästä ja haarojen pitkittäisestä osuudesta. Va- ·«· .*·*. loa ohjaavan rakenteen tämän kaltaisen geometrian te- ··· hokkuus on todennettu harjanneaaltojohteiden alalla.
..4 Viitaten harjanneaal to johteiden yhteydessä yleisesti • ·· 30 käytettyyn käsitteistöön vastaa keskusalue harjannetta • · ·;·* ja aaltomuotonielut tai T-muodon haarat ympäröivää le- • » Σ/.j vyaaltojohdetta. Tämänkaltaisella resonaattorin geo- *:**: metrialla poikittainen perusaaltomuoto etenee edesta- kaisin pitkin har jänne tyyppistä keskusaluetta pienillä » · · *, 35 häviöillä. Kaikki korkeampien kertaluokkien poikittai- ····· set aaltomuodot leviävät paljon pidemmälle levyaalto-johteen kaltaisiin aaltomuotonieluosiin. Nämä aalto- 119039 • · 8 muotonieluosat tai erilliset aaltomuotonielualueet niiden alla estävät näin korkeampia aaltomuotoja la-seroimasta.
Yllä kuvatussa T:n kaltaisessa geometriassa 5 haarojen paksuus h, T:n korkeus H sekä kannan leveys w
W h/H
toteuttavat ehdot —<0,3+ . ja h/H>0,5. Nämä H \1-(h/H f tunnetaan harjanneaaltojohteiden alalla Sorefin yhtälöinä. Nuo ehdot varmistavat, että estetään minkä tahansa korkeampien kertaluokkien poikittaisten aalto-10 muotojen VCSEL:in kerrosrakenteen vaakasuunnassa la-serointi, mikä varmistaa näin komponentin yksimuoto-toiminnan. Aaltomuotonielutoiminnan parantamiseksi yhdessä edullisessa toteutusmuodossa aaltomuodon valin-tamuoto käsittää edullisesti vähintään kaksi erisuun-15 täistä pitkittäistä osuutta, joiden levenemät olennaisesti yhtyvät muodostaen yhden keskusalueen. Voidaan esimerkiksi saavuttaa tehokas aaltomuodon valinta neljällä pitkittäisellä osuudella vierekkäisten pitkittäisten osuuksien ollessa suunnattuina kohtisuoraan ., 20 toisiinsa nähden.
• * · ***** Esillä olevan keksinnön mukaisen aaltomuodon .··! valintamuodon periaatteilla on vakiomenettelyä alan *"** ammattilaiselle valita varsinainen geometria ja mitta- *ί**ί suhteet yllä määritellyn aaltomuodon vai intä toiminnan : ;*j 25 toteuttamiseksi. Näin ollen tässä yhteydessä ei tarvi- ·* ta yksityiskohtaista kuvausta. Aaltomuodon valintamuo-don tarkka määrittäminen voidaan suorittaa esimerkiksi •*4 sähkömagneettisten kenttien laskemiseen aalto johteissa i *** , , , ... 3a muissa optisissa rakenteissa suunnitellun tietoko- • · '*;·* 3 0 neohjelman avulla.
• · ϊ Esillä olevan keksinnön mukainen aaltomuodon • · ·;··; valintamuoto voi olla järjestettynä VCSEL:in eri ker- roksiin tai alueisiin. Eräässä edullisessa toteutus- * · · · · * · muodossa se on järjestettynä aukkona ylemmässä kontak- ' 35 tialueessa rajoittaen ulostuloa. Virran ohjauksen li säksi aukko myös leikkaa ulostulosta mahdollisia kes- • · 9 119039 kusalueen ulkopuolelle ulottuvia korkeampia laseroivia aaltomuotoja.
Esillä olevan keksinnön toisen edullisen ominaisuuden mukaan aaltomuodon valintamuoto on järjes-5 tettynä sähkövirtaa ohjaavana rakenteena kontaktialu-eiden välissä. Ohjaamalla suoraan virtaa voidaan tehokkaasti ohjata laserointitoimintaa aaltomuodon va-lintamuodon halutun geometrian mukaisesti.
Toisaalta eräässä edullisessa toteutusmuodos-10 sa aaltomuodon valintamuoto on järjestettynä heijastusta muokkaavana rakenteena vähintään toiseen alemmasta ja ylemmästä peilistä. Toisin sanoen heijastus voidaan optimoida aaltomuodon valintamuodon sisällä, mutta asettaa alemmaksi sen ulkopuolella järjestäen 15 näin tehokas laserointi ainoastaan mainitun muodon sisällä .
