CN111355122A - 包括电流扩散层的氧化型vcsel及其制造方法 - Google Patents

包括电流扩散层的氧化型vcsel及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111355122A
CN111355122A CN201910862055.6A CN201910862055A CN111355122A CN 111355122 A CN111355122 A CN 111355122A CN 201910862055 A CN201910862055 A CN 201910862055A CN 111355122 A CN111355122 A CN 111355122A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
diffusion layer
emitting laser
vertical cavity
current diffusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910862055.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李亨株
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AUK CORP
Original Assignee
AUK CORP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AUK CORP filed Critical AUK CORP
Publication of CN111355122A publication Critical patent/CN111355122A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
    • H01S5/2226—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties semiconductors with a specific doping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18322—Position of the structure
    • H01S5/18327—Structure being part of a DBR
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
    • H01S5/187—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • H01S5/2068—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by radiation treatment or annealing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • H01S5/2072—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by vacancy induced diffusion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
    • H01S5/34353—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers based on (AI)GaAs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/18—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • H01S2301/185—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field for reduction of Astigmatism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H01S5/18347—Mesa comprising active layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其制造方法，更详细地涉及一种发射峰值波长为860nm的激光的高效氧化型垂直腔面发射激光器及其制造方法。根据本发明的氧化型垂直腔面发射激光器的特征在于，在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间包括至少一部分具有高掺杂区域的电流扩散层。

Description

包括电流扩散层的氧化型VCSEL及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其制造方法，更详细地，涉及一种发射峰值波长为860nm的激光的高效氧化型垂直腔面发射激光器及其制造方法。
背景技术
