JP2016036050A - 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
【課題】 量子井戸と量子井戸バリアとの間の界面でのトラップ形成を回避する。【解決手段】 VCSELが、(Al)InGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、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、を含んでいて、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ように構成できる。1つまたは複数の遷移単一層は、GaP、GaAs、および/またはGaAsPを含む。あるいは、このVCSELは、AlInGaAsの2つまたはそれより多くの遷移単一層を含んでおり、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を有するようにも構成可能である。【選択図】図2
Description
本発明は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に関する。
レーザは、データ伝送のための多くの現代の通信コンポーネントにおいて、一般的に用いられている。より一般的になっている使用の1つとして、データ・ネットワークにおけるレーザの使用がある。レーザは、ネットワーク上でデジタル・データを送信する多くの光ファイバ通信システムで用いられる。1つの例示的な構成では、レーザは、デジタル・データによって変調されて光信号を生じうるが、これには、光の周期とバイナリ・データ・ストリームを表す暗出力とが含まれる。実際には、レーザは、バイナリ・ハイを表す高い光出力と、バイナリ・ローを表すパワーがより低い光出力とを出力する。迅速な反応時間を得るために、レーザは常にオンであるが、高い光出力からそれよりも低い光出力に変動する。
光ネットワークは、銅線ベースのネットワークなど他のタイプのネットワークよりも優れた様々な長所を有する。例えば、多くの既存の銅線ネットワークは、可能であるほぼ最大のデータ伝送速度で、かつ、銅線技術にとって可能であるほぼ最大の距離で動作する。他方で、多くの既存の光ネットワークは、データ伝送速度と距離の両者に関して、銅線ネットワークにとって可能である最大値を超える。すなわち、光ネットワークは、銅線ネットワークを用いた場合に可能であるよりも、より高速で、より長距離にわたり、データを信頼できる態様で伝送することができる。
光データ伝送において用いられるレーザの1つのタイプとして、垂直キャビィティ面発光レーザ(VCSEL)がある。その名称が含意するように、VCSELは、2つのミラー・スタックの間に挟まれこれら2つのミラー・スタックによって画定されるレーザ・キャビィティを有している。VCSELは、典型的には、ガリウムヒ素(GaAs)などの半導体ウエハ上に構築される。VCSELは、半導体ウエハ上に構築されたボトム・ミラーを含む。典型的には、ボトム・ミラーは、高い屈折率の層と低い屈折率の層との多数を交代して含む。ある屈折率の層から別の屈折率の層へ光が通過すると、光の一部が反射される。十分な数の交代する層を用いることによって、高いパーセンテージの光を、ミラーによって反射させることができる。
多数の量子井戸を含む活性領域が、ボトム・ミラー上に形成される。活性領域は、ボトム・ミラーとトップ・ミラーとの間に挟まれたPN接合を形成するが、これらは、反対の導電型を有する(例えば、p型ミラーとn型ミラー)。なお、トップおよびボトム・ミラーの概念は、どちらかといえば任意でありうる。いくつかの構成では、光は、VCSELのウエハ側から抽出することができるが、その場合には、「トップ」ミラーは全体として反射性すなわち不透明である。しかし、本発明の目的では、「トップ」ミラーとは、物理的な構造においてそれがどのように配置されているかとは無関係に、光がそこから抽出されるミラーを意味する。正孔および電子という形式のキャリアは、PN接合が電流によって順バイアスされると、量子井戸の中へ注入される。十分に高いバイアス電流では、注入される少数キャリアが、光学利得を生じる反転分布を量子井戸において形成する。光学利得は、活性領域における光子が電子を刺激して伝導帯における正孔と再結合して価電子帯に至り追加的な光子を生じるときに、発生する。光学利得が2つのミラーの全損失を超えると、レーザ発振が生じる。
活性領域はまた、活性領域の近傍のトップおよび/またはボトム・ミラーにおいて形成される1つまたは複数の酸化物層を用いて形成される酸化物アパーチャを含みうる。この酸化物アパーチャは、光学キャビィティを形成することと、形成されるキャビィティの中央領域を通過するようにバイアス電流を方向付けることの両方の機能をする。あるいは、イオン注入、パターニングの後のエピタキシャル再成長、または他のリソグラフィック・パターニングなど、他の手段を用いてこれらの機能を実行することも可能である。
トップ・ミラーは、活性領域上に形成される。トップ・ミラーは、高い屈折率とそれよりも低い屈折率との間で交代する多数の層を一般的に備えているという点で、ボトム・ミラーと類似する。一般に、トップ・ミラーは、交代する高い屈折率の層と低い屈折率の層とのより少数のミラー周期を有することにより、VCSELのトップからの光の放出を向上させる。
例示的に述べると、レーザは、電流がPN接合を流れてキャリアを活性領域の中へ注入するときに、機能する。注入されたキャリアが伝導帯から量子井戸の中の価電子帯へ再結合することの結果として、ミラーによって画定されるレーザ・キャビィティで移動を開始する光子が生じる。ミラーは、光子を前後に反射する。キャビィティによってサポートされる波長における量子井戸状態の間で反転分布を生じさせるのにバイアス電流が十分であるときに、量子井戸において光学利得が生じる。光学利得がキャビィティ損失と等しいときには、レーザ発振が生じ、レーザはスレッショルド・バイアスにあると称され、光干渉光子がVCSELのトップから放出されるにつれて、VCSELはレーザ光を生じ始める。
VCSELの活性領域の組成がレーザの機能を決定しうると判断された。特に、量子井戸と量子井戸を包囲するバリア層との組成が注意深く準備されない場合には、量子井戸と量子井戸バリアとの間の界面にトラップが形成される可能性がある。トラップのそのような形成は、より大きなループに成長して非放射的な再結合の原因となるマイクロディスロケーション・ループを生じさせうる。そして、これによって、VCSELの故障が生じうる。したがって、量子井戸と量子井戸バリアとの間の界面におけるトラップのそのような形成を回避するように活性領域を設計することが効果的でありうる。
本明細書において特許請求されている主題は、どのような短所でも解決する実施形態、または、上述したような環境においてのみ動作する実施形態に限定されない。そうではなくて、この背景は、本明細書で説明されるいくつかの実施形態が実現されうる1つの例示的な技術を説明するために提供されているにすぎない。
一実施形態では、VCSELは、(Al)InGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、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、を含みうる。なお、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。1態様では、1つまたは複数の遷移単一層は、GaP、GaAs、および/またはGaAsPを含む。別の態様では、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を有する。また別の態様では、1つまたは複数の遷移単一層は、AlおよびInを欠いている。
一実施形態では、VCSELを準備する方法は、1つまたは複数の量子井戸と、1つまたは複数の量子井戸のそれぞれを結合する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)を用いる工程を含みうる。この方法は、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、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VCSELを形成する工程を含みうる。
一実施形態では、VCSELの活性領域を準備する方法は、(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、を含みうる。
一実施形態では、VCSELは、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、を含みうる。ただし、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。この実施形態では、1つまたは複数の量子井戸は、以下によって特徴付けられる。すなわち、高いInは約2%から約6%の範囲にあり、低いAlは約0%から約12%の範囲にある。また、1つまたは複数の量子井戸バリアにおいては、高いAlは約25%から約40%の範囲にあり、低いInは約0%から約2%の範囲にある。
例えば、1つまたは複数の遷移単一層は、GaP、GaAs、および/またはGaAsPを含みうる。あるいは、2つまたはそれより多くの遷移単一層は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。
本開示の他の特徴に加え、以上のおよび以下の情報は、添付の図面と共に以下の説明と添付の特許請求の範囲とを考察することにより、より完全に明らかになるはずである。これらの図面は本開示によるいくつかの実施形態を示すだけであり、したがって、その範囲を限定するものと考えられるべきではないことを理解していただいた上で、本開示が、添付の図面の使用を通じ、追加的な特定事項と詳細とを用いて説明される。
なお、以下の図面は、すべて、本明細書において説明される実施形態の少なくとも1つに従って配列されており、この配列は、当業者であれば、本明細書で提供される開示に従って修正が可能である。
以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部を形成する添付の図面を参照する。図面においては、類似の記号は、典型的には、そうでないことを文脈が指示していない限り、類似のコンポーネントを識別する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載されている説明のための実施形態は、限定を意図していない。本明細書で提示されている主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることが可能であり、他の変更を行うことができる。本明細書で一般的に説明され図面に図解されている本開示の諸態様は、非常に様々な異なる構成で、配列され、置き換えられ、組み合わされ、分離され、そして設計されることが可能であり、それらはすべてが本明細書で明示的に考察されている、ということは容易に理解できるはずである。
本発明の半導体デバイスは、任意のタイプの半導体から製造が可能である。適切な材料の例には、III−V族の材料(例えば、1つまたは複数のIII族の半導体材料(ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)およびウンウントリウム(Uut))と、1つまたは複数のV族の材料(窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)およびウンウンペンチウム(Uup)(未認定))とから準備される)と、オプションとして、いくつかのタイプのIV族の材料が含まれる。
半導体デバイスは、1つまたは複数の量子井戸と1つまたは複数の量子井戸バリアとを
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。
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。
量子井戸は、Alが低量でありInが大量であるAlInGaAsを含みうる。量子井戸バリアは、Inが低量でありAlが大量であるAlInGaAsを含みうる。遷移層が量子井戸と量子井戸バリアとの間に含まれることがあり、GaP、GaAs、GaAs、または、低Al高In領域に隣接する高Al低In領域を有することを回避するAlInGaAsの勾配を含みうる。
本発明の目的では、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、およびガリウム(Ga)という含有物は、AlInGaAsの量子井戸または量子井戸バリアや他のシステムにおいてV族の材料であるヒ素(As)と対になるIII族の材料である。したがって、Al、In、およびGaとは、AlInGaにおけるAl、InおよびGaの百分率という分数を意味する。化学式の中でAlやInなどの物質が(例えば、(Al)や(In)のように)カッコの中に示されているときは、その元素が低量または微量で存在していることを示す。Inの低量とは、5%未満または1%未満または0.1%未満でありうる。Alの低量とは、12%未満または2%未満または1%未満または0.1%未満でありうる。
一実施形態では、量子井戸を、微量から低量のAlを有するように準備することができる。量子井戸における(Al)InGaに対して低量であるAlの割合は、約0%から約5%、または約0.0001%から約2%、または約0.01%から約1%、または約0.05%という範囲を取りうる。また、量子井戸は、特にAlの量との関係で、大量のInを有するように準備することができる。量子井戸における(Al)InGaに対するInの量の割合は、約1%から約50%、または約2%から約40%、または約4%から約30%、または約45%という範囲を取りうる。量子井戸における(Al)InGaに対するGaの量の割合は、約50%から約99%、または約60%から約98%、または約70%から約96%、または約96%という範囲を取りうる。Alが著しく低いときには、量子井戸は、(Al)InGaAsと表現することができる。Alが欠けている場合には、量子井戸はInGaAsとなりうる。
一実施形態では、量子井戸バリアを、微量から低量のInを有するように準備することができる。量子井戸バリアにおけるAl(In)Gaに対して低量であるInの割合は、約0%から約5%、または約0.0001%から約2%、または約0.01%から約1%、または約0.05%という範囲を取りうる。また、量子井戸バリアは、特にInの量との関係で、大量のAlを有するように準備することができる。量子井戸バリアにおけるAl(In)Gaに対するAlの量の割合は、約20%から約60%、または約25%から約55%、または約35%から約40%、または約35%という範囲を取りうる。量子井戸バリアにおけるAl(In)Gaに対するGaの量の割合は、約40%から約80%、
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。
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。
一実施形態では、活性領域は、In1−zGazAsの量子井戸を含みうる。ここで、zは量子井戸におけるGaの百分率を表し、約0.8から約0.99、または約0.83から約0.98、または約0.94から約0.98、または約0.96という範囲を取りうる。
一実施形態では、活性領域は、AlxIn1−z−xGazAsの量子井戸を含みうる。ここで、zは量子井戸におけるGaの百分率を表し、約0.6から約0.9、または約0.69から約0.88、または約0.72から約0.86、または約0.8という範囲を取りうる。そして、xは量子井戸におけるAlの百分率を表し、約0.06から約1、または約0.08から約0.2、または約0.09から約0.11、または約0.1という範囲を取りうる。したがって、Inの量(例えば、1−z−x)は、0.06から約0.5、または約0.7から約0.3、または約0.08から0.2の範囲を取りうる。
