TW317037B - - Google Patents

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經濟部中央梯準局員工消費合作社印裝. A7 ___B7 五、發明説明（) ^ ~S—------- 1 先前技術應用之朱老 此應用已於1995年8月28日歸檔爲美國專利應用號碼第 08/520,061 號。 發明簌_ 本發明屬於垂直空賤表面發射雷射並且更特別地是屬於 短波長垂直空腔表面發射雷射及製造的改I方法。 發明背景 在先如技術的半導體電射’如一般揭露於美國專利第 5，172,384號，標題爲"低門檻電流雷射”，於1992年12月15 日發表的，很普遍會形成一個1銦砷化鎵量予井的活動區 域’在其上的二端有鋁砷化鎵的間隔層及包層。再者，其 一般在包層兩側形成布拉格反射器或反射堆疊，反射堆叠 一般包含鋁。雖然重直空腔表面發射雷射的該取向附生結 構.已被定義完整，仍可使用各種處理方案。 短波長（約低於800毫微米，並且更特別地，780毫微米') 垂直2腔表面發射雷射二極體對於高密度雷射唱盤應用有 絕大的好處。在砷化鎵系統中爲了獲得短波長發射，並且 爲了維持對砷化鎵基體的點$匹配，雷射空腔應有鋁砷化 鎵做爲活動層。然而，在活動區域中鋁的導入導致雷射效 率的損失，由於鋁對氧的反應性很高，並且氧在大多數的 III V材料中作爲非放射的重組合中心。氧組織可在材料成 長或設備處理期間内發生。 因此’將前述及其他存在於先前技術中的缺陷加以去除 本纸張尺度適用國家揉準（CNS)八4祕（21()><297公4) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標隼局員工消費合作社印笨 317037 at ----___B7 五、發明説明（1 ~~~~~~ - 2 會是十分有利的。 據此，本發明的目標是提供—種有無鋁活動區域的短波 長垂直空腔表面發射雷射二極體。 本發月的另一個目標是提供—種在高電流發射及高溫情 /兄下彳°賴性及穩定彳生增加的短波長垂直空腔表面發射雷 射二極體。 然而本發明的另一個目標是提供在門檻電流方面有實質 減低的短波長垂直空腔表面發射雷射二極體。 並且本發明的另一目標是提供一種本質上適合凹型波導 處理的短波長垂直空腔表面發射雷射二極體。 發明概.沭 簡要地’爲達成本發明的所要的目標，根據較佳具體實 例’所提供是一種短波長垂直空腔表面發射雷射二極體包 括一基體，一個位於基體上的第一導通型的第一反射堆 疊，該第一反射堆疊是由多數的成組的相當高和低指數的 反射層所形成，一個第二導通型的第二反射堆疊，該第二 反射堆叠是由多數的成組的相當高和低指數的反射層所形 成。以及一個夾在第一反射每疊及第二反射堆疊之間的活 動區域。該活動區域是由多數的應變層所形成。替代的應 變層有相等且相反的晶體學應_變。 進一步提供的是一種製造短波長垂直空腔表面發射雷射 二極體的方法，包括形成第一導通型的第一反射堆疊的步 驟· ’該第一反射堆疊是由多數的成组的相當高和低指數的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 _____ B7 五、發明说明（） 3 反射層所形成的，在第一反射堆疊上形成一第一約束層， 在第一約束層上形成一活動區域，該活動區域是由多數的 應變層所形成，替代的應變層有相等及相反的晶體學應 變，在活動區域上形成一個第二約束層，並且在第二約束 層上形成一第二導通犁的葶二反射堆疊，該第二反射堆疊 是由多數的成組的相當高和低指數的反射層所形成。 附圖之簡要説明 參考附圖： — 圖1是根據本發明在製造短夜長垂直空腔表面發射雷射 二極體的第一階段的簡化斷面圖； 圖2是圖1結構的部份放大斷面圖；— 圖3是在圖2圖示的結構中描寫所使用的材料的頻帶隙的 能帶圖； 圖4是根據本發明在製造短波長垂直空腔表面發射雷射 二極體的第二階段的簡化斷面圖；並且 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖5是根據本發明在製造短波長垂直空腔表面發射雷射 二極體的最後階段的簡化斷面圖。 較佳具體實例之敘诫 參考圖1，所描述的是根據-本發明所使用各種不同步驟 的製造方法所實現的中間結構簡化斷面圖。特別地，圖工 圖π在基體II上的第一反射堆疊1〇是由，例如，將多數的 半導體材料層以交錯的折射率來取向附生成長所形成。可

