TW200301607A - Indium free vertical cavity surface emitting laser - Google Patents

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Description

200301607 ⑴ 玖、發明說明 實施方式及圖式簡單說明） (發明說明應敘明··發明所屬之技術領域、先前技術、内容、 技術領域 本發明有關一種垂直腔面射型雷射，尤其關於利用氮、 銘、銻、磷及/或銦之組合作為增加VCSEL裝置之波長之 材料系統及手段之垂直腔面射型雷射。尤其，本發明有關 一種其中活化區不含銦之VCSEL。 先前技術 固怨半導體雷射為如光電通訊系統及高速列印系統-之 應用上重要之裝置。雖然在許多主要應用上目前皆使用邊 射型雷射，但最近垂直腔面射型雷射（"VcSELs，，）已逐漸 受到矚目。VCSEL受矚目之理由為邊射型雷射產生具有大 角度散射之光束，而更難以有效地收集發射之光束。再者 ，邊射型雷射在晶圓切割成個別裝置前無法測試，其邊緣 形成各裝置之鏡面。另一方面，不僅VCSEL光束之散射角 小’且VCSEL會發射與晶圓表面垂直之光線。此外，因為 V C S E L s在其設計上係整體加於鏡面上，使其可在晶圓上 測試，且可製造一次元或二次元雷射陣列。 VCSELs之製造一般係在基材物質上成長數層。vcSELs 包含在基材上藉由半導體製造技術形成之第一反射堆疊 ’在弟一反射堆®頂端形成之活化區，及在活化區頂端形 成之第二反射堆疊。藉由在第二反射堆疊頂端提供第一觸 點及在基材背面提供第二觸點，會使電流強制通過該活化 區，因此驅動VCSEL。 活化區係由一或多個夾在二個分隔材包覆區間之量子 200301607 (2) 洞進一步形成。在分隔材内部，活化區係夾在限制層之間 。限制層或區係用以提供少數載體之電限制。藉由選擇量 子洞、限制層及障壁層之適用材料，通常可長成或製造可 在所需、預定波長產生光之VCSEL。例如，藉由在GaAs 基材上使用InGaAs量子洞，可產生較長波長之VCSEL。 然而，使用InGaAs量子洞會造成量子洞應力。若量子洞 成長經過其臨界厚度，會因產生錯位而鬆弛，因此活化區 品質不良。
活化區中各層厚度雖然無法任意改變，但在設計及製程 限制中具有某些彈性。夾在鏡面間之分隔材、限制層、障 壁層及活化區之組合厚度必須使之形成F a b r e y P e r 〇 t共振 器。量子洞應配置成可概略的對準在電場之駐波處。該二 種需求界定出以其他層厚度表示之分隔材厚度。量子洞間 之障壁層厚度需厚至足以適當的界定量子洞，但需夠薄使 量子洞之位置不會過度遠離電場之駐波。在量子洞區周圍 之障壁層厚度具有某些彈性。最好，其至少需厚至足以使 各量子洞之能量程度表面上相同。若因材料品質而需要則 可較厚。限制層經常與分隔材相同，或如此工作所示，可 依價數及朝障壁層之傳導區帶逐步或連續分級。有時限制 層及障壁層係由相同組合物組成，但對於載體限制未必最 佳，且通常因加工理由而犧牲掉。 量子洞厚度因量子力學而與洞及障壁層組合物、所需之 發射波長及狀態密度有關。當狀態之密度愈高，則最好使 用愈狹窄之量子洞。 -6- 200301607
VCSEL技藝之需求為在以八5基材上正常製造達到長波 長I :叙手段。本發明者了解較有利者為去除先前技藝 中 < 則逑及其他缺點，且有助於更容易製造較長波長之 VCSEL。因此，本發明描述及提出解決現行技 缺點之新穎方法及手段。 中發見《 發明内容 本發明之下列概要係用於協助了解某些本發明獨特之 創新特點’但並非代表完全描述。本發明各目的之充分了 解可藉由參考整份說明書、申請專利範圍、附圖及摘要而 達成。本發明之其他目的及優點對於熟習本技藝者於研讀 說明書後將會變得顯而易見。 依據解決先前技藝之限制，本發明提出一種可用於提供 較長波長VCSEL裝置之固態雷射技藝之新穎及改善特點。 本發明之特點為提供一種製造改良VC SEL之方法。 依據本發明之各目的，量子洞及/或相關障壁層可隨著 置於典型GaAs基材中或附近之氮、鋁、銻、及/或磷之許 多新穎組合而成長，以獲得長波長VCSEL性能，例如用於 光纖通訊上之1260至1650奈米範圍内之波長。 依據本發明另一特點係提供一種VCSEL，其中係提供具 有加於量子洞中之Sb及>1 % N之無銦GaAs結構。 