本發(fā)明涉及一種垂直腔面發(fā)射激光器陣列及其制造方法。

背景技術(shù)：

日本專利文獻(xiàn)特開2009-238963號(hào)公報(bào)公開了一種發(fā)光二極管芯片，其包括：半導(dǎo)體基板；多個(gè)發(fā)光部，每個(gè)發(fā)光部包括形成在該半導(dǎo)體基板上的一種導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和層疊在該導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的反向?qū)щ娦桶雽?dǎo)體層接合在一起的接合部分，并且各發(fā)光部的接合部分彼此分離；第一共用電極，其設(shè)置在半導(dǎo)體基板上，并電連接到包括在每一個(gè)發(fā)光部中的一種導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；以及第二共用電極，其設(shè)置在半導(dǎo)體基板上，并電連接到包括在每一個(gè)發(fā)光部中的反向?qū)щ娦桶雽?dǎo)體層。

日本專利文獻(xiàn)特開2011-077447號(hào)公報(bào)公開了一種發(fā)光裝置，其包括：多個(gè)單晶半導(dǎo)體薄膜，其緊密地固定在基板表面或形成在基板表面上的接合層的表面上；以及第一導(dǎo)電側(cè)金屬層和第二導(dǎo)電側(cè)金屬層，其分別連接到單晶半導(dǎo)體薄膜的發(fā)光部的第一導(dǎo)電側(cè)電極和第二導(dǎo)電側(cè)電極，其中，第一導(dǎo)電側(cè)金屬層和第二導(dǎo)電側(cè)金屬層的頂面比發(fā)光部的頂面更靠近基板。

日本專利文獻(xiàn)特開2012-028749號(hào)公報(bào)公開了一種發(fā)光二極管，其包括：基板；形成在基板上的多個(gè)發(fā)光單元，每個(gè)發(fā)光單元包括具有第一側(cè)部和與第一側(cè)部相反側(cè)的第二側(cè)部的框架；第一電極焊盤，其設(shè)置在第一側(cè)部；第二電極焊盤，其與第一電極焊盤相對(duì)且具有線性形狀，以便與第二側(cè)部的框架一起包圍第二側(cè)部的周邊區(qū)域；以及接線，其在兩個(gè)發(fā)光單元之間連接第一電極焊盤和第二電極焊盤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種垂直腔面發(fā)射激光器陣列，與采用具有絕緣膜-金屬膜結(jié)構(gòu)的布線層的情況相比，具有能夠在較低的驅(qū)動(dòng)電壓下運(yùn)轉(zhuǎn)并且較容易與其他垂直腔面發(fā)射激光器陣列連接的布線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于制造垂直腔面發(fā)射激光器陣列的方法。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種垂直腔面發(fā)射激光器陣列，其包括：形成在基板上的接觸層；形成在所述接觸層上的多個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)，每個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體多層反射鏡、在所述第一半導(dǎo)體多層反射鏡上的有源區(qū)、以及在所述有源區(qū)上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體多層反射鏡；形成在所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)周圍的接觸層上的第一金屬層，所述第一金屬層的一部分作為第一導(dǎo)電型的電極焊盤；形成在所述第一金屬層上的絕緣膜；以及形成在所述絕緣膜上的第二金屬層，所述第二金屬層的一部分作為第二導(dǎo)電型的電極焊盤。所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)并聯(lián)電連接。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在根據(jù)第一方面的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第二導(dǎo)電型的電極焊盤形成在多層體上，所述多層體包括形成在所述接觸層上的所述第一金屬層以及形成在所述第一金屬層上的所述絕緣膜。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在根據(jù)第一方面的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第二導(dǎo)電型的電極焊盤形成在直接形成于所述接觸層上的所述絕緣膜上。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在根據(jù)第一至第三方面中的任一項(xiàng)所述的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第一金屬層和所述第二金屬層各自由單一的連續(xù)金屬層構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在根據(jù)第一至第四方面中的任一項(xiàng)所述的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第一導(dǎo)電型的電極焊盤和所述第二導(dǎo)電型的電極焊盤各自具有足夠大的面積，以使多個(gè)接合線能夠連接到其上。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在根據(jù)第一至第五方面中的任一項(xiàng)所述的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第一導(dǎo)電型的電極焊盤和所述第二導(dǎo)電型的電極焊盤各自具有與所述基板的寬度基本上相同的寬度。

根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在根據(jù)第一至第六方面中的任一項(xiàng)所述的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第一金屬層的尺寸和所述第二金屬層的尺寸在形成所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的區(qū)域中基本上相同。

根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在根據(jù)第一至第七方面中的任一項(xiàng)所述的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第一金屬層覆蓋所述第一半導(dǎo)體多層反射鏡的側(cè)表面的至少一部分。