Aaltomuodon valintamuoto on edullisesti järjestettynä valoa ohjaavana rakenteena optisen reso-nanssikaviteetin sisään. Pystysuunnassa muoto voi kat-20 taa merkittävän osuuden VCSEL.-in korkeudesta muodon ,·,· toimessa silloin aaltojohteena, joka rajoittaa laser- • · · * I ointitoiminnan muodon sisään. Sekä heijastusta muok- ··· ***· kaavat että valoa ohjaavat VCSEL-rakenteen ominaisuu- ····» * det voidaan toteuttaa aaltomuodon valintamuodon sisä- ***** «-Ί * · 25 ja ulkopuolen välisten taitekerroinvaihteluiden avul- ··· : j Aaltomuodon valintamuoto voi olla järjestet tynä yhtäaikaisesti kaikissa edellä mainituissa Ϊ1. VCSEL:in osissa. Toisaalta yhdessä mahdollisessa lä- i ·· ,···, 30 hestymistavassa optinen kaviteetti on muodostettu aal- • » *!1 tomuodon valintamuodon mukaisesti, mutta ylemmän kon- * 9 V1: taktin aukko on pyöreä. Silloin aukko leikkaa mahdol- "**: liset epätäydellisestä aaltomuodon valinnasta johtuvat korkeammat aaltomuodot.
• 9 9 • · · * ·, 35 I··»#
1 LYHYT PIIRUSTUSTEN KUVAUS
119039 • · 10
Oheiset kuvat, jotka on otettu mukaan tarjoamaan lisäymmärrystä keksinnöstä ja jotka muodostavat osan tätä patenttiselitystä, havainnollistavat keksinnön toteutusmuotoja sekä tunnetun tekniikan esimerkke-5 jä ja yhdessä kuvauksen kanssa auttavat selittämään keksinnön periaatteita.
Kuva 1 esittää tyypillistä tunnetun tekniikan mukaista VCSEL-rakennetta.
Kuva 2 esittää esillä olevan keksinnön erään 10 edullisen toteutusmuodon mukaista VCSEL-rakennetta.
Kuvat 3a - 3c havainnollistavat esimerkkejä esillä olevan keksinnön mukaisten aaltomuodon valinta-muotojen geometrioista.
15 KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS
Tyypillisen VCSELiin 20 rakennetta ja toimintaa havainnollistetaan kuvassa 1. Aluksi käsitellään komponentin pystysuuntaista rakennetta ja toimintaa. Tämä käsittely kohdistuu VCSEL-.in optiseen akseliin 20 21, mikä on esitetty kuvassa 1 katkoviivalla. VCSEL- kerrosrakenne on puolijohdealustan 22 päällä. Raken-teen ytimessä on aktiivinen kerros 23, joka tyypilli- ***** sesti sisältää yhden tai useampia kvanttikaivoja. Ak- ···* tiivinen kerros sijaitsee alemman ja ylemmän peilin * 25 24, 25 välissä. Tyypillisesti peilit on muodostettu ^ · jaettuina Braggin heijastimina (DBR, Distributed Bragg ···
Reflectors) , joista kukin koostuu monikerroksisesta pinosta ohutkalvoja, joilla on vuorottelevat taiteker- ·*·,. toimet ja aallonpituuden neljänneksen paksuus. Peilien .···, 30 ja aktiivisen kerroksen välissä on tavallisesti alempi ···* β· ja ylempi välikerros 26a, 26b, jotka puolestaan voi • · · *· *ί olla tehty yhdestä tai useammasta ohutkalvosta. Uloim- ***** mat kerrokset ovat alempi ja ylempi kontaktikerros 27, 28 virran syöttämiseksi VCSEL-rakenteen läpi.