一般的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)虽然比传统的侧面发射激光器效率低下，但是由于是在垂直方向上发射，因此可以在传统的发光二极管领域中应用，从而具有很高的市场性。
如图1所示，这种VCSEL10具有层叠下部电极1、基板2、下部分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector，DBR)3、活性层4、发射共振激光的电流窗(currentwindow)5、环绕所述电流窗周边形成的氧化层6、形成在所述电流窗5和氧化层6的上表面的上部分布式布拉格反射器7以及上部电极8等的柱状结构。发光柱周边形成沟槽9，激光向上部发射。
通常，沟槽9为圆形沟槽，通过干式蚀刻(dry etching)技术形成。氧化层6通过电流窗5的周边部被通过沟槽9注入的氧化剂氧化而形成，并且通过调整氧化时间来调整没有被氧化而剩余的电流窗5的直径。另外，上部DBR和下部DBR通过外延(epitaxial)工艺形成在活性层的上部和下部。发射800～1000nm的光的VCSEL一般使用由AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs，0.8<x<1，0<y<0.2构成的层叠结构的DBR。
因此，在制造过程中，为了共振激光的特性，电流窗(current window(oxideaperture))和上部DBR和下部DBR是必不可少的。问题在于，由于这两个位置中使用的物质是同种物质，因此在用于形成电流窗(current window)的氧化过程中，上部p-DBR的最上部与电流窗一起被氧化(oxidation)而产生不良品的几率高。氧化(Oxidation)工艺是注入H2O蒸气并通过与高温水蒸气反应将用作电流窗(current window)的Al0.98Ga0.02As层的Al转换为AlxOy的工艺，但是由于由AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs构成的上部DBR和下部DBR含有Al，从而它们的一定部分一起被氧化，造成DBR损伤。
图2a示出了在氧化(oxidation)进行时发生的DBR破损形态的SEM图像，p-metal应用于这种破损的DBR时，以后会发生电极剥落(peeling)或者电流不均匀注入(效率降低)等。图2b示出了电流窗(current window)形态，黑色带状形态是沟槽(trench(凹陷))区域，中间区域是发射光的柱状区域，相对较亮的部分是被氧化(oxidation)的部分。正中央暗淡的圆形部分是直接发射光的光发射区域，在VCSEL中标记为孔径(aperture diameter)。
传统的VCSEL因共振特性而施加高电流时元器件中会产生很多热量，因此，因施加高电流而经常发生元器件破损的情况，因此注入低电流。这意味着不能过高期待对电极中注入的电流的电流扩大效果。因此，沿上部DBR周围布置的上部电极中发射的电流不能均匀地通过中心部的电流窗，从而存在效率低下的问题。
韩国公开专利KR 10-2018-0015630(WO 2016/198282号)中公开了一种具有850nm的峰值波长的氧化型VCSEL，并且公开了为了改善该VCSEL而在上部DBR的内部以各种方式形成多个氧化层的方法。这种制造过程首先会导致上部DBR的反射率不均匀，另外还引起为了形成多个电流窗(current window)而进行氧化(oxidation)再处理等工艺上的复杂问题。
一方面，作为使上部电极中发射的电流能够均匀地通过中心部的电流窗的方案，存在这样的方案，即，在整个上部DBR中形成透明的ITO层，使得从环形电极中发射的电流通过ITO均匀地供给到中心部，但是这种情况下，需要昂贵的透明电极，这样就难以防止ITO形成过程中收率的急剧下降。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明中要解决的技术问题是提供一种能够引导电流从VCSEL的上部电极向光发射的区域稳定地流动和扩散的高效氧化型VCSEL。
本发明中要解决的另一技术问题是提供一种能够引导电流从VCSEL的上部电极向光发射的区域稳定地流动和扩散的高效氧化型VCSEL的制造方法。
(二)技术方案
术语
本发明中，术语“高掺杂区域”是指通过在电流扩散层生长后进行的掺杂在电流扩散层中掺杂浓度增加的区域。
本发明中，术语“掺杂浓度增加的区域”不仅包括通过掺杂而掺杂浓度增加的区域，而且还包括通过掺杂后的扩散使掺杂浓度增加的区域。
本发明中，术语“中心部”是指氧化型VCSEL的电流窗的上部区域。
本发明中，术语“周边部”是指中心部以外的周边区域。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种氧化型垂直腔面发射激光器即氧化型VCSEL，在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间包括至少一部分具有高掺杂区域的电流扩散层。
在本发明中，所述电流扩散层是带隙相对较高的导电层，该导电层扩散电流的流动，以使从上部电极发射的电流能够经由下部分布式布拉格反射器扩散并供给到活性层。
在本发明中，所述电流扩散层是通过诸如MOCVD的方式外延生长以具有预定厚度的层，并且为了能够防止VCSEL的工作电压上升而可以具有比活性层、上下DBR和/或基板高的导电性，优选地具有2倍以上的导电性，更优选地具有3倍以上的导电性，再进一步优选地具有4倍以上的导电性，最优选地具有5倍以上的传导性。
