CN101800398A - 垂直腔面发射激光器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垂直腔面发射激光器及其制造方法，该垂直腔面发射激光器能够减小寄生电容同时抑制功耗。该垂直腔面发射激光器包括柱形台面，柱形台面在衬底上从衬底侧依次包括第一多层反射器、有源层、第二多层反射器，还包括电流窄化层。台面的包括有源层和电流窄化层的柱形部分形成在与第一多层反射器相对的区域和与第二多层反射器相对的区域内，且该柱形部分的截面面小于第二多层反射器的截面面积。

Description

垂直腔面发射激光器及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有小的寄生电容的垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其制造方法。
背景技术
近年来，由于垂直腔面发射激光器(VCSEL)与边缘发射激光二极管相比功耗更低，并且可以实现直接调制，因此，将其用作光通信用的适当光源。
VCSEL一般设置有柱形台面，其在衬底上依次包括下DBR层、下间隔层、有源层、上间隔层、上DBR层以及接触层。下DBR层和上DBR层中的任一个包括电流窄化层，在此电流注入区域被窄化以提高有源层中的电流注入效率，并降低阈值电流。电极设置在台面的各个顶面上和衬底的背面上。在半导体激光器中，从电极注入的电流通过电流窄化层被窄化且注入到有源层以使电子和空穴复合，从而发光。光被下DBR层和上DBR层反射以在预定的波长产生激光振荡，且穿过台面的顶面作为激光束向外发射。
发明内容
为了在上述半导体激光器中执行高速调制，必须减小寄生电容。寄生电容主要产生在台面内的氧化窄化层或pn结中。为减小由这些部分引起的寄生电容，例如，降低台面的直径可能有一些效果。然而，由于在台面的顶面上形成了环形电极，所以台面直径被氧化窄化层的直径、环形电极的宽度、在形成环形电极时的位置精确度等等限制。例如，当氧化窄化层的直径被规定为10μm，环形电极的宽度被定义为5μm，且位置精确度被定义为±2μm时，台面直径必须在(10+5x2+2)×2＝24μm以上。
为避免环形电极对台面直径施加影响，可采用日本未审查专利申请公开No.2008-060322中的底面发射型半导体激光器。因为这样的底面发射激光二极管允许电极形成在包括台面顶面的整个表面上，所以可以不考虑电极而确定台面直径。然而，这种底面发射类型具有缺点，其中台面直径的降低导致台面电阻升高，以及功耗大大增加。
希望提供一种能够降低寄生电容而又抑制功耗的VCSEL及其制造方法。
根据本发明的实施例的VCSEL包括柱形台面，该柱形台面在衬底上从衬底侧依次具有第一多层反射器、有源层和第二多层反射器，并且还具有电流窄化层。包括有源层和电流窄化层的台面的柱形部分形成在与第一多层反射器相对的区域和与第二多层反射器相对的区域中，且柱形部分的截面面积小于第二多层反射器的截面面积。
在根据本发明的实施例的VCSEL中，包括有源层和电流窄化层的台面的柱形部分形成在与第一多层反射器相对的区域和与第二多层反射器相对的区域。此外，柱形部分的截面面积小于第二多层反射器的截面面积。通过这样的结构，可减小由有源层和电流窄化层引起的寄生电容。更甚者，台面中的电阻相比于整个台面的直径小的情况被减小。
根据本发明实施例的VCSEL的制造方法，包括如下三个步骤(A)到(C)：
(A)第一步骤，在绕特定区域旋转的方向上以预定间隔形成多个凹槽，各个凹槽至少到达第二多层反射器和要被氧化的层。该特定区域是在被加工衬底中由半导体层构成的柱形部分，该半导体层在第一衬底上从第一衬底的相反侧依次包括第一多层反射器、有源层和第二多层反射器，该半导体层还包括要被氧化的层；
(B)第二步骤，在半导体层的顶面上没有形成凹槽的区域形成第一金属层，然后，将第一金属层接合到支撑衬底的第二金属层，该支撑衬底由第二衬底和设置在第二衬底上的第二金属层构成；以及
(C)第三步骤，从第一衬底侧全部或部分地移除包括特定区域的区域之外的部分，以使凹槽与外部连通，然后，从凹槽的侧面氧化要被氧化的层，从而形成要被氧化的层中对应于特定区域的外边缘部分的氧化区域，并形成在要被氧化的层中对应于特定区域的中心部分的未氧化区域。
在根据本发明实施例的VCSEL的制造方法中，支撑衬底在朝向开有各个凹槽的一侧接合到被加工衬底的表面，其中被加工衬底包括第一衬底上的半导体层，且凹槽围绕特定区域以预定间隔形成。然后，从第一衬底侧全部或部分地移除包括特定区域的区域之外的区域，从而使得凹槽与外部连通。同时，包括有源层和要被氧化的层的特定部分的第一柱形部分形成在与由多个凹槽围绕的第一多层反射器的第二柱形部分相对的区域内，且在与被多个凹槽围绕的第二多层反射器的第三柱形部分相对的区域内。此外，第一柱形部分的截面面积小于第三柱形部分的截面面积。这里，特定区域的直径在使凹槽与外部连通的步骤之前被确定，且不受凹槽连通步骤中的未移除区域(包括特定区域的区域)的直径的限制。因此，第一柱形部分的截面面积可以减小，而与第三柱形部分无关。
