[发明专利]具有改善的光学和电限制的垂直腔面发射半导体激光器

说明书

本发明题为“具有改善的光学和电限制的垂直腔面发射半导体激光器”。本发明提供了一种光电设备(40)，所述光电设备(40)包括具有第一组外延层的半导体基板(42)，所述第一组外延层形成在所述基板的区域上，从而限定下分布布拉格反射器(DBR)叠堆(44)。形成在所述第一组之上的第二组外延层限定量子阱结构(46)，并且形成在所述第二组之上的第三组外延层限定上部DBR叠堆(48)。至少所述第三组外延层容纳在台面(88)中，所述台面(88)具有垂直于所述外延层的侧面。电介质涂层(94)在容纳所述第三组外延层的所述台面的至少一部分的所述侧面之上延伸。电极(54)耦接到所述外延层以便将激发电流施加至所述量子阱结构。

技术领域

本发明整体涉及半导体设备，并且具体地涉及光电设备及其制造。

背景技术

垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)为半导体激光器，其中在垂直于基板的方向上从激光器的顶部或底部发出高度定向的激光辐射。VCSEL被制造成单个激光器或激光器阵列，并且它们能够具有高发射功率。

发明内容

下文描述的本发明的实施方案提供了用于制造VCSEL的改进方法以及通过此类方法制成的VCSEL。

因此，根据本发明的一个实施方案，提供了一种光电设备，该光电设备包括半导体基板与第一组外延层，该第一组外延层形成在该基板的区域上，从而限定下分布布拉格反射器(DBR)叠堆。第二组外延层形成在第一组之上，从而限定量子阱结构，并且第三组外延层形成在第二组之上，从而限定上部DBR叠堆。至少第三组外延层容纳在台面中，该台面具有垂直于外延层的侧面。电介质涂层在容纳第三组外延层的该台面的至少一部分的侧面之上延伸。将电极耦接到外延层以便将激发电流施加至量子阱结构。

在一些实施方案中，电介质涂层不在台面的上表面之上延伸。

除此之外或另选地，该设备包括形成于第三组外延层内的限制层。限制层包括中心部分和外围部分，该中心部分包含半导体材料，该外围部分围绕中心部分并且包含电介质材料。在一个实施方案中，电介质涂层从台面的上表面向下延伸至限制层。除此之外或另选地，半导体材料包括Al_xGa_1-xAs，其中x不超过0.92。除此之外或另选地，限制层的厚度超过50nm。在公开的实施方案中，电介质材料的折射率不超过1.6。在一个实施方案中，电介质材料包括二氧化硅(SiO₂)。在另一种修改形式中，外围部分包括密封腔。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种光电设备，该光电设备包括半导体基板与第一组外延层，该第一组外延层形成在基板的区域上，从而限定下分布布拉格反射器(DBR)叠堆。第二组外延层形成在第一组之上，从而限定量子阱结构，并且第三组外延层形成在第二组之上，从而限定上部DBR叠堆。限制层形成于第三组外延层内，并且包括中心部分和外围部分，该中心部分容纳于台面下方并且包含半导体材料，该外围部分围绕中心部分并且包含具有不超过1.6的折射率的电介质材料。将电极耦接到外延层以便将激发电流施加至量子阱结构。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种用于制造光电设备的方法。该方法包括将第一组外延层沉积于半导体基板的区域上，以限定下分布布拉格反射器(DBR)叠堆。将第二组外延层沉积于第一组之上，从而限定量子阱结构。将第三组外延层沉积于第二组之上，从而限定上部DBR叠堆，并且使包含半导体材料的限制层包括在上部DBR叠堆内。蚀刻第三组外延层以限定台面，该台面具有垂直于外延层并且从上部DBR叠堆的上表面向下延伸至限制层的侧面。用电介质涂层涂覆台面的侧面。在涂覆台面的侧面后，对限制层进行处理，以便将限制层的外围部分转变为电介质材料，同时使半导体材料保留在限制层的中心部分，该中心部分被外围部分围绕。将电极耦接到外延层以便将激发电流施加至量子阱结构。

在一个公开的实施方案中，转变外围部分包括：蚀刻外围部分以便在台面下方形成腔；以及将电介质材料的适形涂层施加至腔。