一実施形態では、活性領域は、Al1−kGakAsの量子井戸バリアを含みうる。ここで、kは量子井戸バリアにおけるGaの百分率を表し、約0.5から約0.85、または約0.55から約0.8、または約0.6から約0.75、または約0.7という範囲を取りうる。したがって、Alの量(例えば、1−k)は、約0.2から約0.5、約0.25から約0.4という範囲を取りうる。
一実施形態では、活性領域は、Al1−j−kInjGakAsの量子井戸バリアを含みうる。ここで、kは量子井戸バリアにおけるGaの百分率を表し、約0.5から約0.85、または約0.55から約0.8、または約0.6から約0.75、または約0.7という範囲を取りうる。そして、jは量子井戸バリアにおけるInの百分率を表し、約0または0.0001から約1、または約0.0001から約0.1、または約0.001から約0.02、または約0.005から約0.01、または約0.01という範囲を取りうる。
一実施形態では、活性領域は、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとの間にGaP遷移層を含みうる。1態様では、このGaP遷移層はInを有しない。別の態様では、この遷移層はAlを有しないことがありうる。別の態様では、この遷移層は純粋なGaPでありうる。
一実施形態では、活性領域は、GaPを有していてInもしくはAlの一方が欠けている、またはInが欠けている、またはAlが欠けている、またはInおよびAlが欠けている中間的材料を用いた遷移層を含みうる。例えば、この遷移層は、GaP、GaAsPもしくはGaAs、または、GaP、GaAsPおよびGaAsでありうる。また、この遷移層の材料は、GaP、GaAsP、およびGaAsで構成されるグループから選択されうる。遷移層のためには、GaAs1−wPwにおけるwは、約0.0から約1まで、または約0.4から約1まで、または約0.5から約1までという範囲を取りうる。
一実施形態では、遷移層は、GaAs1−w−vPwSbvを含みうる。ここで、xは約0.3から約1、または約0.4から約1、または約0.5から約1という範囲を取りうる。そして、vは約0から約0.1、または約0.001から約0.05、または約0.01から約0.2という範囲を取りうる。
一実施形態では、遷移層の材料は、AlとInの両方が欠けた適切な材料でありうる。一実施形態では、遷移層は、Alが欠けた単一層を量子井戸側に有しうる。一実施形態では、遷移層は、Inが欠けた単一層を量子井戸バリア側に有しうる。
一実施形態では、遷移層は、量子井戸側から量子井戸バリア側へ組成におけるステップを有するある範囲の単一層など、異なる材料からなる2つまたはそれよりも多くの単一層を有しうる。ステップ状の組成を有するときには、量子井戸側の単一層は少なくとも実質的にAlを欠くことがありうるし、量子井戸バリア側の単一層は少なくとも実質的にInを欠くことがありうる。もちろん、トラップが回避される限りは、微量のAlおよびInは適切でありうる。
一実施形態では、遷移層は、(Al)InGaAsとAl(In)GaAsとの間に中間的な組成である複数の単一層を含みうる。すなわち、これらの単一層は、異なる量のAlおよびInを有する量子井戸および量子井戸バリアと同じ元素を有しうる。ここで、量子井戸側の単一層は少なくとも実質的にAlを欠くまたは低量のAlを有することがありうるし、量子井戸バリア側の単一層は少なくとも実質的にInを欠くまたは低量のInを有することがありうる。それにより、これらの単一層は、遷移層の量子井戸側から量子井戸バリア側へAlの量が増加し、量子井戸バリア側から量子井戸側へInの量が増加することがありうる。
量子井戸と量子井戸バリアとの間の遷移層は、量子井戸と量子井戸バリアとの界面におけるトラップの生成に付随する問題を解決することができる。この遷移層は、高Alで低Inの量子井戸バリアと高インジウムで低アルミニウムの量子井戸との間の界面に、トラップが減少するまたは実質的に形成しないように、形成することができる。よって、この遷移層は、量子井戸と量子井戸バリアとの間のトラップの形成によって生じるレーザにおける信頼性問題を回避するのに有用でありうる。
本明細書で説明している遷移層が存在しない場合には、(Al)InGaAs(例えば、低Alで高インジウム)を有する量子井戸に隣接してAl(In)GaAs(例えば、少なくとも0.35の高Al)を有する量子井戸バリアは、AlとInとの化学的性質の極端な違いに起因して量子井戸と量子井戸バリアとの間に界面トラップが形成される。したがって、本明細書で説明されている他の材料に加え、GaP、GaAs、またはGaAsPなど、インジウムとAlの両方を欠いている量子井戸と量子井戸バリアとの間の遷移層を、トラップの形成を回避するように、界面において用いることができる。
元素InおよびAlは共にIII族であるが、これらはサイズの違いも化学的な違いも大きいため、レーザ半導体組成においては、異なる性質を有する。InとAlとの間の違いのために、AlGaAsがInGaAsと隣接するような、レーザ半導体の組成においては、トラップが形成される。これらのトラップは、通常の順バイアスでのデバイス動作でレーザが動作されるときに形成されて、マイクロディスロケーション・ループになりうる。そして、このマイクロディスロケーションは、より大きなループに成長して非放射的な再結合の原因となり、これによって、レーザ・デバイスの故障が生じる。AlGaAsがInGaAsと隣接するときに、このようなトラップが形成されると考えられ、これは、EL2トラップである。トラップの形成を解消させるために、1つまたは複数の単一層を有する遷移層を、量子井戸と量子井戸バリアとの間に配置することができる。遷移層では、GaAs、GaAsP、またはGaPなどの、AlとInの両方を欠く材料を用いるのが好ましいのであるが、本明細書で説明されているように、量子井戸の組成から量子井戸バリアの組成まで、中間的なAlInGaAsの組成のステップを用いても、トラップを減少させることが可能である。高Al低Inの量子井戸バリアから低Al高Inの量子井戸への直接的な変化を禁止することも効果的でありうる。高Al低Inの層が高In低
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。
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。
図3には、InGaAsの量子井戸とInGaPの量子井戸バリアとInGaAsPの量子井戸遷移層とを有するシステムのための、量子井戸と、量子井戸バリアと、量子井戸と量子井戸バリアとの間の遷移層の組成の例が示されている。本明細書では、InGaAsPの量子井戸遷移層に、InGaAsの量子井戸からInGaPのバリアに変化する組成を提供することができ、それによって、InGaAsからInGaPに直接に移動する界面が存在しなくなっている。よって、この遷移層は、濃度勾配を形成する1つまたは複数の単一層を含むことが可能になる。これと同じ原理を、量子井戸と、量子井戸バリアと、AlInGaAsの遷移単一層とを用いて、高Al低Inから低Al高Inへの直接の変化を禁止するように応用することが可能である。
遷移層の単一層の数は変動しうるが、2か3からの単一層が適切でありうる。例えば、量子井戸と量子井戸バリアとの間にトラップが形成することを回避するためには、説明された材料の1、2、3、4、5、または9もしくは10までの単一層を含みうる。これらの単一層は、それぞれが、約2.5Aの厚さでありうる。
一実施形態では、半導体材料のバリア層と遷移層と量子井戸とのシーケンスは、分子線エピタキシ法(MBE)によって準備することができる。また、VCSELの活性領域または半導体層の全体を、分子線エピタキシ法(MBE)を用いて作ることが可能である。MBEの間のより低い成長温度を、量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層を有するVCSEL半導体層を準備するのに用いることができる。MBEによるこれらの構造の成長は、摂氏500度未満で実行することが可能である。これと比較すると、MODVDのための温度は、摂氏600度を超える場合がありうる。更に、VCSELは、GSMBE(ガス・ソースMBE)およびMOMBE(有機金属MBE)または説明されているように量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層を作ることができる同様の方法など、MBEと類似の方法によって準備することが可能である。
ここで、本発明の様々な態様を、VCSELのコンテキストの中で説明する。しかし、当業者であれば、活性領域を有する他の発光半導体デバイスに本発明の特徴を組み込むことが可能であることを理解するはずである。
図1は、トップ(124)のミラーとボトム(116)のミラーとに対して周期的な層の対を有する平坦で電流に導かれたVCSEL100を示している。基板114は、ボトム接点112の上に形成され、第1の型の不純物(すなわち、p型またはn型のドーパント)がドープされている。ボトム・ミラー・スタック116が基板114上に形成され、ボトム封止層118がボトム・スタック116上に形成されている。ボトム封止層118とトップ封止層120とが、活性領域122を挟んでいる。上部ミラー・スタック124は、トップ封止層120の上に形成される。金属層126は、スタック124の一部の上に接点を形成する。しかし、他のVCSEL構成を用いることも可能であり、様々な他のVCSEL層または層のタイプを用いることが可能である。
分離領域128は、活性領域122を流れる電流フロー130の面積を限定する。領域128は、イオン注入および/または酸化によって形成されうる。VCSELデバイスに関して知られているまたはVCSELデバイスのために開発された他の分離領域を用いることも可能である。
ミラー・スタック116(ボトム)および124(トップ)は、分布ブラッグ反射器(DBR)スタックであることが可能であり、周期的な層(例えば、132および134)を含む。周期的な層132および134は、典型的にはそれぞれAlGaAsおよびAl
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。
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。
金属接点層112および126は、VCSEL100の適切な電気的バイアスを可能にするオーミック接点でありうる。接点112上のものとは異なる接点126上の電圧でVCSEL100が順バイアスされると、活性領域122は光136を放出し、放出された光はトップ・ミラー・スタック124を通過する。当業者であれば、活性領域122の両端に電圧を生じさせて光136を生じさせるのに、例えば図4に図解されているような他の構成の接点を用いることができることを理解するはずである。
図2は、活性領域122と封止層118および120とを図解している。活性領域122は、量子井戸バリア140によって分離される1つまたは複数の量子井戸138から形成される。図2には特に示されていないが、本発明の進歩には、それぞれの量子井戸138と量子井戸バリア140との間の遷移層が含まれる。量子井戸138と量子井戸バリア140との間の線は、遷移層を表している。封止層118および120は、オプションであるが、アルミニウム含有量の高い領域142および144をそれぞれ含む場合がある。アルミニウム含有量の高い領域は、活性領域122において、よいキャリア封止を提供する。
封止領域120は、活性領域122と高アルミニウム含有量の領域144との間に位置決めされたランプ領域146を含みうる。後述するように、高アルミニウム含有量の領域144とランプ領域146とを組み合わせることにより、良好なキャリア封止と良好な電子注入とを伴う注入構造が提供される。
VCSELデバイスの設計と高アルミニウム含有量領域142および144の厚さとに応じて、封止領域118および120は、オプションとして、スペーサ層148および150をそれぞれ含むことがありうる。スペーサ層148および150の厚さは、製造されているVCSELデバイスの種類に依存しうる。VCSELまたはVECSELなどの垂直キャビィティ共振デバイスでは、スペーサ層が、ミラーの間の共振空間を提供し、希望の場合には、活性領域の量子井戸が光学場のピーク上で中央におかれることを規定する。
封止層118および120と活性領域122とは、GaAs、AlAs、InP、AlGaAs、InGaAs、InAlAs、InGaP、AlGaAsP、AlGaInP、InGaAsP、InAlGaAs、SiGeなど、1つまたは複数のタイプの半導体材料で形成されうる。
1つの例では、下側の電気的封止層はAlInPである。別の例では、上側の電気的封止層はAlInGaP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。
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。
VCSEL400に関する以下の説明は例として用いられうるが、当該技術分野において知られている変更を適用することは可能である。結晶基板420は、GaAsまたは他
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。
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。
図5Aは、VCSELの活性領域500aの少なくとも一部の実施形態の概略的な表現を含む。活性領域500aは、第1の量子井戸バリア(QWバリア)510と、遷移層511と、第1の量子井戸(QW)512と、遷移層511と、次いで、第2のQWバリア514とを直列的に含むように示されている。示されているように、活性領域500aは、本発明によるVCSELのための活性領域の最小の単位である。というのは、間に遷移層511を有する2つの量子井戸バリア510および514によって結合された量子井戸512はただ1つだけ存在するからである。
図5Bは、VCSELの活性領域500bのある実施形態の概略的な表現を含む。示されているように、活性領域500bは、第1の量子井戸バリア(QWバリア)510と、第1の量子井戸(QW)512と、第2のQWバリア514と、第2のQW516と、第3のQWバリア518と、第3のQW520と、第4のQWバリア522とを含むことができ、これらのQWとQWバリアとの間には遷移層511が存在する。活性領域500bは、動作可能なVCSELフォーマットに配列されている。
図5Cは、VCSELの活性領域550のある実施形態の概略的な表現を含む。活性領域550は、第1の量子井戸バリア(QWバリア)560と、遷移層561と、第1の量子井戸(QW)562と、遷移層511と、などを直列的に含むことが示されているが、これは、「N番目」のQWバリア564と、遷移層561と、「N番目」のQW566と、遷移層561と、次いで、「N+1番目」のQWバリア558とまで反復される。ここで、Nは、例えば1から20まで、または、5から15まで、または、10から13まで、または約12などの任意の適切な数でありうる。この例では、量子井戸と、量子井戸バリアと、遷移層とは、本明細書で説明される材料の任意ものを含む。
