半導(dǎo)體VCSEL離子注入型
離子注入工藝就是用高能離子注入設(shè)各把具有一定能量的帶電粒子摻入到半導(dǎo)體材料中，從而改變半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。離子從上DBR處注入，與晶體內(nèi)的電子和原子核發(fā)生碰撞，產(chǎn)生晶格空位，并通過(guò)自由載流子的補(bǔ)償在周圍形成高阻區(qū)，這樣就可以使注入電流集中注入到有源區(qū)內(nèi)，如圖所示。
離子注入的能量是由離子的質(zhì)量和注入深度要求所決定的。H＋，0＋，N＋和F＋都可以作為注入離子，其中應(yīng)用最廣泛的還是H＋。為了避免對(duì)有源區(qū)有過(guò)多的損傷，離子注入的深度一般都略高于量子阱的位置。
圖所示的是一個(gè)詳細(xì)的離子注入型VCSEL的剖面示意圖。注入型VCSEL通常都是從電極的制作開始，先制作電極的目的是防止在接下來(lái)的注入過(guò)程中對(duì)DBR表面的損傷。然后在出光孔處采用掩模來(lái)防止離子的注入，保護(hù)光腔。在圖2－35所示的結(jié)構(gòu)圖中，將原有的金屬電極延展并覆蓋住出光孔，就構(gòu)成了金屬的注入掩模，只是注入后的金屬剝離比較麻煩，因此人們又引入了光掩模的技術(shù)，使用相對(duì)簡(jiǎn)單，而且剝離也比較方便，得到了廣泛應(yīng)用。
圖 采用了注入型VCSEL剖面結(jié)構(gòu)圖
有源區(qū)附近的離子注入?yún)^(qū)域?qū)d流子的橫向限制起主要作用。這個(gè)區(qū)域的形成主要是通過(guò)注入離子的橫向滲透來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)樽⑷腚x子與晶體內(nèi)的原子核碰撞，會(huì)在掩模下面產(chǎn)生橫向的擴(kuò)散。在確保電流能注入到有源區(qū)的前提下，橫向擴(kuò)散越大，即高阻區(qū)越大，注入電流的面積就越小，閾值電流也隨之降低。
注入離子的分布與入射方向也有關(guān)系，如果入射方向與某個(gè)晶軸或者晶面的方向符合，就會(huì)發(fā)生溝道效應(yīng)。離子的縱向滲透距離會(huì)大的多。為了減小溝道效應(yīng)，需要將方向錯(cuò)開，以非溝道角度入射。
為了使VCSEL與相鄰器件之間有著良好的電絕緣特性，引入了多重層疊式注入工藝，控制注入離子的能量逐漸降低。VCSEL電極外側(cè)邊緣處為層疊注入?yún)^(qū)域，從諧振腔到DBR上表面構(gòu)成了高阻絕緣區(qū)。深質(zhì)子注入和淺O＋注入的復(fù)合可以有效地實(shí)現(xiàn)橫向絕緣。
