TWI754326B - 包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體（VCSEL） - Google Patents

包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體（VCSEL） Download PDF

Info

Publication number
TWI754326B
TWI754326B TW109124273A TW109124273A TWI754326B TW I754326 B TWI754326 B TW I754326B TW 109124273 A TW109124273 A TW 109124273A TW 109124273 A TW109124273 A TW 109124273A TW I754326 B TWI754326 B TW I754326B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
refractive index
dbr
alxga1
algaasp
Prior art date
Application number
TW109124273A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202118176A (zh
Inventor
黃朝興
金宇中
文長 戴
Original Assignee
全新光電科技股份有限公司
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 全新光電科技股份有限公司 filed Critical 全新光電科技股份有限公司
Publication of TW202118176A publication Critical patent/TW202118176A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI754326B publication Critical patent/TWI754326B/zh

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
    • H01S5/10—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
    • H01S5/30—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
    • H01S5/3403—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 having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation
    • 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
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting 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
    • H01S5/10—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
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3201—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures incorporating bulkstrain effects, e.g. strain compensation, strain related to polarisation
    • 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]
    • H01S5/18358—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] containing spacer layers to adjust the phase of the light wave in the cavity
    • 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
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • 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
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/3235—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
    • H01S5/32358—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers containing very small amounts, usually less than 1%, of an additional III or V compound to decrease the bandgap strongly in a non-linear way by the bowing effect

Landscapes

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

Abstract

提供一種包含具有壓縮應力AlGaAsP層的VCSEL，包括GaAs基板、下DBR層、下間隔層、主動區、上間隔層及上DBR層。下DBR層或上DBR層分別包含多層的低折射率層及多層的高折射率層，下DBR層、下間隔層、上間隔層或上DBR層包含Alx Ga1-x As1-y Py ，其中Alx Ga1-x As1-y Py 的晶格常數大於GaAs基板的晶格常數，藉此適度減少因為晶格不匹配而產生過大的壓縮應力或避免長晶時產生拉伸應力，從而減少VCSEL磊晶片變形翹曲或製造時發生破片的機會，或避免VCSEL磊晶層因累積過大的壓縮應力或因長晶時產生拉伸應力，其中拉伸應力越大越容易引起缺陷或差排，過多的缺陷或差排會使VCSEL的可靠度不佳。