図6は、VCSELの活性領域600の実施形態の概略的表現を含む。活性領域600は、第1の高Alおよび低Inの量子井戸バリア(QWバリア)610と、遷移層661と、第1の高Inおよび低Alの量子井戸(QW)612と、遷移層611と、などを直列的に含むことが示されているが、これは、「N番目」の高Alおよび低InのQWバリア614と、遷移層661と、「N番目」の高Inおよび低AlのQW616と、遷移層611と、次いで、「N+1番目」の高Alおよび低InのQWバリア618とまで反復される。ここで、Nは、例えば1から20まで、または、5から15まで、または、10から13まで、または約12などの任意の適切な数でありうる。この例では、量子井戸と、量子井戸バリアと、遷移層とは、本明細書で説明される材料のうちの任意のものを含みうる。
図7は、VCSELの活性領域700の実施形態の概略的表現を含む。活性領域700は、第1のAl(In)GaAsの量子井戸バリア(QWバリア)710と、GaAswP1−wの遷移層711と、第1の(Al)InGaAsの量子井戸(QW)712と、GaAswP1−wの遷移層711と、などを直列的に含むことが示されているが、これは、「N番目」のAl(In)GaAsのQWバリア714と、GaAswP1−wの遷移層711と、「N番目」の(Al)InGaAsのQW716と、GaAswP1−wの遷移層711と、次いで、「N+1番目」のAl(In)GaAsのQWバリア718とまで反復される。ここで、Nは、例えば1から20まで、または、5から15まで、または、10から13まで、または約12などの任意の適切な数でありうる。この例では、量子井戸と、量子井戸バリアと、遷移層とは、本明細書で説明される材料のうちの任意のものを含みうる。
図8は、本明細書で説明されている特徴を備えた活性領域を有するVCSEL製造法の実施形態の方法800の流れ図である。この方法は、(1)第1の導通領域を成長させる工程(ブロック810)と、(2)1つまたは複数の量子井戸層を成長させ(ブロック820)、量子井戸層のそれぞれと動作可能な態様で結合されるように1つまたは複数の量子井戸バリアを成長させ(ブロック830)、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとの間に1つまたは複数の遷移層を成長させる工程と、を含みうる。遷移層は、量子井戸と量子井戸バリアとが接しているときよりも大きなバンド・ギャップを提供するような組成と厚さとを有するように構成されうる(ブロック825)。方法800は、活性領域上に第2の導通領域を成長させる工程(ブロック840)を含みうる。
図9は、VCSEL製造法の実施形態の別の方法900の流れ図である。この方法は、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第1のミラー領域を成長させる工程(ブロック910)と、次に、第1のミラー領域上に第1の導通領域を成長させる工程(ブロック920)とを含みうる。そして、第1の量子井戸バリアが、第1の導通領域上に成長される(ブロック930)。次いで、1つまたは複数の単一層が第1の量子井戸バリア上に成長され(ブロック935)、その後に、1つまたは複数の遷移単一層上に第1の量子井戸層を成長させる(ブロック940)。そして、第1の量子井戸層上に1つまたは複数の遷移単一層を成長させ(ブロック945)、その後で、1つまたは複数の遷移単一層上に第2の量子井戸バリアを成長させる(ブロック950)。また、方法900は、最後の量子井戸バリア層上に第2の導通領域を成長させる工程(ブロック960)と、次いで、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第2のミラー領域を成長させる工程(ブロック970)とを含みうる。
図10は、VCSEL製造法の別の実施形態である方法1000の流れ図である。この方法は、基板を成長させる工程(ブロック1010)と、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第1のミラー領域を成長させる工程(ブロック1020)と、第1のミラー領域上に第1の導通領域を成長させる工程(ブロック1030)と、(a)GaPを有する第1の量子井戸バリアを第1の導通領域上に成長させる工程(ブロック1040)と、(b)遷移層を成長させる工程(ブロック1045)と、(c)第1の量子井戸層を第1の量子井戸バリア上に成長させる工程(ブロック1050)と、(d)遷移層を成長させる工程(ブロック1055)と、(e)「N」回のサイクルなど複数のサイクルにわたり、(a)から(d)までの工程を反復して(ブロック1060)、「N+1」個の量子井戸バリアを成長させる工程(ブロック1062)と、を含みうる。第2の導通領域は、活性領域上に成長させることができ(ブロック1070)、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第2のミラー領域は、第2の導通領域上に成長させることができる(ブロック1080)。
一実施形態では、VCSELは、電子または正孔キャリアのいずれか一方に対する基本
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。
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。
そのような変調は、量子井戸と量子井戸バリアとの間の境界において遷移層を用いることにより、または、量子井戸およびバリアの材料および寸法に関する賢明な選択により、得ることができる。行列要素の強化は、電子吸収変調器などの光学的相互作用のために量子井戸を用いるすべての半導体レーザとすべてのデバイスとに利益を与えるために考察される。
一実施形態では、量子井戸のいずれの側の量子井戸バリアも、約40Aから約100A、または約45Aから約75A、または約50Aから約60A、または約55Aの厚さを有しうる。この相対的な薄さのために、拡散長を減少させ、量子井戸上での少数キャリアの量を増加させることにより、利得飽和が改善される。この相対的な薄さはまた、トンネリングによる量子井戸を通過するキャリアの移動を向上させることができる。一実施形態では、量子井戸は、約40Aから約100A、または約45Aから約75A、または約50Aから約60A、または約50Aの厚さを有しうる。活性領域を結合している外側の量子井戸バリアは、100Aから約140A、または約110Aから約130A、または約120Aから約125A、または約130Aというように、より厚くなる可能性がある。
一実施形態では、GaAs遷移層の厚さは、約5Aから約20A、または約5Aから約15Aでありうる。GaAsP遷移層の厚さは、2.5Aから約10A、または約2.5Aから約5Aでありうる。GaAsPSb遷移層の厚さは、2.5Aから約10A、または約2.5Aから約5Aでありうる。
一実施形態では、活性領域はInGaAs量子井戸を含み、両方の隣接する遷移層は約30Aから約60A、または約40Aから約60Aの厚さを有しうる。AlInGaAs量子井戸と両方の隣接する遷移層は約30Aから約70A、または約40Aから約70Aの厚さを有しうる。
一実施形態では、VCSELを、Beなしで成長させることができる。そのようなVCSELは、AlInGaPの上側の電気的封止層の背後に、p型注入層として約85〜100%のAlGaAsを含みうる(図14を参照のこと)。
一実施形態では、VCSELは、キャパシタンスを減少させるための複酸化物層を含みうるが、両方にしかし基本的には第1の酸化物層の上にフレアを備えている。すなわち、図4の酸化物層422は、2つの異なる酸化物層により準備することができる。平坦であるように示されているが、酸化物層422は任意の形状であることが可能であり、メサ活性領域または同様のものなどの活性領域を包囲する壁の上に配置されうる。また、酸化物層422は、活性領域412、第2の導通領域410、および第2のミラー領域418を覆うことがありうる。
一実施形態では、VCSELは、高移動度材料における消失点において重点的なドーピングがなされる実質的に周期的なドーピングを含む。また、ミラーは、必ずしも1/4、
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。
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。