在本发明中，为了具有导电性，所述电流扩散层可以为使用诸如Al、C、Mg的物质进行掺杂并生长的层，例如，可以使用诸如AlGaAs、GaP的物质。所述电流扩散层的掺杂浓度可以在相同的生长高度中可以相同，可以根据高度的不同而不同。优选地，在靠近上部电极的部分，即上表面中掺杂浓度可以更高。
在本发明的实施中，考虑到供给到VCSEL的电流和发射的激光的强度和波长，所述电流扩散层可以形成适当的厚度，厚度优选为2μm以上，更优选为3μm以上，再进一步优选为4μm以上。
在本发明的实施中，生长的所述电流扩散层可以具有6.0×1018atom/cm3至8.5×1018atom/cm3的掺杂浓度。
在本发明中，所述高掺杂区域可以通过在电流扩散层生长后进行的掺杂增加0.5×1018atom/cm3以上，例如1.0×1018atom/cm3以上、1.5×1018atom/cm3以上、2.0×1018atom/cm3以上、2.5×1018atom/cm3以上。
在本发明中，在所述电流扩散层生长后进行的掺杂可以为从表面注入掺杂物的表面掺杂，优选为从表面注入金属原子作为掺杂物的表面掺杂。
在本发明中，所述金属原子可以为碱金属、碱土金属或者过渡金属，例如，可以从Li、Na、K、Rb、Cs等碱金属、Be、Mg、Ca、Sr、Ba等碱土金属、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Pt、Au等过渡金属中选择一种以上，作为一个实施例，所述金属原子可以为Zn。
在本发明中，所述高掺杂区域可以形成在电流扩散层的一部分，优选地可以形成在中心部。优选地，所述高掺杂区域形成到中心部和与中心部相接的周边部的一部分，以与环形上部电极的下部重叠。
在本发明中，优选地，从表面到比电流扩散层的厚度小的预定的深度处形成所述高掺杂区域，以使电流在水平方向上比在垂直方向上更容易地扩散。
在本发明中，所述高掺杂区域的浓度可以根据深度而不同，优选地，可以具有浓度根据深度增加而增加并达到最大值后再次逐渐降低的浓度分布。
在本发明的优选实施中，所述高掺杂区域可以具有最大浓度存在于1μm以下，更优选存在于0.5μm以下的浓度分布，以使在水平方向上的扩散容易。
虽然在理论上没有限制，但是从位于电流扩散层上部的环形的上部电极的下端流出的电流通过形成在电流扩散层中心部表面的高掺杂区域快速扩散到电流扩散层的中心部后，顺利地供给到位于电流扩散层的中心部的下端的VCSEL的电流窗，从而提高氧化型VCSEL的发光效率。
在本发明中，所述氧化型垂直腔面发射激光器(VCSEL)可以发射具有860±10nm的峰值波长(以下称为“860nm峰值波长”)的激光，所述激光理解为表示FWHM半振幅小于5nm的波长。
在本发明的实施中，所述氧化型垂直腔面发射激光器(VCSEL)可以顺序层叠下部电极、基板、下部分布式布拉格反射器、活性层、用于发射共振激光的电流窗、环绕所述电流窗周边形成的氧化层、在所述电流窗和氧化层的上表面形成的上部分布式布拉格反射器、上表面的一部分具有高掺杂区域的电流扩散层以及上部电极而构成发光柱。所述发光柱可以为圆形或多边形。
在本发明中，所述基板可以为能够MOCVD生长的基板，优选地可以为n-GaAs基板。
在本发明中，所述VCSEL的活性层为发射变换为激光的光的层，在本发明的一种实施中，所述活性层可以包括GaAs量子井和AlGaAs量子势垒层。
在本发明中，所述上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器分别用于向下和向上反射活性层中发射的光以使其共振。
在本发明中，上部DBR和下部DBR可以为由高折射率层和低折射率层形成的一对反射层反复层叠的DBR，以反射从活性层发射的光和相对的反射器反射的光。
在本发明的实施中，下部DBR可以使用30对以上的n-DBR，优选地可以使用40对的n-DBR，以实际上完全反射从活性层和上部DBR反射的光，为了提高光的发射可能性，上部DBR可以比下部DBR少5～10对，优选地，可以为由20～25对组成的p-DBR。
在本发明的实施中，所述上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器可以为具有由高折射率的AlxGa1-xAs层和具有低折射率的AlyGa1-yAs层交替反复层叠的结构的分布式布拉格反射器(DBR)，其中，0.8<x<1，0<y<0.2。
在本发明中，所述氧化层由氧化型物质组成，可以表示为了共振而氧化区域和非氧化区域共存的层。所述氧化层可以为AlzGa1-zAs，0.95＜z≤1，以使其可以通过高温的水蒸气而容易氧化。所述氧化层从外围向中心部进行氧化，从而可以由环形的氧化层和内部中心圆形态的电流窗组成。
在本发明中，氧化层中形成电流窗的中心圆的直径应该狭窄到能够发射激光的程度，优选地可以在10μm以下。
在本发明中，所述氧化层可以位于活性层的上部，优选地，可以位于上部p-DBR的内部，优选地可以位于构成p-DBR的层之间，以不影响活性层。更优选地，可以位于上部p-DBR的下端，例如，上部DBR中的下端第1对与第2对之间，可以采用30～100nm的厚度。
