高效率氧化型垂直共振腔面发射激光器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)及其制造方法，更详细而言，涉及一种发射峰值波长为860nm的激光的高效率氧化型垂直共振腔面发射激光器及其制造方法。本发明专利技术的氧化型垂直共振腔面发射激光器的特征在于，上部电极和上部分布式布拉格反射器之间具有导电性电流扩散层，所述导电性电流扩散层使具有860±10nm的峰值波长的激光透射。

High efficiency vertical resonant cavity surface emitting laser and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
高效率氧化型垂直共振腔面发射激光器及其制造方法
本专利技术涉及一种垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)及其制造方法，更详细而言，涉及一种发射峰值波长为860nm的激光的高效率氧化型垂直共振腔面发射激光器及其制造方法。
技术介绍
一般的垂直共振腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser：VCSEL)与现有的平行于基板的边发射激光器相比效率低，但是由于沿垂直于基板的方向发射激光，在现有的发光二极管领域中也可以使用，因此具有高市场性。如图1所示，这种垂直共振腔面发射激光器10具有下部电极1、基板2、下部分布式布拉格反射器(DistributedBraggReflector，DBR)3、活性层4、用于发射共振激光的电流窗口(currentwindow)5、以环绕所述电流窗口周围的方式形成的氧化层6、形成于所述电流窗口5和氧化层6两者的上部表面的上部分布式布拉格反射器7以及上部电极8层叠的柱状结构。周围形成沟槽(trench)9，从上部发射激光。通常而言，沟槽9为圆形的沟槽，通过干式蚀刻(dryetching)技术形成。氧化层6是电流窗口5的周围部分被通过沟槽9注入的氧化剂氧化而形成，而未被氧化的剩下的中心部分形成电流窗口5，通过调整氧化时间来调节电流窗口的直径。并且，就上部DBR和下部DBR而言，通过外延(epitaxial)工序应用于活性层的上部和下部。发射800～1000nm的光的VCSEL中，通常使用由AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs(0.8<x<1，0<y<0.2)组成的层叠结构的DBR。因此，在制造过程中，为了共振激光特性，电流窗口(氧化孔(oxideaperture))、上部DBR和下部DBR是必需的，但是问题在于，由于这两处所使用的物质为同种物质，在形成电流窗口的氧化过程中上部p-DBR的最上部与电流窗口一同被氧化(oxdiation)，因此产生不良的概率高。氧化工序为注入H2O蒸气而通过高温的水蒸气使用作电流窗口的Al0.98Ga0.02As层的Al发生反应以制作AlxOy层的工序，但是由AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs组成的上部DBR和下部DBR含有Al，因此一部分会一同被氧化。图2的(a)示出氧化过程中发生的DBR破损形态的SEM图像，将p-金属(p-metal)应用于DBR破损的样品时，之后会发生电极剥离(peeling)或电流的不均匀注入(效率降低)等现象。图2的(b)示出电流窗口的形状，黑带形状为沟槽(凹陷)区域，中间区域为发射光的柱区域，更亮的部分为被氧化的部分。正中央的暗的圆形部分为直接发射光的光发射区域，在VCSEL中也可以标记为孔径(aperturediameter)。就现有的VCSEL而言，由于共振的特性，施加高电流时元件上产生很多热，由此经常发生因施加高电流而导致的元件破损，因此注入可防止元件破损的低电流。因此，无法期待在电极注入的电流的扩散效果。结果，由沿着上部DBR的边缘设置的上部电极发射的电流无法充分扩散，并且无法均匀地通过中心部分的电流窗口，从而效率降低。KR10-2018-0015630公开(WO2016/198282号)公开了具有850nm的峰值波长的氧化型VCSEL，并公开了在上部DBR的内部以多种形式形成多个氧化层以改善该氧化型VCSEL的方法。就该方法而言，在制造过程中主要会导致上部DBR的反射率的不均匀性，并且会引起用于生成多个电流窗口的氧化再处理等工序方面的复杂的问题。另外，使上部电极发射的电流均匀地通过中心部分的电流窗口的方案有如下方案：在上部DBR整体上形成透明的ITO层，以使环状电极发射的电流通过ITO均匀地供应到中心部分，但是在这种情况下，需要高价的透明电极，并且难以避免ITO形成过程中收率极具降低的问题。
技术实现思路
要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题为提供一种在氧化型垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)的制造过程中能够防止上部DBR的损伤的方法。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种通过诱导由垂直共振腔面发射激光器的上部电极到活性区域的光发射区域的稳定的电流流动和扩散而制造氧化型垂直共振腔面发射激光器的方法。本专利技术要解决的另一个技术问题为在氧化型垂直共振腔面发射激光器的氧化过程中防止上部DBR的损伤，并且诱导由上部电极到光发射区域的稳定的电流流动和扩散，同时提供针对氧化型垂直共振腔面发射激光器发射的光源而言透明的高导电性阻挡层。本专利技术要解决的另一个技术问题为在氧化型垂直共振腔面发射激光器中覆盖上部DBR以在氧化过程中防止上部DBR的损伤，并且诱导由上部电极到光发射区域的稳定的电流流动和扩散，同时在针对氧化型垂直共振腔面发射激光器发射的光源而言透明的高导电性阻挡层中，提供显著提高垂直共振腔面发射激光器的效率的厚度。技术方案为了解决上述问题，本专利技术提供一种氧化型垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)，其特征在于，上部电极和上部分布式布拉格反射器之间具有导电性电流扩散层，所述导电性电流扩散层使具有860±10nm的峰值波长(以下称为“860nm的峰值波长”)的激光透射。本专利技术中，激光可以理解为具有半峰全宽(FHWM)小于5nm的波长。本专利技术中，所述电流扩散层优选为非氧化性阻挡(barrier)层，以在垂直共振腔面发射激光器的氧化过程中覆盖上部DBR层，从而防止氧化过程中的损伤。本专利技术的实施例中，所述电流扩散层可以为不包含铝(Al)成分的无铝(Alfree)层，以防止由水蒸气引起的氧化，更优选可以为针对具有860nm的峰值波长的激光具备相对高透明性的导电性GaP层，以在层叠时提高氧化型垂直共振腔面发射激光器的效率。本专利技术中，为了改善导电性，所述GaP层可以包含金属或非金属掺杂物。所述金属掺杂物例如可以为镁(Mg)、锌(Zn)，所述非金属掺杂物可以为碳(C)。本专利技术中，所述电流扩散层优选具有1μm以上的厚度，以使供应到活性层的电流能够充分扩散。如果所述厚度薄，则电流的扩散不充分，因此电流扩散层的导入所带来的氧化型VCSEL的效率提高微弱。本专利技术中，所述电流扩散层的厚度优选增加到由于饱和而没有厚度的增加所带来的效率提高效果的厚度(饱和厚度)为止。本专利技术的实施例中，具有直径为10μm的电流窗口(currentwindow)时，饱和厚度可以为3μm。本专利技术中，所述氧化型垂直共振腔面发射激光器可以包含下部电极、基板、上部分布式布拉格反射器(DistributedBraggReflector)、活性层、上部分布式布拉格反射器、上部电极及氧化层。本专利技术中，所述垂直共振腔面发射激光器的活性层为能够发射具有850±10nm的峰值波长(以下称为850nm的峰值波长)的光的活性层。本专利技术的一个实施例中，所述活性层可以包含GaAs量子阱和AlGaAs量子阻挡层。本专利技术中，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上下反射活性层发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化型垂直共振腔面发射激光器，其特征在于，上部电极和上部分布式布拉格反射器之间具有导电性电流扩散层，所述导电性电流扩散层使具有860±10nm的峰值波长的激光透射。/n

【技术特征摘要】
20180820 KR 10-2018-00967301.一种氧化型垂直共振腔面发射激光器，其特征在于，上部电极和上部分布式布拉格反射器之间具有导电性电流扩散层，所述导电性电流扩散层使具有860±10nm的峰值波长的激光透射。


2.根据权利要求1所述的氧化型垂直共振腔面发射激光器，其特征在于，所述导电性电流扩散层为非氧化性阻挡层。


3.根据权利要求2所述的氧化型垂直共振腔面发射激光器，其特征在于，所述非氧化性阻挡层为无铝层。


4.根据权利要求1所述的氧化型垂直共振腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层为GaP层。


5.根据权利要求1所述的氧化型垂直共振腔面发射激光器，其特征在于，所述GaP层包含金属和/或非金属掺杂物。


6.根据权利要求5所述的氧化型垂直共振腔面发射激光器，其特征在于，所述掺杂物为选自镁、锌、碳中的一种以上。


7.根据权利要求5所述的氧化型垂直共振腔面发射激光器，其特征在于，所述GaP层具有1μm以上的厚度。

【专利技术属性】
技术研发人员：李亨株，
申请(专利权)人：光电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR