專利名稱：可篩選水分鈍化平面折射率導(dǎo)向型垂直腔面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及垂直腔面發(fā)射激光器，具體地涉及可篩選水分鈍化平面折射率導(dǎo)向型垂直腔面發(fā)射激光器。
背景技術(shù)：
VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)是由夾在一對(duì)高反射性的反射鏡疊層之間的光活性半導(dǎo)體層(例如AlInGaAs或InGaAsP)形成的激光器件，其中這種反射鏡疊層可以由金屬材料層、電介質(zhì)材料層或外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體材料層形成。通常，其中一個(gè)反射鏡疊層的反射性能做得不如另一個(gè)，這樣使得在這兩個(gè)反射鏡疊層之間的光活性半導(dǎo)體層中形成的共振腔中產(chǎn)生的相干光的一部分可以從器件發(fā)射出去。通常，VCSEL從共振腔的頂面或底面發(fā)射出光束發(fā)散相對(duì)較小的激光。VCSEL可以被布置成獨(dú)立的、或者是一維或二維陣列、可以在晶片上進(jìn)行測(cè)試并易于結(jié)合到可耦合至光纜的光收發(fā)器模塊內(nèi)。
一般來說，VCSEL可以表征為增益導(dǎo)向型VCSEL或折射率導(dǎo)向型(index-guided)VCSEL。注入式VCSEL是最普遍的商用增益導(dǎo)向型VCSEL。注入式VCSEL包括一個(gè)或多個(gè)限制電流并減少寄生的高電阻注入?yún)^(qū)。另一方面，氧化物VCSEL是最普遍的橫向折射率導(dǎo)向型VCSEL。氧化物VCSEL包括限制電流和光的氧化層(和可能的注入?yún)^(qū))。用于單模操作和在一系列不同波長(zhǎng)(例如650nm、850nm、980nm、1300nm和1550nm)下的多模操作的VCSEL和VCSEL陣列已被成功開發(fā)出來。
已經(jīng)提出了用于提高VCSEL的性能和可靠性的技術(shù)。例如，美國(guó)專利No.5,719,893描述了一種用于鈍化背脊和注入式VCSEL而防止物理和化學(xué)損傷的方案。根據(jù)此方案，一層絕緣材料覆蓋包括了光發(fā)射孔隙區(qū)以及其周圍的頂部金屬電極的整個(gè)VCSEL結(jié)構(gòu)。絕緣材料的光學(xué)厚度是VCSEL設(shè)計(jì)發(fā)射的光的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。鈍化層覆蓋整個(gè)VCSEL器件結(jié)構(gòu)，以便保護(hù)器件不受物理和化學(xué)損傷。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明的特征在于一種包括具有頂表面的垂直疊層結(jié)構(gòu)VCSEL。該垂直疊層結(jié)構(gòu)包括頂反射鏡、底反射鏡和腔區(qū)，所述腔區(qū)布置在所述頂反射鏡和所述底反射鏡之間并包括活性光產(chǎn)生區(qū)。所述頂反射鏡和所述底反射鏡中的至少一個(gè)具有至少一個(gè)限定出孔隙區(qū)的層。所述垂直疊層結(jié)構(gòu)限定出至少一個(gè)側(cè)壁區(qū)域，所述至少一個(gè)側(cè)壁區(qū)域從所述頂表面至少延伸到對(duì)應(yīng)于所述孔隙區(qū)的深度。所述VCSEL還包括布置在所述側(cè)壁區(qū)域處的篩選區(qū)的缺陷指示器系統(tǒng)。所述缺陷指示器系統(tǒng)包括具有化學(xué)可變的光學(xué)性能的指示器層和上覆于所述指示器層的阻擋層。
另一方面，本發(fā)明的特征在于制造上述的VCSEL的方法。
通過下面的描述，包括對(duì)附圖和權(quán)利要求的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明了。


