垂直腔面發射雷射器及其製造方法
2023-05-11 02:03:46
專利名稱：垂直腔面發射雷射器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種垂直腔面發射雷射器及其製造方法，並且尤其涉及一種以較高良率和可控制的方法來製造一垂直腔面發射雷射器的方法。
背景技術：
參看圖1，常規垂直腔面發射雷射器10包括一襯底11、一第一反射器12、一活性層13、一第二反射器14、一接觸層15、一第一電極層16和一第二電極層17。襯底11具有一第一表面和一第二表面。第一反射器12形成在襯底11的第一表面上。活性層13形成在第一反射器12上。第二反射器14形成在活性層13上。接觸層15形成在第二反射器14上。第一電極層16形成在接觸層15上。第二電極層17形成在襯底11的第二表面上。
第二反射器14包括一形成在第二反射器14內的電流限制層141。電流限制層141具有一孔徑。在垂直腔面發射雷射器10中，由於作為發射面積的活性層15的面積較小，所以輸入電流必須限制在第二反射器14的孔徑中，以便獲得更高的電流密度。用來形成電流限制層141的常規方法為氫離子注入法和高溫溼式氧化法。氫離子注入法是用具有高能量的離子注入器將氫離子注入第二反射器14中，以形成電流限制層141。高溫溼式氧化法是對Al材料進行氧化以形成電流限制層。用高溫溼式氧化法製成的電流限制層具有更良好的光學和電子限制效應。然而，由於製造過程中存在高溫蒸汽，所以用高溫溼式氧化法製成的垂直腔面發射雷射器的穩定性和良率不佳，而且很難在用高溫溼式氧化法製造的電流限制層中形成一小孔徑。
因此，必須提供一種垂直腔面發射雷射器及其製造方法，以便解決上述問題。
發明內容
本發明的一個目標是提供一種垂直腔面發射雷射器。所述垂直腔面發射雷射器包括一襯底、一第一反射器、一活性層、一第二反射器、一第一電極層和一第二電極層。所述襯底具有一第一表面和一第二表面。第一反射器形成在襯底的第一表面上。活性層形成在第一反射器上。第二反射器形成在活性層上。第二反射器具有一第一限制層和一第二限制層。第一限制層具有一第一孔徑，並且第二限制層具有一第二孔徑。第二孔徑小於第一孔徑。第一電極層形成在第二反射器上。第二電極層形成在襯底的第二表面上。
本發明的另一目標是提供一種製造垂直腔面發射雷射器的方法，其包括以下步驟(a)提供一襯底，所述襯底具有一第一表面和一第二表面；(b)在襯底的第一表面上形成一第一反射器；(c)在第一反射器上形成一活性層；(d)在活性層上形成一第二反射器；(e)在第二反射器中形成一第一限制層，所述第一限制層具有一第一孔徑；(f)在第二反射器中形成一第二限制層，所述第二限制層具有一第二孔徑，第二孔徑小於第一孔徑；(g)在第二反射器上形成一第一電極層；並且(h)在襯底的第二表面上形成一第二電極層。
根據本發明，由於第二限制層是以以下方式形成的將氧離子注入所述第二反射器並進行加熱，以使得所述氧離子與所述第二反射器內的Al成分反應而形成氧化層，所以所述第二限制層可用作一光學和電子限制層。因此，可精確且容易地實現所述第二限制層的寬度和厚度。
圖1顯示了一常規的垂直腔面發射雷射器。
圖2顯示了一根據本發明的垂直腔面發射雷射器。
圖3顯示了一根據本發明的垂直腔面發射雷射器的俯視圖。
圖4A到4C說明了根據本發明的垂直腔面發射雷射器的製造方法。
具體實施例方式
參看圖2，根據本發明，垂直腔面發射雷射器20包括一襯底21、一第一反射器22、一活性層23、一第二反射器24、一第一電極層26和一第二電極層27。襯底21可為一n+型GaAs或InP襯底。襯底21具有一第一表面211和一第二表面212。第一反射器22形成在襯底21的第一表面211上。第一反射器22是一具有許多對層面的分布布拉格反射器(DBR)。每對層面都形成為分級摻矽n+型AlxGa(1-x)As/AlAs結構，其中x在0.12到1之間變化，並且1-x在0.88到0之間變化。
活性層23形成在第一反射器22上。活性層23包括複數個具有無摻雜的GaAs和AlyGaAs的量子阱，其中y在0.3到0.6之間變化。第二反射器24形成在活性層23上。第二反射器24是一具有許多對層面的分布布拉格反射器(DBR)。每對層面都形成為分級摻鋅或摻碳p+型AlzGa(1-z)As/AlAs結構，其中z在1到0.12之間變化，並且1-z在0到0.88之間變化。
活性層23用來產生輻射光束。第一反射器22和第二反射器24用來反射輻射光束。第二反射器24用來穿過雷射光束。第二反射器24具有一第一限制層241和一第二限制層244。第一限制層241具有一第一孔徑246，並且第二限制層244具有一第二孔徑247。第二孔徑247小於第一孔徑246。第二限制層244可用作光學和電子限制層。可精確且容易地實現第二限制層244的寬度和深度。因此，可精確地控制第二孔徑247的大小，以便控制穿過第二孔徑247的電流。
第二反射器24進一步包括一與第二限制層244的形狀相對應的開槽242。參看圖3，開槽242形成為圓形。開槽242並不局限於圓形，且可以為方形或其他形狀。可用開槽242來容易地形成第二反射器24。
再次參看圖2，本發明的垂直腔面發射雷射器20進一步包括一接觸層25，其形成在第二反射器24上。接觸層25為一高摻雜GaAs層，且用來電性接觸第一電極層26。第一電極層26形成在接觸反射器25上。第一電極層26包括一對應於開槽242的開口。第二電極層27形成在襯底21的第二表面212上。第一電極層26和第二電極層27連接到一電源，以便形成一驅動電流通路。所述驅動電流的方向與雷射光束的方向平行。
第一反射器22、活性層23、第二反射器24、接觸層25、第一電極層26和第二電極層27可由從下列各物中選出者來形成III-V和II-VI族化合物半導體GaAs、AlGaAs、AlAs、AlInGaAs、InP、InGaAsP。
參看圖4A到4C，這些圖式說明了根據本發明的垂直腔面發射雷射器的製造方法。首先，參看圖4A，提供有襯底21。襯底21具有一第一表面211和一第二表面212。接著，在襯底21的第一表面211上依次形成第一反射器22、活性層23、第二反射器24和接觸層25。以上各層是用MOCVD(有機金屬化學氣相沉積)方法形成的。第一限制層241形成在第二反射器24內。第一限制層241是用氫離子注入法或高溫溼式氧化法形成的。因此，第一限制層241可為一離子注入層或氧化層。
參看圖4B，以一種使用乾燥空氣的蝕刻法來在第二反射器24上形成開槽242。一用來發光的中心區域243的直徑範圍在1μm到5μm之間。開槽242的深度範圍在0.1μm到3μm之間。
參看圖4C，將氧離子注入第二反射器24內並進行加熱，以使得氧離子與第二反射器24內的Al成分反應以形成氧化層，藉此來形成第二限制層244。將氧離子穿過開槽242而注入第二反射器24內，以便降低第二反射器24的深度，並降低注入能量。第二限制層244可用作一光學和電子限制層。
再次參看圖2，用剝離(lift-off)技術在接觸層25上形成第一電極層26，塗覆上厚度分別為10nm、100nm和100nm的Cr、AuZn和Au。接著，打磨襯底21的第二表面212。在襯底21的第二表面212上形成第二電極層27。第二電極層27是一n型金屬AuGeNi和Au，厚度分別為100nm和300nm。最後，以380℃高溫來對垂直腔面發射雷射器20進行30秒鐘的退火處理，以便降低所述金屬與所述半導體之間的接觸電阻。
根據本發明，由於第二限制層244以下列方式形成將氧離子注入第二反射器中並進行加熱，以使得氧離子與第二反射器24中的Al成分反應，藉此形成氧化層，第二限制層244可用作光學和電子限制層。因而，可精確並且容易地實現第二限制層244的寬度和深度。此外，可精確地控制第二孔徑247的大小，以便控制穿過第二孔徑247的電流。
雖然已說明並描述了本發明的實施例，但所屬領域的技術人員可進行各種修改和改進。因此，對本發明的所述實施例的描述是說明性而非限制性的。我們希望，本發明可不局限於所說明的特定形式，並且所有保留本發明的精神和範疇的修改都在附加權利要求書所界定的範圍內。
權利要求
1.一種垂直腔面發射雷射器，其包括一襯底，其具有一第一表面和一第二表面；一第一反射器，其形成在所述襯底的所述第一表面上；一活性層，其形成在所述第一反射器上；一第二反射器，其形成在所述活性層上，所述第二反射器具有一第一限制層和一第二限制層，所述第一限制層具有一第一孔徑，所述第二限制層具有一第二孔徑，所述第二孔徑小於所述第一孔徑；一第一電極層，其形成在所述第二反射器上；和一第二電極層，其形成在所述襯底的所述第二表面上。
2.如權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器，其中所述第二反射器進一步包括一對應於所述第二限制層的形狀的開槽。
3.如權利要求2所述的垂直腔面發射雷射器，其中所述開槽形成為一圓形。
4.如權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器，其中所述第一限制層是一離子注入層。
5.如權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器，其中所述第一限制層是氧化層。
6.如權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器，其中所述第二限制層是氧化層。
7.如權利要求1所述的垂直腔面發射雷射器，其進一步包括一安置在所述第二反射器與所述第一電極層之間的接觸層。
8.一種用來製造一垂直腔面發射雷射器的方法，其包括以下步驟(a)提供一襯底，所述襯底具有一第一表面和一第二表面；(b)在所述襯底的所述第一表面上形成一第一反射器；(c)在所述第一反射器上形成一活性層；(d)在所述活性層上形成一第二反射器；(e)在所述第二反射器中形成一第一限制層，所述第一限制層具有一第一孔徑；(f)在所述第二反射器中形成一第二限制層，所述第二限制層具有一第二孔徑，所述第二孔徑小於所述第一孔徑；(g)在所述第二反射器上形成一第一電極層；和(h)在所述襯底的所述第二表面上形成一第二電極層。
9.如權利要求8所述的方法，其進一步包括在所述步驟(e)之後，用一蝕刻法在所述第二反射器上形成一開槽。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述步驟(f)包括以下步驟(f1)將氧離子注入所述第二反射器中；(f2)進行加熱，以使得所述氧離子與所述第二反射器中的A1成分反應而形成氧化層。
11.如權利要求8所述的方法，其中，在所述步驟(e)中，所述第一限制層是通過一氫離子注入法來形成的。
12.如權利要求8所述的方法，其中，在所述步驟(e)中，所述第一限制層是用一高溫溼式氧化法形成的。
13.如權利要求8所述的方法，其進一步包括在所述步驟(d)之後，在所述第二反射器上形成一接觸層。
全文摘要
本發明涉及一種垂直腔面發射雷射器及其製造方法。本發明的所述垂直腔面發射雷射器包括一襯底、一第一反射器、一活性層、一第二反射器、一第一電極層和一第二電極層。所述第二反射器具有一第一孔徑的第一限制層，和一有一第二孔徑的第二限制層。所述第二孔徑小於所述第一孔徑。根據本發明，由於所述第二限制層以下列方式形成將氧離子注入所述第二反射器並進行加熱，以使得所述氧離子與所述第二反射器內的鋁成分反應而形成氧化層，因而，所述第二限制層可用作一光學和電子限制層。因此，可精確且容易地實現所述第二限制層的寬度和厚度。
文檔編號H01S5/183GK1901299SQ20051011568
公開日2007年1月24日 申請日期2005年11月8日 優先權日2005年7月22日
發明者賴利弘, 賴利溫 申請人:海德威電子工業股份有限公司, 禧通科技股份有限公司