根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在根據(jù)第一至第八方面中任一項(xiàng)所述的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第二金屬層覆蓋所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的整個(gè)側(cè)表面，所述絕緣膜設(shè)置在該第二金屬層與該臺(tái)面結(jié)構(gòu)的側(cè)表面之間。

根據(jù)本發(fā)明的第十方面，在根據(jù)第一到第九方面中的任一項(xiàng)所述的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述每個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)包括第一臺(tái)面和第二臺(tái)面，所述第一臺(tái)面包括所述第二半導(dǎo)體多層反射鏡和所述有源區(qū)，所述第二臺(tái)面包括所述第一半導(dǎo)體多層反射鏡并且所述第二臺(tái)面的外形大于所述第一臺(tái)面的外形。

根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，在根據(jù)第十方面的垂直腔面發(fā)射激光器陣列中，所述第一金屬層覆蓋所述第一半導(dǎo)體多層反射鏡的側(cè)表面和所述第一半導(dǎo)體多層反射鏡的頂面的一部分。

根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，提供一種垂直腔面發(fā)射激光器，其包括：具有臺(tái)面結(jié)構(gòu)的多個(gè)發(fā)光部；形成在所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)周圍的底面上的第一金屬層，所述第一金屬層的一部分作為第一導(dǎo)電型的電極焊盤；形成在所述第一金屬層上的絕緣膜；以及形成在所述絕緣膜上的第二金屬層，所述第二金屬層的一部分作為第二導(dǎo)電型的電極焊盤。所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)并聯(lián)電連接。

根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，提供一種用于制造垂直腔面發(fā)射激光器的方法，其包括：蝕刻半導(dǎo)體層使得接觸層露出以形成半導(dǎo)體層的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體層形成在基板上并且包括接觸層、第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體多層反射鏡、有源區(qū)、以及第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體多層反射鏡；形成第一金屬層，所述第一金屬層覆蓋包括所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)周圍的所述接觸層的區(qū)域，所述第一金屬層的一部分作為第一導(dǎo)電型的電極焊盤；形成絕緣膜，所述絕緣膜形成在所述第一金屬層上且不包括臺(tái)面結(jié)構(gòu)的頂面的區(qū)域中；以及形成第二金屬層，所述第二金屬層形成在所述絕緣膜上且包括所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的頂面的一部分的區(qū)域中，所述第二金屬層的一部分作為第二導(dǎo)電型的電極焊盤。

本發(fā)明的第一、第十二、第十三本方面提供一種垂直腔面發(fā)射激光器陣列以及其制造方法，與陽極電極焊盤和陰極電極焊盤布置在同一側(cè)且布線層具有絕緣膜-金屬膜的層結(jié)構(gòu)的情況相比，可減小驅(qū)動(dòng)電壓和施加到各臺(tái)面結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電壓的差異。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，與第二導(dǎo)電型的電極焊盤形成在形成于接觸層上的絕緣膜上的情況相比，可減小表面的高低不平。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，與第二導(dǎo)電型的電極焊盤形成在包括形成于接觸層上的第一金屬層和形成在第一金屬層上的絕緣膜的多層體上的情況相比，可降低引線接合時(shí)的漏電流。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，電力可以同時(shí)供給到各臺(tái)面結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，多個(gè)接合線可以連接到第一導(dǎo)電型的電極焊盤和第二導(dǎo)電型的電極焊盤的每個(gè)上。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，接合線可以連接到寬度基本上等同于基板的寬度的區(qū)域上。

根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在形成有臺(tái)面結(jié)構(gòu)的區(qū)域中，可提供具有基本上相同大小的第一金屬層和第二金屬層。

根據(jù)本發(fā)明的第八方面，與未覆蓋第一半導(dǎo)體多層反射鏡的側(cè)表面的至少一部分的情況相比，可減小電壓下降。

根據(jù)本發(fā)明的第九方面，與第二金屬層不覆蓋臺(tái)面結(jié)構(gòu)的側(cè)表面的情況相比，可減小電壓下降。

根據(jù)本發(fā)明的第十方面，與由單個(gè)臺(tái)面形成每個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)的情況相比，第一金屬層能夠更容易地形成在第一半導(dǎo)體多層反射鏡的側(cè)表面以及第一半導(dǎo)體多層反射鏡的頂面的一部分上。

根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，與第一金屬層僅覆蓋接觸層的情況相比，可提高散熱性。

附圖說明

將基于下列附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中：

圖1A和圖1B是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的垂直腔面發(fā)射激光器陣列結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的垂直剖面圖；

圖2A至圖2C是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的包括在垂直腔面發(fā)射激光器陣列中的多層金屬膜的平面圖；

