專利名稱：垂直共振腔面射型激光及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光元件，尤其涉及一種垂直共振腔面射型激光及其制作方法。
背景技術(shù)：
垂直共振腔面射型激光(VCSEL)的主要特征在于可以大致上以垂直其芯片上表面的方式發(fā)出光線。VCSEL通?？赏ㄟ^化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或分子束磊晶(MBE)等沉積方法來形成具有多層結(jié)構(gòu)的磊晶疊層，并通過常見的半導(dǎo)體工藝來加以制作。磊晶疊層包含一為主要發(fā)光區(qū)的主動(dòng)區(qū)(active region)，以及二分別位于該主動(dòng)區(qū)的上下兩側(cè)的布拉格反射鏡(DBR)堆棧層。該二布拉格反射鏡堆棧層之間構(gòu)成一激光共振腔，可供主動(dòng)區(qū)產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的光線在其內(nèi)來回反射以產(chǎn)生增益(gain)放大作用。為了獲得較佳的光電特性，通常會(huì)在上側(cè)的布拉格反射鏡堆棧層內(nèi)形成一電流局限通孔 (current confinement aperture),用以限制電流的流動(dòng)路徑,藉以降低臨界電流并提升光電轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)制作電流局限通孔的方法包括離子布植法以及選擇性氧化法等方法，且這兩種方法各有其有優(yōu)缺點(diǎn)。如圖I所示，一種已知的VCSEL，選擇同時(shí)采用此兩種方法，該VCSEL的磊晶疊層10中不但具有一離子布植局限區(qū)11，還具有一位在離子布植局限區(qū)11下方的氧化局限區(qū)12。離子布植局限區(qū)11與氧化局限區(qū)12兩者分別具有一局限通孔110、120，且兩個(gè)局限通孔110、120須在垂直方向?qū)?zhǔn)，以便獲得較佳的電流局限特性及具有較佳的光譜特性。然而，上述設(shè)計(jì)雖然可以降低高階模態(tài)，但是也會(huì)衍生出高阻抗及模態(tài)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，不利高速元件的操作。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種垂直共振腔面射型激光及其制作方法，可提供穩(wěn)定的少模態(tài)激光束和低阻抗的垂直共振腔面射型激光。為達(dá)上述目的，本發(fā)明的垂直共振腔面射型激光，包含一基板以及一磊晶疊層。磊晶疊層形成于該基板上，且包含有一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)、一位于該鋅擴(kuò)散區(qū)下方的環(huán)狀離子布植區(qū)、一位于離子布植區(qū)下方的環(huán)狀氧化區(qū)，以及一位于該環(huán)狀氧化區(qū)下方的主動(dòng)區(qū)，其中，該鋅擴(kuò)散區(qū)具有一鋅擴(kuò)散通孔，該離子布植區(qū)具有一離子布植通孔，且該氧化區(qū)具有一氧化通孔，且該鋅擴(kuò)散通孔、該離子布植通孔與該氧化通孔相互連通。并且，上述本發(fā)明的垂直共振腔面射型激光的制作方法包含下列步驟首先提供一基板；于該基板上形成一磊晶疊層；在該磊晶疊層上形成一第一屏蔽，該第一屏蔽具有一環(huán)狀孔隙；通過該環(huán)狀孔隙對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行離子布植，以形成一環(huán)狀離子布植區(qū)；通過該環(huán)狀孔隙對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行鋅擴(kuò)散，以形成一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)；在該第一屏蔽上形成一第二屏蔽，藉以遮蔽該第一屏蔽的環(huán)狀孔隙；以及通過該第一屏蔽及該第二屏蔽對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行蝕刻，以形成一島狀平臺(tái)。