35 VCSEL:it valmistetaan tavallisesti puolijoh- • m dekiekkojen päälle käyttäen erilaisia puolijohteiden prosessointivaiheita kuten epitaksiaalista kerroskas- 119039 • · 11 vatusta, eristekasvatusta, litografista kuviointia, etsausta, lämpökäsittelyä, oksidointia ja diffusoin-tia. Tavallisesti tavoitellun VCSEL-rakenteen tasopro-jektiot määritetään aluksi litografisesti kiekon pääl-5 le eli xy-tasoon. Sitten nämä xy-kuviot siirretään kolmiulotteisiksi (3D) rakenteiksi käyttäen muita puolijohteiden prosessointivaiheita käsittäen esimerkiksi etsausta. Esimerkki 3D-rakenteesta on ylempi kontakti-kerros 28 kuvassa 1. Joitakin prosessivaiheita voidaan 10 myös toteuttaa ennen ensimmäistä litografiavaihetta yksiulotteisten (ID) rakenteiden luomiseksi, jotka muuttuvat vain pystysuoran z-akselin suunnassa, joka on kohtisuorassa puolijohdekiekon pintaan nähden.
Toiminnassa aktiiviseen kerrokseen 23 virtaa-15 va sähkövirta tuottaa aluksi fotoneja spontaanin emission kautta. Fotonit kimpoilevat sitten edestakaisin alemman ja ylemmän peilipinon 24, 25 välillä eli re sonoivat laserkaviteetissa. Kun sähkövirta ja fotonit molemmat kulkevat aktiivisen kerroksen läpi, tuottavat 20 ne stimuloitua emissiota eli identtisiä kopioita alku-, . peräisistä fotoneista. Aktiivisen kerroksen 23 vahvis- * i · ***** tus kasvaa syötetyn sähkövirran funktiona ja kynnys- ··· ··.: virran yläpuolella stimuloitu emissio alkaa olla hai- 9 *J*’; litseva suhteessa spontaaniin emissioon ja VCSEL 20 *"*! 25 alkaa laseroida. Silloin aktiivisen kerroksen vahvis- : ;*j tus on suurempi kuin optiset häviöt kaviteetissa ja ··· ·***. sen ulkopuolella. Peilien 24, 25 äärellinen heijasta- ··· vuus sallivat osan valosta poistua kaviteetista. Tämä ;·, myös tuottaa VCSEL: in optisen ulostulon, joka kerätään *... 30 tyypillisesti ylemmän peilin 25 läpi. Joissakin tapa-
• S
·;* uksissa ulostulo voidaan myös kerätä alemman peilin 24 • · V*: läpi. VCSEL:in 20 pystykaviteetti on tyypillisesti *:**: niin ohut, että se tukee vain yhtä pitkittäistä aalto- .*. muotoa.
• · · • · · * *. 35 Seuraavassa selitetään tyypillisen VCSEL:in *···· 3D-rakennetta ja toimintaa. Kuten todettua yllä, kerätään ulostulo tavallisesti ylemmän peilin läpi ja ak- 119039 • · 12 tiivisen kerroksen alapuoliset kerrokset ovat sähköisesti johtavia. Silloin alempi kontakti voidaan helposti toteuttaa alustan takapuolelle, kuten kuvassa 1 on esitetty. On kuitenkin vaikeaa tehdä optisesti lä-5 pinäkyvä sähköinen kontakti ylemmän peilin päälle. Näin ollen, kuten kuvassa 1 esitetään, toteutetaan ylempi kontakti tyypillisesti kuvioituna metalliker-roksena 28, jossa on optinen aukko 29.
Joissakin tunnetuissa VCSEL-esimerkeissä 10 kaikki kerrokset laserkaviteetissa ovat tasaisia xy-tasossa eli niillä ei ole mitään poikittaisia rakenteita, jotka ohjaisivat joko valoa tai sähkövirtaa. Sellaisissa VCSEL:eissä sähkövirran vuo ylemmästä kontaktista aktiiviseen kerrokseen riippuu voimakkaasti 15 ylemmän kontaktin geometriasta. Sähkövirran vuo rajoitettuun alueeseen aktiivista kerrosta ylemmän kontak-tikerroksen geometrian mukaisesti saa aikaan poikittaisen vahvistusprofiilin paikallistumista ja tämä johtaa spontaanin emission paikallistumiseen. Paikal-20 listunut valon emissio, heijastukset peileistä ja ma- t., teriaalien epälineaariset ominaisuudet kasvattavat » · * * * paikallisesti taitekerrointa optisen akselin läheisyy- *·· *··ϊ dessä luoden laserkaviteettiin näin optisen aaltojoh- * * teen. Tuloksena olevan VCSELiin sanotaan silloin ole- *·**· 25 van vahvistusohjatun. Resonoivan optisen säteen itsen- i#jti sä muodostamalla aalto johteella on hyvin pieni taite- :***· kerroinero, joka muuttuu sähkövirran funktiona.
