TW201830811A - 垂直共振腔面射雷射結構及製法 - Google Patents
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Abstract
一種垂直共振腔面射雷射(VCSEL)結構及製法，具有獨特的三溝渠結構。藉由在凸台(mesa)內且位於光窗的外圍設置一第一溝渠來降低整體電容與縮短氧化層的氧化製程時間，且藉由在凸台外圍設置階梯狀下凹的第二溝渠及第三溝渠來形成階梯狀的雙層凸台結構，藉由形成夠大的散熱面積，達到降低熱效應、並避免金屬層之斷金現象的功效。此外，藉由光窗周圍設置離子佈植區來控制模態及侷限電流，以及在光窗上形成一出光層來達到控制出光的功效。
Description
本發明係有關於一種垂直共振腔面射雷射結構及製法，尤指一種藉由三溝渠結構來降低整體電容與縮短氧化製程時間的一種垂直共振腔面射雷射結構及製法。
垂直共振腔面射雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser；簡稱VCSEL)是屬於發光雷射二極體的其中一種，由於其功率與價格較低，主要應用在區域網路方面，且具有「高速」與「低價」的優勢。VCSEL發光及檢光的原材料一般以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為主，通常採有機金屬氣相沈積法(MOCVD)製成磊晶圓。與一般側射型雷射相比，VCSEL的共振腔與光子在共振腔來回共振所需之鏡面不是由製程形成之自然晶格斷裂面，而是在元件結構磊晶成長時就已形成。
一般VCSEL結構大致包含發光活性層、共振腔以及上下具有高反射率之布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector；簡稱DBR)。當光子於發光活性層產生後便於共振腔內來回振盪，若達居量反轉(population inversion)時雷射光會於VCSEL元件的表面形成。而VCSEL由於採取面射型，雷射光呈現圓錐狀，較容易與光纖進行耦合，不需額外的光學鏡片。對於習知VCSEL的基本結構、製法與作動方式，可以參考美國專利US Pat.No.4,949,350以及US Pat.No.5,468,656的內容。
本發明係針對上述習知VCSEL的結構與製法加以改良，藉由獨特的三溝渠結構來降低整體電容與縮短氧化製程時間，並以光窗周圍的離子佈植區來控制模態及侷限電流，且在光窗上形成出光層來控制出光，以及，藉由階梯狀的雙層凸台結構來幫助熱傳導以降低熱效應。
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種垂直共振腔面射雷射結構及製法，可藉由獨特的三溝渠結構來降低整體電容、縮短氧化製程時間、以及形成階梯狀的雙層凸台結構以降低熱效應。
本發明的另一目的在於提供一種垂直共振腔面射雷射結構及製法，可藉由光窗周圍的離子佈植區來控制模態及侷限電流，且在光窗上形成一出光層來控制出光；其中出光層可為介電材質，材料成分可為二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)或是這兩種材料的混和體，反射係數介於1.5~2.0。
為達上述之目的，本發明提供一種垂直共振腔面射雷射結構，包括有：一基底、一第一鏡層位於該基底之上、一活化層位於該第一鏡層上、一第二鏡層位於活化層上、一氧化層夾設於該第二鏡層內、一凸台區域、一第一溝渠、一第二溝渠、一第三溝渠、一介電材料、一第一接觸層、以及一第二接觸層；其中，該凸台區域是位於該基底之上、且是由至少一部分之該第一鏡層、該活化層、該第二鏡層以及該氧化層所組構而成；於該凸台區域的一頂面的一中央處具有一光窗；該第一溝渠是位於該凸台區域之內、且環繞於該光窗的外周緣的至少一部份；該第一溝渠是由該凸台區域的該頂面由上向下至少貫穿該第二鏡層、該氧化層與該活化層；該第二溝渠是環繞於該凸台區域的外周緣的至少一部份、且與該第一溝渠相隔一間距，該第二溝渠是由上向下至少貫穿該第二鏡層與該氧化層，使該第二溝渠的一底部是位於該活化層處或該第一鏡層處兩者其中之一；該第三溝渠是環繞於該凸台區域的外周緣的至少一部份且是自該第二溝渠的該底部向下凹陷，且該第三溝渠是由上向下至少貫穿該第一鏡層，使該第三溝渠的一底部是位於該基底處；該介電材料是至少填充於該第一溝渠中；該第一接觸層是位於該凸台區域之該頂面上且接觸於該第二鏡層；該第二接觸層是至少位於該第三溝渠的該底部且至少接觸於該基底。