根据本发明实施例的VCSEL，因为柱形部分的截面面积小于第二多层反射器的截面面积，可减少因有源层和电流窄化层引起的寄生电容。此外，相比于整个台面的直径小的情况，台面中的电阻被降低且功耗被抑制。因此，在本发明的实施例中，可以减少寄生电容，同时抑制功耗。
根据本发明的实施例的VCSEL的制造方法，因为有源层和要被氧化的层的截面面积可被减小，而与第三柱形部分无关，所以可减小由第一柱形部分引起的寄生电容。此外，由于第三柱形部分的截面面积可被扩大而与第一柱形部分无关，所以相比于整个台面的直径小的情况，台面中的电阻被减小且功耗被抑制。结果，在本发明的实施例中，可以减少寄生电容，同时抑制功耗。
本发明的其他和进一步的目的、特性和优点将从下面的描述中更充分呈现。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的激光二极管的俯视图。
图2是图1的激光二极管的透视图。
图3是图1的激光二极管从箭头A-A所指示的方向看的截面视图。
图4是图1的激光二极管从箭头B-B所指示的方向看的截面视图。
图5A至5C是图2的台面的中部、下部和上部的截面视图。
图6是图3和4的电流窄化层的截面视图。
图7是解释图1的激光二极管的制造工艺的俯视图。
图8是从箭头A-A和B-B所指示的方向看图7的被加工衬底的截面视图。
图9是解释图7之后的制造工艺的俯视图。
图10是从箭头A-A所指示的方向看图9的被加工衬底的截面视图。
图11是从箭头B-B所指示的方向看图9的被加工衬底的截面视图。
图12是解释图9之后的制造工艺的俯视图。
图13是从箭头A-A所指示的方向看图12的支撑衬底和被加工衬底的截面视图。
图14是从箭头B-B所指示的方向看图12的支撑衬底和被加工衬底的截面视图。
图15是解释图12之后的制造工艺的俯视图。
图16是从箭头A-A所指示的方向看图15的支撑衬底和被加工衬底的截面视图。
图17是从箭头B-B所指示的方向看图15的支撑衬底和被加工衬底的截面视图。
图18是解释图15之后的制造工艺的俯视图。
图19是从箭头A-A所指示的方向看图18的支撑衬底和被加工衬底的截面视图。
图20是从箭头B-B所指示的方向看图18的支撑衬底和被加工衬底的截面视图。
图21是解释图18之后的制造工艺的俯视图。
图22是从箭头A-A所指示的方向看图21的支撑衬底和被加工衬底的截面视图。
图23是从箭头B-B所指示的方向看图21的支撑衬底和被加工衬底的截面视图。
具体实施方式
以下将参考附图具体描述本发明实施例。根据下面的顺序进行说明：
1、结构
2、制造工艺
3、操作和效果
4、修改
结构
图1是根据本发明的实施例的VCSEL 1的俯视图。图2是图1的半导体激光器的透视图。图3示出从箭头A-A所指示的方向看，图1和2的半导体激光器1的截面结构的示例。图4示出了从箭头B-B所指示的方向看，图1和2的半导体激光器1的截面结构的示例。注意图1至4仅是代表性地示出，且并不精确等同于实际尺寸和结构。
本实施例的半导体激光器1中，金属层11形成在衬底10的一侧上。金属层11具有堆叠结构，其中金属层11A和11B从衬底10侧依次堆叠。依次包括下DBR层12、下间隔层13、有源层14、上间隔层15和上DBR层16(第二多层反射器)的堆叠结构20形成在金属层11上。堆叠结构20构成柱形(圆柱形)台面17。稍后将具体描述台面17。
在实施例中，下DBR层12对应本发明的“第一多层反射器”的具体示例。上DBR层16对应本发明中的“第二多层反射器”的具体示例。堆叠结构20对应本发明中的“半导体层”的具体示例。其上具有金属层11A的衬底10对应本发明中的“支撑衬底”的具体示例。金属层11A对应本发明中的“第二金属层”的具体示例。金属层11B对应本发明中的“第一金属层”的具体示例。
衬底10例如是n型GaAs衬底。n型杂质的示例包括硅(Si)和硒(Se)。堆叠结构20例如分别由AlGaAs基化合物半导体形成。这里，AlGaAs基化合物半导体是指至少包含简明元素周期表的3B族元素中的铝(Al)和镓(Ga)，并至少包含简明元素周期表的5B族元素中的砷(As)的化合物半导体。