···
Kuvan 1 VCSEL edustaa toista lähestymistapaa.
;·, Komponenttiin on järjestetty sähkövirtaa ohjaava ra- • · · 30 kenne 30 aiheuttamalla ylempään välikerrokseen 26b • · *;* poikittaisia johtavuusmuutoksia. Samanlaisia rakentei- · ta voisi olla järjestettynä myös muihin kerroksiin *:**! ylemmän kontaktin 28 ja aktiivisen kerroksen 23 välil- t·*. le. Kerrosten johtavuutta voidaan paikallisesti muut- • * · * *, 3 5 taa esimerkiksi käyttämällä implantaatiota tai oksi dointia. Vaihtoehtoisesti osia kerroksista voidaan etsata pois ja mahdollisesti korvata toisilla materiaa- • ·
M
13 1 19039 leiliä. Alan ammattilaiselle kaikki nämä menetelmät ovat hyvin tuttuja. Esimerkkejä tunnetuista sähkövirran kuristus- ja rajoitusrakenteista voidaan löytää esimerkiksi US-patenteista numeroiltaan 6751245 ja 5 5412680. Kuvioidulla ylemmällä kontaktilla ja virtaa ohjaavilla lisärakenteilla voidaan sähkövirran vuo ohjata rajoitettuun osaan aktiivista kerrosta ja poikittainen vahvistusprofiili voidaan optimoida. Tämä mahdollistaa sekä VCSEL:in kynnysvirran että optisen vas-10 teajän alentamisen.
Joissakin tunnetuissa VCSEL-esimerkeissä, kuten esitetään myös kuvassa 1, resonoiva optinen säde rajataan poikittaisella taitekerroinrakenteella 31, joka muodostaa optisen aaltojohteen ylemmän ja alemman 15 peilin välille. Poiketen vahvistusohjatuista VCSEL:eistä näiden VCSELreiden sanotaan olevan taite-kerroinohjattuja. Poikittaiset taitekerroinrakenteet 31 voidaan valmistaa samalla tavalla kuin edellä kuvatut sähkövirtaa ohjaavat rakenteet ja joissakin tapa-20 uksissa samat rakenteet ohjaavat sekä sähkövirtaa että m. , valoa. Tyypillisesti taitekerroinero on suurempi tai- • · · * ; tekerroinohjatuissa kuin vahvistusohjatuissa • t· VCSEL reissä. Kuitenkin myös epälineaariset ilmiöt voi- ‘ * vat muuttaa taitekerroinohjatun VCSEL:in taiteker- ***** 25 roineroa sähkövirran funktiona ja joissakin VCSEL:eissä voi olla yhdistelmä vahvistus- ja taite- :***: kerroinohjausta.
• · ·
Kuten on esitetty kuvassa 1, optinen aukko 29 ;·, ja mahdolliset sähkövirtaa ja valoa ohjaavat rakenteet • ·· 30 30, 31 ovat tavallisesti sylinterisymmetrisiä optisen • · *1* akselin 21 ympärillä. Itse asiassa koko VCSEL-pino 20 • * *.**: on usein muodostettu sylinterimäiseksi pilariksi alus- "**: tan päälle. Sylinterisymmetrisissä rakenteissa on on- ,·[«. gelmana, että sylinterimäisten rakenteiden poikkileik- • t * * *. 3 5 kaus kuin myös syötetty sähkövirta täytyy pitää suh teellisen alhaisena toiminnan pitämiseksi yksimuotoi-sena. Tämä tarkoittaa rajoittunutta ulostulotehoa.
• · < 14 1 1 9039
Tunnetaan myös joitakin ei-sylinterimäisiä VCSEL:eitä. Kuitenkin poikkeamista sylinterisymmetri-asta käytetään yleensä vakauttamaan VCSEL:in ulostulon polarisaatiota ja sellaiset VCSEL:it ovat usein itse 5 asiassa symmetrisiä suhteessa sekä x~ että y-akseliin. Esimerkkejä sellaisista VCSEL:eistä voi löytää esimerkiksi US-patentista numeroltaan 5412680. Lukuun ottamatta edellä käsiteltyjä fotonikidetyyppisiä VCSEL:eitä ei sylinterisymmetrian puutetta ole tarkoi-10 tettu yksimuotoisten VCSELreiden ulostulotehon tai ulos tulevan säteen leveyden kasvattamiseen.
Kuvan 2 kaavio esittää VCSELriä 1, jolla on samankaltainen kerrosrakenne kuin kuvassa 1 esitetty. Komponentti on suunniteltu emittoimaan valoa optista 15 akselia 2 pitkin. Puolijohdealustan 3 alapuolella on alempi kontaktikerros 4. Optinen kaviteetti on muodostettu alemmalla ja ylemmällä pinolla ohutkalvoja, jotka muodostavat alemman ja ylemmän peilin 5, 6. Niiden välissä, erotettuna peileistä välikerroksilla 7a, 7b, 20 on aktiivinen kerros valon tuottamiseksi. Rakenteen päällä on ylempi kontaktikerros 9, jossa on aukko 10 • · V.' optisen akselin 2 ympärillä laserin ulostuloa varten.
Ylemmässä välikerroksessa on sähkövirtaa ohjaava ra- *:**: kenne 11 sähkövirran vuon rajaamiseksi lähelle optista ····· 25 akselia 2. Alemmassa välikerroksessa 7a on optinen ra- . joitusrakenne 12, joka on toteutettu taitekerroinvaih- • · · • · · ,···, teluina. Lisäksi alempi peili 5 käsittää heijastuksen • · muokkausrakenteen 13, jolla saadaan aikaan korkea hei- .. jastavuus vain optisen akselin 2 lähellä. Näin laser- • · • " 30 ointitoiminta rajataan tehokkaasti optisen akselin 2 • · *.··* läheisyyteen.
;*·.· Perustavanlaatuisena erona kuvan 2 VSCELrin · ja kuvassa 1 esitetyn tunnetun tekniikan mukaisen komponentin välillä aukon 10 ja muiden ohjausrakenteiden • · · *·*·* 35 11, 12, 13 geometriat eivät ole pyöreitä. Sen sijaan, ***** kohtisuoraan optiseen akseliin 2 nähden olevassa ta sossa, kukin niistä on olennaisesti T:n muotoinen T:n • · ♦ 15 1 1 9039 ollessa melko leveä. T:n kannan suunnassa kukin mainituista rakenteista sijaitsee kohdassa, jossa Tm haarojen kuvitteelliset keskilinjat ovat suunnattuina optisen akselin ohi. Sen sijaan T:n haarojen suunnassa 5 geometriat sijaitsevat symmetrisesti optiseen akseliin 2 nähden. Tm haarat toimivat aaltomuotonieluina ohjaten korkeammat sivuttaiset aaltomuodot pois optiselta akselilta varmistaen siten VCSELiin ulostulon yksimuo-toisuuden. Tämänkaltaisella aaltomuodon valintamuodon 10 geometrialla on mahdollista säilyttää yksimuototoimin-ta säteen koolla, joka on merkittävästi suurempi kuin perinteisellä ympyräsymmetrialla. Lisäksi tämänkaltaiset geometriat voidaan toteuttaa vakioilla valmistusvaiheilla ilman mitään erikoismenetelmiä.
15 Kuvissa 3a - 3c esitetään esimerkkejä erilai sista esillä olevan keksinnön mukaisista aaltomuodon valintamuodoista. Kukin niistä käsittää pitkittäisen osuuden 101, jolla on yksipuolinen levenemä 102 niin, että levenemän kohdalle muodostuu keskusalue 103 pe-20 rusaaltomuodon keskittämiseksi siihen. Pitkittäinen osuus on suunnattu niin, että sen kuvitteellinen kes- • · • · · *·'·' kilinja kulkee optisen akselin 2 ohi. Pitkittäisen osuuden pituussuunnassa optinen akseli 2 sijaitsee * "**ϊ olennaisesti levenemän 102 keskellä. Kuvassa 3a le- ·;·1: 25 venemä sijaitsee yhtä suurella etäisyydellä kummasta™ • ;1· kin pitkittäisen osuuden päistä 104 niin, että aalto™ • · ,···, muodon valintamuoto on leveän T-kirjaimen kaltainen.
• ·
Kuvien 3b ja 3c aaltomuodon valintamuodoissa levenemä .. 102 sijaitsee pitkittäisen osuuden 101 päässä. Kuvassa • · *.,]1 30 3c esitetty muoto käsittää itse asiassa neljä ident- • · *·;·1 tistä alimuotoa, joiden keskusalueet 103 yhtyvät ja pitkittäiset osuudet ovat suunnattuina kohtisuoraan • · toisiinsa nähden. Aaltomuodon valintamuodon äärivii- • · ,1t vassa voi levenemän kohdalla olla äkillisiä portaita • · · ’·1·1 35 kuten kuvassa 3a, mutta kaikki suunnanmuutokset voivat 1 myös olla pyöristettyjä kuten kuvissa 3b ja 3c, joko • · * 16 1 1 9039 tarkoituksellisesti tai valmistusprosessien äärellisestä resoluutiosta johtuen.
Yksityiskohtaisemmin kukin kuvissa 3a - 3c esitetyistä aaltomuodon valintamuodoista on mitoitettu 5 rajoittamaan poikittainen perusaaltomuoto keskusalu eelle 103 ohjaten samalla korkeammat aaltomuodot pois optiselta akselilta 2 pitkittäisen osuuden 101 kautta. Pitkittäinen osuus itsessään voi olla suunniteltu toimimaan aaltomuotonieluna vaimentaen korkeampia aalto-10 muotoja. Vaihtoehtoisesti pitkittäinen osuus voi olla liitettynä erityiseen aaltomuotonielurakenteeseen. Erityisesti kuvan 3a T:n muotoisessa geometriassa mainittu ohjausvaikutus voidaan toteuttaa valitsemalla kannan leveys W, korkeus H ja T:n haarojen paksuus si-15 ten, että seuraavat ehdot toteutuvat: — <0,3+ , h/H- ja A//fa0,5.
H 4l-(h/H?
Kuten on esitetty ohuilla kenttäviivoilla kuvissa 3a - 3c, poikittaisen perusaaltomuodon intensiteetti jakauma ulottuu keskusalueelta hieman pitkittäi- . . 20 selle osuudelle (pitkittäisille osuuksille). Tämä pie- • * « • · · *; ni epätäydellisyys kompensoituu kuitenkin hyvin esillä • » · ···· olevan keksinnön mukaisilla aaltomuodon valintamuo- * * doilla saavutettavissa olevilla kokonaisteholla ja sä- teen koolla.
rj*: 25 Yleisesti ottaen täsmällisten muotoparametri- ;***; en suunnittelu mainitun aaltomuodon valintatoiminnon ··» aikaansaamiseksi voidaan tehdä esimerkiksi kenttien ;·, laskemiseen erilaisissa valoa ohjaavissa rakenteissa • tt tarkoitetulla laskentaohjelmistolla.
a · • ♦ *" 30 On ilmeistä alan ammattilaiselle, että kek- a · !.*·· sinnön perusidea voidaan toteuttaa eri tavoilla. Kek- :··· sintöä ja sen toteutusmuotoja ei näin ollen millään muotoa rajoiteta yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan * · » *t ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.
*·*·*: 35

Claims (11)

119039 • · *
1. VCSEL-rakenne (1) (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), jossa on pystysuuntainen optinen akseli (2) , VCSEL-rakenteen käsittäessä alemman sähköi-5 sen kontaktikerroksen (4) , alemman ja ylemmän peilira-kenteen (5, 6), jotka muodostavat optisen resonanssi- kaviteetin väliinsä alemman kontaktikerroksen yläpuolelle, aktiivisen kerroksen (8) mainitussa resonaattorissa ja ylemmän sähköisen kontaktikerroksen (9) mai-10 nitun resonaattorin yläpuolella, jossa vähintään yksi VCSEL:in optiseen akseliin nähden kohtisuora poikkileikkaus käsittää aaltomuodon valintamuodon (10), joka edistää resonaattorin poikittaisen perusaaltomuodon ulostuloa ehkäisten samalla korkeampia aaltomuotoja, 15 tunnettu siitä, että aaltomuodon valinta-muoto (10) käsittää pitkittäisen osuuden (101), joka on suunnattu optisen akselin (2) ohi ja jolla on yksipuolinen levenemä (102) muodostaen keskusalueen (103) optisen akselin ympärille, aaltomuodon valintamuodon 20 geometrian ollessa valittu keskittämään perusaaltomuo-to keskusalueeseen ja ohjaamaan mahdolliset korkeammat • · aaltomuodot pitkittäisen osuuden kautta pois optiselta akselilta.