於一較佳實施例中，該垂直共振腔面射雷射結構更包括有一絕緣層，覆蓋於該凸台區域之一外表面的至少一部份，且該第一接觸層與 該第二接觸層至少有一部份是暴露於該絕緣層之外；該第一鏡層是一n型分佈式布拉格反射鏡層(distributed Bragg reflector；簡稱DBR)，且該第二鏡層是一p型分佈式布拉格反射鏡層；該第一鏡層與該第二鏡層之材質包含有不同鋁莫耳百分比之砷化鋁鎵(AlGaAs)，並且，該氧化層在第二鏡層中是具有相對最高莫耳百分比的鋁；該氧化層是由該第一溝渠的內周緣朝向該凸台區域之中央水平延伸；該介電材料是低介電性質的聚合物材料；以及，該第一接觸層與該第二接觸層都是金屬層。
於一較佳實施例中，該垂直共振腔面射雷射結構更包括有一離子佈植層，位於該第二鏡層中。離子佈植層部分與氧化層重疊，並藉由氧化層及離子佈植的相對孔徑大小來控制光學模態，其中離子佈植屬於增益波導(Gain-guided)，氧化屬於折射波導(index guided)，藉由兩者的混和應用可來控制光學模態；並且，位於該凸台區域內的該離子佈植層是位於該光窗與該第一溝渠之間、且是環繞於該光窗的外周緣的至少一部份；其中，該第一接觸層是接觸於該第二鏡層的一上表面。
於一較佳實施例中，該垂直共振腔面射雷射結構更包括有：一出光層，位於該凸台區域之該頂面的該光窗上。
於一較佳實施例中，該第二接觸層是由該第三溝渠的該底部沿著該第三溝渠與該第二溝渠分別各具有之一傾斜表面向上延伸至該第二鏡層的一上表面，使該第二接觸層的一頂面大致上是位於與該第一接觸層的相同高度；於該第二溝渠的該底部形成一平面，使該第二接觸層在該第二溝渠的該底部構成一水平延伸的狀態。
為達上述之目的，本發明提供一種垂直共振腔面射雷射結構的製法，包括下列步驟：提供一雷射晶片基材，於該雷射晶片基材上藉由一半導體製程由下而上依序構成：一基底、一第一鏡層位於該基底之上、一活化層位於該第一鏡層上、以及第二鏡層位於活化層上；使用一第一光罩及實施一第一遮罩製程程序，在該第二鏡層的上表面形成具有一第一預定圖案的一第一遮罩層，該第一預定圖案是對應於該第一光罩的圖案；實施一離子佈植程序，對該第二鏡層未被該第一遮罩層覆蓋 的區域進行離子佈植以形成一離子佈植層，且該離子佈植層的一底部與該活化層仍相距有一預定高度；在尚未移除第一遮罩層的情況下，使用一第二光罩及實施一第二遮罩的製程程序，在該第二鏡層的該上表面及該第一光阻層的上方形成具有一第二預定圖案的一第二遮罩層，該第二預定圖案是對應於該第二光罩的圖案；實施一第一蝕刻程序，對該第二鏡層、該活化層及該第一鏡層未被該第二光阻層覆蓋的區域進行蝕刻，以形成一第一溝渠，且該第一溝渠是自該第二鏡層的該上表面向下貫穿該第二鏡層及該活化層，使該第一溝渠的一底部是位於該第一鏡層；實施一氧化程序，以便透過該第一溝渠而在該第二鏡層內形成水平延伸之一氧化層，且該氧化層於高度上是與該離子佈植層是接近的，甚至有部分是重疊；實施一第二蝕刻程序，以便在該第二鏡層上形成一第二溝渠，且該第二溝渠是自該第二鏡層的該上表面向下至少貫穿該第二鏡層與該氧化層，使該第二溝渠的一底部是位於該活化層處或該第一鏡層處兩者其中之一；實施一第三蝕刻程序，以便在該第二溝渠的該底部處形成向下凹陷之一第三溝渠，且該第三溝渠是由上向下至少貫穿該第一鏡層，使該第三溝渠的一底部是位於該基底處；於該第一溝渠中填充一介電材料，此介電材料是聚合物，可為Polymide，反射係數為1.5~1.6。本發明藉由挖出第一溝渠並填補聚合物，可減少高介電系數的半導體材料的面積，故可以降低電容。並且在該雷射晶片基材上的適當區域分別形成一絕緣層、一第一接觸層以及一第二接觸層；其中，該第一接觸層是位於該凸台區域之該頂面上且接觸於該第二鏡層的上表面；該第二接觸層是至少位於該第三溝渠的該底部且至少接觸於該基底，且該第二接觸層是由該第三溝渠的該底部沿著該第三溝渠與該第二溝渠分別各具有之一傾斜表面向上延伸至該第二鏡層的上表面，使該第二接觸層的一頂面大致上是位於與該第一接觸層的相同高度； 該第一接觸層與該第二接觸層至少有一部份是暴露於該絕緣層之外；其中，由該第二溝渠與該第三溝渠可在該雷射晶片基材上定義出一凸台區域，該第二溝渠與該第三溝渠兩者都是環繞於該凸台區域的外周緣的至少一部份；該凸台區域是位於該基底之上、且是由至少一部分之該第一鏡層、該活化層、該第二鏡層以及該氧化層所組構而成，於該凸台區域的一頂面的一中央處具有一光窗；該第一溝渠是位於該凸台區域之內、且環繞於該光窗的外周緣的至少一部份、且與該第二溝渠相隔一間距；該第一溝渠是由該凸台區域的頂面由上向下至少貫穿該第二鏡層、該氧化層與該活化層。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附詳細說明與附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
10‧‧‧基底
21‧‧‧第一鏡層
22‧‧‧活化層
23‧‧‧第二鏡層
231‧‧‧氧化層
24‧‧‧離子佈植層
240‧‧‧上表面
25‧‧‧絕緣層
26‧‧‧介電材料
27‧‧‧金屬層
270‧‧‧第一接觸層
271~273‧‧‧第二接觸層
2710‧‧‧頂面
274‧‧‧出光層
30‧‧‧凸台區域
300‧‧‧光窗
31‧‧‧第一溝渠
32‧‧‧第二溝渠
321、331‧‧‧底部
33‧‧‧第三溝渠
51、52‧‧‧圖案
510、520‧‧‧中心圓區域
511‧‧‧環狀區域
521‧‧‧外圍區域
5100、5110、5200、5210‧‧‧遮罩
圖一為本發明之垂直共振腔面射雷射結構一較佳實施例的剖面示意圖；圖二A為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第一階段示意圖；圖二B為本發明之該第一光罩的圖案的實施例示意圖；圖三A為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第二階段示意圖；圖三B為本發明之該第二光罩的圖案的實施例示意圖；圖四為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第三階段示意圖；圖五為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第四階段示意圖；圖六為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第五階段示意圖；以及 圖七為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第六階段示意圖。
本發明之垂直共振腔面射雷射結構及製法，主要是藉由獨特的三溝渠結構來降低整體電容、縮短氧化製程時間、以及形成階梯狀的雙層凸台結構以降低熱效應。並且，藉由光窗周圍的離子佈植區來控制模態及侷限電流，以及在光窗上形成一傳出光層來控制出光。
請參閱圖一所示，為本發明之垂直共振腔面射雷射結構一較佳實施例的剖面示意圖。
於本實施例中，本發明之垂直共振腔面射雷射結構是架構在一以砷化鎵(Gallium Arsenide；簡稱GaAs)或磷化銦(InP)材料為主的雷射晶片基材上，且該基材由下而上依序包括有：一基底10、一第一鏡層21位於該基底10之上、一活化層22(Active Region)位於該第一鏡層21上、以及第二鏡層23位於活化層22上。於該第二鏡層23內夾設有一氧化層231(Oxide Layer)。於本實施例中，該第一鏡層21是一n型分佈式布拉格反射鏡層(distributed Bragg reflector；簡稱DBR)其也可以稱為下鏡層，且該第二鏡層23是一p型分佈式布拉格反射鏡層其也可以稱為上鏡層。該第一鏡層21與該第二鏡層23之材質包含有不同鋁莫耳百分比之砷化鋁鎵(AlGaAs)的多層結構，並且，該氧化層231在第二鏡層23中是具有相對最高莫耳百分比的鋁。藉此，在氧化程序時，該氧化層231在氧化過程中可以形成絕緣的氧化鋁(Al2O3)。