圖3A和圖3B是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的垂直腔面發(fā)射激光器陣列的散熱結(jié)構(gòu)；

圖4A至圖4D是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的垂直腔面發(fā)射激光器陣列的制造方法的一個(gè)示例的垂直剖面圖；

圖5A至圖5D是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的垂直腔面發(fā)射激光器陣列的制造方法的一個(gè)示例的垂直剖面圖；

圖6是示出根據(jù)第二示例性實(shí)施例的垂直腔面發(fā)射激光器陣列結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的垂直剖面圖；

圖7是示出根據(jù)第三示例性實(shí)施例的垂直腔面發(fā)射激光器陣列結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的垂直剖面圖；以及

圖8A至圖8C是示出根據(jù)比較例的垂直腔面發(fā)射激光器陣列的垂直剖面圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

第一示例性實(shí)施例

參照?qǐng)D1A至圖5D，對(duì)根據(jù)第一示例性實(shí)施例的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)陣列10進(jìn)行說明。

圖1A是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的垂直剖面圖。圖1B是圖1A所示的結(jié)構(gòu)的一部分的詳細(xì)圖。在第一示例性實(shí)施例中，將描述包括GaAs基板的GaAs類垂直腔面發(fā)射激光器陣列。然而，垂直腔面發(fā)射激光器陣列不限于此，也可以代替GaAs基板而包括InGaAsP類、AlGaInP類、或InGaN/GaN類的材料。雖然在第一示例性實(shí)施例中使用了n型緩沖層，但可以使用p型緩沖層。在這種情況下，下面的描述中的“n型”也可讀作“p型”。

如圖1A所示，VCSEL陣列10包括基板12、緩沖層14、下部分布布拉格反射鏡(DBR)16、諧振器24、電流狹窄層32、上部DBR26、發(fā)射保護(hù)膜38以及多層金屬膜M。設(shè)置在緩沖層14上的下部DBR16、諧振器24、電流狹窄層32以及上部DBR26具有臺(tái)面(mesa)形狀并形成作為發(fā)光部的立柱P(post P)。VCSEL陣列10包括立柱P。換言之，VCSEL陣列10是包括多個(gè)立柱P的單一的半導(dǎo)體芯片。

根據(jù)第一示例性實(shí)施例的基板12，例如，是半絕緣性GaAs基板。該半絕緣性GaAs基板是未摻雜有雜質(zhì)的GaAs基板，并且具有非常高的電阻。該半絕緣性GaAs基板的片電阻值大約是幾兆歐姆。可以使用導(dǎo)電基板或絕緣基板來代替半絕緣基板。在這種情況下，例如，VCSEL陣列10可以形成在GaAs基板上，從GaAs基板分離，然后粘貼到諸如絕緣性的AlN基板或?qū)щ娦缘腃u基板的具有高導(dǎo)熱性的基板上。

形成于基板12上的緩沖層14由，例如，摻雜有硅(Si)的GaAs層構(gòu)成，并向發(fā)光部(立柱P)提供負(fù)電位。更具體地，第一金屬層M1形成在緩沖層14上的部分區(qū)域中，n型的下部DBR16也形成在緩沖層14上。當(dāng)作為第一金屬層M1的一部分的陰極電極焊盤KP連接到電源的負(fù)極端子時(shí)，負(fù)電位經(jīng)由緩沖層14被供給到發(fā)光部。根據(jù)第一示例性實(shí)施例的緩沖層14熱清洗后還具有改善基板前表面的結(jié)晶性的功能。然而，緩沖層14并不限于此，該功能可以由另一個(gè)層來提供。

形成在緩沖層14上的n型的下部DBR16是通過交替地層疊兩種類型的半導(dǎo)體層(例如，AlGaAs層)而得到的多層反射鏡，該兩種類型的半導(dǎo)體層具有不同的折射率并且各半導(dǎo)體層的厚度為0.25λ'/n，在此λ'是VCSEL陣列10的振蕩波長并且n是介質(zhì)(半導(dǎo)體層)的折射率。在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10中，將振蕩波長λ'，例如設(shè)為780nm。在下面的說明中，將λ＝(λ'/n)稱為介質(zhì)中的波長。

形成在下部DBR16上的每個(gè)諧振器24通過在基板12上依次層疊下隔離層、有源層(量子阱有源層)，以及上隔離層(未示出)而得到。每個(gè)諧振器24在對(duì)應(yīng)的下部DBR16和下間隔層之間的界面具有一個(gè)反射面，以及在對(duì)應(yīng)的上部DBR26和上間隔層之間的界面具有另一個(gè)反射面。下間隔層和上間隔層分別設(shè)置在量子阱有源層和下部DBR16之間以及量子阱有源層和上部DBR26之間，從而提供調(diào)節(jié)諧振器24的長度的功能以及用于限制載流子的包覆層的功能。

設(shè)置在諧振器24上的電流狹窄層32包括電流注入?yún)^(qū)域和選擇性氧化區(qū)(未示出)。選擇性氧化區(qū)域是在VCSEL陣列的制造方法的氧化步驟中已被氧化的立柱P的周邊區(qū)域，且還沒有被氧化的區(qū)域是電流注入?yún)^(qū)域。電流注入?yún)^(qū)域具有圓形或大致圓形的形狀。電流注入?yún)^(qū)域調(diào)節(jié)流經(jīng)VCSEL陣列10的發(fā)光部的電流，并且，例如，控制發(fā)光部振蕩時(shí)的橫模。

形成在電流狹窄層32上的上部DBR26是通過交替層疊兩種類型的半導(dǎo)體層(例如，AlGaAs層)而得到的多層反射鏡，該兩種類型的半導(dǎo)體層具有不同的折射率并且各半導(dǎo)體層的厚度為0.25λ。雖然未示出，在上部DBR26的頂面上設(shè)置有p型接觸層。

多層金屬膜M包括在基板12上按順序?qū)盈B的第一金屬層M1、層間絕緣膜I、和第二金屬層M2。第一金屬層M1構(gòu)成用于VCSEL陣列10的陰極的布線層，第二金屬層M2構(gòu)成用于VCSEL陣列10的陽極的布線層。

更具體地，如圖1A所示，第一金屬層M1形成在緩沖層14的前表面、下部DBR16的側(cè)面以及下部DBR16的前表面的一部分上，并且第一金屬層M1的一部分作為陰極電極焊盤KP。陰極電極焊盤KP連接到電源的負(fù)極端子，以使負(fù)電位施加到發(fā)光部。第一金屬層M1在圖1A中所示的n側(cè)接觸區(qū)域NC中與緩沖層14形成歐姆接觸，該接觸區(qū)域NC是第一金屬層M1和緩沖層14之間的接觸區(qū)域。

層間絕緣膜I是被設(shè)置成包覆包括立柱P的半導(dǎo)體層，并作為具有例如防止半導(dǎo)體層被暴露在外部水分等的功能的保護(hù)膜。層間絕緣膜I，例如，由氮氧化硅(SiON)膜或氮化硅(SiN)膜形成。根據(jù)第一示例性實(shí)施例的層間絕緣膜I設(shè)置在第一金屬層M1和第二金屬層M2之間，以便將第一金屬層M1與第二金屬層M2彼此電分離。

如圖1A所示，第二金屬層M2沿著緩沖層14、下部DBR16的側(cè)表面和上部DBR26的側(cè)表面以及上部DBR26的頂面的一部分形成在層間絕緣膜I上，并且第二金屬層M2的一部分作為陽極電極焊盤AP。陽極電極焊盤AP連接到電源的正極端子，以使正極電位施加到發(fā)光部。第二金屬層M2在圖1A所示的p側(cè)接觸區(qū)域PC中與設(shè)置在上部DBR26上的p型接觸層(未示出)形成歐姆接觸。

圖2A至2C是多層金屬膜M的平面圖。圖2A示出第一金屬層M1，即用于陰極的布線層，并且圖2B示出第二金屬層M2，即用于陽極的布線層。如圖2A及2B所示，第一金屬層M1和第二金屬層M2中的每一個(gè)是延伸到包括所有的立柱P的區(qū)域并且包圍每個(gè)立柱P的單一的連續(xù)金屬層。圖2C示出，在VCSEL陣列10的平面圖中，第一金屬層M1、層間絕緣膜I以及第二金屬層M2重疊的區(qū)域，即第一金屬層M1、層間絕緣膜I以及第二金屬層M2依次形成在基板12上的區(qū)域。在下文中該區(qū)域有時(shí)稱為“M1-Ⅰ-M2區(qū)域”。第一金屬層M1和第二金屬層M2在形成立柱P的區(qū)域中，在平面圖中具有基本上相同的尺寸。在這里，“基本上相同的尺寸”是指第一金屬層M1和第二金屬層M2中的一個(gè)的尺寸大于或等于第一金屬層M1和第二金屬層M2中的另一個(gè)尺寸的3/4。陽極電極焊盤AP和陰極電極焊盤KP各自具有足夠大的面積以使多個(gè)接合線連接到其上，并且寬度基本上等同于基板12的寬度，“寬度基本上等同于基板12的寬度”是指電極焊盤的寬度大于或等于基板12的寬度的3/4。

發(fā)射保護(hù)膜38是保護(hù)設(shè)置在上部DBR26上的p型接觸層(未示出)上的發(fā)光面的保護(hù)膜。

如上所述，根據(jù)第一示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10中的、由立柱P的單位構(gòu)成的發(fā)光部并聯(lián)連接。

