JP2014508425A - 高インジウムおよび低アルミニウムを有する量子井戸と高アルミニウムおよび低インジウムを有するバリア層とを備えトラップが削減されたレーザ - Google Patents
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Abstract
Description
有する活性領域を含みうる。量子井戸と量子井戸バリアとは、それらの間にある1つまたは複数の遷移層によって分離されうる。遷移層は、量子井戸と量子井戸バリアとの間の界面に配置されていることから、界面層とも称されることがある。電気的封止層は、活性領域を挟み、キャリアを活性領域に封止することによって、光学利得効率を提供する。封止層は、多くのIII−V族化合物の場合には高アルミニウム含有量(例えば、III族の材料に対して、60%から100%のAl)に変換される高エネルギー・バンド・ギャップの領域を有しうる。アルミニウム含有量は、活性領域の量子井戸バリアにおけるバンド・ギャップと比べて比較的広いバンド・ギャップを材料に与えるように選択することが可能である。この広いバンド・ギャップを有する材料は、封止層に優れたキャリア封止を与えることができ、活性領域の効率を向上させることが可能になる。例示的な実施形態では、高アルミニウムの領域は、ドーピングについても増加を含みうる。封止層は、封止バリアが活性領域のn側にあるのかp側にあるのかに応じて、p型またはn型のドーパントを用いてドープすることができる。
または約45%から約75%、または約55%から約65%、または約65%という範囲を取りうる。Inが著しく低いときには、量子井戸バリアは、Al(In)GaAsと表現することができる。Inが欠けている場合には、量子井戸バリアはAlGaAsとなりうる。
Alの層に直接に接していない限り、多くのタイプの材料を用いることも可能である。
Asであるが、他のIII族およびV族の半導体材料で作ることも可能である。ミラー・スタック116および124はドープされている場合も、または、ドープされていない場合もありうるが、ドーピングは、特定のVCSEL設計に応じてn型またはp型でありうる。しかし、他のタイプのVCSELミラーを用いることが可能である。
図4は、VCSELの実施形態の一部400の概略図を含む。VCSEL400は、結晶基板420と、第1のミラー領域416と、第1の導通領域414と、第1の導通領域414と関連する接点428と、活性領域412と、酸化物層422と、第2の導通領域410と、第2のミラー領域418と、接点424と、動作可能なVCSELフォーマットに配列されたレーザ出力アパーチャ426と、を含みうる。活性領域412を除き、これらのコンポーネントの任意のものは、当該技術分野において標準的なものとして準備可能であるか、または、VCSELのために開発されることが可能である。
の材料でありうる。GaAs基板上に位置する第1のミラー領域416は、1つまたは複数の屈折率を有する複数の第1のミラー層を有する場合がある。第1の導通領域414は、活性領域412に動作可能に結合することができる。接点428は、活性領域412が電流で充電されると電子のための経路を提供するように、第1の導通領域414と関連付けることが可能である。本明細書でより詳細に説明されるように、活性領域412は、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層が存在するように、1つまたは複数の量子井戸バリアによって結合された1つまたは複数の量子井戸を含むことがありうる。酸化物層422は、二酸化シリコンなど任意の保護のための酸化物でありうるが、保護のための窒化物または炭化物を用いることもできる。第2の導通領域410は、活性領域412と動作可能に結合することができる。第2のミラー領域418は、第2の導通領域の上の活性領域とは反対側に配置することができる。第2のミラー領域は、1つまたは複数の屈折率を有する複数の第2のミラー層を有する。接点424は、活性領域が動作するための電気的導通のための任意のタイプの電気的接点でよい。レーザ出力アパーチャ426は、動作可能なVCSELフォーマットに配列することができる。
波動関数の空間的拡がりが、他方のキャリアの85%またはそれよりも小さくなるように、つまり行列要素が強化されるように、量子井戸と量子井戸バリアとを変調することによって構成することが可能である。これは、一方の井戸の物理的サイズを他方の井戸の物理的サイズよりも小さくすることによって、行うことが可能である。例えば、共通の量子井戸と量子井戸バリアとの境界においてSbを用いることにより、電子井戸に対して正孔井戸が広くなる。井戸においてSbを補助的に用いることにより、電子井戸がより浅くなり、正孔に対する封止が減少し、正孔に対する波動関数を更にいくらか拡張することが可能になる。空間的な拡がりの百分率に対するキャリアの波動関数は、70%未満もしくは約70%、または、55%未満もしくは約55%でありうる。
1/4にならないように構成することができる。いくつかの場合には、ミラーは、第1の酸化物が第1の消失点となるように、量子井戸または量子井戸バリアに隣接して開始することがありうる。
