專利名稱：垂直腔表面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，并特別涉及一種其中為了增強(qiáng)發(fā)射光的光學(xué)特性而改進(jìn)了電極層的VCSEL。
通常來說，VCSEL從淀積的半導(dǎo)體材料層垂直地發(fā)射出近乎圓形的高斯光束，從而避免了對校正發(fā)射光形狀(configuration)的光學(xué)系統(tǒng)的需求，這一點并不象邊緣發(fā)射激光器。另外，由于VCSEL可以小型化，所以可將多個VCSEL集成于單獨一個半導(dǎo)體片上。因此，易得到VCSEL的二維結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)點使VCSEL對例如電子計算機(jī)、音頻/視頻設(shè)備、激光打印機(jī)和掃描儀、醫(yī)療設(shè)備和通信領(lǐng)域這樣的光學(xué)應(yīng)用具有吸引力。


圖1說明了由基片10和在基片10上順序淀積而成的第一反射層12、活性層14、第二反射層16和電極層20所組成的傳統(tǒng)的VCSEL。此外，基片10摻有含n型雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，例如，n型GaAs。通過在基片10上輪流淀積含有與基片所含的雜質(zhì)相同類型的雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，如n型AlxGa1-xAs和n型AlAs，來形成第一反射層12。第一反射層12具有約99.9％的反射率并能使活性層14中產(chǎn)生的特定波長范圍內(nèi)的光透過。第二反射層16由用于第一反射層但含有與第一反射層所含雜質(zhì)類型相反的雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料組成。即，通過在活性層14上輪流淀積P型AlxGa1-xAs和P型AlAs來形成第二反射層16。第二反射層16具有大約99.6％的反射率以發(fā)射產(chǎn)生于活性層14中的光.另外，通過對都與一外部電源相連的基片10和電極層20施加電壓使得第一和第二反射層12和16向活性層14移動電子和空穴?；钚詫?4通過電子和空穴的重聚所產(chǎn)生的能量遷移來產(chǎn)生光?；钚詫?4可具有單量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱結(jié)構(gòu)或超點陣結(jié)構(gòu)，并可由單一的半導(dǎo)體材料或非導(dǎo)電材料形成。
電極層20由用于發(fā)射已透過了第二反射層16的光線的腔22來形成。電極層20由用于和外部電源電氣相連并具有高導(dǎo)電性的金屬形成。當(dāng)分別對電極層20和基片10施加電能時，電流便在VCSEL中流動。
通過在第二反射層16中放入離子或質(zhì)子形成了遠(yuǎn)離腔22底面的高電阻部分18。高電阻部分18限制了VCSEL中的電流的流動以提高在活性層14中產(chǎn)生并通過腔22得以發(fā)射的激光的輸出量。
不過，一部分通過高電阻部分18之外區(qū)域的光向在腔22內(nèi)部延伸的電極層20的突出部分21移動。這里，由于電極層20由具有高電導(dǎo)性的金屬，如金或銅形成，因此入射至此金屬層的大部分光從那里反射并傳向第二反射層16。傳向第二反射層16的光影響由腔22發(fā)射出的光。這樣，就影響了所產(chǎn)生激光的單一模式和強(qiáng)度。
為了克服以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種VCSEL，其中改善了電極層結(jié)構(gòu)以獲得發(fā)射光的均勻強(qiáng)度。
為了完成上述目標(biāo)，提供了一種VCSEL，它包含基片、基片之上由含雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成的第一反射層、第一反射層之上用以產(chǎn)生激光束的活性層、活性層之上由具有與第一反射層的半導(dǎo)體材料所含雜質(zhì)的類型相反的雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成的第二反射層、以及形成于第二反射層上并具有用于發(fā)射來自第二反射層的光的空腔的電極層。電極層具有導(dǎo)電性高并與外部電源相連的金屬層和形成于金屬層下面且反射率低于第一和第二反射層的導(dǎo)電性輔助反射層。
通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中圖1為傳統(tǒng)VCSEL的簡略剖視圖；以及圖2為根據(jù)本發(fā)明的VCSEL的簡略剖視圖。
如圖2所示，本發(fā)明的VCSEL由基片30和全部在基片30上順序形成的第一反射層32、活性層34、第二反射層36和電極層40組成。
基片30摻有含n型雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，如n型GaAs，并與外部電源相連。通過在基片30上輪流淀積含有與基片30所含雜質(zhì)類型相同的雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，如n型AlxGa1-xAs和n型AlAs來形成第一反射層32。第一反射層32具有約99.9％的高反射率并能使產(chǎn)生于活性層32的特定波長范圍內(nèi)的光透過。第二反射層36由用于第一反射層32但含與第一反射層32所含雜質(zhì)類型相反的雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成。即，通過在活性層34上輪流淀積P型AlxGa1-xAs和P型AlAs來形成第二反射層36。第二反射層36具有約99.6％的反射率以發(fā)射產(chǎn)生于活性層34的激光。另外，通過對都與外部電源相連的基片30和電極層40施加電壓，第一和第二反射層32和36將電子和空穴引導(dǎo)至活性層34。活性層34通過電子和空穴重聚所產(chǎn)生的能量遷移產(chǎn)生光。活性層34可具有單量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱結(jié)構(gòu)或超點陣結(jié)構(gòu)。
電極層40由用于發(fā)射從第二反射層36透過的光的腔46來形成。
電極層40是含金屬層44和導(dǎo)電性輔助反射層42的雙層。金屬層44與外部電源相連并最好由具有高電導(dǎo)性的金屬，如金或銀形成。
金屬層44和第二反射層36之間的輔助反射層42由鎳、鉬、鉑或鉻形成。輔助反射層42的反射率大約為98-99％，低于第一和第二反射層32和36的反射率。因此，從輔助反射層42的突出部分43的底面反射的光強(qiáng)度小于從腔46反射的光強(qiáng)度。這樣，輔助反射層42抑制了通過腔46高級別(high-degree)模式光的發(fā)射并從而用以發(fā)射單模式的低噪聲光。
另外，通過在第二反射層36放入離子或質(zhì)子，還可以在第二反射層36中提供遠(yuǎn)離腔46底面的高電阻部分38。高電阻部分38限制電流流動，從而提高了產(chǎn)生于活性層34并由腔46激發(fā)出的光的強(qiáng)度。
因此，由于本發(fā)明的VCSEL抑制了高級別模式光的發(fā)射，所以改善了從腔發(fā)射的光的光學(xué)性質(zhì)從而使光保持了基本的單模式。
權(quán)利要求
1.一種垂直腔表面發(fā)射激光器，包括一個基片；在所述基片上由包含雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成的第一反射層；在所述第一反射層上形成并用于產(chǎn)生激光束的活性層；在所述活性層上，由含有與用于第一反射層的半導(dǎo)體材料所含雜質(zhì)的類型相反的雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料所形成的第二反射層；以及形成于所述第二反射層上并具有用于發(fā)射來自所述第二反射層光的腔，其中所述電極層含具有高導(dǎo)電性并與外部電源相連的金屬層和形成于所述金屬層下面并具有低于所述第一和第二反射層的反射率的導(dǎo)電性輔助反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直腔表面發(fā)射激光器，其中所述輔助反射層的反射率大約為98-99％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直腔表面發(fā)射激光器，其中通過在第二的層上放入離子或質(zhì)子，在所述第二反射層中形成與所述腔分離開的高電阻部分，從而提高通過所述腔發(fā)射的光的強(qiáng)度。
全文摘要
提供了一種垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，它具有基片、由含雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成的第一反射層、第一反射層之上的活性層、活性層之上由含有與用于第一反射層的半導(dǎo)體材料所含雜質(zhì)的類型相反的雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料所形成的第二反射層、以及第二反射層之上具有發(fā)射來自第二反射層的光的腔的電極層。電極層具有導(dǎo)電性高并與外部電源相連的金屬層和金屬層之下并具有低于兩個反射層反射率的導(dǎo)電性輔助反射層。
文檔編號H01S5/042GK1137188SQ9610317
公開日1996年12月4日 申請日期1996年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月23日
發(fā)明者李用熙, 申鉉國 申請人:三星電子株式會社