具有有源载流子限制的垂直腔表面发射激光器制造技术

本发明专利技术的目的是改善VCSEL内载流子的限制。作为本发明专利技术的一般概念，提出了将光电晶体管层结构集成到VCSEL的叠层中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。更特别地，本专利技术涉及具有用于电流限制(confinement)的装置的VCSEL。
技术介绍
对于所有的半导体激光器而言，非常有利的是尽可能地将载流子注入限制到对激光发射活动产生贡献的有源区域。在不与模式分布型(profile)重叠的空间位置处注入的载流子被损失掉。因此，载流子限制越好，则总体效率越高。用于将电流限制为靠近VCSEL的中心的一种已知的措施是在腔体中心具有较高电导率并且在其边缘处具有较低电导率的孔径层。孔径层可以通过高含铝层的横向氧化或者通过局部质子灌注(implantation)而实现。然而，针对这两种方法(氧化和灌注)的载流子注入不一定适于光学模式的横向强度分布型。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是改善载流子的限制。这个目的是通过权利要求1的主题来解决的。从属权利要求中限定了本专利技术的有利改进。作为本专利技术的一般概念，提出了将光电晶体管层结构集成到VCSEL的叠层中。如果激光器发射光，那么光电晶体管变得局部导通，从而将载流子注入横向限制到其中激光透射通过光电晶体管的感光层的区域。因此，光电晶体管提供了分布式有源电流限制。更特别地，依照本专利技术，一种垂直腔表面发射激光二极管(VCSEL)包括 -衬底，-衬底上的第一半导体层叠层，该第一叠层形成第一分布式布拉格反射器， -有源区，其包括设置在第一叠层上的一个或多个量子阱层， -设置在有源区上的第二半导体层叠层，其形成第二分布式布拉格反射器，以及 -第一和第二终端接触，其用于将电流注入有源区中。垂直腔表面发射激光二极管进一步包括形成分布式光电晶体管的层，所述分布式光电晶体管对垂直腔表面发射激光二极管产生的激光敏感。这些层包括至少一个基极层、 至少一个发射极层和至少一个集电极层。所述至少一个基极层设置在所述至少一个发射极层与所述至少一个集电极层之间，使得在垂直于衬底的方向上流动的电流流经发射极层、 集电极层和基极层，并且其中基极层设置在最靠近衬底的第一叠层的最低层与第二叠层的最顶层之间。发射极层和集电极层可以有利地至少部分地集成到VCSEL的叠层中。因此，依照本专利技术的一个改进，形成第一分布式布拉格反射器的第一叠层或者形成第二分布式布拉格反射器的第二叠层的层中的至少一个形成分布式光电晶体管的发射极层或集电极层。进一步有利的是，如果形成分布式光电晶体管的层(尤其是基极层)在光电晶体管的饱和状态下具有比垂直于所述层的方向上的电导率更低的横向电导率。这避免了光电晶体管中产生的光电流的大的横向散布。如果电流横向散布，那么基极层的点状(punctual) 照射导致更大面积的结变得导通，从而电流限制恶化。 理想地，一旦器件已经在发射激光，则仅仅将载流子注入到有源区域中。为了促进载流子的初始注入，有利的是除了第一和第二终端接触之外提供另外的接触。该接触此后称为“启动器电极”或者“启动器终端接触”。启动器终端接触接触有源区与所述至少一个基极层之间的层，使得光电晶体管的一个结通过将启动器终端接触连接到电源而至少部分地被桥接以便将载流子注入有源区中。当结被桥接时，即使电流由于光子的缺乏而被光电晶体管阻挡，也可以经由启动器终端接触将载流子注入有源区中。 一旦VCSEL正在发射激光，则可以将启动器终端接触从电源断开。可替换地，可以将启动器终端接触电连接到第一和第二终端接触之一。如果该终端接触横向偏移激光二极管的中心光轴，并且横向电导率与垂直方向的电导率相比更低，那么当利用激光照射基极-集电极结时，主要的电流在垂直方向上流动。