の単位層、または10未満の単位層など、本明細書で説明されているGaPおよびGaAsPの界面遷移層と同じ寸法でありうる。
び/またはGaAsPを有する1つまたは複数の遷移単一層によって分離されうる。
一実施形態では、活性領域は、量子井戸バリアと量子井戸との間に1つまたは複数の遷移単一層を含んでおり、この1つまたは複数の遷移単一層は、III族元素および/またはV族元素と量子井戸バリアおよび/または量子井戸との相互拡散の結果として、1つまたは複数の遷移単一層を有さない量子井戸バリアと量子井戸との間のIII族元素および/またはV族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する1つまたは複数の遷移単一層が生じるように選択された、第3の材料で形成されている。
を含みうる。
相互に「動作可能な態様で接続されている」または「動作可能な態様で結合されている」ものとして見なすことも可能であり、そのように関連付けられることが可能である任意の2つのコンポーネントは、所望の機能を達成するために相互に「動作可能な態様で結合可能である」ものとしても見なすことが可能である。動作可能な態様で結合可能な特定の例には、これらに限定されることは意図されていないが、物理的に組み合わせ可能および/または物理的に相互作用をするコンポーネントおよび/またはワイヤレスで相互作用可能および/またはワイヤレスで相互作用をするコンポーネントおよび/または論理的に相互作用をするおよび/または論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれうる。
理解されるはずである。例えば、「AまたはB」という表現は、「A」もしくは「B」、または、「A」および「B」という可能性を含むものと理解される。
Claims (22)
- (Al)InGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、
該1つまたは複数の量子井戸層を結合するAl(In)GaAsを有する2つまたはそれより多くの量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積された1つまたは複数の遷移単一層と、
からなり、該量子井戸、バリア、および遷移単一層は実質的にトラップを有していない垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)。 - 前記1つまたは複数の遷移単一層が、GaP、GaAs、GaAsP、および/またはGaAsPSbを含む、請求項1に記載のVCSEL。
- 前記2つまたはそれより多くの遷移単一層がAlInGaAsを含んでおり、より高いInおよびより低いAlを有する量子井戸側の単一層と比較すると、バリア側の単一層がより低いInおよびより高いAlを有している、請求項1に記載のVCSEL。
- 前記1つまたは複数の遷移単一層がAlおよびInを欠いている、請求項1に記載のVCSEL。
- Inが約2%から約11%の範囲にあり、Gaが約89%から約98%の範囲にある、InGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、
Alが約25%から約40%の範囲にあり、Inが約0%から約2%の範囲にあり、Gaが約60%から約75%の範囲にある、AlGaAsまたはAl(In)GaAsを有する1つまたは複数の量子井戸バリアと、
前記量子井戸と量子井戸バリアとの間にあり、GaAs、GaAsP、またはGaAsPSbを有する1つまたは複数の遷移層と、
からなる、請求項1に記載のVCSEL。 - Alが約6%から約11%の範囲にあり、Inが約8%から約20%の範囲にあり、Gaが約69%から約86%の範囲にある、AlInGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、
Alが約25%から約40%の範囲にあり、Inが約0%から約2%の範囲にあり、Gaが約60%から約75%の範囲にある、AlGaAsまたはAl(In)GaAsを有する1つまたは複数の量子井戸バリアと、
前記量子井戸と量子井戸バリアとの間にあり、GaAs、GaAsP、またはGaAsPSbを有する1つまたは複数の遷移層と、
からなる、請求項1に記載のVCSEL。 - 前記1つまたは複数の遷移単一層がGaAs1−wPwを有しており、wが0から1の範囲にある、請求項1に記載のVCSEL。
- In0.04Ga0.96Asを有する1つまたは複数の量子井戸と、
Al0.35Ga0.65Asを有する1つまたは複数の量子井戸バリアと、
GaAs0.35P0.65を有する1つまたは複数の遷移層と、
からなる、請求項1に記載のVCSEL。 - GaP、GaAs、および/またはGaAsPを有する1、2、または3個の遷移単一層を備えている、請求項1に記載のVCSEL。
- 前記量子井戸バリア層の外部に1つまたは複数の電気的封止層を備えている、請求項1に記載のVCSEL。
- 前記1つまたは複数の遷移単一層が前記量子井戸と量子井戸バリアとの間の低ギャップ界面層の形成を禁止するのに十分である、請求項1に記載のVCSEL。