317037 A7 B7 經濟部中央標华局貝工消費合作社印簟 五、發明説明（ 用於：種目的的材料的例子是坤化銘及銘為As交錯 層人錯層的每—組都成長的厚度爲在層中傳播Μ放射波 長，並JL選擇组的數目以便當將堆疊限制際可行數 目時提供盡可能多的光線反射。 活動區域12被夹在第—約束層或區域13以及第二約束層 或區域14之間。約束區域13位於第一反射堆叠犯上，並且 第二反射堆疊15形成於約束層14的較上層表面。第二反射 堆疊15是由，例如，將成組半導體層以如與反射堆疊丨〇連 接的所述的取向附生成長方式所形成。一般而言，成组的 層會以類似於反射堆疊1Q所用的材料來形成，並且厚度也 會類似，以便對所選擇的波長或_波長的光譜提供適當的反 射性。同樣地，第一及第二反射堆疊1〇，15是摻雜以相反 導通類型以形成一個兩個終端（二極體）的結構供流經的電 流流動。在此特殊的具體實例中，例如，反射堆疊1〇是摻 雜η-型導通而反射堆疊$是摻雜p—型導通。 活動區域一般包括一個或更多量子井，或量子井層，由 有約束層13和14在兩邊的障礙層所分隔。該量子井，障礙 層’及約束層同樣也是取向附生地成長。當被流經該處的 電流適當地能源化時’該量子井根據已知的現象而產生光 子（光線）。一般而言’施加在活動區域乜的電流愈大，產 .生的光子數目愈多。光子是由反射堆疊和15折射並且產 生最終產生雷射光的已知的雷射效果。光線的波長是由在 活動區域12内的量子井所使用的材料以及在反射堆疊1〇及 15内的層的交錯組的厚度來決定。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 活動區域12是以選擇用來提供短波長光線放射的材料系 統來形成’例如波長在8〇〇毫微米以下以及最好是78〇毫微 米的材料系統來形成。一般而言，使用銘合金可達短波 長。然而，鋁對氧很脆弱，並且實質上造成活動品域12信 賴性差’最後導致短我長垂直空腔表面發射雷射二極體的 失敗。因此，形成活動區域12的材料系統並不包括鋁。約 束層14是以不同於反射堆疊15的材料系統來形成，有了所 選擇的不同的材料系統，若需要的話，反射堆疊15可被選 擇性地蝕刻以形成圖像的反射，或凹型類型，的短波長垂 直空腔表面發射雷射二極體。透過選擇活動區域12的材料 系統以便其中不包括鋁，並且透過選擇約束層14的不同材 料系統以便其晶體學地與活動區域丨2材料系統可相容，而 改良了短波長垂直空腔表面發射雷射二極體的信賴性及壽 命0 特別參考圖2 ’圖示了活動區12被夾在約束層13和14之 間的放大簡要斷面圏。在此特殊具體實例中，活動區域U 包括由夹在其中的障礙層25和25所形成的三個量子井2〇， 21和22。由障礙層25和26分隔的量子井2〇，被夾在 間隔或導引層30和31之間、間隔或導引層3〇和31又被夾 在包層33及34之間。一般間隔層3〇和31及包層幻和災被分 層以提供導引活動，如在美國-專利第5，172,384號中更詳細 敘述的，在以上加以描述並且在此用作參考。 爲了在活動區域12中使用無鋁材料，加入一坤化鎵ι磷 χ。然而，砷化鎵⑴4磷<對砷化鎵並非點陣匹配，並應 衣紙張尺度適用中國ϋ標f(l：NS ) Α4規格（210X297公左) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ^1. A7 B7 五、發明説明（ 請· 閲 讀· 背 面 之 注 意 事 項 再 寫、 本衣 頁 到張力應變。在一多量子井結構中，肖了要將此應變容纳 而不產生錯合位錯，砷化鎵層的厚度保持儘量地小並且需 要個與此種應變相等且相反的補償。供活動區域12使用 的較佳材料系統是鎵銦磷/坤化鎵磷應變層超點陣。使用 在張力應變之下的量子井層2Q，21和以以及在實質相等壓 縮力的應變之下的散佈障礙層扔及26。 1 丁 在特殊範例下，量子井層2〇，21和22是由每一個約1〇〇埃 厚的坤化鎵82_18(Eg=i_57eV)所形成。障礙層25和26是由每 一個約1〇〇埃厚的銦μ鎵4^(Eg=176eV)所形成。量子井層 20，21和22及障礙層25和26有:約爲砷化鎵基體11的〇.65%的 大約相等且相反點陣匹配。考慮量子井大小及在能量帶的 應變效果’在砷化鎵中選擇&的組合以便在室溫下產生 一 780毫微米的放射波長。間隔層別和31 鎵η磷

經濟部中央標準局員工消費合作社印I (E『l.9eV)所形成並且包層33和34是由（^3) 51銦49磷 (Eg=2.08eV)所形成。點陣匹配到砷化鎵基將活動區 域12及約束層13和μ的總厚度選擇爲一 波長的光學厚 度。圖3圖示所使用的材料的頻帶隙的能帶圖。在此範例 中，布拉格反射（第一和第二反射堆疊1〇和15)是由砷化鋁 和鎵75铭^As的1/4波長交錯層—所組成。- 以如在圖1中所圖示的基體止上的第一反射堆疊1〇，約 束層13 ’活動區域12，約束層—14和第二反射堆疊15並且包 括以上所述的材料’第二反射堆疊15被選擇性地蝕刻，如 在圖4中所示。使用以雙氧水：水：硫酸/氣化氫：磷酸 爲基礎的钱刻液，可執行濕或乾蝕刻技術。