NL1005570C2 - Vertical contact surface emitting laser manufacture - Google Patents
Vertical contact surface emitting laser manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- NL1005570C2 NL1005570C2 NL1005570A NL1005570A NL1005570C2 NL 1005570 C2 NL1005570 C2 NL 1005570C2 NL 1005570 A NL1005570 A NL 1005570A NL 1005570 A NL1005570 A NL 1005570A NL 1005570 C2 NL1005570 C2 NL 1005570C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- layers
- substrate
- layer
- active layer
- contact
- Prior art date
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]
- H01S5/18341—Intra-cavity contacts
-
- 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
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
- H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
- H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
-
- 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
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
- H01S5/06236—Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the polarisation, e.g. TM/TE polarisation switching
-
- 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]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
-
- 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]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18322—Position of the structure
- H01S5/1833—Position of the structure with more than one structure
-
- 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]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18338—Non-circular shape of the structure
-
- 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]
- H01S5/18355—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a defined polarisation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
Korte aanduiding: VCSEL-halfgeleiderinrichting.Short designation: VCSEL semiconductor device.
De uitvinding heeft betrekking op een VCSEL-halfgeleiderinrichting, omvattende een halfgeleidersubstraat, een aantal 5 op het substraat aangebrachte lagen, waaronder een eerste gestapelde spiegel laag, een eerste contactlaag, een actieve laag, een tweede contactlaag en een tweede gestapelde spiegellaag, die zo in de genoemde volgorde op het substraat zijn aangebracht, dat gedeelten van de van het substraat afgekeerde oppervlakken van de contactlagen vrij-10 blijven, waarbij de op de eerste contactlaag aangebrachte lagen ten minste twee tweetallen in hoofdzaak evenwijdige kanten hebben, respectievelijk cirkelcilindrisch zijn, en op de vrijblijvende gedeelten van de contactlagen aangebrachte contacten.The invention relates to a VCSEL semiconductor device, comprising a semiconductor substrate, a number of layers applied to the substrate, including a first stacked mirror layer, a first contact layer, an active layer, a second contact layer and a second stacked mirror layer, said sequence is applied to the substrate, that portions of the surfaces of the contact layers remote from the substrate remain free, the layers applied to the first contact layer having at least two pairs of substantially parallel sides, respectively, being circular-cylindrical, and the contactless parts of the contact layers.
Een dergelijke inrichting kan bekend worden geacht 15 uit het Amerikaanse octrooi schrift 5 245 622. (Zie met name figuur 2 daarvan.)Such an arrangement can be considered to be known from US patent 5 245 622. (See in particular figure 2 thereof.)
Deze bekende inrichting maakt gebruik van gelaagde contactlagen en een stroomblokkeringsgebied in de actieve laag, waarbij het stroomblokkeringsgebied en de op de gelaagde contactlagen 20 aangebrachte contacten ringvormig zijn. Door deze maatregelen wordt lage serieweerstand zonder toename van de optische absorptie bereikt, alsmede onderdrukking van hogere modusstraling, om TEM00-modusstraling en hoge vermogensrendementen te verkrijgen.This known device uses layered contact layers and a current blocking region in the active layer, the current blocking region and the contacts arranged on the layered contact layers 20 being annular. By these measures, low series resistance without increasing optical absorption is achieved, as well as suppression of higher mode radiation, to obtain TEM00 mode radiation and high power efficiencies.
Halfgeleiderlasers worden wijdverbreid gebruikt 25 in toepassingen zoals optische vezel- of vrije ruimte-communicatie-systemen, optische gegevensopslagsystemen en druk- of aftastsystemen. De VCSEL-halfgeleiderinrichting (waarbij VCSEL staat voor "Vertical Cavity Surface Emitting Laser", dat wil zeggen een vanaf een oppervlak evenwijdig aan het onderliggende substraat uitzendende laser met 30 verticale trilholte) is een betrekkelijk nieuw type halfgeleiderlaser dat straling uitzendt in een richting die althans in hoofdzaak loodrecht staat op het vlak van de PIN-overgang of het substraat in plaats van evenwijdig aan het vlak van de PIN-overgang zoals bij conventionele vanaf een kant uitzendende halfgeleiderlasers. De cirkelvormige 35 uitgangsbundel met lage divergentie van VCSELs verbetert het koppe-1ingsrendement met enkel-modusvezels en uitzending althans in hoofd- 1005570 2 zaak loodrecht op het substraat maakt de fabricage van twee-dimensio-nale VCSEL-matrices mogelijk.Semiconductor lasers are widely used in applications such as fiber optic or free space communication systems, optical data storage systems and printing or scanning systems. The VCSEL semiconductor device (where VCSEL stands for "Vertical Cavity Surface Emitting Laser", that is, a laser with a vertical cavity emitting from a surface parallel to the underlying substrate) is a relatively new type of semiconductor laser that emits radiation in at least a direction is substantially perpendicular to the plane of the PIN junction or the substrate rather than parallel to the plane of the PIN junction as with conventional side-emitting semiconductor lasers. The low divergence circular output beam of VCSELs improves coupling efficiency with single mode fibers and broadcasting at least substantially perpendicular to the substrate allows the fabrication of two-dimensional VCSEL matrices.
Een typische halfgeleiderlaser bestaat uit een tussen twee evenwijdige spiegels opgenomen trilholte die is voorzien 5 van een actief gebied. In een VCSEL is de dikte van het actieve gebied typisch slechts één micrometer of een fractie daarvan. Aangezien dit resulteert in een enkelgangs optische versterking van ongeveer 1% of minder, moet het reflectievermogen van de spiegels groter dan 99% zijn om laserwerking te bereiken. Een dergelijk hoog reflectievermogen kan 10 worden bereikt door DBR-spiegels (waarbij DBR staat voor "Distributed Bragg Reflector", dat wil zeggen een verdeelde Bragg-reflector) toe te passen. Een DBR-spiegel is een stapel van lagen met afwisselende hoge en lage brekingsindex. Het aantal benodigde lagen hangt af van het verschil in brekingsindex van de lagen en het gewenste reflectie-15 vermogen.A typical semiconductor laser consists of a vibrating cavity included between two parallel mirrors and provided with an active area. In a VCSEL, the thickness of the active region is typically only one micrometer or a fraction thereof. Since this results in a single-pass optical gain of about 1% or less, the reflectivity of the mirrors must be greater than 99% to achieve laser operation. Such high reflectivity can be achieved by using DBR mirrors (where DBR stands for "Distributed Bragg Reflector", ie, a distributed Bragg reflector). A DBR mirror is a stack of layers with alternating high and low refractive index. The number of layers required depends on the difference in the refractive index of the layers and the desired reflectivity.
Voor een dergelijke dunne trilholte is de golf-lengte-afstand tussen de verschillende longitudinale modi groter dan het versterkingsspectrum van het actieve gebied, hetgeen resulteert in bedrijf met een enkele longitudinale modus. Bedrijf met een enkele 20 transversale modus wordt slechts alleen bij zwakke stroom bereikt. Bij sterke stroom zenden VCSELs volgens de stand van de techniek straling in hogere transversale modi uit. Longitudinale (axiale) modi worden gevormd door axiaal langs de trilholte van de VCSEL lopende vlakke golven. Indien de VCSEL slechts de fundamentele transversale modus 25 TEM00 bevat, heeft het laserbundelintensiteitsprofiel een Gaussiaans verdeelde doorsnede, die het intenst in het midden is en minder intens aan de omtrek van de inrichting. Bijdragen van hogere transversale modi (bijvoorbeeld TEM01, TEM10, TEMn enz.) leiden tot op het bovenoppervlak van de inrichting zichtbare heldere en donkere stippen en 30 een stralingsveld dat uit verscheidene bundels bestaat. Straling met hoge transversale modi is moeilijker in optische vezels te koppelen en voor vrije ruimtebundelvorming te focusseren. Bovendien leiden bijdragen van hoge transversale modi tot modusspreiding in optische vezels, aangezien de hogere orde transversale modi met een enigszins 35 afwijkende snelheid lopen, hetgeen resulteert in verbreding van een optische puls, terwijl deze in een optische vezel loopt.For such a thin cavity, the wavelength distance between the various longitudinal modes is greater than the gain spectrum of the active region, resulting in single longitudinal mode operation. Operation with a single transverse mode is achieved only with weak current. At high current, prior art VCSELs emit radiation in higher transverse modes. Longitudinal (axial) modes are formed by planar waves running axially along the cavity of the VCSEL. If the VCSEL contains only the fundamental transverse mode TEM00, the laser beam intensity profile has a Gaussian divided section, which is the most intense in the center and less intense at the periphery of the device. Contributions from higher transverse modes (eg TEM01, TEM10, TEMn etc.) lead to bright and dark dots visible on the top surface of the device and a multi-beam radiation field. High transverse mode radiation is more difficult to couple into optical fibers and to focus for free space beam formation. In addition, contributions from high transverse modes lead to mode spreading in optical fibers, since the higher order transverse modes run at a slightly different speed, resulting in broadening of an optical pulse as it travels in an optical fiber.
1005570 I1005570 I
33
Wanneer een elektrische stroom wordt toegevoerd, wordt in het actieve gebied optische straling opgewekt, die tussen de spiegels heen en weer wordt gekaatst. Eén van de stapels van spiegels heeft een lager reflectievermogen om een gedeelte van het in de tri 1-5 holte opgebouwde coherente licht uit te koppelen. De stroom kan door de spiegels heen (verticale injectie) in het actieve gebied worden geïnjecteerd, of lateraal met behulp van contactlagen binnen de trilholte (radiale injectie). De elektrodenconfiguratie volgens de stand van de techniek is voor beide injectiemechanismen symmetrisch (bijv.When an electric current is applied, optical radiation is generated in the active region, which is reflected back and forth between the mirrors. One of the stacks of mirrors has a lower reflectivity to couple out some of the coherent light built up in the tri-1-5 cavity. The current can be injected through the mirrors (vertical injection) into the active region, or laterally using contact layers within the cavity (radial injection). The prior art electrode configuration is symmetrical for both injection mechanisms (e.g.
10 donut- of ringvormig). Het stroominjectieprofiel heeft echter de tendens voor deze symmetrische elektrodeconfiguraties niet-uniform te zijn, en wanneer de injectiestroom toeneemt, zal de stroom aan de randen van de door de stroomblokkeringslagen gevormde stroomapertuur verdichten. Omdat de gewenste optische modus TEM00 een lagere amplitude 15 bij de randen van de door de stroomblokkeringslagen gevormde stroomapertuur heeft, wordt het omzettingsrendement wezenlijk verlaagd. Bovendien resulteert de geringe overlapping tussen het optische TEM00-en elektrische dichtheidsprofiel bij sterke injectiestromen in laser-bedrijf met hogere orde transversale modi.10 donut or annular). However, the current injection profile tends to be non-uniform for these symmetrical electrode configurations, and as the injection current increases, the current at the edges of the current aperture formed by the current blocking layers will densify. Since the desired optical mode TEM00 has a lower amplitude at the edges of the current aperture formed by the current blocking layers, the conversion efficiency is substantially reduced. In addition, the slight overlap between the optical TEM00 and electrical density profiles at high injection currents results in laser operation with higher order transverse modes.
20 Een ander probleem met VCSEL-ontwerpen volgens de stand van de techniek wordt gevormd door de ongestuurde polarisatie-richtingen van de uitgezonden straling. Bij vele toepassingen (b.v. magneto-optische platen) zijn lasers met gestuurde polarisatierichtin-gen zeer noodzakelijk.Another problem with prior art VCSEL designs is the uncontrolled polarization directions of the emitted radiation. In many applications (e.g. magneto-optical plates), lasers with controlled polarization directions are very necessary.
25 De uitvinding beoogt bedrijf met enkele transver sale TEM00-modus en optische straling met een polarisatierichting die in hoofdzaak evenwijdig is met de stroominjectierichting te bereiken.The object of the invention is to achieve operation with a single transverse TEM00 mode and optical radiation with a polarization direction which is substantially parallel to the current injection direction.
De uitvinding voorziet daartoe in een inrichting van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft, dat ten 30 minste één tweetal in hoofdzaak rechthoekige contacten respectievelijk naast en boven alsmede uitgericht met twee tegenover elkaar gelegen kanten van de actieve laag, respectievelijk uitgericht met twee tegenover elkaar gelegen zijden van een denkbeeldige, het naar het substraat gerichte oppervlak van de tweede gestapelde spiegellaag op het 35 van het substraat afgekeerde oppervlak van de tweede contactlaag omschrijvende veelhoek op de eerste en tweede contactlagen is aange 1005570 4 bracht.To this end, the invention provides a device of the type mentioned in the preamble, characterized in that at least two substantially rectangular contacts are arranged next to and above, respectively, and aligned with two opposite sides of the active layer, respectively two opposite sides of an imaginary polygon defining the substrate facing surface of the second stacked mirror layer on the surface of the second contact layer facing away from the substrate has been applied to the first and second contact layers.
De uitvinding heeft ook betrekking op een VCSEL-halfgeleiderinrichting, omvattende een halfgeleidersubstraat, een aantal op het substraat aangebrachte lagen, waaronder een eerste 5 gestapelde spiegellaag, een actieve laag en een tweede gestapelde spiegellaag, die zo in de genoemde volgorde op het substraat zijn aangebracht, dat een gedeelte van het oppervlak van het substraat waarop het aantal lagen is aangebracht vrijblijft, waarbij de op het substraat aangebrachte lagen ten minste twee tweetallen in hoofdzaak 10 evenwijdige kanten hebben, respectievelijk cirkelcilindrisch zijn, en contacten, waarvan er een op het substraat is aangebracht.The invention also relates to a VCSEL semiconductor device, comprising a semiconductor substrate, a number of layers applied to the substrate, including a first stacked mirror layer, an active layer and a second stacked mirror layer, which are thus applied to the substrate in the order mentioned that a portion of the surface of the substrate on which the plurality of layers is applied remains free, the layers applied to the substrate having at least two pairs of substantially 10 parallel sides, respectively, being circular cylindrical, and contacts, one of which is on the substrate fitted.
Ook een dergelijke inrichting kan bekend worden geacht uit het Amerikaanse octrooi schrift 5 245 622.Such a device can also be considered to be known from US patent 5 245 622.
Ter verwezenlijking van dezelfde doelen van de 15 uitvinding als bovenstaand, heeft de inrichting van de hierboven genoemde soort het kenmerk, dat ten minste één tweetal in hoofdzaak rechthoekige contacten respectievelijk naast en boven alsmede uitgericht met twee tegenover elkaar gelegen kanten van de actieve laag, respectievelijk uitgericht met twee tegenover elkaar gelegen zijden 20 van een denkbeeldige, het naar het substraat gerichte oppervlak van de eerste gestapelde spiegellaag op het substraat omschrijvende veelhoek op het vrijblijvende gedeelte van het substraat en het van het substraat afgekeerde oppervlak van de tweede gestapelde spiegellaag is aangebracht.In order to achieve the same objects of the invention as above, the device of the above-mentioned type is characterized in that at least two substantially rectangular contacts are arranged next to and above, respectively, and aligned with two opposite sides of the active layer, respectively. aligned with two opposite sides 20 of an imaginary polygon describing the surface of the first stacked mirror layer facing the substrate, on the substrate, the polygon on the non-exposed portion of the substrate and the surface of the second stacked mirror layer facing away from the substrate.
25 Door de voorgestelde nieuwe contactenstructuur worden de hierboven genoemde doelen bereikt, en is het bovendien mogelijk de richting van de polarisatie van het licht te sturen door meer dan één tweetal contacten toe te passen.The proposed new contact structure achieves the above-mentioned objectives, and it is moreover possible to control the direction of the polarization of the light by using more than one pair of contacts.
De uitvinding zal nu aan de hand van de begeleiden-30 de tekening nader worden toegelicht, in welke tekening: figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van de laser volgens de uitvinding met radiale stroominjectie laat zien; figuur 2 een variant van de laser van figuur 1 weergeeft, waarmee de lichtpolarisatie in twee orthogonale richtingen 35 kan worden gestuurd, en 1005570 5 figuur 3 een tweede uitvoeringsvorm van een laser volgens de uitvinding met verticale stroominjectie toont.The invention will now be further elucidated with reference to the accompanying drawing, in which drawing: figure 1 shows a first embodiment of the laser according to the invention with radial current injection; figure 2 shows a variant of the laser of figure 1, with which the light polarization can be controlled in two orthogonal directions, and figure 555570 shows a second embodiment of a laser according to the invention with vertical current injection.
In een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de VCSEL een tussen bovenste en benedenste DBR-spiegels ofte wel 5 respectievelijk tweede en eerste gestapelde spiegellagen 1, 2 aangebrachte, niet nader aangeduide trilholte. De DBR-spiegels 1, 2 omvatten optisch transparante lagen, zoals epitaxiaal gegroeide aluminium-galliumarsenide- of indiumfosfidelagen, maar ook kunnen diëlektrische lagen in combinatie met metaallagen zoals Si02/Ti02, MgF2/ZnSe, 10 Si02/Si3N4 of Al203/AlxGalxAs worden gebruikt. De trilholte omvat bovenste en benedenste ofte wel tweede en eerste afstandslagen 3 en 4, waartussenin een optische straling opwekkende actieve laag 5 is opgenomen. De actieve laag 5 is gemaakt van optisch actief materiaal, zoals galliumarsenide, indiumgalliumarsenide, indiumgalliumarsenide-15 fosfide, indiumgalliumnitride, aluminiumgalliumarsenide, aluminium- galliumindiumfosfide, zinkselenide of dergelijke. Bovenste en benedenste ofte wel tweede en eerste contactlagen 6, 7 zijn binnen de optische holte tussen respectievelijk enerzijds de bovenste en benedenste gestapelde spiegellagen 1, 2 en de bovenste en benedenste 20 afstandslagen 3, 4 opgenomen voor het in de actieve laag geleiden van elektrische stroom. Voor het insnoeren van laterale stroom zijn tussen respectievelijk de bovenste en benedenste afstandslagen 3, 4 en de bovenste en benedenste contactlagen 6, 7 aluminium bevattende bovenste en benedenste, ofte wel tweede en eerste laterale stroominsnoerings-25 lagen 8, 9 (b.v. van aluminiumarsenide, aluminiumgalliumarsenide, aluminiumindiumfosfide, aluminiumgalliumindiumfosfide) geplaatst. Met behulp van een oxidatietechniek die selectief voor aluminium bevattende lagen is, zijn de laterale stroominsnoeringslagen 8, 9 zijdelings vanaf de kanten van de trilholte in transparante oxidelagen omgezet.In a first embodiment of the invention, the VCSEL comprises an unspecified vibrating cavity disposed between the upper and lower DBR mirrors, i.e. 5 second and first stacked mirror layers 1, 2, respectively. The DBR mirrors 1, 2 include optically transparent layers, such as epitaxially grown aluminum-gallium arsenide or indium phosphide layers, but also dielectric layers can be used in combination with metal layers such as Si02 / Ti02, MgF2 / ZnSe, 10 Si02 / Si3N4 or Al203 / AlxGalxAs . The vibrating cavity comprises upper and lower or second and first spacing layers 3 and 4, between which an active radiation generating layer 5 is incorporated. The active layer 5 is made of optically active material, such as gallium arsenide, indium gallium arsenide, indium gallium arsenide-15 phosphide, indium gallium nitride, aluminum gallium arsenide, aluminum gallium indium phosphide, zinc selenide or the like. Top and bottom or second and first contact layers 6, 7 are included within the optical cavity between the top and bottom stacked mirror layers 1, 2 and the top and bottom 20 spacer layers 3, 4, respectively, for conducting electric current into the active layer . For lateral flow constriction, between the top and bottom spacer layers 3, 4 and the top and bottom contact layers 6, 7, respectively, are aluminum containing top and bottom, i.e., second and first lateral currents layers 8, 9 (eg, of aluminum arsenide, aluminum gallium arsenide, aluminum indium phosphide, aluminum gallium indium phosphide). Using an oxidation technique selective for aluminum containing layers, the lateral flow constriction layers 8, 9 are converted laterally from the sides of the cavity into transparent oxide layers.
30 Het overblijvende niet-geoxideerde deel van de aluminium bevattende lagen 8, 9 vormen een stroomapertuur die leidt tot efficiënte ladings-dragerinjectie. In plaats van een ringvormige elektrodenconfiguratie met een eerste elektrode aangebracht rondom de basis van de tweede gestapelde spiegellaag 1 zoals volgens de stand van de techniek, wordt 35 een strookcontact 13 aan een zijde van de tweede gestapelde spiegellaag 1 gebruikt. Ook de ringvormige tweede elektrode volgens de stand 1005570 6 van de techniek is door een strookcontact 14 aan de andere zijde van de tweede gestapelde spiegellaag 1 vervangen.The remaining non-oxidized portion of the aluminum-containing layers 8, 9 form a flow aperture leading to efficient charge carrier injection. Instead of an annular electrode configuration with a first electrode arranged around the base of the second stacked mirror layer 1 as in the prior art, a strip contact 13 on one side of the second stacked mirror layer 1 is used. Also the annular second electrode of the prior art 1005570 6 has been replaced by a strip contact 14 on the other side of the second stacked mirror layer 1.
Algemener gezegd, stelt de onderhavige uitvinding een VCSEL-halfgeleiderinrichting voor, die een halfgeleidersubstraat 5 10 omvat, waarop een aantal lagen (1-9) is aangebracht, inclusief een eerste gestapelde spiegel laag 2, een eerste contactlaag 7, een actieve laag 5, een tweede contactlaag 6 en een tweede gestapelde spiegellaag 1, die zo in de genoemde volgorde op het substraat 10 zijn aangebracht, dat gedeelten van de van het substraat afgekeerde oppervlakken 10 71, 61 van respectievelijk de contactlagen 7 en 6 vrijblijven, waarbij de op de eerste contactlaag 7 aangebrachte lagen 4, 5, 3, 6 en 1 ten minste twee tweetallen in hoofdzaak evenwijdige kanten AA, A’A’, respectievelijk BB en B’B’ hebben, respectievelijk cirkelcilindrisch zijn, en op de vrijblijvende gedeelten van de contactlagen 6, 7 aange-15 brachte contacten 13 en 14. In overeenstemming met maatregelen volgens de onderhavige uitvinding is dan ten minste één tweetal in hoofdzaak rechthoekige contacten 13, 14 respectievelijk naast en boven alsmede uitgericht met twee tegenover elkaar gelegen kanten A, A van de actieve laag 5, respectievelijk uitgericht met twee tegenover elkaar 20 gelegen zijden van een denkbeeldige, het naar het substraat gerichte oppervlak van de tweede gestapelde spiegellaag op het van het substraat afgekeerde oppervlak van de tweede contactlaag omschrijvende veelhoek op de eerste en tweede contactlagen 6, 7 aangebracht. In bovenaanzicht zijn de op de eerste contactlaag 7 aangebrachte lagen 9, 25 4, 5, 3, 8, 6, 1 radiaal symmetrisch, dat wil zeggen cirkelvormig of veelhoekig met inbegrip van hexagonaal, rechthoekig en vierkant.More generally, the present invention proposes a VCSEL semiconductor device comprising a semiconductor substrate 5 on which a plurality of layers (1-9) are deposited, including a first stacked mirror layer 2, a first contact layer 7, an active layer 5, a second contact layer 6 and a second stacked mirror layer 1, which are arranged on the substrate 10 in the above-mentioned order, so that parts of the surfaces 10, 71, 61 facing away from the substrate remain of the contact layers 7 and 6, respectively, with the layers 4, 5, 3, 6 and 1 applied in first contact layer 7 have at least two pairs of substantially parallel sides AA, A'A ', BB and B'B', respectively, which are circular cylindrical, and on the non-binding parts of the contact layers 6, 7 arranged contacts 13 and 14. In accordance with measures according to the present invention, at least one pair of substantially rectangular contacts 13, 14 re respectively adjacent and above and aligned with two opposite sides A, A of the active layer 5, respectively aligned with two opposite sides of an imaginary surface of the second stacked mirror layer facing the substrate and of the substrate facing surface of the second contact layer describing polygon applied to the first and second contact layers 6, 7. In plan view, the layers 9, 25, 4, 5, 3, 8, 6, 1 applied to the first contact layer 7 are radially symmetrical, i.e. circular or polygonal, including hexagonal, rectangular and square.
Op deze wijze zal de stroominjectie vanaf de ene elektrode 13 naar de andere 14 zijn gericht, en vice versa. De stroomweg door de omtrek van de actieve laag 5, die resulteert in de onge-30 wenste stroomverdichting aan de kanten van het actieve gebied voor de VCSELs volgens de stand van de techniek heeft nu niet langer de voorkeur voor welke andere stroomweg dan ook door de actieve laag 5. Omdat de waarschijnlijkheid van alle stroomwegen door de actieve laag 5 nu dezelfde is, zal de homogeniteit van de stroominjectie wezenlijk 35 toenemen. Als een resultaat wordt laserwerking met hogere orde transversale modussen onderdrukt. Bovendien zal als een resultaat van de 1005570 7 gerichte stroominjectie de laser optimale straling met een polarisa-tierichting die in hoofdzaak evenwijdig is aan de stroominjectie-richting uitzenden.In this way, the current injection from one electrode 13 will be directed to the other 14, and vice versa. The current path through the periphery of the active layer 5, which results in the undesired current densification on the active region sides for the prior art VCSELs, is now no longer preferred for any other current path through the active region. active layer 5. Since the probability of all current paths through the active layer 5 is now the same, the homogeneity of the current injection will increase substantially. As a result, laser operation with higher order transverse modes is suppressed. In addition, as a result of the 1005570 7 direct current injection, the laser will emit optimal radiation with a polarization direction that is substantially parallel to the current injection direction.
Figuur 2 laat een uitvoeringsvorm van de inrichting 5 volgens de uitvinding zien, die overeenstemt met die, welke in figuur 1 is weergegeven, maar die in plaats van een tweetal strookcontacten 13, 14 twee orthogonale tweetallen strookcontacten 13, 14 en 15, 16 omvat. In figuren 1 en 2 zijn dezelfde verwijzingsgetallen voor dezelfde of overeenkomstige onderdelen gebruikt.Figure 2 shows an embodiment of the device 5 according to the invention, which corresponds to that shown in Figure 1, but which instead of two strip contacts 13, 14 comprises two orthogonal pairs of strip contacts 13, 14 and 15, 16. In Figures 1 and 2, the same reference numerals are used for the same or corresponding parts.
10 Zoals in figuur 2 is getoond, is net zoals in figuur 1 een tweetal in hoofdzaak rechthoekige contacten 13, 14 respectievelijk naast en boven alsmede uitgericht met twee tegenover elkaar gelegen kanten A, A van de actieve laag 5 op de eerste en tweede contactlagen 6 en 7 aangebracht, en is verder een tweetal in 15 hoofdzaak rechthoekige contacten 15, 16 respectievelijk naast en boven alsmede uitgericht met twee tegenover elkaar gelegen kanten A’A’ van de actieve laag 5 op de eerste en tweede contactlagen 6, 7 aangebracht.As shown in figure 2, just as in figure 1, two substantially rectangular contacts 13, 14 are next to and above, respectively, and aligned with two opposite sides A, A of the active layer 5 on the first and second contact layers 6 and 7, and furthermore two substantially rectangular contacts 15, 16 are arranged next to and above, respectively, and aligned with two opposite sides A'A 'of the active layer 5 on the first and second contact layers 6, 7.
Met de VCSEL van figuur 2 kan de richting van de 20 polarisatie van het licht worden gestuurd in twee orthogonale richtingen. Bij een hexagonale structuur zou de richting van het licht in drie richtingen kunnen worden gestuurd. Modulatie van de polarisatie-richting van het laserlicht kan worden gebruikt in bijvoorbeeld telecommun i cat i enetwerken.With the VCSEL of Figure 2, the direction of the polarization of the light can be controlled in two orthogonal directions. With a hexagonal structure, the direction of the light could be directed in three directions. Modulation of the polarization direction of the laser light can be used, for example, in telecommunications networks.
25 Een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding is in figuur 3 getoond. Ook hier zijn voor dezelfde of gelijksoortige onderdelen als in figuur 1 dezelfde verwijzingsgetallen gebruikt.Another embodiment of the device according to the present invention is shown in figure 3. Here, too, the same reference numerals have been used for the same or similar parts as in Figure 1.
De in figuur 3 getoonde uitvoeringsvorm van de 30 VCSEL volgens de onderhavige uitvinding omvat een tussen bovenste en benedenste gestapelde spiegellagen 1, 2 aangebrachte, bovenste en benedenste afstandslagen 3, 4, bovenste en benedenste stroominsnoe-ringslagen 8, 9 en actieve laag 5 bevattende trilholte, waarbij de actieve laag 5 optische straling opwekt. In plaats van door laterale 35 stroominjectie met behulp van twee contactlagen in de trilholte, wordt in deze uitvoeringsvorm de stroom door middel van de gestapelde 10Ü5570 i 8 spiegellagen 1, 2, meer in het bijzonder DBR-spiegels, in de actieve laag 5 geïnjecteerd. Net zoals bij de uitvoeringsvorm van figuur 1, en ook de variant daarvan in figuur 2, zijn in plaats van ringvormige elektroden of contacten volgens de stand van de techniek, wederom 5 strookvormige contacten 13 en 14 toegepast, maar zijn deze nu niet op respectievelijk de bovenste en benedenste contactlagen 6, 7 (in figuren 1 en 2) geplaatst, maar in dit geval respectievelijk op de bovenste of tweede gestapelde spiegel laag 1 en het bovenoppervlak van het substraat 10. Wanneer de structuur tussen de twee gestapelde 10 spiegellagen 1 en 2, namelijk de lagen 3-5 en 8-9, en deze gestapelde spiegellagen 1, 2 een mesa wordt genoemd, dan kan eenvoudigweg worden gezegd dat het tweetal strookvormige contacten 13, 14 aan tegengestelde zijden van de mesa is geplaatst. Ook in dit geval zal stroom-verdichting worden verminderd en laserwerking met hogere orde trans-15 versale modi worden onderdrukt. Ook bij deze uitvoeringsvorm kunnen verscheidene tweetallen elektroden worden toegepast, analoog aan de in figuur 2 getoonde variant van de uitvoeringsvorm volgens figuur 1, zodat ook in deze uitvoeringsvorm de stroom in twee of meer richtingen kan worden gestuurd.The embodiment of the VCSEL according to the present invention shown in figure 3 comprises an upper and lower spacing layers 3, 4, arranged between upper and lower stacked mirror layers 1, 2, upper and lower flow necking layers 8, 9 and active layer 5 the active layer 5 generating optical radiation. In this embodiment, instead of by lateral flow injection using two contact layers in the vibrating cavity, the flow is injected into the active layer 5 by means of the stacked mirror layers 1, 2, more in particular DBR mirrors. As with the embodiment of figure 1, and also the variant thereof in figure 2, instead of annular electrodes or contacts according to the prior art, strip-shaped contacts 13 and 14 have again been applied, but are now not on the respective upper and lower contact layers 6, 7 (in figures 1 and 2), but in this case respectively on the upper or second stacked mirror layer 1 and the top surface of the substrate 10. When the structure is between the two stacked 10 mirror layers 1 and 2 namely the layers 3-5 and 8-9, and these stacked mirror layers 1, 2 is called a mesa, it can simply be said that the two strip-shaped contacts 13, 14 are placed on opposite sides of the mesa. Also in this case, current compaction will be reduced and higher order transverse mode laser operation suppressed. In this embodiment too, several pairs of electrodes can be used, analogous to the variant of the embodiment according to Figure 1 shown in Figure 2, so that the current can also be controlled in two or more directions in this embodiment.
10055701005570
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1005570A NL1005570C2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Vertical contact surface emitting laser manufacture |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1005570 | 1997-03-19 | ||
NL1005570A NL1005570C2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Vertical contact surface emitting laser manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL1005570C2 true NL1005570C2 (en) | 1998-09-22 |
Family
ID=19764625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL1005570A NL1005570C2 (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Vertical contact surface emitting laser manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NL (1) | NL1005570C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1073171A3 (en) * | 1999-07-21 | 2002-06-19 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation | Lateral injection vertical cavity surface-emitting laser |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS614291A (en) * | 1984-06-19 | 1986-01-10 | Agency Of Ind Science & Technol | Surface light-emission laser |
JPH0265284A (en) * | 1988-08-31 | 1990-03-05 | Fujitsu Ltd | Semiconductor surface emitting device and light processing method |
US5146465A (en) * | 1991-02-01 | 1992-09-08 | Apa Optics, Inc. | Aluminum gallium nitride laser |
US5245622A (en) * | 1992-05-07 | 1993-09-14 | Bandgap Technology Corporation | Vertical-cavity surface-emitting lasers with intra-cavity structures |
US5469458A (en) * | 1992-11-27 | 1995-11-21 | Nec Corporation | Surface-emitting semiconductor device |
-
1997
- 1997-03-19 NL NL1005570A patent/NL1005570C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS614291A (en) * | 1984-06-19 | 1986-01-10 | Agency Of Ind Science & Technol | Surface light-emission laser |
JPH0265284A (en) * | 1988-08-31 | 1990-03-05 | Fujitsu Ltd | Semiconductor surface emitting device and light processing method |
US5146465A (en) * | 1991-02-01 | 1992-09-08 | Apa Optics, Inc. | Aluminum gallium nitride laser |
US5245622A (en) * | 1992-05-07 | 1993-09-14 | Bandgap Technology Corporation | Vertical-cavity surface-emitting lasers with intra-cavity structures |
US5469458A (en) * | 1992-11-27 | 1995-11-21 | Nec Corporation | Surface-emitting semiconductor device |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 141 (E - 406) 24 May 1986 (1986-05-24) * |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 239 (E - 0930) 21 May 1990 (1990-05-21) * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1073171A3 (en) * | 1999-07-21 | 2002-06-19 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation | Lateral injection vertical cavity surface-emitting laser |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7388894B2 (en) | Hybrid MOPA having narrowband oscillator and amplifier with integrated optical coupling | |
JP2770996B2 (en) | Multi-channel cavity laser | |
EP0587154B1 (en) | Narrow bandwidth laser array system | |
US5555255A (en) | Surface-emitting laser diode | |
KR100866059B1 (en) | Optical data processing apparatus using vertical-cavity surface-emitting laservcsel device with large oxide-aperture | |
US4111521A (en) | Semiconductor light reflector/light transmitter | |
EP1333550A2 (en) | Organic vertical cavity phase-locked laser array device | |
KR100860696B1 (en) | Vertical Resonant Surface Emission Laser | |
EP1365490B1 (en) | Organic vertical cavity phase-locked laser array device | |
KR950024381A (en) | Circular Grating Surface Emission Laser Diode and Gray | |
Bjorlin et al. | Long wavelength vertical-cavity semiconductor optical amplifiers | |
EP1411607A2 (en) | Organic laser cavity arrays | |
JPH0964334A (en) | Integrated element of light emitting element and external modulator | |
US5918108A (en) | Vertical cavity surface emitting laser with enhanced second harmonic generation and method of making same | |
JP2001223429A (en) | Semiconductor laser device | |
CN112928600A (en) | Semiconductor laser transmitter | |
US4976539A (en) | Diode laser array | |
US6901086B2 (en) | Stack-type diode laser device | |
US6680965B2 (en) | Semiconductor laser diode and optical communication system | |
US20040264528A1 (en) | External cavity organic laser | |
CA2266714A1 (en) | Improvements in and relating to lasers | |
US5159604A (en) | Antiguided semiconductor laser array with edge reflectors | |
NL1005570C2 (en) | Vertical contact surface emitting laser manufacture | |
WO2018196689A1 (en) | Multi-wavelength hybrid integrated light emitting array | |
US5801403A (en) | Low divergence laser diode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD2B | A search report has been drawn up | ||
VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20021001 |