具有腔内接触件的VCSEL制造技术

本发明专利技术涉及一种由具有腔内接触件的至少一个VCSEL（15）形成的激光器器件。VCSEL包括具有在第一DBR（4）与第二DBR（10）之间的有源区（6）、在第一DBR（4）与有源区（6）之间的第一导电类型的第一电流注入层（5）、以及在第二DBR（10）与有源区（6）之间的第二导电类型的第二电流注入层（8）的层结构（18）。第一和第二电流注入层（5,8）分别与第一和第二金属接触件（11,12）接触。第一和/或第二DBR（4,10）由交替的含氧化铝和含Al(x)Ga(1-x)As的层形成。该VCSEL的所提出的设计允许这样的激光器的增加的效率和较低的生产成本，因为顶部和底部DBR可以以大大减小的厚度形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种由具有腔内接触件的至少一个VCSEL（15）形成的激光器器件。VCSEL包括具有在第一DBR（4）与第二DBR（10）之间的有源区（6）、在第一DBR（4）与有源区（6）之间的第一导电类型的第一电流注入层（5）、以及在第二DBR（10）与有源区（6）之间的第二导电类型的第二电流注入层（8）的层结构（18）。第一和第二电流注入层（5,8）分别与第一和第二金属接触件（11,12）接触。第一和/或第二DBR（4,10）由交替的含氧化铝和含Al(x)Ga(1-x)As的层形成。该VCSEL的所提出的设计允许这样的激光器的增加的效率和较低的生产成本，因为顶部和底部DBR可以以大大减小的厚度形成。【专利说明】具有腔内接触件的VCSEL
本专利技术涉及由具有腔内接触件的至少一个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)形成的激光器器件，所述VCSEL包括具有在第一分布式布拉格反射器(DBR)与第二分布式布拉格反射器之间的有源区、在第一分布式布拉格反射器与有源区之间的第一导电类型的第一电流注入层、以及在第二分布式布拉格反射器与有源区之间的第二导电类型的第二电流注入层的层结构，所述第一和第二电流注入层分别与第一和第二金属接触件接触。
技术介绍
在商业上可用的现有技术VCSEL遭受过低的功率转换效率使得难以与高功率激光棒竞争。 尽管用于VCSEL阵列的生产成本相对低，但是每输出功率的部分成本处于与常规光源的紧张竞争中。 US 2011/0086452 A1提出一种具有腔内接触件的VCSEL以改善激光器的效率。腔内接触件的提供允许实现具有未掺杂层结构的顶部和底部DBR镜从而最小化这些镜中的自由载流子吸收和俘获有关吸收。吸收损失的这种降低增加激光器的效率。掺杂电流注入层布置在DBR与有源区之间并且通过适当布置的金属接触件接触。电流注入层的掺杂在激光器的光轴的方向上变化以形成较低掺杂区或无掺杂区之间的若干高度掺杂区。较高掺杂区布置在激光谐振器中振荡的激光福射的定驻(standing)电场的最小值中。这降低由电流注入层的掺杂所引起的光学吸收损失。顶部和底部DBR由交替的GaAs和AlGaAs层形成。可替换地，提出交替的GaAs和AlAs层。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有腔内接触件的VCSEL，其允许进一步改善的效率并且可以以低成本制造。 该目的利用根据权利要求1和10的激光器器件实现。该激光器器件的有利实施例是从属权利要求的主题或者在描述和优选实施例的随后部分中描述。 所提出的激光器器件由具有腔内接触件的至少一个VCSEL形成。VCSEL包括具有在第一 DBR和第二 DBR之间的有源区、在第一 DBR和有源区之间的第一导电类型的第一电流注入层、以及在第二 DBR和有源区之间的第二导电类型的第二电流注入层的层结构。第一和第二电流注入层分别与第一和第二金属接触件接触，以便允许电流通过两个电流注入层注入到有源区中。所提出的VCSEL的第一和/或第二 DBR由交替的含氧化铝和含A1 (x)Ga(l_x)As的层形成，其中0 < X < 0.3。 在可替换的实施例中，激光器器件由具有仅一个腔内接触件的至少一个垂直腔表面发射激光器形成。该垂直腔表面发射激光器包括具有在半导体衬底上的下部镜和上部镜之间的有源区，并且具有在上部镜和有源区之间的电流注入层的层结构。电流注入层与金属接触件接触。上部镜是在下文中也被称为第二 DBR的分布式布拉格反射器，其由交替的含氧化铝和含Al(X)Ga(l-X)As的层形成，其中Ο ( ι ( 0.3。