[发明专利]实现VCSEL阵列或VCSEL器件的集成电路

说明书

一种半导体器件包括多个VCSEL器件（或一个VCSEL器件)，其由包括以下项的层结构形成：（一个或多个）底部n型层、（一个或多个）中间p型层、形成在（一个或多个）中间p型层之上的n型调制掺杂量子阱结构、形成在（一个或多个）中间p型层和n型调制掺杂量子阱结构之间的至少一个间隔物层以及（一个或多个）顶部p型层。退火的氧注入区垂直设置在至少一个间隔物层内，以及退火的n型离子注入区垂直设置在（一个或多个）顶部p型层内。两个离子注入区可以以连续的方式在多个VCSEL器件之间围绕并横向延伸，以用于电流汇集和隔离。此外，相对于针对底部n型层的内建电子电荷Q_n，针对中间p型层的内建空穴电荷Q_p可以配置用于（一个或多个）VCSEL器件的类二极管电流‑电压特性。

技术领域

本公开涉及实现垂直腔表面发射激光（VCSEL）器件的半导体集成电路以及用于这种集成电路的制造方法。

背景技术

垂直腔表面发射激光，或VCSEL，是一种类型的半导体集成电路，其中激光束从顶部表面垂直发射，与常规边缘发射半导体激光（也称为面内激光）不同，其从通过将单个芯片从晶片上切下来而形成的表面发射。

实现VCSEL器件的阵列的集成电路已经被展示。例如，Shi等人的“Single-ModeVertical-Cavity Surface-Emitting Laser Array with High Power and Narrow Far-Field Divergence Angle”，IEEE光子期刊，第5卷，No.6，2013年12月，描述了实现6×6VCSEL器件的850nm VCSEL阵列。这种VCSEL阵列提供高输出功率，其在远场中具有单个波瓣（斑点）输出和低发散角，并且被非常期望用于若干种应用，诸如光检测和测距（LIDAR）系统、自由空间光学互连等等。

用于这种VCSEL阵列的外延层结构通常包括有源光学区，其实现位于顶部p型接触和底部n型接触之间的一个或多个量子阱（quantum well）。通过n型物质（诸如锌）的扩散或离子注入，在接近于顶部p型接触处形成电流限制区。电流从顶部p型接触被引导进入到和通过电流限制区，到达形成在电流限制区下面和量子阱有源光学区之上的氧化物限制（oxide-confined）孔。氧化物限制孔提供电流限制，并且电流限制区提供波导包层和光学限制，其支持由VCSEL产生的光的垂直传播模式。氧化物限制孔通常通过横向氧化或质子注入来形成，这导致对外延层结构的局部损伤。VCSEL器件之间的隔离蚀刻对于在每个VCSEL器件上能够实现横向氧化过程是必要的。外延层结构支持作为两端半导体激光二极管的操作，其主要是在从p型接触到n型接触的一个方向上传导（不对称传导），在这一个方向上对电流的流动具有低阻抗，并且在从n型接触到p型接触的另一个方向上具有高阻抗。

此外，VCSEL阵列的外延层结构不允许有效集成其它电子器件（诸如高性能晶体管）作为集成电路的一部分。相反，晶体管器件通常由独立且不同的集成电路来实现。

发明内容

提供此发明内容是为了介绍将在下面的具体实施方式中进一步描述的概念的选择。此发明内容不意图标识所要求保护的主题的关键或本质特征，也不意图用作帮助限制所要求保护的主题的范围。