Description

包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體（VCSEL）
一種垂直共振腔表面放射雷射二極體，特別是一種使DBR層或間 隔層具有適度壓縮應力的VCSEL。
垂直共振腔表面放射雷射二極體（Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode, VCSEL）是半導體雷射元件的一種，其可以用來做為3D感測、光通訊或其他應用的光源。
該二極體結構中包括一對高反射率的薄膜，習稱為分散式布拉格 反射器層（Distributed Bragg Reflector Layer, DBR Layer）。在一對DBR層之間會有共振腔，共振腔通常包括間隔層（Spacer Layer）及主動層（Active Layer），且主動層是由障壁層（Barrier Layer）及井層（Well Layer）構成。
DBR層的製作方法是：在GaAs基板的上方將AlGaAs低折射率層以 及AlGaAs或GaAs的高折射率層的交替堆疊，以形成具有高反射率的結構。
由於AlGaAs與GaAs基板之間的晶格不匹配，於是在磊晶成長的過 程中或在室溫時，AlGaAs因晶格常數大於GaAs而會產生壓縮應力。此外，提高DBR層對特定波長的反射率一般有兩種作法，一是增加DBR層的堆疊層數，如此AlGaAs層的設置數量也會變多，亦即會累積過多的壓縮應力；另一是提高鋁含量來擴大每對高、低折射率層間的鋁含量差值，此時DBR層的堆疊層數雖可以不用增加，但鋁含量提高則壓縮應力也變大，然而不論選擇何種方式，都容易使VCSEL磊晶片累積過多的壓縮應力，而造成磊晶片發生形變，並容易在VCSEL磊晶層中產生缺陷或差排，如此會對VCSEL元件的可靠度(reliability)或元件製程造成負面影響。例如基板經研磨後其厚度會變薄，磊晶片的剛性因而下降，於是無法抵抗累積於VCSEL磊晶片過大的壓縮應力而產生嚴重翹曲（Bowing），增加後續製程的困難度及破片風險。
VCSEL磊晶片的變形或翹曲也會使磊晶片上的曝光顯影的圖案發 生偏移或形變(defocus)，而影響製程的良率。此外，翹曲的磊晶片在後續的製程處理較容易產生額外的應力，而有可靠性的風險。此外，VCSEL的磊晶層中若累積過大的應力，容易使磊晶片發生形變，而使得VCSEL破裂的風險變大。
若VCSEL磊晶層中累積過大的應力總和，則可能會在VCSEL磊晶 層引起缺陷或差排，容易對VCSEL元件的可靠度造成不良的影響。
參閱美國專利公開號US 2007/0235839 A1「SEMICONDUCTOR DEVICES utilizing AlGaAsP」（後稱839案），839案的目的是將大面積半導體裝置內的應力最小化，此篇專利提到半導體結構內會產生應力的原因有二，一為選擇的製造程序（selected manufacturing process），另一則是材料間的晶格不匹配（lattice mismatch between materials）；在晶格不匹配方面，當GaAs基板配合Ax Ga1-x As厚層材料（bulk material）時，因GaAs與Ax Ga1-x As兩者間晶格不匹配，結果Ax Ga1-x As厚層材料會產生壓縮應力因而變形翹曲，而厚層材料的變形問題在大面積裝置中有影響元件效能的問題且使製程變得複雜；839案並提到當InGaAsP厚層材料是形成在GaAs基板之上時，會有許多晶格匹配的材料可供選用，且InGaAsP是提供拉伸應力時，能降低因其他製程引起的應力。此篇專利還教示當Alx Ga1-x As厚層材料是形成在GaAs基板時，Alx Ga1-x As會產生一些壓縮應力，因此導致效能與製程的問題。
839案的特點是讓兩種材料的晶格為匹配，也就是基板為GaAs基 板，而厚層材料是選用Alx Ga1-x Asz P1-z ，尤其是Alx Ga1-x Asz P1-z 的晶格常數須匹配於GaAs基板的晶格常數，或Alx Ga1-x Asz P1-z 的晶格常數可小於GaAs基板的晶格常數，以達成使整體結構保持在平整或在拉伸應力的狀態下。
但按照839案做出的VCSEL磊晶片（epi wafer），實際上卻發現 VCSEL磊晶片的差排（dislocation）或缺陷很多，或VCSEL磊晶片的某些部分（on wafer uniformity）的差排或缺陷偏多，如此反而容易導致VCSEL元件的可靠度變差。即便如839案所述， AlGaAsP厚層結構的晶格常數能剛好匹配於GaAs基板，但長晶過程中的溫度遠高於室溫，且AlGaAsP與GaAs的材料熱膨脹係數不同，因此在溫度較高的環境下AlGaAsP層會產生拉伸應力，而實際在VCSEL磊晶成長過程中，AlGaAsP層在拉伸應力狀態下比在壓縮應力狀態下更容易引發差排或缺陷。
在VCSEL磊晶片的製程，當AlGaAsP磊晶層實際在GaAs基板上磊 晶成長時，現有磊晶成長技術尚無法使磊晶層各處的材料成分完全均勻一致。當AlGaAsP磊晶層的中心區域的晶格常數晶格匹配於GaAs基板的晶格常數，AlGaAsP磊晶層邊緣部分的含磷量會較多。含磷量較多的部分因晶格常數小於GaAs基板因而在室溫下已具有拉伸應力， 由於磊晶成長時溫度遠高於室溫，因此AlGaAsP磊晶層的含磷量較多的部分的拉伸應力會更大，拉伸應力越大VCSEL磊晶片的差排或缺陷也越容易產生。
對於太陽能磊晶片或崩潰光二極體(avalanche photo diode, APD) ， 或許839案提供的方法確實有其所述的功效，但對VCSEL磊晶片卻會造成VCSEL元件的可靠度或良率的問題，因為根據實驗結果，以839案方法所製作出的VCSEL磊晶片，VCSEL磊晶片的全部或局部存在過多的差排或缺陷。
本說明書提出一種具有壓縮應力AlGaAs層的VCSEL，包括GaAs 基板、下DBR層、下間隔層、主動區、上間隔層及上DBR層，下DBR層與下間隔層係位於GaAs基板之上且在主動區之下，上DBR層與上間隔層係位於主動區之上；下DBR層及上DBR層分別包含多層的低折射率層及多層的高折射率層，其中，下DBR層、下間隔層、上間隔層或上DBR層的至少一部分包含Alx Ga1-x As1-y Py ，且0＜x≦1，其中，在室溫下Alx Ga1-x As1-y Py 的晶格常數大於GaAs基板的晶格常數。
低折射率層的Alx Ga1-x As1-y Py 中磷的含量範圍可為0＜y≦0.03；高 折射率層的Alx Ga1-x As1-y Py 中磷的含量範圍可為0＜y≦0.015。
在一實施例中，下DBR層為N型DBR層及上DBR層的至少一部分 為P型DBR層，下DBR層及上DBR層分別包含多層的低折射率層及多層的高折射率層，其中，低折射率層及/或高折射率層的至少一部分材料為Alx Ga1-x As1-y Py 。或者，下DBR層為N型DBR層時，上DBR層則至少包含P型DBR層或同時包含P型DBR層與N型DBR層，下DBR層的N型DBR層的至少一部份、上DBR層的P型DBR層的至少一部份或上DBR層的N型DBR層的至少一部份的材料是Alx Ga1-x As1-y Py 。
在一實施例中，下DBR層及上DBR層的其中一者為N型DBR層且 另一者為P型DBR層，下DBR層及上DBR層分別包含多層的低折射率層及多層的高折射率層，其中，低折射率層及/或高折射率層的至少一部分材料為Alx Ga1-x As1-y Py 。或者，下DBR層為P型DBR層時，上DBR層則至少包含N型DBR層或同時包含N型DBR層與P型DBR層，下DBR層的P型DBR層的至少一部份、上DBR層的N型DBR層的至少一部份或上DBR層的P型DBR層的至少一部份的材料是Alx Ga1-x As1-y Py 。
在一實施例中，下DBR層及上DBR層的其中一者為N型DBR層且 另一者為P型DBR層，材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的低折射率層及/或高折射率層可設置於N型DBR層。
在一實施例中，下DBR層及上DBR層的其中一者為N型DBR層且 另一者為P型DBR層，材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的低折射率層及/或高折射率層可設置於P型DBR層。
在一實施例中，下DBR層及上DBR層的其中一者為N型DBR層且 另一者為P型DBR層，材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的低折射率層及/或高折射率層可設置於N型DBR層與P型DBR層。
在一實施例中，低折射率層及高折射率層材料皆為Alx Ga1-x As1-y Py 。
在一實施例中，在材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的低折射率層中，其中， 0.7≦x≦1。
在一實施例中，在材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的高折射率層中，其中，0 ＜x≦0.5。
在一實施例中，材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的低折射率層及/或高折射率 層為材料均勻區。
在一實施例中，材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的低折射率層及/或高折射率 層為材料非均勻區。
在一實施例中，更包含能隙漸變層，能隙漸變層設置於一對的低 折射率層及高折射率層之間，其中，能隙漸變層的能隙會有變化，能隙漸變層之靠近於高折射率層的部分的能隙較小，而能隙漸變層之靠近於低折射率層的部分的能隙較大。能隙漸變層的能隙變化可以是線性漸變、非線性漸變、階梯狀漸變等幫助載子移動的適當能隙漸變方式。
其中，能隙漸變層的材料為Alx Ga1-x As或Alx Ga1-x As1-y Py 。
當能隙漸變層設置於下DBR層時，能隙漸變層是設置於高折射率 層與低折射率層之間，其中高折射率層在能隙漸變層之下，而低折射率層在能隙漸變層之上。
當能隙漸變層設置於上DBR層時，能隙漸變層是設置於低折射率 層與高折射率層之間，其中低折射率層在能隙漸變層之下，而高折射率層在能隙漸變層之上。
在一實施例中，上述的主動區更包含兩層或多層的主動層，較佳 的，相鄰的兩主動層或每兩相鄰的兩主動層之間設置內間隔層，相鄰的兩主動層間的內間隔層可包含Alx Ga1-x As1-y Py ，其中在室溫下Alx Ga1-x As1-y Py 的晶格常數大於GaAs基板的晶格常數。
由於Alx Ga1-x As1-y Py 材料與GaAs基板之間晶格相對較為匹配，而使 Alx Ga1-x As1-y Py 產生的是壓縮應力且壓縮應力較小，因此能夠減少VCSEL中的壓縮應力累積且避免產生明顯的拉伸應力，進而增進VCSEL元件的可靠度、降低元件製作的困難度或降低破片風險。
以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式作更詳細的說明， 俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。為便於理解本發明，圖式中僅繪製出雷射二極體的部分結構，並非限制雷射二極體僅由下述結構所構成。圖式中各層之間的厚度比例也非實際比例，應根據實際需要而調整各層的厚度。
以下描述具體的元件及其排列的例子以簡化本發明。當然這些僅 是例子且不該以此限定本發明的範圍。例如，在描述中提及一層於另一層之上時，其可能包括該層與該另一層層直接接觸的實施例，也可能包括兩者之間有其他元件或磊晶層形成而沒有直接接觸的實施例。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號及/或符號，這些重複僅為了簡單清楚地敘述一些實施例，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間有特定關聯。
此外，其中可能用到與空間相關的用詞，像是“在...下方”、“下方”、 “較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，這些關係詞係為了便於描述圖式中一個(些)元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。這些空間關係詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。
本發明說明書提供不同的實施例來說明不同實施方式的技術特 徵。舉例而言，全文說明書中所指的“一些實施例”意味著在實施例中描述到的特定特徵、結構、或特色至少包含在一實施例中。因此，全文說明書不同地方所出現的片語“在一些實施例中”所指不一定為相同的實施例。
此外，特定的特徵、結構、或特色可在一或多個的實施例中透過 任何合適的方法結合。進一步地，對於在此所使用的用語“包括”、“具有”、“有”、“其中”或前述之變換，這些語意類似於用語“包括”來包含相應的特徵。
此外，”層”可以是單一層或者包含是多層；而一磊晶層的”一部分” 可能是該磊晶層的一層或互為相鄰的複數層。
現有技術中，雷射二極體可依據實際需求而選擇性的設置緩衝層， 且在一些實例中，緩衝層可與基板在材質是相同的。且緩衝層設置與否，跟以下實施例所欲講述的技術特點與所欲提供的效果並無實質相關，因此為了簡要示例說明，以下實施例僅以具有緩衝層的雷射二極體來做為說明用的示例，而不另贅述沒有設置緩衝層的雷射二極體，也就是以下實施例如置換無緩衝層的雷射二極體也能一體適用。
