垂直共振腔面射型镭射磊晶结构制造技术

本实用新型专利技术提供的垂直共振腔面射型镭射磊晶结构包括一核心发光层；该核心发光层包括相互层叠的一主动发光层和一穿隧二极体层；该主动发光层包括一多重量子井空间层设置于一P型空间层和一N型空间层之间；该穿隧二极体层包括相互层叠的一加强P型层和一加强N型层；该核心发光层设置于一第一布拉格反射镜层和一第二布拉格反射镜层之间，而该第一布拉格反射镜层和该第二布拉格反射镜层各为一N型布拉格反射镜层；一金属接触层设置于该第一布拉格反射镜层背离该核心发光层的一侧；一基板层设置于该第二布拉格反射镜层背离该核心发光层的一侧；本实用新型专利技术能提高产生一镭射光的光强度和能量转换效率。和能量转换效率。和能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】
垂直共振腔面射型镭射磊晶结构


[0001]一种垂直共振腔面射型镭射结构，尤指一种垂直共振腔面射型镭射磊晶结构。

技术介绍

[0002]垂直共振腔面射型镭射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser；VCSEL)为一种半导体镭射。一般来说，磊晶于一砷化镓(GaAs)基底的VCSEL会通过多层的半导体结构产生镭射光，而该多层的半导体结构包括一P
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I
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N接面。详细来说，该P
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I
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N接面对应一主动区设置于一P型分散式布拉格反射器(distributed Bragg reflector；DBR)和一N型DBR之间。该主动区为未受掺杂的多重量子井与共振腔结构，也可被称为固有的(intrinsic；I型)材料结构。
[0003]该P型DBR的电洞和该N型DBR的电子会在该主动区中互相结合，并且产生光子。当流经VCSEL的电流量变大时，更多的电子和电洞能受到偏压驱使而流动至该主动区中结合，而使光子的数量便多。同时，当光子数量变多时，光子有更多的机率撞击电子以给予电子能量，使电子以产生另一光子的方式释放能量，以启动VCSEL受激发射(Stimulated emission)的机制。在持续受激发射的机制下，当VCSEL达成居量反转(population inversion)的状态时，VCSEL即可稳定产生镭射光。
[0004]然而，物理上电洞的迁移率远远不及电子的迁移率。换句话说，该P型DBR的电流传导阻力较该N型DBR的电流传导阻力大。因此，流经VCSEL的电流量，其中一部份会受限于该P型DBR的电洞的迁移率，而无法有效率的形成电子和电洞的结合，使VCSEL产生光子的效率受到影响。
[0005]另外，根据文献，就GaAs的材料来说，N型的光吸收系数远低于P型的光吸收系数。这意味着，每当VCSEL的光子在该N型DBR和该P型DBR间震荡时，一光子有较高的可能被该P型DBR的材料所吸收而损失。当多数光子在该N型DBR和该P型DBR间震荡时，该N型DBR和该P型DBR之间所形成的共振腔，其共振品质会受到该P型DBR较差的光吸收系数而负面影响。
[0006]根据上述原因，现有VCSEL所产生的镭射光通量，看似具有工作能力，但却实质上却受限于现有VCSEL磊晶结构中该P型DBR的影响，而无法完全发挥其发光的潜力。该P型DBR的光吸收系数和该P型DBR中电洞较低的迁移率限制了VCSEL的发光能力。

技术实现思路

[0007]一种垂直共振腔面射型镭射磊晶结构，包括：
[0008]一核心发光层，包括相互层叠的一主动发光层和一穿隧二极体层；
[0009]其中该主动发光层包括：
[0010]一P型空间层；
[0011]一N型空间层；和
[0012]一多重量子井空间层，设置于该P型空间层和该N型空间层之间；
[0013]其中该穿隧二极体层包括相互层叠的一加强P型层和一加强N型层；
[0014]一第一布拉格反射镜层；
[0015]一第二布拉格反射镜层；
[0016]其中该核心发光层设置于该第一布拉格反射镜层和该第二布拉格反射镜层之间；
[0017]一金属接触层，设置于该第一布拉格反射镜层背离该核心发光层的一侧；和
[0018]一基板层，设置于该第二布拉格反射镜层背离该核心发光层的一侧；
[0019]其中，该第一布拉格反射镜层和该第二布拉格反射镜层各为一N型布拉格反射镜层。
[0020]有别于习知的垂直共振腔面射型镭射，本技术的该垂直共振腔面射型镭射磊晶结构，使该第一布拉格反射镜层和该第二布拉格反射镜层各为该N型布拉格反射镜层。相较于习知的垂直共振腔面射型镭射通过一N型分散式布拉格反射器和一P型分散式布拉格反射器之间电子和电洞结合产生的镭射光，本技术产生的镭射光能提升约3％的光强度，并且提升约5％的能量转换效率。本技术之所以能有光强度的提升和能量转换效率的提升，是因为该N型布拉格反射镜层和该N型分散式布拉格反射器的电子迁移率优于电洞迁移率，所以在电流传导上较该P型布拉格反射镜层和该P型分散式布拉格反射器更佳。这意味着本技术将有更高的电子和电洞结合率，产生更多光子的同时也增加受激发射(Stimulated emission)的激发机率。本技术穿该隧二极体层中的该加强P型层，将产生给予该N型布拉格反射镜层的电子结合的电洞，以维持电子和电洞之间的数量平衡。另外，根据文献纪载，该N型布拉格反射镜层的光吸收系数较该P型布拉格反射镜层的低，故镭射光在该N型布拉格反射镜层之间激荡的光通量损失也较低。以上原因使得本技术所产生的镭射光，能在光强度和能量转换效率上得到提升。
附图说明
[0021]图1为本技术垂直共振腔面射型镭射磊晶结构一第一实施例的侧视示意图。
[0022]图2为本技术垂直共振腔面射型镭射磊晶结构一第二实施例的侧视示意图。
[0023]图3为本技术垂直共振腔面射型镭射磊晶结构一第三实施例的侧视示意图。
[0024]图4为本技术垂直共振腔面射型镭射磊晶结构一第四实施例的侧视示意图。
具体实施方式
[0025]以下配合图式及本技术的较佳实施例，进一步阐述本技术为达成预定技术目的所采取的技术手段。
[0026]请参阅图1所示，本技术一垂直共振腔面射型镭射磊晶结构包括一核心发光层10、一第一布拉格反射镜层20、一第二布拉格反射镜层30、一金属接触层40、和一基板层50。详细来说，该核心发光层10进一步包括相互层叠的一主动发光层11和一穿隧二极体层15。该主动发光层11又包括一P型空间层12、一N型空间层13和一多重量子井空间层14，而该穿隧二极体层15包括相互层叠的一加强P型层16和一加强N型层17。
[0027]在该主动发光层11中，该多重量子井空间层14设置于该P型空间层12和该N型空间层13之间，使通过该P型空间层12的电洞在该多重量子井空间层14中的量子井中和通过该N型空间层13的电子结合。当电子和电洞结合时，根据不同的结合方式和能量守恒的法则，损失的能量会以对应的波长或频率释出。以直接带隙(direct bandgap)的半导体来说，跟导
带(conduction band)的电子无须通过声子(phonon)改变动量即可和价带(valence band)的电洞结合，并且释出一光子。
[0028]另外，该穿隧二极体层15中的该加强N型层17连接该加强P型层16。该加强N型层17和该加强P型层16因为各受到高度的掺杂，而使两者之间电子和电洞的能量差减少至可受到穿隧的地步。在这情况下，该穿隧二极体层15的作用就相当于一转换器，可将连接该加强N型层17的任一N型层因穿隧而转换为连接一P型层，即该加强P型层16。
[0029]该金属接触层40设置于该第一布拉格反射镜层20背离该核心发光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一垂直共振腔面射型镭射磊晶结构，其特征在于，包括：一核心发光层，包括相互层叠的一主动发光层和一穿隧二极体层；其中该主动发光层包括：一P型空间层；一N型空间层；和一多重量子井空间层，设置于该P型空间层和该N型空间层之间；其中该穿隧二极体层包括相互层叠的一加强P型层和一加强N型层；一第一布拉格反射镜层；一第二布拉格反射镜层；其中该核心发光层设置于该第一布拉格反射镜层和该第二布拉格反射镜层之间；一金属接触层，设置于该第一布拉格反射镜层背离该核心发光层的一侧；和一基板层，设置于该第二布拉格反射镜层背离该核心发光层的一侧；其中，该第一布拉格反射镜层和该第二布拉格反射镜层各为一N型布拉格反射镜层。2.如权利要求1所述的垂直共振腔面射型镭射磊晶结构，其特征在于：该主动发光层设置于该穿隧二极体层面向该第一布拉格反射镜的一侧；该主动发光层的该N型空间层设置于该多重量子井空间层面向该第一布拉格反射镜层的一侧；该主动发光层的该P型空间层设置于该多重量子井空间层面向该第二布拉格反射镜层的一侧。3.如权利要求2所述的垂直共振腔面射型镭射磊晶结构，其特征在于：该穿隧二极体层的该加强N型层设置于该加强P型层面向该第二布拉格反射镜层的一侧；该穿隧二极体层的该加强P型层设置于该加强N型层面向该主动发光层的该P型空间层的一侧。4.如权利要求1所述的垂直共振腔面射型镭射磊晶结构，其特征在于：该主动发光层设置于该穿隧二极体层面向该第二布拉格反射镜的一侧；该主动发光层的该N型空间层设置于该多重量子井空间层面向该第二布拉格反射镜层的一侧；该主动发光层的该P型空间层设置于该多重量子井空间层面向该第一布拉格反射镜层...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪崇瑜，林昱成，
申请(专利权)人：先发电光股份有限公司，
类型：新型
国别省市：