上述VCSEL陣列能夠在垂直于基板的方向發(fā)射激光輸出，并且可以通過二維集成很容易形成陣列結(jié)構(gòu)。因此，VCSEL陣列被用作，例如，光通信用光源或者諸如電子照相系統(tǒng)的寫入用光源的電子設(shè)備用光源。VCSEL陣列還用于需要大量的光的調(diào)色劑圖像定影和油墨的干燥以及激光加工和照明的領(lǐng)域。

在需要發(fā)出大量的光的VCSEL陣列中，陽極和陰極可能需要設(shè)置在基板的同一側(cè)(VCSEL陣列的前側(cè))。之所以如此要求是為了使VCSEL陣列與其他VCSEL陣列能夠容易連接(串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián))和滿足在VCSEL陣列的背面放置散熱器的要求。在這個(gè)領(lǐng)域中，VCSEL陣列可能還需要在低驅(qū)動(dòng)電壓下運(yùn)行。為降低驅(qū)動(dòng)電壓，VCSEL陣列的發(fā)光部可以并聯(lián)連接，并且在相當(dāng)于用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)二極管的驅(qū)動(dòng)電壓下驅(qū)動(dòng)。下面將參照?qǐng)D8A至圖8C所示的比較例更加詳細(xì)地說明。

圖8A示出根據(jù)第一比較例的VCSEL陣列100a。VCSEL陣列100a在半絕緣基板12上依次形成n型緩沖層14、n型下部DBR16、諧振器24、p型上部DBR26、以及發(fā)射保護(hù)膜38以構(gòu)成立柱P。在基板12的前表面的一部分以及立柱P的側(cè)表面上形成有層間絕緣膜34，并且在層間絕緣膜34上形成有單層的電極布線層36。在電極配線層36的一端和另一端分別設(shè)置有陰極電極焊盤KP和陽極電極焊盤AP。

在具有上述結(jié)構(gòu)的VCSEL陣列100a中，雖然陰極電極焊盤KP和陽極電極焊盤AP都形成在基板的同一表面上，但是由立柱P的單位構(gòu)成的發(fā)光部串聯(lián)連接。因此，需要大于或等于相當(dāng)于串聯(lián)連接的發(fā)光部數(shù)量的正向電壓的電壓施加到陰極電極焊盤KP和陽極電極焊盤AP之間，并且驅(qū)動(dòng)電壓相應(yīng)地增加。

圖8B示出根據(jù)第二比較例的VCSEL陣列100b。VCSEL陣列100b在n型基板12上依次形成n型下部DBR16、諧振器24、p型上部DBR26、以及發(fā)射保護(hù)膜38以構(gòu)成立柱P。在基板12的前表面的一部分以及立柱P的側(cè)表面上形成有層間絕緣膜34，并且在層間絕緣膜34上形成有單層的電極布線層36。在電極布線層36的一端設(shè)置有陽極電極焊盤AP，在基板12的背面設(shè)置有陰極電極30。

在具有上述結(jié)構(gòu)的VCSEL陣列100b中，雖然因?yàn)橛闪⒅鵓的單位構(gòu)成的發(fā)光部并聯(lián)連接而驅(qū)動(dòng)電壓較低，然而陰極電極焊盤KP和陽極電極焊盤AP設(shè)置在基板12的不同的表面上，并且不滿足上述要求。

圖8C示出根據(jù)第三比較例的VCSEL陣列100c。VCSEL陣列100c在半絕緣基板12上依次形成n型緩沖層14、n型下部DBR16、諧振器24、p型上部DBR26、以及發(fā)射保護(hù)膜38以構(gòu)成立柱P。在基板12的前表面的一部分以及立柱P的側(cè)表面上形成有層間絕緣膜34，并且在層間絕緣膜34上形成有單層的電極布線層36。電極布線層36的一部分與緩沖層14連接以形成陰極電極焊盤KP。電極布線層36的另一部分與p型上部DBR26連接以形成陽極電極焊盤AP。

在具有上述結(jié)構(gòu)的VCSEL陣列100c中，陰極電極焊盤KP和陽極電極焊盤AP都設(shè)置在基板的同一表面上。此外，由立柱P的單位構(gòu)成的發(fā)光部并聯(lián)連接，因此，驅(qū)動(dòng)電壓低。然而，在VCSEL陣列100c中，由于電力通過n型緩沖層14供給到發(fā)光部，因此由于緩沖層14的電阻將引起電壓下降。由此，根據(jù)陰極電極焊盤KP和發(fā)光部之間的距離，施加到每個(gè)發(fā)光部的驅(qū)動(dòng)電壓不同，發(fā)光的均勻性降低。