速度を向上させ波長を調整するために、様々な量のInおよびPが量子井戸に追加される。それは、速度を向上させるために、量子井戸に追加することが可能である。この結果として、より長い波長に対してエネルギー・レベルが低下することになり、したがって、井戸が狭くなる。結果的に得られる波動関数は、その高い状態密度により、量子井戸バリアの中に貫通することが可能である。これを補償するため、バリアは、最大の導通バンド・オフセットを提供し、ほとんどのキャリアの封止を提供するように、成長される。バンド・オフセットが不十分である場合には、より狭い井戸を用いることにより、バリアの中へのそれほどの貫通が生じることなく最大のInが許容されることが可能になる。
これらの原理を用いて設計された量子井戸の例が、図11Aおよび11Bにおいて、波動関数のシミュラーゼ(Simulase)画像に示されている。表示されているn=1の電子の波動関数は正孔の波動関数よりもはるかにより拡がっていることに注意すべきである。これにより、行列要素の強化が得られる。図11Aは、InGaP−InGaAsの活性領域を示している。図11Bは、40%のAlGaAs量子井戸バリアを有するInGaP−InGaAsの活性領域を示している。同じInGaAs井戸を有する40%のAlGaAsバリア(図11B)と比較すると、類似の効果が観察されるが、劣ったバリア材料の中に波動関数が拡張することが異なっており、それによって、バリア材料とその中への拡張とに起因して、量子井戸における状態密度に悪影響が生じる。これは、より深い井戸と組み合わされたInGaPにおける正孔の有効質量が、より低いことを示している。正孔の有効質量がより低いとバリアの中への貫通がより大きくなるのであるが、井戸の深さの増大により貫通の減少が補償され、バリアにおける正孔の有効質量が低下することで、全体的な有効質量が、したがって、第1のレベルに対して観察される価電子帯における状態密度が、補償される。伝導帯は類似の状態密度を有し、その場合に、状態密度が低下すると、利得/差動利得が著しく強化される。図11Aおよび11Bの活性領域は、両方共に、本発明で用いることが可能である。
量子井戸の深さがより大きくなると、InGaP−InGaAsの量子井戸に、最高の性能上の効果がもたらされる。AlGaAs−InGaAsの井戸の利得スペクトルがInGaP−InGaAsの井戸のものにほぼ整合するように調整されると、(12%のInと比較して)約7%のInが用いられ、価電子帯の状態密度は、図12A〜12Cの状態密度に示されているようになる(例えば、InGaP−InGaAsの井戸の1.5e18から、約2.6e18/cm3への劇的な上昇)。図12Aは、InGaP−InGaAsの活性領域を示している。図12Bは、AlGaAs−InGaAsを示しているが、これは、図12Aと同じ寸法とIn含有量とを有する。図12Cは、Inを利得スペクトルに整合するように減少させた場合のAlGaAs−InGaAsの活性領域を示す。
図13A〜13Cの利得に示されているように、利得もまた減少され、透明度が上昇する。図13Aは、InGaP−InGaAsの活性領域を示している。図13Bは、図13Aと同じ寸法とIn含有量とを有するAlGaAs−InGaAsの活性領域を示している。図13Cは、Inを利得スペクトルに整合するように減少させているAlGaAs−InGaAsを示す。利得または差動利得が減少すると、透明度が上昇する。また、井戸におけるキャリア濃度が上昇すると、結果的に、利得の飽和が増加する。ミラー損失は、デバイスが高い差動利得の領域(例えば、曲線の間の大きな空間)で動作するのに十分なほど低くすることが可能である。
井戸の中への緩和は、狭い活性領域を有することによって強化することができる。井戸の数は1つの井戸(図5A)まで減らすことが可能であるが、処理が不完全であると、ミラーの反射率が高くなり(限度に近づくことにより利得の飽和を回避するため)、光子の寿命がデバイスを減速することがありうる。その代わりに、本明細書で説明されている寸法のように、量子井戸バリアの寸法を最小化することが好ましい。これにより、井戸の間のトンネリングによる移動が促進され、状態がいずれにしても結合されているために、有効な拡散時間が減少する。
図14は、AlとInとの相対的な量から見た活性領域の実施形態を示している。示されているように、バリアは、高いAlと低いInとを有する。また、量子井戸は、高いInと低いAlとを有するように示されている。遷移層は、AlとInとを有さないように示されている。
図15は、AlGaAsのバリア層とGaAsの遷移層とを備えたInGaAsの井戸を有する活性領域1500の実施形態に関して、縦軸にバンド・エッジを取り横軸に成長方向を取ったグラフを含んでいる。活性領域1500は、量子井戸バリア層1510と、量子井戸1520と、遷移層1530とを有するように示されている。遷移層1530は、量子井戸1520の肩として現れている。図15の活性領域は、「ウィング」を有する図16のバー・グラフにおけるバーを表している。
図16は、本発明による活性領域について、バーン・インの間のパワーの減少を図解するグラフを示している。示されているように、量子井戸はInGaAsであり、AlGaAsのバリア層は高いAlと低いInとを有し、バーン・インの間には、著しいパワーの損失が存在する。しかし、遷移層(例えば、「ウィング」)が追加されると、バーン・インは著しく減少する。これらのウィングは、10Aの厚さでありGaAsの遷移層を有するように画定されているが、示されている百分率(例えば、5%や6%)は、量子井戸におけるInの量を示している。これは、遷移層を備えた設計の方が、量子井戸とバリアとの間に遷移層を有していない活性領域よりも信頼性が高いことを示している。パワー損失の変化は、遷移層がトラップの数を減らし、レーザの寿命を増加させることを示している。更に、「+15C」が付されているバーは、摂氏15度高いなどのより高い温度において活性領域が成長されたことを示す。いずれにしても、量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層を追加することにより、トラップが減少し、このタイプの活性領域を有するレーザの寿命が改善されるのである。
図17は、活性領域1700の実施形態について、縦軸にバンド・エッジを取り横軸に成長方向を取ったグラフを含んでいる。活性領域1700は、量子井戸バリア層1710と、量子井戸1720と、遷移層1730とを有するように示されている。遷移層1730は、量子井戸1720の肩として示されている。ここでは、バリア層1710は、35%のAlを有するAlGaAsを含み、量子井戸1720はInGaAsであり、遷移層1730は35%のAsを有するGaAsPを含む。活性領域は、In0.04Ga0.96Asを有する約60Aの4つの量子井戸を含む。しかし、活性領域は、本明細書で説明されている組成を含むことができる。
表1は、InGaAsの量子井戸のための厚さに加えて、量子井戸とバリア層と遷移層とにおいて用いることができる様々な組成を示している。ここでは、量子井戸バリアの任意のもの、および/または、遷移層の任意のものを、InGaAsの量子井戸と共に用いることができる。InGaAsの量子井戸を有する活性領域は、14Gbpsのレーザにおいて強化された信頼性を持って用いることができ、また、28Gbpsのレーザにおいても用いることができる。
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。
量子井戸バリアを含むAlを、量子井戸を含むInから分離するGaAsの遷移層の実施形態が、図15に示されている。遷移層は、約1格子定数であり、これは約2つの単位層であり、約4原子分の厚さである。
AlGaAsの量子井戸バリアを伴うAlInGaAsの量子井戸の場合には、インジウムを含む層の場合と類似のアルミニウム組成を備えた、インジウムを含まない遷移層を、用いることができる。