依據本發明另一特點，係提供一種VCSEL，其具有含 GaAsNSb量子洞、GaAsN障壁層及將A1導入GaAs限制層之 典銦G a A s結構。 依據本發明另一特點係提供一種VCSEL，其具有障壁層 200301607 (4) 中含Ρ及限制區中含Α1之無銦GaAsNSb量子洞。 依據本發明另一特點，係提供一種VC SEL，其具有至少 一個GaAs SbN量子洞及Ga AsP或AlGaAs障壁層。 依據本發明另一特點，AlGaAs或AlGaAsN可用作障壁 層中少數載體之限制，以避免價數頻帶中之2型現象。 依據本發明特點，一種垂直腔面射型雷射（VCSEL)可包 含至少一個由G a A s S b組成之量子洞；夾住該至少一個量 子洞之障壁層；及夾住該障壁層之限制層。障壁層及限制 層可由AlGaAs組成。障壁層亦可由GaAsP組成。氮可置入 量子洞中。 量子洞可發展南達及包含5〇埃之厚度。量子洞亦可發展 |深度至少40meV。 本發明之新穎特點對於熟習本技藝者研讀本發明下列 詳細敘述後將.交彳于顯而易見，或者可藉本發明操作而學習 。然而了解所才疋供之本發明詳細敎述及例舉之特定實 例（顯击本發明之特定具體例）僅供說明用，因為本發明範 園中之各種改Μ改良對於熟f本技藝者，由本發明之詳 細敘述及下列申請專利範圍將變得顯而易見。 在GaAs上製造長沽怎县2 ^ 皮長里子洞已證明相當困難，但本文 中所述之技術已發展至可實 貫現長波長I子洞及較高效率 之V C S E L· 〇其一問題為善，、士 i η人、 ’皮長化口物易有與G a A s不符之 晶格。該問題最近已經在量子 !于，同中使用氮而減緩，其會降 低能量頻帶且降低晶格常數，盥在 吊致，與母一其他頻帶間隙降低元 200301607
(5) 素相反，因此使之包含其他元素（例如，I η、S b)，且會降 低頻帶間隙但增加晶格常數。不幸地，使用氮之負面影響 為降低價數頻帶中之限剎’且當添加更多氮時會使材料之 利用性更差。 本發明可在障壁層中使用含或不含氮之應力補償，而在 不減弱應力下併入更多銦及/或s b於量子洞中，因此使波 長更長。亦可完成s b及N之洞深度效果之抵銷，因此可達 到導電頻帶洞至少0 · 〇 7 e V及價數頻帶洞至少〇 · 〇 5 e V。 在描述本發明效益之前先初步描述圖1-11。參見圖1， 圖式左手邊圖1_11中說明部分’係圖式表示VCSEL之量子 洞1 1、障壁層丨2及限制層1 3之位置。動力係以垂直於所述 組件位置之直線表示。圖1-11之右手邊上，顯示各說明裝 置之應力。其壓力亦以垂直向下表示且張力以垂直向上表 示。 參見圖1，顯示具有AlGaAs限制層13、GaAs障壁層12 及I n G a A s量子洞1 1之V C S E L之π能量相對位置”及”應力” 之圖式說明，且為圖2-11調整之基準。在GaAs基材上使 用I n G a A s量子洞可達到較長之波長，但亦會在量子洞中 造成應力，如相關應力測量之深度1 5所示。 參見圖2，係顯示具有AlGaAs限制層、GaAs障壁層及 InGaAsN量子洞之VCSEL。氮加於圖1之InGaAs量子洞中 ，造成能量及價數頻帶限制降低2 0。然而圖2中，當比較 圖1之無氮裝置，則應力降低2 2。 參見圖3，亦將氮（N)添加於圖2中所示裝置之障壁層中 200301607
(6) 。如圖3中箭頭31所示，藉由在障壁層中加入氮再產生孔 洞。另外，藉由在障壁層中添加氮對裝置提供應力補償3 3 。需了解即使量子洞中未導入氮亦會發生應力補償。 參見圖4，現在將鋁（A1)添加於圖3所示裝置之限制層/ 區中。將A1加於限制層中可消除或實質降低裝置邊緣處實 質上不必要之洞，如圖中箭頭4 1所示。然而，導入銘對於 裝置應力並無負面影響。 參見圖5，現在將銻（Sb)加於先前圖4所示裝置之量子洞 中。將Sb導入量子洞中會造成頻帶間隙降低，增加價數 頻帶洞，且降低導電頻帶洞。裝置中之應力會隨Sb導入 而增加。 參見圖6，將銻（Sb)加於圖2說明之裝置之量子洞中。裝 置之頻帶間隙會增加價數頻帶洞6 1，但降低導電頻帶洞62 。亦顯示量子洞中壓縮應力隨著Sb而增加。 參見圖7，將鋁（A1)加於先前顯示於圖2之障壁及限制層 中。如圖式說明中所見，使用A1會再產生價數頻帶洞。圖 2起始位置之應力補償並不明顯。 參見圖8，係顯示無銦之裝置。自圖6所示之裝置移除銦 。