在后面将描述的制造工艺中，设置金属层11A和11B以被加工衬底100与支撑衬底200彼此接合。金属层11A和11B形成在衬底10和台面17之间，并分别与衬底10和台面17接触。金属层11A例如具有其中金(Au)-锗(Ge)合金、镍(Ni)和金(Au)从衬底10侧依次堆叠的结构，且电连接到衬底10。金属层11B例如具有其中钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)依次堆叠的结构且电连接到下DBR层12。
下DBR层12通过交替堆叠低折射率层(未示出)和高折射率层(未示出)而形成。低折射率层例如由厚度为λ0/4n1(λ0是振荡波长，n1是折射率)的p型Alx1Ga1-x1As(0＜x1＜1)制成。高折射率层例如由厚度为λ0/4n2(n2是折射率)的p型Alx2Ga1-x2As(0＜x2＜x1)制成。p型杂质的示例包括锌(Zn)、镁(Mg)和铍(Be)。
下间隔层13例如由p型Alx3Ga1-x3As(0＜x3＜1)制成。有源层14例如由未掺杂的Alx4Ga1-x4As  (0＜x4＜1)制成。在有源层14中，与将在后面描述的电流注入区域18A相对的区域是发光区域14A。上间隔层15例如由n型Alx5Ga1-x5As(0≤x5＜1)制成。
上DBR层16通过交替堆叠低折射率层(未示出)和高折射率层(未示出)而形成。低折射率层例如由厚度为λ0/4n3(n3是折射率)的n型Alx6Ga1-x6As(0＜x6＜1)制成。高折射率层例如由厚度为λ0/4n4(n4是折射率)的n型Alx7Ga1-x7As(0＜x7＜x6)制成。由n型Alx8Ga1-x8As(0＜x8＜1)制成的接触层(未示出)例如可进一步设置在上DBR层16上。
此外，在半导体激光器1中，电流窄化层18例如形成在下DBR层12中。在下DBR层12中，电流窄化层18例如取代从有源层14侧远离有源层14几个层处设置的低折射率层而形成。电流窄化层18包括设置在其外边缘区域的电流限制区域18B和设置在其中心位置的电流注入区域18A。电流注入区域18A例如由n型Alx9Ga1-x9As(0＜x9≤1)制成。电流限制区域18B被构造以例如包括氧化铝(Al2O3)，且如后面所述通过从侧面氧化包含在要被氧化的层18D中的高浓度铝而获得。因此，电流窄化层18具有窄化电流的功能。可替换地，电流窄化层18例如可形成在上DBR层16之内，或在下间隔层13与下DBR层12之间，或在上间隔层15和上DBR层16之间。
上电极21形成在台面17的顶面上，上电极21具有环形形状，包括面对电流注入区域18A的部分中的出口(光发射出口21A)。上电极21的形状不限于环形形状，只要没有阻挡面对电流注入区域18A的部分。绝缘层22形成在台面17的侧面上和台面17的外围。用以接合配线(未示出)的电极焊盘23和连接部分24形成在绝缘层22的表面上。电极焊盘23和上电极21通过连接部分24被彼此电连接。下电极25设置在衬底10的底面上。
绝缘层22例如由诸如氧化物或氮化物的绝缘材料制成。上电极21、电极焊盘23、以及连接部分24例如具有其中金(Au)-锗(Ge)合金、镍(Ni)、金(Au)依次堆叠的结构，且被电连接到台面17的上部(上DBR层16)。下电极例如具有其中金(Au)-锗(Ge)合金、镍(Ni)、金(Au)依次从衬底10侧被堆叠的结构，且被电连接到衬底10。
以下将具体描述台面17的细节。
如图3和4所示，位于台面17中间的柱形部分17A(第一柱形部分)，包括下DBR层12的上部、下间隔层13、有源层14、上间隔层15、上DBR层16的下部、以及后面将描述的电流窄化层18。这里，图3和4示出下DBR层12包括电流窄化层18的情况。在此构造中，在下DBR层12中，电流窄化层18及其以上的部分属于柱形部分17A。
柱形部分17A还包括在台面17中产生寄生电容的氧化窄化层和pn结部分。这里，氧化窄化层例如是指通过选择性氧化包括高浓度的Al等的半导体层所形成的层。因此，在实施例中，电流窄化层18对应于氧化窄化层。同时，pn结部分是p型半导体层和n型半导体层彼此接触的界面。因此，在实施例中，当下间隔层13和上间隔层15由包含n型和p型杂质的半导体制成时，下间隔层13与有源层14之间，以及上间隔层15与有源层14之间的界面对应pn结部分。此外，在实施例中，当下间隔层13和上间隔层15由未掺杂的半导体制成时，下DBR层12与下间隔层13之间，以及上DBR层16与上间隔层15之间的界面对应pn结部分。
如图5A所示，柱形部分17A具有齿轮状截面，其中半径R1的部分与半径R2的部分例如在绕台面17的中心轴AX(在堆叠方向上延伸的轴)旋转的方向上交替布置。优选地，柱形部分17A的截面形状关于中心轴AX是对称的。这里，半径R1小于半径R2，且也小于后面将要描述的台面17的柱形部分17B的半径R4、台面17的柱形部分17C的半径R5、以及上电极21的外径R6。此外，半径R1等于后面将要描述的台面17的柱形部分17B的半径R3。半径R2等于台面17的柱形部分17B的半径R4以及台面17的柱形部分17C的半径R5，并且大于上电极21的外径R6。这里，半径R1和半径R3例如约为7.5μm，而半径R2、半径R4和半径R5例如约为15μm。