更に、バリア層におけるキャリア数を減少させるために、広いエネルギー・バンド・ギャップのバリア層を用いることができ、それにより、界面でのまたは界面の近傍でのトラップ・レベルにおけるバリア層での再結合が減少する。これにより、トラップ・レベルは、信頼性のために重要でなくなる。
一実施形態では、VCSELを、例えば14+Gbpsでの動作についてInGaAs−AlGaAsの850nmのVCSELの活性領域に内在的な信頼性の問題を低減または除去するように設計された改善型の活性領域を含むように、準備することが可能である。活性領域は、量子井戸とバリアとの間に、5〜30Aの厚さを有する遷移層を有することができる。そのような遷移層は、InGaAs−AlGaAsの界面における再結合中心を、削減または削除することができる。そのような再結合は、結果的に850nmのVCSELにおいてレーザ信頼性を低下させると考えられており、したがって、本発明は、信頼性を改善するために、再結合を減少させることができる。遷移層のバンド・ギャップが大きくなればなるほど、より厚いInGaAsの量子井戸が許容され、これによって更に信頼性が高まる。量子井戸の厚さが40Aよりも大きいことが、よりよい結果を生じさせうる。
改善された活性領域の例には、厚さが約55〜60AであるIn0.04Ga0.96Asの4つの量子井戸層、約1〜10の単位層の厚さであるそれぞれの量子井戸のそれぞれの表面に隣接するGaPもしくはGaAs、または、GaAs0.35P0.65の遷移層、遷移層が量子井戸とバリア層とのそれぞれを分離するようにそれぞれの遷移層に隣接している約50AのAl0.35Ga0.65Asのバリア層などが含まれる。態様では、活性領域を結合するバリア層は、活性領域の内部にあるバリア層よりも大きい場合があり、その場合、より大きなバリア層は50から130Aの範囲でありうる。異なる層における元素の量の変動により、レーザを850〜900nmの間で変動させることができる。
一実施形態では、VCSELは、GaAs基板と、GaAs基板上に配置されており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第1のミラー領域と、第1のミラー領域上に配置された第1の導通領域と、第1の導通領域上であり第1のミラー領域とは反対側に配置された活性領域と、を含みうる。活性領域は、1つまたは複数の量子井戸層と、1つまたは複数の量子井戸バリアと、量子井戸層と量子井戸バリアとのそれぞれの間に説明されているように堆積することができる1つまたは複数の遷移(例えば、界面)単一層とを含みうる。第2の導通領域は、活性領域上の第1の導通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、第2の導通領域上の活性領域とは反対側に配置することができ、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のミラー層を有しうる。
一実施形態では、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとは、GaP、GaAs、およ
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。
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。
一実施形態では、VCSELは、(Al)InGaAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、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、を含みうるのであって、量子井戸とバリアと遷移単一層とは、実質的にトラップを有していない。1態様では、1つまたは複数の遷移単一層は、GaP、GaAs、および/またはGaAsPを含む。別の態様では、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とより低いAlと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とより高いAlとを有する。また別の態様では、1つまたは複数の遷移単一層は、AlとInとを欠いている。
一実施形態では、VCSELは、AlxIn1−z−xGazAsを有する1つまたは複数の量子井戸と、Al1−j−kInjGakAsを有する1つまたは複数の量子井戸バリアとを含みうる。ここで、jは0から0.1の範囲にあり、kは0.55から0.65の範囲にあり、xは0から0.1の範囲にあり、zは0.7から0.96の範囲にある。また、1つまたは複数の遷移単一層は、GaAs1−wPwを有しうる。ここで、wは0.5から1の範囲にある。
一実施形態では、VCSELは、活性領域において、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとの間に、3つの遷移単一層を含みうる。これらの3つの遷移単一層は、GaP、GaAs、および/またはGaAsPを有しうる。
一実施形態では、活性領域は、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、を含みうる。
一実施形態では、1つまたは複数の遷移単一層は、量子井戸と量子井戸バリアとの間における低ギャップの界面層の形成を禁止するのに十分である。また、1つまたは複数の遷移単一層は、活性領域の差動利得を増加させるように構成することができる。なお、差動利得の増加は、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。
一実施形態では、VCSELは、1つまたは複数の量子井戸バリア層と、量子井戸バリア層を結合する第1の導通領域と第2の導通領域との少なくとも一方との間に、酸化物層を含みうる。この酸化物層は、キャパシタンスを減少させるように構成された複酸化物でありうる。あるいは、この酸化物層は、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の消失点にありうる。
一実施形態では、VCSELを準備する方法は、1つまたは複数の量子井戸と、1つまたは複数の量子井戸のそれぞれを結合する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
を含みうる。
を含みうる。
一実施形態では、VCSELの活性領域を準備する方法は、(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、を含みうる。
一実施形態では、VCSELは、高いInと低いAlとを有する1つまたは複数の量子井戸と、高いAlと低いInとを有しており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、を含みうる。ただし、量子井戸とバリアと遷移単一層とは実質的にトラップを有していない。例えば、1つまたは複数の遷移単一層は、GaP、GaAs、および/またはGaAsPを含みうる。あるいは、2つまたはそれより多くの遷移単一層はAlInGaAsを含んでおり、より高いInとより低いAlと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とより高いAlとを有している。
当業者であれば、本明細書に開示されているこのおよび他の工程および方法に関し、これらの工程および方法で実行される機能は別の順序での実装が可能であると理解するはずである。更に、概観されているステップおよび動作は単なる例示として提供されており、これらのステップおよび動作のいくつかはオプションであり、組み合わされてより少数のステップおよび動作になりうるし、または、開示されている実施形態の本質を損なうことなく、追加的なステップおよび動作に拡張されうる。
本開示は、この出願において説明されている特定の実施形態の観点から限定されることはない。説明されている実施形態は、様々な態様に関する例示であることが意図されている。多くの修正および変更を、その精神および範囲から逸脱することなく行うことができるが、これは、当業者には明らかなことであろう。本明細書で列挙されているものに加え、本開示の範囲に属する機能的に均等な方法および装置が、当業者であれば、以上の説明から明らかになるはずである。そのような修正および変更は、添付の特許請求の範囲に属することが意図されている。本開示は、これらの特許請求の範囲が及ぶ均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲の文言によってのみ限定される。本開示は、もちろん変動する可能性がある、特定の方法、試薬、化合物の構成または生物システムに限定されることはないことを理解すべきである。本明細書で用いられている用語は特定の実施形態を説明するという目的のみを有するのであって、限定する意図はないことも理解されるべきである。
本明細書で説明されている主題は、ときには、異なる他のコンポーネントの内部に含まれる異なるコンポーネントを、または、異なる他のコンポーネントと接続されている異なるコンポーネントを例示している。そのように示されているアーキテクチャは単に例示的なものであり、実際には、同一の機能を達成する多くの他のアーキテクチャを実装することが可能であることを理解すべきである。概念的な意味では、同じ機能を達成するコンポーネントの任意の配列が、所望の機能が達成されるように、効果的に関連付けられている。よって、特定の機能を達成するように本明細書で組み合わされている任意の2つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間的なコンポーネントとは関係なく、所望の機能が達成されるように相互に関連付けられていると見なすことが可能である。同様に、そのように関連付けられている任意の2つのコンポーネントは、所望の機能を達成するように
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。
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。
実質的に任意の本明細書で用いられている複数および/または単数の用語に関し、当業者であれば、コンテキストおよび/または応用例に対して適切であるように、複数形を単数形におよび/または単数形を複数形に変換することが可能である。様々な単数/複数の順列を、明確にするために、本明細書で明示的に提示されうる。
一般的に、本明細書で用いられている用語は、特に添付の特許請求の範囲(例えば、添付の特許請求の範囲の本文)において用いられている用語は、「開放的な」用語(例えば、「含んでいる」という用語は「含んでいるが限定されない」と解釈されるべきであり、「有する」という用語は「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む」という用語は「含むが限定されない」と解釈されるべき、などである)であることが一般的に意図されていることは、当業者に理解されるはずである。導入された請求項の記載に関してある特定の数が意図されている場合には、そのような意図はその請求項において明示的に記載され、そのような記載が存在しなければ、そのような意図は存在しない、ということも、当業者には、理解されるはずである。例えば、理解を助けるために、後述する特許請求の範囲に「少なくとも1つの」および「1つまたは複数の」という請求項での記載を導入する表現が含まれる場合がある。しかし、そのような表現が用いられているからといって、不定冠詞「a」または「an」による請求項の記載の導入が、そのように導入された請求項での記載を含むどのような特定の請求項も、ただ1つのそのような記載を含む実施形態に限定することを意味すると解釈されるべきではない。これは、同じ請求項が、「1つもしくは複数の」または「少なくとも1つの」という導入表現と「a」または「an」などの不定冠詞とを用いる場合(例えば、「a」および/または「an」は、「少なくとも1つの」または「1つもしくは複数の」)であっても、である。これは、請求項での記載を導入するのに用いられる定冠詞の使用についても同様である。更に、導入される請求項の記載に関して特定の数が明示的に記載されている場合であっても、当業者であれば、そのような記載は、記載されている数を少なくとも意味するものと解釈されるべきであることを理解するはずである(例えば、他の修飾語なしで「2つの記載」というそのままの記載がなされている場合には、少なくとも2つという記載、または、2もしくはそれよりも多くのという記載を意味する)。更に、「A、B、およびCのうちの少なくとも1つ」などに類似する慣用表現が用いられている場合には、当業者がその慣用表現を理解するであろう意味での構成が一般的に意図される(例えば、「A、B、およびCのうちの少なくとも1つを有するシステム」とは、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AおよびBの両方、AおよびCの両方、BおよびCの両方、および/または、A、B、およびCのすべてを有するシステムを含むが、それに限定されない)。「A、B、またはCのうちの少なくとも1つ」などに類似する慣用表現が用いられている場合には、当業者がその慣用表現を理解するであろう意味での構成が一般的に意図される(例えば、「A、B、またはCのうちの少なくとも1つを有するシステム」とは、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AおよびBの両方、AおよびCの両方、BおよびCの両方、および/または、A、B、およびCのすべてを有するシステムを含むが、それに限定されない)。2またはそれよりも多くの代替的な用語を提示するほぼどのような離接的な語および/または表現であっても、明細書、特許請求の範囲、または図面のいずれにおいても、それらの用語のうちの1つ、それらの用語のいずれか、または両方の用語を含む可能性を考慮するように理解されるべきであると、当業者には
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。
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。
更に、開示の特徴または態様がマーカッシュ群の形式で記載されている場合には、そのマーカッシュ群の任意の個々の構成要素または構成要素の部分群としても本開示は記載されるものと当業者であれば理解するはずである。
当業者によって理解されることであるが、書かれた説明を提供するという観点など、任意のおよびすべての目的のために、本明細書に開示されているすべての範囲は、任意のおよびすべての可能性がある下位の範囲とその下位の範囲の組み合わせとにも及ぶ。任意のリスト化された範囲は、少なくとも等しい2分の1、3分の1、4分の1、5分の1、10分の1などに分割される同じ範囲を十分に記載し可能にしているものと容易に認識することができる。非限定的な例として、本明細書で論じられているそれぞれの範囲は、下位の3分の1、中間の3分の1および上位の3分の1に容易に分解することが可能である。当業者によって容易に理解されるように、「まで」、「少なくとも」およびそれに類似するものなどすべての表現は、言及されている数を含み、上述したように、後で下位の範囲に分解することが可能である範囲を意味する。最後に、当業者に理解されるように、ある範囲は、それぞれの個別の数を含む。したがって、1〜3のセルを有するグループとは、1、2、または3つの節を有するグループを意味する。同様に、1〜5のセルを有するグループとは、1、2、3、4、および5つの節を有するグループを意味し、以下も同様である。
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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