量子洞包含GaAsNSb。顯示裝置之應力隨著In之移除而 獲得改善。 參見圖9,顯示自圖4所示裝置之量子洞移除氮。自量子 洞移除N會增加頻帶間隙及孔限制。然而，亦會增加量子 洞應力，但在障壁區中獲得補償。 參見圖1 0，係說明應力補償裝置。圖8之裝置係藉由在 -10- 200301607 ⑺ 障壁層中添加氮及於限制層中添加鋁而獲得改善。量子洞 為GaAsSbN。該結合會增加孔洞且減少電子洞。使裝置中 之整體應力降低。 參見圖1 1 ’係在障壁層中添加磷（p)而顯示額外之應力 補彳員。圖11之裝置顯示具有AlGaAs限制層及GaAsSbN量 子洞。亦可在量子洞中使用銦。 藉由一般手段’不可能獲得數據通訊VCSEL及邊緣發光 體中所用之1 3 1 0奈米量子洞。參見圖1，該圖係說明在 Ga As上之典型In G a As拉緊之量子洞。藉由在障壁層中使 用供應力補償之氮（圖4、9)，可在不使應力鬆弛之下，將 足量之銦加於量子洞中，而達到1 3 1 0奈米，且因為量子洞 本身中使用極少氮或無氮，因此可維持孔洞之限制及材料 品質。較好使用具有足量A1之AlGaAs限制層以避免形成 極大之洞。 如上述，圖8顯不具有GaAs障壁層之GaAsSbN量子洞。 該例中，Sb及氮兩者可降低頻帶間隙。sb使量子洞不易 造成不良電子限制’但孔洞限制良好，氮則剛好相反，其 孔洞限制不良但電子限制良好。藉由調整此等比例，可使 導電頻帶洞之深度至少〇.07 ev ’及價數頻帶之深度為0.05 ev ，同時可達成1310奈米及1 5 5 0奈米之發光。 若量子洞中使用大量Sb及極少量之N，使量子洞中之壓 縮應力過大，則本發明之目的1可與此合併，以補償過量 之壓縮應力。亦即可將氮或磷加於障壁層中，因為其會使 因電子洞變深，而量子洞之Sb使電予洞變淺。其亦可用 200301607 於增加具有A1或甚至具有P之限制層之間隙，再度避免洞· 過大。 、本發明之量子洞中可使用銦以調整波長、量子洞之洞深 卜 度應力。由於頻τ間隙收縮，使洞壓縮力變得更大。但 t 添加銦對於相對頻帶補償（價數頻帶或導電頻帶）僅具次 要作用，如圖5及6中所示。圖6將針對131〇奈米及155〇奈 米活化區說明。 如圖7所示，AlGaAs障壁層可用於InGaAsN量子洞以增 加孔洞深度。因為氮增加電子有效質量，因此含氮之量_子· 洞可做得更薄，亦即小於50埃。在VcSEL中，此意指量子 洞更多。 本發明之所有目的均可用於邊發光體及VCSEL二者以 及其他半導體雷射中之單一以及多量子洞。上述中，在導 電頻帶維持至少0.07ev之洞深度，及價數頻帶維持〇〇5ev之 深度。 在定向材料中使用100或111所得梯級（steps)缺乏，使其 更易於成長更高度之應力層而不鬆弛。Epi平整化技術（, 其可降低梯級突起）可與上述組合使用。量子洞内之機械 安定器亦可與上述組合使用。 參見圖12，係說明垂直腔面射型雷射l〇〇(vcSEL)之截 面圖。VCSEL 100可藉由如金屬有機分子束定向附晶生長 ，或金屬-有機化學沉積技術而生長。參考USP 5,903,589( 讓渡於本發明之受讓者），其描述本技藝所用製造VCSEL 之方法。VCSEL較好可在GaAs基材101上成長，因為材料 -12- 200301607
(9) 之性質健全且成本低，然而應了解亦可使用半導體材料，- 例如G e亦可作為基材。接著可藉由在基材上沉積層而形 成 VCSEL 100 〇 定向附晶生長層可包含：沉積在基材1 〇丨上之第一鏡面
I 堆疊105、沉積在第一鏡面堆疊1〇5上之第一包覆區1〇8、 >儿積在第一包覆區1 〇 8上之活化區丨丨〇、沉積在活化區丨j 〇 上之第二包覆區1丨2、及沉積在第二包覆區n2上之第二鏡 面堆$115。活化區11〇又可包含一或多個藉由障壁層125 彼此分離之量子洞120，依所設計之VCSEL 100之應用而 · 定。熟習本技藝者可發現VCSEL活化區110中量子洞12〇 數目之差異。 第一鏡面堆疊1 0 5可藉由在基材i 〇丨上定向附晶生長沉 ， 積鏡面對層106而成長。為使鏡面堆疊ι〇5與基材ι〇1之結 晶晶格相符，因此需沉積鏡面配對i 〇 6適用之半導體材料 系統。此特定實例中（不應視同本發明全部範圍之限制） ’基材101為GaAs，因此可使用GaAs/AlGaAs材料系統。 為達到高反射率百分比’因此堆疊1 〇 5中之鏡面配對層丨〇 6 鲁 之數目通常在20至40之範圍，依各層折射係數間之差異而 定。亦可藉由改變鏡面堆疊1 0 5中之鋁含量達到不同之折 射係數。 第一包覆區108可由一或多層定向附晶生長沉積於第一 · 鏡面堆疊〇 1 5之層而組成。本發明目前敘述之具體例中之 4 第一包覆區108可由GaAsN材料系統所組成。 已顯示添加於量子洞1 2 0之氮具有增加層間應力之作用 -13 · 200301607
(ίο) ，降低激發態之頻帶間隙能量。頻帶間隙能量降低通常會-減低激發材料所需之能量’且增加發射光子之波長。此對 於獲得較長波長之VCSEL 100為必須^添加於量子洞ι2〇 中之氮愈多，則可使頻帶間隙能量降低愈大，且因此可獲 得較長波長之VCSEL 1 00。 藉由在GaAsN障壁層及次要地在量子洞中使用氮，可降 低構造中之應力，可使量子洞厚度增加，及降低能量間隙 而可增加波長。 量子洞中使用氮可使價數頻帶不連續性非限制或為2型 。然而，藉由使用AlGaAs或AlGaAsN作為限制材料，及 使用GaAsN、AIGaAs或AlGaAsN或GaAsP作為障壁層，亦 可降低非限制問題。此外，若以S b替代量子洞中之部分 As，則可進一步避免氮造成之第II類轉換，即使更多氮亦 然。因為即使使用更多氮，亦可使用更多銦。因為氮、銦 及S b均會使頻帶間隙能量下降，因此可使波長延伸至比 數據通訊所用之1310奈米更長之波長，或比電訊所用之 1550奈米更長之波長。 藉由將氮添加於InGaAs量子洞中，可使洞中之總體應 力在到達臨界厚度之前明顯的低於更多銦者，因此可能獲 得較長波長之VCSEL。在障壁層中使用應力補償用之氮， 可增加量子洞區中可允許之應力，即使在量子洞中使用更 多銦亦然。在不達背臨界厚度下可允許更多銦，造成更低 之頻帶間隙及更長之波長。此外，在量子洞間之障壁層中 使用氮亦可降低導電頻帶中此等障壁層能量，使量子態之 200301607
〇i) :=:二：步增加可允許之波長。障壁層中使用氮在 ” π中又11型現象亦有利，因為當氮加於量子 中時，導兩嫌 、至丁洞 。此夕見頻帶不連續性增加，及價數頻帶不連續性降低 限制結構使用AlGaAs或AlGaAsN可造一牛、吟 免障壁層隈制麻❺ j進步的避 曰限制層邊界處之價數頻帶中之偶發 景子、、π tb 1交’在 型現’象(其b可進一步降低頻帶間隙能量’同時避免11 活化區之：力更多氮)。所有此等目的歸因於產生極長波長 將氮導入活化區110中並非沒有 - 常數以t aN^InN^B%^ 因此心佳成長條件之差異極大。由於該晶格不相符， 大幅2 區110之層成長超過特定臨界厚度時，會 勺犧牲掉材料之σ暂。 有不適人 σσ 4界厚度更厚之層可能具 D又錯位，釋出層間之應力， 此會實質的狀1 五便材料口口貝降低。 貝的犧牲掉VCSEL 100之品質。 藉由使障壁層125中包各f ，~τβ 區1 1 〇時，猶俄 " 〇 a現當僅添加氮於活化 頻$間隙能量降低。然 · 區1〗〇中達到 ' ，可降低為了在活化 τ建到既疋頻帶間隙能量所 較長浊4 ^ 里尸叮而之亂I，且因此獲得 皮長。因此晶格不相符通當 加氮般嚴重，因“… 不如僅於活化區110中添 因而使材料系統更易於製造。 障壁區125中可赛彳曰+ # / ; ^ ％ 精由將氮加於 之VCSELs。 110中添加氮更高品質 活化區11 〇接著可定向附 卜。.、士仆π， 王长化積在第一包覆區108 上活化£ 110可包含一或多個量 ,φ m ^ ςη I子洞12〇。此較佳具體例 使用小於5 0埃之量子洞丨2 〇。 乳導入活化區11〇或包覆區 •15- (12)200301607
10 8、1 1 2 時， 加之狀態密度 之銦或氮降低 區中有致之電子質量會急速增加。隨著該增 ’通常使活性區11 〇中產生既定量增益所需 。因此’亦可使量子洞120之體積降低，使 其中實質體積較少。 —或多層定向附晶生長沉積在活化 弟一包覆區112可由 區110上之層組成。菜一 ^ 弟一包覆區1 12可由GaAsN材料系統所 組成。 接著可藉由在第二包覆區1 1 5上定向附晶生長沉積鏡面 配對層Π 6而生長第二鏡面堆疊丨丨$。為使鏡面堆疊1 1 5與 · 基材1 〇 1足結晶晶格相符，因此需沉積供鏡面配對1 1 6用之 適用半導體材料。基材101係由Ga As形成，因此可使用 G a As/AlGa As材料系統。