专利名称：表面发射二极管辐射源的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于产生光辐射的有源层的表面发射二极管辐射源，它安排在由一种电导类型的半导体材料制成的约束层和由与一种电导类型相反的电导类型的半导体材料制成的约束层之间，其中产生的辐射具有在辐射源本身在对有源层的层平面基本上垂直的方向传播的辐射分量和在对该层平面平行的方向传播的辐射分量，其中辐射源具有对有源层的层平面基本上平行的表面，由该表面射出在对这层平面基本上垂直方向传播的辐射分量。
这种表面发射二极管辐射源的一个例子是发光二极管(LED)。具有较高强度和较大调制带宽的这种LED通常在倒装的制造技术制造，其中，例如在InGaAsP/InP材料系的典型LED结构中由电导型n的InP制造的约束层淀积在同一电导型n的InP制造的衬底上，存在由相反电导型P制造的另一约束层，并且有避开由InGaAsP制造的有源层，约束层以及衬底的、与P接点平面接触的表面。避开约束层和有源层的衬底表面与具有孔的n-接点接触，在孔内该表面暴露，并通过该孔从LED射出对有源层的层平面基本上垂直方向传播的辐射分量。
对有源层的层平面基本上垂直方向传播，并从LED表面射出的辐射分量的高辐射功率可以仅由未掺杂的有源层实现，因为在有源层内掺杂原子实现了附加的非辐射的复合过程。
因为，另一方面，调制带宽通过高掺杂，例如2×1018cm-3，可以大大增加，所以不可能只通过合适的掺杂同时达到高宽带和高辐射功率。
为了解决该问题，在LED情况下建议在双异质结结构内应用尽可能薄的有源层，例如在由InGaAsP/InP制造的1.3μm厚的LED情况下，具有0.3μm厚的层，以便通过高载流子注入提高辐射复合率而不对层掺杂。这种考虑只局部地解决问题，因为在高电流下，对于在对有源层层平面基本上垂直方向传播的、并从LED表面射出的辐射分量产生比期望值显著较低的辐射功率。
本文开头所述类型的表面发射二极管辐射源的另一例子是激光二极管。
在这种激光二极管，为了达到在对有源层层平面基本上垂直方向传播的高辐射功率，并从激光二极管平面射出的辐射分量必须在对层平面平行方向的有源层有大尺寸，例如几十微米。因此存在问题是，在该方向的发射也放大，以致效率下降。
在表面发射的激光二极管可以通过把多个单激光器安排成阵列实现在对有源层层平面基本上垂直方向传播的、从激光二极管表面射出的辐射分量达到较高总功率。
本发明的任务是，提出在本文开头所述类型的表面发射二极管辐射源情况下，如何可提高在对有源层平面基本上垂直方向传播并从二极管表面射出的辐射分量的辐射功率。
本任务通过权利要求1所述的二极管辐射源解决。
根据这解决方案，在该二极管辐射源，存在对有源层层平面基本上平行方向传播的辐射分量减弱的衰减装置。
在本发明的源的优选结构，衰减装置具有在约束层形成并在对有源层层平面平行的方向伸展、由辐射吸收材料构成的层。
由辐射吸收材料构成的层可以在有源层的两侧上存在。由辐射吸收材料构成的一层应当安排在足够接近有源层旁。
衰减装置可以对此两者择一，或者额外地在对有源层层平面平行方向具有相继的辐射转向处和/或辐射散射处，用于在对此基本上平行方向传播的辐射分量的辐射部分从该方向各自转向对有源层层平面基本上垂直方向。
辐射转向处和/或辐射散射处可以安排在有源层内或有源层旁。通过它散射或衰减在对有源层平面平行方向传播的辐射分量。因此可以防止不希望的较强放大的自发发射的出现或ASE(放大的自发发射)，而不影响表面发射。
在本发明的源，以有利方式使光功率和带宽同时出现最佳化。此外，本发明的源在它作为LED安排情况下，以有利方式解决以上有关LED描述的问题，在它作为激光二极管安排情况下，解决以上有关激光二极管描述的问题。
在当作LED安排的本发明源的情况下，因为ASE受到在对有源层层平面平行方向的衰减装置抑制，所以可以有利方式应用薄有源层，以便达到高带宽。
本发明的实施例依靠附图示范地详细描述如下。即
图1以简图示出通过具有由辐射吸收材料制成的层的、对激光有源层层平面垂直的本发明源实施例的剖面。
图2以简图示出通过具有转向处和/或散射处的、对激光有源层层表面垂直的本发明源的实施例的剖面。
图3示出一简图，其中示出了对激光有源层的层平面基本上垂直方向传播的、并从本发明的源表面射出的辐射分量的辐射功率对通过带有或不带有ASE的该源二极管电流的关系。
本图并非按比例示出的。
在图1和图2示出的、通常具有用1表示的表面发射二极管辐射源的实施例，分别具有用于产生光辐射101,102,103的有源层10，该层安排在由例如n掺杂半导体材料制成的约束层11和在这种情况下由P掺杂半导体材料制成的约束层12之间，原则上也可以这样，使约束层11进行P掺杂，约束层12进行n掺杂。
产生的辐射101,102,103具有在对有源层10的层平面100基本上垂直方向A传播的辐射分量101，在对A方向相反的、也对层平面100基本上垂直方向B传播的辐射分量102以及在对这层平面100平行的C方向传播的辐射分量103。
方向A从有源层10一直到达表面110，方向B从有源层10一直到表面110。方向C本来是双向的，因为有关的辐射分量103，不仅如图1和2内所述向右，而且也以相反方向向左传播。
此外辐射源1具有对有源层10的层平面100基本上平行的表面110，其中在方向A传播的辐射分量101从源1射出。
在两种示范的情况下，表面110是回避有源层10和约束层11和12的衬底13的表面，该衬底13具有回避这表面110之一、并转向约束层11和12的、而且约束层11淀积其上的表面111。
衬底13由与约束层11同一电导类型的半导体材料构成，例如n型。在衬底13的表面110上淀积形成对衬底13的电导类型电接触的、由金属构成的并有孔161的层16，其中衬底13的表面110被层16暴露，用于在A方向传播的辐射分量101从源1射出。
另一约束层12具有例如回避有源层10的表面120，其上淀积由相对该约束层12更高掺杂的、具有与约束层12同一电导类型，例如p电导类型，的半导体材料构成的接触层14。
由具有孔151的电绝缘材料制造的层15淀积在回避有源层10和约束层12的接触层14的表面140上，其内，接触层14的表面140被层15所暴露，并且与对接触层14的电导类型的、例如对p型，的金属制的接点17相接触。
在两种示范的情况下也存在有利的特点，接点17与孔151内接触层14的表面140接触，并具有转向约束层12和有源层10的反射面170。该表面170反射与其有关的在方向B传播的辐射分量102部分向着对有源层10B′的方向，并通过该层10到表面110，并从源1射出。方向B′与方向A类似基本上垂直于有源层10的层平面100。
源1具有用于对有源层10的层平面100平行方向C传播的辐射分量103减弱的衰减装置20。这措施可以至少避免在对有源层10的层平面100基本上垂直方向A、B传播的辐射分量101和102的辐射功率在对有源层10的层平面100平行方向C的不良的ASE。
ASE不良影响的原因是，在对有效地降低辐射载流子寿命必须的高注入密度情况下，出现光放大。这导至放大的自发的发射，或在对有源层10的层平面100平行方向ASE，由此基于激发的发射的载流子密度降低，并且最终在对有源层10的层平面100基本上平行的方向A,B′传播的、并从源1的表面110射出的辐射分量101,102的辐射功率P对于在对有源层10的层平面100平行方向C的发射降低有好处。这时，随着光斑直径的增加，ASE过比例上升。在可以避免ASE时，各按结构通过计算可以达到约50％的较高辐射功率。
在图3，对以标准LED形成的源1，示出了在对有源层10的层平面100基本上垂直的方向A,B′传播的、并从源1的表面100射出的辐射分量101,102作为流过源1的二极管电流函数。曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别给出具有ASE和没有ASE′的该LED的辐射功率P作为二极管电流Ⅰ的函数。ΔP是通过ASE在对有源层10的层平面100平行方向C的功率损耗。
在按照图1的示范的源1，衰减装置20具有在约束层内形成的、并在对有源层10的层平面100平行方向伸展的、由辐射吸收材料制成的层21。
例如层21安排在约束层12内。在有源层10和层21之间的间距d和层21的厚度是如此选择的，使得在方向C传输的横模只有在这层21内的高约束，并因此受强烈衰减。通过曲线3指出在对层平面100平行的方向C传播的辐射分量103在对有源层10的层平面100垂直方向的局部强度分布。
当层21安排在约束层12内时，表面发射只首先在方向B，在表面170上反射之后，在方向B′传播的辐射分量受到衰减的范围内受影响。在方向A传播的辐射分量101不受影响。
通过分别选择尽可能小的层21厚度d1，以及在这层21和有源层之间的间距的方式，即通过给出较大的约束系数和在C方向高吸收的方式，在方向B,B′内传播的辐射分量102的衰减可以降到最小值。
另一特别完美的可能性是层21是如此安排在有源层10和在约束层12内的接触层14之间，使得通过接点17的反射表面170产生的在层21内的光驻波具有最小值。
在以用于1.3μm的发射波长λ的LED形式的具体实施图1的源1时，衬底13具有100μm厚度，并且由0.92μm能隙波长λg和1018cm-3n掺杂的InP构成。
约束层11具有1μm到2μm的厚度d11，优选1μm或0.1μm，并且由0.92μm能隙波长λg和5×1017cm-3的n掺杂InP构成。
有源层10具有0.1μm到1μm的厚度d10，优选0.3μm，并且由1.30μm能隙波长λg和0×1018cm-3到2×1018cm-3的p掺杂InGaAsP构成。
层21到有源层10的间距d为0.1μm到0.3μm，优选0.2μm，层21本身具有从0.05μm到0.1μm的厚度d1，优选0.1μm或0.05μm。
包含层21的约束层12的、在有源层10和接触层14之间测得的总厚度d12为0.65μm和3.4μm，优选1.3μm。
约束层12由0.92μm能隙波长λg和1018cm-3p掺杂的InP构成。
层21由1.67μm能隙波长λg和2×1018cm-3p掺杂的InGaAs构成。
接触层14具有0.05μm到0.3μm，例如0.1μm的厚度d14，由1.67μm能隙波长λg和1020cm-3p掺杂的InGaAs构成。
在图2示出的源1的例子与图1的例子的区别主要在于在对有源层10的层平面100平行方向C的衰减装置20具有相继的辐射转向处和/或辐射散射处22，分别用于对该平行方向传播的辐射分量103从这方向C转向到辐射分量103’基本上垂直于有源层10层平面100的方向A、B。
这种辐射转向处和/辐射散射处22可以在方向C连续地安排，或如图2所示，彼此相继地以一定间隔安排。例如间隔a可以约等于10μm。
地点22本身例如可以通过建立非均匀性的有源层10内或旁产生，并且可以如此形成，使得它可以起到辐射反射和/或辐射散射的作用。
由与图1例的层21相同的辐射吸收材料制成的层，在图2的例中不存在。因此可以有利方式防止较强ASE的出现，而不影响表面发射。
图1或2的源1可以各自以表面发射激光器的形式实现，其中与LED相同的方式减弱功能20在起着作用。在这里由辐射吸收材料制成的一层或多层薄层21，也可以处于垂直场分布的最小值处。基于Bragg反射器在这种激光器内的高反射，最小值明显突出，并且因此表面发射的吸收可以忽略。
权利要求
1．表面发射二极管辐射源(1)，具有-用于产生光辐射(101,102,103)的有源层(10)，它安排在-由电导类型(n,p)的半导体材料制成的约束层(11)和-由与电导类型(n,p)相反电导类型(p,n)的半导体材料制成的约束层(12)之间，其中，-产生的辐射(101,102,103)具有在辐射源(1)内对有源层(10)的层平面(100)基本上垂直方向(A,B)传播的辐射分量(101,102)和对这层平面(100)平行方向(C)传播的辐射分量(103)，其中，-辐射源(1)具有对有源层(10)的层平面(100)基本上平行的表面(110)，从这个表面射出基本上垂直于这个层平面(100)方向()的传播的辐射分量(101,102)，和其中，-存在一衰减装置(20)用于减弱对有源层(10)的层平面(100)平行的方向(C)传播的辐射分量(103)。
2．根据权利要求1所述的辐射源，其中，衰减装置(20)具有一个在约束层(12,11)内形成的、并在与有源层(10)的层平面(100)平行的方向(C)伸展的、由辐射吸收材料制成的层(21)。
3．根据权利要求1或2所述的辐射源，其中，衰减装置(20)在与有源层(10)的层平面(100)平行的方向(C)具有相继的辐射转向处(22)，用于对在这平行方向(C)传播的辐射分量(103)各自从这方向(C)转向基本上对有源层(10)的层平面(100)垂直的方向(A,B)的辐射分量(103’)的偏转。
4．根据前述权利要求之一所述的辐射源，其中，衰减装置(20)在对有源层(10)的层平面(100)平行的方向(C)相继的辐射散射处(22)，用于对在这平行方向(C)传播的辐射分量(103)各自从这方向(C)向基本上垂直于有源层(10)的层平面(100)的方向(A,B)的辐射分量(103′)的散射。
全文摘要
包含用于产生光辐射(101,102,103)的有源层(10)的表面发射二极管辐射源(1),安排在由(n)电导类型的半导体材料制成的约束层(11)和与(p)电导类型相反的(n)电导类型的半导体裁材料制成的约束层(12)之间,因此为了衰减在对有源层(10)的平面(100)平行的C方向传播的辐射分量(103),提供一衰减装置(20)。本发明的一个优点是改善了在对层平面垂直方向传播的辐射分量的功率。
文档编号H01S5/00GK1320280SQ99811592
公开日2001年10月31日 申请日期1999年7月5日 优先权日1998年9月30日
发明者M·C·阿曼 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司