具有光学限制控制的低成本长波长VCSEL的设计和制造.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114825040A(43)申请公布日2022.07.29(21)申请号202111591179.9(51)Int.Cl.(22)申请日2021.12.23H01S5/183(2006.01)H01S5/30(2006.01)(30)优先权数据H01S5/343(2006.01)17/138,6232020.12.30US(71)申请人迈络思科技有限公司地址以色列约克尼穆(72)发明人尤里·伯克弗拉迪米尔·亚科夫勒夫塔米尔·沙克兹埃拉德·门托维奇马坦·加兰蒂伊特沙克·卡利法(74)专利代理机构北京德崇智捷知识产权代理有限公司11467专利代理师贺征华权利要求书4页说明书10页附图10页(54)发明名称具有光学限制控制的低成本长波长VCSEL的设计和制造(57)摘要描述了用于1200nm至1600nm的波长范围内的长波长应用的若干VCSEL器件。这些器件包括有源区，该有源区位于GaAs晶片上的半导体DBR与在有源区上再生长的电介质DBR之间。所述有源区包括限制在有源n‑InP和p‑InAlAs层之间的多量子层（MQL）以及MQL上方的隧道结层。半导体DBR被通过晶片键合工艺融合到有源区的底部。设计通过仅使一个晶片键合然后使包括电介质DBR的其他层再生长而简化了集成反射器和有源区堆叠。在有源区的n‑InP层或半导体DBR的顶部上的气隙间隔层中制造气隙。气隙增强了VCSEL的光学限制。气隙还可以包含光栅。CN114825040ACN114825040A权利要求书1/4页1.一种垂直腔面发射激光器（VCSEL），包括：第一衬底；第一反射器，所述第一反射器设置在所述第一衬底上，其中所述第一反射器包括分布式布拉格反射器（DBR），所述分布式布拉格反射器包括多层交替的半导体材料；第二反射器，其中所述第二反射器包括分布式布拉格反射器（DBR），所述分布式布拉格反射器包括多个交替的介电层；以及有源区结构，所述有源区结构设置在所述第一反射器与所述第二反射器之间，其中所述有源区的底部和所述第一反射器的顶部经由晶片键合工艺形成融合界面层。2.根据权利要求1所述的VCSEL，其中所述有源区结构包括：多量子阱层（MQL），其中所述MQL设置在面向所述第一反射器的底侧的第一组有源半导体层与面向所述第二反射器的顶侧的第二组有源半导体层之间；其中所述第一组有源半导体层包括与所述MQL直接接触设置的第一半导体层和远离所述MQL设置的第二半导体层；其中第一蚀刻停止层设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间，以限定用于阴极层的空间；以及其中在所述MQL的顶侧的所述第二组有源半导体层包括与所述MQL直接接触设置的第三半导体层、以及设置在远离所述MQL的所述第三半导体层上方的第四半导体层；隧道结层，所述隧道结层被设置在所述第四半导体层上方并且被图案化以与所述MQL的一部分重叠，其中第二蚀刻停止层设置在所述第四半导体层与所述隧道结层之间以限定所述隧道结层；以及第五半导体层，所述第五半导体层在所述隧道结层和所述第二蚀刻停止层上方；其中所述第二反射器被制作在所述第五半导体层上，并且其中阳极层设置在靠近所述第二反射器的所述第五半导体层上。3.根据权利要求1所述的VCSEL，其中所述VCSEL被配置为发射波长范围在1200纳米（nm）至1650nm内的激光。4.根据权利要求1所述的VCSEL，并且其中所述第一反射器中的所述多层交替半导体材料包括未掺杂的砷化铝镓（AlGaAs）和砷化镓（GaAs）层。5.根据权利要求3所述的VCSEL，其中所述第二反射器中的所述多个交替的介电层包括以所述激光波长的四分之一的周期布置的交替的硅和氧化硅层对。6.根据权利要求2所述的VCSEL，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层都是n掺杂磷化铟（n‑InP）层。7.根据权利要求2所述的VCSEL，其中所述第三半导体层和所述第五半导体层都是n掺杂磷化铟（n‑InP）层，并且其中所述第四半导体层是p掺杂砷酸铟铝（p‑InAlAs）层。8.根据权利要求2所述的VCSEL，其中所述隧道结层包括n++掺杂的InGaAlAs和p++掺杂的InGaAlAs。9.根据权利要求1所述的VCSEL，其中所述第一衬底是GaAs晶片。10.根据权利要求2所述的VCSEL，还包括：布置在所述第一反射器上的阴极焊盘，其中所述阴极焊盘包括阴极电介质DBR堆叠、所述阴极电介质DBR堆叠上的聚合物层以及所述聚合物层上的金属阴极电极，其中所述金属2CN114825040A权利要求书2/4页阴极电极电连接至所述阴极层；以及布置在所述第一反射器上的阳极焊盘，其中所述阳极焊盘包括阳极电介质DBR堆叠、所述阳极电介质DBR堆叠上的聚合物层以及所述聚合物层上的金属阳极电极，其中