圖1A是平面VCSEL的頂視圖，該平面VCSEL具有四個(gè)刻蝕孔，所述刻蝕孔被上覆的水分滲透阻擋層水分鈍化。
圖1B是圖1A的平面VCSEL沿線1B-1B的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖1C是圖1A的平面VCSEL沿線1C-1C的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖2是圖1A-1C的VCSEL的刻蝕孔附近的區(qū)域的放大的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖3是制造圖1A、1B和1C的VCSEL實(shí)施例的方法的流程圖。
圖4是暴露至潮濕環(huán)境的VCSEL實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖5是平面VCSEL的頂視圖，該平面VCSEL具有四個(gè)刻蝕孔，所述刻蝕孔被上覆的水分滲透阻擋層水分鈍化。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述中，類似的標(biāo)號(hào)用來標(biāo)識(shí)類似的元件。而且，附圖意在以圖示的方式來說明示例性實(shí)施例的主要特征。附圖并非意在描繪實(shí)際實(shí)施例的每個(gè)特征，也非描繪所繪元件的相對(duì)尺寸，并且沒有按比例繪制。
下面所詳細(xì)描述的實(shí)施例的特征是鈍化平面折射率導(dǎo)向型VCSEL的系統(tǒng)和方法，解決了這些器件特別容易受到損傷的問題，否則，浸入到用于形成折射率導(dǎo)向型限制區(qū)的刻蝕孔中的水分可能導(dǎo)致所述損傷。此外，這些實(shí)施例的特征是具有缺陷指示器系統(tǒng)的VCSEL，其中該缺陷指示器系統(tǒng)提供對(duì)于VCSEL刻蝕孔水分鈍化的缺陷的指示，允許具有潛在缺陷的VCSEL被精確和高效地識(shí)別并從大批量的VCSEL中被篩選出。
參考圖1A、1B和1C，在一個(gè)實(shí)施例中，平面折射率導(dǎo)向型VCSEL10包括夾在第一反射鏡疊層14和第二反射鏡疊層16之間的腔區(qū)12，第二反射鏡疊層16形成在襯底18上。腔區(qū)12包括夾在一對(duì)間隔層22和24之間的一個(gè)或多個(gè)活性層20，活性層20可以包括例如一個(gè)或多個(gè)量子阱，或者一個(gè)或多個(gè)量子點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，活性層20可以位于單個(gè)的間隔層的上方或者下方。如圖所示，在此實(shí)施例中，VCSEL 10具有平面結(jié)構(gòu)，該平面結(jié)構(gòu)包括許多孔26，所述孔26使第一反射鏡疊層14的若干相應(yīng)的側(cè)壁區(qū)域暴露而被氧化。至少第一反射鏡疊層14的一部分28從暴露側(cè)壁區(qū)域向內(nèi)朝向位于中心的孔隙區(qū)30(見圖1C)發(fā)生氧化。在此所使用的術(shù)語“孔隙區(qū)”是指在VCSEL 10的垂直疊層結(jié)構(gòu)中的這樣的區(qū)域，即該區(qū)域具有比周圍區(qū)域更高的電導(dǎo)率，使得電流相對(duì)于周圍區(qū)域優(yōu)先流過所述孔隙區(qū)。在示出的實(shí)施例中，四個(gè)孔26被開口在距離第一電觸頭32的中心相等距離的位置上，如圖1A所示。其他的VCSEL實(shí)施例可以包括更多或者更少的暴露孔26，或者包括具有不同形狀的孔，例如分割的弧形或者環(huán)形?？?6從第一反射鏡疊層14的基本上的平面頂表面向下至少延伸到對(duì)應(yīng)于氧化部分28的(多個(gè))層。在示出的實(shí)施例中，每一個(gè)刻蝕孔26的深度為約8μm，在第一反射鏡疊層14的頂表面處的寬度為約26μm。當(dāng)將VCSEL 10結(jié)構(gòu)暴露至經(jīng)加熱的水蒸氣時(shí)，經(jīng)加熱的水蒸氣進(jìn)入孔26并在離開孔26的徑向上對(duì)部分28進(jìn)行氧化。持續(xù)進(jìn)行氧化過程，直到自每一個(gè)孔26的氧化前端33并接形成未氧化的孔隙區(qū)30，在此處，氧化過程中斷了。