參考圖1，圖1為依據被描述一實施例的VCSEL結構示意圖。如圖1 所示，VCSEL100的結構由下而上包括GaAs基板10、緩衝層20、下DBR層30、下間隔層40、包含主動層50的主動區A、上間隔層40’、上DBR層30’以及歐姆接觸層60。緩衝層20、主動層50以及歐姆接觸層60是使用習知的半導體材料，並且透過磊晶成長的方式而形成，在此該些結構的半導體材料則不贅述。圖1中的主動區A包含一主動層50，但不限於此，主動區A也可包含兩層或多層主動層，較佳的，相鄰的兩主動層或每兩相鄰的兩主動層之間設置內間隔層（圖未示）。
參考圖2，下DBR層30或上DBR層30’（以下或稱為DBR層30、30’） 的一種示範性結構是分別包含多層的低折射率層31及多層的高折射率層33，將低折射率層31及高折射率層33交替堆疊而形成週期性結構（Periodic structures）。當堆疊的層數越多時，DBR層30、30’對特定波長的光線的總反射率越接近於100%，且低折射率層31與高折射率層33之間的折射率差異越大時，DBR層30、30’通常會有越高的總反射率。圖2雖然僅顯示3對的堆疊結構，但DBR層30、30’可根據所要求的總反射率而具有數十對堆疊結構。上述的一對堆疊結構是包含一層的低折射率層及一層的高折射率層，低折射率層可在高折射率層之上或之下，反之亦然。
雖然圖2中所顯示的DBR層30、30’的最底層是高折射率層33，然 後再與低折射率層31以交替堆疊方式形成多層結構；當然，DBR層30、30’的最底層也可以是低折射率層31，然後再與高折射率層33以交替堆疊方式形成多層結構。
為了增加DBR層30、30’的總反射率，通常低折射率層31可選用包 含高含量鋁的材料，在一實施例中，包含高含量鋁的材料可以是AlGaAs；高折射率層33可選用包含低含量鋁的材料或者不含鋁的材料，在一實施例中，包含低含量鋁的材料可以是AlGaAs，而不含鋁的材料可以是GaAs；即，透過調整低折射率層與高折射率層之間的鋁含量差異來改變DBR層30、30’的反射率。然而，AlGaAs材料相對於GaAs基板因彼此晶格不匹配，於是會產生較大的壓縮應力，且DBR層30、30’通常為數十對的堆疊結構，因此所累積的壓縮應力會導致磊晶片翹曲，或使VCSEL100磊晶層中因累積過大的壓縮應力而產生缺陷或差排，如此會導致VCSEL元件的可靠度不佳。
為改善上述的問題，基本上可在多層低折射率層31的至少一部分 中添加磷，或者是在多層高折射率層33的至少一部分中添加磷，又或者在多層低折射率層31與在多層高折射率層33的至少一部分中均添加磷，以使DBR層的壓縮應力適度變小而能降低磊晶片的翹曲程度或減少或消除磊晶層的缺陷或差排。
多層低（高）折射率層中的「至少一部分」是指多層低（高） 折射率層中的「一層、二層、三層」或「被選擇的數層」添加磷，如果有必要也可以在多層低（高）折射率層中被選擇的多數層甚至每一層均添加磷。
以前文所述的低折射率層31及/或高折射率層33的材質是AlGaAs 為例，當在低折射率層31及/或高折射率層33「添加磷」後，則低折射率層31及/或高折射率層33的材質會形成Alx Ga1-x As1-y Py ，其中Alx Ga1-x As1-y Py 的晶格常數在室溫下大於該GaAs基板的晶格常數。除了上DBR層與下DBR層以外，在主動區外的上間隔層、下間隔層或在主動區內的內間隔層也可使用Alx Ga1-x As1-y Py ，其中Alx Ga1-x As1-y Py 的晶格常數在室溫下大於該GaAs基板的晶格常數。
上述的「添加磷」是指：在磊晶成長的過程中將磷元素或將磷元 素連同其他元素加入反應腔中進行磊晶成長的步驟。Alx Ga1-x As1-y Py 可減少該磊晶層與GaAs基板10之間晶格不匹配的問題，也就是Alx Ga1-x As1-y Py 與AlGaAs的鋁含量為一樣下，Alx Ga1-x As1-y Py 的晶格常數與GaAs基板的晶格常數的差異會小於AlGaAs的晶格常數與GaAs基板的晶格常數的差異，進而適度減少壓縮應力的累積，也就是讓上DBR層、上間隔層、下間隔層、下DBR層或內間隔層具有適度的壓縮應力，進而避免因為壓縮應力總和過大而導致VCSEL100產生翹曲、晶體缺陷或差排，也能避免Alx Ga1-x As1-y Py 在室溫下產生拉伸應力；此外，在上DBR層、上間隔層、下間隔層、下DBR層或內間隔層「添加磷」後，由於AlGaAsP相較於AlGaAs較不容易被氧化，因此在氧化處理時，AlGaAsP磊晶層會被氧化的部分較少，則AlGaAsP磊晶層的VCSEL的應力也能適當變小，有助於改善VCSEL的可靠度。要注意的是， Alx Ga1-x As1-y Py 的晶格常數在室溫下須大於GaAs基板的晶格常數；較佳的，Alx Ga1-x As1-y Py 的晶格常數與GaAs基板的晶格常數之間要具有適當差距或適當餘裕（margin），讓Alx Ga1-x As1-y Py 在磊晶成長過程中，即使長晶溫度較高，Alx Ga1-x As1-y Py 仍然是產生壓縮應力或避免產生明顯拉伸應力，以改善VCSEL元件的可靠度或減少VCSEL磊晶片的形變。
當低折射率層31及高折射率層33之間的折射率差異越大時，DBR 層30、30’對於特定波長的反射率也能提高。其中，低折射率層31及/或高折射率層33中的Alx Ga1-x As1-y Py 鋁含量可為0＜x≦1，只要低折射率層31的鋁含量高於高折射率層33的鋁含量即可。較佳地，低折射率層31的鋁含量可為0.7≦x≦1，且高折射率層33的鋁含量可為0＜x≦0.5，透過調整鋁的含量，可使低折射率層31及高折射率層33之間的折射率差異擴大，而提高DBR層30、30’的總反射率。當折射率差異越大時，亦可減少DBR層30、30’中堆疊層數，使其總厚度減小並且保有一定的總反射率。
以低折射率層31為例，在AlGaAs或AlGaAsP中提高鋁含量 可降低折射率，但也會產生更多的壓縮應力。在AlGaAs添加磷或在AlGaAsP提高磷含量可減少鋁所產生的壓縮應力。當AlGaAsP中磷的添加量與鋁的添加量成是正相關時，AlGaAsP的壓縮應力或晶格常數不易發生改變。但磷的添加量應適量，因磷的添加量太多則反而會有折射率改變，或因晶格常數等於或小於GaAs基板時反而在磊晶成長時產生拉伸應力等的問題，因此低折射率層31的Alx Ga1-x As1-y Py 中磷的含量範圍可約為0＜y≦0.03，其中磷的含量可以是0.03、0.025、0.024、0.023、0.022、0.021、0.02、0.019、0.018、0.017、0.016、0.015、0.013、0.01或0.007。高折射率層33的Alx Ga1-x As1-y Py 中磷的含量範圍可為0＜y≦0.015，其中磷的含量可以是0.015、0.01、0.008、0.007、0.0065、0.006、0.0055、0.005、0.0045、0.004、0.0035、0.003、0.002或0.001。Alx Ga1-x As1-y Py 中磷的含量可藉由X光譜來測定，其測試對象可以是在GaAs基板上磊晶成長一層固定鋁及鎵含量的Alx Ga1-x As1-y Py 磊晶層或VCSEL磊晶片。