因此，在第一示例性實(shí)施例中，在基板上設(shè)置n型緩沖層(接觸層)，并且緩沖層向每個(gè)發(fā)光部施加負(fù)電位，以使得陰極電極焊盤可以設(shè)置在基板的前表面。另外，通過使用具有金屬膜-絕緣膜-金屬膜結(jié)構(gòu)的布線層，分別連接陽極側(cè)供電系統(tǒng)及陰極側(cè)供電系統(tǒng)。由此，供電系統(tǒng)可以獨(dú)立地連接。因此，能夠提供一種可降低驅(qū)動(dòng)電壓且具有與其他垂直腔面發(fā)射激光器陣列容易連接的布線結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器陣列以及垂直腔面發(fā)射激光器陣列的制造方法。此外，在第一示例性實(shí)施例中，陽極側(cè)電源布線和陰極側(cè)電源布線中的每一個(gè)形成為具有包括所有垂直腔面發(fā)射激光器陣列上的立柱P的區(qū)域的連續(xù)表面。此外，陽極側(cè)電源布線和陰極側(cè)電源布線中的每一個(gè)形成為覆蓋立柱P的底面(緩沖層14的前表面)和立柱P的側(cè)表面。因此，布線電阻低，即使大量電流流過時(shí)電壓下降也小。

將參照?qǐng)D3A和3B對(duì)根據(jù)第一示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10的散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。當(dāng)要求大的輸出時(shí)，使用大量的VCSEL陣列，并且需要有效地散發(fā)由VCSEL陣列所產(chǎn)生的熱。因此，VCSEL陣列10具有雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)。

圖3A示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的包括在VCSEL陣列10中的單個(gè)立柱P。圖3B示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包括在VCSEL陣列100d中的單個(gè)立柱P。在每個(gè)立柱P中，基板12是半絕緣性基板。與上面所描述的部件相同的部件附上相同的符號(hào)，并省略其詳細(xì)描述。

如圖3A所示，根據(jù)第一示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10的立柱P具有雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)，包括臺(tái)面1和臺(tái)面2。因?yàn)閂CSEL陣列10的立柱P具有雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)，作為陰極布線層的第一金屬層M1形成為不僅覆蓋緩沖層14的前表面，而且還覆蓋n型的下部DBR16的側(cè)表面和前表面的一部分。因此，第一金屬層M1與立柱P(發(fā)光部)之間的接觸面積增加。其結(jié)果，有效地收集由立柱P產(chǎn)生的熱量，例如，通過基板12或陰極電極焊盤KP有效地散發(fā)收集的熱量。此外，第一金屬層M1的表面面積增加，因此，抑制了電壓降低。

與此相反，在不具有臺(tái)階的VCSEL陣列100d中，當(dāng)電極布線層36通過氣相沉積被涂敷到立柱P的下部DBR16時(shí)，存在電極布線層36還被涂敷到諧振器24和上部DBR26的較高的風(fēng)險(xiǎn)。因此，容易發(fā)生諸如短路的缺陷。是否會(huì)發(fā)生這樣的缺陷取決于執(zhí)行制造工序的條件。因此，在有可能發(fā)生上述的缺陷的情況下，可以采用雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)。

雖然根據(jù)第一示例性實(shí)施例的立柱P具有雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)，但是立柱P并不限于此。當(dāng)作為陰極布線層的第一金屬層M1僅形成在緩沖層14的前表面上而不沿著下部DBR16形成時(shí)，立柱P可以代替雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)而具有單臺(tái)面結(jié)構(gòu)(只包含臺(tái)面1)。

將參照?qǐng)D4A至圖5D描述用于制造根據(jù)第一示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10的方法的一個(gè)示例。

首先，如圖4A所示，準(zhǔn)備外延晶片，其中緩沖層14、和用于形成下部DBR16、諧振器24、以及上部DBR26的層通過晶體生長(外延生長)依次形成在基板12上。用于上部DBR26的層包括用于形成后述的電流狹窄層32的AlAs層(未示出)，并且用于提供與p側(cè)電極布線進(jìn)行歐姆連接的p型接觸層(未示出)形成在用于上部DBR26的層上。下面將描述制造外延晶片的方法。

如圖4A所示，首先，例如，在半絕緣性GaAs的基板12上通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)形成緩沖層14，其由n型GaAs構(gòu)成，并具有大約為2×10¹⁸cm^-3的載流子密度和500nm的膜厚度。

接著，在緩沖層14上通過將膜厚均為0.25λ的Al0.3Ga0.7As層和Al0.9Ga0.1As層交替地層疊47.5個(gè)周期來形成用于n型的下部DBR16的層。Al0.3Ga0.7As層和Al0.9Ga0.1As層均具有大約2×10¹⁸cm^-3的載流子密度，用于下部DBR16的層的總厚度大約為4μm。例如，n型載體是Si。

