Baseline 1300 nm dilute nitride VCSELs

Abstract

Dilute nitride (DN) vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) emitting near 1300 nm exhibit state-of-the-art performance including bandwidths of 10 GHz and a record high error-free data transmission of 12 Gbps. Renewed interest in DN VCSELs stems from emerging applications in kilometer-reach digital communication across optical fiber and across free space via eye safe beams, time-of-flight and structured light sensing, and photonic-electronic integrated circuit optical interconnects. We produce VCSEL wafers in a production molecular beam epitaxy system on 3- and 4-inch diameter GaAs wafers. We report record dynamic performance for our test VCSELs with oxide aperture diameters ranging from 2 to 12 µm.

Исследование характеристик сверхрешетки InGaAs/InAlGaAs для вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1300 nm

“…В отличие от случая анализа лазеров с торцевым выводом излучения, для которых пороговое усиление соответствует максимуму спектра усиления, аналогичный анализ для ВИЛ фактически выполняется Прямое сравнение полученных данных с опубликованными результатами исследований лазеров с торцевым выводом излучения представляется не совсем корректным, поскольку в вертикальном микрорезонаторе ВИЛ оптическое излучение, генерируемое активной областью, распространяется перпендикулярно ее плоскости, что сильно ограничивает модальное усиление. В то же время, несмотря на успешную реализацию ВИЛ спектрального диапазона 1300 nm на основе трех InGaAsN-GaAs КЯ [42] или InGaAsNSb-GaAs КЯ [3], либо шести InAlGaAs-InP КЯ [8,30], данные по мате-риальному усилению и плотности тока прозрачности для упомянутых активных областей не были приведены, что делает невозможным прямое сравнение. Следует отметить, что ограничение на максимальное количество КЯ в данных типах активных областей обусловлено технологическими особенностями эпитаксиального синтеза напряженных КЯ.…”

“…Данный тип лазеров также представляет интерес с точки зрения гибридной интеграции с кремниевой фотоникой [1], создания кремниевых фотонных [2] и электронных микросхем, модуляторов. Отдельной областью применения ВИЛ спектрального диапазона 1300 nm является создание сенсорных систем и источников излучения для оптической беспроводной передачи данных [3].…”

Исследование активных областей на основе многопериодных сверхрешеток GaAsN/InAs

“…В 2008 году реализована частота малосигнальной модуляции по уровню спада 3 дБ f 3dB ∼ 10 ГГц (соответствует 10 Гб/с), выходная оптическая мощность P out составила 4 мВт [11]. В 2020 году показано увеличение скорости передачи данных до 12 Гб/с [17], однако величина P out составила 0.6 мВт [11].…”

“…Реализация ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм на основе InGaAsN квантовой ямы (КЯ) приводит к необходимости увеличения состава по азоту до 4% и индия до 40%, что приводит к необходимости дальнейшего снижения ростовых температур до 390 • C и отрицательно сказывается на выходных характеристиках приборов [18]. Эпитаксия при более высоких температурах возможна за счет перехода от системы материалов InGaAsN к InGaAsNSb соединениям, однако характеристики ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм на основе InGaAsNSb квантовых ям (КЯ) остаются весьма низкими (частота f 3dB ∼ 4 ГГц P out ∼ 0.3 мВт [19]) в сравнении с ВИЛ спектрального диапазона 1300 нм на основе InGaAsNSb КЯ [17].…”

Wafer‐fused 1300 nm VCSELs with an active region based on superlattice

“…Although InAs quantum dots and strained InGaAs, GaAsSb or InGaAsN QWs were considered as an active region, the more reasonable results were obtained for InGaAsN‐based VCSELs [3]. Recently, the modulation bandwidth of 10 GHz and data transmission rate up to 12 Gbps and output optical power of 0.6 mW were obtained for VCSELs based on GaInNAsSb QWs [4].…”