原則上，當高折射率層產生拉伸應力時，可以適度調整低折射率 層的磷添加量，以使低折射率層產生壓縮應力；因此低折射率層所產生的壓縮應力能對高折射率層的拉伸應力作應力補償，而降低DBR層的應力總和。
由於低折射率層31中的鋁含量大於高折射率層33的鋁含量，因此 低折射率層31中添加的磷含量可大於高折射率層33的磷含量。
若下DBR層30為N型DBR層時，則上DBR層30’可為P型DBR層， 也可根據需要將N型、P型對調，只要DBR層30、30’的其中一者為N型DBR層且另一者為P型DBR層，形成一個P-N二極體結構即可。材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的低折射率層31及/或高折射率層33可設置在N型DBR層或是設置在P型DBR層，或者N型DBR層與P型DBR層的低折射率層31及高折射率層33的材料皆是Alx Ga1-x As1-y Py 。
當N型DBR層與P型DBR層的低折射率層31及高折射率層33的材料 皆是Alx Ga1-x As1-y Py 時，可減少DBR層30、30’中所產生的壓縮應力，以減少VCSEL100中的壓縮應力累積。
在N型DBR層設有Alx Ga1-x As1-y Py 低折射率層31時，亦可減少 VCSEL100中的壓縮應力累積。其中，提高Alx Ga1-x As1-y Py 低折射率層31的磷含量也會提高低折射率層31的能隙，此能隙的提高對在導電帶上移動的電子沒有明顯影響，因此可以僅在N型DBR層中設有材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的低折射率層31。在P型DBR層設有材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的高折射率層33時，亦可相對減少VCSEL100中的壓縮應力累積。其中，提高Alx Ga1-x As1-y Py 高折射率層31的磷含量也會提高高折射率層33的能隙，此能隙的提高對在價電帶上移動的電洞沒有明顯影響，因此可以僅在P型DBR層中設有材料為Alx Ga1-x As1-y Py 的高折射率層33。
低折射率層31或高折射率層33的至少一部分是Alx Ga1-x As1-y Py 是 指：可在低鋁含量的AlGaAs中添加磷元素及/或在高鋁含量的AlGaAs中添加磷元素。較佳地，可僅在高鋁含量的AlGaAs中添加磷元素，以將由高鋁含量所造成的較大壓縮應力適當降低。當高折射率層33由低鋁含量的AlGaAs或GaAs組成時，高折射率層的壓縮應力因為較小，亦可無需添加磷元素。
此外，還可在多層的低折射率層31中選取特定數層進行磷元素的 添加。例如，DBR層30、30’在分別由40組週期性結構組成的情況下，可在40層的低折射率層31中選擇40層、30層或20層添加磷元素，但層數並不限於此，可根據所欲降低壓縮應力的程度而調整需要添加磷的層數。同樣地，在高折射率層33中添加磷元素時，也可根據需要選取特定層數進行磷元素的添加。
針對單一層的由Alx Ga1-x As1-y Py 組成的低折射率層31或高折射率層 33，若在磊晶成長的全程導入恆定濃度的磷元素時，則可形成Alx Ga1-x As1-y Py 之含磷濃度為大致均勻分布的材料均勻區。
在一實施例，材料非均勻區的一部分區域可以是Alx Ga1-x As1-y Py ， 而其他區域則為Alx Ga1-x As，例如，在形成單一層的低折射率層31的過程中，僅在1/3的Alx Ga1-x As磊晶製作期間內導入磷元素，於是材料非均勻區的約1/3區域為Alx Ga1-x As1-y Py ，而其餘的2/3區域為Alx Ga1-x As；在一實施例中，如果材料非均勻區的材料都是Alx Ga1-x As1-y Py ，也可以透過使材料非均勻區中的至少兩部分的含磷濃度不相同，而使材料非均勻區的不同部分有不同的含磷濃度。在一實施例中，材料非均勻區的中間部分是Alx Ga1-x As1-y Py ，在中間部分之上的上側部分與在中間部分之下的下側部分為Alx Ga1-x As，中間部分在低折射率層中的實際厚度可根據需要來作調整。
在上述的說明中，若低折射率層31中鋁含量為0.7≦x≦1時，其能 隙較大，高折射率層33中鋁含量為0＜x≦0.5時，其能隙相對較小，當低折射率層與高折射率層之間的鋁含量有差異時，會在低折射率層及高折射率層之間的接面產生導電帶（Conduction Band）及價電帶（Valance Band）的不連續，於是載子在流動時會遭遇較大的位障（Potentail barrier height），導致電阻上升。
如圖3所示，在DBR層30及/或DBR層30’中還可分別包含設置在低 折射率層31及高折射率層33之間的能隙漸變層35、35’，能隙漸變層35、35’可包含Alx Ga1-x As或Alx Ga1-x As1-y Py ；其中，能隙漸變層的能隙會逐漸變化，原則上，能隙漸變層靠近於高折射率層的部分的能隙相對較低，而能隙漸變層靠近於低折射率層的部分的能隙相對較高；能隙漸變層的能隙變化可以是選自由線性漸變、非線性漸變、階梯狀漸變及其他幫助載子移動的適當能隙漸變方式所組成之群組。
能隙漸變可以透過調整材料的成分或透過其他適當方式來達成， 以Alx Ga1-x As為例，可以藉由調整鋁或鎵的含量多寡來使能隙漸變，比如鋁的含量可在低折射率層31往高折射率層33的方向上由多逐漸變少。例如，圖3中能隙漸變層35的鋁含量在由下往上的方向上由少逐漸變多，且能隙漸變層35’的鋁含量在由下往上的方向上為由多逐漸變少，從而使導電帶及價電帶能階產生漸變，進而降低或消除低折射率層31與高折射率層33之間的載子位障，避免電阻上升。例如低折射率層31中鋁的含量為x=0.9且高折射率層33中鋁的含量x=0.1，能隙漸變層35、35’的鋁含量可約為0.1≦x≦0.9，且其鋁含量可在低折射率層31往高折射率層33的方向上逐漸變少。能隙漸變層35、35’中鋁含量的上限值及下限值並未限制在需與低折射率層31及高折射率層33中的鋁含量完全一致，可在未顯著影響電阻的情況下進行調整。
