CN114204415B - 一种vcsel结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种VCSEL结构，包括衬底、电极接触层、下DBR、有源区、上DBR，其中，所述上DBR内的光学路径上的堆叠结构由中Al含量的低折射率材质Al2O3由AlxGa1‑xAs经氧化工艺形成Al2O3/AlyGa1‑yAs组成，谐振腔光学路径外侧的导通路径由欧姆金属取代Al2O3形成低电阻路径及光局限，所述堆叠结构与所述欧姆金属组成的组合层的上下两侧由AlxGa1‑xAs组成并形成DBR结构中高折射率的部分，所述有源区的上方设有电流孔径，所述电流孔径由AlzGa1‑zAs组成并形成DBR结构中高折射率的部分，其中，x＞z＞y。
Description
技术领域
本发明涉及VCSEL技术领域，尤其涉及一种VCSEL结构。
背景技术
VCSEL的结构主要由上下DBR与有源区的MQW所形成的谐振腔所构成。在GaAs材料系统中，由于AlAs与GaAs的折射系数(refractive index)差异不大(GaAs～3.66、AlAs～3.01)，根据菲涅耳方程式，一组2p+1层DBR薄膜在垂直方向的反射率约为其中nH、nL、nS分别为DBR结构层的高、低折射系数及衬底的折射系数。明显地，nH/nL比值越高(差值越大)则可有较高的反射率。就一特定的反射率(R)而言，只要较少的对数即可达到。而GaAs与AlAs的nH/nL比值约只有3.66/3.01≈1.2，因此通常需要约30对的堆叠才能到达99％的反射率。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提出一种可以降低堆叠数量的VCSEL结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种VCSEL结构，包括衬底、电极接触层、下DBR、有源区、上DBR，其中，所述上DBR内的光学路径上的堆叠结构由中Al含量的低折射率材质Al2O3由AlxGa1-xAs经氧化工艺形成Al2O3/AlyGa1-yAs组成，谐振腔光学路径外侧的导通路径由欧姆金属取代Al2O3形成低电阻路径及光局限，所述堆叠结构与所述欧姆金属组成的组合层的上下两侧由AlxGa1-xAs组成并形成DBR结构中高折射率的部分，所述有源区的上方设有电流孔径，所述电流孔径由AlzGa1-zAs组成并形成DBR结构中高折射率的部分，其中，x＞z＞y。
进一步的，所述电流孔径的两侧由AlzGa1-zAs氧化后所形成的Al2O3组成。
进一步的，所述AlzGa1-zAs为一层或多层，多层的所述AlzGa1-zAs之间以AlyGa1-yAs作为间隔层。
进一步的，所述电流孔径的直径小于任意一层的所述堆叠结构的直径。
进一步的，所述有源区从上至下依次包括上限制层、MQW和下限制层。
进一步的，所述上DBR上设有上电极，所述上电极设置在所述堆叠结构外。
进一步的，所述电极接触层上设置有下电极。
本发明的有益效果在于：由于AlAs的能带比较宽，因此越多对的DBR会造成较高的阻抗，限制频宽及功率转换效率。有别于现今主流的氧化型VCSEL，本发明采用Al2O3作为DBR的nL材料(～1.76)，因此其nH/nL比值可高达3.66/1.76≈2.08，因此可大幅减少DBR对数；同时，借由特殊的芯片结构设计将欧姆金属引入DBR的导通路径中取代现有高Al％的AlGaAs，由于欧姆金属散热更好、电阻更低，从而使得整体厚度也可以随之减小，有利于小型化，即从厚度及材料两方面降低了器件的电阻及热阻，最终到达提高频宽及效率的目的。
附图说明
图1是本发明实施例一种VCSEL结构的外延结构示意图；
图2是本发明实施例一种VCSEL结构的结构示意图。
标号说明：
100、衬底；200、电极接触层；210、下电极；300、下DBR；400、有源区；
410、上限制层；420、MQW；430、下限制层；500、上DBR；
510、堆叠结构；520、导通路径；530、电流孔径；540、上电极；
550、电流限制层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种光学路径可控高导热、低电阻的VCSEL制作方法及VCSEL进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1-图2，一种VCSEL结构，包括衬底100、电极接触层200、下DBR300、有源区400、上DBR500，其中，上DBR500内的光学路径上的堆叠结构510由中Al含量的低折射率材质Al2O3由AlxGa1-xAs经氧化工艺形成Al2O3/AlyGa1-yAs组成，谐振腔光学路径外侧的导通路径520由欧姆金属取代Al2O3形成低电阻路径及光局限，堆叠结构510与欧姆金属组成的组合层的上下两侧由AlxGa1-xAs组成并形成DBR结构中高折射率的部分，有源区400的上方设有电流孔径530，电流孔径530由AlzGa1-zAs组成并形成DBR结构中高折射率的部分，其中，x＞z＞y。
由于AlAs的能带比较宽，因此越多对的DBR会造成较高的阻抗，限制频宽及功率转换效率。有别于现今主流的氧化型VCSEL，本发明采用Al2O3作为DBR的nL材料(～1.76)，因此其nH/nL比值可高达3.66/1.76≈2.08，因此可大幅减少DBR对数；同时，借由特殊的芯片结构设计将欧姆金属引入DBR的导通路径520中取代现有高Al％的AlGaAs，由于欧姆金属散热更好、电阻更低，从而使得整体厚度也可以随之减小，有利于小型化，即从厚度及材料两方面降低了器件的电阻及热阻，最终到达提高频宽及效率的目的。并且由于材料差异导致的电阻差异使得光学路径和电流路径分离，两者之间的相互影响降低，降低甚至避免了压电效应的影响。
请参见表1，在垂直方向，依照DBR反射率计算公式计算，若将AlAs换成Al2O3，则DBR只要9对就可以得到AlAs材料29对才能达到的反射率。
| nL材料 | #of Pair | nL | nH | ns | R |
| AlAs | 29 | 3.01 | 3.66 | 3.66 | 99.91％ |
| Al2O3 | 8 | 1.76 | 3.66 | 3.66 | 99.92％ |
表1