在本发明的实施中，由于表面的电流扩散层和形成在电流扩散层的上表面的中心部的掺杂区域，所述氧化型VCSEL可以在低电流，例如在30mA以下表现出高效率，优选地可以在5～20mA的范围，最优选地可以在10mA操作。在电流超过40mA的情况下，由于发热的影响，可能不产生860nm的峰值波长的激光。
在本发明中，为了不遮挡发射的光，所述上部电极可以形成为环形，优选地可以为由Au/Pt/Ti构成的多层电极。在一个实施例中，所述电极的厚度可以为约2微米左右。
在本发明中，所述氧化型VCSEL还可以包括反射防止层，以防止发射的光的反射。所述反射防止层可以覆盖电流扩散层且位于电流扩散层与上部电极之间。另外，所述反射防止层可以覆盖上部电极和反射防止层的上部且位于氧化型VCSEL的最上部。
在本发明的实施中，所述反射防止层可以由Si3N4或SiO2组成，可以采用100～500nm的生长厚度。优选地，采用150～400nm的生长厚度，更优选地，采用200～300nm的生长厚度。
在本发明的一方面中，提供氧化型垂直腔面发射激光器(VCSEL)的制造方法，包括以下步骤：在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间外延生长电流扩散层；以及在所述电流扩散层生长后，向所述电流扩散层的至少一部分注入掺杂物而形成高掺杂区域。
在本发明中，所述高掺杂区域通过在电流扩散层的上表面的至少一部分层叠掺杂物供给层，并对所述掺杂物供给层进行加热以在电流扩散层的至少一部分形成高掺杂区域，并除去掺杂物供给层来形成。
在本发明的实施中，所述表面掺杂可以通过从电流扩散层的上表面中层叠的掺杂物供给层的掺杂物的供给，例如扩散，作为一例通过加热的扩散来完成。所述掺杂物供给层可以在上部电极形成前除去。
在本发明的实施中，所述掺杂物供给层可以为ZnO、AZO层，所述加热温度可以在能够防止因电流扩散层的非结晶化而发生缺陷从而使掺杂浓度减小的范围内调节。
在本发明的实施中，在GaP中从AZO掺杂ZnO的情况下，加热温度可以低于500℃，优选为400～450℃，在AlGaAs中从ZnO掺杂Zn的情况下，加热温度可以低于700℃，优选为500～600℃的范围。
在本发明的实施中，电流扩散层的掺杂浓度加上因生长后进行的掺杂而增加的掺杂浓度，所述高掺杂区域可以具有9.0×1018atom/cm3至1.2×1019atom/cm3的掺杂浓度。
在本发明中，除形成电流扩散层并在所述电流扩散层上形成高掺杂层之外，所述氧化型VCSEL的制造方法可以使用一般的VCSEL制造方式来制造。
在本发明的实施中，所述氧化型VCSEL可以通过以下步骤制造：提供基板；在所述基板的上部形成下部DBR；在所述下部DBR的上部形成活性层；在所述活性层的上部形成第1上部DBR；在所述第1上部DBR的上部形成氧化层；在所述氧化层的上部形成第2上部DBR；形成圆形沟槽；使氧化层中除中心部外的周边部氧化；在所述第2上部DBR的上部形成电流扩散层；在所述电流扩散层的一部分中形成高掺杂区域；在所述基板的下部形成下部电极；在所述电流扩散层的上部形成环形电极。
(三)有益效果
根据本发明，提供一种新的电流扩散层，其能够在氧化过程中保护上部DBR并改善电流的流动，并且使从周边电极向中心部的电流窗的电流扩散容易。
附图说明
图1是示出传统的氧化型VCSEL的剖开形截面的图。
图2中(a)是示出氧化(oxidation)进行时发生的DBR破损形态的SEM图像的图；(b)示出电流窗(current window)形状，黑色带状是沟槽(trench(凹陷))区域，中间区域是发射光的柱状区域，相对较亮的部分是被氧化(oxidation)的部分。
图3是示出根据本发明的一个实施例的氧化型VCSEL的层结构的分离式截面图。
图4是示出根据本发明的一个实施例的在氧化型VCSEL中的光扩散层中形成高掺杂区域的步骤的图。(a)掺杂物供给层沉积步骤，(b)加热掺杂步骤，(c)掺杂物供给层除去步骤，(d)上部电极形成步骤。
图5是拍摄本发明的氧化型VCSEL的具有高掺杂区域的电流扩散层的截面的SEM照片。
图6是示出本发明的实施例1的通过500℃、600℃、700℃热处理来Zn掺杂的电流扩散层和非掺杂的电流扩散层的空穴浓度和电阻的图表。
图7是示出本发明的实施例1的通过500℃、600℃、700℃热处理来Zn掺杂的电流扩散层和非掺杂的电流扩散层的基于深度的掺杂浓度的图表。插图是AFM结果。
图8是示出本发明的实施例1的具有通过500℃、600℃、700℃热处理来Zn掺杂的电流扩散层和非掺杂的电流扩散层的VCSEL芯片的电流I函数的输出功率的图表。
图9是示出本发明的实施例1的具有通过600℃热处理来Zn掺杂的电流扩散层和非掺杂的电流扩散层的VCSEL芯片的光束发射形状的图表。
图10是示出本发明的实施例2的通过400℃、450℃、500℃热处理来Zn掺杂的电流扩散层和非掺杂的电流扩散层的基于深度的掺杂浓度的图表。插图是AFM结果。
图11是示出本发明的实施例2的具有通过400℃、450℃、500℃热处理来Zn掺杂的电流扩散层和非掺杂的电流扩散层的VCSEL芯片的电流I函数的输出功率的图表。
图12是示出本发明的实施例2的具有通过450℃热处理来Zn掺杂的电流扩散层和非掺杂的电流扩散层的VCSEL芯片的光束发射形状的图表。
图13是本发明的实施例2的VCSEL的截面结构。
图14是示出本发明的实施例2的VCSEL的制造过程的图。
附图标记说明
100：氧化型VCSEL
110：下部电极
120：基板
130：下部n-DBR
140：活性层
150：上部p-DBR
160：电流扩散层
161：高掺杂区域
170：上部电极
180：氧化层
190：反射防止层
具体实施方式
下面，通过实施例对本发明进行详细说明。下面的实施例并非对本发明进行限制，而是对本发明进行举例说明。
实施例1
图3示出通过MOCVD系统制作的、具有上表面的中央部分用Zn进行掺杂的p-AlGaAs电流扩散层并且发射峰值波长为860nm的激光的VCSEL的层结构。
如图3所示，根据本发明的具有860nm的峰值波长的氧化型VCSEL100是向基板120的上部方向发射激光的氧化型VCSEL100。氧化型VCSEL100通过MOCVD方式在n-型GaAs基板120上生长，并使用三甲基镓(TMGa)和三甲基铵(Trimethylammoinum，TMAI)作为3族源，使用砷化氢(arsine)(AsH3)和磷化氢(phosphine)(PH3)作为5族源，使用乙硅烷(disilane)(Si2H6)气体和环戊二烯基镁(cyclopentadienyl magnesium(Cp2Mg))作为n与p-掺杂源。使用氢(H2)作为所有源的运载气体。
在基板120的下部侧上设置下部电极110，在基板120的上部侧上设置反复层叠一对高折射率的AlGaAs层和低折射率的AlGaAs层的下部n-DBR130。Al0.85Ga0.15As层和Al0.15Ga0.85As层反复层叠40次。
在所述下部n-DBR130上设置活性层140。活性层140由上下限制层和发射860nm的中心波长的量子井结构体形成。使用AlxGa1-xAs、n-Al0.1GaAs:Si和p-Al0.1GaAs:Mg作为n及p-限制层，量子井结构体通过反复层叠5nm的GaAs量子井和12nm的Al0.05GaAs量子势垒而形成。限制层和量子井所构成的共振腔长度(cavity length)为约430nm。
在所述活性层140上设置包括氧化层180的上部p-DBR150。为了防止氧化过程中活性层的损伤，氧化层180插入构成上部p-DBR150的p-DBR对的层之间，从而可以防止与活性层140的直接接触。氧化层180在25对中的一对或两对上部DBR上层叠，所述氧化层180上层叠上部DBR的剩余的DBR对。因此，上部p-DBR150由位于氧化层180下部的第1上部DBR151和位于氧化层180上部的第2上部DBR152构成。
与下部DBR一样，上部p-DBR150由一对高折射率的AlGaAs层和低折射率的AlGaAs层反复层叠，并由Al0.85Ga0.15As层和Al0.15Ga0.85As层构成的25对形成。
氧化层180由厚度为约50nm的Al0.98Ga0.02As构成的中心部的圆形电流窗(currentwindow(氧化孔径(oxidation aperture))182和氧化层被水蒸气氧化的周边部的氧化环181组成。DBR反射率为几乎98％以上，并表现出阻带(stop-band)形态的优良的特性。
在所述上部p-DBR150上，通过MOCVD方式生长AlGaAs电流扩散层160至3μm的厚度。在AlGaAs电流扩散层160的上表面的中心部和周边部的一部分处形成高掺杂区域161。
如图4所示，为了形成所述高掺杂区域161，(a)在p-AlGaAs电流扩散层160的上表面的中心部层叠具有5500nm的厚度的用于供给掺杂物的图案控制的ZnO薄膜210。(b)通过30分钟的热处理(分别500℃、600℃及700℃)，在电流扩散层160的上表面中央部分形成高掺杂区域161。(c)在热处理后，利用HCI:DI溶液除去ZnO薄膜。(d)在除去ZnO薄膜后，形成环形的上部电极170。上部电极的内侧以与高掺杂区域161部分重叠的方式形成。
如图5中所示，截面SEM照片拍摄结果已确认，从上表面到约1μm左右的深度处形成高掺杂区域。
对比实施例1
除了在上述实施例中没有Zn掺杂之外，与上述实施例相同的方式实施。
试验1
检查了根据用于掺杂Zn的热处理温度500℃、600℃、700℃的实施例的产品和没有Zn掺杂处理的对比实施例(P++AlGaAs)的产品。
如图6中所示，在没有Zn掺杂处理的对比实施例中表现出0.043ohm-cm，这显著高于在500℃和600℃下掺杂的产品的0.033和0.012ohm-cm。在700℃下掺杂的产品表现出0.98ohm-cm的高电阻。这一结果和与电阻成效益悖反(trade-off)关系的空穴浓度的如下结果一致，即，在对比例中空穴浓度为6.4×1018/cm3，通过500℃和600℃热处理而分别增加到7.8×1018/cm3和9.3×1018/cm3，在700℃急剧降低到5.5×1018/cm3。
图7的掺杂曲线显示，非掺杂p++-AlGaAs电流扩散层仅在表面具有7.0×1018 atom/cm3的浓度，其余几乎均匀地具有6.1×1018/cm3的浓度。P++AlGaAs电流扩散层的最高掺杂浓度在0.07μm的深度处形成。相反，Zn扩散的AlGaAs电流扩散层在500℃及600℃热处理中分别显示出1.02×1019/cm3和9.0×1018/cm3的高掺杂浓度。700℃的热处理产品显示出约6.7×1018/cm3的低掺杂浓度，这种情况被解释为再结晶化或非结晶化导致的缺陷。
插图(AFM images)显示，与非掺杂产品和通过500℃和600℃热处理获得的产品的表面RMS值为4.8至6.8，比较平滑，而700℃热处理产品的RMS＝22.3，表现出不均匀的表面形态。这意味着其具有很多表面缺陷。
