电激发光子晶体面射型雷射元件制造技术

一种电激发光子晶体面射型雷射元件，包含：一电流局限结构，位在光子晶体结构及主动层上，并具有一孔径；一透明导电层，位在电流局限结构上，并覆盖光子晶体结构；一正电极金属，位在透明导电层上，并具有一金属孔；本发明专利技术直接从磊晶结构最上方往内部蚀刻来制作光子晶体，无需晶圆熔合或磊晶再成长的复杂技术，不仅可以使雷射光穿透，还同时具有导电性，进而得以电激发量子结构，再借由光子晶体结构，使光能从磊晶结构的正面出光，且具有远场发散角小等优异特性。

Electrically excited photonic crystal surface emitting laser element

The invention relates to an electrically excited photonic crystal surface emitting laser element, which comprises: a current limited structure, which is located on the photonic crystal structure and the active layer, and has an aperture; a transparent conductive layer, which is located on the current limited structure, and covers the photonic crystal structure; a positive electrode metal, which is located on the transparent conductive layer, and has a metal aperture; the invention directly from the top of the epitaxial structure to the inside Etching to produce photonic crystals, without the complex technology of wafer fusion or epitaxial growth, can not only make the laser light penetrate, but also have the conductivity, and then can electrically excite the quantum structure, and then by the photonic crystal structure, the light can come out from the front of the epitaxial structure, and has the excellent characteristics of small far-field divergence angle.

