專利名稱：垂直腔面發(fā)射激光器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有小的寄生電容的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)與邊緣發(fā)射激光二極管相比功耗更 低，并且可以實現(xiàn)直接調(diào)制，因此，將其用作光通信用的適當(dāng)光源。VCSEL—般設(shè)置有柱形臺面，其在襯底上依次包括下DBR層、下間隔層、有源層、上 間隔層、上DBR層以及接觸層。下DBR層和上DBR層中的任一個包括電流窄化層，在此電流 注入?yún)^(qū)域被窄化以提高有源層中的電流注入效率，并降低閾值電流。電極設(shè)置在臺面的各 個頂面上和襯底的背面上。在半導(dǎo)體激光器中，從電極注入的電流通過電流窄化層被窄化 且注入到有源層以使電子和空穴復(fù)合，從而發(fā)光。光被下DBR層和上DBR層反射以在預(yù)定 的波長產(chǎn)生激光振蕩，且穿過臺面的頂面作為激光束向外發(fā)射。

發(fā)明內(nèi)容
為了在上述半導(dǎo)體激光器中執(zhí)行高速調(diào)制，必須減小寄生電容。寄生電容主要產(chǎn) 生在臺面內(nèi)的氧化窄化層或pn結(jié)中。為減小由這些部分引起的寄生電容，例如，降低臺面 的直徑可能有一些效果。然而，由于在臺面的頂面上形成了環(huán)形電極，所以臺面直徑被氧 化窄化層的直徑、環(huán)形電極的寬度、在形成環(huán)形電極時的位置精確度等等限制。例如，當(dāng)氧 化窄化層的直徑被規(guī)定為10 u m,環(huán)形電極的寬度被定義為5 u m,且位置精確度被定義為 士2 iim時，臺面直徑必須在(10+5x2+2) X2 = 24iim以上。為避免環(huán)形電極對臺面直徑施加影響，可采用日本未審查專利申請公開 No. 2008-060322中的底面發(fā)射型半導(dǎo)體激光器。因為這樣的底面發(fā)射激光二極管允許電極 形成在包括臺面頂面的整個表面上，所以可以不考慮電極而確定臺面直徑。然而，這種底面 發(fā)射類型具有缺點，其中臺面直徑的降低導(dǎo)致臺面電阻升高，以及功耗大大增加。希望提供一種能夠降低寄生電容而又抑制功耗的VCSEL及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例的VCSEL包括柱形臺面，該柱形臺面在襯底上從襯底側(cè)依次 具有第一多層反射器、有源層和第二多層反射器，并且還具有電流窄化層。包括有源層和電 流窄化層的臺面的柱形部分形成在與第一多層反射器相對的區(qū)域和與第二多層反射器相 對的區(qū)域中，且柱形部分的截面面積小于第二多層反射器的截面面積。在根據(jù)本發(fā)明的實施例的VCSEL中，包括有源層和電流窄化層的臺面的柱形部分 形成在與第一多層反射器相對的區(qū)域和與第二多層反射器相對的區(qū)域。此外，柱形部分的 截面面積小于第二多層反射器的截面面積。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可減小由有源層和電流窄化 層引起的寄生電容。更甚者，臺面中的電阻相比于整個臺面的直徑小的情況被減小。根據(jù)本發(fā)明實施例的VCSEL的制造方法，包括如下三個步驟(A)到(C)(A)第一步驟，在繞特定區(qū)域旋轉(zhuǎn)的方向上以預(yù)定間隔形成多個凹槽，各個凹槽至 少到達第二多層反射器和要被氧化的層。該特定區(qū)域是在被加工襯底中由半導(dǎo)體層構(gòu)成的柱形部分，該半導(dǎo)體層在第一襯底上從第一襯底的相反側(cè)依次包括第一多層反射器、有源 層和第二多層反射器，該半導(dǎo)體層還包括要被氧化的層；(B)第二步驟，在半導(dǎo)體層的頂面上沒有形成凹槽的區(qū)域形成第一金屬層，然后， 將第一金屬層接合到支撐襯底的第二金屬層，該支撐襯底由第二襯底和設(shè)置在第二襯底上 的第二金屬層構(gòu)成；以及(C)第三步驟，從第一襯底側(cè)全部或部分地移除包括特定區(qū)域的區(qū)域之外的部分， 以使凹槽與外部連通，然后，從凹槽的側(cè)面氧化要被氧化的層，從而形成要被氧化的層中對 應(yīng)于特定區(qū)域的外邊緣部分的氧化區(qū)域，并形成在要被氧化的層中對應(yīng)于特定區(qū)域的中心 部分的未氧化區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明實施例的VCSEL的制造方法中，支撐襯底在朝向開有各個凹槽的一 側(cè)接合到被加工襯底的表面，其中被加工襯底包括第一襯底上的半導(dǎo)體層，且凹槽圍繞特 定區(qū)域以預(yù)定間隔形成。