在另一個(gè)VCSEL實(shí)施例中，孔隙區(qū)30通過對(duì)垂直疊層結(jié)構(gòu)的周圍區(qū)域的選擇性刻蝕而限定出，而不是通過對(duì)周圍區(qū)域的選擇性氧化而限定出。此外，在其他的實(shí)施例中，VCSEL 10可以通過將垂直疊層結(jié)構(gòu)的圍繞柱狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域從頂部表面刻蝕到至少對(duì)應(yīng)于孔隙區(qū)30的深度，而被形成為具有圓柱側(cè)壁的柱狀結(jié)構(gòu)。
電觸頭32和位于器件的相對(duì)一端的第二電觸頭34可以使VCSEL 10能夠被合適的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。在操作中，操作電壓被施加在電觸頭32、34兩端，以在VCSEL 10中產(chǎn)生電流。通常，電流流過VCSEL結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域并且在腔區(qū)12的中心區(qū)域(此后稱為“活性區(qū)”)發(fā)生激光。第一反射鏡疊層14的氧化部分28形成橫向地限制載流子和光子的氧化物限制區(qū)。載流子限制是由于限制區(qū)的相對(duì)的高電阻率造成的，其中限制區(qū)的相對(duì)的高電阻率導(dǎo)致電流優(yōu)先流過VCSEL 10的位于中心的區(qū)域。光學(xué)限制是由限制區(qū)的折射率的顯著減小造成的，其中限制區(qū)產(chǎn)生了引導(dǎo)在腔區(qū)12中產(chǎn)生的光子的橫向折射率特性。載流子和光子的橫向限制增大了活性區(qū)中的載流子和光子的密度，因此增大了在活性區(qū)中產(chǎn)生光的效率。
活性層20可以由AlInGaAs(即AlInGaAs、GaAs、AlGaAs和InGaAs)、InGaAsP(即InGaAsP、GaAs、InGaAs、GaAsP和GaP)、GaAsSb(即GaAsSb、GaAs和GaSb)、InGaAsN(即InGaAsN、GaAs、InGaAs、GaAsN和GaN)或AlInGaAsP(即AlInGaAsP、AlInGaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaAsP、GaAs、InGaAs、GaAsP和GaP)形成。也可以使用其他量子阱層組合物。第一和第二間隔層22、24可以由根據(jù)活性層的材料組成所選擇的材料形成。第一反射鏡疊層14和第二反射鏡疊層16的其中每一個(gè)都包括不同折射率材料的交替層的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)形成為規(guī)定的工作激光波長(zhǎng)(例如在650nm-1650nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng))而設(shè)計(jì)的分布式布拉格反射器(DBR)。例如，第一反射鏡疊層14和第二反射鏡疊層16可以由高鋁含量的AlGaAs層和低鋁含量的AlGaAs層的交替層形成。第一反射鏡疊層14和第二反射鏡疊層16中的層的有效光學(xué)厚度(即層厚度與層的折射率的乘積)優(yōu)選為工作激光波長(zhǎng)的約1/4。襯底18可以由GaAs、InP、藍(lán)寶石(Al2O3)或InGaAs形成，并且可以是未摻雜的、摻雜n型(例如用Si摻雜)或摻雜p型(例如用Zn摻雜)。在形成VCSEL 10之前，可以在襯底18上生長(zhǎng)緩沖層36。在圖1A、1B和1C的圖示表示中，第一反射鏡疊層14和第二反射鏡疊層16被設(shè)計(jì)成激光從VCSEL 10的頂表面發(fā)射出。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一反射鏡疊層14和第二反射鏡疊層16被設(shè)計(jì)成激光從襯底18的底表面發(fā)射出。
