[发明专利]高效率氧化型垂直共振腔面发射激光器及其制造方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

一般的垂直共振腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser：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(Distributed Bragg Reflector，DBR)3、活性层4、用于发射共振激光的电流窗口(current window)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(dry etching)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Al_xGa_1-xAs/Al_yGa_1-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(oxide aperture))、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Al_0.98Ga_0.02As层的Al发生反应以制作Al_xO_y层的工序，但是由Al_xGa_1-xAs/Al_yGa_1-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(aperture diameter)。

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。