然后，從第一襯底側(cè)全部或部分地移除包括特定區(qū)域的區(qū)域之外 的區(qū)域，從而使得凹槽與外部連通。同時，包括有源層和要被氧化的層的特定部分的第一柱 形部分形成在與由多個凹槽圍繞的第一多層反射器的第二柱形部分相對的區(qū)域內(nèi)，且在與 被多個凹槽圍繞的第二多層反射器的第三柱形部分相對的區(qū)域內(nèi)。此外，第一柱形部分的 截面面積小于第三柱形部分的截面面積。這里，特定區(qū)域的直徑在使凹槽與外部連通的步 驟之前被確定，且不受凹槽連通步驟中的未移除區(qū)域(包括特定區(qū)域的區(qū)域)的直徑的限 制。因此，第一柱形部分的截面面積可以減小，而與第三柱形部分無關(guān)。根據(jù)本發(fā)明實施例的VCSEL，因為柱形部分的截面面積小于第二多層反射器的截 面面積，可減少因有源層和電流窄化層引起的寄生電容。此外，相比于整個臺面的直徑小的 情況，臺面中的電阻被降低且功耗被抑制。因此，在本發(fā)明的實施例中，可以減少寄生電容， 同時抑制功耗。根據(jù)本發(fā)明的實施例的VCSEL的制造方法，因為有源層和要被氧化的層的截面面 積可被減小，而與第三柱形部分無關(guān)，所以可減小由第一柱形部分引起的寄生電容。此外， 由于第三柱形部分的截面面積可被擴大而與第一柱形部分無關(guān)，所以相比于整個臺面的直 徑小的情況，臺面中的電阻被減小且功耗被抑制。結(jié)果，在本發(fā)明的實施例中，可以減少寄 生電容，同時抑制功耗。本發(fā)明的其他和進一步的目的、特性和優(yōu)點將從下面的描述中更充分呈現(xiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的激光二極管的俯視圖。圖2是圖1的激光二極管的透視圖。圖3是圖1的激光二極管從箭頭A-A所指示的方向看的截面視圖。圖4是圖1的激光二極管從箭頭B-B所指示的方向看的截面視圖。圖5A至5C是圖2的臺面的中部、下部和上部的截面視圖。圖6是圖3和4的電流窄化層的截面視圖。圖7是解釋圖1的激光二極管的制造工藝的俯視圖。圖8是從箭頭A-A和B-B所指示的方向看圖7的被加工襯底的截面視圖。圖9是解釋圖7之后的制造工藝的俯視圖。
圖10是從箭頭A-A所指示的方向看圖9的被加工襯底的截面視圖。圖11是從箭頭B-B所指示的方向看圖9的被加工襯底的截面視圖。圖12是解釋圖9之后的制造工藝的俯視圖。圖13是從箭頭A-A所指示的方向看圖12的支撐襯底和被加工襯底的截面視圖。圖14是從箭頭B-B所指示的方向看圖12的支撐襯底和被加工襯底的截面視圖。圖15是解釋圖12之后的制造工藝的俯視圖。圖16是從箭頭A-A所指示的方向看圖15的支撐襯底和被加工襯底的截面視圖。圖17是從箭頭B-B所指示的方向看圖15的支撐襯底和被加工襯底的截面視圖。圖18是解釋圖15之后的制造工藝的俯視圖。圖19是從箭頭A-A所指示的方向看圖18的支撐襯底和被加工襯底的截面視圖。圖20是從箭頭B-B所指示的方向看圖18的支撐襯底和被加工襯底的截面視圖。圖21是解釋圖18之后的制造工藝的俯視圖。圖22是從箭頭A-A所指示的方向看圖21的支撐襯底和被加工襯底的截面視圖。圖23是從箭頭B-B所指示的方向看圖21的支撐襯底和被加工襯底的截面視圖。