此外，本發(fā)明的另一種垂直共振腔面射型激光的制作方法，包含下列步驟提供一基板；于該基板上形成一磊晶疊層，且該磊晶疊層包含有一高鋁含量層；在該磊晶疊層上形成一第一屏蔽，該第一屏蔽具有一環(huán)狀孔隙；通過該環(huán)狀孔隙對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行鋅擴(kuò)散，以形成一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)；在該第一屏蔽上形成一第二屏蔽，藉以遮蔽該第一屏蔽的環(huán)狀孔隙；通過該第一屏蔽及該第二屏蔽對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行蝕刻，以形成一島狀平臺(tái)；以及對(duì)該高鋁含量層進(jìn)行氧化以形成一環(huán)狀氧化區(qū)。本發(fā)明的功效在于，借著與該離子布植通孔及該氧化通孔相互連通的鋅擴(kuò)散通孔，對(duì)本發(fā)明的垂直共振腔面射型激光作模態(tài)控制，可使其所發(fā)激光的模態(tài)穩(wěn)定，并減少高階模態(tài)的存在。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖I為現(xiàn)有的垂直共振腔面射型激光；圖2A為本發(fā)明垂直共振腔面射型激光的側(cè)視示意圖；圖2B為本發(fā)明垂直共振腔面射型激光的側(cè)視示意圖；以及圖3至圖14為本發(fā)明垂直共振腔面射型激光的制作方法的各步驟示意圖。其中，附圖標(biāo)記基板21嘉晶置層22第一布拉格反射鏡221第一分隔層222主動(dòng)層223第二分隔層224第二布拉格反射鏡225第一屏蔽23圓形部231圓環(huán)部232環(huán)狀孔隙233環(huán)狀離子布植區(qū)24離子布植通孔241第二屏蔽25島狀平臺(tái)26側(cè)面261氧化區(qū)27氧化通孔271第一電極28第二電極29氧化鋅薄膜30覆蓋層31鋅擴(kuò)散區(qū)32鋅擴(kuò)散通孔32具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、詳細(xì)說明，以及功效，現(xiàn)配合

如下.如圖2A所示，本發(fā)明的一種垂直共振腔面射型激光，主要包含一基板21，以及形成于該基板21上的一嘉晶置層22。該嘉晶置層22可以AlGaAs/GaAs系統(tǒng)的化合物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)，但不以此限，實(shí)際實(shí)施時(shí)也可為AlN/GaN/InGaN等材料系統(tǒng)，并可依所需的激光的波長(zhǎng)來決定。其波長(zhǎng)不限，可為紅外光、可見光或紫外光等。詳細(xì)說明其結(jié)構(gòu)，該磊晶疊層22由下而上依序包含形成在該基板21上的一第一布拉格反射鏡221、一第一分隔層222、一主動(dòng)層223、一第二分隔層224,以及一第二布拉格反射鏡225。該第一布拉格反射鏡221及第二布拉格反射鏡225分別具有多層的堆棧膜層，藉以反射光線。該主動(dòng)層223也可具有多層的堆棧膜層。并且，第二布拉格反射鏡225的堆棧膜層中具有一高招含量層(圖未示)。此外，在該磊晶疊層22中還包含有一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)32、一位于該鋅擴(kuò)散區(qū)32下方的環(huán)狀離子布植區(qū)24，以及一位于離子布植區(qū)24下方的環(huán)狀氧化區(qū)27。特別注意的是，該鋅擴(kuò)散區(qū)32具有一鋅擴(kuò)散通孔321，該離子布植區(qū)24具有一離子布植通孔241，且該氧化區(qū)27具有一氧化通孔271，且該鋅擴(kuò)散通孔321、該離子布植通孔241與該氧化通孔271相互連通。借著與該離子布植通孔241及該氧化通孔271相互連通的鋅擴(kuò)散通孔321，對(duì)本發(fā)明的垂直共振腔面射型激光作模態(tài)控制，可使其所發(fā)激光的模態(tài)穩(wěn)定，并減少高階模態(tài)的存在。此外，該鋅擴(kuò)散區(qū)32還可使該激光光場(chǎng)分布呈現(xiàn)高斯分布或是圈狀分布，并且，有助于降低垂直共振腔面射型激光本身的阻抗。較佳地，該鋅擴(kuò)散通孔321的軸心、該離子布植通孔241的軸心與該氧化通孔271的軸心相互對(duì)齊時(shí)，可使上述模態(tài)控制以及阻抗降低的 效果達(dá)到最佳。此外，如圖2B所示的另一種實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)大致與圖2A相同，不同之處在于將上述第二電極改為設(shè)置在基板21的下表面上，形成圖2B中所示的第二電極33。本發(fā)明的垂直共振腔面射型激光的制作方法，首先，如圖3所示，提供一基板21，并于該基板21上形成一磊晶疊層22，接著，在該磊晶疊層22上以半導(dǎo)體工藝形成一第一屏蔽23。該第一屏蔽23為氮化硅薄膜經(jīng)由微影及蝕刻工藝所制成，實(shí)際實(shí)施時(shí)，其材質(zhì)不以此限。如圖4所示，該第一屏蔽23包含在該磊晶疊層22上形成的一圓形部231，以及一環(huán)繞該圓形部231且與該圓形部231同心的圓環(huán)部232，且該圓形部231及該圓環(huán)部232之間界定出一環(huán)狀孔隙233。然后，如圖5所示，通過該第一屏蔽23的環(huán)狀孔隙233對(duì)該磊晶疊層22進(jìn)行離子布植，以于該第二布拉格反射鏡225內(nèi)形成一環(huán)狀離子布植區(qū)24。此環(huán)狀的離子布植區(qū)24具有一離子布植通孔241，此離子布植通孔241的中心對(duì)齊該第一屏蔽23的中心。接著，通過該環(huán)狀孔隙233對(duì)該磊晶疊層22進(jìn)一步進(jìn)行鋅擴(kuò)散，如圖6所示，首先，形成一覆蓋該第一屏蔽23以及該離子布植區(qū)24上表面的氧化鋅薄膜30，然后，如圖7所示，在該氧化鋅薄膜30上進(jìn)一步形成一覆蓋層31。接著，如圖8所示，對(duì)該氧化鋅薄膜30進(jìn)行熱處理，使氧化鋅薄膜30的鋅成分向下擴(kuò)散進(jìn)入該離子布植區(qū)24，以形成一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)32。并且，如圖9所示，將該鋅擴(kuò)散區(qū)32上方的氧化鋅薄膜30以及覆蓋層31移除。接著，如圖10所示，利用半導(dǎo)體工藝在該第一屏蔽23上形成一第二屏蔽25，藉以遮蔽該第一屏蔽23的環(huán)狀孔隙233。該第二屏蔽25為氮化硅薄膜經(jīng)由微影及蝕刻工藝所制成，實(shí)際實(shí)施時(shí)，其材質(zhì)不以此限。如圖11所示，該第二屏蔽25為圓形，其可配合遮蔽該第一屏蔽23的環(huán)狀孔隙233，以保護(hù)第二布拉格反射鏡225的部分區(qū)域，即第二屏蔽25所覆蓋的區(qū)域。在實(shí)際制作上，需注意要使該第二屏蔽25的邊緣完全地落在該第一屏蔽23的圓環(huán)部232上，以至少能完整涵蓋該圓形部231以及該環(huán)狀孔隙233，且不可超出該圓環(huán)部232之外。圓環(huán)部232的寬度W是考慮所使用的半導(dǎo)體工藝設(shè)備所能達(dá)到的最小疊對(duì)誤差。如圖12所示，當(dāng)半導(dǎo)體工藝設(shè)備的疊對(duì)誤差導(dǎo)致第二屏蔽25的中心與該第一屏蔽23的中心無法對(duì)齊時(shí)，該第二屏蔽25的邊緣仍可完全地落在該第一屏蔽23的圓環(huán)部232上，也就是說，通過控制該圓環(huán)部232的寬度W，來吸收半導(dǎo)體工藝設(shè)備的疊對(duì)誤差。因此，若實(shí)際所使用的半導(dǎo)體工藝設(shè)備的最小疊對(duì)誤差較大時(shí)，可考慮加寬該圓環(huán)部232的寬度W，以使該第二屏蔽25的邊緣落在該第一屏蔽23的圓環(huán)部232上。然后，如圖13所示，通過該第一屏蔽23及第二屏蔽25對(duì)該磊晶疊層22進(jìn)行蝕刻，并向下蝕刻至 該第一布拉格反射鏡221，以形成一島狀平臺(tái)26。由于該第二屏蔽25的邊緣完全地落在該第一屏蔽23的圓環(huán)部232上，所以蝕刻出來的島狀平臺(tái)26的邊緣真正是由圓環(huán)部232的邊緣所控制，也就是說，島狀平臺(tái)26的邊緣對(duì)齊于該第一屏蔽23的邊緣，并且，島狀平臺(tái)26的中心實(shí)際上已對(duì)齊于該第一屏蔽23的中心，也更對(duì)齊該離子布植通孔241的中心。接著，如圖14所示，對(duì)該第二布拉格反射鏡225的高鋁含量層進(jìn)行氧化，以形成一位在該離子布植區(qū)24與該主動(dòng)區(qū)223之間的環(huán)狀氧化區(qū)27，且此氧化區(qū)27具有一氧化通孔271。由于氧化是由島狀平臺(tái)26的側(cè)面261均勻地向內(nèi)進(jìn)行，因此所形成的氧化通孔271的中心會(huì)對(duì)齊于島狀平臺(tái)26的中心，也對(duì)齊該離子布植通孔241的中心。藉此，可降低氧化區(qū)27的元件光場(chǎng)局限(indexguiding)效應(yīng),并集中電流提高電流局限(gain guiding)效應(yīng)，以改善光譜特性。最后，去除該第一屏蔽23以及該第二屏蔽25。并且，如圖2A所示，利用金屬薄膜沉積工藝，在該第二布拉格反射鏡225上形成一第一電極28,并在該第一布拉格反射鏡221上形成一第二電極29?；蛘?，也可如圖2B所示，在基板21的下表面制作第二電極33。如此，即完成本發(fā)明垂直共振腔面射型激光的制作。需說明的是，以上本發(fā)明的垂直共振腔面射型激光的制作方法，形成了離子布植區(qū)24、鋅擴(kuò)散區(qū)32以及氧化區(qū)27三者，然而，實(shí)際實(shí)施時(shí)，也可僅進(jìn)行離子布植區(qū)24、鋅擴(kuò)散區(qū)32 二者，或是鋅擴(kuò)散區(qū)32以及氧化區(qū)27 二者。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種垂直共振腔面射型激光，其特征在于，包含 一基板；以及 一磊晶疊層，形成于該基板上，該磊晶疊層包含有一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)、一位于該鋅擴(kuò)散區(qū)下方的環(huán)狀離子布植區(qū)、一位于離子布植區(qū)下方的環(huán)狀氧化區(qū)，以及一位于該環(huán)狀氧化區(qū)下方的主動(dòng)區(qū)； 其中，該鋅擴(kuò)散區(qū)具有一鋅擴(kuò)散通孔，該離子布植區(qū)具有一離子布植通孔，且該氧化區(qū)具有一氧化通孔，且該鋅擴(kuò)散通孔、該離子布植通孔與該氧化通孔為相互連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直共振腔面射型激光，其特征在于，且該鋅擴(kuò)散通孔的軸心、該離子布植通孔的軸心與該氧化通孔的軸心為相互對(duì)齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直共振腔面射型激光，其特征在于，該磊晶疊層包含一位在該主動(dòng)區(qū)一側(cè)的第一布拉格反射鏡，一位在該主動(dòng)區(qū)另一側(cè)的第二布拉格反射鏡。
4.一種垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，包含下列步驟 (A)提供一基板； (B)于該基板上形成一磊晶疊層； (C)在該磊晶疊層上形成一第一屏蔽，該第一屏蔽具有一環(huán)狀孔隙； (D)通過該環(huán)狀孔隙對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行離子布植，以形成一環(huán)狀離子布植區(qū)； (E)通過該環(huán)狀孔隙對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行鋅擴(kuò)散，以形成一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)； (F)在該第一屏蔽上形成一第二屏蔽，藉以遮蔽該第一屏蔽的環(huán)狀孔隙；以及 (G)通過該第一屏蔽及該第二屏蔽對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行蝕刻，以形成一島狀平臺(tái)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，形成該磊晶疊層包含形成一第一布拉格反射鏡、一第二布拉格反射鏡，以及一位在該第一布拉格反射鏡與第二布拉格反射鏡之間的主動(dòng)區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，該磊晶疊層包含有一高鋁含量層，且還包含在該島狀平臺(tái)形成后，對(duì)該高鋁含量層進(jìn)行氧化以形成一環(huán)狀氧化區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，該高鋁含量層屬于該第二布拉格反射鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，形成該第一屏蔽包含在該磊晶疊層上形成一圓形部以及一環(huán)繞該圓形部且與該圓形部同心的圓環(huán)部，且該圓形部及該圓環(huán)部之間界定出該環(huán)狀孔隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，使該第二屏蔽至少完整涵蓋該圓形部以及該環(huán)狀孔隙，且不超出該圓環(huán)部之外。
10.一種垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，包含下列步驟 (A)提供一基板； (B)于該基板上形成一磊晶疊層，且該磊晶疊層包含有一高鋁含量層； (C)在該磊晶疊層上形成一第一屏蔽，該第一屏蔽具有一環(huán)狀孔隙； (D)通過該環(huán)狀孔隙對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行鋅擴(kuò)散，以形成一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)； (E)在該第一屏蔽上形成一第二屏蔽，藉以遮蔽該第一屏蔽的環(huán)狀孔隙； (F)通過該第一屏蔽及該第二屏蔽對(duì)該磊晶疊層進(jìn)行蝕刻，以形成一島狀平臺(tái)；以及(G)對(duì)該高鋁含量層進(jìn)行氧化以形成一環(huán)狀氧化區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，形成該嘉晶疊層包含形成一第一布拉格反射鏡、一第二布拉格反射鏡，以及一位在該第一布拉格反射鏡與第二布拉格反射鏡之間的主動(dòng)區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，該高鋁含量層屬于該第二布拉格反射鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，形成該第一屏蔽包含在該磊晶疊層上形成一圓形部以及一環(huán)繞該圓形部且與該圓形部同心的圓環(huán)部，且該圓形部及該圓環(huán)部之間界定出該環(huán)狀孔隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的垂直共振腔面射型激光的制作方法，其特征在于，使該第二屏蔽至少完整涵蓋該圓形部以及該環(huán)狀孔隙，且不超出該圓環(huán)部之外。
全文摘要
本發(fā)明提供一種垂直共振腔面射型激光及其制作方法，垂直共振腔面射型激光，包含一基板以及一磊晶疊層。磊晶疊層形成于該基板上，且包含有一環(huán)狀鋅擴(kuò)散區(qū)、一位于該鋅擴(kuò)散區(qū)下方的環(huán)狀離子布植區(qū)、一位于離子布植區(qū)下方的環(huán)狀氧化區(qū)，以及一位于該環(huán)狀氧化區(qū)下方的主動(dòng)區(qū)，其中，該鋅擴(kuò)散區(qū)具有一鋅擴(kuò)散通孔，該離子布植區(qū)具有一離子布植通孔，且該氧化區(qū)具有一氧化通孔，且該鋅擴(kuò)散通孔、該離子布植通孔與該氧化通孔相互連通。此外，本發(fā)明還提供一種上述垂直共振腔面射型激光的制作方法。
文檔編號(hào)H01S5/187GK102738703SQ20111008471
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者吳承儒, 潘金山, 陳志誠(chéng), 陳柏翰 申請(qǐng)人:光環(huán)科技股份有限公司