VCSEL 10可以通過常規(guī)的外延生長(zhǎng)工藝形成，例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和分子束外延(MBE)。
如圖1A、1B和2所示，在圖示的實(shí)施例中，在位于VCSEL 10的各個(gè)刻蝕孔26處的各篩選區(qū)的是缺陷指示器系統(tǒng)35，該缺陷指示器系統(tǒng)35包括指示器層37、上覆于指示器層37的阻擋層39以及指示器層37之下的阻擋層40。如在此所使用的，當(dāng)提及缺陷指示器相對(duì)于刻蝕孔26被布置的篩選區(qū)位置時(shí)，介詞“位于……”指的是篩選區(qū)存在于刻蝕孔26之中、之上或者其附近。通常，缺陷指示器系統(tǒng)35的位置應(yīng)該足夠靠近至少一個(gè)刻蝕孔26，以提供在上覆于刻蝕孔26的表面的一個(gè)或者多個(gè)水分鈍化層中的缺陷發(fā)生率的統(tǒng)計(jì)意義的指示。在一些實(shí)施例中，缺陷指示器系統(tǒng)35和水分鈍化層分離且不同。在這些實(shí)施例中，可以根據(jù)在2003年1月13日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/341,089和2001年12月7日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/013,108中所描述的一種或者多種水分鈍化方法來形成水分鈍化層。在這些實(shí)施例中缺陷指示器系統(tǒng)35可以位于水分鈍化層的附近區(qū)域(例如位于之中、或者鄰近、或者靠近)。
在圖示的實(shí)施例中，除了提供水分鈍化的缺陷指示之外，缺陷指示器系統(tǒng)35還鈍化刻蝕孔26中的每一個(gè)，防止水分浸入。這樣，缺陷指示器系統(tǒng)35解決了VCSEL 10特別容易受到損傷的問題，否則，浸入到刻蝕孔26中的水分可能導(dǎo)致所述損傷。具體來說，已經(jīng)觀察到未鈍化的和非氣密密封的平面折射率導(dǎo)向型VCSEL在潮濕環(huán)境中受到高比例的災(zāi)難性故障。在高濕度的環(huán)境下，這樣的VCSEL器件的壽命被限制到數(shù)百小時(shí)的數(shù)量級(jí)，這明顯小于對(duì)于類似的VCSEL器件在標(biāo)準(zhǔn)的高溫、快速老化條件下所觀察到的105小時(shí)的壽命。
缺陷指示器系統(tǒng)35覆蓋刻蝕孔26表面上的缺陷和粒子，由此利用均一和完整的水分滲透阻擋層鈍化刻蝕孔表面。在圖示的實(shí)施例中，缺陷指示器系統(tǒng)35對(duì)應(yīng)于被圖案化成一組四個(gè)矩形補(bǔ)片的薄膜疊層。每一個(gè)補(bǔ)片在相應(yīng)的刻蝕孔26的表面上方延伸，以減小到刻蝕孔26中的水分浸入，并由此顯著地延遲或者有效地防止對(duì)VCSEL 10的與水分相關(guān)的損傷。
指示器層37由任何具有化學(xué)可變光學(xué)性能的材料組合物形成。示例性的光學(xué)性能包括光反射率、光吸收性能和光傳播性能。總之，指示器層37的光學(xué)性能響應(yīng)于暴露至篩選劑而變化，所述篩選劑可以是氣體(蒸氣)、液體或者等離子體的形式。利用自動(dòng)或者手動(dòng)的光學(xué)設(shè)備可檢測(cè)光學(xué)性能的變化。例如，在一些實(shí)施方式中，指示器層37的光反射率響應(yīng)于暴露至相關(guān)的篩選劑而變化。光反射率的變化可以被檢測(cè)為例如指示器層37顏色的變化，或者被檢測(cè)為反射的光學(xué)探測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度的變化。在一些示例性實(shí)施例方式中，由暴露至篩選劑所引起的光反射率變化可以通過在可見輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)(即，在約390nm到約770nm的范圍內(nèi))的一個(gè)或者多個(gè)輻射波長(zhǎng)下的可見顏色探測(cè)進(jìn)行檢測(cè)。