下部镜(即布置成较靠近半导体衬底的镜)由导电半导体材料形成并且因而形成用于有源区的第二接触件。 形成VCSEL的激光腔的端镜的第一和/或第二 DBR的这种设计与腔内接触件结合允许吸收损失的进一步降低以及因而激光效率中的增加。由于(多个)DBR的含氧化铝和以上的含Al(X)Ga(l-X)As的层的折射率的高差异，已经可以利用数目小于10的层对实现具有例如99.9%的高反射率的镜，相比之下例如具有交替的GaAs和AlAs层的DBR要求数目为近似30的层对来实现这样的高反射。所提出的VCSEL的(多个)DBR因而可以以显著降低的厚度(其使材料安全)和生产成本来实现并且由于减小的厚度而展现出降低的光学损失。氧化铝层可以通过氧化交替的AlAs和GaAs层的层结构来形成。氧化过程可以在与电流孔层的氧化相同的步骤中执行，该电流孔层优选地也在一个电流注入层与有源区之间提供于所提出的VCSEL中。由于优选地由AlAs制成的电流孔层和用于DBR的层结构的AlAs层的不同厚度，可以实现DBR AlAs层的完全氧化同时电流孔层仅被氧化成实现期望的电流孔。代替AlAs层，也可以使用具有X ^ 0.98的Al(x)Ga(l-x)As层。电流孔的氧化速率也可以附加地通过在层中包括其它材料的部分以便降低氧化速率来调节。 用于所提出的VCSEL的层结构优选地外延生长在比如GaAs衬底的适当衬底上。外延生长的层序列随后通过适当掩蔽和蚀刻过程来结构化以便能够应用用于电流注入层的金属接触件并且允许通过氧化过程氧化以上层。技术人员从VCSEL制造领域得知适当的掩蔽、蚀刻和剥离过程。这同样适用于针对电流注入层的掺杂过程，特别是针对电流注入层的周期性变化的掺杂。这样的过程例如也从以上美国专利申请以及本文所引述的另外的文档得知。 由于在两个DBR根据以上设计形成的情形中的氧化物层的缘故，所提出的VCSEL可以在衬底上容易地串联连接。DBR中的氧化物层允许应用比没有这样的氧化物层的常规VCSEL更高的电压并且也可以串联连接以使得能够实现以230V的电位差(tens1n)的串联连接的VCSEL的操作。用于电流注入层的金属接触件优选地布置在每一个VCSEL的相对侧上使得邻近VCSEL的面对的接触件可以容易地彼此电气连接以形成串联连接。以上提及的相对侧不是DBR的侧面，而是关于VCSEL的光轴的横向侧。 在其中所提出的VCSEL并排布置的另一实施例中，特别地形成至少两个接触垫的金属化结构被应用在该VCSEL阵列的一侧上。接触件或焊接垫和到VCSEL的金属接触件的对应金属连接被实现为足够厚的结构以在没有任何支撑衬底的情况下提供该VCSEL阵列的机械稳定。其上生长各个VCSEL层结构的衬底因而可以在VCSEL的制造之后被剥离。在该实施例中，面对衬底的DBR被设计为出耦合镜，而相对的DBR被设计成提供最高反射率(底发射式VCSEL)。这样的VCSEL布置可以实现为SMD式封装(SMD:表面安装器件)，使得这些器件可以像现有技术的其它SMD部件一样被操纵和安装。这不要求任何另外的封装步骤，因为以上器件已经可以在晶片级上直接被尺寸调节和设计成期望的大小。衬底的移除具有另外的优势:这样的VCSEL阵列仅包括极其小量的禁用物质(砷化物)，因而满足有助于使环境安全和减少污染的要求。 所提出的VCSEL设计允许外延层厚度和外延设计中的复杂性相比于现有技术VCSEL的显著降低。DBR镜中的较低吸收损失导致激光器的增加的效率。用于所提出的VCSEL的外延设计良好地适合于利用MBE反应器(MBE:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由具有腔内接触件的至少一个垂直腔表面发射激光器（15）形成的激光器器件，所述垂直腔表面发射激光器（15）包括具有在第一分布式布拉格反射器（4）与第二分布式布拉格反射器（10）之间的有源区（6）、在第一分布式布拉格反射器（4）与有源区（6）之间的第一导电类型的第一电流注入层（5）、以及在第二分布式布拉格反射器（10）与有源区（6）之间的第二导电类型的第二电流注入层（8）的层结构，所述第一和第二电流注入层（5,8）分别与第一和第二金属接触件（11,12）接触，其中所述第一和/或第二分布式布拉格反射器（4,10）由交替的含氧化铝和含Al(x)Ga(1‑x)As的层形成，其中0 ≤ x ≤ 0.3。

【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格拉奇，A维吉，C维姆梅，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL