[发明专利]包含具有压缩应力AlGaAsP层的垂直共振腔表面放射激光二极管(VCSEL)

说明书

一种包含具有压缩应力AlGaAsP层的垂直共振腔表面放射激光二极管(VCSEL)，包括GaAs基板、下DBR层、下间隔层、主动区、上间隔层及上DBR层。下DBR层或上DBR层分别包含多层的低折射率层及多层的高折射率层，下DBR层、下间隔层、上间隔层或上DBR层包含Al_xGa_1‑xAs_1‑yP_y，其中Al_xGa_1‑xAs_1‑yP_y的晶格常数大于GaAs基板的晶格常数，借此适度减少因为晶格不匹配而产生过大的压缩应力或避免长晶时产生拉伸应力，从而减少VCSEL磊芯片变形翘曲或制造时发生破片的机会，或避免VCSEL磊晶层因累积过大的压缩应力或因长晶时产生拉伸应力，其中拉伸应力越大越容易引起缺陷或差排，过多的缺陷或差排会使VCSEL的可靠度不佳。

技术领域

一种垂直共振腔表面放射激光二极管，特别是一种使DBR层或间隔层具有适度压缩应力的VCSEL。

背景技术

垂直共振腔表面放射激光二极管(Vertical Cavity Surface Emitting LaserDiode,VCSEL)是半导体激光组件的一种，其可以用来做为3D感测、光通讯或其他应用的光源。

该二极管结构中包括一对高反射率的薄膜，习称为分布式布拉格反射器层(Distributed Bragg Reflector Layer,DBR Layer)。在一对DBR层之间会有共振腔，共振腔通常包括间隔层(Spacer Layer)及主动层(Active Layer)，且主动层是由障壁层(Barrier Layer)及井层(Well Layer)构成。

DBR层的制作方法是：在GaAs基板的上方将AlGaAs低折射率层以及AlGaAs或GaAs的高折射率层的交替堆叠，以形成具有高反射率的结构。

由于AlGaAs与GaAs基板之间的晶格不匹配，于是在磊晶成长的过程中或在室温时，AlGaAs因晶格常数大于GaAs而会产生压缩应力。此外，提高DBR层对特定波长的反射率一般有两种作法，一是增加DBR层的堆叠层数，如此AlGaAs层的设置数量也会变多，亦即会累积过多的压缩应力，另一是提高铝含量来扩大每对高、低折射率层间的铝含量差值，此时DBR层的堆叠层数虽可以不用增加，但铝含量提高则压缩应力也变大，然而不论选择何种方式，都容易使VCSEL磊芯片累积过多的压缩应力，而造成磊芯片发生形变，并容易在VCSEL磊晶层中产生缺陷或差排，如此会对VCSEL组件的可靠度(reliability)或组件制程造成负面影响。例如基板经研磨后其厚度会变薄，磊芯片的刚性因而下降，于是无法抵抗累积于VCSEL磊芯片过大的压缩应力而产生严重翘曲(Bowing)，增加后续制程的困难度及破片风险。

VCSEL磊芯片的变形或翘曲也会使磊芯片上的曝光显影的图案发生偏移或形变(defocus)，而影响制程的良率。此外，翘曲的磊芯片在后续的制程处理较容易产生额外的应力，而有可靠性的风险。此外，VCSEL的磊晶层中若累积过大的应力，容易使磊芯片发生形变，而使得VCSEL破裂的风险变大。

若VCSEL磊晶层中累积过大的应力总和，则可能会在VCSEL磊晶层引起缺陷或差排，容易对VCSEL组件的可靠度造成不良的影响。