在一些實(shí)施例中，指示器層37包括至少一種組分，該組分可被篩選劑的至少一種氧化組分氧化。例如，在一些實(shí)施方式中，指示器層37包括金屬(例如，鋁、鈦及其合金中的一種或者多種)，該金屬可被篩選劑中的酸性組分或者堿性組分氧化。在這些實(shí)施方式中，指示器層金屬一經(jīng)氧化就表現(xiàn)出可檢測(cè)的顏色變化。
在一些實(shí)施方式中，指示器層37包括浸漬有染料的基底層。例如，鋁層或者鉻酸鹽轉(zhuǎn)化層可以用金屬含氮染料進(jìn)行浸漬，所述金屬含氮染料的顏色一經(jīng)暴露至篩選劑就通過漂白或氧化而變化。在一些實(shí)施例中，指示器層37包括光學(xué)性能可變的聚合物。例如，在這種類型的一些實(shí)施方式中，聚合物指示器層37一經(jīng)暴露至篩選劑就改變顏色或者包含一經(jīng)暴露至篩選劑就改變顏色的顏料。聚合物可以由任何光學(xué)性能可變的并且與用于制造VCSEL 10的工藝技術(shù)相容的聚合物材料形成。
上覆的阻擋層39和下方的阻擋層40可以由任何與用于制造VCSEL10的工藝技術(shù)相容的防濕材料形成。除了提供刻蝕孔26的水分鈍化之外，阻擋層40還增強(qiáng)了缺陷指示器系統(tǒng)35和VCSEL 10垂直疊層結(jié)構(gòu)的頂表面之間的粘接。在一些實(shí)施例中，阻擋層40由電絕緣材料(例如，諸如氮化硅、氧氮化硅、以及氮化鈦鎢之類的氮化物材料，或者諸如氧化硅和氧化鈦之類的氧化物材料)形成。上覆的阻擋層39可以由與阻擋層40相同的或者不同的電絕緣材料形成?；蛘?，阻擋層39可以由金屬形成。在刻蝕孔26的鈍化不完整或者有缺陷的情況下，阻擋層39可能會(huì)具有孔、裂紋或者其他缺陷，篩選劑可以通過所述孔、裂紋或者其他缺陷進(jìn)行滲透，并由此與下方的指示器層37反應(yīng)。在一些實(shí)施例中，阻擋層39、40中的每一個(gè)都是低應(yīng)力、高密度的氮化硅層，所述氮化硅層利用傳統(tǒng)的低壓化學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行沉積并具有約100nm到約1000nm范圍的厚度。在指示器層37是電絕緣的一些實(shí)施例中，下方的阻擋層40可以被省略。
示例性的VCSEL實(shí)施方式包括540nm的氮化硅下方阻擋層40、500nm的鋁指示器層37和760nm的上覆阻擋層39。用于該實(shí)施方式的一種示例性篩選劑是被加熱到約60℃到約80℃溫度范圍的氫氧化鉀水溶液。
圖3示出了制造VCSEL 10的方法的實(shí)施例的流程圖。對(duì)于一批VCSEL中的每一個(gè)VCSEL形成垂直疊層結(jié)構(gòu)(步驟60)。垂直疊層結(jié)構(gòu)具有頂表面，并包括頂反射鏡、底反射鏡和腔區(qū)，其中所述腔區(qū)被布置在頂反射鏡和底反射鏡之間并包括活性光產(chǎn)生區(qū)。氧化孔被刻蝕到垂直疊層結(jié)構(gòu)中，從頂表面至少到被氧化的周圍區(qū)域(步驟62)。頂反射鏡和底反射鏡中的至少一個(gè)具有在周圍區(qū)域被氧化成電絕緣體的層，以形成限制區(qū)(步驟64)。在位于一個(gè)或者多個(gè)刻蝕孔處，在篩選區(qū)中形成缺陷指示器系統(tǒng)(步驟66)。將篩選劑施加到篩選區(qū)(步驟68)。