具體實施例方式以下將參考附圖具體描述本發(fā)明實施例。根據(jù)下面的順序進行說明1、結(jié)構(gòu)2、制造工藝3、操作和效果4、修改結(jié)構(gòu)圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的VCSEL 1的俯視圖。圖2是圖1的半導(dǎo)體激光器的 透視圖。圖3示出從箭頭A-A所指示的方向看，圖1和2的半導(dǎo)體激光器1的截面結(jié)構(gòu)的 示例。圖4示出了從箭頭B-B所指示的方向看，圖1和2的半導(dǎo)體激光器1的截面結(jié)構(gòu)的 示例。注意圖1至4僅是代表性地示出，且并不精確等同于實際尺寸和結(jié)構(gòu)。本實施例的半導(dǎo)體激光器1中，金屬層11形成在襯底10的一側(cè)上。金屬層11具 有堆疊結(jié)構(gòu)，其中金屬層11A和11B從襯底10側(cè)依次堆疊。依次包括下DBR層12、下間隔 層13、有源層14、上間隔層15和上DBR層16 (第二多層反射器)的堆疊結(jié)構(gòu)20形成在金 屬層11上。堆疊結(jié)構(gòu)20構(gòu)成柱形(圓柱形)臺面17。稍后將具體描述臺面17。在實施例中，下DBR層12對應(yīng)本發(fā)明的“第一多層反射器”的具體示例。上DBR層 16對應(yīng)本發(fā)明中的“第二多層反射器”的具體示例。堆疊結(jié)構(gòu)20對應(yīng)本發(fā)明中的“半導(dǎo)體 層”的具體示例。其上具有金屬層11A的襯底10對應(yīng)本發(fā)明中的“支撐襯底”的具體示例。 金屬層11A對應(yīng)本發(fā)明中的“第二金屬層”的具體示例。金屬層11B對應(yīng)本發(fā)明中的“第一 金屬層”的具體示例。襯底10例如是n型GaAs襯底。n型雜質(zhì)的示例包括硅(Si)和硒(Se)。堆疊結(jié) 構(gòu)20例如分別由AlGaAs基化合物半導(dǎo)體形成。這里，AlGaAs基化合物半導(dǎo)體是指至少包 含簡明元素周期表的3B族元素中的鋁(A1)和鎵(Ga)，并至少包含簡明元素周期表的5B族 元素中的砷(As)的化合物半導(dǎo)體。
在后面將描述的制造工藝中，設(shè)置金屬層11A和11B以被加工襯底100與支撐襯 底200彼此接合。金屬層11A和11B形成在襯底10和臺面17之間，并分別與襯底10和臺 面17接觸。金屬層11A例如具有其中金(Au)_鍺(Ge)合金、鎳(Ni)和金(Au)從襯底10 側(cè)依次堆疊的結(jié)構(gòu)，且電連接到襯底10。金屬層11B例如具有其中鈦(Ti)、鉬(Pt)和金 (Au)依次堆疊的結(jié)構(gòu)且電連接到下DBR層12。下DBR層12通過交替堆疊低折射率層(未示出)和高折射率層(未示出)而形 成。低折射率層例如由厚度為人/如從人^是振蕩波長，叫是折射率)的p型AlxlGai_xlAs(0 <xl < 1)制成。高折射率層例如由厚 度為、/4112(112是折射率)的p型Alx2Gai_x2As(0 <x2 < xl)制成。p型雜質(zhì)的示例包括鋅(Zn)、鎂(Mg)和鈹(Be)。下間隔層13例如由p型Alx3Gai_x3As(0<x3< 1)制成。有源層14例如由未摻雜 的Alx4Gai_x4As (0 < x4 < 1)制成。在有源層14中，與將在后面描述的電流注入?yún)^(qū)域18A 相對的區(qū)域是發(fā)光區(qū)域14A。上間隔層15例如由n型Alx5Gai_x5As (0 ^ x5 < 1)制成。上DBR層16通過交替堆疊低折射率層(未示出)和高折射率層(未示出)而形 成。低折射率層例如由厚度為人。/4113(113是折射率)的n型Alx6Gai_x6As(0 < x6 < 1)制 成。高折射率層例如由厚度為、0/4n4(n4是折射率)的n型Alx7Gai_x7As (0 < x7 < x6)制 成。由n型Alx8Gai_x8As (0 < x8 < 1)制成的接觸層(未示出)例如可進一步設(shè)置在上DBR 層16上。此外，在半導(dǎo)體激光器1中，電流窄化層18例如形成在下DBR層12中。在下DBR 層12中，電流窄化層18例如取代從有源層14側(cè)遠離有源層14幾個層處設(shè)置的低折射率 層而形成。電流窄化層18包括設(shè)置在其外邊緣區(qū)域的電流限制區(qū)域18B和設(shè)置在其中心位 置的電流注入?yún)^(qū)域18A。電流注入?yún)^(qū)域18A例如由n型Alx9Gai_x9As (0 < x9 ^ 1)制成。電 流限制區(qū)域18B被構(gòu)造以例如包括氧化鋁(A1203)，且如后面所述通過從側(cè)面氧化包含在要 被氧化的層18D中的高濃度鋁而獲得。因此，電流窄化層18具有窄化電流的功能?？商鎿Q 地，電流窄化層18例如可形成在上DBR層16之內(nèi)，或在下間隔層13與下DBR層12之間， 或在上間隔層15和上DBR層16之間。