垂直共振腔面射激光结构及制法制造技术

一种垂直共振腔面射激光(VCSEL)结构及制法，具有独特的三沟渠结构。通过在凸台(mesa)内且位于光窗的外围设置一第一沟渠来降低整体电容与缩短氧化层的氧化工艺时间，且通过在凸台外围设置阶梯状下凹的第二沟渠及第三沟渠来形成阶梯状的双层凸台结构，通过形成够大的散热面积，达到降低热效应、并避免金属层的断金现象的功效。此外，通过光窗周围设置离子布植区来控制模态及局限电流，以及在光窗上形成一出光层来达到控制出光的功效。

Vertical resonator surface emitting laser structure and fabrication method

A vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) structure and fabrication method has unique three channel structures. By setting a first channel inside the convex platform (mesa) and outside the light window to reduce the overall capacitance and the oxidation process time of the oxide layer, and by setting the second channel and the third channel with a step-like concave outside the convex platform to form a step-like double-layer convex platform structure, by forming a large enough heat dissipation area, the reduction can be achieved. Thermal effect, and avoid the effect of metal layer breaking gold phenomenon. In addition, the mode and limited current can be controlled by setting ion implantation area around the light window, and a light layer can be formed on the light window to control the light output.

【技术实现步骤摘要】
垂直共振腔面射激光结构及制法
本专利技术有关于一种垂直共振腔面射激光结构及制法，尤指一种通过三沟渠结构来降低整体电容与缩短氧化工艺时间的一种垂直共振腔面射激光结构及制法。
技术介绍
垂直共振腔面射激光(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser；简称VCSEL)是属于发光激光二极管的其中一种，由于其功率与价格较低，主要应用在局域网络方面，且具有「高速」与「低价」的优势。VCSEL发光及检光的原材料一般以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为主，通常采有机金属气相沈积法(MOCVD)制成磊晶圆。与一般侧射型激光相比，VCSEL的共振腔与光子在共振腔来回共振所需的镜面不是由工艺形成的自然晶格断裂面，而是在组件结构磊晶成长时就已形成。一般VCSEL结构大致包含发光活性层、共振腔以及上下具有高反射率的布拉格反射镜(DistributedBraggReflector；简称DBR)。当光子于发光活性层产生后便于共振腔内来回振荡，若达居量反转(populationinversion)时激光光会于VCSEL组件的表面形成。而VCSEL由于采取面射型，激光光呈现圆锥状，较容易与光纤进行耦合，不需额外的光学镜片。对于习知VCSEL的基本结构、制法与作动方式，可以参考美国专利USPat.No.4,949,350以及USPat.No.5,468,656的内容。本专利技术针对上述习知VCSEL的结构与制法加以改良，通过独特的三沟渠结构来降低整体电容与缩短氧化工艺时间，并以光窗周围的离子布植区来控制模态及局限电流，且在光窗上形成出光层来控制出光，以及，通过阶梯状的双层凸台结构来帮助热传导以降低热效应。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种垂直共振腔面射激光结构及制法，可通过独特的三沟渠结构来降低整体电容、缩短氧化工艺时间、以及形成阶梯状的双层凸台结构以降低热效应。本专利技术的另一目的在于提供一种垂直共振腔面射激光结构及制法，可通过光窗周围的离子布植区来控制模态及局限电流，且在光窗上形成一出光层来控制出光；其中出光层可为介电材质，材料成分可为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或是这两种材料的混和体，反射系数介于1.5-2.0。为达上述的目的，本专利技术提供一种垂直共振腔面射激光结构，包括有：一基底、一第一镜层位于该基底之上、一活化层位于该第一镜层上、一第二镜层位于活化层上、一氧化层夹设于该第二镜层内、一凸台区域、一第一沟渠、一第二沟渠、一第三沟渠、一介电材料、一第一接触层、以及一第二接触层；其中，该凸台区域是位于该基底之上、且是由至少一部分的该第一镜层、该活化层、该第二镜层以及该氧化层所组构而成；于该凸台区域的一顶面的一中央处具有一光窗；该第一沟渠是位于该凸台区域之内、且环绕于该光窗的外周缘的至少一部分；该第一沟渠是由该凸台区域的该顶面由上向下至少贯穿该第二镜层、该氧化层与该活化层；该第二沟渠是环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部分、且与该第一沟渠相隔一间距，该第二沟渠是由上向下至少贯穿该第二镜层与该氧化层，使该第二沟渠的一底部是位于该活化层处或该第一镜层处两者其中之一；该第三沟渠是环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部分且是自该第二沟渠的该底部向下凹陷，且该第三沟渠是由上向下至少贯穿该第一镜层，使该第三沟渠的一底部是位于该基底处；该介电材料是至少填充于该第一沟渠中；该第一接触层是位于该凸台区域的该顶面上且接触于该第二镜层；该第二接触层是至少位于该第三沟渠的该底部且至少接触于该基底。于一较佳实施例中，该垂直共振腔面射激光结构更包括有一绝缘层，覆盖于该凸台区域的一外表面的至少一部分，且该第一接触层与该第二接触层至少有一部分是暴露于该绝缘层之外；该第一镜层是一n型分布式布拉格反射镜层(distributedBraggreflector；简称DBR)，且该第二镜层是一p型分布式布拉格反射镜层；该第一镜层与该第二镜层的材质包含有不同铝莫耳百分比的砷化铝镓(AlGaAs)，并且，该氧化层在第二镜层中是具有相对最高莫耳百分比的铝；该氧化层是由该第一沟渠之内周缘朝向该凸台区域的中央水平延伸；该介电材料是低介电性质的聚合物材料；以及，该第一接触层与该第二接触层都是金属层。于一较佳实施例中，该垂直共振腔面射激光结构更包括有一离子布植层，位于该第二镜层中。离子布植层部分与氧化层重迭，并通过氧化层及离子布植的相对孔径大小来控制光学模态，其中离子布植属于增益波导(Gain-guided)，氧化属于折射波导(indexguided)，通过两者的混和应用可来控制光学模态；并且，位于该凸台区域内的该离子布植层是位于该光窗与该第一沟渠之间、且是环绕于该光窗的外周缘的至少一部分；其中，该第一接触层是接触于该第二镜层的一上表面。于一较佳实施例中，该垂直共振腔面射激光结构更包括有：一出光层，位于该凸台区域的该顶面的该光窗上。于一较佳实施例中，该第二接触层是由该第三沟渠的该底部沿着该第三沟渠与该第二沟渠分别各具有的一倾斜表面向上延伸至该第二镜层的一上表面，使该第二接触层的一顶面大致上是位于与该第一接触层的相同高度；于该第二沟渠的该底部形成一平面，使该第二接触层在该第二沟渠的该底部构成一水平延伸的状态。为达上述的目的，本专利技术提供一种垂直共振腔面射激光结构的制法，包括下列步骤：提供一激光芯片基材，于该激光芯片基材上通过一半导体工艺由下而上依序构成：一基底、一第一镜层位于该基底之上、一活化层位于该第一镜层上、以及第二镜层位于活化层上；使用一第一光罩及实施一第一屏蔽工艺程序，在该第二镜层之上表面形成具有一第一预定图案的一第一屏蔽层，该第一预定图案是对应于该第一光罩的图案；实施一离子布植程序，对该第二镜层未被该第一屏蔽层覆盖的区域进行离子布植以形成一离子布植层，且该离子布植层的一底部与该活化层仍相距有一预定高度；在尚未移除第一屏蔽层的情况下，使用一第二光罩及实施一第二屏蔽的工艺程序，在该第二镜层的该上表面及该第一光阻层的上方形成具有一第二预定图案的一第二屏蔽层，该第二预定图案是对应于该第二光罩的图案；实施一第一蚀刻程序，对该第二镜层、该活化层及该第一镜层未被该第二光阻层覆盖的区域进行蚀刻，以形成一第一沟渠，且该第一沟渠是自该第二镜层的该上表面向下贯穿该第二镜层及该活化层，使该第一沟渠的一底部是位于该第一镜层；实施一氧化程序，以便透过该第一沟渠而在该第二镜层内形成水平延伸的一氧化层，且该氧化层于高度上是与该离子布植层是接近的，甚至有部分是重迭；实施一第二蚀刻程序，以便在该第二镜层上形成一第二沟渠，且该第二沟渠是自该第二镜层的该上表面向下至少贯穿该第二镜层与该氧化层，使该第二沟渠的一底部是位于该活化层处或该第一镜层处两者其中之一；实施一第三蚀刻程序，以便在该第二沟渠的该底部处形成向下凹陷的一第三沟渠，且该第三沟渠是由上向下至少贯穿该第一镜层，使该第三沟渠的一底部是位于该基底处；于该第一沟渠中填充一介电材料，此介电材料是聚合物，可为Polymide，反射系数为1.5-1.6。本专利技术通过挖出第一沟渠并填补聚合物，可减少高介电系数的半导体材料的面积，故可以降低电容。并且在该激光芯片基材上的适当区域分别形成一绝缘层、一第一接触层以及一第二接触层；其中，该第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直共振腔面射激光结构，其特征在于，包括：一基底；一第一镜层，位于该基底之上；一活化层，位于该第一镜层上；一第二镜层，位于活化层上；一氧化层，夹设于该第二镜层内；一凸台区域，位于该基底之上、且是由至少一部分的该第一镜层、该活化层、该第二镜层以及该氧化层所组构而成，于该凸台区域的一顶面的一中央处具有一光窗；一第一沟渠，位于该凸台区域之内、且环绕于该光窗的外周缘的至少一部分；该第一沟渠是由该凸台区域的该顶面由上向下至少贯穿该第二镜层、该氧化层与该活化层；一第二沟渠，环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部分、且与该第一沟渠相隔一间距，该第二沟渠是由上向下至少贯穿该第二镜层与该氧化层，使该第二沟渠的一底部是位于该活化层处或该第一镜层处两者其中之一；一第三沟渠，环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部分且是自该第二沟渠的该底部向下凹陷，且该第三沟渠是由上向下至少贯穿该第一镜层，使该第三沟渠的一底部是位于该基底处；一介电材料，至少填充于该第一沟渠中；一第一接触层，位于该凸台区域的该顶面上且接触于该第二镜层；以及一第二接触层，至少位于该第三沟渠的该底部且至少接触于该基底。