為達到高反射率百分比，因此堆 @115中足鏡面配對層116數目通常在2〇至4〇之範圍，依層 之折射係數間之差異而定。亦可藉由改變鏡面堆疊i 1 $中 之铭含量達到不同之折射係數。 現在參見圖1 3，顯示本發明另一具體例。平整化層23 5 可夾在較低限制層及量子洞之間。當各層於基材上生長時 鲁 ’在新形成之層之表面上形成分子梯級突起。各層表面上 之梯級會使與基材相鄰之層自基材錯位之可能性增加。在 活化區2 1 〇之前，在足以使量子洞層上之應力作用最小之 距離生長重度壓縮之拉緊InGaAs平整化層235通常具有 · 使沉積有活化區210之表面平整之作用。平整化層235與量 ， 子洞之距離可為數百埃。下層限制層2 0 1與第一鏡面堆疊 2 05間之該平整化層23 5之成長使該分子梯級變平。當epi -16- 200301607
〇3) 層在"100或ill”定向基材上成長時，可使該表面進一步變 平。若基材為”脫離（〇ff)n定向，則會使分子梯級數增加， 且可能使梯級突起增加’因此增加錯位之可能性。藉由使 沉積堆疊之表面平整化’經由在活化區中添加較大量之1 n 或S b可進一步增加層間之應力。該I η或S b增加通常會使頻 帶間隙能量降低，因此發射較長波長之VCSEL 201較易生 長0
在達到VC S EL·量子洞之最佳增益上，量子洞深度為一重 要之考量。综合而言，半導體裝置如VCSEL發展用之頻帶 參數之取新編輯一般於Vurgraftman，Meyer及Ram_Mohan (應用物理期刊’卷89，1 1期，2〇〇1年6月1曰）之文獻標題 "III-V化合物半導體及其合金之頻帶參數"中討論。該文 獻提供熟習本技藝者對計算頻帶補償之部分看法，因此可 達到使用各種材料之最佳量子洞深度，且因此於本文供參 考。 V C S E L之量子洞愛μ 力叹計成提昇量子洞中之載體限制，而
非量子洞外，同時又τ么丄π 匕 不會太冰以致於抑制載體在洞間之$ 當流動。最適之量子、、R _ > 予洞冰度將使VCSEL之量子洞增益最j ，使閥值電流最小，B ^ 1免 且使斜率效率最小（二者均為期望^ 結果）。量子洞中之菸伞 “ 發光及增ϋ係與量子洞中之孔及電 之產物有關。量子洞漤奋“ ％山、α & J /木度係精由致定頻帶補償而建立。月 於決定量子洞深度之— 〈一頻π為饧數頻帶及導電頻帶（價 頻帶與孔洞有關， ' ， 導电頻π與電子洞有關）。頻帶之言 定決定量子洞之補倩, > ^ 汽（meV，耄黾子伏特），且提供與孔石 -17- 200301607
(14) 電子之限制有關之深度。 圖14-22提供在不同洞深度下之VCSEL行為之圖式說明 。雖然圖14-22中說明之模擬係在AlGaAs量子洞上進行， 但整體分析可應用於其他材料，因為溫度通常相同且有效 質量在裝置間並無極大差異之故。 圖14-16為代表在偏壓（主動雷射）下對850奈米VCSEL 之三個量子洞1 4 0 1之正常設定分析之第一組圖。該情況下 實質上有p -摻雜，壓制相對於孔洞濃度之電子濃度。如圖 1 4之圖式中垂直軸所示，三個量子洞1 4 0 1之洞深度建立係 藉由設定約125 meV下之價數頻帶補償1405及設定在250 meV 下之導電頻帶補償1 4 1 0。需了解量子洞數量未必限制為三 個。由圖1 5之圖式數據可發現，三個量子洞之外顯示少許 重組合。此可看出相較於存在有些許孔洞1 5 1 1及最少電子 之量子洞之外（或其間），量子洞内發現更多電子1 5 0 7及孔 洞1 5 0 9再組合。因為存在足夠之二載體，因此可使洞間之 傳輸充足。參見圖16,發生在洞中之孔洞與電子之全部重 組合1 6 0 3 (而非在洞外之1 6 1 1)造成良好之發光’及因此使 VCSEL量子洞獲得良好增益。 圖1 7 -1 9說明代表在偏壓下量子洞分析之第二組圖。參 見圖17，量子洞深度對價數頻帶1 703設定約60 meV及對 導電頻帶1705設定為120m eV。參見圖18，顯示三個量予 洞之外增加之洞與電子1 8 1 1之數目。量子洞外之洞及電予 之該損耗使發光1 9 0 1較差，且因此由量子洞獲得之增益較 差，如圖1 9所示。 200301607
