包括电流扩散层的氧化型VCSEL及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其制造方法，更详细地涉及一种发射峰值波长为860nm的激光的高效氧化型垂直腔面发射激光器及其制造方法。根据本发明专利技术的氧化型垂直腔面发射激光器的特征在于，在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间包括至少一部分具有高掺杂区域的电流扩散层。

【技术实现步骤摘要】
包括电流扩散层的氧化型VCSEL及其制造方法
本专利技术涉及一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其制造方法，更详细地，涉及一种发射峰值波长为860nm的激光的高效氧化型垂直腔面发射激光器及其制造方法。
技术介绍
一般的垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser:VCSEL)虽然比传统的侧面发射激光器效率低下，但是由于是在垂直方向上发射，因此可以在传统的发光二极管领域中应用，从而具有很高的市场性。如图1所示，这种VCSEL10具有层叠下部电极1、基板2、下部分布式布拉格反射器(DistributedBraggReflector，DBR)3、活性层4、发射共振激光的电流窗(currentwindow)5、环绕所述电流窗周边形成的氧化层6、形成在所述电流窗5和氧化层6的上表面的上部分布式布拉格反射器7以及上部电极8等的柱状结构。发光柱周边形成沟槽9，激光向上部发射。通常，沟槽9为圆形沟槽，通过干式蚀刻(dryetching)技术形成。氧化层6通过电流窗5的周边部被通过沟槽9注入的氧化剂氧化而形成，并且通过调整氧化时间来调整没有被氧化而剩余的电流窗5的直径。另外，上部DBR和下部DBR通过外延(epitaxial)工艺形成在活性层的上部和下部。发射800～1000nm的光的VCSEL一般使用由AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs，0.8<x<1，0<y<0.2构成的层叠结构的DBR。因此，在制造过程中，为了共振激光的特性，电流窗(currentwindow(oxideaperture))和上部DBR和下部DBR是必不可少的。问题在于，由于这两个位置中使用的物质是同种物质，因此在用于形成电流窗(currentwindow)的氧化过程中，上部p-DBR的最上部与电流窗一起被氧化(oxidation)而产生不良品的几率高。氧化(Oxidation)工艺是注入H2O蒸气并通过与高温水蒸气反应将用作电流窗(currentwindow)的Al0.98Ga0.02As层的Al转换为AlxOy的工艺，但是由于由AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs构成的上部DBR和下部DBR含有Al，从而它们的一定部分一起被氧化，造成DBR损伤。图2a示出了在氧化(oxidation)进行时发生的DBR破损形态的SEM图像，p-metal应用于这种破损的DBR时，以后会发生电极剥落(peeling)或者电流不均匀注入(效率降低)等。图2b示出了电流窗(currentwindow)形态，黑色带状形态是沟槽(trench(凹陷))区域，中间区域是发射光的柱状区域，相对较亮的部分是被氧化(oxidation)的部分。正中央暗淡的圆形部分是直接发射光的光发射区域，在VCSEL中标记为孔径(aperturediameter)。传统的VCSEL因共振特性而施加高电流时元器件中会产生很多热量，因此，因施加高电流而经常发生元器件破损的情况，因此注入低电流。这意味着不能过高期待对电极中注入的电流的电流扩大效果。因此，沿上部DBR周围布置的上部电极中发射的电流不能均匀地通过中心部的电流窗，从而存在效率低下的问题。韩国公开专利KR10-2018-0015630(WO2016/198282号)中公开了一种具有850nm的峰值波长的氧化型VCSEL，并且公开了为了改善该VCSEL而在上部DBR的内部以各种方式形成多个氧化层的方法。这种制造过程首先会导致上部DBR的反射率不均匀，另外还引起为了形成多个电流窗(currentwindow)而进行氧化(oxidation)再处理等工艺上的复杂问题。一方面，作为使上部电极中发射的电流能够均匀地通过中心部的电流窗的方案，存在这样的方案，即，在整个上部DBR中形成透明的ITO层，使得从环形电极中发射的电流通过ITO均匀地供给到中心部，但是这种情况下，需要昂贵的透明电极，这样就难以防止ITO形成过程中收率的急剧下降。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术中要解决的技术问题是提供一种能够引导电流从VCSEL的上部电极向光发射的区域稳定地流动和扩散的高效氧化型VCSEL。本专利技术中要解决的另一技术问题是提供一种能够引导电流从VCSEL的上部电极向光发射的区域稳定地流动和扩散的高效氧化型VCSEL的制造方法。(二)技术方案术语本专利技术中，术语“高掺杂区域”是指通过在电流扩散层生长后进行的掺杂在电流扩散层中掺杂浓度增加的区域。本专利技术中，术语“掺杂浓度增加的区域”不仅包括通过掺杂而掺杂浓度增加的区域，而且还包括通过掺杂后的扩散使掺杂浓度增加的区域。本专利技术中，术语“中心部”是指氧化型VCSEL的电流窗的上部区域。本专利技术中，术语“周边部”是指中心部以外的周边区域。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种氧化型垂直腔面发射激光器即氧化型VCSEL，在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间包括至少一部分具有高掺杂区域的电流扩散层。在本专利技术中，所述电流扩散层是带隙相对较高的导电层，该导电层扩散电流的流动，以使从上部电极发射的电流能够经由下部分布式布拉格反射器扩散并供给到活性层。在本专利技术中，所述电流扩散层是通过诸如MOCVD的方式外延生长以具有预定厚度的层，并且为了能够防止VCSEL的工作电压上升而可以具有比活性层、上下DBR和/或基板高的导电性，优选地具有2倍以上的导电性，更优选地具有3倍以上的导电性，再进一步优选地具有4倍以上的导电性，最优选地具有5倍以上的传导性。在本专利技术中，为了具有导电性，所述电流扩散层可以为使用诸如Al、C、Mg的物质进行掺杂并生长的层，例如，可以使用诸如AlGaAs、GaP的物质。所述电流扩散层的掺杂浓度可以在相同的生长高度中可以相同，可以根据高度的不同而不同。优选地，在靠近上部电极的部分，即上表面中掺杂浓度可以更高。在本专利技术的实施中，考虑到供给到VCSEL的电流和发射的激光的强度和波长，所述电流扩散层可以形成适当的厚度，厚度优选为2μm以上，更优选为3μm以上，再进一步优选为4μm以上。在本专利技术的实施中，生长的所述电流扩散层可以具有6.0×1018atom/cm3至8.5×1018atom/cm3的掺杂浓度。在本专利技术中，所述高掺杂区域可以通过在电流扩散层生长后进行的掺杂增加0.5×1018atom/cm3以上，例如1.0×1018atom/cm3以上、1.5×1018atom/cm3以上、2.0×1018atom/cm3以上、2.5×1018atom/cm3以上。在本专利技术中，在所述电流扩散层生长后进行的掺杂可以为从表面注入掺杂物的表面掺杂，优选为从表面注入金属原子作为掺杂物的表面掺杂。在本专利技术中，所述金属原子可以为碱金属、碱土金属或者过渡金属，例如，可以从Li、Na、K、Rb、Cs等碱金属、Be、Mg、Ca、Sr、Ba等碱土金属、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间包括至少一部分具有高掺杂区域的电流扩散层。/n

【技术特征摘要】
20181224 KR 10-2018-01681381.一种氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，在上部电极与下部分布式布拉格反射器之间包括至少一部分具有高掺杂区域的电流扩散层。


2.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层是外延生长的透明导电层。


3.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层由AlGaAs或GaP构成。


4.根据权利要求2所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，外延生长的所述电流扩散层具有6.0×1018atom/cm3至8.5×1018atom/cm3的掺杂浓度。


5.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述高掺杂区域通过电流扩散层生长后进行的掺杂而增加1.0×1019atom/cm3以上。


6.根据权利要求5所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述掺杂是表面掺杂。


7.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述高掺杂区域是通过从由Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Pt、Au组成的组中选择一种以上而掺杂的。


8.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层的中心部具有高掺杂区域。


9.根据权利要求1所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述电流扩散层的中心部和与中心部相接的周边部的一部分具有高掺杂区域。


10.根据权利要求8所述的氧化型垂直腔面发射激光器，其特征在于，从表面到比电流扩散层的厚度小的预定的深度处形成所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亨株，
申请(专利权)人：光电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR