[发明专利]分解减少的具有铟INGaP势垒层和INGaAs(P)量子阱的激光器

说明书

背景技术

激光器被普遍使用于许多现代通信组件中进行数据传输。变得越来越普遍的用途之一是在数据网络中使用激光器。激光器被用于许多光纤通讯系统中以在网络上传送数字数据。在一个示例性的配置中，激光器可以通过数字数据进行调制以产生光信号，包括表示二进制数据流的光与暗输出周期。在实际实践中，激光器输出代表二进制的高点的高光输出和代表二进制低点的较低功率光输出。为获得快速的反应时间，激光器是一直开启的，只是从高光输出到较低的光输出变化。

光网络相比于其他类型的网络(如铜线基网络)具有多种优点。例如，许多现有的铜线网络以对于铜线技术而言接近最大可能的数据传输速率以及接近最大可能的距离进行操作。而另一方面，许多现有的光网络无论是在数据传输速率还是在距离方面都超过了对于铜线网络可能的最大值。也就是说，光网络能够以比铜线网络可能的距离更远、速率更快的方式可靠地传送数据。

用于光学数据传输的激光器的一种类型是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。正如其名所暗示，VCSEL具有一夹在两个镜叠层之间并被该两个镜叠层所限定的激光谐振腔。VCSEL通常是布置在诸如砷化镓(GaAs)的半导体晶片上。VCSEL包括布置在半导体晶片上的底部镜。通常，底部镜包括多个高折射率和低折射率交替的层。当光线穿过具有一种折射率的层到具有另一种折射率的层时，一部分光被反射。通过使用足够数目的交替层，可以由所述镜反射高百分比的光。

在底部镜上形成有包括多个量子阱的有源区。有源区形成夹在底部镜和顶部镜之间的PN结，所述底部镜和顶部镜具有相反的导电类型(例如p-型镜和n-型镜)。值得注意的是，顶部镜和底部镜的概念可以是稍随意的。在某些配置中，可以从VCSEL的晶片侧提取光，其“顶部”镜是完全反射型的-因此不透明。然而，为了本发明的目的，“顶部”镜指将要从其提取光的镜子，而与它在物理结构中如何布置无关。当PN结被电流正向偏置时，空穴和电子形式的载流子被注入到量子阱中。在偏置电流足够高时，被注入的少数载流子在量子阱中形成粒子数反转，产生光增益。光增益是当在有源区中的光子激发导带中的电子与价带中的空穴复合产生额外光子时发生。当光增益超过两镜的总损失时，发生激光器振荡。

有源区也可以包括氧化物孔，所述氧化物孔是使用在顶部镜和/或底部镜中邻近有源区形成的一个或多个氧化物层而形成的。氧化物孔用作形成光学腔以及引导偏置电流通过所形成腔的中心区。或者，可使用其他手段，如离子注入、构图后的外延再生长、或其他光刻构图来执行这些功能。

顶部镜形成在有源区上。顶部镜与底部镜类似，通常包括多个高折射率和低折射率交替的层。一般来说，顶部镜具有更少的交替的高折射率和低折射率层的镜周期，以提高从VCSEL的顶部的光发射。

说明性地，当电流经过PN结时，激光器发挥作用将载流子注入到有源区中。被注入的载流子在量子阱中从导带到价带的复合使得光子开始在由所述镜所限定的激光器腔中移动。所述镜来回反射光子。当偏置电流在由所述腔所支持的波长下足以在量子阱态之间产生粒子数反转时，在量子阱中产生光增益。当光增益等于腔损耗时，发生激光器振荡并且激光器被认为是处于阈值偏置，当从VCSEL的顶部发射光学相干的光子时，VCSEL开始′产生激光′。

已经确定了VCSEL的有源区的组成可以确定激光器的功能。特别地，如果不精心准备量子阱和围绕量子阱的势垒层的组成，那么量子阱的元素可以互相扩散到势垒层中并与势垒层的元素再结合，并且势垒层的元素可以互相扩散到量子阱中并且可以与量子阱的元素再结合。这样的相互扩散和交叉结合会在量子阱和势垒层之间产生对于激光器在能量上不太有利的区域。因此，设计防止元素发生这样的相互扩散和交叉组合的有源区是有利的。

本发明要求保护的主题并不限于解决如在上面所述的那些环境中的任何缺点或仅在如上面所述的那些环境中操作的实施例。相反，提供这样的背景仅仅是说明一项可以实践本文所述的一些实施例的实例技术。

发明内容

在一个实施例中，VCSEL可以包括：一个或多个具有InGaAs的量子阱；两个或更多个结合所述一个或多个量子阱层的、具有InGaP的量子阱势垒；和一个或多个具有GaP、GaAsP或GaAs中一种或多种的过渡单层，所述过渡单层沉积在各量子阱层和量子阱势垒之间。