上電極21形成在臺面17的頂面上，上電極21具有環(huán)形形狀，包括面對電流注入 區(qū)域18A的部分中的出口(光發(fā)射出口 21A)。上電極21的形狀不限于環(huán)形形狀，只要沒有 阻擋面對電流注入?yún)^(qū)域18A的部分。絕緣層22形成在臺面17的側(cè)面上和臺面17的外圍。 用以接合配線(未示出)的電極焊盤23和連接部分24形成在絕緣層22的表面上。電極 焊盤23和上電極21通過連接部分24被彼此電連接。下電極25設(shè)置在襯底10的底面上。絕緣層22例如由諸如氧化物或氮化物的絕緣材料制成。上電極21、電極焊盤23、 以及連接部分24例如具有其中金(Au)_鍺(Ge)合金、鎳(Ni)、金(Au)依次堆疊的結(jié)構(gòu)，且 被電連接到臺面17的上部(上DBR層16)。下電極例如具有其中金(Au)_鍺(Ge)合金、鎳 (Ni)、金(Au)依次從襯底10側(cè)被堆疊的結(jié)構(gòu)，且被電連接到襯底10。以下將具體描述臺面17的細節(jié)。如圖3和4所示，位于臺面17中間的柱形部分17A(第一柱形部分)，包括下DBR 層12的上部、下間隔層13、有源層14、上間隔層15、上DBR層16的下部、以及后面將描述 的電流窄化層18。這里，圖3和4示出下DBR層12包括電流窄化層18的情況。在此構(gòu)造 中，在下DBR層12中，電流窄化層18及其以上的部分屬于柱形部分17A。
柱形部分17A還包括在臺面17中產(chǎn)生寄生電容的氧化窄化層和pn結(jié)部分。這里，氧化窄化層例如是指通過選擇性氧化包括高濃度的Al等的半導(dǎo)體層所形成的層。因此，在 實施例中，電流窄化層18對應(yīng)于氧化窄化層。同時，pn結(jié)部分是ρ型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo) 體層彼此接觸的界面。因此，在實施例中，當(dāng)下間隔層13和上間隔層15由包含η型和ρ型 雜質(zhì)的半導(dǎo)體制成時，下間隔層13與有源層14之間，以及上間隔層15與有源層14之間的 界面對應(yīng)pn結(jié)部分。此外，在實施例中，當(dāng)下間隔層13和上間隔層15由未摻雜的半導(dǎo)體 制成時，下DBR層12與下間隔層13之間，以及上DBR層16與上間隔層15之間的界面對應(yīng) pn結(jié)部分。如圖5A所示，柱形部分17A具有齒輪狀截面，其中半徑Rl的部分與半徑R2的部 分例如在繞臺面17的中心軸AX(在堆疊方向上延伸的軸)旋轉(zhuǎn)的方向上交替布置。優(yōu)選 地，柱形部分17A的截面形狀關(guān)于中心軸AX是對稱的。這里，半徑Rl小于半徑R2，且也小于后面將要描述的臺面17的柱形部分17B的半徑R4、臺面17的柱形部分17C的半徑R5、 以及上電極21的外徑R6。此外，半徑Rl等于后面將要描述的臺面17的柱形部分17B的 半徑R3。半徑R2等于臺面17的柱形部分17B的半徑R4以及臺面17的柱形部分17C的 半徑R5，并且大于上電極21的外徑R6。這里，半徑Rl和半徑R3例如約為7. 5 μ m，而半徑 R2、半徑R4和半徑R5例如約為15 μ m。Rl = R3 < R6 < R2 = R4 = R5如圖3和4所示，柱形部分17B (第二柱形部分)位于包括下DBR層12的下部和中部的臺面17的下部。S卩，柱形部分17B包括臺面17中產(chǎn)生電阻的下DBR層12。這里，圖 3和4示出其中下DBR層12包括電流窄化層18的示例。在此構(gòu)造中，下DBR層12在電流 窄化層18之下的部分被包括在臺面17的柱形部分17B中。如圖5B中所示，柱形部分17B具有齒輪狀的截面，其中對應(yīng)半徑R3的部分和對應(yīng)半徑R4的部分例如在繞臺面17的中心軸AX旋轉(zhuǎn)的方向上交替布置。優(yōu)選地，柱形部分 17B的截面形狀關(guān)于中心軸AX是對稱的。這里，半徑R3小于半徑R4，且也小于半徑R2、半 徑R5和外徑R6。此外，半徑R3等于半徑Rl。半徑R2等于半徑R4和半徑R5，并且大于外 徑R6。如圖3和4所示，柱形部分17C(第三柱形部分)位于包括上DBR層16的上部和中部的臺面17的上部。即，柱形部分17C包括在臺面17中產(chǎn)生電阻的上DBR層16。