(15) 圖20-22為代表在偏壓下量子洞分析之第三組圖。三個 量子洞深度對價頻帶2 0 0 3設定約4 0 m e V及對導電頻帶 2005設定為80 meV。如圖21中所見，三個量子洞外部之 重組合2 1 〇 1變得相當大。參見圖22，量子洞中重組合之損 耗因不必要之衍生發光性2 2 0 5，使發光性2 2 0 1及增益明顯 較差。 基於該三組中代表之量子洞之前述分析，較好發展出量 子洞深度至少40 MeV且電子洞深度至少80 MeV之VCSEL 。價數頻帶及導電頻帶之該設定可提供至少最小限度之可 接受增益；然而’最佳之量子洞深度對價數頻帶已顯示為 A達且包含125 MeV，及對導電頻帶設定高達且包含250 Me V °甚至更深之洞深度亦可接受，只要藉由勢電子發射、塞 通遒或二者維持洞間足夠之傳輸即可。 河述具體例及實例為本發明最佳說明及其實務應用，因 而可使熟習本技藝者了解本發明。然而，熟習本技藝者應 了解前述敘述及實例僅為說明及例舉用。本發明之其 2 又文艮對於熟習本技藝者將變得顯而易見，且該改變及 改。艮均涵蓋在附屬申請專利範圍中。先前之敘述不用以排 之:限制本發明之範圍。許多改良及改變均可能按照上述 ::但不達離下列申請專利範圍之精神及範圍 應料包含具^特徵之成^本發明之範圍係 十屬之申請專利範圍所界定，而應充分體認及於所有目 的 < 均等物。 圖式簡單說明 -19- 200301607 (16) 1^^^ 附圖中相同之參考數字於整個個別圖式中代表相同或 功能相似之元件且為說明書之一部分，且進一步說明本發 明並與本發明前述實施方式一起用於解釋本發明之原理。 圖1為具有AlGaAs限制區、GaAs障壁層及InGaAs量子洞 之VCSEL之能量相對位置及應力之圖式說明； 圖2為具有AlGaAs限制層、GaAs障壁層及InGaAsN量子 洞之VCSELi π能量相對位置”及，’應力”之圖式說明； 圖3為具有GaAsN障壁層及InGaAsN量子洞之VCSEL之，’ 能量相對位置”及'’應力”之圖式說明； 圖4為具有AlGaAs限制層、GaAsN障壁層及InGaAsN量 子洞之VCSELi π能量相對位置”及”應力”之圖式說明； 圖5為具有GaAsN障壁層及InGaAsNSb量子洞之VCSEL 之π能量相對位置π及π應力π之圖式說明； 圖6為具有GaAs障壁層及GalnAsNSb量子洞之VCSEL之 "能量相對位置”及π應力”之圖式說明； 圖7為具有AlGaAs障壁層及InGaAsN量子洞之VCSEL之 ’’能量相對位置π及π應力”之圖式說明； 圖8為具有GaAs障壁層及含>1%氮之GaAsNSb量子洞之 VCSEL之”能量相對位置”及"應力”之圖式說明； 圖9為具有AlGaAs限制層、GaAsN障壁層及InGaAs量子 洞之VCSEL之”能量相對位置”及”應力”之圖式說明； 圖10為具有GaAsN障壁層及GaAsNSb量子洞之VCSEL 之”能量相對位置’’及”應力’’之圖式說明； 圖1 1為具有AlGaAs限制層、GaAsP障壁層及GaAsSbN量 200301607
(17) 子洞之VC S EL之”能量相對位置”及”應力，，之圖式說明； 圖12為本發明具體例之VCSEL之例舉截面圖； 圖1 3為本發明另一具體例之VCSEL之另一例舉截面圖； 圖14為具有三個量子洞且就價數頻帶深度约125 meV 及對導電頻帶約250 meV深度之VCSEL之，，能量相對位置” 圖式說明； 圖15為圖14之VCSELi ”能量相對位置”之圖式說明，其 中顯示量子洞中之再組合； 圖16為圖14之VCSEL之”能量相對位置”圖式說明，其中 顯示量子洞内之總動力； 圖1 7為具有三個量子洞且就價數頻帶深度約為6 〇 m e V 及就導電頻帶約為120 meV深度之VCSEL之”能量相對位 置”圖式說明； 圖18為圖17之VCSELin能量相對位置”圖式說明，其中 顯示量子洞中之再組合； 圖19為圖17之VCSEL之••能量相對位置，，圖式說明，其中 顯示量子洞内之總動力； 圖20為具有三個量子洞且就價數頻帶深度約為40 meV 及就導電頻帶約為8 0 m e V深度之V C S E L之π能量相對位置 ”圖式說明； 圖21為圖20之VCSEL之"能量相對位置”圖式說明，其中 顯示量子洞中之再組合；及 圖22為圖20之VCSELin能量相對位置”圖式說明，其中 顯示量子洞内之總動力。 200301607 (18) 圖式代表符號說明 11,120 量子洞 12,125 障壁層 13,201 限制層 15 壓縮 100,201 垂直腔面射型雷射 10 1 基材 105,205 第一鏡面堆疊 106,116 反射對 108 第一包覆區 110,210 活4匕區 112 第二包覆區 115 第二鏡面區 235 平整化層 -22-

Claims (1)

  1. 200301607 拾、申請專利範圍 1· 一種垂直腔面射型雷射（VCSEL)，包括： 至少一個深度至少為4 0 m e v且由G a A s S b所組成之 量子洞； 夾住該至少一個量子洞之障壁層；及 夾住該障壁層之限制層。 2. 如申請專利範圍第1項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 3. 如申請專利範圍第2項之VCSEL，其中該限制層係由 A1 G a A s所組成。 4. 如申請專利範圍第1項之VCSEL，其中該限制層係由 A1 G a A s所組成。 5. 如申請專利範圍第4項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1 G a A s所組成。 6. 如申請專利範圍第1項之VCSEL，其中該障壁層係由 A 1G a A s所組成。 7. 如申請專利範圍第1項之VCSEL，其中該至少一個量子 洞包括N。 8. 如申請專利範圍第7項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 9. 如申請專利範圍第7項之VCSEL，其中該限制層係由 A1G a A s所組成。 1 0.如申請專利範圍第8項之VCSEL，其中該限制層係由 A1G a A s所組成。 200301607 1 1 .如申請專利範圍第9項之VC SEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 12. 如申請專利範圍第7項之VC SEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 13. 如申請專利範圍第1項之VC SEL，其中該至少一個量子 洞包括添加〉1 % N於量子洞中。 14. 如申請專利範圍第13項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之VC SEL，其中該限制層係由 A1G a A s所組成。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項之VC SEL，其中該限制層係由 A1G a A s所組成。 17. 如申請專利範圍第15項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 18. 如申請專利範圍第13項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 19. 如申請專利範圍第1項之VCSEL，其中該量子洞厚度高 達且包含50埃。 2 0.如申請專利範圍第19項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 2 1.如申請專利範圍第20項之VCSEL，其中該限制層係由 A1 G a A s所組成。 2 2.如申請專利範圍第19項之VCSEL，其中該限制層係由 A1G a A s所組成。 200301607
    23. 如申請專利範圍第22項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 24. 如申請專利範圍第19項之VC SEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 25. 如申請專利範圍第19項之VCSEL，其中該至少一個量 子洞包括N。 2 6.如申請專利範圍第25項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 2 7 .如申請專利範圍第2 5項之VC SEL，其中該限制層係由 A1G a A s所組成。 2 8 .如申請專利範圍第6項之VC SEL，其中該限制層係由 A1G a A s所組成。 2 9.如申請專利範圍第27項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 3 0.如申請專利範圍第25項之VCSEL，其中該障壁層係由 AlGaAs所組成。 3 1.如申請專利範圍第19項之VCSEL，其中該至少一量子 洞包括添加> 1 %N於量子洞中。 3 2.如申請專利範圍第31項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 3 3.如申請專利範圍第31項之VCSEL，其中該限制層係由 A1 G a A s所組成。 3 4.如申請專利範圍第32項之VCSEL，其中該限制層係由 A1 G a A s所組成。 200301607
