垂直腔面射型半导体激光二极体制造技术

一种垂直腔面射型半导体激光二极体，包含基板以及在基板之上的磊晶堆叠结构，磊晶堆叠结构包含主动区、一电流局限层以及一模态过滤层，其中，该模态过滤层具有一光学孔径，该模态过滤层能被氧化，该模态过滤层经过氧化处理而形成该光学孔径。形成该光学孔径。形成该光学孔径。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面射型半导体激光二极体


[0001]一种垂直腔面射型半导体激光二极体(VCSEL)，尤其是一种具有模态过滤层的半导体激光二极体，该模态过滤层能被氧化，模态过滤层的光学孔径是通过对模态过滤层进行氧化处理而形成。

技术介绍

[0002]图1是现有技术的具有小发散角的半导体激光二极体。如图1所示，具有开口241的表面浮雕层240是于半导体激光二极体的最上层，而表面浮雕层240与主动区220之间系形成具有通孔231的氧化层230。然而，因为表面浮雕层240的开口241是通过微影制程与蚀刻而形成，而氧化层230的通孔231是经氧化制程而形成。由于开口241与通孔231的制作方法不同，两者的中心轴不容易精确对准，如此半导体激光二极体的发散角会变大。此外，在大量制作半导体激光二极体时，多个半导体激光二极体的通孔与开口的中心轴偏差程度也不同，导致多个半导体激光二极体的发散角的大小并不一致且发散角也比較大。
[0003]请参阅美国专利公开号US 2021005788 A1，根据此专利，上DBR层与主动区之间形成通孔大小彼此不同的多个氧化层，并通过不同大小的通孔来降低发散角；虽然多氧化层能经同步氧化处理而使彼此圆心较能精确对准，然而众所周知的是，各氧化层被氧化过的部分导电率会很低(即电阻大)，且多个电阻大的氧化层设置在大部分电流必然流过的途径上，所以这些氧化层所累积的可观电阻值不但严重影响垂直腔面射型半导体激光二极体(VCSEL)的功率转换效率，也会延长脉冲的上升时间(rising time)，所以依此专利制作的VCSELs不容易产生短脉冲。

技术实现思路

[0004]在VCSEL
中，电流局限层通常设置于靠近主动区处或设置于主动区之中，以使电流流入主动区时，电流能集中于主动区的特定区域如中心区域。不过，单个电流局限层的电阻就相当大，所以电流局限层的设置数目不宜太多。在现有具有小发散角的VCSEL，表面浮雕层通常要设置于VCSEL的最上层，有设置位置受到限制的问题。
[0005]本文实施例提供小发散角的VCSEL，其中包含具有光学孔径的模态过滤层，模态过滤层能被横向氧化，其中模态过滤层的光学孔径是通过氧化制程而形成，因此模态过滤层可与电流局限层一起进行氧化处理，如此电流局限通孔的中心轴与光学孔径的中心轴能彼此对齐。结果，不但VCSEL的发散角能缩小，此外多个半导体激光二极体的发散角的大小会相当一致。此外，当模态过滤层与电流局限层同步氧化处理时，能简化VCSEL的制程与提升VCSEL的制作良率。此外，本文还进一步提出降低模态过滤层电阻影响的一些代表性实施例。
附图说明
[0006]图1是现有技术的具有小发散角的半导体激光二极体。
[0007]图2是本文一实施例的VCSEL磊芯片结构的示意图。
[0008]图3是本文一实施例的设置有间隔层的VCSEL磊芯片结构的示意图。
[0009]图4a是本文一实施例的设置有第一欧姆接触层直接接触于模态过滤层的VCSEL磊芯片结构的示意图。
[0010]图4b是将图4a的VCSEL磊芯片结构制作成一种可能的VCSEL半成品元件的示意图。
[0011]图4c是本文一实施例的第一金属电极与VCSEL半成品元件的顶面齐平的示意图。
[0012]图5a是本文一实施例的第一欧姆接触层是间接接触于模态过滤层的VCSEL磊芯片结构的示意图。
[0013]图5b是将图5a的VCSEL磊芯片结构制作成一种可能的VCSEL半成品元件的示意图。
[0014]图6a是本文一实施例的第一欧姆接触层间接设置于模态过滤层之上的VCSEL磊芯片结构的示意图。
[0015]图6b是将图6a的VCSEL磊芯片结构制作成一种可能的VCSEL半成品元件的示意图，图6b的第一金属电极是合金制程形成。
[0016]图7a是本文一实施例的模态过滤层介于两欧姆接触层之间的VCSEL磊芯片结构的示意图。
[0017]图7b是将图7a的VCSEL磊芯片结构制作成一种可能的VCSEL半成品元件的示意图。
[0018]图7c是以非合金制程形成电气连接第一欧姆接触层与第二欧姆接触层的第一金属电极(非合金电极)的示意图。
[0019]图8是本文一实施例的包含多个模态过滤层与多个半导体层的正面出光型VCSEL磊芯片结构示意图。
[0020]图9是本文一实施例的包含多个模态过滤层与多个半导体层的背面出光型VCSEL磊芯片结构示意图。
[0021]图10a是本文一实施例的模态过滤层设置在上DBR层中的VCSEL磊芯片结构示意图。
[0022]图10b是将图10a的VCSEL磊芯片结构制作成一种可能的VCSEL半成品元件的示意图。
[0023]图11是本文一实施例的一种VCSEL半成品元件的示意图。
[0024]图12是显示具有模态过滤层的VCSEL与具有表面浮雕层的VCSEL的L
‑
I特性图。
[0025]图13是表面浮雕层设置于欧姆接触层上的VCSEL磊芯片结构的示意图(现有技术)。
[0026]图14分别显示图7b的VCSEL和图13的VCSEL的远场分布(farfieldprofile)示意图。
[0027]主要组件符号说明
[0028]200VCSEL磊芯片结构
[0029]210基板
[0030]220主动区
[0031]230氧化层
[0032]231通孔
[0033]240表面浮雕层
[0034]241开孔
[0035]250金属电极
[0036]1、2、3、4、5、6、7、8、9、91VCSEL磊芯片结构
[0037]3’
、3”、4
’
、5
’
、6
’
、6”、9
’
VCSEL半成品元件
[0038]10基板
[0039]12缓冲层
[0040]14下DBR层
[0041]16下间隔层
[0042]30主动区
[0043]32上间隔层
[0044]50电流局限层
[0045]60上DBR层
[0046]70间隔层
[0047]100、101磊晶堆叠结构
[0048]110第一欧姆接触层
[0049]111第二欧姆接触层
[0050]120、121模态过滤层
[0051]130第一半导体层
[0052]131第二半导体层
[0053]50a电流局限通孔
[0054]120a光学孔径
[0055]E1第一金属电极
[0056]E2第二金属电极。
具体实施方式
[0057]以下配合图示及元件符号对本专利技术的实施方式做更详细的说明，从而使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。
[0058]以下描述具体的元件及其排列的例子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面射型半导体激光二极体(VCSEL)，包含：一基板；以及一磊晶堆叠结构，在该基板之上，包含：一主动区；一上DBR层，在该主动区之上；一电流局限层，在该上DBR层之中或之下，具有一电流局限通孔；以及一模态过滤层，在该上DBR层之中或之上，且在该电流局限层之上；其中，该模态过滤层具有一光学孔径，该模态过滤层能被氧化，该模态过滤层该模态过滤层经过氧化处理而形成该光学孔径。2.如权利要求1所述的垂直腔面射型半导体激光二极体，其中，该电流局限通孔的中心轴与该光学孔径的中心轴是彼此近乎对齐或彼此对齐。3.如权利要求1所述的垂直腔面射型半导体激光二极体，其中，该电流局限层能被氧化，该电流局限层是被氧化处理后而形成该电流局限通孔。4.如权利要求1所述的垂直腔面射型半导体激光二极体，其中，垂直腔面射型半导体激光二极体还包含一间隔层，是设置在该上DBR层与该模态过滤层之间、设置在该上DBR层之上或设置在该模态过滤层之下。5.如权利要求1所述的垂直腔面射型半导体激光二极体，其中，该垂直腔面射型半导体激光二极体还包含一第一欧姆接触层，是设置在该上DBR层与该模态过滤层之间。6.如权利要求1所述的垂直腔面射型半导体激光二极体，其中，该垂直腔面射型半导体激光二极体包含一第一半导体层，该第一半导体层是设置于该模态过滤层之上。7.如权利要求5所述的垂直腔面射型半导体激光二极体，其中，该垂直腔面射型半导体激光二极体还包含一第一金属电极，该第一金属电极是穿设于该模态过滤层的被氧化过部分并欧姆接触于该第一欧姆接触层。8.如权利要求1所述的垂直腔面射型半导体激光二极体，其中，该垂直腔面射型半导体激光二极体还包含一第一欧姆接触层，是设置于该模态过滤层之上。9.如权利要求8所述的垂直腔面射型半导体激光二极体，其中，该垂直腔面射型半导体激光二极体还包含一第一金属电极，该第一金属电极的一端是电气接触于该第一欧姆接触层，而另一端穿过该模态过滤层并与该模态过滤层下方的一半导体层形成电气接触。10.如权利要求5所述的垂直腔面射型半导体激光二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴文长，黄朝兴，金宇中，温凡健，
申请(专利权)人：全新光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：