层状结构制造技术

本实用新型专利技术涉及层状结构。层状结构（200、300、300'、400、400'、600）包括作为单一材料的第一层（240、320、420、620）和耦合到第一层的空腔（230、330、430、630）。第一层包括多孔区域（250、250'、350、350'、460、650）以形成第一分布式布拉格反射器(DBR)。多孔区域包括单一材料的交替的第一多孔子层和第二多孔子层（251

【技术实现步骤摘要】
层状结构


[0001]本公开涉及分布式布拉格反射器(DBR)装置和系统，例如，用于形成具有多孔DBR的垂直腔面发射激光器(VCSEL)的装置和系统。

技术介绍

[0002]分布式布拉格反射器(DBR)是由具有交替的折射率的多层交替的材料形成的反射器。平面DBR镜包括具有交替的高折射率和低折射率的多个层。DBR是垂直腔面发射激光器(VCSEL)以及其他光子、光学和/或电子设备的关键组件。
[0003]VCSEL是一种具有垂直于顶面和底面的发射的半导体激光二极管。用于VCSEL的空腔谐振器可以由两个DBR镜垂直围绕的有源区形成。常规的VCSEL包括外延生长的多个交替的III
‑
V半导体层(例如，Al
x
Ga1‑
x
As/Al
y
Ga1‑
y
As，0≤x，y≤1，x≠y)，以由于层的周期性交替的折射率而形成DBR。
[0004]然而，交替的材料层的外延生长是昂贵且耗时的，使用标准的金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)方法从不同的交替的外延层形成顶部和底部DBR需要十多个小时，使产量和产率低。此外，用来形成DBR的不同的交替的多个层的外延生长可能将不需要的应变和/或缺陷引入层状堆叠中。此外，常规的外延DBR要求相同的(一个或多个)波长来穿过整个层状堆叠。

技术实现思路

[0005]因此，需要提高制造用于光子、光学和/或电子设备的层状结构中的DBR的速度和效率，从制造处理中减少层状结构中的诱发应变和/或缺陷，减小层状结构的整体尺寸(例如，厚度)以用于更紧凑和简单的设计，和/或增加制造产量和产率。
[0006]在一些方面，层状结构包括第一层和空腔。在一些方面，第一层是单一材料。在一些方面，第一层包括多孔区域以形成第一DBR。在一些方面，多孔区域包括单一材料的交替的第一多孔子层和第二多孔子层以形成第一DBR。在一些方面，空腔被耦合到第一层。在一些方面，空腔包括用于生成辐射、检测辐射或两者的有源区。有利地，第一层仅包括单一材料以形成第一DBR，这提高了制造DBR的效率(例如，不需要多个外延层)，减少了第一层中的应变(例如，晶格匹配)，并且减小了层状结构的尺寸(例如，厚度)。
[0007]在一些方面，第一层基本上没有晶格失配。有利地，由于基本上没有晶格失配(例如，单一材料)，第一层中的应变减少，这增加了产量和总产率。
[0008]在一些方面，交替的第一多孔子层和第二多孔子层之间的晶格失配小于0.1％。有利地，由于基本上没有晶格失配(例如，小于0.1％)，多孔区域(即，第一DBR)中的应变减少，这增加了产量和总产率。
[0009]在一些方面，交替的第一多孔子层和第二多孔子层包括交替的多孔的子层和基本上无孔的子层。有利地，利用基本上无孔的子层来有效且可再生产地形成交替的低折射率和高折射率的子层以形成第一DBR，DBR制作更快(例如，少于五分钟)。
[0010]在一些方面，第一多孔子层和第二多孔子层具有相同的孔隙率。有利地，由于基本上没有晶格失配(例如，相同的材料)，多孔区域中的应变减少。更有利地，针对第一多孔子层和第二多孔子层利用不同的多孔化技术(例如，电解液浓度、酸电流密度、酸电流流体速度、阳极氧化时间、温度、材料掺杂等)来有效且可再生产地形成交替的低折射率和高折射率的子层以形成第一DBR，DBR制作更快(例如，少于五分钟)。
[0011]在一些方面，第一层的单一材料是电介质。有利地，第一层仅包括单一材料以形成第一DBR(例如，不要求多个材料层)。更有利地，电介质(例如，氧化物、氮化物、氮氧化物、陶瓷、玻璃、旋涂玻璃(SOG)、聚合物、塑料、热塑性塑料、树脂、层压板等)可以通过任何合适的方法形成，包括真空沉积、热蒸发、电弧蒸发、离子束沉积、电子束沉积、溅射、激光烧蚀、脉冲激光沉积(PLD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、低压CVD(LPCVD)、MOCVD、液态源雾化化学沉积、旋涂、外延和/或任何其他合适的沉积方法(例如，可以使用但不要求外延)。
[0012]在一些方面，第一层的单一材料是硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、锑化镓(GaSb)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、III
‑
V族半导体或蓝宝石。有利地，第一层仅包括单一材料以形成第一DBR(例如，不要求多个材料层)。更有利地，单一材料可以通过任何合适的方法形成，包括真空沉积、热蒸发、电弧蒸发、离子束沉积、电子束沉积、溅射、激光烧蚀、PLD、PVD、ALD、CVD、PECVD、LPCVD、MOCVD、液态源雾化化学沉积、外延、气相外延(VPE)、液相外延(LPE)、固相外延(SPE)、MBE、原子层外延(ALE)和/或任何其他合适的沉积方法(例如，可以使用但不要求外延)。
[0013]在一些方面，第一层是单片基板。有利地，第一层仅包括单个(例如，块体)基板以形成第一DBR(例如，不要求多个材料层)。更有利地，基板(例如，晶片)本身可以被多孔化以在基板内形成第一DBR并且避免形成单独的层和/或材料来形成第一DBR。
[0014]在一些方面，层状结构还包括第二层以形成第二DBR。在一些方面，第一层接触空腔的第一侧并且第二层接触空腔的第二侧。有利地，谐振腔可以用第一DBR和第二DBR形成以用于调谐辐射的强度和/或波长。
[0015]在一些方面，第二层是第二单一材料。在一些方面，第二层包括第二多孔区域以形成第二DBR。在一些方面，第二多孔区域包括第二单一材料的交替的第三多孔子层和第四多孔子层以形成第二DBR。有利地，第二层仅包括单一材料以形成第二DBR，这提高了制造第二DBR的效率(例如，不要求多个外延层)，减少了第二层中的应变(例如，晶格匹配)，并且减小层状结构的尺寸(例如，厚度)。
[0016]在一些方面，第二层基本上没有晶格失配。有利地，由于基本上没有晶格失配(例如，单一材料)，第二层中的应变减少，这增加了产量和总产率。
[0017]在一些方面，交替的第三多孔子层和第四多孔子层之间的晶格失配小于0.1％。有利地，由于基本上没有晶格失配(例如，小于0.1％)，多孔区域(即，第二DBR)中的应变减少，这增加了产量和总产率。
[0018]在一些方面，空腔包括一个或多个嵌入式触点以将电流施加到有源区。有利地，腔内触点可以在空腔本身内部和/或上面形成，从而减小层状结构的总尺寸(例如，厚度)。更有利地，第一层和/或第二层不要求被掺杂(例如，p型)以便将电流施加到空腔的有源区。
[0019]在一些方面，层状结构形成VCSEL、发光二极管(LED)、谐振腔LED、光学检测器、无
线接收器、无线发送器、无线收发器或其组合。有利地，层状结构以紧凑和简单的设计为多种光子、光学和/或电子设备提供平台，包括非光学(例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状结构(200、300、300'、400、400'、600)，其特征在于，包括：第一层(240、320、420、620)，所述第一层是单一材料并且包括多孔区域(250、250'、350、350'、460、650)以形成第一分布式布拉格反射器DBR，所述多孔区域包括所述单一材料的交替的第一多孔子层和第二多孔子层(251
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258、351
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358、351'
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358'、461
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468、651
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658)以形成第一DBR；以及空腔(230、330、430、630)，所述空腔耦合到第一层，所述空腔包括有源区(238、338、438、638)以生成辐射、检测辐射或两者。2.如权利要求1所述的层状结构，其特征在于，第一层(240、320、420、620)基本上没有晶格失配。3.如权利要求1
‑
2中任一项所述的层状结构，其特征在于，交替的第一多孔子层和第二多孔子层(251
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258、351
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358、351'
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358'、461
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468、651
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658)之间的晶格失配小于0.1％。4.如权利要求1
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2中任一项所述的层状结构，其特征在于，交替的第一多孔子层和第二多孔子层(251
‑
258、351
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358、351'
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358'、461
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468、651
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658)包括交替的多孔的子层和基本上无孔的子层。5.如权利要求1
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2中任一项所述的层状结构，其特征在于，第一多孔子层和第二多孔子层(251
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258、351
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358、351'
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358'、461
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468、651
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658)具有相同的孔隙率。6.如权利要求1
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2中任一项所述的层状结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：IQE公开有限公司，
类型：新型
国别省市：