图8是示出制造的VCSEL芯片的电流I函数的输出功率的图表。制造的VCSEL芯片在500℃和600℃下进行Zn掺杂的情况相比非掺杂的VCSEL芯片，表现出有意义的高功率。在500℃和600℃掺杂产品中发生了95mW和110mW的功率，这与非掺杂产品的75mW相比，增加了47％和27％。
图9示出对比实施例的Zn非掺杂产品和实施例的600℃Zn掺杂产品的远场图样光束(far-field pattern lighting beam)图像。结果是使光束分析系统在从10mA到30mA的电流注入范围内光束探测器与光柱之间的距离保持5mm而测量的。对比实施例芯片的高斯光束曲线(Beam Gaussian curves)显示出在相同的电流注入下x与y轴具有不同的形态和强度。图9的(a)插图显示出不均衡的2D光束形态，并显示出宽的3D光束发射形态。相反，实施例的芯片的高斯光束曲线(Beam Gaussian curves)显示出在相同的电流注入中x与y轴为有意义的均衡的2D光束形态，并显示出尖锐的3D光束发射形态。
实施例2
如图14中所示，根据本发明的具有860nm的峰值波长的氧化型VCSEL100的层结构，除了作为电流扩散层160使用GaP层和在上部电极170之间进一步形成SiN反射防止层190以外，与实施例1的图3相同。
高掺杂区域161按如下方式形成，如图14所示，为了形成高掺杂区域161(a)在GaP电流扩散层160的上表面的中心部层叠具有500nm的厚度的、用于供给掺杂物的掺铝氧化锌(Aluminum Zinc Oxide，AZO)薄膜210。(b)通过在氮气氛炉中以400℃、450℃及500℃的温度热处理2小时，在电流扩散层160的上表面中央部分形成高掺杂区域161。(c)在热处理后，利用HCI:DI溶液除去AZO薄膜。(d)在除去AZO薄膜后，形成环形的上部电极170。上部电极的内侧以与高掺杂区域161部分重叠的方式形成。在上部电极170内部区域中形成SiN反射防止层190。
对比实施例2
除了在上述实施例中没有Zn掺杂之外，与上述实施例相同的方式实施。
试验2
检查了根据用于掺杂Zn的热处理温度500℃、600℃、700℃的实施例2的产品和没有Zn掺杂处理的对比实施例2(P++AlGaAs)的产品。在图10中示出了关于热处理工艺后Zn扩散(diffusion)的GaP区域的掺杂浓度的分布。这是基于Zn扩散进行中作为重要变数的热处理条件400℃、450℃、500℃的样本ECV数据。ECV(etched current voltage)测量是从样本表面到内部约4μm深度处进行蚀刻，并确认了掺杂浓度，并确认未进行Zn扩散工艺的一般的样本的最大掺杂浓度具有每/cm3约8.2×1018的值。已确认，Zn扩散(diffusion)进行时，在热处理条件400℃和450℃中掺杂浓度大大增加，为约9.1×1018和1.2×1019的高值。但是，约500℃热处理条件中掺杂浓度大大降低的现象已得到确认。经判断，这种现象是由高温导致的GaP的非结晶化和由此导致的缺陷的发生而造成的。
图11是示出制造的VCSEL芯片的电流I函数的输出功率的图表。图中示出基于电流的施加的非掺杂处理的VCSEL(对比实施例2)和Zn扩散的高掺杂处理的VCSEL的光效率结果。对比实施例的情况下具有约78mW的光效率。相反，在实施例2中使用Zn扩散的高掺杂区域时，其效率大大增加。在400℃和450℃进行Zn扩散时，MAX光效率分别达到96mW(增加24％)和110mW(增加41％)的高效率。但是，在进行约500℃的Zn扩散(diffusion)时，光效率急剧减小为约60mW(减小22％)的低值。这种光效率结果的倾向与图10的ECV结果一致。
图12示出通过光束分析仪(Beam profiler)测量的关于对比实施例2的一般的VCSEL(conventional VCSEL)和450℃下Zn扩散的VCSEL的光束(lighting beam)的2维及3维图像。在约30mA中、在约5mm距离处测量，测量x轴和y轴上的光的强度。在确认2维图像时，确认到Zn扩散的VCSEL的情况具有比传统的VCSEL(conventional VCSEL)小的光束(beam)形状，对此通过3维图像确认时，确认到其具有更加清楚地聚光的光形状。经确认，VCSEL的光束(lighting beam)因经Zn扩散的表面高掺杂区域而更加聚光。
尽管在附图和上述说明中详细示出和说明了本发明，但是应该理解，这样的示出和说明是例示性的和而非限制性的。根据本发明，进行其它修改对本领域普通技术人员来说是显而易见的。这些修改在本领域中已是公知的，可以涉及代替本说明书中说明的特征或者除了在此使用的特征之外的其它特征。对于所公开的实施例的变型，本领域技术人员可以从附图、本发明和权利要求书的学习而理解和实施。在权利要求中，词语“包括”不排除其它的元器件或步骤，不定冠词的记载不排除多个元器件或步骤。不同从属权利要求中引用特定措施的事实并不表示这些措施不可以进行有益的组合使用。权利要求中的任意的附图标记不应被理解为用于限制权利要求的范围。

Claims (19)

1.一种氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间包括至少一部分具有高掺杂区域的电流扩散层。
2.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层是外延生长的透明导电层。
3.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层由AlGaAs或GaP构成。
4.根据权利要求2所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，外延生长的所述电流扩散层具有6.0×1018atom/cm3至8.5×1018atom/cm3的掺杂浓度。
5.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述高掺杂区域通过电流扩散层生长后进行的掺杂而增加1.0×1019atom/cm3以上。
6.根据权利要求5所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述掺杂是表面掺杂。
7.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述高掺杂区域是通过从由Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Pt、Au组成的组中选择一种以上而掺杂的。
8.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层的中心部具有高掺杂区域。
9.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层的中心部和与中心部相接的周边部的一部分具有高掺杂区域。
10.根据权利要求8所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，从表面到比电流扩散层的厚度小的预定的深度处形成所述高掺杂区域。
11.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述高掺杂区域具有浓度根据深度增加而增加并达到最大值后再次逐渐降低的浓度分布。
12.根据权利要求11所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述浓度分布中最大浓度位于距离上表面0.5μm以下。
13.根据权利要求11所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，氧化型垂直腔面发射激光器包括下部电极、基板、下部DBR、活性层、中心部具有电流窗的氧化层和上部DBR。
14.根据权利要求13所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述氧化层位于上部DBR的层之间。
15.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述高掺杂区域用Zn进行掺杂。
16.一种氧化型垂直腔面发射激光器的制造方法，包括以下步骤：
在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间外延生长电流扩散层；以及
在所述电流扩散层生长后，向所述电流扩散层的至少一部分注入掺杂物而形成高掺杂区域。
17.根据权利要求16所述的氧化型垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，所述高掺杂区域通过在电流扩散层的上表面的至少一部分层叠掺杂物供给层，并对所述掺杂物供给层进行加热以在电流扩散层的至少一部分形成高掺杂区域，并除去层叠的掺杂物供给层来形成。
18.根据权利要求17所述的氧化型垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，在所述GaP电流扩散层上层叠ZnO掺杂物供给层，并在400～450℃的温度下进行加热以形成掺杂Zn的高掺杂区域。
19.根据权利要求17所述的氧化型垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，在所述AlGaAs电流扩散层上层叠AZO掺杂物供给层，并在500～600℃的温度下进行加热以形成掺杂Zn的高掺杂区域。
CN201910862055.6A 2018-12-24 2019-09-12 包括电流扩散层的氧化型vcsel及其制造方法 Pending CN111355122A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0168138 2018-12-24
KR1020180168138A KR20200079362A (ko) 2018-12-24 2018-12-24 고도핑 방출영역을 가지는 고효율 산화형 vcsel 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111355122A true CN111355122A (zh) 2020-06-30

Family

ID=71098943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910862055.6A Pending CN111355122A (zh) 2018-12-24 2019-09-12 包括电流扩散层的氧化型vcsel及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20200203928A1 (zh)
JP (1) JP2020102609A (zh)
KR (1) KR20200079362A (zh)
CN (1) CN111355122A (zh)
TW (1) TW202025583A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11532923B2 (en) 2020-07-20 2022-12-20 National Taiwan University Vertical-cavity surface emitting laser for emitting a single mode laser beam
TWI749647B (zh) * 2020-07-20 2021-12-11 國立臺灣大學 用以產生單一模態的雷射光的垂直共振腔面射型雷射裝置
CN115882335B (zh) * 2021-09-29 2023-12-12 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 具有小发散角的vcsel激光器、芯片及用于lidar系统的光源
CN115882334B (zh) * 2021-09-29 2023-12-12 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 具有小发散角的vcsel激光器、芯片及用于lidar系统的光源
CN114122912A (zh) * 2021-11-09 2022-03-01 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 一种半导体激光器

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200079362A (ko) 2020-07-03
TW202025583A (zh) 2020-07-01
JP2020102609A (ja) 2020-07-02
US20200203928A1 (en) 2020-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11133652B2 (en) Optical devices and methods of manufacture and operation
CN107078190B (zh) 用于GaN垂直微腔面发射激光器(VCSEL)的方法
CN111355122A (zh) 包括电流扩散层的氧化型vcsel及其制造方法
JP5943339B2 (ja) 発光素子およびその製造方法
US8218594B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser
EP2675024B1 (en) Electron beam pumped vertical cavity surface emitting laser
CN108879324A (zh) 垂直腔面发射激光器
US20210119420A1 (en) Nanocrystal surface-emitting lasers
JP2007036169A (ja) 面発光レーザ及びその製造方法
TWI751879B (zh) 垂直共振腔面射雷射元件及其製造方法
US20070034858A1 (en) Light-emitting diodes with quantum dots
US10862271B2 (en) High-efficiency oxide VCSEL with improved light extraction, and manufacturing method thereof
KR101899537B1 (ko) 수직 공동 표면 방출 레이저
JPWO2005074080A1 (ja) 面発光レーザ及びその製造方法
WO2015011966A1 (ja) 垂直共振器型面発光レーザおよびその製造方法
US8514905B2 (en) Laser diode
CN110854676A (zh) 高效率氧化型垂直共振腔面发射激光器及其制造方法
KR102482204B1 (ko) 레이저 소자 및 그 제조방법
TWI757042B (zh) 垂直共振腔面射雷射元件及其製造方法
TWI268031B (en) Vertical cavity surface emitting laser and method for fabricating the same
JP2006210430A (ja) 半導体レーザ
JP2006228959A (ja) 面発光半導体レーザ
TWI701719B (zh) 製造半導體元件的方法
Mei et al. Green and Blue Vertical‐Cavity Surface‐Emitting Lasers
TWI662597B (zh) 製造半導體元件的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200630

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication