[发明专利]注入物再生长VCSEL和具有不同VCSEL类型的异构组合的VCSEL阵列

说明书

非平坦化VCSEL可包含：在有源区上方或下方的阻挡区，所述阻挡区具有第一厚度；阻挡区中的一个或更多个导电沟道芯，所述一个或更多个导电沟道芯具有大于第一厚度的第二厚度，其中所述阻挡区限定为具有注入物，并且所述一个或更多个导电沟道芯没有注入物，其中，所述阻挡区位于一个或更多个导电沟道芯的侧向，所述阻挡区和一个或更多个导电沟道芯成为隔离区；和在隔离区上方的一个或更多个非平坦化半导体层的非平坦化半导体区。VCSEL可包含在有源区下方的平坦化底部镜区和在隔离区上方的非平坦化顶部镜区，或者在有源区下方的非平坦化底部镜区。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2016年9月28日提交的美国临时申请No.62/401,051的优先权，并要求于2017年9月15日提交的美国临时申请No.62/559,364的优先权，这些临时申请各自通过特定引用整体并入本文。

背景技术

激光器通常用在许多用于数据传输的现代通信组件中。一种已经变得更普遍的用途是激光器在数据网络中的使用。激光器用于许多光纤通信系统以在网络上传输数字数据。在一个示例性配置中，可以通过数字数据对激光器进行调制以产生包括表示二进制数据流的亮输出和暗输出的时段的光信号。在实际实践中，激光器输出高的光输出表示二进制高值，并且输出低功率光输出表示二进制低值。为了获得快速的反应时间，激光器始终开启，只从高的光输出到低的光输出变化。

与例如基于铜线的网络的其他类型的网络相比，光网络具有多种优点。例如，许多现有的铜线网络以针对铜线技术的近最大(near maximum)可行数据传输速率并以近最大可行距离操作。另一方面，许多现有的光网络在数据传输速率和距离方面都超过了针对铜线网络可行的最大值。也就是说，光网络能够在比铜线网络可行的更远距离以更高速率可靠地传输数据。

在光学数据传输中使用的一种类型的激光器是垂直腔面发射激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。顾名思义，VCSEL具有夹在两个镜叠层之间并由两个镜叠层限定的激光腔。VCSEL通常构造在例如砷化镓(GaAs)的半导体晶片上。VCSEL包括构造在半导体晶片上的底部镜。通常，底部镜包括多个交替的高折射率层和低折射率层。当光从具有一个折射率的层穿过至具有另一折射率的层时，光的一部分被反射。通过使用足够数量的交替层，可以通过镜反射高百分比的光。

底部镜上形成有包括多个量子阱的有源区(active region)。有源区形成夹在底部镜与顶部镜之间的PN结，底部镜和顶部镜具有相反的导电类型(例如，一个p型镜和一个n型镜)。值得注意的是，顶部镜和底部镜的概念在一定程度上可以是任意的。在一些结构中，可以从VCSEL的晶片侧提取光，其中，“顶部”镜是完全反射的——并且因此顶部镜是不透明的。然而，出于本发明的目的，“顶部”镜指的是从其提取光的镜，而不管其在物理结构中如何设置。当PN结通过电流正向偏置时，空穴和电子形式的载流子被注入到量子阱中。在足够高的偏置电流下，被注入的少数载流子在量子阱中形成产生光增益的粒子数反转。当有源区中的光子激发电子与导带中的空穴重新结合到价带(其产生额外光子)时，发生光增益。当光增益超过两个镜中的总损耗时，发生激光振荡。

有源区还可包括使用在靠近有源区的顶部镜和/或底部镜中形成的一个或更多个氧化物层形成的氧化物孔(oxide aperture)。氧化物孔既用于形成光学腔又用于引导偏置电流通过所形成的腔的中心区。或者，可以使用例如离子注入、图案化后的外延再生长或其他光刻图案化的其他手段来执行这些功能。

有源区上形成有顶部镜。顶部镜与底部镜类似，因为它通常包含在高折射率与较低折射率之间交替的多个层。通常，顶部镜具有较少的高折射率层与低折射率层交替的镜周期，以增强来自VCSEL顶部的光发射。