[发明专利]刻蚀顶端非掺杂本征层非对称金属膜垂直腔面发射激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件，特别是一种刻蚀顶端非掺杂本征层非对称金属膜垂直腔面发射激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光器(VCSEL)近来已在技术上有许多应用，这是由于这些器件阈值低、响应快、发射光圆对称、容易实现二维集成，在密集波分复用、光电集成、光纤通讯等高效的光源，已经证明垂直腔面发射激光器了具有的应用价值。

中国专利CN99253156.X公开的垂直腔面发射的结构包含了下面内容：上金属电极，下金属电极，量子阱有源层，p+欧姆接触层，p型半导体分布布拉格反射镜，n型半导体分布布拉格反射镜及半导体衬底，其特征是量子阱有源层的上面是p型半导体分布布拉格反射镜，下面是n型半导体分布布拉格反射镜，在金属电极和p型半导体分布布拉格反射镜上部和量子阱有源层，p型半导体分布布拉格反射镜，p+欧姆接触层等构成圆柱形结构；在n型半导体分布布拉格反射镜的下部有下金属电极。在此专利是通常使用垂直腔面发射激光器的结构。

中国专利CN99253155.1涉及一种介质分布布拉格反射镜腔面发射微腔激光器，主要包括有介质分布布拉格反射镜，上电极金属层、量子阱有源层、半导体等。介质分布布拉格反射镜和半导体分布布拉格反射镜，在量子阱有源层的上下两面，作为本实用新型的腔中两个反射镜。上电极金属层和下电极金属层，分别制在p+接触层和n⁺接触层的上面，使得注入电流不经过介质分布布拉格反射镜和半导体分布布拉格反射镜，避免了两者形成的高电阻，降低了工作电流，同时减少了器件产生的热量。该专利中提到使用介质分布布拉格反射镜和半导体分布布拉格反射镜。

半导体学报(1993，15(10)：700～703)报道了Ag为反射镜和电极的垂直腔面发射激光器，其中使用液相外延生长分别限制量子阱结构，然后低温淀积SiO₂薄膜保护层，用红外光刻机套刻φ＝400微米圆孔作电极条形限制，再做φ＝20微米Ag反射面。该文献使用金属膜反射镜和电极，但是金属反射镜的反射率无法与半导体材料布拉格反射镜相比，同时φ＝20微米的电极无法很好地限制电流，实验测试器件的阈值电流为3.8安培，并且使用了液相外延生长量子阱和低温淀积SiO₂两个工艺过程。

Solid State Communications(1993，88(6)：461～463)中是使用液相外延生长分别限制量子阱结构，使用Zn扩散直径20微米平台限制电流的扩散，使用顶端台阶Pd/Ge作为电极和反射镜，衬底金属膜为电极。该文献中使用液相外延研究垂直腔面发射激光器已经被分子束外延(MBE)或金属氧化物气相淀积(MOVCD)取代，使用Zn扩散直径20微米平台可以限制电流的扩散，但没有达到低阈值的垂直腔面发射要求，并且文献中没有将衬底表面电极的金属膜设计成限制电流的形状。

Journal of Vacuum Science and Technology B(1999，17(6)：3222～3225)公开的垂直腔面发射激光器中利用Au为上电极控制激光，但使用了质子轰击p型布拉格反射镜实现电流的控制，然而质子轰击很难实现半径1微米电流限制区，并且该文献中衬底表面的增透膜没有发挥限制电流作用。

IEEE Journal of Quantum Electronics(2003，39(1)：109-119)和Proceedings ofSPIE(2002，4942：182-193)报道了使用上反射镜中作为电极和反射镜，借助氧化层限制电流，但是分别氧化在电流限制区半径1微米时比较难以控制，并且不容易实现集成化，同样该文献中衬底表面电极没有发挥限制电子流作用。

上面两个专利中使用金属电极只是垂直腔面发射激光器中组成部分，但没有涉及到电极的形状和厚度，在垂直腔面发射激光器中使用的分布布拉格反射镜为上下各自20对以上，再加上有源区中量子阱结构，使在生长垂直腔面发射激光器中多次地改变材料的成分，并严格控制每一层的厚度，这是垂直腔面发射激光器结构复杂、生长条件苛刻的原因。虽然在上面文献中使用金属膜为电极和反射镜，但是由于对金属膜设计过大，因此只能借助质子轰击或分别氧化实现电流良好的限制，然而质子轰击和分别氧化存在缺陷，并且文献中注重了上面的金属膜的设计而忽略衬底金属膜的电流限制作用。采用质子轰击很难实现半径1微米电流限制区，分别氧化在电流限制区的半径1微米比较难以控制，并且不容易实现集成化。