以Alx Ga1-x As1-y Py 為例，除了調整單一元素（鋁、鎵或磷）的含量 外，也能透過調整多種元素的含量（鋁與磷或鋁與鎵等），而使能隙漸變層的能隙逐漸變化。
圖3所示是一種較佳實施結構；由於N型的DBR層不同於P型的DBR 層，原則上可以僅在高折射率層33與低折射率層31之間設置能隙漸變層35，或者只在低折射率層31與高折射率層33之間設置能隙漸變層35。
具體而言，在下DBR層為N型時，高折射率層在下時而低折射率 層在上時，只要在下為高折射率層與上為低折射率層之間處設置能隙漸變層即可。至於下為低折射率層與上為高折射率層之間是否需設置能隙漸變層，則視實際需求而定。
而在上DBR層為P型時，當低折射率層在下而高折射率層在上時， 只要在下為低折射率層與上為高折射率層之間處設置能隙漸變層即可。而上為低折射率層與下為高折射率層之間是否需設置能隙漸變層，則視實際需求而定。
參閱圖4，圖4與圖3的結構是相同的，只是圖4中的低折射率層31 還設置材料非均勻區；且材料非均勻區包含介於上側部分312與下側部分313之間的中間部分311；較佳的，中間部分311的材料為Alx Ga1-x As1-y Py ，而上側部分312、下側部分313的材料為Alx Ga1-x As；透過材料非均勻區的設置、材料非均勻區及能隙漸變層的配合設置或材料均勻區及能隙漸變層的配合設置，能據以降低或消除低折射率層31與高折射率層33之間的載子位障，避免電阻上升。
圖4所顯示的高折射率層33與低折射率層31都設置材料非均勻區； 在一些實施例中，可以根據實際需求而僅在低折射率層31或高折射率層33中設置材料非均勻區或者設置材料均勻區。
藉由以上的說明，以晶格常數在室溫時是大於GaAs基板的 Alx Ga1-x As1-y Py 作為DBR層或間隔層，可適度的減少DBR層或間隔層的壓縮應力總和，以使DBR層或間隔層在室溫下具有適當的壓縮應力，避免DBR層或間隔層在磊晶成長時產生明顯的拉伸應力，如此較能避免VCSEL磊晶片發生變形翹曲、缺陷或差排的問題，藉以增進VCSEL元件可靠度、改善製程良率或降低破片率。
此外，還可將能隙漸變層設置於DBR層的低折射率層及高折射率 層之間，降低或消除低折射率層與高折射率層之間的載子位障，避免電阻上升。
在本說明書，VCSEL磊晶層中的缺陷或差排是以XRT顯像(X-ray topography)呈現，以呈現比較例1、2、3與一實施例的差排。比較例1、2、3與本文的一實施例的主要結構與圖1的VCSEL相同，只有上DBR層與下DBR層的低折射率層的材料成分不同，其中材料成分中的鋁含量相同但磷含量不同。其他的磊晶層的材料成分是大致相同，基板皆為GaAs。
圖5~圖6是對應比較例1的VCSEL，其中，上DBR層與下DBR層的 低折射率層是AlGaAsP，在室溫下AlGaAsP的晶格常數小於GaAs基板的晶格常數，因此AlGaAsP在室溫下會產生拉伸應力與在磊晶成長時會產生較大的拉伸應力；觀察圖5與圖6的量測結果，圖5與圖6出現較多的明顯暗線，暗線代表差排（dislocation）。
圖7與圖8是對應比較例2的VCSEL，其中，上DBR層與下DBR層 的低折射率層是AlGaAsP，在室溫下AlGaAsP的晶格常數是等於GaAs基板。觀察圖8與圖9的量測結果，發現圖7與圖8中出現多條的明顯暗線，且在VCSEL磊晶片的邊緣區域（圖8）中的暗線多於VCSEL磊晶片的中心區域（圖7）的暗線數量。原因之一是，在室溫下AlGaAsP晶格常數即使能匹配於GaAs基板，但長晶過程中的溫度遠高於室溫，且AlGaAsP與GaAs基板的熱膨脹係數不同，因此在溫度較高的環境下AlGaAsP層會產生拉伸應力。另一原因是現有磊晶成長技術尚無法使磊晶層各處的材料成分完全均勻一致；當AlGaAsP磊晶層的中心區域的晶格常數等於GaAs基板的晶格常數時，則AlGaAsP磊晶層的邊緣部分的晶格常數通常會小於GaAs基板的晶格常數。AlGaAsP磊晶層的邊緣部分的晶格常數較中間區域小是因為邊緣區域的含磷量較中心區域多。含磷量較多的部分因晶格常數小於GaAs基板因而已具有拉伸應力， 由於磊晶成長時溫度遠高於室溫，因此AlGaAsP磊晶層的含磷量較多的部分的拉伸應力會更大。
圖9~圖10對應本文的一實施例的VCSEL，其中，以AlGaAsP作為 上DBR層與下DBR層的低折射率層，在室溫下AlGaAsP的晶格常數是略大於GaAs基板的晶格常數，因此AlGaAsP在磊晶成長時不容易產生應力或產生適當的壓縮應力。觀察圖10與圖11的量測結果，在圖10與圖11沒有觀察到暗線的存在。
圖11~圖12是對應比較例3的VCSEL，其中，以AlGaAs作為上DBR 層與下DBR層的低折射率層，在室溫下AlGaAs的晶格常數是大於GaAs基板的晶格常數（AlGaAsP的鋁含量與AlGaAs的鋁含量相同），因此AlGaAs會產生較大的壓縮應力。從圖12~圖13的量測結果也可觀察到一些暗線。由此可知，磊晶層雖產生的是壓縮應力，但壓縮應力過大，磊晶層仍是會發生較多的缺陷或差排。
根據839案的教示所作出的VCSEL，實際上磊晶成長時磊晶層因會 產生拉伸應力，較容易使磊晶層發生嚴重的缺陷或差排，從而導致VCSEL的可靠度變差；與829案的教示正好相反，當磊晶層在磊晶成長時不產生應力或產生適度的壓縮應力，VCSEL的可靠度實際上能得到明顯增進。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對 本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
10:基板 20:緩衝層 30:下DBR層 30’:下DBR層 31:低折射率層 311:中間部分 312:上側部分 313:下側部分 33:高折射率層 35、35’:能隙漸變層 40:下間隔層 40’:上間隔層 50:主動區 60:歐姆接觸層 100:VCSEL
圖1為依據被描述一實施例的VCSEL結構示意圖。 圖2為依據被描述一實施例的DBR層的結構示意圖。 圖3為依據被描述一實施例的具有能隙漸變層的DBR層的結構示意圖。 圖4為依據被描述一實施例的具有材料非均勻區的DBR層的結構示意圖。 圖5與圖6為比較例1的VCSEL磊晶片的中心區域與邊緣區域的XRT顯像圖。 圖7與圖8為比較例2的VCSEL磊晶片的中心區域與邊緣區域的XRT顯像圖。 圖9與圖10為依據一實施例的VCSEL磊晶片的中心區域與邊緣區域的XRT顯像圖。 圖11與圖12為比較例3的VCSEL磊晶片的中心區域與邊緣區域的XRT顯像圖。
10:基板
20:緩衝層
30:下DBR層
30’:下DBR層
31:低折射率層
33:高折射率層
40:下間隔層
40’:上間隔層
50:主動區
60:歐姆接觸層
100:VCSEL

Claims (17)

  1. 一種包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，包括一GaAs基板、一下DBR層、一下間隔層、一主動區、一上間隔層及一上DBR層；該下DBR層與該下間隔層係位於該基板之上且在該主動區之下，該下DBR層是包含複數低折射率層及複數高折射率層；該上DBR層與該上間隔層係位於該主動區之上，該上DBR層是包含複數低折射率層及複數高折射率層；其中，該上DBR層或該下DBR層的低折射率層包含AlxGa1-xAs1-yPy，且0<x≦1，其中在室溫下AlxGa1-xAs1-yPy的晶格常數大於該GaAs基板的晶格常數；此外，該下DBR層或該上DBR層的高折射率層相對於該GaAs基板不產生拉伸應力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，該等低折射率層的AlxGa1-xAs1-yPy中磷的含量範圍約為0<y≦0.03；該等高折射率層的AlxGa1-xAs1-yPy中磷的含量範圍約為0<y≦0.015。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，該下DBR層為一N型DBR層時，該上DBR層至少包含一P型DBR層或至少包含一P型DBR與一N型DBR層；該下DBR的N型DBR層、該上DBR的P型DBR層或該上DBR的N型DBR層包含AlxGa1-xAs1-yPy。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，該下DBR層為一P型DBR層時，該上DBR 層至少包含一N型DBR層或至少包含一N型DBR層與一P型DBR層；該下DBR的P型DBR層、該上DBR的N型DBR層或該上DBR的P型DBR層包含AlxGa1-xAs1-yPy。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，該上DBR層或該下DBR層中的該些低折射率層分別包含AlxGa1-xAs1-yPy及/或該上DBR層或該下DBR層中的該些高折射率層分別包含AlxGa1-xAs1-yPy。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，包含有AlxGa1-xAs1-yPy的該些低折射率層中，其中，0.7≦x≦1。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，包含有AlxGa1-xAs1-yPy的該些高折射率層中，其中，0<x≦0.5。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，包含有AlxGa1-xAs1-yPy的該些低折射率層及/或包含有AlxGa1-xAs1-yPy的該些高折射率層分別包含一材料均勻區，其中該材料均勻區中各部份的磷含量大致相同。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，包含有AlxGa1-xAs1-yPy的該些低折射率層及/或包含有AlxGa1-xAs1-yPy的該些高折射率層分別包含一材料非均勻區。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，該材料非均勻區中更包含不同於AlxGa1-xAs1-yPy的一含鋁材料。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中不同於AlxGa1-xAs1-yPy的該含鋁材料為AlxGa1-xAs。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，該材料非均勻區內包含複數部分，該等部分的磷含量不相同。
  13. 如申請專利範圍第1、8或9項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，更包含一能隙漸變層，該能隙漸變層設置於為一對的一低折射率層及一高折射率層之間；該能隙漸變層的能隙會變化，其中該能隙漸變層靠近於該高折射率層的部分的能隙相對較小，而該能隙漸變層靠近於該低折射率層的部分的能隙相對較大。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，該能隙漸變層包含AlxGa1-xAs或AlxGa1-xAs1-yPy。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，該主動區包含複數主動層。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中，更包含一內間隔層，該內間隔層設置於兩主動層之間，該內間隔層包含AlxGa1-xAs1-yPy，且0<x≦1。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體，其中該內間隔層的AlxGa1-xAs1-yPy的晶格常數在室溫下大於該GaAs基板的晶格常數。
TW109124273A 2019-07-19 2020-07-17 包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體（VCSEL） TWI754326B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108125675 2019-07-19
TW108125675 2019-07-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202118176A TW202118176A (zh) 2021-05-01
TWI754326B true TWI754326B (zh) 2022-02-01

Family

ID=74170692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109124273A TWI754326B (zh) 2019-07-19 2020-07-17 包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體（VCSEL）

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11721954B2 (zh)
CN (1) CN112242642B (zh)
TW (1) TWI754326B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113872047A (zh) * 2021-08-26 2021-12-31 埃特曼(北京)半导体技术有限公司 激光器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310534A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Nec Corp 半導体積層構造および半導体光素子
US8451706B2 (en) * 2010-12-10 2013-05-28 Fuji Xerox Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser, vertical-cavity-surface-emitting-laser device, optical transmission apparatus, and information processing apparatus
CN109728502A (zh) * 2019-01-08 2019-05-07 扬州乾照光电有限公司 垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5635490A (en) * 1979-08-30 1981-04-08 Sharp Corp Semiconductor laser element
JPH0773139B2 (ja) * 1993-01-26 1995-08-02 日本電気株式会社 面発光半導体レーザ
JPH0766455A (ja) * 1993-08-24 1995-03-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体発光装置
US5513202A (en) * 1994-02-25 1996-04-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vertical-cavity surface-emitting semiconductor laser
US5719894A (en) * 1996-09-25 1998-02-17 Picolight Incorporated Extended wavelength strained layer lasers having nitrogen disposed therein
JP2000349393A (ja) * 1999-03-26 2000-12-15 Fuji Xerox Co Ltd 半導体デバイス、面発光型半導体レーザ、及び端面発光型半導体レーザ
CN1197173C (zh) * 2000-01-27 2005-04-13 詹世雄 高亮度发光二极管及其制作方法
US6674785B2 (en) * 2000-09-21 2004-01-06 Ricoh Company, Ltd. Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
JP4046466B2 (ja) * 2000-09-21 2008-02-13 株式会社リコー 半導体分布ブラッグ反射鏡、面発光型半導体レーザ並びにこれを用いた光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信システム
US6628694B2 (en) * 2001-04-23 2003-09-30 Agilent Technologies, Inc. Reliability-enhancing layers for vertical cavity surface emitting lasers
KR20050084435A (ko) * 2002-12-20 2005-08-26 노바룩스 인코포레이티드 반도체 디바이스를 위한 지지 구조의 제조방법
JP3868407B2 (ja) * 2003-07-25 2007-01-17 ローム株式会社 化合物半導体層の形成方法
DE502004011374D1 (de) * 2003-11-25 2010-08-19 Univ Marburg Philipps Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschichtenfolgen für optisch gepumpte Halbleitervorrichtungen
JP2005252111A (ja) * 2004-03-05 2005-09-15 Nec Corp 半導体装置
JP3876895B2 (ja) * 2004-06-04 2007-02-07 ソニー株式会社 面発光半導体レーザ
US7244630B2 (en) * 2005-04-05 2007-07-17 Philips Lumileds Lighting Company, Llc A1InGaP LED having reduced temperature dependence
US20070053396A1 (en) * 2005-08-24 2007-03-08 Nlight Photonics Corporation Semiconductor lasers utilizing AlGaAsP
US20070235839A1 (en) 2005-08-24 2007-10-11 Nlight Photonics Corporation Semiconductor devices utilizing AlGaAsP
US7693204B2 (en) 2006-02-03 2010-04-06 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
KR100922401B1 (ko) * 2006-02-03 2009-10-19 가부시키가이샤 리코 면 발광 레이저 소자 및 이를 포함한 면 발광 레이저어레이
TWI403050B (zh) * 2008-06-03 2013-07-21 Ricoh Co Ltd 垂直共振腔面射型雷射（ｖｃｓｅｌ），ｖｃｓｅｌ陣列裝置，光學掃描設備及影像形成設備
JP2010016352A (ja) * 2008-06-03 2010-01-21 Ricoh Co Ltd 面発光型半導体レーザー、面発光型レーザーアレイ素子、光走査装置及び画像形成装置
CN201490230U (zh) * 2009-07-30 2010-05-26 歌尔声学股份有限公司 发光二极管
JP5593700B2 (ja) 2010-01-08 2014-09-24 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
DE102010052727B4 (de) * 2010-11-26 2019-01-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips und derartiger Halbleiterchip
TWI643337B (zh) * 2017-10-17 2018-12-01 全新光電科技股份有限公司 具有能隙漸變的電洞阻隔層之異質接面雙極性電晶體結構
CN109994582B (zh) * 2018-01-02 2020-08-25 山东华光光电子股份有限公司 一种降低GaAs基外延片翘曲度的DBR结构
CN108736316B (zh) * 2018-06-08 2019-09-03 北京嘉圣光通科技有限公司 制作垂直腔面发射激光器的方法及垂直腔面发射激光器
CN110190512A (zh) * 2019-05-31 2019-08-30 度亘激光技术（苏州）有限公司 DBR的制备方法及GaAs基VCSEL

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310534A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Nec Corp 半導体積層構造および半導体光素子
US8451706B2 (en) * 2010-12-10 2013-05-28 Fuji Xerox Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser, vertical-cavity-surface-emitting-laser device, optical transmission apparatus, and information processing apparatus
CN109728502A (zh) * 2019-01-08 2019-05-07 扬州乾照光电有限公司 垂直腔面发射激光器外延结构及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202118176A (zh) 2021-05-01
US20210021104A1 (en) 2021-01-21
CN112242642B (zh) 2022-04-12
US11721954B2 (en) 2023-08-08
CN112242642A (zh) 2021-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8410523B2 (en) Misfit dislocation forming interfacial self-assembly for growth of highly-mismatched III-SB alloys
US7795609B2 (en) Densely stacked and strain-compensated quantum dot active regions
US5276698A (en) Semiconductor laser having an optical waveguide layer including an AlGaInP active layer
KR20140007970A (ko) 반도체 디바이스 및 그 제조 방법과 반도체 디바이스를 포함하는 장치
TWI236197B (en) Vertical cavity surface emitting laser including indium, antimony and nitrogen in the active region
US20070160100A1 (en) Misfit dislocation forming interfacial self-assembly for growth of highly-mismatched III-Sb alloys
US20220320830A1 (en) Surface-emitting laser
TWI754326B (zh) 包含具有壓縮應力AlGaAsP層的垂直共振腔表面放射雷射二極體（VCSEL）
US6858519B2 (en) Atomic hydrogen as a surfactant in production of highly strained InGaAs, InGaAsN, InGaAsNSb, and/or GaAsNSb quantum wells
WO2019052672A1 (en) SEMICONDUCTOR MULTILAYER STRUCTURE
TWI236199B (en) Indium free vertical cavity surface emitting laser
JP2007266401A (ja) 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
TWI237430B (en) Vertical cavity surface emitting laser including indium in the active region
TWI796487B (zh) 具有缺陷阻隔層的雷射二極體
JP5894548B2 (ja) 半導体多層膜反射鏡構造
JP2015018923A (ja) 光半導体素子、及びその製造装置
JP2015035540A (ja) 半導体光デバイス
JP6023611B2 (ja) 半導体多層膜反射鏡構造
JP5355768B2 (ja) 半導体積層構造の製造方法
JP2005252111A (ja) 半導体装置
US10389089B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2022553153A (ja) 複数の量子井戸を備えた半導体構造体の製造
JP2023157209A (ja) 窒化物半導体発光素子、及び窒化物半導体発光素子の製造方法
TW202330248A (zh) 層狀結構
TWM651661U (zh) 多接面的雷射二極體