    3 5.如申請專利範圍第33項之VC S EL，其中該障壁層係由 AlGaAs所組成。 3 6.如申請專利範圍第31項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 37. —種垂直腔面射型雷射（VCSEL)，包括： 至少一個深度至少為40 mev且由GaAsSbN所組成之 量子洞； 夾住該至少一個量子洞之障壁層；及 _ 夾住該障壁層之限制層。 38. 如申請專利範圍第37項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 39. 如申請專利範圍第20項之VCSEL，其中該限制層係由 A1G a A s所組成。 4 0.如申請專利範圍第19項之VCSEL，其中該限制層係由 A1 G a A s所組成。 4 1.如申請專利範圍第22項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1 G a A s所組成。 42. 如申請專利範圍第19項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 43. 如申請專利範圍第19項之VCSEL，其中該至少一個量 子洞進一步包括添加> 1 %N於量子洞中。 4 4.如申請專利範圍第25項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 4 5.如申請專利範圍第25項之VCSEL，其中該限制層係由 200301607 AlGaAs所組成。 46.如申請專利範圍第26項之VCSEL，其中該限制層係由 AlGaAs所組成。 4 7.如申請專利範圍第7項之VCSEL，其中該量子洞之厚度 高達且包含50埃。 48. —種垂直腔面射型雷射（VCSEL)，包括： 至少一個深度至少為40meV且由GaAsSbN所組成之 量子洞； _ 夾住該至少一個量子洞之障壁層；及 夾住該障壁層之A1G a A s限制層。 4 9.如申請專利範圍第48項之VC SEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 5 0.如申請專利範圍第48項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 5 1.如申請專利範圍第48項之VCSEL，其中該至少一個量 子洞又包括添加> 1 % N於量子洞中。 5 2.如申請專利範圍第51項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 5 3.如申請專利範圍第51項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 5 4.如申請專利範圍第48項之VCSEL，其中該量子洞之厚 度高達且包含50埃。 5 5.如申請專利範圍第54項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 200301607
    5 6.如申請專利範圍第54項之VC S EL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 5 7.如申請專利範圍第54項之VC S EL，其中該至少一個量 子洞又包括添加> 1 % N於量子洞中。 5 8.如申請專利範圍第57項之VCSEL，其中該障壁層係由 G a A s P所組成。 59.如申請專利範圍第57項之VCSEL，其中該障壁層係由 A1G a A s所組成。 _
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