- 前記1つまたは複数の遷移単一層が活性領域の差動利得を増加させるように構成されており、該差動利得の増加が、前記1つまたは複数の遷移単一層を有していないVCSELと比較される、請求項1に記載のVCSEL。
- 前記1つまたは複数の量子井戸バリア層と、前記量子井戸バリア層を結合する第1の導通層と第2の導通層との少なくとも一方との間に酸化物層を備えており、該酸化物層が、
キャパシタンスを減少させるように構成されている複酸化物であるか、または、
前記1つまたは複数の量子井戸と関連するミラー領域とに関する第1の消失点にある、請求項1に記載のVCSEL。 - 前記1つまたは複数の量子井戸と、
前記1つまたは複数の量子井戸のそれぞれを結合する前記2つまたはそれよりも多くの量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積された前記1つまたは複数の遷移単一層と、
を有する結晶構造を成長させるために分子線エピタキシ法(MBE)を用いる工程からなる、請求項1に記載のVCSELを準備する方法。 - Inが約2%から約11%の範囲にあり、Gaが約89%から約98%の範囲にあるInGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸、または、Alが約6%から約11%の範囲にあり、Inが約8%から約20%の範囲にあり、Gaが約69%から約86%の範囲にあるAlInGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、
Alが約25%から約40%の範囲にあり、Inが約0%から約2%の範囲にあり、Gaが約60%から約75%の範囲にあるAlGaAsまたはAl(In)GaAsを有する1つまたは複数の量子井戸バリアと、
該量子井戸と量子井戸バリアとの間にあり、GaAs、GaAsP、またはGaAsPSbを有する1つまたは複数の遷移層と、
を含むように前記VCSELを形成する工程を含む、請求項15に記載の方法。 - 前記量子井戸バリア層の外部に、AlInGaPおよび/またはAlGaAsを含む1つまたは複数の電気的封止層を形成する工程を含む、請求項15に記載の方法。
- (a)Al(In)GaAsを有する量子井戸バリアを成長させる工程と、
(b)GaP、GaAsP、またはGaAsのうちの1つまたは複数を有する遷移層を成長させる工程と、
(c)(Al)InGaAsを有する量子井戸層を成長させる工程と、
(d)GaP、GaAsP、またはGaAsのうちの1つまたは複数を有する別の遷移層を成長させる工程と、
(e)(a)から(d)までの工程を複数のサイクルにわたり反復する工程と、
(f)Al(In)GaAsを有する量子井戸バリアを成長させる工程と、
によって活性領域を成長させる工程からなる、垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)を準備する方法。 - Inが約2%から約11%の範囲にあり、Gaが約89%から約98%の範囲にあるIn
GaAsを有する1つまたは複数の量子井戸、または、Alが約6%から約11%の範囲にあり、Inが約8%から約20%の範囲にあり、Gaが約69%から約86%の範囲にあるInGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、
Alが約25%から約40%の範囲にあり、Inが約0%から約2%の範囲にあり、Gaが約60%から約75%の範囲にあるAlGaAsまたはAl(In)GaAsを有する1つまたは複数の量子井戸バリアと、
該量子井戸と量子井戸バリアとの間にあり、GaAs、GaAsP、またはGaAsPSbを有する1つまたは複数の遷移層と、
を含むように前記VCSELを形成する工程を含む、請求項17に記載の方法。 - 高いInおよび低いAlを有する1つまたは複数の量子井戸と、
高いAlおよび低いInを有しており該1つまたは複数の量子井戸層を結合する2つまたはそれより多くの量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積された1つまたは複数の遷移単一層と、
からなり、該量子井戸、バリア、および遷移単一層は実質的にトラップを有していない垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)。 - 前記1つまたは複数の量子井戸において、高いInが約2%から約6%の範囲にあり、低いAlが約0%から約12%の範囲にあり、
前記1つまたは複数の量子井戸バリアにおいて、高いAlが約25%から約40%の範囲にあり、低いAlが約0%から約2%の範囲にある、請求項19に記載のVCSEL。 - 前記1つまたは複数の遷移単一層が、GaP、GaAs、および/またはGaAsPを含む、請求項20に記載のVCSEL。
- 前記2つまたはそれより多くの遷移単一層がAlInGaAsを含んでおり、より高いInおよびより低いAlを有する量子井戸側の単一層と比較すると、バリア側の単一層がより低いInおよびより高いAlを有している、請求項20に記載のVCSEL。
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