【技术实现步骤摘要】
电激发光子晶体面射型雷射元件
本专利技术是有关一种电激发光子晶体面射型雷射元件，其正电极金属、透明导电层、电流局限结构的相互配合，进而电激发量子结构，再借由光子晶体结构，使光能从磊晶结构的正面出光。
技术介绍
光子晶体(Photoniccrystal，PC)为一种人造晶体，或称作超颖材料(Metamaterials)，这种晶体的折射率在空间上具有周期性分布，其特性与固态晶体相似。将周期性位势及边界条件引入薛丁格方程式，借由解特征问题可以得到固态晶体的色散关系(Dispersionrelation)，或称作能带结构(BandStructure)。同样道理，将周期性折射率分布及边界条件引入马克士威(Maxwell)方程式，解特征问题可以得到光子晶体的能带结构。电磁波在光子晶体中的传播行为类似于固态晶体中的电子，特定频率的电磁波无法在光子晶体中存在时，即类似于固态晶体中的能隙(Bandgap)，称为光子晶体的禁制带(Forbiddenband)。光子晶体可以控制光的传播行为，其应用范围十分广泛，例如光子晶体雷射、光子晶体光纤等相关应用。承上，光子晶体雷射主要分为两种，缺陷型雷射(Defectlasers)与能带边缘型雷射(Band-edgelasers)。缺陷型雷射的操作频率在光子晶体的禁制带中，在光子晶体结构中移除一个或数个晶格点作为缺陷，使电磁波局限在缺陷中进而形成雷射共振腔，这种雷射的优点为有极高的品质因子(Qualityfactor)、较低的阈值条件等。而能带边缘型雷射利用能带边缘能态的群速度趋近于零来实现慢光(Slowlight)效应，使光子在光子晶体中的生命周期(Lifetime)变长，得以增强光子与增益介质之间的交互作用。由于这种雷射将操作频率设计在能带边缘的平坦能态上，而不是禁制带中的能态，故共振区域不再局限在极小的体积内，得以拓展到整个光子晶体区域，实现大面积同调共振。另一方面，由于光子晶体特殊的绕射现象，光不只在光子晶体平面上耦合，亦会绕射出光子晶体平面，所以可以达到面射出光(Surfaceemission)的效果。这种雷射的优点有面射出光、大面积出光、较小的发散角、高功率输出与容易制作二维雷射阵列等优异特性。次者，光子晶体雷射依激发来源可以分为光激发与电激发雷射，光激发雷射将高功率雷射源导入组件产生大量电子-电洞对(Electron-holepair)来达到雷射现象；电激发雷射则利用外加电源供给电子与电洞，实际应用上以电激发式为主，然而光子晶体的孔洞结构使得电流注入变得困难，需要考虑载子的传输路径与分布问题，所以比光激发雷射难实现。由文献回顾可得知电激发雷射的制程方式可大致分为两种：晶圆熔合(Waferfusion)与磊晶再成长(Regrowth)。前者首次由京都大学Noda等人于1999年利用晶圆熔合技术，在高温高压下将两片晶圆接合，成功展示InGaP/InP多重量子井雷射在室温下的操作，该雷射在电流脉冲波操作下的最大输出功率超过20mW，远场发散角小于1.8度；后者是由Noda等人于2014年发表，利用磊晶再成长的技术成功制作出瓦级(Watt-class)的InGaAs/AlGaAs多重量子井雷射，在室温下的电流连续波操作，最大输出功率可以高达1.5W，发散角小于3度。但查，由于目前有关制作电激发光子晶体雷射的相关研究以晶圆熔合与磊晶再成长为主，然而这两种制造方法需要较复杂的技术。是以，本专利技术人有鉴于上揭问题点，构思一种电激发光子晶体面射型雷射元件，而希望以更简单的方式完成，为本专利技术所欲解决的课题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种电激发光子晶体面射型雷射元件，其直接从磊晶结构最上方往内部蚀刻来制作光子晶体，并以氧化铟锡作为电极结构，成功避免先前技术晶圆熔合与磊晶再成长的制程方法，不仅可以使雷射光穿透，还同时具有导电性，所以非常适合于面射型雷射。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电激发光子晶体面射型雷射元件，包括：一基板，其具备一第一表面及相反侧的第二表面；一下披覆层，位在该基板的第一表面上；一主动层，位在该下披覆层上，并具有一量子结构；一上披覆层，位在该主动层上；一接触层，位在该上披覆层上，并以该上披覆层及该接触层呈高台型且设有数个空气孔洞，形成一光子晶体结构，且该光子晶体结构的上表面设定一第一预定区域；一电流局限结构，位在该光子晶体结构及该主动层上，并具有一孔径，且该孔径对应该光子晶体结构的第一预定区域，使电流流向局限在该光子晶体结构的第一预定区域；一透明导电层，位在该电流局限结构上，并覆盖该光子晶体结构的第一预定区域上，且该透明导电层的上表面设定一第二预定区域，该第二预定区域的位置与该光子晶体结构的第一预定区域的位置呈现上下对应关系；一正电极金属，位在该透明导电层上，并具有一金属孔，且该金属孔对应该透明导电层的第二预定区域，使该金属孔不遮蔽该光子晶体结构的第一预定区域；以及一背电极金属，位在该基板的第二表面上；借此，该正电极金属、该透明导电层、该电流局限结构及该背电极金属相互配合，进而电激发该量子结构，再借由该光子晶体结构可面射出雷射于该光子晶体结构的第一预定区域、该电流局限结构的孔径、该透明导电层的第二预定区域至该正电极金属的金属孔外。在一较佳实施例中，该上披覆层的厚度范围为10～500nm。在一较佳实施例中，该空气孔洞排列成二维数组。在一较佳实施例中，该电流局限结构的材料包括选自氮化硅、氧化硅、聚酰亚胺其中任一所构成。在一较佳实施例中，该透明导电层的材料包括选自氧化铟锡、氧化锑锡、氟掺杂氧化锡、氧化铝锌、氧化镓锌、氧化铟锌、氧化锌其中任一所构成。在一较佳实施例中，该量子结构包括至少一量子点层。在一较佳实施例中，该量子点层的材料包括选自砷化铟、氮化镓、砷化铟镓、氮化铟镓、磷化铟镓、砷化铝镓铟、磷化铝镓铟、砷磷化镓铟其中任一所构成。在一较佳实施例中，该量子结构包括至少一量子井层。在一较佳实施例中，该量子井层的材料包括选自砷化铟、氮化镓、砷化铟镓、氮化铟镓、磷化铟镓、砷化铝镓铟、磷化铝镓铟、砷磷化镓铟其中任一所构成。在一较佳实施例中，该基板与该下披覆层之间包括设有一缓冲层。在一较佳实施例中，该缓冲层与该下披覆层之间包括设有一第一渐变层。在一较佳实施例中，该下披覆层与该主动层之间包括设有一第一分开局限层异质；该主动层与该上披覆层之间包括设有一第二分开局限层异质。在一较佳实施例中，该上披覆层与该接触层之间包括设有一第二渐变层。借助上揭技术手段，其以氧化铟锡作为该透明导电层，并搭配该电流局限结构控制电流分布与减缓该光子晶体结构的边界损耗，成功展示室温操作的电激发光。本专利技术的有益效果是，其直接从磊晶结构最上方往内部蚀刻来制作光子晶体，并以氧化铟锡作为电极结构，成功避免先前技术晶圆熔合与磊晶再成长的制程方法，不仅可以使雷射光穿透，还同时具有导电性，所以非常适合于面射型雷射。附图说明下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电激发光子晶体面射型雷射元件，其特征在于，包括：/n一基板，其具备一第一表面及相反侧的第二表面；/n一下披覆层，位在该基板的第一表面上；/n一主动层，位在该下披覆层上，并具有一量子结构；/n一上披覆层，位在该主动层上；/n一接触层，位在该上披覆层上，并以该上披覆层及该接触层呈高台型且设有数个空气孔洞，形成一光子晶体结构，且该光子晶体结构的上表面设定一第一预定区域；/n一电流局限结构，位在该光子晶体结构及该主动层上，并具有一孔径，且该孔径对应该光子晶体结构的第一预定区域，使电流流向局限在该光子晶体结构的第一预定区域；/n一透明导电层，位在该电流局限结构上，并覆盖该光子晶体结构的第一预定区域上，且该透明导电层的上表面设定一第二预定区域，该第二预定区域的位置与该光子晶体结构的第一预定区域的位置呈现上下对应关系；/n一正电极金属，位在该透明导电层上，并具有一金属孔，且该金属孔对应该透明导电层的第二预定区域，使该金属孔不遮蔽该光子晶体结构的第一预定区域；以及/n一背电极金属，位在该基板的第二表面上；借此，该正电极金属、该透明导电层、该电流局限结构及该背电极金属相互配合，进而电激发该量子结构，再借由该光子晶体结构可面射出雷射于该光子晶体结构的第一预定区域、该电流局限结构的孔径、该透明导电层的第二预定区域至该正电极金属的金属孔外。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电激发光子晶体面射型雷射元件，其特征在于，包括：
一基板，其具备一第一表面及相反侧的第二表面；
一下披覆层，位在该基板的第一表面上；
一主动层，位在该下披覆层上，并具有一量子结构；
一上披覆层，位在该主动层上；
一接触层，位在该上披覆层上，并以该上披覆层及该接触层呈高台型且设有数个空气孔洞，形成一光子晶体结构，且该光子晶体结构的上表面设定一第一预定区域；
一电流局限结构，位在该光子晶体结构及该主动层上，并具有一孔径，且该孔径对应该光子晶体结构的第一预定区域，使电流流向局限在该光子晶体结构的第一预定区域；
一透明导电层，位在该电流局限结构上，并覆盖该光子晶体结构的第一预定区域上，且该透明导电层的上表面设定一第二预定区域，该第二预定区域的位置与该光子晶体结构的第一预定区域的位置呈现上下对应关系；
一正电极金属，位在该透明导电层上，并具有一金属孔，且该金属孔对应该透明导电层的第二预定区域，使该金属孔不遮蔽该光子晶体结构的第一预定区域；以及
一背电极金属，位在该基板的第二表面上；借此，该正电极金属、该透明导电层、该电流局限结构及该背电极金属相互配合，进而电激发该量子结构，再借由该光子晶体结构可面射出雷射于该光子晶体结构的第一预定区域、该电流局限结构的孔径、该透明导电层的第二预定区域至该正电极金属的金属孔外。


2.根据权利要求1所述的电激发光子晶体面射型雷射元件，其特征在于，所述上披覆层的厚度范围为10～500nm。


3.根据权利要求1所述的电激发光子晶体面射型雷射元件，其特征在于，所述空气孔洞可排列成二维数组。


4.根据权利要求1所述的电激发光子晶体面射型雷射元件，其特征在于，所述电流局限结构的材料可...

【专利技术属性】
技术研发人员：林国瑞，徐铭扬，陈俞谌，
申请(专利权)人：智林企业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;TW