新一代长波长VCSEL制造技术浮出水面【ag厅免费试玩】

日期:2021-01-21 00:23:02 | 人气: 36636

新一代长波长VCSEL制造技术浮出水面【ag厅免费试玩】 本文摘要:EliKaponBeamExpress公司瑞士新创公司BeamExpress日前研制出一种针对宽波长单模VCSEL的高量产生产工艺,该公司创始人兼任首席科学家EliKapon先生在本文中简要地分析了这种技术。

EliKaponBeamExpress公司瑞士新创公司BeamExpress日前研制出一种针对宽波长单模VCSEL的高量产生产工艺,该公司创始人兼任首席科学家EliKapon先生在本文中简要地分析了这种技术。横向腔表面升空激光器(VCSEL)目前应用于各种有所不同领域,比起边升空激光器而言享有诸多优势,尤其要认为的是VCSEL激光器享有更加较低的电子功率损耗,洁净的单波长操作者,更容易与单模光纤耦合,与其他光元件兼容性好,PCB也更加非常简单,由于可以构建在片(on-wafer)测试,所以生产成本也取得了很大的减少。事实上,较短波长(1μm)的VCSEL目前早已在颇短距(100m)数据通讯和光点对点市场上正处于支配地位,目前在传感器领域的应用于也日益激增。

晶圆

之所以获得如此巅峰的成绩主要因为涉及的生产技术非常简单,可以跟当前的LED生产工艺相容。这种生产技术依赖GaAs衬底外延技术构成AlGaAs产于布拉格反射层(DBR)和(In)GaAs/AlGaAs量子阱(QW)有源区。开始追上那些宽波长VCSEL,特别是在工作在1310nm和1550nm等电信波长上的VCSEL,对于研制那些用在LAN和MAN网络(网络跨度在100米到100公里)里的低成本、波长高效率的光源来说是一个十分更有人的解决方案。

不过这些宽波长发射器的研制工作比起较短波长的VCSEL领先了许多。原因是多方面的,比如说人们为了取得最差的器件性能,往往必须GaAs/AlGaAsDBR来获取一个更大的体系折射率劣,更高的热传导系数,以及在100°C仍有很高光增益的InPQW有源区,所有这些拒绝都面对很多挑战。当我们要研制一种在70-90°C温度下发射功率最少要超过1-2mW的VCSEL时,要解决问题研制过程中所经常出现的挑战,使用类似于III-V半导体材料的化合物就变得十分最重要。

上面所叙述的性能只不过对保证企业数据和电信网络的可信运作十分最重要,而企业和电信市场正是被看做是宽波长VCSEL的仅次于应用于市场。为了解决问题传统外延工艺混合GaAs和InP结构所面对的艰难,人们研制了许多新技术来生产这种器件。如低突发事件量子阱(QW)或量子点GaAs/InGaAs有源区;溶解氮化物的GaInNAs/GaAs有源区;基于InP的变质DBR;备有InP有源区的电介质反射镜。

尽管这些技术都取得了相当大的变革,不过它们依旧不存在诸多方面的容许,如升空波长的自由选择,单模输出功率等方面。共生关系一种代替单衬底VCSEL生产工艺的新兴技术是被称作晶圆混合或成形(waferfusion)的技术。通过这种技术,生长于冷却衬底上面的VCSEL腔里面的独立国家成分被融合在一起,从而制作出有VCSEL器件。

这种技术将InP有源区和GaAsDBR有机地融合一起,产生了最差的VCSEL性能。一种改良的晶圆成形技术——称作局部晶圆成形技术(localizedwaferfusion)——被Nanostructures设于瑞士的物理实验室研制出来。在这种技术里,一层或多层晶圆表面再行通过传统的光刻技术结构出来,表面结构限定版了VCSEL中的光学腔和载流子容许(carrier-confinement)区域。

尤其必须解释的是,这种技术可以对激光器的光学腔长度展开准确调整,即以纳米级的精度设置升空波长。另外,局部晶圆成形技术可以更佳地掌控余下晶圆部分的成形工艺、生产出有可再生的高质量成形模块。BeamExpress近期早已生产出有2英寸的double-fusedVCSEL晶圆,具备很高的均匀度和极佳的重复性,由此奠定了局部晶圆成形技术作为一种不切实际的规模量产技术的地位(闻图1)。这种晶圆使用的是业界标准的小管芯尺寸,因此可以在晶圆上生产出有大量的器件。

图2表明了一个局部,双晶圆成形VCSEL。其有源区域是由数个InAlGaAs突发事件量子阱和轻掺入p-n隧道接合面组合而成的,通过MOCVD工艺用于硅和碳化物在一个InP衬底上生长出来的。侧面的电子和光学容许则通过对隧道接合面的光刻台(etchingmesas)设计来已完成。

顶部和底部DBR则分别在GaAs衬底上以21.5和35个周期展开四分之一波长薄的强弱折射率交错的无掺入A10.9Ga0.1As/GaAs材料外延构成,并分别成形在有源材料的两端。正处于成形模块(fusedinterface)上的台面被lens-shaped纳米狭缝环绕着,而这些纳米狭缝则通过熔融晶圆的塑性变形(plasticdeformation)构成的。电流通过n型腔内层穿越隧道接合面转入有源区。而由光刻台面环绕着的偏移偏压p-n接合面则获取了有效地的侧向电流维护。

线性规划操作者图3表明了升空波长分别是1310nm和1550nm的器件在有所不同温度下的光-电流-电压关系。对器件的优化设计造成在所有温度范围内对两波长的阀值电流皆大于3mA,二极管电压高于2.5V。当温度在85°C时,1340nm单模光功率为1.2mW,1510nm单模光功率为1.6mW。

并且在所有测试温度下的单模诱导比均好于35dB(图4)。要自由选择的波长要严苛按照标准的CWDM栅格来操作者,这早已被一种mesa-trimming技术展示过,该技术跨越了先前的光学腔长度原作以及后来的成形步骤。某种程度最重要的是,BeamExpress的局部晶圆成形VCSEL所不具备的高单模功率是在没伤害光束形状和必要调制速度的情况下取得的。

通过用于7μm直径的孔径,1310和1550nmVCSEL分别取得了半最大值仅有长(FWHM)为7.5和9.5°的圆形平面基模光束。这些光束的形状能以很高的耦合效率转入单模光纤内(当用于透镜方式时,1300nm和1550nm波长的效率分别是80%和70%,若是使用接入耦合的方式,则两种波长的耦合效率皆为50%)。

使用这两个波段的器件都可以构建3.。


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