• ♦ . 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen VCSEL- 25 rakenne (1), tunnettu siitä, että levenemä • · · M.* (102) sijaitsee erillään pitkittäisen osuuden (101) #·· päistä (104) .
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen VCSEL- rakenne (1), tunnettu siitä, että aalto- 3. muodon valintamuodon (10) geometria on olennaisesti • · · ,* t T:n muotoinen T:n kannan muodostuessa levenemästä • · * *· " (102) ja haarojen pitkittäisestä osuudesta (101).
* * 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen VCSEL- jV; rakenne (1), tunnettu siitä, että haarojen • · 35 paksuus h, T:n korkeus H ja kannan leveys w toteuttava h/H vat ehdot —< 0,3 + , ja h!H >0,5. H ψ-(Η/Η)2 A 119039 • ·
5. P atenttivaatimuksen 1 mukainen VCSEL-rakenne (1), tunnettu siitä, että levenemä (102) sijaitsee yhdessä pitkittäisen osuuden päistä (104).
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen VCSEL- rakenne (1), tunnettu siitä, että aaltomuodon valintamuoto (10) käsittää vähintään kaksi erisuuntaista pitkittäistä osuutta (101), joiden le-venemät (102) olennaisesti yhtyvät muodostaen yhden 10 keskusalueen (103).
7. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-6 mukainen VCSEL-rakenne (1), tunnettu siitä, että aaltomuodon valintamuoto (10) on järjestetty aukkona ylemmän kontaktin alueelle.
8. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-7 mukainen VCSEL-rakenne (1), tunnettu siitä, että aaltomuodon valintamuoto (10) on järjestetty virtaa ohjaavaan rakenteeseen (11) kontaktialueiden välissä.
9. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-8 , , mukainen VCSEL-rakenne (1), tunnettu siitä, • · * *·*·' että aaltomuodon valintamuoto (10) on järjestetty ··.: heijastusta muokkaavaan rakenteeseen (11) vähintään *·'" toiseen ylemmästä ja alemmasta peilistä. *"*: 25
10. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-9 : :*; mukainen VCSEL-rakenne (1), tunnettu siitä, ··· .·*·. että aaltomuodon valintamuoto (10) on järjestetty • · · valoa ohjaavaan rakenteeseen (12) optisen resonanssi- .. kaviteetin sisällä. « · • i· 3 0
11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen • · **;·* VCSEL-rakenne, tunnettu siitä, että aalto- : muodon valintamuoto (10) on toteutettu aaltomuodon va- • · ·;··{ lintamuodon sisä- ja ulkopuolen välisen taiteker- .*. roineron avulla. • · · » « · * · • · 119039 • ·
FI20061148A 2006-12-21 2006-12-21 Pystykaviteettinen pintaemittoiva laserrakenne FI119039B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20061148A FI119039B (fi) 2006-12-21 2006-12-21 Pystykaviteettinen pintaemittoiva laserrakenne
PCT/FI2007/050718 WO2008074927A1 (en) 2006-12-21 2007-12-21 Vertical cavity surface emitting laser structure
US12/520,135 US20100103969A1 (en) 2006-12-21 2007-12-21 Vertical cavity surface emitting laser structure
EP07858369A EP2102951A1 (en) 2006-12-21 2007-12-21 Vertical cavity surface emitting laser structure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20061148A FI119039B (fi) 2006-12-21 2006-12-21 Pystykaviteettinen pintaemittoiva laserrakenne
FI20061148 2006-12-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20061148A0 FI20061148A0 (fi) 2006-12-21
FI119039B true FI119039B (fi) 2008-06-30

Family

ID=37623770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20061148A FI119039B (fi) 2006-12-21 2006-12-21 Pystykaviteettinen pintaemittoiva laserrakenne

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20100103969A1 (fi)
EP (1) EP2102951A1 (fi)
FI (1) FI119039B (fi)
WO (1) WO2008074927A1 (fi)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012009727A (ja) * 2010-06-28 2012-01-12 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
US9014231B2 (en) 2012-02-02 2015-04-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Vertical cavity surface emitting laser nanoscope for near-field applications