篩選劑可以是氣體、蒸氣或者液體，這些氣體、蒸氣或者液體與缺陷指示器系統(tǒng)的指示器層反應(yīng)，導(dǎo)致指示器層的可變光學(xué)性能發(fā)生變化。在一些實(shí)施方式中，清洗VCSEL以去除任何殘留的篩選劑。對(duì)篩選區(qū)進(jìn)行光學(xué)探測(cè)(步驟70)。例如，在一些實(shí)施方式中，在顯微鏡下對(duì)篩選區(qū)進(jìn)行可視探測(cè)，以檢測(cè)篩選區(qū)中任何變色區(qū)域的出現(xiàn)。觀察或者檢測(cè)到可變光學(xué)性能發(fā)生變化的VCSEL被標(biāo)記并隨后被舍棄(步驟72)。
上述的制造工藝可以包括在前段中沒有具體指出的一個(gè)或者多個(gè)其他的制造工藝步驟，包括工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前端、中間和后端VCSEL制造工藝步驟。
其他的實(shí)施例落在權(quán)利要求的范圍中。
參考圖4，在一些實(shí)施例中，下方的阻擋層40的厚度(t)足夠防止到刻蝕孔26中的明顯垂直水分浸入42。如2002年12月7日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/013,108中說明的，已經(jīng)觀察到在鈍化層厚度達(dá)到第一閾值后，VCSEL在高濕度環(huán)境中的故障率隨著鈍化層的厚度顯著降低。但是，超過第二閾值后，故障率的降低不再那么明顯。在一個(gè)實(shí)施例中，下方的阻擋層40由根據(jù)傳統(tǒng)的低應(yīng)力氮化硅沉積工藝所沉積的氮化硅形成。在此實(shí)施例中，第一閾值厚度約為300nm，第二閾值厚度約為500nm。在其他的實(shí)施例中，閾值厚度的實(shí)際值將依賴于許多因素，包括阻擋層40的材料性能。
在一些實(shí)施例中，阻擋層40還橫向延伸分別超過刻蝕孔26的邊緣一定的距離(d1，d2)，該距離足夠基本防止到刻蝕孔26中的橫向水分浸入。橫向水分浸入可能是由來自水分滲透界面46的沿著延伸到刻蝕孔的路徑的滲漏造成的，其中所述水分滲透界面46形成在第一反射鏡疊層14的頂表面和阻擋層40的周圍邊緣的相交部分。在一些具有氮化硅水分滲透阻擋的實(shí)施例中，阻擋層40的周圍邊緣和刻蝕孔的周圍邊緣之間的間隔距離(d1，d2)在第一反射鏡疊層14的頂表面為至少1μm的數(shù)量級(jí)。在一些實(shí)施例中，取決于在第一反射鏡疊層14的頂表面上的其他器件結(jié)構(gòu)，阻擋層40的周圍邊緣和刻蝕孔的周圍邊緣之間的間隔距離可以在一個(gè)或者多個(gè)方向上受到限制。例如，在一些實(shí)施例中，光發(fā)射區(qū)基本沒有任何上覆的水分滲透阻擋材料，在這樣的情況下，間隔距離不能超過刻蝕孔和光發(fā)射區(qū)之間的間隔距離。
參考圖5，在一些實(shí)施例中，橫向水分浸入可以是主要由阻擋層40從第一反射鏡疊層14的頂表面剝離造成的。在一些實(shí)施例中，阻擋層40的總的膜應(yīng)變隨表面積呈指數(shù)遞減，其中所述阻擋層40的總的膜應(yīng)變與阻擋層將從第一反射鏡疊層14的頂表面剝離的可能性相關(guān)。在這些實(shí)施例中，為了減小到刻蝕孔26中的橫向水分浸入，阻擋層40被圖案化成補(bǔ)片，每一個(gè)補(bǔ)片具有足以將單位面積的膜應(yīng)力減小到避免阻擋層40的明顯剝離的橫向表面積。在圖5的實(shí)施例中，阻擋層40被形成為上覆于第一反射鏡疊層頂表面的實(shí)質(zhì)部分(包括每一個(gè)刻蝕孔26)的單一連續(xù)的材料膜。在這些實(shí)施例中，阻擋層40的面積足以避免阻擋層40的明顯剝離，并由此明顯減小到刻蝕孔26中的橫向水分浸入。在一些實(shí)施例中，阻擋層40在第一反射鏡疊層的可用的所有頂表面上延伸。在圖示的實(shí)施例中，金屬線50、52可以在阻擋層40上方從電極32延伸到焊盤54、56，其中所述焊盤54、56也被布置在阻擋層40上方。
在潮濕環(huán)境中，具有帶有示于圖5的表面布局和500nm厚度的氮化硅阻擋層40的VCSEL器件已經(jīng)表明具有比未鈍化器件的壽命長(zhǎng)十倍的壽命。
其他的實(shí)施例仍然落入權(quán)利要求的范圍。例如，雖然結(jié)合AlGaAs反射鏡疊層系統(tǒng)描述了上面的實(shí)施例，但是其他的半導(dǎo)體合金組合物或者電介質(zhì)層可以用于形成DBR反射鏡結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種垂直腔面發(fā)射激光器，包括垂直疊層結(jié)構(gòu)，該垂直疊層結(jié)構(gòu)具有頂表面，并包括頂反射鏡，底反射鏡，腔區(qū)，所述腔區(qū)布置在所述頂反射鏡和所述底反射鏡之間，并包括活性光產(chǎn)生區(qū)，所述頂反射鏡和所述底反射鏡中的至少一個(gè)具有至少一個(gè)限定出孔隙區(qū)的層；其中，所述垂直疊層結(jié)構(gòu)限定出至少一個(gè)側(cè)壁區(qū)域，所述至少一個(gè)側(cè)壁區(qū)域從所述頂表面至少延伸到對(duì)應(yīng)于所述孔隙區(qū)的深度；和布置在所述側(cè)壁區(qū)域處的篩選區(qū)的缺陷指示器系統(tǒng)，所述缺陷指示器系統(tǒng)包括具有化學(xué)可變的光學(xué)性能的指示器層和上覆于所述指示器層的阻擋層。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述缺陷指示器系統(tǒng)布置在所述垂直疊層結(jié)構(gòu)的限定出至少一個(gè)刻蝕孔的表面的上方。
3.如權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述指示器層具有化學(xué)可變的光反射率。
4.如權(quán)利要求3所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述指示器層的所述化學(xué)可變的光反射率可在約390nm到約770nm范圍內(nèi)的輻射波長(zhǎng)下進(jìn)行檢測(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述指示器層包括金屬。
6.如權(quán)利要求5所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述指示器層包括鋁、鋁合金、鈦和鈦合金中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述指示器層包括浸漬有染料的基底層。
8.如權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述指示器層包括聚合物。
9.如權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述上覆的阻擋層由電絕緣材料形成。
10.如權(quán)利要求9所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述上覆的阻擋層由電絕緣半導(dǎo)體材料形成。
11.如權(quán)利要求10所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述上覆的阻擋層由半導(dǎo)體氧化物材料和半導(dǎo)體氮化物材料中的至少一種形成。
12.如權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述缺陷指示器系統(tǒng)還包括位于所述指示器層下方的阻擋層。
13.如權(quán)利要求12所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述下方的阻擋層由電絕緣材料形成。
14.如權(quán)利要求13所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述下方的阻擋層包括氮化物。