另一种附加或可替换的可能性是通过启动器终端接触直接接触基极层。在这种情况下，可以通过将适当的电流施加到基极层而接通光电晶体管。分布式光电晶体管的层有利地可以是分布式布拉格反射器之一的层。因此，依照本专利技术的一个优选的改进，第一或第二叠层的至少一个层形成形成分布式光电晶体管的层的发射极层或集电极层。可以采用PNP型或NPN型光电晶体管二者。在PNP晶体管的情况下，形成分布式布拉格反射器的第一和第二叠层之一包括P掺杂层，并且形成分布式光电晶体管的层嵌入包括P掺杂层的叠层中或者邻近该叠层。同样地，如果光电晶体管为NPN型，那么形成分布式布拉格反射器的第一和第二叠层之一包括η掺杂层，并且形成分布式光电晶体管的层嵌入包括η掺杂层的叠层中或者邻近该叠层。通常，有利的是将光电晶体管的光敏结定位在沿着VCSEL的光轴的位置处，其中驻波图型(pattern)具有高的强度。在这个方面，优选地是将基极层定位在其中VCSEL内的激光的驻波图型具有其最大值的至少三分之二的位置处。就其中嵌入了基极层的对应分布式布拉格反射器的层配对而言，有利的是将基极层定位在距有源区的一定距离处，其中该距离具有布拉格反射器的一些镜配对。布拉格反射器的镜配对从而由不同折射率的两个层构成。优选地，该距离介于二至十五个层配对之间。类似地，基极层有利地可以具有VCSEL发射的激光的四分之一波长的光学厚度， 并且可以嵌入到形成分布式布拉格反射器的第一或第二叠层中。通过这种方式，基极层作为对应分布式布拉格反射器的反射层而变得有效。依照本专利技术的一个可替换的实施例，基极层小于四分之一波长的光学厚度。优选地，在该实施例中，基极层具有小于激光波长八分之一的光学厚度。如果在该实施例中基极层位于形成分布式布拉格反射器的叠层之一内，那么邻近层之一的厚度有利地可以适于基极层厚度，使得对应叠层的界面处反射的部分波的相位关系对于激光模式的反射保持正确。当然，如果基极层以及形成分布式布拉格反射器的叠层的邻近层之一的厚度总计为大约四分之一波长的光学厚度，那么这是容易实现的。更薄的基极层可以有利于减少分布式光电晶体管中的吸收。如果光电晶体管的增益非常高，那么晶体管可能甚至在其中光强度为低的区域中也变得局部地饱和。因此，有利的是选择低至适度的增益或者避免非常高的增益。优选地， 光电晶体管被设计成具有小于500的增益。另一方面，有利的是设计光电晶体管并且将其位置设置成使得光电晶体管在沿着基极层围绕最大光强度的区域内确实变得局部地饱和。适当地，该区域不应当沿着腔体的整个横向尺寸散布。例如，光电晶体管可以被设计成使得它在至多由横向光强度分布的 FffHM限定的尺寸的区域内变得饱和。如果光电晶体管局部地饱和，那么通过激光二极管的电流不严格地与光强度成比例。因此，驱动电流可能不是监视激光输出的可靠参数。然而，如果基极层设有终端接触， 那么基极-集电极结中产生的光电流可以利用连接到基极层和所述至少一个集电极层的监视电路进行测量。对于该电路到集电极层的连接而言，可以使用用于注入电流的第一或第二终端接触，这取决于这些接触中的哪一个处于集电极层的相对于基极层的相同侧。该配置也具有以下优点可以通过这些接触注入小电流以便开关光电晶体管并且从而允许通过第一和第二终端接触注入载流子以便启动激光发射操作。除了效率提高的效果之外，本专利技术具有以下另外的益处分布式光电晶体管通常也改善光束质量。这归因于以下事实光电晶体管将正反馈提供给横向强度分布，使得具有较高强度的模式被进一步增强。同样地，经常用于载流子限制的电流孔径通常具有导致光学模式的横向引导的横向折射率变化。这进而增大多模激光发射的倾向。由于依照本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PH格拉克，
申请(专利权)人：PH格拉克，
类型：发明
国别省市：