由於蝕刻的選 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS ) Α4規格（21〇乂297公楚;） 317037 A7 B7 五、發明説明（ 擇性’圖像的反射’或凹型波導，透過將上層或第二反射 堆#15 ’下至包層34上層表面蝕刻穿透，來形成短波長垂 直空腔表面發射雷射二極體結構。由於蝕刻是正確並且不 會損害活動區域12或約束層13和14，而達成良好的電流及 光學限制以獲得低門蟬，而仍能維持良好的信賴性（與平 面短波長垂直空腔表面發射雷射二極體有關）。 如圖5所示，爲完成在圖4中所圖示的結構，透過任何已 知的方法在反射堆疊丨5的較上層的暴露表面上形成一 p型 敷金屬40。至少p型敷金屬4Q覆蓋在台式較上層表面的部 份可能是一透明金屬，如IT〇岑類似物。形成一 n型敷金屬 45與反射堆疊接觸’以提供短波長垂直空腔表面發射雷 射二極體另一個電接觸。一 ϋ言，在基體丨丨提供—層有 重度捧雜質的半導體材料的層46，以提供與短波長垂直空 腔表面發射雷射二極體的反射堆疊IQ較佳的低阻抗接觸。 可了解地是，若需要的話，可在與基體12表面相對的反射 堆疊10所在的表面上形成一電接觸。 因此揭露了一種新的及改良的製造短波長垂直空腔表面 發射雷射二極體的方法，包括揭露了一種供製造短波長垂 直空腔表面發射雷射二極體蛴使用的模反射的改良方法。 因爲較上的反射堆疊是正確的且選擇性蝕刻的信賴性實質 地增加。同樣地，因爲短波長—垂直空腔表面發射雷射二極 體的活動區域是無鋁的，短波長垂直空腔表面發射雷射二 極aa的彳&賴性及壽命實質地增加。 然而在已顯示並描述本發明之特殊具體實例之時，對這 表紙張从適用中國國家揉)从胁（21〇χ297公^ ) 請 先 閲 讀 背 ίι i 事 項 再 填 妾 經濟部中央梂準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ 些己知的先前技術會產生進一步修正及改良。因此，希望 能了解到，本發明並非僅限於所示的特別的形式並且意圖 在所附的專利申請範圍中涵蓋所有的修正而不偏離本發明 之精神及範疇。 請 先 閲 讀 背 冬 i 事 項 再 填a , 頁 訂 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 44- 本紙張^度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局貞工消費合作社印褽 A8 B8 C8 ____D8 六、申請專利範圍 1. 一種短波長垂直空腔表面發射雷射二極體，包括： 一基體； 一位於基體上的第一導通型的第一反射堆疊，該第一 反射堆疊是由多數的成組相對高和低指數.的反射層所形 成； 一第二導通型的第二反射堆叁，該第二反射堆疊是由 多數的成組相對高和低指數的反射層所形成；並且 一夾在第一反射堆疊及第二反射堆疊之間的活動區 域’該活動區域是由多數的應變層所形成，替代的應變 層有相等且相反的晶體學應變。 2. —種短波長垂直空腔表面發射、雷射二極體，包括： ·~基體； - 一位於基體上的第一導通型的第一反射堆疊，該第一 反射堆疊是由多數的成組相對高和低指數的反射層所形 成； 一第二導通型的第二反射堆疊，該第二反射堆疊是由 多數的成組相對高和低指數的反射層所形成；並且 一活動區域夾在第一反射堆疊及第二反射堆疊之間， 該活動區域是由多數的砷化·鎵磷量子井-層所形成。該層 有鎵銦磷的障礙層夾在其間，該量子井層及該障礙層有 實質地相等且相反的點陣誤配； - 該活動區域被爽在一組約束層中。 · 3· —種製造短波長垂直空腔表面發射雷射二極體之方法， 包括以下步驟： ___ - 12- 本紙張適用中關家橾準（CNS ) Α規4$· ( 21GX297公釐)'' (請先閲讀背面之注意事項再本頁) •裝- .1T 317037 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 形成第一導通型的第一反射堆疊，該第一反射堆疊是 由多數的成組相對高和低指數的反射層所形成； 在第一反射堆疊上形成一第一約束層； 在第一約束層上形成一活動區域，該活動區域是由多 數的應變層所形成，替代的應變層有相等及相反的晶體 學應變； 在活動區域上形成一個第二約束層；並且 在第二约束層上形成一第二導通型的第二反射堆疊’ 該第二反射堆疊是由多數的成組相對高和低指數的反射 層所形成。 (請先閲讀背面之注意事項再hi本頁) 裝· 線 經濟部中央揉準局貞工消費合作社印褽 -13 - 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）