本發明之垂直共振腔面射雷射結構在該基材上還具有包括：一凸台區域30(Mesa)、一第一溝渠31(Isolation Trench)、一第二溝渠32、一第三溝渠33、一介電材料26(Dielectric Material)、一第一接觸層270(Contact Layer)、一第二接觸層271~273、一離子佈植層24(Implant Region)、一絕緣層25(Insolating Layer)、以及一出光層274(Power Output Layer)。
該凸台區域30是位於該基底10之上、且是由至少一部分之該 第一鏡層21、該活化層22、該第二鏡層23以及該氧化層231所組構而成。於該凸台區域30的一頂面的一中央處具有一光窗300。於本實施例中，該氧化層231於高度上是與該離子佈植層24的底部是接近的，甚至有部分是重疊。
該第一溝渠31是位於該凸台區域30之內、且環繞於該光窗300的外周緣的至少一部份。該第一溝渠31是由該凸台區域30的該頂面由上向下至少貫穿該第二鏡層23、該氧化層231與該活化層22，使第一溝渠31的底部是位於第一鏡層21。
該第二溝渠32是環繞於該凸台區域30之上半部的外周緣的至少一部份、且與該第一溝渠31相隔一間距。該第二溝渠32是由上向下至少貫穿該第二鏡層23與該氧化層231，使該第二溝渠32的一底部321是位於該活化層22處或該第一鏡層21處兩者其中之一。該氧化層231是由該溝渠31的內周緣朝向該凸台區域30之中央水平延伸。
該第三溝渠33是環繞於該凸台區域30之下半部的外周緣的至少一部份且是自該第二溝渠32的該底部321向下凹陷。並且，該第三溝渠33是由上向下至少貫穿該第一鏡層21(或是貫穿該活化層22及該第一鏡層21)，使該第三溝渠33的一底部331是位於該基底10上表面處。
於本實施例中，該介電材料26是低介電性質的聚合物材料為較佳，且該介電材料26是至少填充於該第一溝渠31中，可提供降低垂直共振腔面射雷射結構之整體電容的功效。於本實施例中，此介電材料26是聚合物，可為Polymide，反射係數為1.5~1.6。本發明藉由挖出第一溝渠31並填補聚合物(介電材料26)，可減少高介電系數的半導體材料的面積，故可以降低電容。該第一接觸層270與該第二接觸層271~273都是屬於金屬層27的一部份。該第一接觸層270是位於該凸台區域30之該頂面上且接觸於該第二鏡層23的一上表面240。該第二接觸層271、272、273是至少位於該第三溝渠33的該底部331且至少接觸於該基底10。於本實施例中，該第二接觸層271、272、273是由該第三溝渠33的該底部331沿著該第三溝渠33與該第二溝渠32分別各具有之一傾斜表面向上延伸至該第二鏡層23的上表面240，使該第二接觸層271、272、273的一頂面2710大致上是位於與該第一接觸層270之頂面的差不多相同高度。因此，本發明之第一接觸層270與第二接觸層271、272、273不僅是位於基底10的同一面、且更是位於大致相同的高度位 置，可以方便後續的打線製程。此外，於該第二溝渠32的該底部321形成一平面，使該第二接觸層271、272、273在該第二溝渠32的該底部321構成一水平延伸的狀態。藉此，不僅可以構成階梯狀的雙層凸台結構，使較大的下層凸台可加大散熱面積及降低熱效應，同時，兩階段凹陷的第二、第三溝渠結構32、33的傾斜面坡度變緩、且在該第二溝渠32的該底部321形成平面，可讓第二接觸層271、272、273在進行電鍍、濺鍍或蒸鍍金屬層時不易造成斷金現象。
該離子佈植層24是位於該第二鏡層23中、且是位於該主動層22的上方。於本實施例中，離子佈植層24的底部有部分與氧化層231重疊，並藉由氧化層231及離子佈植24的相對孔徑大小來控制光學模態。其中，離子佈植屬於增益波導(Gain-guided)，氧化屬於折射波導(index guided)，藉由兩者的混和應用可來控制光學模態。並且，位於該凸台區域30內的該離子佈植層24是位於該光窗300與該第一溝渠31之間、且是環繞於該光窗300的外周緣的至少一部份。其中，該第一接觸層270是接觸於該離子佈植層24的一上表面。本發明藉由在光窗300周圍額外設置的離子佈植區24，可用來控制光學模態及侷限電流；於本實施例中，離子佈植製程可植入質子(Proton)或氧離子，深度介於2~4um。
該絕緣層25是覆蓋於該凸台區域30之一外表面的至少一部份，且該第一接觸層270與該第二接觸層271、272、273至少有一部份是暴露於該絕緣層25之外。該出光層274是位於該凸台區域30之該頂面的該光窗300上，可用來控制出光，其原理是利用出光層274之材料的折射率、厚度與光學波長來調整出。於本實施例中，該出光層274的材質可以是Si3N4、SiO2、Si3O4、SiN、或是SiNO等等。於本實施例中，該出光層274可為介電材質，材料成分可為二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)或是這兩種材料的混和體，反射係數介於1.5~2.0
請參閱圖二A至圖七，為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法的一較佳實施例的其中數個階段示意圖。
如圖二A所示，為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第一階段示意圖。本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法，首先是提供一雷射晶片基材，於該雷射晶片基材上由下而上依序構成：一基底10、 一第一鏡層21位於該基底10之上、一活化層22位於該第一鏡層21上、以及第二鏡層23位於活化層22上。接著，使用一第一光罩及實施一第一遮罩製程程序，在該第二鏡層23的一上表面240形成具有一第一預定圖案的一第一遮罩層，該第一預定圖案是對應於該第一光罩的圖案51。如圖二B所示，為本發明之該第一光罩的圖案51的實施例示意圖。於該第一光罩的圖案51中包含了一中心圓區域510以及環繞於該中心圓區域的外圍的一環狀區域511；其中，該中心圓區域510的半徑為r1，該環狀區域511之內圍的半徑為r2、且該環狀區域511之外圍的半徑為r3。該第一光罩圖案51之該中心圓區域510定義了在該第二鏡層23的上表面240會被遮罩5100覆蓋的該光窗300的位置，且該第一光罩圖案51之環狀區域511定義了在該第二鏡層23的上表面240會被遮罩5110覆蓋且不會被離子佈植的區域。該第一遮罩層即包括了該遮罩5100、5110。接著，如圖二A所示，實施一離子佈植程序，對該第二鏡層23未被該第一遮罩層(遮罩5100、5110)覆蓋的區域進行離子佈植以形成一離子佈植層24，且該離子佈植層24的一底部與該活化層22仍相距有一預定高度。於本實施例中，離子佈植有效區的底部可以有一部分與氧化層位置重疊。本發明藉由在光窗300周圍額外設置的離子佈植區24，可用來控制模態及侷限電流。
如圖三A所示，為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第二階段示意圖。在尚未移除第一遮罩層5100、5110的情況下，使用一第二光罩及實施一第二遮罩製程程序，在該第二鏡層23的該上表面240及該第一遮罩層5100、5110的上方形成具有一第二預定圖案的一第二遮罩層，該第二預定圖案是對應於該第二光罩的圖案52。如圖三B所示，為本發明之該第二光罩的圖案52的實施例示意圖。於該第二光罩的圖案52中包含了一中心圓區域520以及環繞於該中心圓區域的外圍的一外圍區域521；其中，該中心圓區域520的半徑為R1，該外圍區域521之內圍的半徑為R2。該第二光罩圖案52之該中心圓區域520及該外圍區域521定義了在該第二鏡層23的上表面240會被遮罩5200、5210覆蓋的位置，且未被該遮罩5200、5210覆蓋的區域就是稍後會被蝕刻產生第一溝渠31的位置。該第二遮罩層即包括了該遮罩5200、5210。
於本實施例中，該第二光罩圖案52之該中心圓區域520的半 徑R1的值是介於該第一光罩圖案51之該環狀區域511之內圍半徑r2與外圍的半徑r3之間，亦即，r2<R1<r3；並且，該第二光罩圖案52之該外圍區域521之內圍的半徑R2的值是大於該第一光罩圖案51之該環狀區域511之外圍的半徑r3，亦即，r3<R2。因此，在進行前述第一遮罩與第二遮罩的兩道遮罩製程程序時，會具有自我對準的效果，使後續製程所得到之氧化層231孔徑與離子佈植層24孔徑對準精度增加。
接著，如圖四所示，為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第三階段示意圖。實施一第一蝕刻程序，對該第二鏡層23、該活化層22及該第一鏡層21未被該第二遮罩層(遮罩5200、5210)覆蓋的區域進行蝕刻，以形成一第一溝渠31，且該第一溝渠31是自該第二鏡層23的該上表面240向下貫穿該第二鏡層23及該活化層22，使該第一溝渠31的一底部是位於該第一鏡層21。
接著，如圖五所示，為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第四階段示意圖。實施一氧化程序，以便透過該第一溝渠31而在該第二鏡層23內形成水平延伸之一氧化層231，且該氧化層231於高度上是與離子佈植層24是接近的，甚至可以有部分重疊，並且，該氧化層231是位在活化層22之上。相較於習知技術因不具第一溝渠31的結構所以必須透過第二溝渠32來進行氧化層之氧化程序的習知技術而言，本發明由於該氧化層231的氧化程序是透過相對來說更接近光窗300的該第一溝渠31來進行，所以，所需氧化的距離相對較短、氧化程序所需的時間也因此縮短，也減少氧化層231因氧化距離長所衍伸的應力聚集問題。
接著，如圖六所示，為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第五階段示意圖。實施一第二蝕刻程序，以便在該第二鏡層23上形成一第二溝渠32，且該第二溝渠32是自該第二鏡層23的該上表面240向下至少貫穿該第二鏡層23與該氧化層231，使該第二溝渠32的一底部321是位於該活化層22處或該第一鏡層21處兩者其中之一。並且，以一金屬鍍層程序在該第二鏡層23的該上表面240的一預定區域形成一接觸墊也就是稍後會成為第一接觸層270的一部份。
接著，如圖七所示，為本發明之垂直共振腔面射雷射結構的製法中的第六階段示意圖。實施一第三蝕刻程序，以便在該第二溝渠32的 該底部321處形成向下凹陷之一第三溝渠33，且該第三溝渠33是由上向下至少貫穿該第一鏡層21(或是貫穿該活化層22及該第一鏡層21)，使該第三溝渠33的一底部331是位於該基底10處。
之後，再於該第一溝渠31中填充一介電材料26，可提供降低垂直共振腔面射雷射結構之整體電容的功效；以及，在該雷射晶片基材上的適當區域分別形成一出光層274、一絕緣層25、一金屬層27(包括第一接觸層270以及第二接觸層271、272、273)。藉此，便能製作出如圖一所示之本發明之垂直共振腔面射雷射結構。
於本實施例中，如圖一所示，由該第二溝渠32與該第三溝渠33可在該雷射晶片基材上定義出一凸台區域30，該第二溝渠32與該第三溝渠33兩者都是環繞於該凸台區域300的外周緣的至少一部份。該凸台區域300是位於該基底10之上、且是由至少一部分之該第一鏡層21、該活化層22、該第二鏡層23以及該氧化層231所組構而成。於該凸台區域300的一頂面的一中央處具有一光窗300。該第一溝渠31是位於該凸台區域30之內、且環繞於該光窗300的外周緣的至少一部份、且與該第二溝渠32相隔一間距。該第一溝渠31是由該凸台區域30的頂面由上向下至少貫穿該第二鏡層23、該氧化層231與該活化層22。
於本實施例中，該出光層274是位於該凸台區域30之該頂面的該光窗300上，可用來控制出光。該離子佈植層24是位於該第二鏡層23中且是位於該氧化層231的上方但離子佈植層24底部可以和氧化層231部分重疊，並且，位於該凸台區域30內的該該離子佈植層24是位於該光窗300與該第一溝渠31之間、且是環繞於該光窗300的外周緣的至少一部份，可用來控制模態及侷限電流。
於本實施例中，該第一接觸層270是位於該凸台區域30之該頂面上且接觸於該第二鏡層23的上表面。該第二接觸層271、272、273是至少位於該第三溝渠33的該底部331且至少接觸於該基底10，且該第二接觸層271、272、273是由該第三溝渠33的該底部331沿著該第三溝渠33與該第二溝渠32分別各具有之一傾斜表面向上延伸至該第二鏡層23的該上表面，使該第二接觸層271、272、273的一頂面大致上是位於與該第一接觸層270的差不多相同高度。因此，本發明之第一接觸層270與第二接觸層271、272、 273不僅是位於基底10的同一面、且更是位於大致相同的高度位置，可以方便後續的打線製程。該第一接觸層270與該第二接觸層271、272、273至少有一部份是暴露於該絕緣層25之外。其中，於該第二溝渠32的該底部321形成一平面，使該第二接觸層271、272、273在該第二溝渠32的該底部321構成一水平延伸的狀態。藉此，不僅可以構成階梯狀的雙層凸台結構，使較大的下層凸台可加大散熱面積及降低熱效應，同時，兩階段凹陷的第二、第三溝渠結構32、33的傾斜面坡度變緩、且在該第二溝渠32的該底部321形成平面，可讓第二接觸層271、272、273在進行電鍍、濺鍍或蒸鍍金屬層時不易造成斷金現象。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。
Claims (10)
- 一種垂直共振腔面射雷射結構，包括：一基底；一第一鏡層，位於該基底之上；一活化層，位於該第一鏡層上；一第二鏡層，位於活化層上；一氧化層，夾設於該第二鏡層內；一凸台區域，位於該基底之上、且是由至少一部分之該第一鏡層、該活化層、該第二鏡層以及該氧化層所組構而成，於該凸台區域的一頂面的一中央處具有一光窗；一第一溝渠，位於該凸台區域之內、且環繞於該光窗的外周緣的至少一部份；該第一溝渠是由該凸台區域的該頂面由上向下至少貫穿該第二鏡層、該氧化層與該活化層；一第二溝渠，環繞於該凸台區域的外周緣的至少一部份、且與該第一溝渠相隔一間距，該第二溝渠是由上向下至少貫穿該第二鏡層與該氧化層，使該第二溝渠的一底部是位於該活化層處或該第一鏡層處兩者其中之一；一第三溝渠，環繞於該凸台區域的外周緣的至少一部份且是自該第二溝渠的該底部向下凹陷，且該第三溝渠是由上向下至少貫穿該第一鏡層，使該第三溝渠的一底部是位於該基底處；一介電材料，至少填充於該第一溝渠中；一第一接觸層，位於該凸台區域之該頂面上且接觸於該第二鏡層；以及一第二接觸層，至少位於該第三溝渠的該底部且至少接觸於該基底。
- 如申請專利範圍第1項所述之垂直共振腔面射雷射結構，其中：該垂直共振腔面射雷射結構更包括有一絕緣層，覆蓋於該凸台區域之一外表面的至少一部份，且該第一接觸層與該第二接觸層至少有一部份是暴露於該絕緣層之外；該第一鏡層是一n型分佈式布拉格反射鏡層(distributed Bragg reflector；簡稱DBR)，且該第二鏡層是一p型分佈式布拉格反射鏡層；該第一鏡層與該第二鏡層之材質包含有不同鋁莫耳百分比之砷化鋁鎵 (AlGaAs)，並且，該氧化層在第二鏡層中是具有相對最高莫耳百分比的鋁；該氧化層至少是由該第一溝渠的內周緣朝向該凸台區域之中央水平延伸；該介電材料是低介電性質的聚合物材料；以及該第一接觸層與該第二接觸層都是金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述之垂直共振腔面射雷射結構，更包括有：一離子佈植層，位於該第二鏡層中且其高度是與與該氧化層接近或重疊，並且，位於該凸台區域內的該離子佈植層是位於該光窗與該第一溝渠之間、且是環繞於該光窗的外周緣的至少一部份；其中，該第一接觸層是接觸於該第二鏡層的一上表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之垂直共振腔面射雷射結構，更包括有：一出光層，位於該凸台區域之該頂面的該光窗上。
- 如申請專利範圍第1項所述之垂直共振腔面射雷射結構，其中：該第二接觸層是由該第三溝渠的該底部沿著該第三溝渠與該第二溝渠分別各具有之一傾斜表面向上延伸至該第二鏡層的一上表面，使該第二接觸層的一頂面大致上是位於與該第一接觸層的相同高度；於該第二溝渠的該底部形成一平面，使該第二接觸層在該第二溝渠的該底部構成一水平延伸的狀態。
- 一種垂直共振腔面射雷射結構的製法，包括下列步驟：提供一雷射晶片基材，於該雷射晶片基材上藉由一半導體製程由下而上依序構成：一基底、一第一鏡層位於該基底之上、一活化層位於該第一鏡層上、以及第二鏡層位於活化層上；使用一第一光罩及實施一第一遮罩製程程序，在該第二鏡層的一上表面形成具有一第一預定圖案的一第一遮罩層，該第一預定圖案是對應於該第一光罩的圖案；實施一離子佈植程序，對該第二鏡層未被該第一光阻層覆蓋的區域進行離子佈植以形成一離子佈植層，且該離子佈植層的一底部與該活化層仍相距有一預定高度；在尚未移除第一遮罩層的情況下，使用一第二光罩及實施一第二遮罩製程程序，在該第二鏡層的該上表面及該第一遮罩層的上方形成具有一第二 預定圖案的一第二遮罩層，該第二預定圖案是對應於該第二遮罩的圖案；實施一第一蝕刻程序，對該第二鏡層、該活化層及該第一鏡層未被該第二遮罩層覆蓋的區域進行蝕刻，以形成一第一溝渠，且該第一溝渠是自該第二鏡層的該上表面向下貫穿該第二鏡層及該活化層，使該第一溝渠的一底部是位於該第一鏡層；實施一氧化程序，以便透過該第一溝渠而在該第二鏡層內形成水平延伸之一氧化層，且該氧化層於高度上是接近或重疊於該離子佈植層的該底部；實施一第二蝕刻程序，以便在該第二鏡層上形成一第二溝渠，且該第二溝渠是自該第二鏡層的該上表面向下至少貫穿該第二鏡層與該氧化層，使該第二溝渠的一底部是位於該活化層處或該第一鏡層處兩者其中之一；並且，以一金屬鍍層程序在該第二鏡層的該上表面的一預定區域形成一接觸墊；實施一第三蝕刻程序，以便在該第二溝渠的該底部處形成向下凹陷之一第三溝渠，且該第三溝渠是由上向下至少貫穿該第一鏡層，使該第三溝渠的一底部是位於該基底處；以及，於該第一溝渠中填充一介電材料，以及在該雷射晶片基材上的適當區域分別形成一絕緣層、一第一接觸層以及一第二接觸層；其中，由該第二溝渠與該第三溝渠可在該雷射晶片基材上定義出一凸台區域，該第二溝渠與該第三溝渠兩者都是環繞於該凸台區域的外周緣的至少一部份；該凸台區域是位於該基底之上、且是由至少一部分之該第一鏡層、該活化層、該第二鏡層以及該氧化層所組構而成，於該凸台區域的一頂面的一中央處具有一光窗；該第一溝渠是位於該凸台區域之內、且環繞於該光窗的外周緣的至少一部份、且與該第二溝渠相隔一間距；該第一溝渠是由該凸台區域的頂面由上向下至少貫穿該第二鏡層、該氧化層與該活化層；其中，該第一接觸層是位於該凸台區域之該頂面上且接觸於該第二鏡層；該第二接觸層是至少位於該第三溝渠的該底部且至少接觸於該基底，且該第二接觸層是由該第三溝渠的該底部沿著該第三溝渠與該第二溝渠 分別各具有之一傾斜表面向上延伸至該第二鏡層的該上表面，使該第二接觸層的一頂面大致上是位於與該第一接觸層的相同高度；該第一接觸層與該第二接觸層至少有一部份是暴露於該絕緣層之外。
- 如申請專利範圍第6項所述之垂直共振腔面射雷射結構的製法，其中：該第一鏡層是一n型分佈式布拉格反射鏡層(distributed Bragg reflector；簡稱DBR)，且該第二鏡層是一p型分佈式布拉格反射鏡層；該第一鏡層與該第二鏡層之材質包含有不同鋁莫耳百分比之砷化鋁鎵(AlGaAs)，並且，該氧化層在第二鏡層中是具有相對最高莫耳百分比的鋁；該氧化層至少是由該第一溝渠的內周緣朝向該凸台區域之中央水平延伸；該介電材料是低介電性質的聚合物材料；以及該第一接觸層與該第二接觸層都是金屬層。
- 如申請專利範圍第6項所述之垂直共振腔面射雷射結構的製法，其中，該離子佈植層是位於該第二鏡層中，並且，位於該凸台區域內的該離子佈植層是位於該光窗與該第一溝渠之間、且是環繞於該光窗的外周緣的至少一部份。
- 如申請專利範圍第6項所述之垂直共振腔面射雷射結構的製法，更包括有下列步驟：形成一出光層，其位於該凸台區域之該頂面的該光窗上。
- 如申請專利範圍第6項所述之垂直共振腔面射雷射結構的製法，其中，於該第二溝渠的該底部形成一平面，使該第二接觸層在該第二溝渠的該底部構成一水平延伸的狀態。
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