TWI229485B - Semiconductor laser device structure and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
1229485
五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一接_ 特別的是有關於〜種可f f半導體元件的製造方法，且 準失誤發生的半導體雷私夂義p型金屬的位置時，避免對 【先前技術】 、70件之結構及其製造方法。 傳統方式製作2〜5 ,, _ 射之凸出平台的頂面面』脊狀波導雷射，由於脊狀波導雷 屬的位置，如下列圖i盘積 11因此报難準確定義p型金 圖1為習知一種半' 面示意圖。 導體雷射凡件在定義P型金屬時的剖 請參考圖1 ’習知备止 structure) 100 製作成 ^ ^把磊晶結構（epitaxial 狀結構106。然後，括兩通道102與一凸出部的脊 凸出部104的頂面面穑型金屬108的位置。不過，因為 108的位置。 囬槓極小，所以很難準確定義P型金屬
另外，圖2為羽A P 屬時的剖面示意圖另—種半導體雷射元件在定義p型金 言青 ζ\ 、 製作成包括i诵’、^烹Γ這種方法同樣會先把遙晶結構200 德，4脾姐说道2 0 2與一凸出部204的脊狀結構206。然 刿芻裎將苑ΐ層210形成於蠢晶結構2 0 0上，再利用微影餘 i厣2〗0推〜疋形成Ρ型金屬的位置暴露出來。然而，在絕 沒i準確異仃微影餘刻製程時’同樣會因為對準誤差’而 & 土伽几二露出凸出部2 0 4的頂面，使後續形成的P型金屬 無法與凸出部2 04的頂面完全接觸。
1229485 五、發明說明（2) '^^ 目前解決前述缺點的方法是將p型金屬的尺寸 如下圖3。 、小， 圖3為習知另一種半導體雷射元件在定義p型金 剖面示意圖。 @ 的 請參考圖3 ’這種方法也是先將磊晶結構3 〇 〇製作成勺 括兩通道3 0 2與一凸出部3 〇4的脊狀結構3〇6。然後，將絕i 緣層3 0 8形成於磊晶結構3 〇 〇上，再利用微影蝕刻製程將預 定形成P型金屬的位置暴露出來。之後，將p型金屬31〇形 成於暴露出的凸出部3 〇 4上。雖然這種方法可大幅降低對 準失誤的問題，但是，由於圖3所示的脊狀結構3〇6的凸出 部3 0 4並沒有完全被P型金屬31〇所覆蓋，因此其歐姆接觸 電阻會較大’而且熱散溢也較差。 【發明内容】
本發明的目的是在提供一 法，可容忍較大的對準誤差， 散溢，進而增加半導體雷射元 本發明的再一目的是提供 方法’可同時製作P型電極與/N 高良率。 N 本發明的又一目的是提供 構’具有較低的歐姆接觸電阻 本發明提出一種半導體雷 提供一蟲晶層結構，於磊晶層 定義出脊狀結構的凸出區域。 種半導體雷射元件的製造方 降低歐姆接觸電阻，增加熱 件之光性與電性。 一種半導體雷射元件的製造 型電極，並且簡化製程、提 種半導體雷射元件的結 元件的製造方法，此方法 構上形成第一罩幕層，以 著，於磊晶層結構上形成
1229485 五、發明說明（3) 共形的第二罩幕層覆蓋第一罩幕層。之後，於第二罩幕層 上形成第三罩幕層，以暴露出第一罩幕層上方的部分第二 罩幕層。移除暴露出的第二罩幕層。然後，以第一罩幕層 與第三罩幕層作為罩幕，移除部分磊晶層結構，以形成一 脊狀結構。之後，移除第三罩幕層與剩餘的第二罩幕層。 續後，於磊晶層結構上形成絕緣層。接著，移除第一罩幕 層，以暴露出部分凸出區域的頂面。最後，於嘉晶層結構 上形成一導體層，其中導體層與暴露出的凸出區域的頂面 相接觸。 本發明又提出一種半導體雷射元件的製造方法，此方 法提供一磊晶層結構，其具有一 N型電極區域與一 P型電極 區域。於磊晶層結構的P型電極區域與N型電極區域上形成 第一罩幕層，以定義出P型電極區域的脊狀結構的凸出區 域以及N型電極區域的N型歐姆接觸金屬區域。之後，於磊 晶層結構上形成共形的第二罩幕層。於第二罩幕層上形成 第三罩幕層，暴露出P型電極區域的第一罩幕層上之部分 第二罩幕層。接著，移除暴露出的第二罩幕層，以P型電 極區域的第一罩幕層與第三罩幕層作為罩幕，移除部分磊 晶層結構，以於P型電極區域形成脊狀結構。之後，移除 第三罩幕層與剩餘的第二罩幕層。然後，於磊晶層結構上 形成一絕緣層，覆蓋P型電極區域的該脊狀結構與該N型電 極區域之該接觸金屬區域。接著，移除第一罩幕層，以暴 露出P型電極區域的脊背結構之凸出區域的頂面，以及暴 露出N型電極區域之N型歐姆接觸金屬區域。然後，於暴露
13063twf.ptd 第9頁 1229485 五、發明說明（4) 出的N型歐姆接觸金屬區域上形成第一導體層。之後，凸 出區域的頂面上形成第二導體層，其中第二導體層與凸出 區域的頂面完全接觸。 本發明又提出一種半導體雷射元件的結構，包括一基 底、一第二彼覆層位於基底上，以及有一第二歐姆接觸層 位於第二彼覆層上。而在第二彼覆層與第二歐姆接觸層内 形成有一脊狀結構，此脊狀結構包括有兩通道與一凸出 部。其中，此兩通道貫穿第二歐姆接觸層及第二披覆層的 部分厚度。而凸出部位於兩通道之間。此外，還有一絕緣 層位於凸出部頂面以外的第二歐姆接觸層上，以及一導體 層包覆脊狀結構並與凸出部頂面相接觸。另外，還有一第 一歐姆接觸層、一第一彼覆層、一第一波導層、一發光主 動層與一第二波導層依序由基底層疊至第二坡覆層。 由於本發明在脊狀結構的兩通道上有絕緣材料保護， 故可以有較寬區域，提供導體層覆蓋。因此，可容忍較大 的對準誤差，降低歐姆接觸電阻，增加熱散溢，進而增加 半導體雷射元件之光性與電性。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下。 【實施方式】 以下說明的半導體雷射元件的製造及結構，只有支持 本發明及提供了解本發明所必要才加以描述。且實施例的 製造流程沒有按照尺寸繪製，各種元件的尺寸大小可越伊
13063twf.ptd 第10頁 1229485 五、發明說明（5) 意變長或縮小。 第一實施例： 圖4 A至圖4F為繪示依照本發明之第一實施例之半導體 雷射元件的製造流程剖面圖。 請參照圖4 A，提供一磊晶層結構4 〇 〇，其具有一 N型電 極區域4 0 2與一P型電極區域4 0 4。之後，於磊晶層結構4 00 的P型電極區域404與N型電極區域402上形成第一罩幕層 406 ’以定義出P型電極區域404的脊狀結構的一凸出區域 405以及N型電極區域402的N型歐姆接觸金屬區域。之後， 於磊晶層結構4 0 0上形成共形的第二罩幕層40 8，覆蓋第一 罩幕層406。其中N型電極區域402例如為N型歐姆接觸層。 P型電極區域404例如為P型歐姆接觸層。第二罩幕層40 8之 材質包括矽氧化物或其它適當材質。其中第一罩幕層406 之材質包括鎳。 接著，請參照圖4B，於第二罩幕層408上形成第三罩 幕層410，暴露出P型電極區域4 04的第一罩幕層406上之部 分第二罩幕層408。 然後，請參照圖4 C，移除暴露出的第二罩幕層4 0 8。 以P型電極區域4 04的第一罩幕層406與第三罩幕層410作為 罩幕，移除部分磊晶層結構4 0 0，以於P塑電極區域404形 成一脊狀結構4 1 6。其中此脊狀結構4 1 6包括兩通道4 1 4與 一凸出部412。其中凸出部412為1微米至微米。蝕刻部 分蠢晶層結構4 0 0的方法包括活性離子#刻’其餘刻氣體 包括Ar/CH4/Cl9/He。
13063twf.ptd 第11頁 1229485 五、發明說明（6) 之後，請參照圖4D，移除第三罩幕層41〇與剩餘的第 二罩幕層4 0 8 a。然後，於磊晶層結構4 〇 〇上形成一絕緣層 418，覆蓋P型電極區域404的脊狀結構416之凸出部412的 頂面與N型電極區域之N型歐姆接觸金屬區域4〇3。其中絕 緣層4 1 8之材質包括矽氧化物。 a 接著，請參照圖4 E，移除第一罩幕層4 〇 6，以暴露出p 型電極區域4 04部分凸出部412的頂面，以及暴露出N型電 極區域402之N型歐姆接觸金屬區域4〇3。其中移除第一罩 幕層4 0 6的方法包括利用煮沸的王水（η n ·· η c 1 =： 1 : 3， 1 0 5 〇C )。 ’ 之後，請參照圖4F，於暴露出的n型歐姆接觸金屬區 域4 03上形成一第一導體層422於凸出部412的頂面上形成 一第二導體層424，其中第二導體層424與凸出部412的頂 面完全接觸。其中第一導體422之材質包括n型鈦/鋁/鈦/ 金。第二導體424之材質包括P型鎳/金。後續步驟可於蟲 晶層結構上形成一金屬層，覆蓋第一導體層422與第二導 體層424作為電極之用。 第二實施例： 圖5係繪示依照本發明之第二實施例之半導體雷射元 件的剖面圖。 請參照圖5，本實施例之結構包括一基底5 〇 〇，依序在 此基底500上具有第一歐姆接觸層502、第一彼覆層5〇4、 第一波導層505、發光主動層506、第二波導層5〇7、第二 彼覆層508與第二歐姆接觸層510。其中第一歐姆接觸層
13063twf.ptd 第12頁 1229485 五、發明說明（7) 502、第一彼覆層5/4、第_波導層5〇5、發光主動層5〇6、 第一波導層507、第二披覆層508與第二歐姆接觸層51〇組 成一磊晶結構5 22。且在第二披覆層5〇8與第二歐姆接觸層 5 1 0内形成有一脊狀結構5 1 8，此脊狀結構5〗8包括二通道 514 與一凸出部 516 。盆 及第二披覆層5 0 8的部分厚通声道514^t9歐姆接觸層510 516的頂面以外的^：二f 位於凸出部 於基底5 0 0上，此導層510上。一導體層520位 部516頂面相接觸。盆: i覆脊狀結構518，並與凸出 一披覆層5 04為N型°歐、所插述的第一歐姆接觸層502與第 5 0 8與第二歐姆接觸層與N型披覆層。第二披覆層 由於本發明在脊曰狀仕=^披覆層與P型歐姆接觸層。 金屬覆蓋。因此，可解決= 低ί = 電p且，增加熱散溢，進而allgnment;，降 之光性與電性。 R進而增加半導體雷射元件 雖然本發明 限定本發明η壬何熟ί此技；；揭=上，然其並非用以 和範圍内，當可作些許之更；不脫離本發明之精神 乾圍當視後附之申請專利範圍；界J者：j本發明之保護 護，故可以有較寬區域、:提；自有絕緣材料保 I覆蓋。因此，沉A通；;、仃對準1造p型歐姆接觸 _
13063twf.ptd 第13頁 齡 1229485 圖式簡單說明 圖1為習知一種半導體雷射元件在定義p型金屬時的剖 面不意圖。 圖2為習知另一種半導體雷射元件在定義P型金屬時的 剖面示意圖。 圖3為習知另一種半導體雷射元件在定義P型金屬時的 剖面不意圖。 圖4 A至圖4 F為繪示依照本發明之第一實施例之半導體 雷射元件的製造流程剖面圖。 圖5係繪示依照本發明之第二實施例之半導體雷射元 件的剖面圖。
【圖式標示說明】 1 0 0、2 0 0、3 0 0、4 0 0、5 2 2 ··磊晶結構 102、202、302、414、514 ··通道 4 0 5 :凸出區域 104 、204 、304 、412 、516 ：凸出告P 1 0 6、2 0 6、3 0 6、4 1 6、5 1 8 :脊狀結構 1 0 8、3 1 0 ·· ·· P 型金屬 2 1 0、3 0 8、4 1 8、5 1 2 :絕緣層 402 :N型電極區域 404 :P型電極區域 403 :N型歐姆接觸金屬區域
4 0 6、40 8、40 8a、41 0 :罩幕層 4 2 2、424 :導體層 500 :基底
13063twf.ptd 第14頁 1229485 圖式簡單說明 502 第一歐姆接觸層 504 第一彼覆層 505 第一波導層 506 發光主動層 507 第二波導層 508 第二彼覆層 510 第二歐姆接觸層
1H1I 13063twf.ptd 第15頁
Claims (1)
1229485 ar 六、申請專利範圍 ‘ 1. 一種半導體雷射元件的製造方法，包括： 提供一磊晶層結構； 於該磊晶層結構上形成一第一罩幕層，以定義出一脊 狀結構的一凸出區域； 於該磊晶層結構上形成共形的一第二罩幕層，覆蓋該 第一罩幕層； 於該第二罩幕層上形成一第三罩幕層，以暴露出該第 一罩幕層上方的部分該第二罩幕層； 移除暴露出的該第二罩幕層； 以該第一罩幕層與該第三罩幕層作為罩幕，移除部分 該磊晶層結構，以形成該脊狀結構； 移除該第三罩幕層與剩餘的該第二罩幕層； 於該磊晶層結構上形成一絕緣層； 移除該第一罩幕層，以暴露出該凸出區域的頂面；以 及 於該脊狀結構上形成一導體層，其中該導體層與暴露 出的該凸出區域的頂面相接觸。 2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中移除部分該磊晶層結構的方法包括一活性離 子餘刻。 · 3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中該活性離子蝕刻採用的蝕刻氣體包括 Ar/CH4/C12/He ° 4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射元件的製
13063twf.ptd 第16頁 1229485 六、申請專利範圍 造方法，其中該絕緣層之材質係包括矽氧化物。 5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中移除該第一罩幕層的方法包括利用煮沸的王 水移除。 6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中該第一罩幕層、該第二罩幕層與該第三罩幕 層之材質係包括氮化矽、氧化石夕、金屬、光阻之單層、多 層結構及其所組合之族群之一。 7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中該導體層之材質係包括P型鎳/金。 8 · —種半導體雷射元件的製造方法，包括： 提供一磊晶層結構，其具有一 N型電極區域與一 P型電 極區域； 於該磊晶層結構上形成一第一罩幕層，以定義出該P 型電極區域的一脊狀結構的一凸出區域以及該N型電極區 域的一N型歐姆接觸金屬區域； 於該磊晶層結構上形成共形的一第二罩幕層，覆蓋該 第一罩幕層； 於該第二罩幕層上形成一第三罩幕層，暴露出該P型 電極區域的該第一罩幕層上方的部分該第二罩幕層； 移除暴露出的該第二罩幕層； 以該P型電極區域的該第一罩幕層與該第三罩幕層作 為罩幕，移除部分該磊晶層結構，以於該P型電極區域形 成該脊狀結構；
13063twf.ptd 第17頁 1229485 六、申請專利範圍 移除該第三罩幕層與剩餘的該第二罩幕層； 於該磊晶層結構上形成一絕緣層，覆蓋該p型電極區 域的該脊狀結構與該N型電極區域之該接觸金屬區域； 移除該第一罩幕層，以暴露出該P型電極區域的該脊 狀結構之該凸出區域的頂面’以及暴露出該N型電極區域 之該N型歐姆接觸金屬區域； 於暴露出的該N型歐姆接觸金屬區域上形成一第一導 體層；以及 於該凸出區域的頂面上形成一第二導體層，其中該第 二導體層與該凸出區域的頂面完全接觸。 9 .如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中移除部分該磊晶層結構的方法包括一活性離 子钱刻。 如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 ，其中該活性離子蝕刻採用的蝕刻氣體包括Ar/CH4 〇 · 如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 其中該絕緣層之材質係包括矽氧化物。 如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 其中移除該第一罩幕層的方法包括利用煮沸的王 如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 ，其中該第一罩幕層、該第二罩幕層與該第三罩幕 層之材質係包括氮化矽、氧化矽、金屬、光阻之單層、多 10. 造方法 /Cl2/He 1 1 . 造方法 12. 造方法 水移除 13. 造方法
13063twf.ptd 第18頁 1229485 六、申請專利範圍 層結構及其所組合之族群之一。 1 4.如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中於該凸出區域的頂面上形成該第二導體層之 後，更包括於該蠢晶層結構上形成一金屬層，覆蓋該第一 導體層與該第二導體層。 1 5.如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中該罩幕層之材質包括鎳。 1 6.如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中該第一導體層之材質包括N型鈦/鋁/鈦/金。
1 7.如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射元件的製 造方法，其中該第二導體層之材質包括P型鎳/金。 1 8. —種半導體雷射元件結構，包括： 一基底； 一第二披覆層，位於該基底上； 一第二歐姆接觸層，位於該第二彼覆層上，其中在該 第二彼覆層與該第二歐姆接觸層内，形成有一脊狀結構， 該脊狀結構包括： 二通道，貫穿該第二歐姆接觸層及該第二彼覆層 的部分厚度；以及 一凸出部，位於該些通道之間；
一絕緣層，位於該凸出部頂面以外的該第二歐姆接觸 層上； 一導體層，包覆該脊狀結構，並與該凸出部頂面相接 觸；
13063twf.ptd 第19頁 1229485 六、申請專利範圍 一第一歐姆接觸層，位於在該基底與該第二彼覆層之 間； 一第一彼覆層，位於在該第一歐姆接觸層與該第二彼 覆層之間； 一第一波導層，位於在該第一披覆層與該第二彼覆層 之間； 一發光主動層，位於在該第一波導層與該第二彼覆層 之間；以及 一第二波導層，位於在該發光主動層與該第二披覆層 之間。 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該絕緣層之材質包括矽、氧化矽、苯環丁烯 (BCB)、聚亞醯胺（Polyimide)之單層、多層結構及其所組 合之族群之一。 2 0.如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該凸出部之寬度為1微米至1 〇微米。 2 1 .如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該凸出部之寬度為1微米至3微米。 2 2.如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該導體層的寬度大於或等於該脊狀結構的該凸出 部的寬度。 2 3.如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該基底之材質包括藍寶石（sapphire)或氮化鎵 (GaN) °
13063twf.ptd 第20頁 1229485 六、申請專利範圍 2 4.如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該基底包括一皿-V族元素之多種組合化合物半 導體。 2 5 .如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該m-v族元素之多種組合化合物半導體中的m 族元素包括铭、銦、鎵與领。 2 6 .如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該Π-V族元素之多種組合化合物半導體中的V 族元素包括氮、磷、砷與銻。 2 7.如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該發光主動層包括多重量子井（multiple quantum well ， MQW) 〇 2 8 .如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該第二歐姆接觸層之材質包括P型氮化鎵。 2 9.如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該第一歐姆接觸層之材質包括N型氮化鎵。 3 0 .如申請專利範圍第1 8項所述之半導體雷射元件結 構，其中該導體層之材質包括P型金屬鎳/金。
13063twf.ptd 第21頁
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