JP7081906B2 (ja) * 2017-06-02 2022-06-07 浜松ホトニクス株式会社 半導体発光素子及び半導体発光素子の位相変調層設計方法
US11451009B2 (en) * 2019-04-18 2022-09-20 Lumentum Operations Llc Vertical cavity surface emitting laser mode control

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5412680A (en) * 1994-03-18 1995-05-02 Photonics Research Incorporated Linear polarization of semiconductor laser
JPH09260763A (ja) * 1996-03-18 1997-10-03 Olympus Optical Co Ltd 半導体レーザ装置
JP3783411B2 (ja) * 1997-08-15 2006-06-07 富士ゼロックス株式会社 表面発光型半導体レーザ
US5915165A (en) * 1997-12-15 1999-06-22 Xerox Corporation Method of manufacturing vertical cavity surface emitting semiconductor lasers using intermixing and oxidation
US7095767B1 (en) * 1999-08-30 2006-08-22 Research Investment Network, Inc. Near field optical apparatus
GB2362614A (en) * 2000-05-23 2001-11-28 Magna Interior Sys Ltd A reversible vehicle floor panel with rotatable bearing means
WO2002027874A2 (en) * 2000-09-29 2002-04-04 Cielo Communications, Inc. High speed optical subassembly with ceramic carrier
US6589805B2 (en) * 2001-03-26 2003-07-08 Gazillion Bits, Inc. Current confinement structure for vertical cavity surface emitting laser
JP4621393B2 (ja) * 2001-03-27 2011-01-26 富士ゼロックス株式会社 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法
EP1276188A3 (en) * 2001-04-05 2003-03-19 Avalon Photonics AG A vertical-cavity surface-emitting laser with enhanced transverse mode stability and polarization stable single mode output
EP1496583B1 (en) * 2003-07-07 2016-05-18 II-VI Laser Enterprise GmbH A vertical cavity surface emitting laser having improved transverse mode control and a method of forming the same

Also Published As

Publication number Publication date
FI20061148A0 (fi) 2006-12-21
WO2008074927A1 (en) 2008-06-26
EP2102951A1 (en) 2009-09-23
US20100103969A1 (en) 2010-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0999621B1 (en) Semiconductor device with aligned oxide apertures and contact to an intervening layer
Ryu et al. Two-dimensional photonic crystal semiconductor lasers: computational design, fabrication, and characterization
KR101014412B1 (ko) 면발광형 반도체 레이저소자
TWI483498B (zh) 多模式垂直空腔表面發射雷射陣列
CN101359807B (zh) 表面发射激光器
US20070242715A1 (en) Mode and polarization control in vcsels using sub-wavelength structure
JP2015523726A (ja) 偶発的ディラック点によって有効化されるフォトニック結晶面発光レーザー
Jugessur et al. One-dimensional periodic photonic crystal microcavity filters with transition mode-matching features, embedded in ridge waveguides
Danner et al. Coupled-defect photonic crystal vertical cavity surface emitting lasers
EP1035621B1 (en) A semiconductor laser device and method for fabrication thereof
WO2010038067A1 (en) Vcsel with non-circular mesa and current confinement aperture for higher-order lateral mode emission
US9515449B2 (en) Metal-insulator-metal waveguide for nano-lasers and optical amplifiers
FI119039B (fi) Pystykaviteettinen pintaemittoiva laserrakenne
CN109244827B (zh) 一种用于纳米激光器的高斯型金属半导体谐振腔
Zhou et al. On-chip photonic crystal surface-emitting membrane lasers
TW550868B (en) Semiconductor laser with lateral light confinement by polygonal surface optical grating resonator
Danner et al. Progress in photonic crystal vertical cavity lasers
Lu et al. Metal-cavity surface-emitting nanolasers
JPH03110884A (ja) 分布帰還型半導体レーザーおよびその製造方法
US7801198B2 (en) Surface emitting laser element and method of fabricating the same
KR102196386B1 (ko) 레이저 다이오드, 광 집적 소자, 및 이의 제조 방법
Huang et al. Monolithic microlens VCSELs with high beam quality
Padullaparthi Appendix A: VCSELs Design Engineering
Choquette et al. Vertical cavity photonic integrated circuits
JP2014154680A (ja) 半導体レーザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 119039

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed