[发明专利]具有受控超调的高速高带宽垂直腔面发射激光器

说明书

提供了一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)。VCSEL包括设置在基板上的台面结构。所述台面结构包括第一反射器、第二反射器，以及设置在所述第一反射器和第二反射器之间的有源腔材料结构。所述第二反射器具有从所述第二反射器的第二表面延伸至所述第二反射器预定深度的开口。蚀刻到所述第二反射器中至所述预定深度减少了光子寿命和VCSEL的阈值增益，同时增加了调制带宽并保持了所述第二反射器的高反射率。因此，将所述第二反射器蚀刻至所述预定深度可以改善所述VCSEL的超调控制、更宽的调制带宽和更快的脉冲，使得所述VCSEL可以提供具有受控超调的高速、高带宽信号。

相关申请的交叉引用

本申请是于2019年5月6日提交的美国专利申请号16/404,244的部分延续案，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明的各实施方式总体上涉及垂直腔面发射激光器(VCSEL)。示例实施方式总体上涉及具有受控超调的高速高带宽VCSEL。

背景技术

随着数据通信在量和速度两方面需求的提高，光纤已成为一种越来越流行的通信方法。这种用于生成通过光纤电缆通信的数据流的方法的一个新兴元件包括与单模光纤光耦合的VCSEL。然而，传统VCSEL设计往往无法提供对用于高速高带宽VCSEL的光子寿命、信号带宽和超调的控制。

发明内容

本发明的示例实施方式提供了一种高速高带宽的VCSEL。例如，各种实施方式提供了能够以每秒50GB或更高的速率通信数据的VCSEL。在示例实施方式中，在提供受控光子寿命和信号带宽的同时，限制了VCSEL的超调。例如，在示例实施方式中，VCSEL可以包括发射结构，所述发射结构包括第一反射器、第二反射器以及夹在第一反射器和第二反射器之间的有源区域，其中第二反射器已被蚀刻至深度D并具有蚀刻直径a₀。在各种实施方式中，所述第二反射器的蚀刻保持所述第二反射器的高反射率，同时减少光子寿命，以经由具有受控超调的高带宽信号来支持高速数据编码。因此，各种示例实施方式提供了具有受控卸载和超调特点的高速、高带宽VCSEL。

根据本发明的第一方面，提供了一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在示例实施方式中，所述VCSEL包括设置在基板上的台面结构。所述台面结构包括第一反射器、第二反射器以及设置在所述第一反射器和第二反射器之间的有源腔材料结构。所述第二反射器包括从所述第二反射器的第二表面延伸至所述第二反射器预定深度的开口。

在示例实施方式中，所述预定深度在约20nm至55nm的范围内。在示例实施方式中，所述预定深度在约15nm至30nm的范围内。在示例实施方式中，所述预定深度在20nm至25nm的范围内。在示例实施方式中，所述VCSEL进一步包括设置在所述第二反射器的第二表面上的盖层和触点。在示例实施方式中，(a)所述触点定义孔径，(b)所述开口定义开口直径，并且(c)所述孔径与所述开口直径近似相同。在示例实施方式中，所述开口定义与所述第二反射器定义的第二反射器直径近似相同的开口直径。在示例实施方式中，所述VCSEL的光子寿命在约5.5ps和1ps的范围内。在示例实施方式中，所述开口通过蚀刻形成。在示例实施方式中，所述VCSEL的调制带宽为17GHz或更大。在示例实施方式中，所述第一反射器和第二反射器中的至少一个包括半导体分布式布拉格(Bragg)反射器(DBR)。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造垂直腔面发射激光器(VCSEL)的方法。在示例实施方式中，所述方法包括干蚀刻VCSEL毛坯，以定义台面结构；湿蚀刻所述台面结构，以定义发射结构，所述发射结构包括第一反射器、第二反射器，以及夹在所述第一反射器和所述第二反射器之间的有源区域；以及将开口蚀刻至所述第二反射器中，所述开口从所述第二反射器的第二表面延伸至所述第二反射器预定深度。