具有隧道结的垂直腔面发射激光器制造技术

VCSEL可以包括n型衬底层和在n型衬底层表面上的n型底镜。VCSEL可以包括在n型底镜上的有源区和在有源区上的p型层。VCSEL可以包括有源区上的氧化层，以提供VCSEL的光学和电学限制。VCSEL可以包括在p型层上的隧道结，以反转n型顶镜的载体类型。氧化层在p型层上或p型层中，隧道结在氧化层上，或者隧道结在p型层上，氧化层在隧道结上。VCSEL可以包括隧道结上的n型顶镜、n型顶镜上的顶部接触层和顶部接触层上的顶部金属。上的顶部金属。上的顶部金属。

【技术实现步骤摘要】
具有隧道结的垂直腔面发射激光器


[0001]本公开一般涉及垂直腔面发射激光器(VCSEL)，更具体地，涉及包括提 高VCSEL性能的隧道结的VCSEL。

技术介绍

[0002]VCSEL是一种半导体激光器，更具体地说，是一种具有单片激光谐振器 的二极管激光器，其中光沿垂直于芯片表面的方向发射。典型地，激光谐振 器由平行于芯片表面的两个分布式布拉格反射器(DBR)镜组成，在它们之 间是产生光的有源区(由一个或多个量子阱组成)。通常，VCSEL的上下部 镜分别被掺杂为p型和n型材料，从而形成二极管结。

技术实现思路

[0003]在一些实施方式中，VCSEL包括：具有顶表面和底表面的n型衬底层； 在n型衬底层的底表面上的n型金属，该n型金属是VCSEL的阴极；在n 型衬底层的顶表面上的n型底镜；在n型底镜上的有源区；在有源区上的p 型层；在有源区上方的氧化层，其中氧化层提供VCSEL的光学和电学限制； 在p型层上方的隧道结，其中隧道结用以反转n型顶镜的载体类型，并且其 中满足以下任一：所述氧化层在p型层上或p型层中并且隧道结在氧化层上， 或者隧道结在p型层上并且氧化层在隧道结上；在隧道结上方的n型顶镜； 在n型顶镜上方的顶部接触层；和在顶部接触层上的顶部金属，该顶部金属 是VCSEL的阳极。
[0004]在一些实施方式中，VCSEL阵列包括：在n型底镜上的有源区；在有源 区上的p型层；在有源区上方的氧化层，以为VCSEL阵列中的VCSEL提供 光学和电学限制；以及在p型层上方的隧道结，以反转隧道结上方的n型顶 镜的载体类型，其中满足以下任一：氧化层在p型层上或p型层中且隧道结 在氧化层上，或者隧道结在p型层上且氧化层在隧道结上。
[0005]在一些实施方式中，一种方法包括：在n型衬底层的表面上形成n型底 镜；在n型底镜上形成有源区；在有源区上形成p型层；在有源区上方形成 氧化层；在p型层上方形成隧道结，其中满足以下任一：氧化层形成在p型 层上或p型层中且隧道结形成在氧化层上，或者隧道结形成在p型层上且氧 化层形成在隧道结上；以及在隧道结上方形成n型顶镜。
附图说明
[0006]图1A和1B是示出传统VCSEL的一例子的示意图。
[0007]图2是示出如本文所述的具有隧道结的VCSEL的示意图。
[0008]图3A和3B是示出如本文所述的具有隧道结的VCSEL的第一示例性实 施方式的图。
[0009]图4A和4B是示出如本文所述的具有隧道结的VCSEL的第二示例性实 施方式的图。
[0010]图5A和5B是示出如本文所述的具有隧道结的VCSEL的第三示例性实 施方式的示意图。
[0011]图6A和6B是示出如本文所述的具有隧道结的VCSEL的第四示例性实 施方式的图。
[0012]图7A和7B是示出如本文所述的具有两个隧道结的VCSEL的示例性实 施方式的示
意图。
[0013]图8A和8B是说明传统VCSEL的典型电流
‑
电压曲线和包括隧道结的 VCSEL的模拟电流
‑
电压曲线的比较的图。
[0014]图9是如本文所述的与制造包括隧道结的VCSEL相关的示例过程的流程 图。
具体实施方式
[0015]示例性实施方式的以下详细描述参考了附图。不同附图中相同的附图标 记可以标识相同或相似的元件。
[0016]对于二极管激光器，例如VCSEL，电子和空穴(hold)需要从相对侧注 入有源区(例如量子阱有源区)。这通常通过在有源区的顶侧放置p型接触和 p型DBR、以及在有源区的底侧放置n型接触和n型DBR来实现。在正偏压 下，空穴从p型DBR注入有源区，电子从n型DBR注入有源区。空穴和电 子在有源区再结合，以发光。通常，p型DBR是VCSEL的上部镜，n型DBR 是VCSEL的下部镜；但是这种排列可以根据VCSEL的几何形状进行翻转。
[0017]图1A和1B是说明传统VCSEL100的例子的示意图。图1A是示出了 VCSEL100的各个层的示意图，而图1B是示出了具有图1A所示层的 VCSEL100的横截面的示例的示意图。如图1A和1B所示，传统的VCSEL 包括n型衬底102，其中n型金属104(用作阴极)在底表面上，n型DBR 106 在顶表面上。如进一步所示，VCSEL100包括在n型DBR 106上的有源区108 和在有源区108上的p型DBR 112。如进一步所示，p型接触114放置在p 型DBR 112上，p型金属116(用作阳极)在p型接触114上。如进一步所示， VCSEL100包括氧化层110，氧化层110形成氧化物孔(用于提供VCSEL100 的光学和电学限制)。如图1B所示，氧化层110通常位于p型DBR 112中的 有源区108上方。值得注意的是，如图1B所示，VCSEL100还包括介电层 118和隔离注入物120。
[0018]p型DBR(例如，p型DBR 112)和p型接触(例如，p型接触114)具 有空穴作为多数载体，而n型DBR(例如，n型DBR 106)和n型接触(例 如，n型金属104)具有电子作为载体。在传统的III
‑
V半导体中，空穴的迁 移率比电子低。例如，在室温的砷化镓(GaAs)中，电子迁移率为8500平 方厘米每伏
‑
秒(cm2/V
·
s)，而空穴迁移率约为400cm2/V
·
s，因此，n型DBR 的电阻明显低于p型DBR。
[0019]评估VCSEL性能的一个参数是VCSEL两侧的电压降。对于传统的 VCSEL，例如VCSEL100，p型DBR的电阻高于n型DBR的电阻，这意味 着p型DBR两侧的电压降明显高于(例如，大约两倍于)n型DBR两侧的 电压降。降低VCSEL两侧的电压降将提高VCSEL的性能。
[0020]本文描述的一些实施方式提供了包括隧道结的VCSEL。如下文进一步详 细描述的，隧道结允许减少VCSEL中的p型材料的量(例如，与VCSEL100 相比)。换句话说，隧道结允许在VCSEL结构内用n型材料替换至少一些p 型(例如，顶镜的一部分)材料。结果，VCSEL两侧的电压降降低，从而提 高了VCSEL的性能。此外，在VCSEL的顶镜中用n型材料替换p型材料减 少了顶镜中的光吸收损耗，并且还使得顶镜中的掺杂更低(例如，由于与p 型材料相比n型材料的电导率更高)。其他细节如下。
[0021]图2是示出如本文所述的具有隧道结的VCSEL200的例子的示意图。如 图2所示，VCSEL200可以包括n型衬底层202、n型金属204、n型底镜206、 有源区208、p型层210、氧化层212、隧道结214、n型顶镜216、顶部接触 层218和顶部金属220。值得注意的是，图2所示的
VCSEL200内的p型层 210、氧化层212和隧道结214的顺序和排列是为了说明的目的，并且顺序可 以不同于图2所示的顺序(取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)，包括：具有顶表面和底表面的n型衬底层；在n型衬底层的底表面上的n型金属，该n型金属是VCSEL的阴极；在n型衬底层顶表面上的n型底镜；在n型底镜上的有源区；在有源区上的p型层；在有源区上方的氧化层，其中氧化层提供VCSEL的光学和电学限制；在p型层上方的隧道结，其中所述隧道结用以反转n型顶镜的载体类型，并且其中：所述氧化层在p型层上或p型层中，所述隧道结在氧化层上，或者所述隧道结在p型层上，所述氧化层在隧道结上；在隧道结上方的n型顶镜；在n型顶镜上方的顶部接触层；和在顶部接触层上的顶部金属，该顶部金属是VCSEL的阳极。2.根据权利要求1所述的VCSEL，其中所述顶部接触层是n型接触层，并且所述顶部金属是另一n型金属，所述n型接触层在所述n型顶镜上，并且所述另一n型金属在所述n型接触层上。3.根据权利要求1所述的VCSEL，其中所述p型层是p型分布式布拉格反射器(DBR)。4.根据权利要求1所述的VCSEL，其中所述p型层是p型间隔层。5.根据权利要求1所述的VCSEL，其中氧化层在n型顶镜中。6.根据权利要求1所述的VCSEL，其中所述p型层具有少于六个层对。7.根据权利要求1所述的VCSEL，其中p型层的厚度小于或等于0.5微米。8.根据权利要求1所述的VCSEL，还包括另一隧道结，所述另一隧道结在所述n型顶镜上，其中顶部接触层是p型接触层，顶部金属是p型金属，p型接触层在另一隧道结上，p型金属在p型接触层上。9.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列，包括：在n型底镜上的有源区；在有源区上的p型层；有源区上方的氧化层，以为VCSEL阵列中的VCSEL提供光学和电学限制；和在p型层上方的隧道结，以反转隧道结上方的n型顶镜的载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，赵国为，MG彼得斯，ER黑布洛姆，AV巴韦，B克斯勒，
申请(专利权)人：朗美通经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：