专利名称：高导热率垂直腔面发射激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光器，更具体地涉及改进型垂直腔面发射激光器。
背景技术：
例如激光器的发光设备正逐渐被越来越多地用在各种应用领域中，例如通信和数据存储设备。一种类型的激光器是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。图1示出了现有技术中VCSEL 10样品的剖面侧视图。该VCSEL 10样品是传统氧化物封闭的顶端发射VCSEL 10。VCSEL 10包括将活性区域40夹在中间的顶部反射器20和底部反射器30。反射器20和30以及活性区域40都制造在衬底50上。底部电极52与衬底相连接，而顶部电极54与顶部反射器20相连接。
衬底50可以是掺硅的n型砷化镓(GaAs)。底部电极52与衬底50形成欧姆接触，并且通常由导电性金属制得，例如金-锗(AuGe)合金。
活性区域40包括光生成层42，其通常由一个或更多的InGaAs(砷化铟镓)、GaAs(砷化镓)、AlGaAs(砷化铝镓)或InAlGaAs(砷化铟铝镓)量子阱构造成。光生成层42通过顶部隔离层44与顶部反射器20分离开，并通过底部隔离层46与底部反射器30分离开。光生成层42被配置来产生预定或已知波长的光。该预定波长可以广泛变化，例如在接近650纳米(nm)到接近1,400纳米的范围内变化。隔离层44和46例如可以用AlGaAs来制得。
活性区域40被夹在顶部反射器20和底部反射器30之间。顶部反射器20和底部反射器30是分布式布拉格反射器(DBR)，其包括交替的、1/4波长厚的、光学折射率不同的材料层，这些材料例如是AlAs、GaAs或铝和镓比例不同的AlGaAs。由此，顶部反射器20和底部反射器30也被称之为DBR反射镜20和30。
传统地，DBR反射镜20和30的各层厚度都为活性区域40所生成光的波长的1/4。为简化起见，图1中仅示出了DBR反射镜20和30的各8层(4对层)。在实际实施中，DBR反射镜20和30分别都可以包括更多的层，例如20或30对层。
为了产生要操作的半导体激光器所需的光学增益，活性区域40由p-n结组成，并且电流被注入其中。为了方便电流流动穿过VCSEL 10，DBR反射镜20和30都被掺有精心设计分布的n-或p-型掺杂剂，以便提高主体材料的电导率，并使在交替的1/4波长层之间界面处形成的许多异质位垒(heterobarrier)上的电压降达到最小。
虽然通过精心设计掺杂分布可以减少导电DBR反射镜中的由于本体电阻和异质位垒电压降所生成的热，但是活性区域的p-n结中所生成的热是设备操作所固有的，不可能被完全消除。正常地，一种DBR反射镜是n-型掺杂的，另一种是p-型掺杂的，从而形成p-n结，并在活性区域40中消散其相关的热。例如，顶部DBR反射镜20可以包括p-掺杂GaAs、AlAs或AlGaAs层，而底部DBR反射镜30包括n-掺杂GaAs、AlAs或AlGaAs层。n掺杂剂可以是硅，p掺杂剂可以是碳。
在现有的VCSEL 10样品中，顶部反射器20的各层被掺杂成p型半导体，底部反射器30的各层被掺杂成n型半导体。衬底50被掺杂来形成n型接触。
这种结构的VCSEL 10及其操作在该领域中是已知的。为了产生激光(激光效应)，电流经过电极52和54被引入VCSEL 10。当电流流过活性区域40时，光生成层42的量子阱产生光子(光粒子)。当通过活性区域40的电流足够时，产生光学增益，这种增益相干地放大在DBR反射镜20和30之间来回反射的光。该光的一部分透过DBR反射镜20和30，并且顶部电接触中的开口56通常用来允许该透过光射出设备10。箭头58表示这种逸出光。
电流封闭阻挡层60经常被用来将电流一般导向活性区域40的中部。当使用时，电流封闭阻挡层60绝缘了除环形或多边形区(俯视观察，未示出)之外的所有区域，该环形或多边形区的直径通常接近或小于接触开口宽度57。因为大多数电流被导向光生成层42的部分43，所以大部分光在这里被称之为活性部分43的该部分43内生成。
为了从VCSEL 10生成更多的光，更多电流被施加给VCSEL 10。增加的电流不仅导致生成更多的光，而且导致在活性区域40产生更多的热。该热不利地影响VCSEL 10，从而限制了可由VCSEL 10产生的光的量。
VCSEL中的过量的热具有许多不利影响，包括波长偏移、增益减少、吸收增加、折射率偏移与相关的光学损耗和DBR反射镜反射率变化、泄漏电流、热透镜化和效率降低。这些效应的组合及其空间变化最终限制了VCSEL 10能够实现的最大功率、最大单侧模式功率、最大调制带宽和最大效率。而且，所有这些参数在商业上具有重要性。例如，长波长(波长1300nm的发射光)VCSEL作为在地下区域10千米(km)或更长的链路长度内以非常高的比特率运行的光通信链路中的光源在商业上可获利，但是该VCSEL中的热生成使得要同时满足这种链路的调制速度、光功率和单模光功率要求非常具有挑战性。
图2示出了沿着活性区域40的横向温度分布曲线70，类似于具体有限元模拟的结果。这里，层间距42i表示并对应于图1的VCSEL 10光生成层42的宽度，活性间距43i表示并对应于生成大部分光子的光生成层42活性部分43的宽度。如图2所示的，温度在活性间距43i处最高，并且该温度在活性间距43i的边缘处陡降。在活性间距43i处的温度和活性间距43i外的温度之间的温度差72相对较大。该横向温度分布曲线70暗示出热被有效地捕集在VCSEL 10的活性部分43内，并且不能被有效地分布或散开，由此加剧了图1的VCSEL 10的热问题。
该热大量被捕集在活性部分43内主要是因为通常冲突的对DBR反射镜20和30的高光学对比度、高电导率和高导热率要求。DBR反射镜通常被设计成高光学对比度和低电学损耗。而且，DBR反射镜通常具有相对差的导热率，从而导致在活性部分43中所生成的热被捕集，并形成如图2的曲线70所示的高峰温度。该高峰温度不仅加剧了与过热相关的问题，例如效率受限，而且由热封闭造成的窄空间分布加剧了与横向热分布相关的问题，例如热透镜化。
由此，仍存在一种对改进型激光器的需求，该激光器的散热特性得以改善，从而减轻或消除热对发光设备的不利影响。
发明内容
本发明满足了这一需要。在本发明的一个实施方式中，光生成设备包括光生成层、顶部反射器、底部反射器和位于其间的至少一个高导热率(HTC)层。该HTC层可设置在光生成层与底部反射器之间、在光生成层与顶部反射器之间、或者在这两处都设置。该光生成层适于生成第一波长的光。由于HTC层的存在，在光生成层处所产生的热被更高效地消散。
在本发明的另一实施方式中，光生成设备包括光生成层、顶部反射器和高导热率(HTC)底部反射器。该光生成层适于生成已知波长的光。由于底部反射器是HTC反射器，在光生成层处所产生的热被更高效地消散。
结合附图，通过实例说明本发明的原理，从下面详细的描述中，本发明的其他方面和优点将变得清楚。
图1示出了现有技术的VCSEL样品的剖面侧视图；图2示出了沿着图1的VCSEL部分的横向温度分布曲线；图3示出了表示组成变化的AlxGa(1-x)As的近似热阻系数的热阻系数曲线；图4示出了本发明的光生成设备的一个实施方式；图5示出了沿着图4的VCSEL部分的横向温度分布曲线；图6、7A、7B和8A示出了本发明的光生成设备的其他实施方式；和图8B和8C示出了图8A的光生成设备部分的可替换实施方式。
具体实施例方式