優(yōu)選 地，柱形部分17C的截面形狀關(guān)于中心軸AX是對稱的。柱形部分17C例如具有半徑為R5 的圓形截面，如圖5C所示。這里，半徑R5大于半徑Rl、半徑R3以及外徑R6，且等于半徑R2 和半徑R4。因此，得到這樣的結(jié)論，柱形部分17A和柱形部分17B的截面面積及彼此相等， 且小于柱形部分17C的截面面積。深度至少到達下DBR層12和電流窄化層18的多個凹槽19形成在臺面17的側(cè)面(周圍)上。多個凹槽19在繞臺面17旋轉(zhuǎn)的方向上以預(yù)定間隔形成。橋梁部分17E形成 在每兩個相鄰的凹槽19之間，從而從臺面17的側(cè)面(下DBR層12的側(cè)面)放射狀地延伸。 優(yōu)選地，多個凹槽19分別形成在離開臺面17的中心軸AX相同距離的部分，并且優(yōu)選關(guān)于 臺面17的中心軸AX對稱。當(dāng)多個凹槽19關(guān)于中心軸AX對稱地形成時，臺面17也關(guān)于中 心軸AX對稱地形成。這里，形成多個凹槽19以滿足下面的表達式D2 < D1X 2
這里，D1是從凹槽19的內(nèi)側(cè)面測得的電流限制區(qū)域18B的徑向尺寸，例如如圖6 所示。D2是繞臺面17(中心軸AX)旋轉(zhuǎn)的方向上布置多個凹槽19中的每兩個相鄰凹槽19 之間的距離，例如如圖6所示。這里，圖6是當(dāng)沿穿過電流窄化層18的平面橫向切割時圖 1的半導(dǎo)體激光器1的截面構(gòu)造示例。應(yīng)注意，盡管在三個部分中給出臺面17的解釋，但是臺面17是一體地(單片地)形成的，且不包括接合面。制造方法本實施例的半導(dǎo)體激光器1例如可如下這樣的程序制造。圖7至23是示出根據(jù)工序的半導(dǎo)體激光器1的制造工藝的視圖。圖7、9、12、15、 18和21是示出制造工藝期間元件的頂面結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖8是從箭頭A-A和B-B所指示 的方向看的圖7的截面視圖。圖10示出了從箭頭A-A所指示的方向看的圖9的截面構(gòu)造， 而圖11示出了從箭頭B-B所指示的方向看的圖9的截面構(gòu)造。圖13示出了從箭頭A-A所 指示的方向看的圖12的截面構(gòu)造，而圖14示出了從箭頭B-B所指示的方向看的圖12的截 面構(gòu)造。圖16示出了從箭頭A-A所指示的方向看的圖15的截面構(gòu)造，而圖17示出了從箭 頭B-B所指示的方向看的圖15的截面構(gòu)造。圖19示出了從箭頭A-A所指示的方向看的圖 18的截面構(gòu)造，而圖20是從箭頭B-B所指示的方向看的圖18的截面構(gòu)造。圖22示出了從 箭頭A-A所指示的方向看的圖21的截面構(gòu)造，而圖23示出了從箭頭B-B所指示的方向看 的圖21的截面構(gòu)造。這里，GaAs化合物半導(dǎo)體層例如通過MOCVD (金屬有機化學(xué)氣相沉積)方法形成 在襯底30上。在這種情況下，三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMA)、三甲基銦(TMIn)和三氫化 砷(AsH3)例如被用作III-V族化合物半導(dǎo)體的材料，且H2Se例如被用作施主雜質(zhì)材料，而 二甲基鋅(DMZ)例如被用作受主雜質(zhì)材料。具體地，被加工襯底100具有首先形成在襯底30上堆疊結(jié)構(gòu)20，如圖7和8所示。 堆疊結(jié)構(gòu)20依次包括上DBR層16、上間隔層15、有源層14、下間隔層13以及下DBR層12。 此時，要被氧化的層18D例如形成在下DBR層12的一部分中。要被氧化的層18D是通過如 稍后所述的氧化工藝轉(zhuǎn)變成電流窄化層18的層，并且構(gòu)造為包括AlAs。隨后，抗蝕劑層(未示出)形成在堆疊結(jié)構(gòu)20的柱形特定區(qū)域100A(在后續(xù)的制 造工藝中將變成臺面17D的區(qū)域)的外圍中，以使抗蝕劑層中在繞特定區(qū)域100A旋轉(zhuǎn)的方 向上以預(yù)定間隔具有多個開口。隨后，下DBR層12的上部、下間隔層13、有源層14、上間隔 層15、以及上DBR層16通過RIE(反應(yīng)離子刻蝕)，采用抗蝕劑層作為掩模被選擇性地移除。 