接著，在用于下部DBR16的層上形成用于諧振器24的層，其包括由非摻雜的Al0.6Ga0.4As層組成的下間隔層、非摻雜的量子阱有源層、以及由非摻雜的Al0.6Ga0.4As層組成的上間隔層。量子阱有源層包括，例如，由Al0.3Ga0.7As層組成的4層阻擋層、以及由Al0.111Ga0.89As層組成并且設(shè)置在各阻擋層之間的的量子阱層。這里，由Al0.3Ga0.7As層組成的阻擋層的膜厚為約5nm，由Al0.111Ga0.89As層組成的量子阱層的膜厚為約9nm。諧振器24層的總膜厚等同于介質(zhì)中的波長λ。

接著，通過在上間隔層上形成p型的AlAs層(未示出)，并且在AlAs層上將膜厚均為0.25λ的Al0.3Ga0.7As層和Al0.9Ga0.1As層交替地層疊25個(gè)周期來形成用于p型的上部DBR26的層。Al0.3Ga0.7As層和Al0.9Ga0.1As層均具有約2×10¹⁸cm^-3的載流子密度，用于上部DBR26的層的總厚度為約3μm。例如，p型的載體是碳(C)。在用于上部DBR26的層上形成由具有約1×10¹⁹cm^-3的載流子密度和大約10nm的膜厚度的p型GaAs構(gòu)成的p型接觸層(未示出)。

接著，對(duì)外延生長后的根據(jù)第一示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10的制造方法的步驟進(jìn)行說明。

首先，如圖4B所示，通過在晶片表面上形成發(fā)射保護(hù)膜38的材料的膜，并利用掩膜由光蝕刻對(duì)該材料進(jìn)行蝕刻來形成發(fā)射保護(hù)膜38。例如，發(fā)射保護(hù)膜38的材料可以是SiN。

接著，如圖4C所示，通過在晶片表面上涂敷掩膜材料，由光蝕刻對(duì)該掩膜材料進(jìn)行處理以形成掩膜，并且使用該掩膜對(duì)晶片進(jìn)行蝕刻來形成立柱P的臺(tái)面1。

接著，如圖4D所示，通過對(duì)晶片進(jìn)行氧化處理，從側(cè)面氧化上部DBR26中的AlAs層(未示出)，在立柱P形成電流狹窄層32。電流狹窄層32包括電流注入?yún)^(qū)域和選擇性氧化區(qū)域。選擇性氧化區(qū)域是通過上述氧化處理氧化后的立柱P的周邊區(qū)域，并且電流注入?yún)^(qū)域是還沒有被氧化的區(qū)域。

接著，如圖5A所示，在臺(tái)面1的下部，通過在晶片表面上涂敷掩膜材料，由光蝕刻對(duì)該掩膜材料進(jìn)行處理以形成掩膜，并且使用該掩膜對(duì)晶片進(jìn)行蝕刻來形成臺(tái)面2。

接著，如圖5B所示，通過在晶片表面上形成電極材料的膜，并利用掩膜由光蝕刻對(duì)該電極材料進(jìn)行蝕刻來形成第一金屬層M1。在第一示例性實(shí)施例中，第一金屬層M1形成在露出的緩沖層14的前表面、下部DBR16的側(cè)表面、以及下部DBR16的頂面的一部分上。第一金屬層M1的一部分作為陰極電極焊盤KP(參照?qǐng)D2A)。第一金屬層M1，例如，由Au膜組成。

接著，如圖5C所示，在不包括上部DBR26的頂面的晶片整個(gè)面上形成層間絕緣膜I。層間絕緣膜I，例如，由SiN膜組成。

接著，如圖5D所示，通過在晶片表面上形成電極材料的膜，并利用掩膜由光蝕刻對(duì)該電極材料進(jìn)行蝕刻來形成第二金屬層M2。在第一示例性實(shí)施例中，第二金屬層M2形成在層間絕緣膜I、以及上部DBR26的頂面的一部分上。第二金屬層M2的一部分作為陽極電極焊盤AP(參照?qǐng)D2B)。第二金屬層M2，例如，由Au膜組成。

接著，在切割區(qū)(未示出)進(jìn)行切割，以將單個(gè)的VCSEL陣列10彼此分開。通過上述步驟制造VCSEL陣列10。

第二示例性實(shí)施例

將參照附圖6對(duì)根據(jù)第二示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10a進(jìn)行說明。VCSEL陣列10a包括具有與VCSEL陣列10不同的結(jié)構(gòu)的陽極電極焊盤AP。與VCSEL陣列10相同的部件附上相同的符號(hào)，并省略其詳細(xì)描述。

