专利名称：热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种垂直腔面发射激光器，尤其是一种将热源隔离开并能够控制调节导电率的垂直腔面发射激光器。
垂直腔面发射激光器简称VCSEL。VCSEL是日本Iga教授于1977年首次提出的。这是一种不同于以往传统半导体侧面发射激光器的一种新结构，并且以其独特而优良的特性在今天被广泛地研究和应用。现有的垂直腔面发射激光器VCSEL结构基本构成包括P型的布拉格发射镜(DBR)，有源区和N型的DBR。P型DBR提供一个空穴的导电区，并作为激光器的一个镜面。N型的DBR提供一个电子的导电区，并作为激光器的另一个镜面。在有源区里，空穴和电子复合发光，垂直产生激光。基本分为两类，一类是如
图1所示，衬底4下为下电极6，衬底4上设有N型DBR3，N型DBR3上为有源区2，有源区2上为P型DBR1，上电极5设置在P型DBR1顶部。电流7通过P型DBR1注入到有源区2，有源区2产生光，通过P型DBR1垂直输出激光束。在这样结构中，由于电流要经过一个高阻的P型分布的DBR1，因此发热比较严重，而发热会大大降低器件的性能。另一类是侧注入，如图2所示，基本层次结构和图1所示相同，只是上电极8、8’腐蚀设置在P型DBR1的两侧。这种侧向注入的方式存在的问题是一方面其电极往往制作困难，欧姆接触较差，有源区2的横向电阻为固定值，一般较高，无法调节，另外，侧向注入的电流效率不高。这些因素一直障碍着垂直腔面发射激光器的发展，垂直腔面发射激光器普遍存在功率低、寿命短等缺点。
本实用新型的目的在于针对现有技术之不足而提供一种热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器，它既克服了顶部注入电极式严重器件发热的问题，又避免了侧向注入电极制作工艺复杂问题，保证产品性能，并且还能够控制调节导电率。
本实用新型的目的是这样实现的一种热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器，其衬底下为下电极，衬底上设有N型DBR，N型DBR上为有源区，有源区上为P型DBR，上电极设置在P型DBR顶部，其中所述的有源区中间设有一绝缘层，将有源区分为低电阻率截止的横向导流通道和下有源区，绝缘层远离P型DBR一侧对应开设导电孔区，对应导电孔区轴向垂直位置的有源区上方设有上侧P型DBR。
所述的绝缘层可为被氧化的高电阻层。
所述的横向通道上部、两P型DBR之间设有绝缘层，绝缘层上部设有外接电压的栅极。
所述的横向通道可为高电子迁移率晶体管结构。
所述的低电阻率介质的横向通道可为P型高掺杂材料层。
根据上述技术方案分析可知，本实用新型具有如下优点1、将电极仍然制作在P型DBR上，但将P型DBR电流的注入方向和发光的有源区在横向上分隔开，不在同一轴向上，而是通过横向通道导流，使有源区和DBR热产生不至于相互影响，从而大大降低产品的发热，提高了产品性能。
2、增加栅极，实现了导电率可控的目的，而且通过相应的控制电路，对于激光的控制能够构成闭环系统，从而得到更稳定的输出值，满足不同的实际要求。
3、在P型DBR注入区和有源注入区的横向沟通，使用高电子迁移率晶体管(HEMT)技术，不仅使得横向注入的效率大大提高，而且使这种导电效率可以被更加灵活地控制。
以下结合附图和具体实施方案对本实用新型做进一步的详细说明。
图1为一种现有技术的结构示意图；图2为另一种现有技术的结构示意图3为本实用新型的结构示意图；图4为本实用新型横向沟通高电子迁移率晶体管结构层示意图。
参见图3，本实用新型为一种热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器，其衬底4下为下电极6，衬底4上设有N型DBR3，N型DBR3上为有源区2，有源区2上为一被氧化的高电阻绝缘层10，高电阻绝缘层10上为低电阻横向导流通道层9，绝缘层10远离P型DBR1一侧对应开设导电孔区11，对应导电孔区11轴向垂直位置的有源区2上方设有上侧P型DBR12。上电极5设置在P型DBR1顶部，电流7从上电极到P型DBR1中，再向下注入，由于高电阻绝缘层10的阻隔作用，电流7流经低阻介质横向导流通道层9，通过绝缘层10导电孔区11至有源区2，有源区2发光，电流7流向下面的N型DBR3。光束则经绝缘层10导电孔区11垂直向上发射，由于对应位置上的上侧P型DBR12作用，产生激光束。这样将电流7流经的DBR1与产生光源的有源区2以及产生激光束的P型DBR12横向分离，隔离了热源，有源区2和DBR1热产生不再相互影响，大大降低了发光中的热量聚集，解决了垂直腔面发射激光器发热的问题，提高了产品的性能。
如图3所示，为了控制电流注入的效率或控制低阻区的电阻率，横向通道层9上部、两P型DBR1、DBR12之间设有氧化物绝缘层13，氧化物绝缘层13上部设有栅极14，栅极14电压可来自于外部控制电路，作为栅极14能够对横向通道层9的电阻和电流进行控制，同时由于栅极14的设置也可实现整个装置的闭环控制。
为了更加有效地提高对横向通道层9电阻和电流的控制，横向通道层9采用高电子迁移率晶体管结构，即HEMT结构，如图4所示。它是由一个宽禁带掺杂(N型或P型)的材料层91中间夹着一个窄禁带不掺杂的材料层92。由于界面的作用，当在栅极14上加电压时，宽禁带材料层91中的高掺的载流子进入不搀杂的窄禁带材料层92中，由于窄禁带材料不掺杂，所以载流子在其中运动可以有非常高的迁移率，又由于高掺材料中的载流子进入此材料中，所以宽禁带材料层91中载流子浓度非常高，电阻比较小，电流比较大。整个横向通道层9可以是一层宽禁带材料层91中(N型或P型)的材料中间夹着一层窄禁带材料层92的重复叠加结构。这样提高了横向注入的效率，灵活、便捷地控制了整个装置导电效率。
权利要求1.一种热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器，其衬底下为下电极，衬底上设有N型DBR，N型DBR上为有源区，有源区上为P型DBR，上电极设置在P型DBR顶部，其特征在于所述的有源区中间设有一绝缘层，将有源区分为低电阻横向导流通道和下有源区，绝缘层远离P型DBR一侧对应开设导电孔区，对应导电孔区轴向垂直位置的有源区上方设有上侧P型DBR。
2.根据权利要求1所述的热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器，其特征在于所述的绝缘层的被氧化的高电阻层。
3.根据权利要求1所述的热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器，其特征在于所述的横向通道上部、两P型DBR之间设有绝缘层，绝缘层上部设有外接电压的栅极。
4.根据权利要求1所述的热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器，其特征在于所述的低电阻率介质的横向通道可为高电子迁移率晶体管结构。
5.根据权利要求1所述的热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器，其特征在于所述的低电阻率介质的横向通道可为P型高掺杂材料层。
专利摘要一种热源隔离可控导电率的垂直腔面发射激光器,其衬底下为下电极,衬底上设有N型DBR,N型DBR上为有源区,有源区上为P型DBR,上电极设置在P型DBR顶部,其中所述的有源区中间设有一绝缘层,将有源区分为低电阻率截止的横向导流通道和下有源区,绝缘层远离P型DBR一侧对应开设导电孔区,对应导电孔区轴向垂直位置的有源区上方设有上侧P型DBR。本实用新型既克服了顶部注入电极式严重器件发热的问题,又避免了侧向注入电极制作工艺复杂问题,保证产品性能,并且还能够控制调节导电率。
文档编号H01S5/125GK2415520SQ0023106
公开日2001年1月17日 申请日期2000年4月5日 优先权日2000年4月5日
发明者程澎, 林世鸣 申请人:集成光电子学国家重点联合实验室半导体所实验区