如此，形成各至少到達上DBR層16和要被氧化的層18D的多個凹槽19，如圖9、10和11所 示。這時，形成多個凹槽19以滿足上述的表達式(D2 < D1X 2)。優(yōu)選地，多個凹槽19關(guān)于 在上述的工藝中的堆疊方向上延伸的軸對稱地形成。而且，柱形臺面17D形成在被多個凹 槽19圍繞的特定區(qū)域100A中，且從臺面17D的側(cè)面放射狀延伸的橋梁部分17E在上述的 工藝中形成。橋梁部分17E形成在于繞臺面17D旋轉(zhuǎn)的方向上布置的多個凹槽19中的每 兩個相鄰凹槽19之間。隨后，移除抗蝕劑層。隨后，在被加工襯底100未形成凹槽19的頂面平面上，S卩，在下DBR層12的表面 上形成金屬層IlB以作為后續(xù)工藝中的接合金屬，如圖9、10和11所示。隨后，制備在襯底 10上具有金屬層IlA的支撐襯底200，且被加工襯底100的金屬層IlB與支撐襯底200的金屬層IlA接合到一起，如圖12、13和14所示。然后，移除襯底30，如圖15、16和17所示。為防止上DBR層16隨襯底30的移除被一起移除，可在襯底30與上DBR層16之間設(shè)置刻
蝕停止層等。隨后，從上DBR層16側(cè)全部地或部分地移除包括特定區(qū)域100A的區(qū)域之外的部 分。具體地，首先形成抗蝕劑層(未示出)以覆蓋堆疊結(jié)構(gòu)20中包括特定區(qū)域100A(臺面 17D)的區(qū)域。例如，形成抗蝕劑層(未示出)以覆蓋環(huán)形區(qū)域100B (見圖15)，該環(huán)形區(qū)域 100B包括整個特定區(qū)域100A (臺面17D)和在特定區(qū)域100A (臺面17D)附近的一側(cè)的橋梁 部分17E的一端部。隨后，通過采用抗蝕劑層作為掩模，例如通過RIE選擇性蝕刻上DBR層 16的上部、上間隔層15、有源層14、下間隔層13、以及下DBR層12。這樣，形成下部狹窄的 臺面17，其中柱形部分17C (上DBR層16的部分)的截面面積大于柱形部分17A和柱形部 分17B的截面面積，凹槽19與外部連通，如圖18、19和20所示。這里，通過蝕刻工藝保留 未被蝕刻的橋梁部分17E的部分對應(yīng)于柱形部分17A的半徑R2的部分和柱形部分17B的 半徑R4的部分的刻蝕工藝，部分保留為未刻蝕。在上述工藝中，不必完全移除區(qū)域100B之外的堆疊結(jié)構(gòu)20。例如，僅區(qū)域100B的 外圍區(qū)域(圍繞區(qū)域100B的環(huán)形區(qū)域)從上DBR層16到下DBR層12的上部被移除，使得 凹槽19與外部連通并形成下部狹窄的臺面17。隨后，在高溫水蒸氣氣氛中執(zhí)行氧化處理以從臺面17的側(cè)面(凹槽19的側(cè)面) 選擇性地氧化包含在將要氧化的層18D中的鋁。結(jié)果，在臺面17中，將要氧化的層18D的 邊緣區(qū)域通過氧化作用變成電流限制區(qū)域18B，且將要氧化的層18D中的其它未氧化區(qū)域 變成電流注入?yún)^(qū)域18A，如圖21、22和23所示。隨后，形成由諸如氧化硅(SiO2)的絕緣無機材料制成的絕緣層22以覆蓋例如所 有的表面。隨后，在臺面17的表面上形成抗蝕劑層(未示出)，以具有圍繞與電流注入?yún)^(qū)域 18A相對的區(qū)域的環(huán)形開口，然后，例如通過RIE使用抗蝕劑層作為掩模選擇性地移除絕緣 層22。這樣，環(huán)形開口形成在與電流注入?yún)^(qū)域18A相對的部分中的絕緣層22中。隨后，移 除抗蝕劑層。隨后，前述金屬材料例如通過氣相蒸發(fā)的方法堆疊在整個表面上。然后，例如通過 選擇性蝕刻形成環(huán)形上電極21，其具有在與電流注入?yún)^(qū)域18A相對的區(qū)域中的光發(fā)射出口 21A，并具有部分延伸到與特定100A(柱形部分17A和17B)相對的區(qū)域外側(cè)的外邊緣部分。 此外，電極焊盤23形成在臺面17外圍中的絕緣層22上。此外，連接部分24形成在上電極 21與電極焊盤23之間(見圖2)。此外，在研磨襯底10的背面以調(diào)整其厚度之后，下電極 25形成在襯底10的背面上(見圖2)。這樣，制成根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體激光器1。隨后，以下將描述根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體激光器1的操作和效果。操作和效果在本實施例的半導(dǎo)體激光器1中，當(dāng)施加預(yù)定電壓到下電極25與上電極21之間 時，電流通過電流窄化層18中的電流注入?yún)^(qū)域18A被注入到有源層14以使電子和空穴復(fù) 合，從而發(fā)射出光。光被下DBR層12和上DBR層16反射從而在預(yù)定波長產(chǎn)生激光振蕩，且 通過發(fā)射出口 21A光作為激光束發(fā)射到外部。在實施例中，包括有源層14和電流窄化層18的臺面17的柱形部分17A形成在與 下DBR層12和上DBR層16相對的區(qū)域中，如圖3和4所示。此外，如圖5A、5B和5C所示，柱形部分17A的截面面積小于柱形部分17C(上DBR層16)的截面面積。因此，由于存在有 源層14和電流窄化層18而產(chǎn)生的寄生電容被減小。此外，相比于其中整個臺面的直徑被 減小的情況，臺面中的電阻被減小且功耗被抑制。因此，在本發(fā)明中，寄生電容被減小，同時 抑制了功耗。此外，在本實施例的制造方法中，支撐襯底200在朝向開有各個凹槽19側(cè)面接合 到被加工襯底的表面。這里，被加工襯底100包括襯底10上的堆疊結(jié)構(gòu)20，且凹槽19圍繞 特定區(qū)域100A以預(yù)定間隔形成。然后，包括特定區(qū)域100A的區(qū)域100B之外的區(qū)域被完全 或部分地從襯底10側(cè)被移除，從而允許凹槽19與外部連通。此時，柱形部分17A形成在與 柱形部分17B相對的區(qū)域內(nèi)以及與柱形部分17C相對的區(qū)域內(nèi)。此外，柱形部分17A的截 面面積變得小于柱形部分17C的截面面積。這里，在使凹槽19與外部連通的工藝之前的工藝中確定特定區(qū)域100A (臺面17D) 的直徑，因此在凹槽連通工藝中，其不被未移除區(qū)域100B的直徑所限制。因此，使得柱形部 分17A的截面面積降低，而與柱形部分17C(上DBR層16)無關(guān)，且由柱形部分17A引起的 寄生電容因此被減小。此外，由于柱形部分17C的截面面積保持為較大，而與柱形部分17A 無關(guān)，所以，與其中整個臺面的直徑小的情況相比，臺面中的電阻被減小且功耗被抑制。因 此，在實施例中，寄生電容容易被減小，同時抑制了功耗。此外，在本實施例的制造方法中，臺面17—體地(單片地)形成且臺面17中不存 在接合的部分。在此結(jié)構(gòu)中，臺面17中的光學(xué)膜厚度通過晶體生長嚴格控制，因此避免了 因接合產(chǎn)生的光學(xué)位置偏移。變型已參考上述實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限制到該實施例及所獲得的各 種變型。例如，在上述實施例中，盡管AlGaAs基化合物半導(dǎo)體激光器被示范性的采用以解 釋本發(fā)明，然而其它種類的化合物半導(dǎo)體激光器也是適用的。此外，在上述實施例中，盡管 對于其中本發(fā)明被應(yīng)用到頂面發(fā)射型半導(dǎo)體激光器的情況作了描述，然而底面發(fā)射型半導(dǎo) 體激光器也是適用的。此外，盡管在上述實施例中示例了半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型，然而導(dǎo)電類型可反轉(zhuǎn)。例 如，在上述實施例中，“P型”表示的部分可被改成“η型”，且“η型”表示的部分可被改為“P型”。本申請包含在2009年2月6日提交到日本專利局的日本專利申請JP2009-026675 中涉及的主題，將其全部內(nèi)容引用結(jié)合于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可以根據(jù)設(shè)計需求和其他因素進行各種修改、組合、部分 組合和替換，只要它們在權(quán)利要求及其等同特征的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種垂直腔面發(fā)射激光器，包括柱形臺面，在襯底上從所述襯底側(cè)依次包括第一多層反射器、有源層、第二多層反射器，還包括電流窄化層，其中所述臺面的包括所述有源層和所述電流窄化層的柱形部分形成在與所述第一多層反射器相對的區(qū)域和與所述第二多層反射器相對的區(qū)域內(nèi)，且所述柱形部分的截面面積小于所述第二多層反射器的截面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，在所述臺面的頂面上還包括具有光發(fā) 