R1＝R3＜R6＜R2＝R4＝R5
如图3和4所示，柱形部分17B(第二柱形部分)位于包括下DBR层12的下部和中部的台面17的下部。即，柱形部分17B包括台面17中产生电阻的下DBR层12。这里，图3和4示出其中下DBR层12包括电流窄化层18的示例。在此构造中，下DBR层12在电流窄化层18之下的部分被包括在台面17的柱形部分17B中。
如图5B中所示，柱形部分17B具有齿轮状的截面，其中对应半径R3的部分和对应半径R4的部分例如在绕台面17的中心轴AX旋转的方向上交替布置。优选地，柱形部分17B的截面形状关于中心轴AX是对称的。这里，半径R3小于半径R4，且也小于半径R2、半径R5和外径R6。此外，半径R3等于半径R1。半径R2等于半径R4和半径R5，并且大于外径R6。
如图3和4所示，柱形部分17C(第三柱形部分)位于包括上DBR层16的上部和中部的台面17的上部。即，柱形部分17C包括在台面17中产生电阻的上DBR层16。优选地，柱形部分17C的截面形状关于中心轴AX是对称的。柱形部分17C例如具有半径为R5的圆形截面，如图5C所示。这里，半径R5大于半径R1、半径R3以及外径R6，且等于半径R2和半径R4。因此，得到这样的结论，柱形部分17A和柱形部分17B的截面面积及彼此相等，且小于柱形部分17C的截面面积。
深度至少到达下DBR层12和电流窄化层18的多个凹槽19形成在台面17的侧面(周围)上。多个凹槽19在绕台面17旋转的方向上以预定间隔形成。桥梁部分17E形成在每两个相邻的凹槽19之间，从而从台面17的侧面(下DBR层12的侧面)放射状地延伸。优选地，多个凹槽19分别形成在离开台面17的中心轴AX相同距离的部分，并且优选关于台面17的中心轴AX对称。当多个凹槽19关于中心轴AX对称地形成时，台面17也关于中心轴AX对称地形成。这里，形成多个凹槽19以满足下面的表达式：
D2＜D1×2
这里，D1是从凹槽19的内侧面测得的电流限制区域18B的径向尺寸，例如如图6所示。D2是绕台面17(中心轴AX)旋转的方向上布置多个凹槽19中的每两个相邻凹槽19之间的距离，例如如图6所示。这里，图6是当沿穿过电流窄化层18的平面横向切割时图1的半导体激光器1的截面构造示例。
应注意，尽管在三个部分中给出台面17的解释，但是台面17是一体地(单片地)形成的，且不包括接合面。
制造方法
本实施例的半导体激光器1例如可如下这样的程序制造。
图7至23是示出根据工序的半导体激光器1的制造工艺的视图。图7、9、12、15、18和21是示出制造工艺期间元件的顶面结构的俯视图。图8是从箭头A-A和B-B所指示的方向看的图7的截面视图。图10示出了从箭头A-A所指示的方向看的图9的截面构造，而图11示出了从箭头B-B所指示的方向看的图9的截面构造。图13示出了从箭头A-A所指示的方向看的图12的截面构造，而图14示出了从箭头B-B所指示的方向看的图12的截面构造。图16示出了从箭头A-A所指示的方向看的图15的截面构造，而图17示出了从箭头B-B所指示的方向看的图15的截面构造。图19示出了从箭头A-A所指示的方向看的图18的截面构造，而图20是从箭头B-B所指示的方向看的图18的截面构造。图22示出了从箭头A-A所指示的方向看的图21的截面构造，而图23示出了从箭头B-B所指示的方向看的图21的截面构造。
这里，GaAs化合物半导体层例如通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)方法形成在衬底30上。在这种情况下，三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMA)、三甲基铟(TMIn)和三氢化砷(AsH3)例如被用作III-V族化合物半导体的材料，且H2Se例如被用作施主杂质材料，而二甲基锌(DMZ)例如被用作受主杂质材料。
具体地，被加工衬底100具有首先形成在衬底30上堆叠结构20，如图7和8所示。堆叠结构20依次包括上DBR层16、上间隔层15、有源层14、下间隔层13以及下DBR层12。此时，要被氧化的层18D例如形成在下DBR层12的一部分中。要被氧化的层18D是通过如稍后所述的氧化工艺转变成电流窄化层18的层，并且构造为包括AlAs。
随后，抗蚀剂层(未示出)形成在堆叠结构20的柱形特定区域100A(在后续的制造工艺中将变成台面17D的区域)的外围中，以使抗蚀剂层中在绕特定区域100A旋转的方向上以预定间隔具有多个开口。随后，下DBR层12的上部、下间隔层13、有源层14、上间隔层15、以及上DBR层16通过RIE(反应离子刻蚀)，采用抗蚀剂层作为掩模被选择性地移除。如此，形成各至少到达上DBR层16和要被氧化的层18D的多个凹槽19，如图9、10和11所示。这时，形成多个凹槽19以满足上述的表达式(D2＜D1×2)。优选地，多个凹槽19关于在上述的工艺中的堆叠方向上延伸的轴对称地形成。而且，柱形台面17D形成在被多个凹槽19围绕的特定区域100A中，且从台面17D的侧面放射状延伸的桥梁部分17E在上述的工艺中形成。桥梁部分17E形成在于绕台面17D旋转的方向上布置的多个凹槽19中的每两个相邻凹槽19之间。随后，移除抗蚀剂层。
随后，在被加工衬底100未形成凹槽19的顶面平面上，即，在下DBR层12的表面上形成金属层11B以作为后续工艺中的接合金属，如图9、10和11所示。随后，制备在衬底10上具有金属层11A的支撑衬底200，且被加工衬底100的金属层11B与支撑衬底200的金属层11A接合到一起，如图12、13和14所示。然后，移除衬底30，如图15、16和17所示。为防止上DBR层16随衬底30的移除被一起移除，可在衬底30与上DBR层16之间设置刻蚀停止层等。
随后，从上DBR层16侧全部地或部分地移除包括特定区域100A的区域之外的部分。具体地，首先形成抗蚀剂层(未示出)以覆盖堆叠结构20中包括特定区域100A(台面17D)的区域。例如，形成抗蚀剂层(未示出)以覆盖环形区域100B(见图15)，该环形区域100B包括整个特定区域100A(台面17D)和在特定区域100A(台面17D)附近的一侧的桥梁部分17E的一端部。随后，通过采用抗蚀剂层作为掩模，例如通过RIE选择性蚀刻上DBR层16的上部、上间隔层15、有源层14、下间隔层13、以及下DBR层12。这样，形成下部狭窄的台面17，其中柱形部分17C(上DBR层16的部分)的截面面积大于柱形部分17A和柱形部分17B的截面面积，凹槽19与外部连通，如图18、19和20所示。这里，通过蚀刻工艺保留未被蚀刻的桥梁部分17E的部分对应于柱形部分17A的半径R2的部分和柱形部分17B的半径R4的部分的刻蚀工艺，部分保留为未刻蚀。
在上述工艺中，不必完全移除区域100B之外的堆叠结构20。例如，仅区域100B的外围区域(围绕区域100B的环形区域)从上DBR层16到下DBR层12的上部被移除，使得凹槽19与外部连通并形成下部狭窄的台面17。
随后，在高温水蒸气气氛中执行氧化处理以从台面17的侧面(凹槽19的侧面)选择性地氧化包含在将要氧化的层18D中的铝。结果，在台面17中，将要氧化的层18D的边缘区域通过氧化作用变成电流限制区域18B，且将要氧化的层18D中的其它未氧化区域变成电流注入区域18A，如图21、22和23所示。
随后，形成由诸如氧化硅(SiO2)的绝缘无机材料制成的绝缘层22以覆盖例如所有的表面。随后，在台面17的表面上形成抗蚀剂层(未示出)，以具有围绕与电流注入区域18A相对的区域的环形开口，然后，例如通过RIE使用抗蚀剂层作为掩模选择性地移除绝缘层22。这样，环形开口形成在与电流注入区域18A相对的部分中的绝缘层22中。随后，移除抗蚀剂层。
随后，前述金属材料例如通过气相蒸发的方法堆叠在整个表面上。然后，例如通过选择性蚀刻形成环形上电极21，其具有在与电流注入区域18A相对的区域中的光发射出口21A，并具有部分延伸到与特定100A(柱形部分17A和17B)相对的区域外侧的外边缘部分。此外，电极焊盘23形成在台面17外围中的绝缘层22上。此外，连接部分24形成在上电极21与电极焊盘23之间(见图2)。此外，在研磨衬底10的背面以调整其厚度之后，下电极25形成在衬底10的背面上(见图2)。这样，制成根据本实施例的半导体激光器1。
随后，以下将描述根据本实施例的半导体激光器1的操作和效果。
操作和效果
在本实施例的半导体激光器1中，当施加预定电压到下电极25与上电极21之间时，电流通过电流窄化层18中的电流注入区域18A被注入到有源层14以使电子和空穴复合，从而发射出光。光被下DBR层12和上DBR层16反射从而在预定波长产生激光振荡，且通过发射出口21A光作为激光束发射到外部。
在实施例中，包括有源层14和电流窄化层18的台面17的柱形部分17A形成在与下DBR层12和上DBR层16相对的区域中，如图3和4所示。此外，如图5A、5B和5C所示，柱形部分17A的截面面积小于柱形部分17C(上DBR层16)的截面面积。因此，由于存在有源层14和电流窄化层18而产生的寄生电容被减小。此外，相比于其中整个台面的直径被减小的情况，台面中的电阻被减小且功耗被抑制。因此，在本发明中，寄生电容被减小，同时抑制了功耗。
此外，在本实施例的制造方法中，支撑衬底200在朝向开有各个凹槽19侧面接合到被加工衬底的表面。这里，被加工衬底100包括衬底10上的堆叠结构20，且凹槽19围绕特定区域100A以预定间隔形成。然后，包括特定区域100A的区域100B之外的区域被完全或部分地从衬底10侧被移除，从而允许凹槽19与外部连通。此时，柱形部分17A形成在与柱形部分17B相对的区域内以及与柱形部分17C相对的区域内。此外，柱形部分17A的截面面积变得小于柱形部分17C的截面面积。
这里，在使凹槽19与外部连通的工艺之前的工艺中确定特定区域100A(台面17D)的直径，因此在凹槽连通工艺中，其不被未移除区域100B的直径所限制。因此，使得柱形部分17A的截面面积降低，而与柱形部分17C(上DBR层16)无关，且由柱形部分17A引起的寄生电容因此被减小。此外，由于柱形部分17C的截面面积保持为较大，而与柱形部分17A无关，所以，与其中整个台面的直径小的情况相比，台面中的电阻被减小且功耗被抑制。因此，在实施例中，寄生电容容易被减小，同时抑制了功耗。
此外，在本实施例的制造方法中，台面17一体地(单片地)形成且台面17中不存在接合的部分。在此结构中，台面17中的光学膜厚度通过晶体生长严格控制，因此避免了因接合产生的光学位置偏移。
变型
已参考上述实施例描述了本发明，但是本发明并不限制到该实施例及所获得的各种变型。
例如，在上述实施例中，尽管AlGaAs基化合物半导体激光器被示范性的采用以解释本发明，然而其它种类的化合物半导体激光器也是适用的。此外，在上述实施例中，尽管对于其中本发明被应用到顶面发射型半导体激光器的情况作了描述，然而底面发射型半导体激光器也是适用的。
此外，尽管在上述实施例中示例了半导体的导电类型，然而导电类型可反转。例如，在上述实施例中，“p型”表示的部分可被改成“n型”，且“n型”表示的部分可被改为“p型”。
本申请包含在2009年2月6日提交到日本专利局的日本专利申请JP2009-026675中涉及的主题，将其全部内容引用结合于此。
本领域技术人员应理解可以根据设计需求和其他因素进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在权利要求及其等同特征的范围内。

Claims (10)

1.一种垂直腔面发射激光器，包括：
柱形台面，在衬底上从所述衬底侧依次包括第一多层反射器、有源层、第二多层反射器，还包括电流窄化层，其中
所述台面的包括所述有源层和所述电流窄化层的柱形部分形成在与所述第一多层反射器相对的区域和与所述第二多层反射器相对的区域内，且
所述柱形部分的截面面积小于所述第二多层反射器的截面面积。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，在所述台面的顶面上还包括具有光发射出口的环形电极，其中
所述柱形部分的侧面的一部分位于所述电极的外边缘的内侧。
3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其中所述台面关于在堆叠方向上延伸的轴对称地形成。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其中所述台面单片地形成。
5.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器，其中金属层设置在所述衬底与所述台面之间以与所述衬底和所述台面接触。
6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其中所述金属层包括相互接合的第一金属层和第二金属层。
7.一种垂直腔面发射激光器的制造方法，包括：
第一步骤，在绕特定区域旋转的方向上以预定间隔形成多个凹槽，每个所述凹槽都至少到达第二多层反射器和要被氧化的层，所述特定区域为被加工衬底内由半导体层构成的柱形部分，在第一衬底上的所述半导体层从与所述第一衬底相反的一侧依次包括第一多层反射器、有源层和所述第二多层反射器，所述半导体层还包括所述要被氧化的层；
第二步骤，在所述半导体层的顶面上未形成所述凹槽的区域形成第一金属层，然后，将所述第一金属层接合到支撑衬底的第二金属层，所述支撑衬底由第二衬底和设置在所述第二衬底上的所述第二金属层构成；
第三步骤，从所述第一衬底侧完全或部分地移除包括所述特定区域的区域之外的部分，以使所述凹槽与外部连通，然后，从所述凹槽的侧面氧化所述要被氧化的层以形成所述要被氧化的层中对应于所述特定区域的外边缘部分的氧化区域，并且形成所述要被氧化的层中对应于所述特定区域的中心部分的未氧化区域。
8.根据权利要求7所述的垂直腔面发射激光器的制造方法，其中
形成所述多个凹槽以满足表达式D2＜D1×2，其中D1是从所述凹槽的侧面测量的所述氧化区域的径向尺寸，而D2是在绕所述特定区域旋转的方向上布置的所述多个凹槽中每两个相邻凹槽之间的距离。
9.根据权利要求7所述的垂直腔面发射激光器的制造方法，其中
在所述第三步骤中，在与所述第二衬底相反的一侧的表面上形成环形电极，所述环形电极在与所述未氧化区域相对的区域中具有光发射出口，并且所述环形电极的外边缘的一部分延伸到所述特定区域的外侧。
10.根据权利要求7所述的垂直腔面发射激光器的制造方法，其中
在所述第一步骤中，所述多个凹槽关于在堆叠方向上延伸的轴对称地形成。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102820615A (zh) * 2011-06-06 2012-12-12 泰科电子瑞典控股有限责任公司 高速激光设备
CN106611934A (zh) * 2015-10-21 2017-05-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 采用石墨烯进行电极搭桥的面发射激光器及其制备方法
CN107104363A (zh) * 2016-02-23 2017-08-29 朗美通经营有限责任公司 用于垂直腔表面发射激光器的紧凑发射器设计
CN108649429A (zh) * 2018-05-15 2018-10-12 Oppo广东移动通信有限公司 发射激光器及光源组件
CN110556708A (zh) * 2018-05-31 2019-12-10 住友电气工业株式会社 垂直腔面发射激光器
CN110574246A (zh) * 2017-04-19 2019-12-13 欧司朗光电半导体有限公司 半导体激光器
CN113422291A (zh) * 2021-06-21 2021-09-21 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种激光器及其制造方法与应用

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5228363B2 (ja) * 2007-04-18 2013-07-03 ソニー株式会社 発光素子
US20120106583A1 (en) * 2010-11-02 2012-05-03 Onechip Photonics Inc. Vertically-coupled surface-etched grating dfb laser
CN102075250B (zh) * 2010-11-30 2013-06-05 浙江大学 基于vcsel内调制的rof链路收发装置
JP6176298B2 (ja) * 2015-09-03 2017-08-09 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザアレイ及び面発光型半導体レーザアレイの製造方法
US10447006B2 (en) 2017-02-22 2019-10-15 International Business Machines Corporation Electro-optical device with asymmetric, vertical current injection ohmic contacts
EP3878069B1 (en) * 2018-11-06 2024-01-03 Vixar Inc. Small pitch vcsel array

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2921385B2 (ja) * 1993-03-12 1999-07-19 松下電器産業株式会社 面発光レーザならびにその製造方法および端面発光レーザの製造方法
FR2744293B1 (fr) * 1996-01-30 1998-04-30 Nabet Bernard Composant d'emission laser a zone d'injection de largeur limitee
JP2001085788A (ja) * 1999-09-13 2001-03-30 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光型半導体レーザ素子及び面発光型半導体レーザアレイ
JP2002289912A (ja) 2001-03-26 2002-10-04 Canon Inc 面型発光素子、面型発光素子アレー、およびその製造方法
JP4050028B2 (ja) * 2001-09-28 2008-02-20 株式会社東芝 面発光型半導体発光素子
JP3846367B2 (ja) * 2002-05-30 2006-11-15 セイコーエプソン株式会社 半導体素子部材及び半導体装置並びにそれらの製造方法、電気光学装置、電子機器
JP4650631B2 (ja) 2005-11-30 2011-03-16 ソニー株式会社 半導体発光装置
JP4952883B2 (ja) * 2006-01-17 2012-06-13 ソニー株式会社 半導体発光素子
JP2008060322A (ja) 2006-08-31 2008-03-13 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び光通信システム
JP4992503B2 (ja) * 2007-03-27 2012-08-08 ソニー株式会社 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JP5212686B2 (ja) * 2007-08-22 2013-06-19 ソニー株式会社 半導体レーザアレイの製造方法
JP5003416B2 (ja) * 2007-11-06 2012-08-15 住友電気工業株式会社 面発光半導体レーザ

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102820615A (zh) * 2011-06-06 2012-12-12 泰科电子瑞典控股有限责任公司 高速激光设备
CN106611934A (zh) * 2015-10-21 2017-05-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 采用石墨烯进行电极搭桥的面发射激光器及其制备方法
CN112134141B (zh) * 2016-02-23 2021-11-16 朗美通经营有限责任公司 垂直腔表面发射激光器及激光器阵列
CN107104363A (zh) * 2016-02-23 2017-08-29 朗美通经营有限责任公司 用于垂直腔表面发射激光器的紧凑发射器设计
US11437784B2 (en) 2016-02-23 2022-09-06 Lumentum Operations Llc Compact emitter design for a vertical-cavity surface-emitting laser
US10574031B2 (en) 2016-02-23 2020-02-25 Lumentum Operations Llc Compact emitter design for a vertical-cavity surface-emitting laser
CN107104363B (zh) * 2016-02-23 2020-09-25 朗美通经营有限责任公司 垂直腔表面发射激光器及激光器阵列
CN112134141A (zh) * 2016-02-23 2020-12-25 朗美通经营有限责任公司 垂直腔表面发射激光器及激光器阵列
CN110574246A (zh) * 2017-04-19 2019-12-13 欧司朗光电半导体有限公司 半导体激光器
CN110574246B (zh) * 2017-04-19 2022-01-07 欧司朗光电半导体有限公司 半导体激光器
CN108649429A (zh) * 2018-05-15 2018-10-12 Oppo广东移动通信有限公司 发射激光器及光源组件
CN110556708A (zh) * 2018-05-31 2019-12-10 住友电气工业株式会社 垂直腔面发射激光器
CN110556708B (zh) * 2018-05-31 2024-06-07 住友电气工业株式会社 垂直腔面发射激光器
CN113422291A (zh) * 2021-06-21 2021-09-21 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种激光器及其制造方法与应用
CN113422291B (zh) * 2021-06-21 2022-06-07 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种激光器及其制造方法与应用

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