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半导体VCSEL离子注入型

  离子注入工艺就是用高能离子注入设各把具有一定能量的带电粒子掺入到半导体材料中,从而改变半导体材料的电学性质和光学性质。离子从上DBR处注入,与晶体内的电子和原子核发生碰撞,产生晶格空位,并通过自由载流子的补偿在周围形成高阻区,这样就可以使注入电流集中注入到有源区内,如图所示。

  离子注入的能量是由离子的质量和注入深度要求所决定的。H+,0+,N+和F+都可以作为注入离子,其中应用最广泛的还是H+。为了避免对有源区有过多的损伤,离子注入的深度一般都略高于量子阱的位置。

  图所示的是一个详细的离子注入型VCSEL的剖面示意图。注入型VCSEL通常都是从电极的制作开始,先制作电极的目的是防止在接下来的注入过程中对DBR表面的损伤。然后在出光孔处采用掩模来防止离子的注入,保护光腔。在图2-35所示的结构图中,将原有的金属电极延展并覆盖住出光孔,就构成了金属的注入掩模,只是注入后的金属剥离比较麻烦,因此人们又引入了光掩模的技术,使用相对简单,而且剥离也比较方便,得到了广泛应用。

采用了注入型VCSEL剖面结构图

  图 采用了注入型VCSEL剖面结构图

  有源区附近的离子注入区域对载流子的横向限制起主要作用。这个区域的形成主要是通过注入离子的横向渗透来实现的,这是因为注入离子与晶体内的原子核碰撞,会在掩模下面产生横向的扩散。在确保电流能注入到有源区的前提下,横向扩散越大,即高阻区越大,注入电流的面积就越小,阈值电流也随之降低。

  注入离子的分布与入射方向也有关系,如果入射方向与某个晶轴或者晶面的方向符合,就会发生沟道效应。离子的纵向渗透距离会大的多。为了减小沟道效应,需要将方向错开,以非沟道角度入射。

  为了使VCSEL与相邻器件之间有着良好的电绝缘特性,引入了多重层叠式注入工艺,控制注入离子的能量逐渐降低。VCSEL电极外侧边缘处为层叠注入区域,从谐振腔到DBR上表面构成了高阻绝缘区。深质子注入和浅O+注入的复合可以有效地实现横向绝缘。

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