射出口的環(huán)形電極，其中所述柱形部分的側(cè)面的一部分位于所述電極的外邊緣的內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述臺面關(guān)于在堆疊方向上延伸 的軸對稱地形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述臺面單片地形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中金屬層設(shè)置在所述襯底與所述臺 面之間以與所述襯底和所述臺面接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述金屬層包括相互接合的第一 金屬層和第二金屬層。
7.—種垂直腔面發(fā)射激光器的制造方法，包括第一步驟，在繞特定區(qū)域旋轉(zhuǎn)的方向上以預(yù)定間隔形成多個凹槽，每個所述凹槽都至 少到達第二多層反射器和要被氧化的層，所述特定區(qū)域為被加工襯底內(nèi)由半導(dǎo)體層構(gòu)成的 柱形部分，在第一襯底上的所述半導(dǎo)體層從與所述第一襯底相反的一側(cè)依次包括第一多層 反射器、有源層和所述第二多層反射器，所述半導(dǎo)體層還包括所述要被氧化的層；第二步驟，在所述半導(dǎo)體層的頂面上未形成所述凹槽的區(qū)域形成第一金屬層，然后，將 所述第一金屬層接合到支撐襯底的第二金屬層，所述支撐襯底由第二襯底和設(shè)置在所述第 二襯底上的所述第二金屬層構(gòu)成；第三步驟，從所述第一襯底側(cè)完全或部分地移除包括所述特定區(qū)域的區(qū)域之外的部 分，以使所述凹槽與外部連通，然后，從所述凹槽的側(cè)面氧化所述要被氧化的層以形成所述 要被氧化的層中對應(yīng)于所述特定區(qū)域的外邊緣部分的氧化區(qū)域，并且形成所述要被氧化的 層中對應(yīng)于所述特定區(qū)域的中心部分的未氧化區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直腔面發(fā)射激光器的制造方法，其中形成所述多個凹槽以滿足表達式D2 < DiX2，其中Di是從所述凹槽的側(cè)面測量的所述 氧化區(qū)域的徑向尺寸，而D2是在繞所述特定區(qū)域旋轉(zhuǎn)的方向上布置的所述多個凹槽中每兩 個相鄰凹槽之間的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直腔面發(fā)射激光器的制造方法，其中在所述第三步驟中，在與所述第二襯底相反的一側(cè)的表面上形成環(huán)形電極，所述環(huán)形 電極在與所述未氧化區(qū)域相對的區(qū)域中具有光發(fā)射出口，并且所述環(huán)形電極的外邊緣的一 部分延伸到所述特定區(qū)域的外側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直腔面發(fā)射激光器的制造方法，其中在所述第一步驟中，所述多個凹槽關(guān)于在堆疊方向上延伸的軸對稱地形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垂直腔面發(fā)射激光器及其制造方法，該垂直腔面發(fā)射激光器能夠減小寄生電容同時抑制功耗。該垂直腔面發(fā)射激光器包括柱形臺面，柱形臺面在襯底上從襯底側(cè)依次包括第一多層反射器、有源層、第二多層反射器，還包括電流窄化層。臺面的包括有源層和電流窄化層的柱形部分形成在與第一多層反射器相對的區(qū)域和與第二多層反射器相對的區(qū)域內(nèi)，且該柱形部分的截面面小于第二多層反射器的截面面積。
文檔編號H01S5/187GK101800398SQ20101010794
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者城岸直輝, 增井勇志, 幸田倫太郎, 成瀬晃和, 荒木田孝博 申請人:索尼公司