[发明专利]氧化物限制的垂直腔面发射激光器中的水分控制

说明书

用于氧化物限制的VCSEL的制造顺序包括在暴露的水平表面上沉积保护性涂层，以防止在用于产生氧化物孔隙的侧向氧化工艺期间形成不希望的氧化物层。通过首先防止这些表面的氧化，消除了水分进入VCSEL的激活区的机会。例如，在开始用于形成VCSEL的氧化物孔隙的常规侧向氧化工艺之前，将暴露的含Al表面用介电材料的保护性涂层覆盖。在保护性涂层处于适当的位置的情况下，常规的制造工艺恢复，并且保护性涂层最终形成用于为最终的VCSEL器件提供电绝缘的钝化层的一部分。

技术领域

本发明涉及垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface-emitting laser，VCSEL)，并且更具体地，涉及一种用于最小化水分侵入到氧化物限制的VCSEL的台面结构中的技术。

发明背景

在利用氧化物孔隙(oxide aperture)来提供电流限制的VCSEL的制造中，通常通过氧化VCSEL的分布式布拉格反射器(DBR)部分的暴露的台面结构来产生孔隙。台面内的选定层被先验地形成，以呈现出相对于结构中的剩余层快速地氧化的更高浓度的材料。在基于GaAs的VCSEL器件中，Al_xGa_1-xAs的孔隙层可以被有目的地形成以呈现出(例如)0.9或更高的铝含量x，因为已知铝具有高的氧化速率。通常，侧向氧化从暴露的台面侧壁向内进行，并且因此导致产生模仿台面本身的拓扑结构的中央孔隙形状。氧化速率取决于诸如Al_xGa_1-xAs层的材料组成、层厚度、氧化温度及类似因素的因素。

不幸地，氧化工艺还导致其他暴露的含Al表面也被轻微地氧化。特别地，围绕VCSEL台面结构的沟槽被轻微地氧化，在沟槽的顶表面上形成AlGa氧化物(AGO)。结果，水分可以通过AGO层中的进入点传播并到达台面，降低了VCSEL的发射器的性能和/或可靠性。

解决水分侵入问题的一种方法包括在氧化工艺之后沉积多个钝化层，试图增加在AGO层内形成的所有“针孔”将被覆盖的可能性，防止任何外部水分传播通过。然而，在沉积最外面的钝化层之前存在的任何水分将仍然保持被截留，并且能够降低器件性能。另一种方法是基于利用具有疏水性质的专用钝化膜。

发明概述

本发明解决了与氧化物限制的VCSEL结构中的水分的存在相关联的问题，并且特别地涉及修改制造工艺以首先防止形成不希望的氧化物层，因此这消除了水分通过这些氧化物进入的机会。

根据本发明的原理，在开始用于形成VCSEL的氧化物孔隙的常规侧向氧化工艺之前，将暴露的含Al表面用介电材料的保护性涂层覆盖。保护性涂层通过不使含Al材料暴露并可用于氧化，首先消除了形成不希望的AGO层的可能性。在保护性涂层处于适当的位置的情况下，常规的制造工艺恢复，其中保护性涂层最终形成用于为最终的VCSEL器件提供电绝缘的钝化层的一部分。可以调节沉积的钝化层的厚度以适应保护性涂层的存在，但这不是必需的。

在一些优选的实施方案中，相同的介电材料可以被用于预氧化保护性涂层和最终的钝化层两者。例如，氮化硅可以被用于保护性涂层和钝化层两者。在其他情况下，可以使用不同的材料，只要保护性涂层包括保护下面的含Al表面层并且大体上消除不希望的AGO层的形成的介电材料。

本发明的示例性实施方案采用VCSEL的形式，该VCSEL包括基底，在该基底上设置第一分布式布拉格反射器和第二分布式布拉格反射器(DBR)，每个DBR包括具有交替的折射率值的层的堆叠，其中第二DBR形成为台面结构，该台面结构具有暴露层的堆叠的端部区域的外部边界。激活层(active layer)被定位在第一DBR和第二DBR之间，其中孔隙层被设置在第二DBR内，该孔隙层被形成为具有比层的堆叠中的剩余层更高的氧化元素浓度。VCSEL还包括介电材料的保护性涂层，该保护性涂层被沉积以覆盖第一DBR和第二DBR的暴露的水平表面部分。