[发明专利]一种垂直共振腔面射激光元件

说明书

本发明提供了一种垂直共振腔面射激光元件，包括依序堆栈的：基底、穿隧接面层、第一镜层、主动层、氧化层及第二镜层，所述第一镜层是p型分布式布拉格反射镜层，所述第二镜层是n型分布式布拉格反射镜层，利用穿隧接面层使得垂直共振腔面射激光元件可以将氧化层上方的P‑DBR转置成N‑DBR，使得主动层温度降低，而且光场趋近在主动层的量子井结构的中间位置耦合发光，使得发光总能量能够随着电流的提高而有效地增加。

技术领域

本发明涉及激光元件技术领域，具体为一种垂直共振腔面射激光元件。

背景技术

半导体发光元件可分为发光二极管(Light-emitting diode，LED)元件及激光二极管(laser diode，LD)元件。LED元件属于发散光源但其发光能量较弱且光束角度偏大，因此功能性较不足仅能提供普通照明或应用于2D感测系统。至于LD元件所产生的则是激光光，其光束角度与形状相对较LED集中，而且具备较低功耗、高效率与高速等优势，因此适合应用于3D感测及光通讯领域。而从结构层面来看，LD元件结构也比LED元件更为复杂，同时材料特性要求高且设计也较困难，更须具备高难度磊晶技术才能够顺利量产。因此，LD元件与LED元件虽然都是发光元件，但是在用途、功效、结构及技术领域实属不相同。

垂直共振腔面射激光(VCSEL)元件顾名思义其激光是由晶粒表面垂直发射出来，是LD元件的其中之一。请参阅图1，VCSEL元件例如以砷化镓(Gallium Arsenide，GaAs)为基材构成一基底1，另设有一第一电极C与基底1接触，在基底1上方设置有一第一镜层2，在第一镜层2上方设置有一主动层(Active Layer)3，在主动层3上方设置有一氧化层4，在氧化层4上方设置有一第二镜层5，在第二镜层5上方设置有一第二电极6。第一电极C及第二电极6分别为n型欧姆电极及p型欧姆电极。以水气氧化法(Wet Oxidation)所制作的VCSEL元件为例，基底1是一n型砷化镓(N-GaAs)基底，第一镜层2是一n型分布式布拉格反射镜层(简称N-DBR)，例如以硅(Si)掺杂的砷化铝镓(AlGaAs)。主动层3则是例如以砷化铟镓(InGaAs)的井层及AlGaAs的能障层彼此重复堆栈所构成。氧化层4的中央设有氧化孔。第二镜层5是一p型分布式布拉格反射镜层(简称P-DBR)，例如以碳(C)掺杂的AlGaAs。VCSEL元件便是利用分别位于主动层3的上方及下方之第二镜层5及第一镜层2作为反射镜面，进而通过氧化孔产生共振腔(Resonant Cavity)而发出激光光。

理想状态，是希望电子/电洞是在主动层的量子井结构的中间位置耦合而发光，以尽量达到主动层的上半部及下半部皆可以被有效的运用。然而，实际上，传统VCSEL元件基于载子在n型半导体的移动速率大于载子在p型半导体的移动速率的因素，因此电子/电洞是在主动层的上半部耦合而发光，使得光场L’大部分偏在主动层的上半部(如图1)，主动层的下半部并无法被有效的运用，主动层的量子井结构只有一部分被运用到，形成了理想值误差。而当为了提高VCSEL元件发光总能量(total power)时，通常是以提高电流(例如大于或等于4mA)的方式从第二电极6输入，然而这反而使得前述理想值误差更为拉大，导致VCSEL元件的发光总能量并无法如预期般随着提高电流而达到预期值。另外，由于P-DBR的电阻比N-DBR的电阻大得多，载子在P-DBR的扩散受到限制而使得载子密度较大，所以当导入高电流时，载子密度较大也造成VCSEL元件运作时主动层3的温度会较高，例如高达485℃(于高电流为10mA)，然而较高的主动层温度却会使得VCSEL元件的发光总能量无法随着电流的提高而有效地增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直共振腔面射激光元件，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

为实现上述目的，根据本发公开的一个方面，提供了一种垂直共振腔面射激光元件，所述垂直共振腔面射激光元件包括：基底；穿隧接面层，所述穿隧接面层设置于所述基底的上方；第一镜层，所述第一镜层设置于所述穿隧接面层的上方；主动层，所述主动层设置于所述第一镜层的上方；氧化层，所述氧化层设置于所述主动层的上方；一第二镜层，所述第二镜层设置于所述氧化层的上方。