[发明专利]垂直延伸腔表面发射激光器以及用于制造该激光器的发光部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及垂直延伸腔表面发射激光器(VECSEL)，其包括延伸 反射镜、叠层、分布式布拉格反射器(DBR)和衬底，该延伸反射镜形 成该延伸腔的第一端镜，该叠层至少具有用于光发射的激活区，该分 布式布拉格反射器(DBR)形成所述延伸腔的第二端镜，该叠层附接到 该衬底上。本发明还涉及制造这种垂直延伸腔表面发射激光器的发光 部件的方法。

垂直延伸腔表面发射激光器是一种用于投影应用的有前途的技 术。利用在该延伸激光腔内部的非线性晶体通过二次谐波发生能够将 这种激光器的IR发射分量转变成蓝、绿和红光。

背景技术

垂直腔表面发射激光器(VCSEL)通常由叠层形成，该叠层包括激 活(增益)区，其夹在两个分布式布拉格反射器中间。该叠层由适当 的电介质和/或半导体层序列组成。激光腔由两个DBR形成，为了向外 耦合的目的，其中一个DBR在产生激光的波长处的反射率比另一个DBR 的反射率低。在垂直延伸腔表面发射激光器的情况下，具有较高反射 率的DBR与延伸反射镜之间形成共振腔。可以省略将要设置在该延伸 腔内部的第二DBR，或者将该第二DBR设计成相比于VCSEL来说在产生 激光的波长处具有甚至更低的反射率。

为了稳定地操作这种VECSEL，该延伸腔内部需要光学透镜以便利 用两个平坦端镜来形成稳定的共振器。此外，必须从激活区有效地散 掉在这种激光器的操作期间所生成的热量。

WO 2004/086578 A2公开了将光学透明衬底附接到延伸腔内部的叠 层的自由侧。该透明衬底用作散热器(heat spreader)，并且将其设 计成具有对激光器输出的光产生影响的一个或多个其他选择的性质。 这样的其他性质的实例是用以实现激光辐射的所希望的偏振的偏振性 质、用以实现激光辐射的倍频的非线性光学响应，或者提供用以使输 出光聚焦或散焦的曲面。

然而，透明衬底的热导率不足以使其用作有效的散热装置(heat sink)。此外，当透明衬底不导电时，很难实现到激活区中的均匀电 流注入。

发明内容

本发明的目的是提供制造垂直延伸腔表面发射激光器的发光部件 的方法以及包括这种部件的垂直延伸腔表面发射激光器，该方法能够 利用标准的半导体制造工艺来进行，并且实现具有均匀电流注入和高 效率散热的发光部件。

该目的利用根据权利要求1和12所述的方法和垂直延伸腔表面发 射激光器来实现。该方法和激光器的有利实施例是从属权利要求所请 求保护的主题，或者在说明书的随后部分对此加以描述。

在所提出的方法中，叠层在半导体衬底上外延地生长。所述叠层 包括形成激活区的半导体层、形成上部分布式布拉格反射器的上层序 列，以及在该半导体衬底和该激活区之间的掺杂n或p的电流注入层。 该上部分布式布拉格反射器设计成对于产生激光的波长具有高反射 率。层的材料和层的厚度以及用于外延生长和结构化这种叠层以便形 成垂直发光二极管的过程在本领域中通常是已知的。可选地，该叠层 生长成使其还包括下层序列，该下层序列在该激活区和掺杂n或p的 电流注入和扩散层(spreading layer)之间形成下部分布式布拉格反 射器。该下部分布式布拉格反射器设计成对于产生激光的波长来说具 有比上部分布式布拉格反射器更低的反射率。

首先，结构化具有叠层的衬底的上部分，并使其部分金属化以生 成电约束(electrical confinement)。在下一个步骤中，具有该叠 层的半导体衬底利用该叠层的上侧而键合(bonded)到支撑衬底或小 装配(submount)衬底上。然后，例如通过蚀刻或烧蚀(ablation) 而去掉该半导体衬底。在去掉半导体衬底的步骤之后，在所述叠层的 目前未覆盖的下侧沉积金属化层。如果该金属化层对于所述发光部件 的操作而言是必需的，那么可以另外结构化该金属化层。然后，将光 学透明衬底键合到该叠层的下侧，致使在该光学透明衬底的这一侧产 生反射镜层(形成(一个或多个)DBR)、增益层(形成激活区)和掺 杂n或p的电流注入层以及金属化层的外延生长的叠层，所述光学透 明衬底例如玻璃衬底。