现在将参照图1到8C来描述本发明，图中示出了本发明的各种实施方式。在图中，为了说明起见，某些结构或部分的尺寸相对于其他结构或部分的尺寸可能被夸大，从而被提供来说明本发明的一般结构。而且，本发明的各种方位是参照相对于其他结构、部分或两者位于“之上”或“上方”的结构或部分来描述的。如本领域技术人员将认识到的，例如“在……之上”或“在……上方”的相对术语和短语这里被用来描述如图中所示的一个结构或部分与另一个结构或部分的关系。要理解到，这些相对术语意在涵盖除了图中所描绘的方位之外设备的不同方位。例如，如果图中的设备被倒置、旋转或既倒置又旋转，被描述为在其他结构或部分“之上”或“上方”的结构或部分现在将被定向为在所述其他结构或部分“之下”或“下方”。通篇类似标号表示类似单元。
如图所示，为说明起见，通过光生成设备来举例说明本发明的实施方式，该设备具有适于产生已知波长的光的光生成层、位于该光生成层之上的顶部反射器、位于该光生成层之下的底部反射器和它们之间的至少一个高导热率(HTC)层。该HTC层可以设置在光生成层和底部反射器之间，在光生成层和顶部反射器之间，或者在这两个位置处都设置HTC层。由于HTC层的存在，在光生成层所产生的热会被更有效地消散。该HTC层由与顶部和底部反射器相比较具有相对高的导热率的材料制得。利用这种设计，在光生成层所产生的热被更有效地移除和消散。
本发明部分基于将高导热率材料放置在光生成层附近将有助于散热的认识。但是，这种材料必须满足许多其他要求，例如高透光度、可接受的电导率水平和方便应用已知工艺制造。
再参照图1，为达到所期望的反射率，通常应用多对层来构造顶部反射器20和底部反射器30，其中每对都具有拥有第一组成的AlxGa(1-x)As的第一层和拥有第二二组成的AlxGa(1-x)As的第二层。第一层和第二层具有彼此不同的折射率。各层厚度是所生成光的波长的1/4。多层一起形成布拉格反射器。这些层通常由AlAs、GaAs或不同组成的AlGaAs的成对的层构成。
AlGaAs的不同组成经常用下面的关系来表示AlxGa(1-x)As其中x是铝和镓的组成比。例如，当x为0时，该组成中不存在铝，从而该组成简化成为GaAs。当x为1时，该组成中不存在镓，从而该组成简化成为AlAs。例如当x为0.3时，那么该组成可表示为Al0.3Ga0.7As。在图1中，用底部反射器30内的单对层32来说明层的成对。该一对层32包括Al0.2Ga0.8(组成比为0.2)第一层31和Al0.9Ga0.1(组成比为0.9)第二层33。
由于铝和镓的比不同，这些层中的每层都具有不同于另一层的光折射率和导热率。图3示出了热阻曲线80，表示不同组成的AlxGa(1-x)As的近似热阻系数。热阻系数是导热率的倒数。在图3中，水平轴(x轴)表示铝的组成比(X)，竖直轴(y轴)表示单位为厘米-开尔文度每瓦(cm*K/W)的热阻系数。热阻系数为1cm*K/W的、1厘米(cm)厚的材料层需要1瓦的热流来维持两侧间1开尔文度的温度差。
参照图1和2，如热阻系数曲线80所示的，在组成比为0.2时，Al0.2Ga0.8As第一层31的近似热阻系数为如标号31r所示的稍大于6.0cm*K/W。在组成比为0.9时，Al0.9Ga0.1As第二层33的近似热阻系数为如标号33r所示的4.0cm*K/W。
如热阻系数曲线80所示的，对于组成AlxGa(1-x)As，当组成比x等于1时，热阻最低(因而导热率最高)。当组成比x为1时，组合物AlxGa(1-x)As简化成为AlAs，其热阻相对较低(高热导)，如图3中标号82所示的近似为1cm*K/W。也就是说，AlAs具有相对高的导热率、可接受水平的透光度和电导率，并且较易应用已知工艺制造。由此，AlAs层可用作光生成层40附近的高导热率(HTC)层。
图4示出了例如VCSEL 10的本发明光生成设备100的一个实施方式。图4的VCSEL 100包括许多与图1的VCSEL 10相应部分相同或相似的部分。为方便起见，图4的VCSEL 100与图1的VCSEL 10相应部分相同或相似的部分由相同的标号来表示，不同部分则用不同的标号来表示。而且，为避免混乱，并非为图1的VCSEL 10所示的所有标号都再现在图4的VCSEL 100，即使对应部分在图1中示出了。
参照图4，VCSEL 100包括光生成层40，其适于产生具有第一已知波长的光。例如，光生成层40产生波长接近1.3微米的光。该光生成层40被夹在位于光生成层40之上的顶部反射器20与位于光生成层40之下的底部反射器30之间。为方便消散光生成层40所产生的热，高导热率(HTC)层102被构造在光生成层40与反射器20或30其中之一之间。在所示的实施方式中，例如，HTC层102被设置在光生成层40与底部反射器30之间。还要理解到，该HTC层102也可以被设置在光生成层40与顶部反射器20之间。
如图1的VCSEL 10一样，图4的VCSEL 100被构造在衬底50上方。电极52和54分别与衬底50和顶部反射器20相连接来提供电学接触。顶部反射器20和底部反射器30是分布式布拉格反射器(DBR)，其通过重复交替层或多对层而形成，其中每对的其中一层具有相比较该对的另一层而不同的折射率。而且，在该实施方式中，顶部DBR反射镜20掺有p型掺杂剂，底部DBR反射镜30掺有n型掺杂剂。
HTC层102具有高透光度，并且具有与反射器20和30的导热率相比相对更高的导热率(或更低的热阻)。而且，这里HTC层102与直接产生大部分热的光生成层40热接触。因此，HTC层102有助于从光生成层40移除并消散热。HTC层102的厚度104可以根据应用而广泛变化，并且通常是1/2波长的整数倍。
1/2波长层在光学上表现为似乎它几乎不存在于那里。因此，将1/2波长HTC层插入VCSEL结构内会增加HTC的好处，而具有很少的光学副作用。1/2波长层的另一优点在于它们的光学性质不依赖于周围材料是否具有更高或更低的折射率。例如在DBR中发现的1/4波长层是光学上反射的，其行为依赖于周围的材料。1/4波长层可用于本发明的HTC层，但是1/2波长层的额外灵活性此时使得它成为本发明的相对更可能的选择。
例如，对于1.3微米的波长，HTC层102可以薄至0.1微米或厚至几微米或更多。HTC层越厚，散热越有效，但也造成更大的腔模体积，这在某些情况下可能降低VCSEL的最大调制速度或效率。因而，HTC层102的最佳厚度104由特定VCSEL设计和应用的具体要求来确定。HTC层102可应用任何合适的材料来制造。在所示的实施方式中，HTC层102是用砷化铝制得的，如以上所讨论并结合图3所示的，砷化铝具有相对高的导热率。
图5示出了沿着图4的VCSEL 100活性区域40的横向温度分布曲线110。这里，层间距42i表示并对应于(图4的VCSEL 100的)光生成层42的宽度，活性间距43i表示并对应于生成大部分光子的(图4的VCSEL100的)光生成层42的活性部分43的宽度。
图2的横向温度分布曲线70被重现在图5中，用于与横向温度分布曲线110进行比较。
对于横向温度分布曲线110，如预想的，温度在活性间距43i处最高，并且该温度在活性间距43i的边缘处渐渐下降。但是，温度分布曲线110所示的最高温度低于温度分布曲线70所示的最高温度，由此表明图4的VCSEL 100活性部分43在比图1的VCSEL 10活性部分43更冷的情况下运行。
而且，在活性间距43i处的温度和活性间距43i外的温度之间的温度差112相对小于(曲线70的)温度差72。而且，曲线100从活性间距43i的温度过渡到活性区域外的温度相比较曲线70的对应温度下降要更平缓。
这些观察暗示出VCSEL 100的HTC层102有助于光生成层40内所生成的热的消散，允许(图4的)VCSEL 100在更冷情况下运行，从而减轻或消除了与(图1的)VCSEL 10的光生成层40内高温和高温度梯度相关的问题。
除了高反射率和透光度的要求之外，DBR反射镜优选设计为低电压降，因此它在设备的运行期间其自身产生很少的寄生热。一种用来提高DBR叠层电导率的方法是通过加入空间变化分布的掺杂剂来促进电流。另一通常与该第一方法结合的方案是在DBR反射镜中的每对交替层之间插入组成渐变过渡层。该渐变过渡层起在有限距离内分散带隙变化的作用，从而允许精心设计掺杂剂分布来形成低电阻路径。该渐变层通常厚100～300埃。但是，该渐变组成过渡层必须由处在交替DBR层的组成之间的材料组成所组成。参照图3，如果DBR反射镜由交替的AlGaAs层组成，那么这些渐变过渡层的部分厚度由具有最高热阻系数的AlGaAs组成所构成。因而，该渐变层对DBR反射镜的热阻有贡献。
图6示出了例如VCSEL 100a的本发明的光生成设备100a的另一实施方式。图6的VCSEL 100a包括许多与图4的VCSEL 100相应部分相同或相似的部分。为方便起见，图6的VCSEL 100a与图4的VCSEL 100相应部分相同或相似的部分由相同的标号来表示，相似但变化的部分用相同标号加字母“a”来表示，不同部分则用不同的标号来表示。而且，为避免混乱，并非为图4的VCSEL 100所示的所有标号都再现在图6的VCSEL100a，即使对应部分在图4中示出了。
参照图6，VCSEL 100a具有与图4的VCSEL 100基本相同的结构，不同之处在于下面的修改首先，VCSEL 100a包括非掺杂的底部DBR反射镜30a，而其顶部DBR反射镜掺有p型掺杂剂。因而，来自顶部电极54的电流向下流过p掺杂DBR反射镜20和光生成层40，接着横向穿过接触层106，最后流出底部接触52a。
接触层106可以应用任何这样的材料来构造，这种材料可被变为导电的、透光的，并且在其上可生长或沉积高质量的光生成层。典型选择包括GaAs、AlGaAs、InGaP、InGaAs、InP、AlInGaP或相关材料或这些材料的组合。该接触层可以制成例如在100埃到几微米范围内的任意厚度，但是典型的重度掺杂接触层仅厚几百个埃以使光学损耗达到最小，并且通常与几千埃厚的更轻度掺杂电流扩展区组合形成整个层106。
在某些实施方式中，HTC层102也可以充当电流扩展层来帮助接触层的横向电导率。在这种实施中，底部n型接触已被从结构的底部向上移到正好在活性区域之下的接触层，从而允许底部DBR反射镜是未被掺杂和非渐变的。通过消除这种在交替的DBR层的界面处对渐变层的需要，该反射镜本身就可制成具有远远更高的导热率。但是，去除渐变层会造成界面处非常高的电压降和相应寄生热的生成，所以导电路径规避了DBR反射镜，例如由接触和扩展层106和102来提供。而且，衬底50a不必象图1的衬底50那样被掺杂。
利用蚀刻停止层108，接触层106可以与光生成层40分开。蚀刻停止层108可利用许多不同的材料来制得，例如InGaAs、InGaP、InP、AlInGaP或甚至GaAs或AlAs或相关材料。蚀刻停止层的目的是增加去除上部层20和40并精确地停止在接触层106上的加工稳健性。由此，蚀刻停止层通常非常薄，一般仅厚几百个埃。在某些实施方式中，层108、106和102的功能可以组合在一层或两层中。
图7A示出了例如VCSEL 100b的本发明的光生成设备100b的另一实施方式。图7A的VCSEL 100b包括许多与图4的VCSEL 100相应部分相同或相似的部分。为方便起见，图7A的VCSEL 100b与图4的VCSEL100相应部分相同或相似的部分由相同的标号来表示，相似但变化的部分用相同标号加字母“b”来表示，不同部分则用不同的标号来表示。而且，为避免混乱，并非为图4的VCSEL 100所示的所有标号都再现在图7A的VCSEL 100b，即使对应部分在图4中示出了。
参照图7A，VCSEL 100b具有与图4的VCSEL 100基本相同的结构，不同之处在于在VCSEL 100b中，其HTC层102b被设置在光生成层40和顶部DBR反射镜20之间。该HTC层102b由与图4的HTC层102相同或相似的材料制成，并且具有相似的配置和结构。
图7B示出了例如VCSEL 100c的本发明的光生成设备100c的另一实施方式。图7B的VCSEL 100c包括许多与图6的VCSEL 100a和图7A的VCSEL 100b相应部分相同或相似的部分。为方便起见，图7B的VCSEL100c与图6的VCSEL 100a和/或图7A的VCSEL 100b相应部分相同或相似的部分由相同的标号来表示，相似但变化的部分用相同标号加字母“c”来表示，不同部分则用不同的标号来表示。而且，为避免混乱，并非为图6的VCSEL 100a和/或图7A的VCSEL 100b所示的所有标号都再现在图7B的VCSEL 100c，即使对应部分在图6、图7A、或在图6和图7A中都示出了。
参照图7B，VCSEL 100c具有与图7A的VCSEL 100b基本相同的结构，不同之处在于下面的修改首先，VCSEL 100c包括未掺杂的底部DBR反射镜30a，而其顶部DBR反射镜20掺有p型掺杂剂。因而，来自顶部电极54的电流流过p掺杂DBR反射镜20、HTC层102b、光生成层40和掺有n型掺杂剂的接触层106。接触层106类似于VCSEL 100a的相应层106，并且具有类似的组成和厚度。该接触层106适于在电极和光生成层40之间提供电学接触。
通常应用蚀刻停止层108将接触层106与光生成层108分开。蚀刻停止层108具有与图6的VCSEL 100a中的相似层类似的性质。
图8A示出了例如VCSEL 100d的本发明光生成设备100d的另一实施方式。图8A的VCSEL 100d包括许多与图1的VCSEL 10相应部分相同或相似的部分。为方便起见，图8A的VCSEL 100d与图1的VCSEL 10相应部分相同或相似的部分由相同的标号来表示，相似但变化的部分用相同标号加字母“d”来表示，不同部分则用不同的标号来表示。而且，为避免混乱，并非为图1的VCSEL 10所示的所有标号都再现在图8A的VCSEL100d，即使对应部分在图1中示出了。
参照图8A，VCSEL 100d包括适于生成第一已知波长的光的光生成层40。例如，该光生成层40产生波长接近1.3微米的光。该光生成层40夹在位于光生成层40之上的顶部反射器20与位于光生成层40之下的高导热率(HTC)底部反射器120之间。
如图1的VCSEL 10一样，图8A的VCSEL 100d被构造在衬底50上方。电极52和54分别与衬底50和顶部反射器20相连接来提供电学接触。顶部反射器20和高导热率(HTC)底部反射器120是分布式布拉格反射器(DBR)，其通过重复交替层或多对层而形成，其中每对的其中一层具有相比较该对的另一层而不同的折射率。而且，在该实施方式中，顶部DBR反射镜20掺有p型掺杂剂，底部DBR反射镜30掺有n型掺杂剂。
图8A的VCSEL 100d的顶部反射器20配置为如图1的VCSEL 10的顶部反射器20。但是，HTC底部反射器120包括多对层，其中每层都具有拥有第一导热率和第一厚度的第一层以及拥有第二导热率和第二厚度的第二层。HTC底部反射器120例如包括第一对层122。
第一对层122包括具有第一导热率和第一厚度的第一层121以及具有第二导热率和第二厚度的第二层123。这里，第一层121例如可以是Al0.2Ga0.8As，其热阻系数如前所讨论的近似为稍大于6cm*K/W。第一层可具有1/4波长的奇数倍的厚度，包括为1/4波长厚(1/4波长的一倍)。第二层123例如可以是Al0.9Ga0.1As，其热阻系数如前所讨论的近似为4.0cm*K/W，或者甚至是AlAs，其热阻系数如图3所示的近似为4.0cm*K/W。第二层可具有1/4波长的奇数倍的第二厚度，例如1/4波长的三倍厚。
这里，设计VCSEL 100d的根本概念是构造HTC底部反射器120，以使它具有更高比例的、相比较具有相对更低导热率(更高的热阻系数)的材料其导热率相对更高(更低的热阻系数)的材料。总体而言，相比较图1的底部反射器30的导热率，所得HTC底部反射器120具有更高的导热率(更低的热阻系数)。
HTC底部反射器120具有均一的HTC层对。也就是说，如图8A所示的，HTC底部反射器120的每一对层都相似地配置有1/4波长厚的、各对的第一层和1/4波长相同奇数倍厚(例如1/4波长的三倍厚)的、各对的第二层。
图8B和8C示出了可替换图8A的HTC底部反射器120的实施方式，如HTC底部反射器120b和120c。在图8B中，HTC底部反射器120b包括非均一的HTC层对。也就是说，如图8B所示的，HTC底部反射器120b的层的第一HTC层对122配置为如上所述的以及如图8A所示的第一对122。也就是说，第一对层122包括具有第一导热率和第一厚度的第一层121以及具有第二导热率和第二厚度的第二层123。这里，第一层121例如可以是Al0.2Ga0.8As，其热阻系数如前所讨论的近似为稍大于6cm*K/W。第一层可具有1/4波长的奇数倍的厚度，包括1/4波长厚(1/4波长的一倍)。第二层123例如可以是Al0.9Ga0.1As，其热阻系数如前所讨论的近似为4.0cm*K/W，或者甚至是AlAs，其热阻系数如图3所示的近似为1.0cm*K/W。第二层可具有1/4波长的奇数倍的第二厚度，例如1/4波长的三倍厚。
HTC底部反射器120b也包括第二HTC层对32，其配置类似图1的VCSEL 10的层对32。该第二层对32包括具有与第一层121相同导热率(第一导热率)和相同厚度(第一厚度)的第三层31。该第二层对32还包括具有与第二层123相同导热率(第二导热率)和与第一层121相同厚度(第一厚度)的第四层33。
在图8C中，HTC底部反射器120c包括具有另一配置的非均一HTC层对。这里，如图8C所示的，HTC底部反射器120c的层的第一HTC层对122配置为如上所述的以及如图8A所示的第一对122。HTC底部反射器120c还包括配置为类似于如上所述的以及如图8B所示的层对32的第二HTC层对32。HTC底部反射器120c还包括第三HTC层对126，其包括具有与第一层121相同导热率(第一导热率)和相同厚度(第一厚度)的第五层125。该第三层对126还包括具有与第二层123相同导热率(第二导热率)、但具有为1/4波长奇数倍(例如1/4波长的五倍)的第三厚度的第六层127。
虽然讨论集中在电泵浦(electrically-pumped)的半导体垂直腔面激光器，但本发明的概念和好处可更广泛地应用于其他类型的激光器和光学设备。例如，光学泵浦激光器通常在光生成层中产生热，形成非常类似于这里所述的电泵浦VCSEL的温度分布和热流，所以可从相同类型的HTC层配置中获益。第二实例是共振腔LED，一种类似于这里所述VCSEL的电泵浦半导体设备，但不会达到激光作用状态。但是，共振腔LED的最大输出功率由于热生成而受限，这非常类似VCSEL，并且该设备以相同方式从这里所述的相同类型HTC层配置中获益。
从前面的描述中，将清楚认识到本发明是新颖的，且提供了优于现有技术的优点。虽然以上描述和说明了本发明的具体实施方式
，但本发明并不限于如此描述和说明的部分的具体形式或布置。例如，HTC反射器可构造成顶部反射器20，而不是HTC底部反射器120，或者附加到HTC底部反射器120。而且，代替各种组成的AlGaAs或者除了各种组成的AlGaAs之外，还可以使用不同的材料，但仍然落在本发明的范围内。本发明由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种光生成设备，包括光生成层，其适于生成具有已知波长的光；顶部反射器，其位于所述光生成层之上；底部反射器，其位于所述光生成层之下；和在所述光生成层与所述底部反射器之间的高导热率层和在所述光生成层与所述顶部反射器之间的高导热率层中的至少一个。
2.如权利要求1所述的光生成设备，其中所述顶部反射器是分布式布拉格反射器。
3.如权利要求1所述的光生成设备，其中所述高导热率层的厚度为1/2波长的整数倍。
4.如权利要求1所述的光生成设备，其中所述高导热率层包括选自砷化铝、砷化镓或磷化铟的物质。
5.如权利要求1所述的光生成设备，还包括与所述顶部反射器相连接的第一电极和与所述底部反射器相连接的第二电极。
6.如权利要求1所述的光生成设备，还包括接触层，其用来在电极和所述光生成层之间提供电学接触。
7.如权利要求6所述的光生成设备，还包括与所述接触层相连接的蚀刻停止层。
8.一种光生成设备，包括光生成层，其适于生成具有已知波长的光；顶部反射器，其位于所述光生成层之上；和高导热率底部反射器，其位于所述光生成层之下。
9.如权利要求8所述的光生成设备，其中所述高导热率底部反射器包括至少一个分布式布拉格反射器层对。
10.如权利要求9所述的光生成设备，其中所述分布式布拉格反射器对包括高导热率材料。
11.如权利要求9所述的光生成设备，其中每个所述高导热率分布式布拉格反射器层对包括具有第一导热率、1/4所述已知波长的第一厚度的第一层和具有第二导热率、1/4所述已知波长的奇数倍的第二厚度的第二层。
12.如权利要求11所述的光生成设备，其中所述第二导热率高于所述第一导热率。
13.如权利要求11所述的光生成设备，其中所述第二层包括砷化铝。
14.如权利要求9所述的光生成设备，其中每个所述高导热率层对包括具有第一导热率、1/4所述已知波长的第一厚度的第一层和具有第二导热率、1/4所述已知波长的奇数倍的第二厚度的第二层。
15.如权利要求14所述的光生成设备，其中所述第二导热率高于所述第一导热率。
16.如权利要求14所述的光生成设备，其中所述第二层包括砷化铝。
17.如权利要求9所述的光生成设备，其中所述高导热率底部反射器包括非均一的高导热率层对。
18.如权利要求17所述的光生成设备，其中所述高导热率底部反射器包括第一高导热率层对，所述第一高导热率层对包括具有第一导热率、1/4所述已知波长的第一厚度的第一层和具有第二导热率、1/4所述已知波长的奇数倍的第二厚度的第二层。
19.如权利要求18所述的光生成设备，其中所述高导热率底部反射器包括第二高导热率层对，所述第二高导热率层对包括具有所述第一导热率、所述第一厚度的第三层和具有所述第二导热率、1/4所述已知波长的奇数倍的第三厚度的第四层，所述第三厚度不同于所述第二厚度。
20.如权利要求19所述的光生成设备，其中所述高导热率底部反射器包括第三高导热率层对，所述第三高导热率层对包括具有所述第一导热率、所述第一厚度的第五层和具有所述第二导热率、1/4所述已知波长的奇数倍的第四厚度的第六层，所述第四厚度不同于所述第三或所述第二厚度。
全文摘要
例如VCSEL的光生成设备包括光生成层、顶部反射器、底部反射器和在光生成层与底部反射器之间的高导热率(HTC)层。该光生成设备用来产生第一波长的光。由于HTC层的存在，在光生成层处所产生的热被更高效地消散。或者，例如VCSEL的光生成设备包括光生成层、顶部反射器和高导热率(HTC)底部反射器。由于底部反射器是比传统DBR反射器具有更低热阻系数的HTC DBR反射器，在光生成层处所产生的热被更高效地消散。
文档编号H01L33/00GK1707889SQ20051007521
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月7日 优先权日2004年6月7日
发明者宋永科, 迈克尔·H·利里, 迈克尔·R·T·谭 申请人:安捷伦科技有限公司