【技术特征摘要】
1.一种垂直共振腔面射激光结构，其特征在于，包括：一基底；一第一镜层，位于该基底之上；一活化层，位于该第一镜层上；一第二镜层，位于活化层上；一氧化层，夹设于该第二镜层内；一凸台区域，位于该基底之上、且是由至少一部分的该第一镜层、该活化层、该第二镜层以及该氧化层所组构而成，于该凸台区域的一顶面的一中央处具有一光窗；一第一沟渠，位于该凸台区域之内、且环绕于该光窗的外周缘的至少一部分；该第一沟渠是由该凸台区域的该顶面由上向下至少贯穿该第二镜层、该氧化层与该活化层；一第二沟渠，环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部分、且与该第一沟渠相隔一间距，该第二沟渠是由上向下至少贯穿该第二镜层与该氧化层，使该第二沟渠的一底部是位于该活化层处或该第一镜层处两者其中之一；一第三沟渠，环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部分且是自该第二沟渠的该底部向下凹陷，且该第三沟渠是由上向下至少贯穿该第一镜层，使该第三沟渠的一底部是位于该基底处；一介电材料，至少填充于该第一沟渠中；一第一接触层，位于该凸台区域的该顶面上且接触于该第二镜层；以及一第二接触层，至少位于该第三沟渠的该底部且至少接触于该基底。2.根据权利要求1所述的垂直共振腔面射激光结构，其特征在于：该垂直共振腔面射激光结构更包括有一绝缘层，覆盖于该凸台区域的一外表面的至少一部分，且该第一接触层与该第二接触层至少有一部分是暴露于该绝缘层之外；该第一镜层是一n型分布式布拉格反射镜层，且该第二镜层是一p型分布式布拉格反射镜层；该第一镜层与该第二镜层的材质包含有不同铝莫耳百分比的砷化铝镓，并且，该氧化层在第二镜层中是具有相对最高莫耳百分比的铝；该氧化层至少是由该第一沟渠的内周缘朝向该凸台区域的中央水平延伸；该介电材料是低介电性质的聚合物材料；以及该第一接触层与该第二接触层都是金属层。3.根据权利要求1项所述的垂直共振腔面射激光结构，其特征在于，更包括有：一离子布植层，位于该第二镜层中且其高度是与该氧化层接近或重迭，并且，位于该凸台区域内的该离子布植层是位于该光窗与该第一沟渠之间、且是环绕于该光窗的外周缘的至少一部分；其中，该第一接触层是接触于该第二镜层的一上表面。4.根据权利要求1项所述的垂直共振腔面射激光结构，其特征在于，更包括有：一出光层，位于该凸台区域的该顶面的该光窗上。5.根据权利要求1项所述的垂直共振腔面射激光结构，其特征在于：该第二接触层是由该第三沟渠的该底部沿着该第三沟渠与该第二沟渠分别各具有的一倾斜表面向上延伸至该第二镜层的一上表面，使该第二接触层的一顶面大致上是位于与该第一接触层的相同高度；于该第二沟渠的该底部形成一平面，使该第二接触层在该第二沟渠的该底部构成一水平延伸的状态。6.一种垂直共振腔面射激光结构的制法，其特征在于，包括下列步骤：提供一激光芯片基材，于该激光芯片基材上通过一半导体工艺由下而上依序构成：一基底、一第一镜层位于该基底之上、一活化层位于该第一镜层上、以及第二镜层位于活化层上；使用一第一光罩及实施一第一屏蔽工艺程序，在该第二镜层的一上表面形成具有一第一预定图案的一第一屏蔽层，该第一预定图案是对应于该第一光罩的图案；实施一离子布植程序，对该第二镜层未被该第一光阻层覆盖的区域进行离子布植以形成一离子布植层，且该离子布植层的一底部与该活化层仍相距有一预定高度；在尚未移除...

【专利技术属性】
技术研发人员：林炳成，陈志诚，曾竑维，
申请(专利权)人：光环科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71