15.如權(quán)利要求1所述的垂直腔面發(fā)射激光器，其中所述缺陷指示器系統(tǒng)包括在水分滲透界面與所述垂直疊層結(jié)構(gòu)的所述頂表面相交的周圍邊緣；以及在所述垂直疊層結(jié)構(gòu)的所述頂表面，所述側(cè)壁區(qū)域被具有實(shí)質(zhì)部分的各周圍邊緣環(huán)繞，所述實(shí)質(zhì)部分離所述水分滲透界面的距離約1μm或者更大。
16.一種制造垂直腔面發(fā)射激光器的方法，包括形成垂直疊層結(jié)構(gòu)，該垂直疊層結(jié)構(gòu)具有頂表面，并包括頂反射鏡，底反射鏡，腔區(qū)，所述腔區(qū)布置在所述頂反射鏡和所述底反射鏡之間，并包括活性光產(chǎn)生區(qū)，所述頂反射鏡和所述底反射鏡中的至少一個(gè)具有至少一個(gè)限定出孔隙區(qū)的層；其中，所述垂直疊層結(jié)構(gòu)限定出至少一個(gè)側(cè)壁區(qū)域，所述至少一個(gè)側(cè)壁區(qū)域從所述頂表面至少延伸到對(duì)應(yīng)于所述孔隙區(qū)的深度；和布置在所述側(cè)壁區(qū)域處的篩選區(qū)的缺陷指示器系統(tǒng)，所述缺陷指示器系統(tǒng)包括具有化學(xué)可變的光學(xué)性能的指示器層和上覆于所述指示器層的阻擋層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括至少將所述篩選區(qū)暴露至篩選劑的步驟，所述篩選劑具有至少一種可與所述指示器層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、以改變被暴露的指示器層的所述光學(xué)性能的組分。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括基于被暴露的指示器層的所述光學(xué)性能的改變而探測(cè)被暴露的篩選區(qū)的缺陷。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述指示器層包括至少一種可被所述篩選劑的至少一種氧化組分氧化的組分。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述上覆的阻擋層由基本對(duì)于所述篩選劑不可滲透的無缺陷材料區(qū)形成。
全文摘要
本發(fā)明描述了可篩選的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)及其制造方法。這些方法和系統(tǒng)解決了這些器件特別容易受到損傷的問題，否則浸入到用于形成折射率導(dǎo)向型限制區(qū)的刻蝕孔中的水分可能導(dǎo)致該損傷。一方面，VCSEL包括具有頂表面的垂直疊層結(jié)構(gòu)。垂直疊層結(jié)構(gòu)包括頂反射鏡，底反射鏡和腔區(qū)，該腔區(qū)布置在頂反射鏡和底反射鏡之間并包括活性光產(chǎn)生區(qū)。頂反射鏡和底反射鏡中的至少一個(gè)具有至少一個(gè)限定出孔隙區(qū)的層。垂直疊層結(jié)構(gòu)限定出至少一個(gè)側(cè)壁區(qū)域，所述側(cè)壁區(qū)域從所述頂表面至少延伸到對(duì)應(yīng)于所述孔隙區(qū)的深度。VCSEL還包括布置在側(cè)壁區(qū)域處的篩選區(qū)的缺陷指示器系統(tǒng)。缺陷指示器系統(tǒng)包括具有化學(xué)可變的光學(xué)性能的指示器層和上覆于指示器層的阻擋層。
文檔編號(hào)H01S5/20GK1627577SQ20041008855
公開日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月10日
發(fā)明者威爾遜·H·威德賈賈, 伯納德·烏爾里克·克勒 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司