(57)【要約】本発明では、波長シフトに耐性のあるチューナブル垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のための量子井戸の設計が開示される。具体的には、活性領域は、実質的に均一に（半導体材料における中心波長の１／４）離間した偶数個の量子井戸を有する。別の態様によれば、本発明は、少なくとも１対の量子井戸を有する活性領域を有するチューナブルＶＣＳＥＬを特徴とし、チューニング範囲の中心波長では、活性領域の量子井戸は、ＶＣＳＥＬ内部の定在波のアンチノードの両側に位置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１対の量子井戸を有する活性領域を有するチューナブル垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であって、前記量子井戸は、前記活性領域の半導体材料内における前記ＶＣＳＥＬの中心波長の１／４だけ離間している、チューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項２】
前記中心波長が９５０〜１１５０ｎｍである、請求項１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項３】
前記中心波長が約１０５０ｎｍである、請求項１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項４】
少なくとも２対の量子井戸をさらに備え、各対の前記量子井戸の間隔は、前記活性領域の半導体材料における中心波長の１／４である、請求項１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項５】
少なくとも３対の量子井戸をさらに備え、各対の前記量子井戸の間隔は、前記活性領域の半導体材料における中心波長の１／４である、請求項１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項６】
膜装置と、前記活性領域を含む半ＶＣＳＥＬ装置と、を備える、請求項１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項７】
前記膜装置は、前記半ＶＣＳＥＬ装置に接合される、請求項６に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項８】
偏光が制御される、請求項１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項９】
前記活性領域の片側に分布ブラッグ反射器を備える、請求項１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１０】
前記分布ブラッグ反射器は、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５から構成される、請求項９に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１１】
少なくとも１対の量子井戸を有する活性領域を有するチューナブル垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であって、チューニング範囲の中心波長で、前記活性領域の量子井戸は、ＶＣＳＥＬ内部の定在波のアンチノードの両側に位置する、チューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１２】
前記中心波長が９５０〜１１５０ｎｍである、請求項１１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１３】
前記中心波長が約１０５０ｎｍである、請求項１１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１４】
少なくとも２対の量子井戸をさらに備え、各対の前記量子井戸の間隔は、前記活性領域の半導体材料における中心波長の１／４である、請求項１１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１５】
少なくとも３対の量子井戸をさらに備え、各対の前記量子井戸の間隔は、前記活性領域の半導体材料における中心波長の１／４である、請求項１１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１６】
膜装置と、前記活性領域を含む半ＶＣＳＥＬ装置と、を備える、請求項１１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１７】
前記膜装置は、前記半ＶＣＳＥＬ装置に接合される、請求項１６に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１８】
偏光が制御される、請求項１１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項１９】
前記活性領域の片側に分布ブラッグ反射器を備える、請求項１１に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【請求項２０】
前記分布ブラッグ反射器は、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５から構成される、請求項１９に記載のチューナブルＶＣＳＥＬ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１８年６月１９日に出願された米国仮出願第６２／６８７，０７１号の合衆国法典（ＵＳＣ）第３５巻第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、量子井戸対を使用して波長シフトするときに、波長による定在波位置シフトに耐性のあるＶＣＳＥＬの設計に関する。
【背景技術】
【０００３】
垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の設計において、最大光利得を抽出するために、量子井戸を定在波光場のアンチノードに配置する必要があることは周知である。非特許文献１参照。この戦略は、チューナブルＶＣＳＥＬの設計にも使用されている。Ｖ．  Ｊａｙａｒａｍａｎ，  Ｃ．  Ｂｕｒｇｎｅｒ，  Ｄ．  Ｊｏｈｎ，  Ｐ．  Ｈｅｉｍ，  Ａ．Ｅ．  Ｃａｂｌｅによる「Ｗｉｄｅｌｙ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｓｗｅｐｔ  Ｓｏｕｒｃｅ」と題する２０１７年９月２６日付の特許文献１参照。
【０００４】
チューナブルＶＣＳＥＬと固定波長ＶＣＳＥＬとの大きな違いは、レーザをチューニングすると、光場のアンチノードがレーザ波長とともに空間的にシフトすることである。アンチノード当たりの単一の井戸の位置をずらすと、波長の影響を受けにくくなることが示されている。非特許文献２参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９７７４１６６号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｒ．  Ｍｉｃｈａｌｚｉｋ  ａｎｄ  Ｋ．Ｊ．  Ｅｂｅｌｉｎｇ，  “Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  ＶＣＳＥＬｓ”，  Ｃｈａｐ．  ３  ｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｈ．  Ｌｉ  ａｎｄ  Ｋ．  Ｉｇａ  （Ｅｄｓ．），  ｐｐ．５３−９８．  Ｂｅｒｌｉｎ：  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，２００３
【非特許文献２】Ｍ．  Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ，  Ｆ．  Ｈａｋｉｍｉ，  Ｒ．  Ｓｐｒａｇｕｅ，  ａｎｄ  Ａ．  Ｍｏｏｒａｄｉａｎ，  “Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ  （＞０．５−Ｗ  ＣＷ）  Ｄｉｏｄｅ−Ｐｕｍｐｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｅｘｔｅｒｎａｌ−Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＴＥＭ００  Ｂｅａｍｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ５，  ５６１−５７３（１９９９）
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、量子井戸対を使用して波長シフトするときに、波長による定在波位置シフトに耐性のあるＶＣＳＥＬ設計に関する。
【０００８】
一般に、別の態様によれば、本発明は、偶数個の実質的に均一に離間した（半導体材料におけるレーザ中心波長の１／４）量子井戸を有する活性領域を有するチューナブルＶＣＳＥＬを特徴とする。
【０００９】
奇数個の井戸でも、例えば、側面に余分な井戸を貼り付けることによって使用することができることに留意されたい。
【００１０】
実施形態において、中心波長は、９５０ｎｍと１１５０ｎｍとの間であり、例えば、約１０５０ｎｍである。
【００１１】
ＶＣＳＥＬは、実際には、少なくとも２対の量子井戸を含むことができ、その各対の量子井戸の間の間隔は、活性領域の半導体材料における中心波長の１／４である。
【００１２】
あるいは、ＶＣＳＥＬは、実際には、少なくとも３対の量子井戸を含むことができ、その各対の量子井戸の間の間隔は、活性領域の半導体材料における中心波長の１／４である。
【００１３】
現在の実施態様では、ＶＣＳＥＬは、膜装置と、活性領域を含む半ＶＣＳＥＬ装置とを備える。膜装置は、半ＶＣＳＥＬ装置に接合することができる。また、偏光は、通常、制御される。
【００１４】
また、ＶＣＳＥＬは、通常、活性領域の片側に分布ブラッグ反射器を備えている。ＶＣＳＥＬは、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５から構築できる。
【００１５】
一般に、別の態様によれば、本発明は、少なくとも１対の量子井戸を有する活性領域を有するチューナブル垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を特徴とし、チューニング範囲の中心波長では、活性領域の量子井戸は、ＶＣＳＥＬ内部の定在波のアンチノードの両側に位置する。
【００１６】
本発明の上記および他の特徴は、構成および部品の組合せの各種新規な詳細も、他の利点も含み、ここで、添付の図面を参照してより詳細に説明され、特許請求の範囲において指摘される。本発明を具体化する特定の方法および装置は、例示として示され、本発明を限定するものではないことが理解されるであろう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々で多数の実施形態において使用されてもよい。
【００１７】
添付の図面において、参照符号は、異なる図を通して同じ部分を指す。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】一例において、本発明が適用可能なウェーハ接合またはダイ接合されたチューナブルＶＣＳＥＬの分解斜視図である。
【図１Ｂ】接合パッドの位置を示す半ＶＣＳＥＬの概略斜視図である。
【図２】レーザチューニングのいくつかの波長について、１／２ＶＣＳＥＬ内の光学距離（単位：マイクロメートル）の関数としての電界および屈折率の大きさのプロットである。
【図３】いくつかの波長のレーザチューニングのための、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５誘電体分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１１６を有する１／２ＶＣＳＥＬ内の光学距離（単位：マイクロメートル）の関数としての電界および屈折率の大きさの別のグラフである。
【図４】図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、波長における光学距離の関数としての電界の大きさのプロットであり、１／４波離れた１対の量子井戸と、レーザチューニングの様々な点における光学定在波との間の関係を示す。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄは、量子井戸対が１／４波長光学距離だけ分離されている４つの異なる多重量子井戸の設計を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明をより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が綿密で完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
【００２０】
本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連するリストされた項目の１つまたは複数の任意のすべての組合せを含む。さらに、単数形および冠詞「１つの（ａ、ａｎ）および「その（ｔｈｅ）」は、特に明記しない限り、複数形も含めることが意図される。以下の用語、含む、備える、含んでいる、および／または備えているという用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。さらに、コンポーネントまたはサブシステムを含む要素が、別の要素に接続または結合されていると言及および／または図示される場合、それは、他の要素に直接接続または結合されることも、あるいは介在要素が存在することもあり得ることが理解される。
【００２１】
「第一の」および「第二の」などの用語は、本明細書では様々な要素を説明するために使用されるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。したがって、以下で説明する要素は、第二の要素と呼ぶことができ、同様に、第二の要素は、本発明の教示から逸脱することなく、第一の要素と呼ぶことができる。
【００２２】
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されているような用語は、本明細書で特に明記しない限り、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解されよう。
【００２３】
例として、ここでは、１０５０ｎｍ（９５０〜１１５０ｎｍ）付近の１００ナノメートル（ｎｍ）以上の帯域で発光するＧａＡｓ基板上に成長させた歪みＩｎＧａＡｓ量子井戸についての計算を提示する。これらの設計原理は、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍおよび他の波長帯用の他の半導体材料システムに適用される。
【００２４】
ＭＥＭＳチューナブルＶＣＳＥＬ１００の一例を、図１Ａおよび図１Ｂに示す。多くの設計が可能であるが、この設計は、活性領域および半導体分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を有する１／２または半ＶＣＳＥＬチップまたは装置１１２を、波長チューニングのための静電可動ミラーを有するシリコンＭＥＭＳ光学膜装置１１０に接合することによって形成される。
【００２５】
より詳細には、光学膜装置１１０は、支持体として機能するハンドルウェーハ材料２１０を備える。現在、ハンドルは、電気的接点を容易にするために、抵抗率が＜０．１Ω・ｃｍで、キャリア濃度が＞１×１０１７・ｃｍ−３でドープされたシリコンから作られている。
【００２６】
光学膜層または光学装置層２１２は、ハンドルウェーハ材料２１０に追加される。通常、シリコンオンアイソレータ（ＳＯＩ）ウェーハが使用される。光学膜構造２１４は、この光学膜層２１２に形成されている。本実施形態では、膜層２１２は、透過光の自由キャリア吸収を最小限に抑えるために、抵抗率が＞１Ω・ｃｍ、キャリア濃度が＜５×１０１５・ｃｍ−３で低ドープされたシリコンである。電気的コンタクトのために、膜層表面は、通常、イオン注入によって追加的にドープされて、高ドープされた表面層（通常、＞１×１０１８ｃｍ−３でドープされるが、少なくとも１×１０１７ｃｍ−３で、少なくとも２００オングストローム（Å）の厚さ、通常、５００〜２０００Åの厚さ）を生成する。この方法は、層全体が高ドープされた場合に生じる膜層自体の光吸収を最小限に抑える。絶縁（埋め込み二酸化シリコン）層２１６は、光学膜層２１２をハンドルウェーハ材料２１０から分離する。
【００２７】
ＳＯＩウェーハ材料における膜装置の製造中に、絶縁層２１６は、犠牲／解放層として機能し、これは、膜構造２１４をハンドルウェーハ材料２１０から解放するために部分的に除去される。次いで、動作中に、絶縁層２１６の残りの部分は、パターン化装置層２１２とハンドル材料２１０との間で、電気的絶縁を提供する。
【００２８】
本実施形態では、膜構造２１４は、本体部分２１８を含む。装置１００の光軸は、この本体部分２１８を同心円状に通過し、膜層２１２によって画定される平面に直交する。この本体部分２１８の直径は、好ましくは３００〜６００μｍであり、現在は、約５００μｍである。
【００２９】
テザー２２０（図示の例では４つのテザー）は、装置層２１２に製造された弓形スロット２２５によって規定され、画定される。テザー２２０は、本体部分２１８から、テザー２２０が終端するリングを含む外側部分２２２まで半径方向に延びる。現在の実施形態では、スパイラルテザーパターンが使用されている。
【００３０】
膜ミラードット２５０は、膜構造２１４の本体部分２１８上に配置される。いくつかの実施形態では、膜ミラー２５０は、光学的に湾曲して、光学的に凹面の光学要素を形成し、それによって、湾曲したミラーレーザ共振器を形成する。他の場合には、膜ミラー２５０は、平坦なミラーであるか、あるいは場合によっては凸面でさえある。
【００３１】
湾曲した膜ミラー２５０が望まれる場合、この湾曲は、本体部分２１８に窪みを形成し、次いで、その窪みの上にミラー２５０を形成する１つまたは複数の材料層を堆積させることによって生成することができる。他の例では、膜ミラー２５０は、大量の圧縮材料を用いて、堆積することができ、その応力が、膜ミラーに湾曲をもたらすことになる。
【００３２】
膜ミラードット２５０は、好ましくは、反射誘電体ミラースタックである。いくつかの例では、それは、レーザ１００内で生成されたレーザ光の波長に対して、１〜９９．９％のように規定された反射率を提供するダイクロイックミラーフィルタであるのに対して、光ドット２５０は、ＶＣＳＥＬ装置１１２内の活性領域を光ポンピングするために使用される光の波長に対して透過性である。さらに他の例では、光ドットは、アルミニウムまたは金のような反射金属層である。
【００３３】
図示の実施形態では、４つの金属パッドＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３、およびＭＰ４を、膜装置１１０の近位側に堆積する。これらは、例えば、半ＶＣＳＥＬ装置１１２を膜装置１１０の近位面上にはんだ付けまたは熱圧着するために使用される。
【００３４】
また、２つのワイヤ接合パッド３３４Ａ、３３４Ｂも設けられている。膜ワイヤ接合パッド３３４Ａは、膜層２１２、したがって、膜構造２１４への電気的接続を提供するために使用される。ハンドルワイヤ接合パッド３３４Ｂは、ハンドルウェーハ材料２１０への電気的接続を提供するために使用される。
【００３５】
半ＶＣＳＥＬ装置１１２は、一般に、オプションである反射防止コーティング１１４と、活性領域１１８とを備える。キャップ層を、反射防止コーティング１１４（存在する場合）と活性領域１１８との間に使用することができる。キャップ層は、ＡＲコーティングおよび／または空気との界面における表面／界面効果から活性領域を保護する。
【００３６】
レーザ共振器のバックミラー１１６は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラーによって規定される。一般に、バックミラー１１６は、半導体ＤＢＲ、誘電体ＤＢＲであってもよい。さらに、ハイブリッド誘電体ＤＢＲ／金属ミラーを使用してもよく、これは、２０１５年２月１２日出願の米国特許出願公開第２０１５／００４３００２号に開示されている通りであり、この出願公開は、その参照によって、本明細書に組み込まれる。
【００３７】
ＧａＡＳなどの半ＶＣＳＥＬスペーサ１１５は、基板および機械的支持体として機能する。ＤＢＲは、半導体内に成長させることができ、あるいは半導体基板内の正孔または「ポート」をエッチングした後に、活性層の近くに堆積された堆積誘電体ＤＢＲ、またはハイブリッド金属／誘電体ミラーとすることができる。
【００３８】
ＶＣＳＥＬ装置１１２の活性領域１１８の材料系は、所望のスペクトル動作範囲に基づいて選択される。一般的な材料系は、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料をベースとし、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓなどの二元材料、またＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、およびＩｎＧａＡｓＳｂなどの三元合金、四元合金、五元合金などである。まとめると、これらの材料系は、約４００ナノメートル（ｎｍ）〜２０００ｎｍまでの動作波長をサポートする。半導体量子井戸および量子ドット利得領域は、通常、特に広い利得およびスペクトル発光帯域幅を得るために使用される。量子井戸層は、正確な材料および所望の波長のカバー範囲に応じて、意図的に歪ませてもよいし、あるいは歪ませなくてもよい。
【００３９】
さらに他の例では、後部ＶＣＳＥＬ分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラー１１６は、レーザ１００内で生成されるレーザ光の波長に対して９９％よりも大きいような規定された反射率を提供するダイクロイックミラーフィルタであり、一方、後部ミラー１１６は、ＶＣＳＥＬ装置１１２内の活性領域を光ポンピングするために使用される光の波長に対して透過性であり、したがって、半ＶＣＳＥＬ装置１１２がポンプ光の入力ポートとして機能することが可能になる。
【００４０】
中心波長が１０５０ｎｍ付近で動作するＶＣＳＥＬの例では、ミラーの反射率は、波長が１０５０ｎｍ付近の光の方が、より高い傾向にある。例えば、バックミラー１１６の反射率は約９９．９９％である。一方、フロントミラードット２５０は、通常、９９％以上である。現在の実施形態では、ミラードット２５０は、約９９．４％以上の反射率を有する。
【００４１】
動作中、ＶＣＳＥＬ装置は、電気ポンピングまたは光ポンピングされる。生成した光は、後部ミラー１１６と膜ミラー２５０との間で共振する。生成した光の波長は、本体部分２１８とハンドルウェーハ材料２１０および／または半ＶＣＳＥＬ装置１１２との間の静電場を制御することにより、本体部分２１８、ひいては、膜ミラー２５０の面外静電偏向によって、装置の走査帯域内でチューニングされる。
【００４２】
図１Ｂは、半ＶＣＳＥＬ装置１１２上の隠れ接合パッドＶＰ１〜ＶＰ４を示す模式図である。
【００４３】
１／２ＶＣＳＥＬ装置１１２上の薄い金パッドＶＰ１〜ＶＰ４は、ＭＥＭＳ膜（ミラー）装置１１０の対応する膜パッドＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３、およびＭＰ４に、それらを高圧高温で接触させるように配置して接合を形成することによって熱圧着される。通常、これは３００〜３６０℃で、１〜１０Ｎの力で行われる。しかしながら、金スズおよび／または共晶はんだ付けのような他の高温接合方法を使用して、同様の効果を得ることができる。
【００４４】
いくつかの例では、接合構造が冷えると、シリコンＭＥＭＳ膜装置１１０と、半ＶＣＳＥＬ装置１１２の光学利得媒体に使用される基板材料との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）が異なるために、歪みが導入される。接合パッドの非対称な配置は、非対称な応力を生成するために使用される。具体的には、接合パッドの配置は、パッド間のｘ軸距離（Ｘ１）がパッド間のｚ軸距離（Ｚ１）よりも大きいという点で非対称である。言い換えれば、接合パッド間の距離は、膜装置の平面の２つの軸と、半ＶＣＳＥＬ装置との間で異なる。接合パッドの非対称性は、膜装置１１２への接合から１／２ＶＣＳＥＬへの付加的な応力の非対称性が２０〜１００ＭＰａになるように設計される。
【００４５】
この設計および他の設計のさらなる詳細は、２０１２年１２月２１日に出願された米国特許出願公開第２０１４／０１７６９５８号に見出すことができ、これは、その参照により本明細書に組み込まれる。
【００４６】
本発明は、１／２ＶＣＳＥＬチップ１１２上のＤＢＲミラー１１６に対する活性層１１８内の量子井戸の配置に関する。
【００４７】
図２は、光学定在波が、ＤＢＲ１１６および活性層１１８の量子井戸ＱＷに対して、どのようにその空間的位置をシフトするかの計算を示す。これらは、量子井戸に関連して、光定在波対レーザ波長のプロットである。横軸は光学距離であり、物理距離に材料の屈折率を掛けたものである。この例では、グループ遅延が長い比較的狭帯域の半導体ＤＢＲを使用する。
【００４８】
他方、量子井戸に関連する光学定在波対レーザ波長のプロットでもある図３は、グループ遅延が短く、（図２の例と比較して）より広い帯域のＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５誘電体ＤＢＲを示す。したがって、このＤＢＲ１１６が使用される場合、定在波の空間的移動がより少なくなる。したがって、グループ遅延が短く、より広い帯域幅のミラーを組み込むことによって、空間シフトをいくらか軽減することができる。Ｄ．Ｉ．  Ｂａｂｉｃ  ａｎｄ  Ｓ．Ｗ．  Ｃｏｒｚｉｎｅ，  “Ａｎａｌｙｔｉｃ  Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｄｅｌａｙ，  Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｔｈ，  ａｎｄ  Ａｂｓｏｒｐｔａｎｃｅ  ｏｆ  Ｑｕａｒｔｅｒ−Ｗａｖｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｉｒｒｏｒｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ２８，  ５１４−５２４（１９９２）を参照。
【００４９】
定在波の空間シフトに対処するための１つの戦略は、井戸を１／４波長（材料中の波長）間隔に配置することである。このようにして、アンチノード（強め合う干渉および高い光場の点）が、１対の一方の井戸から遠ざかるにつれて、図４に見られるように、アンチノードは他方の井戸に近づく。このことは、いくつかの利点を有する。すなわち、（１）チューニングがどのようなものであっても、いくらかの利得が得られる。（２）活性領域は、設計に対しても、単一の量子井戸または間隔の狭いグループがノードに誤って配置され得るおよび成長誤差（弱め合う干渉および低い光場の点）に対しても耐性がある。（３）歪みのある量子井戸の間にはかなりの間隔があるため、歪み補償結晶成長技術を用いて、歪み・厚さの積の限界を下回る必要はない。（４）キャリア（電子および正孔）は、ノードに近く、空乏の少ない井戸から、アンチノードに近く、空乏の多い井戸へ自然に拡散するため、この設計は、光学的に効率的であり得る。
【００５０】
図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃは、１／４波離れた１対の量子井戸ＱＷと光学定在波との間の関係を示す。目標は、チューニング範囲の中心に、量子井戸を（左端のプロットに示されているように）アンチノードの両側に配置することである。定在波が波長とともにシフトすると、一方の井戸は、より強くなった光場を、他方の井戸は、より弱まった光場（中央）を見る。（右）端部では、光場が見えるのは、１つの井戸だけである。
【００５１】
上記の設計原理を使用して、４つの好ましい設計が、４つの多重量子井戸設計を示す図５Ａ〜図５Ｄに示されている。これらの設計では、量子井戸対Ａ、Ｂは、１／４波の光学距離だけ離れている。
【００５２】
図５Ａの設計は、ベースラインの６つの井戸からなる設計である。一つの特定の実施において、これは、キャリア閉じ込めおよび光ポンプ吸収のためのＧａＡｓ吸収バリアＡＢを有する３つの対Ｑ１、Ｑ２内の６つの歪みＩｎＧａＡｓ井戸からなる。図５Ｂの設計は、同じ吸収材料（図５Ａの設計と同様）で、より少ない井戸を供給するという点で、閾値がより低い設計である。図５Ｃおよび図５Ｄの設計は、ＶＣＳＥＬ共振器の全長を短くすることができるので、より広いチューニング性を可能にするために、井戸がより少なく、吸収領域がより薄い。
【００５３】
要約すれば、これらのチューナブルＶＣＳＥＬの活性領域の設計によって、レーザの広い波長チューニング性のために生じる定在波空間シフトが可能になる。この設計は、歪み量子井戸成長に関連する歪み・厚さ問題を緩和する広い量子井戸間隔を特徴とする。また、これらの設計は、光場のアンチノードへの単一または近接した井戸グループの正確な配置に依存しないので、設計に対しても、成長誤差に対しても耐性がある。
【００５４】
本発明を、その好ましい態様を参照して具体的に図示し、記載してきたが、形態および詳細における種々の変形が、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱せずになされ得ることは、当業者によって理解されよう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【国際調査報告】
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