如圖1所示，VCSEL陣列10的陽極電極焊盤AP具有M1-I-M2的結(jié)構(gòu)。與此相反，如圖6所示，VCSEL陣列10a的陽極電極焊盤APa由形成在緩沖層14上的層間絕緣膜I和第二金屬層M2構(gòu)成(Ⅰ-M2結(jié)構(gòu))。層間絕緣膜I直接形成在緩沖層14上。在VCSEL陣列10a中由于采用Ⅰ-M2結(jié)構(gòu)，提高了利用諸如接合線進(jìn)行安裝過程中的耐沖擊性。

當(dāng)VCSEL陣列10連接到另一個(gè)VCSEL陣列或使用接合線安裝在封裝件(package)上時(shí)，有可能在陽極電極焊盤AP產(chǎn)生漏電流并降低成品率。這可能是因?yàn)楫?dāng)在焊接布線過程中陽極電極焊盤AP受到強(qiáng)烈的沖擊時(shí)，下側(cè)的第一金屬層M1可能發(fā)生變形，并且其結(jié)果層間絕緣膜I可能發(fā)生破裂。由此，第二金屬層M2和第一金屬層M1可能彼此接觸或足夠接近以引起泄漏，從而產(chǎn)生漏電流。

因此，在第二示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10a中，從陽極電極焊盤AP的區(qū)域中除去有可能彎曲的下側(cè)的第一金屬層M1，而采用了上述的I-M2結(jié)構(gòu)。已經(jīng)證實(shí)，在采用I-M2結(jié)構(gòu)時(shí)，利用接合線進(jìn)行安裝時(shí)的漏電流故障得到抑制。當(dāng)存在陽極電極焊盤AP接合時(shí)受到強(qiáng)烈沖擊的危險(xiǎn)時(shí)，采用VCSEL陣列10a的Ⅰ-M2結(jié)構(gòu)。當(dāng)沒有必要考慮陽極電極焊盤AP的接合時(shí)的沖擊的接合方法，例如，使用焊球進(jìn)行的倒焊接合，也可以采用VCSEL陣列10的M1-Ⅰ-M2結(jié)構(gòu)。

第三示例性實(shí)施例

將參照?qǐng)D7對(duì)根據(jù)第三示例性實(shí)施例的VCSEL陣列10b進(jìn)行說明。在VCSEL陣列10b中，第一金屬層M1形成的區(qū)域不同于VCSEL陣列10a。與VCSEL陣列10a相同的部件附上相同的符號(hào)，并且省略其詳細(xì)描述。

如圖7所示，在VCSEL陣列10b中，第一金屬層M1只形成在緩沖層14上，并且不沿著下部DBR16延伸。當(dāng)對(duì)散熱的要求不苛刻時(shí)，例如，當(dāng)所連接的VCSEL陣列10b的數(shù)量小時(shí)，可以以這種方式形成第一金屬層M1。當(dāng)以這種方式形成第一金屬層M1時(shí)，可以減少金等的布線材料的量，并且可以相應(yīng)地降低成本。

其他示例性實(shí)施例

只要第一金屬層M1和第二金屬層M2具有至少包括一些立柱P的面積，就沒有必要具有包括所有在半導(dǎo)體芯片上的立柱P的面積。例如，單個(gè)半導(dǎo)體芯片可以劃分成多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包括多個(gè)立柱P，并且可以在每個(gè)區(qū)域設(shè)置陽極電極焊盤AP和陰極電極焊盤KP。該區(qū)域可以并聯(lián)或串聯(lián)。

只要第一金屬層M1基本上覆蓋形成有立柱P的區(qū)域中的立柱P周圍的底面(緩沖層14的前表面)，就沒有必要覆蓋立柱P的側(cè)表面(下部DBR)的一部分。換句話說，第一金屬層M1可以僅覆蓋立柱P周圍的底面或者覆蓋立柱P周圍的底面和立柱P的側(cè)表面的至少一部分。在雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，第一金屬層M1可以覆蓋立柱P周圍的底面、側(cè)表面、以及臺(tái)面2的頂面的一部分。

在上述示例性實(shí)施例中，陽極和陰極之間的上下位置關(guān)系可以相反。

為了進(jìn)行圖示和說明，以上對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行了描述。其目的并不在于全面詳盡地描述本發(fā)明或?qū)⒈景l(fā)明限定于所公開的具體形式。很顯然，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以做出許多修改以及變形。本實(shí)施例的選擇和描述，其目的在于以最佳方式解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本技術(shù)領(lǐng)域的其他熟練技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例，并做出適合特定用途的各種變形。本發(fā)明的范圍由與本說明書一起提交的權(quán)利要求書及其等同物限定。