[發(fā)明專利]垂直共振腔面射激光結(jié)構(gòu)及制法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710240185.7
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN108736315A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林炳成;陳志誠;曾竑維
• 申請（專利權(quán)）人: 光環(huán)科技股份有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

一種垂直共振腔面射激光(VCSEL)結(jié)構(gòu)及制法，具有獨(dú)特的三溝渠結(jié)構(gòu)。通過在凸臺(mesa)內(nèi)且位于光窗的外圍設(shè)置一第一溝渠來降低整體電容與縮短氧化層的氧化工藝時(shí)間，且通過在凸臺外圍設(shè)置階梯狀下凹的第二溝渠及第三溝渠來形成階梯狀的雙層凸臺結(jié)構(gòu)，通過形成夠大的散熱面積，達(dá)到降低熱效應(yīng)、并避免金屬層的斷金現(xiàn)象的功效。此外，通過光窗周圍設(shè)置離子布植區(qū)來控制模態(tài)及局限電流，以及在光窗上形成一出光層來達(dá)到控制出光的功效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明有關(guān)于一種垂直共振腔面射激光結(jié)構(gòu)及制法，尤指一種通過三溝渠結(jié)構(gòu)來降低整體電容與縮短氧化工藝時(shí)間的一種垂直共振腔面射激光結(jié)構(gòu)及制法。

背景技術(shù)

垂直共振腔面射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser；簡稱VCSEL)是屬于發(fā)光激光二極管的其中一種，由于其功率與價(jià)格較低，主要應(yīng)用在局域網(wǎng)絡(luò)方面，且具有「高速」與「低價(jià)」的優(yōu)勢。VCSEL發(fā)光及檢光的原材料一般以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為主，通常采有機(jī)金屬氣相沈積法(MOCVD)制成磊晶圓。與一般側(cè)射型激光相比，VCSEL的共振腔與光子在共振腔來回共振所需的鏡面不是由工藝形成的自然晶格斷裂面，而是在組件結(jié)構(gòu)磊晶成長時(shí)就已形成。

一般VCSEL結(jié)構(gòu)大致包含發(fā)光活性層、共振腔以及上下具有高反射率的布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector；簡稱DBR)。當(dāng)光子于發(fā)光活性層產(chǎn)生后便于共振腔內(nèi)來回振蕩，若達(dá)居量反轉(zhuǎn)(population inversion)時(shí)激光光會(huì)于VCSEL組件的表面形成。而VCSEL由于采取面射型，激光光呈現(xiàn)圓錐狀，較容易與光纖進(jìn)行耦合，不需額外的光學(xué)鏡片。對于習(xí)知VCSEL的基本結(jié)構(gòu)、制法與作動(dòng)方式，可以參考美國專利USPat.No.4,949,350以及USPat.No.5,468,656的內(nèi)容。

本發(fā)明針對上述習(xí)知VCSEL的結(jié)構(gòu)與制法加以改良，通過獨(dú)特的三溝渠結(jié)構(gòu)來降低整體電容與縮短氧化工藝時(shí)間，并以光窗周圍的離子布植區(qū)來控制模態(tài)及局限電流，且在光窗上形成出光層來控制出光，以及，通過階梯狀的雙層凸臺結(jié)構(gòu)來幫助熱傳導(dǎo)以降低熱效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種垂直共振腔面射激光結(jié)構(gòu)及制法，可通過獨(dú)特的三溝渠結(jié)構(gòu)來降低整體電容、縮短氧化工藝時(shí)間、以及形成階梯狀的雙層凸臺結(jié)構(gòu)以降低熱效應(yīng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種垂直共振腔面射激光結(jié)構(gòu)及制法，可通過光窗周圍的離子布植區(qū)來控制模態(tài)及局限電流，且在光窗上形成一出光層來控制出光；其中出光層可為介電材質(zhì)，材料成分可為二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或是這兩種材料的混和體，反射系數(shù)介于1.5-2.0。

為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種垂直共振腔面射激光結(jié)構(gòu)，包括有：一基底、一第一鏡層位于該基底之上、一活化層位于該第一鏡層上、一第二鏡層位于活化層上、一氧化層夾設(shè)于該第二鏡層內(nèi)、一凸臺區(qū)域、一第一溝渠、一第二溝渠、一第三溝渠、一介電材料、一第一接觸層、以及一第二接觸層；

其中，該凸臺區(qū)域是位于該基底之上、且是由至少一部分的該第一鏡層、該活化層、該第二鏡層以及該氧化層所組構(gòu)而成；于該凸臺區(qū)域的一頂面的一中央處具有一光窗；該第一溝渠是位于該凸臺區(qū)域之內(nèi)、且環(huán)繞于該光窗的外周緣的至少一部分；該第一溝渠是由該凸臺區(qū)域的該頂面由上向下至少貫穿該第二鏡層、該氧化層與該活化層；該第二溝渠是環(huán)繞于該凸臺區(qū)域的外周緣的至少一部分、且與該第一溝渠相隔一間距，該第二溝渠是由上向下至少貫穿該第二鏡層與該氧化層，使該第二溝渠的一底部是位于該活化層處或該第一鏡層處兩者其中之一；該第三溝渠是環(huán)繞于該凸臺區(qū)域的外周緣的至少一部分且是自該第二溝渠的該底部向下凹陷，且該第三溝渠是由上向下至少貫穿該第一鏡層，使該第三溝渠的一底部是位于該基底處；該介電材料是至少填充于該第一溝渠中；該第一接觸層是位于該凸臺區(qū)域的該頂面上且接觸于該第二鏡層；該第二接觸層是至少位于該第三溝渠的該底部且至少接觸于該基底。