專利名稱：熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直腔面發(fā)射激光器，尤其是一種將熱源隔離開并能夠控制調(diào)節(jié)導電率的垂直腔面發(fā)射激光器。
垂直腔面發(fā)射激光器簡稱VCSEL。VCSEL是日本Iga教授于1977年首次提出的。這是一種不同于以往傳統(tǒng)半導體側(cè)面發(fā)射激光器的一種新結(jié)構(gòu)，并且以其獨特而優(yōu)良的特性在今天被廣泛地研究和應(yīng)用?，F(xiàn)有的垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL結(jié)構(gòu)基本構(gòu)成包括P型的布拉格發(fā)射鏡(DBR)，有源區(qū)和N型的DBR。P型DBR提供一個空穴的導電區(qū)，并作為激光器的一個鏡面。N型的DBR提供一個電子的導電區(qū)，并作為激光器的另一個鏡面。在有源區(qū)里，空穴和電子復合發(fā)光，垂直產(chǎn)生激光?；痉譃閮深悾活愂侨?br>
圖1所示，襯底4下為下電極6，襯底4上設(shè)有N型DBR3,N型DBR3上為有源區(qū)2，有源區(qū)2上為P型DBR1，上電極5設(shè)置在P型DBR1頂部。電流7通過P型DBR1注入到有源區(qū)2，有源區(qū)2產(chǎn)生光，通過P型DBR1垂直輸出激光束。在這樣結(jié)構(gòu)中，由于電流要經(jīng)過一個高阻的P型分布的DBR1，因此發(fā)熱比較嚴重，而發(fā)熱會大大降低器件的性能。另一類是側(cè)注入，如圖2所示，基本層次結(jié)構(gòu)和圖1所示相同，只是上電極8、8’腐蝕設(shè)置在P型DBR1的兩側(cè)。這種側(cè)向注入的方式存在的問題是一方面其電極往往制作困難，歐姆接觸較差，有源區(qū)2的橫向電阻為固定值，一般較高，無法調(diào)節(jié)，另外，側(cè)向注入的電流效率不高。這些因素一直障礙著垂直腔面發(fā)射激光器的發(fā)展，垂直腔面發(fā)射激光器普遍存在功率低、壽命短等缺點。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，它既克服了頂部注入電極式嚴重器件發(fā)熱的問題，又避免了側(cè)向注入電極制作工藝復雜問題，保證產(chǎn)品性能，并且還能夠控制調(diào)節(jié)導電率。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，其襯底下為下電極，襯底上設(shè)有N型DBR,N型DBR上為有源區(qū)，有源區(qū)上為P型DBR，上電極設(shè)置在P型DBR頂部，其中所述的有源區(qū)中間設(shè)有一絕緣層，將有源區(qū)分為低電阻率截止的橫向?qū)Я魍ǖ篮拖掠性磪^(qū)，絕緣層遠離P型DBR一側(cè)對應(yīng)開設(shè)導電孔區(qū)，對應(yīng)導電孔區(qū)軸向垂直位置的有源區(qū)上方設(shè)有上側(cè)P型DBR。
所述的絕緣層可為被氧化的高電阻層。
所述的橫向通道上部、兩P型DBR之間設(shè)有絕緣層，絕緣層上部設(shè)有外接電壓的柵極。
所述的橫向通道可為高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)。
所述的低電阻率介質(zhì)的橫向通道可為P型高摻雜材料層。
根據(jù)上述技術(shù)方案分析可知，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、將電極仍然制作在P型DBR上，但將P型DBR電流的注入方向和發(fā)光的有源區(qū)在橫向上分隔開，不在同一軸向上，而是通過橫向通道導流，使有源區(qū)和DBR熱產(chǎn)生不至于相互影響，從而大大降低產(chǎn)品的發(fā)熱，提高了產(chǎn)品性能。
2、增加柵極，實現(xiàn)了導電率可控的目的，而且通過相應(yīng)的控制電路，對于激光的控制能夠構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，從而得到更穩(wěn)定的輸出值，滿足不同的實際要求。
3、在P型DBR注入?yún)^(qū)和有源注入?yún)^(qū)的橫向溝通，使用高電子遷移率晶體管(HEMT)技術(shù)，不僅使得橫向注入的效率大大提高，而且使這種導電效率可以被更加靈活地控制。
下面結(jié)合附圖和具體實施方案對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
圖1為一種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為另一種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明橫向溝通高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)層示意圖。
參見圖3，本發(fā)明為一種熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，其襯底4下為下電極6，襯底4上設(shè)有N型DBR3,N型DBR3上為有源區(qū)2，有源區(qū)2上為一被氧化的高電阻絕緣層10，高電阻絕緣層10上為低電阻橫向?qū)Я魍ǖ缹?，絕緣層10遠離P型DBR1一側(cè)對應(yīng)開設(shè)導電孔區(qū)11，對應(yīng)導電孔區(qū)11軸向垂直位置的有源區(qū)2上方設(shè)有上側(cè)P型DBR12。上電極5設(shè)置在P型DBR1頂部，電流7從上電極到P型DBR1中，再向下注入，由于高電阻絕緣層10的阻隔作用，電流7流經(jīng)低阻介質(zhì)橫向?qū)Я魍ǖ缹?，通過絕緣層10導電孔區(qū)11至有源區(qū)2，有源區(qū)2發(fā)光，電流7流向下面的N型DBR3。光束則經(jīng)絕緣層10導電孔區(qū)11垂直向上發(fā)射，由于對應(yīng)位置上的上側(cè)P型DBR12作用，產(chǎn)生激光束。這樣將電流7流經(jīng)的DBR1與產(chǎn)生光源的有源區(qū)2以及產(chǎn)生激光束的P型DBR12橫向分離，隔離了熱源，有源區(qū)2和DBR1熱產(chǎn)生不再相互影響，大大降低了發(fā)光中的熱量聚集，解決了垂直腔面發(fā)射激光器發(fā)熱的問題，提高了產(chǎn)品的性能。
如圖3所示，為了控制電流注入的效率或控制低阻區(qū)的電阻率，橫向通道層9上部、兩P型DBR1、DBR12之間設(shè)有氧化物絕緣層13，氧化物絕緣層13上部設(shè)有柵極14，柵極14電壓可來自于外部控制電路，作為柵極14能夠?qū)M向通道層9的電阻和電流進行控制，同時由于柵極14的設(shè)置也可實現(xiàn)整個裝置的閉環(huán)控制。
為了更加有效地提高對橫向通道層9電阻和電流的控制，橫向通道層9采用高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)，即HEMT結(jié)構(gòu)，如圖4所示。它是由一個寬禁帶摻雜(N型或P型)的材料層91中間夾著一個窄禁帶不摻雜的材料層92。由于界面的作用，當在柵極14上加電壓時，寬禁帶材料層91中的高摻的載流子進入不攙雜的窄禁帶材料層92中，由于窄禁帶材料不摻雜，所以載流子在其中運動可以有非常高的遷移率，又由于高摻材料中的載流子進入此材料中，所以寬禁帶材料層91中載流子濃度非常高，電阻比較小，電流比較大。整個橫向通道層9可以是一層寬禁帶材料層91中(N型或P型)的材料中間夾著一層窄禁帶材料層92的重復疊加結(jié)構(gòu)。這樣提高了橫向注入的效率，靈活、便捷地控制了整個裝置導電效率。
權(quán)利要求
1.一種熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，其襯底下為下電極，襯底上設(shè)有N型DBR,N型DBR上為有源區(qū)，有源區(qū)上為P型DBR，上電極設(shè)置在P型DBR頂部，其特征在于所述的有源區(qū)中間設(shè)有一絕緣層，將有源區(qū)分為低電阻橫向?qū)Я魍ǖ篮拖掠性磪^(qū)，絕緣層遠離P型DBR一側(cè)對應(yīng)開設(shè)導電孔區(qū)，對應(yīng)導電孔區(qū)軸向垂直位置的有源區(qū)上方設(shè)有上側(cè)P型DBR。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于所述的絕緣層的被氧化的高電阻層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于所述的橫向通道上部、兩P型DBR之間設(shè)有絕緣層，絕緣層上部設(shè)有外接電壓的柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于所述的低電阻率介質(zhì)的橫向通道可為高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于所述的低電阻率介質(zhì)的橫向通道可為P型高摻雜材料層。
全文摘要
一種熱源隔離可控導電率的垂直腔面發(fā)射激光器，其襯底下為下電極，襯底上設(shè)有N型DBR,N型DBR上為有源區(qū)，有源區(qū)上為P型DBR，上電極設(shè)置在P型DBR頂部，其中所述的有源區(qū)中間設(shè)有一絕緣層，將有源區(qū)分為低電阻率截止的橫向?qū)Я魍ǖ篮拖掠性磪^(qū)，絕緣層遠離P型DBR一側(cè)對應(yīng)開設(shè)導電孔區(qū)，對應(yīng)導電孔區(qū)軸向垂直位置的有源區(qū)上方設(shè)有上側(cè)P型DBR。本發(fā)明既克服了頂部注入電極式嚴重器件發(fā)熱的問題，又避免了側(cè)向注入電極制作工藝復雜問題，保證產(chǎn)品性能，并且還能夠控制調(diào)節(jié)導電率。
文檔編號H01S5/183GK1316811SQ0010572
公開日2001年10月10日 申請日期2000年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月5日
發(fā)明者程澎, 林世鳴 申請人:集成光電子學國家重點聯(lián)合實驗室半導體所實驗區(qū)