在另一方面，由于采用了欧姆金属，可以根据需要去控制电流孔径530以及堆叠结构510的大小，使得谐振腔可控，即可以通过去除现有技术中上DBR500的堆叠结构510的Al2O3，通过控制去除堆叠结构510外的外延材料的多少，可以控制对接结构的形状和大小，简单的，一般可以采用化学刻蚀的方式去除。欧姆金属可以通过原子层沉积、溅镀、蒸镀、电镀等方式中的一种或任意组合来形成。
特别的，Al2O3/AlyGa1-yAs堆叠结构510可以由现有的AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs堆叠结构510通过完全氧化形成。
进一步的，电流孔径530的两侧由AlzGa1-zAs氧化后所形成的Al2O3组成。电流孔径530的两侧由AlzGa1-zAs氧化后所形成的Al2O3组成电流限制层550。
进一步的，AlzGa1-zAs为一层或多层，多层的AlzGa1-zAs之间以AlyGa1-yAs作为间隔层，作为器件串联电阻及光型的调整手段。
进一步的，电流孔径530的直径小于任意一层的堆叠结构510的直径。方便激光的通过，以及方便电流进入电流孔径530的两侧。
进一步的，有源区400从上至下依次包括上限制层410、MQW420和下限制层430。MQW即Multiple Quantum Well多量子阱。
进一步的，上DBR500上设有上电极540，上电极540设置在堆叠结构510外。
进一步的，电极接触层200上设置有下电极210。
一般的，作为顶发射结构的VCSEL，上DBR500为p型DBR，上电极540为p型电极，下DBR300为n型DBR，下电极210为n型电极；作为底发射结构的VCSEL则相反。
并且，可以理解的，此机构中，AlxGa1-xAs是高折射率、低Al％(含Al量)材料，AlyGa1-yAs是低折射率、高Al％材料，AlzGa1-zAs是中折射率、中Al％材料，Al2O3是最低折射率，且本申请的Al2O3即氧化铝泛指VCSEL结构中AlGaAs经氧化而得以Al2O3为主而含有少量的的Ga2O3、GaAs或AlAs的混合物。
其中掺杂有少量GaAs成分。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
综上所述，本发明提供的一种VCSEL结构，采用Al2O3作为DBR的nL材料(～1.76)，因此其nH/nL比值可高达3.66/1.76≈2.08，因此可大幅减少DBR对数；同时，借由特殊的芯片结构设计将欧姆金属引入DBR的导通路径中取代现有高Al％的AlGaAs，由于欧姆金属散热更好、电阻更低，从而使得整体厚度也可以随之减小，有利于小型化，即从厚度及材料两方面降低了器件的电阻及热阻，最终到达提高频宽及效率的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种VCSEL结构，其特征在于，包括衬底、电极接触层、下DBR、有源区、上DBR，其中，所述上DBR内的光学路径上的堆叠结构由中Al含量的低折射率材质Al2O3由AlxGa1-xAs经氧化工艺形成Al2O3/AlyGa1-yAs组成，谐振腔光学路径外侧的导通路径由欧姆金属取代Al2O3形成低电阻路径及光局限，所述堆叠结构与所述欧姆金属组成的组合层的上下两侧由AlxGa1-xAs组成并形成DBR结构中高折射率的部分，所述有源区的上方设有电流孔径，所述电流孔径由AlzGa1-zAs组成并形成DBR结构中高折射率的部分，其中，x＞z＞y。
2.根据权利要求1所述的一种VCSEL结构，其特征在于，所述电流孔径的两侧由AlzGa1- zAs氧化后所形成的Al2O3组成。
3.根据权利要求1所述的一种VCSEL结构，其特征在于，所述AlzGa1-zAs为一层或多层，多层的所述AlzGa1-zAs之间以AlyGa1-yAs作为间隔层。
4.根据权利要求1所述的一种VCSEL结构，其特征在于，所述电流孔径的直径小于任意一层的所述堆叠结构的直径。
5.根据权利要求1所述的一种VCSEL结构，其特征在于，所述有源区从上至下依次包括上限制层、MQW和下限制层。
6.根据权利要求1所述的一种VCSEL结构，其特征在于，所述上DBR上设有上电极，所述上电极设置在所述堆叠结构外。
7.根据权利要求1所述的一种VCSEL结构，其特征在于，所述电极接触层上设置有下电极。
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| In situ monitoring and controlling technique for deep dry-etching of III-V multilayer structures;Moussa, H等;2002 DIGEST OF THE LEOS SUMMER TOPICAL MEETINGS;C13-C14 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114204415A (zh) | 2022-03-18 |
| TWI806781B (zh) | 2023-06-21 |
| TW202322504A (zh) | 2023-06-01 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Address after: 518000 B125, 1st floor, Shunfeng industrial building, 2 Hongliu Road, Fubao community, Fubao street, Futian District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant after: Shenzhen Jiaminli Photoelectric Co.,Ltd. Address before: 518000 B125, 1st floor, Shunfeng industrial building, 2 Hongliu Road, Fubao community, Fubao street, Futian District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant before: Shenzhen deminli optoelectronics Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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