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TWI767598B - 形成垂直腔面發射雷射的光學孔徑之方法和垂直腔面發射雷射 - Google Patents

形成垂直腔面發射雷射的光學孔徑之方法和垂直腔面發射雷射 Download PDF

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德商通快光電器件有限公司
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Abstract

本發明有關一種形成垂直腔面發射雷射（120）的光學孔徑（24）之方法，該方法包含：提供多個半導體層的一層堆疊，該等半導體層包括一中間層，其中該中間層包含一適於氧化的半導體材料，將該中間層氧化至一氧化寬度，以在該中間層形成一氧化外部區域和一非氧化中央區域，去除至少一部分氧化外部區域，使得在去除氧化外部區域或部分氧化外部區域的地方形成一間隙，並在該間隙中沉積一非導電材料。一具有光學孔徑（24）的垂直腔面發射雷射（120）亦描述。

Description

形成垂直腔面發射雷射的光學孔徑之方法和垂直腔面發射雷射
本發明有關一種形成垂直腔面發射雷射的光學孔徑之方法。本發明更有關一種具有光學孔徑的垂直腔面發射雷射。
垂直腔面發射雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）是一種半導體雷射二極體類型，其雷射光束發射垂直於裝置的頂面或底面。典型上，一VCSEL包含兩平行於晶圓表面的分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector，DBR）、及一主動區，該主動區包含一或多個量子井，該等量子井配置在兩DBR之間用於產生雷射光。該等DBR包含多個具有交替高和低折射率的層。在常見的VCSEL中，該等DBR被摻雜為p型和n型材料，從而形成二極體接合。為了致能低臨界值電流，一VCSEL典型具有一或多個光學孔徑，該光學孔徑構造成將VCSEL中的電流限制在一侷限區域。一種形成光學孔徑的技術係使用氧化VCSEL層堆疊的一或多個層中的半導體材料到一期望的氧化深度。待氧化的（多個）層典型上是層堆疊的（多個）高含量鋁層。由於被氧化外部區域是不導電，因此DBR之間的電流路徑被限制在（多個）氧化層的中央非氧化區域。雷射光形成實質上限於（多個）氧化層的中央區域。因此，該中央區域形成光學孔徑。
在VCSEL製程中，有關機械應力的VCSEL的損壞是一嚴重問題，因為其降低VCSEL的操作可靠性和使用壽命。在接近裝置最敏感區域（即光學主動量子井區）產生最大的機械應力量（最高100 MPa）。如果光學孔徑是藉由氧化層而形成的，例如一特定的AlGaAs層，晶體結構轉變為Al2 O3 會產生強烈的晶格失配，從而在Al2 O3 與周圍的AlGaAs層之間產生機械應力。
因此，需要一種形成VCSEL的光學孔徑之改善方法。
本發明之一目的是提供一種在垂直腔面發射雷射中形成光學孔徑之方法，該方法可減少最終VCSEL層堆疊中的機械應力。
本發明之另一目的是提供一具有延長使用壽命及/或操作可靠性的改善的VCSEL。
根據一樣態，提供一種形成垂直腔面發射雷射（VCSEL）的光學孔徑之方法，其包含：
提供多個半導體層的一層堆疊，該等半導體層包括一中間層，其中該中間層包含一適於被氧化的半導體材料； 氧化該中間層至一氧化寬度，以在該中間層中形成一氧化外部區域和一非氧化中央區域； 去除至少一部分的氧化外部區域，從而在氧化區域或氧化外部區域被去除的部分形成一間隙；及 在間隙中沉積一非導電材料。
類似在習知程序，根據本發明的方法使用一氧化程序來定義該中間層中的光學孔徑的尺寸。可藉由氧化寬度來控制光學孔徑的尺寸，而氧化寬度又可藉由氧化程序的持續時間及/或氧化環境的參數（例如壓力和溫度及氧化環境的組成）來控制。氧化速率還取決於被氧化的半導體材料。不同於形成一光學孔徑的習知方法，氧化材料從該中間層的氧化外部區域的至少一部分中去除。還可從氧化外部區域完全去除氧化材料。藉由從氧化外部區域的至少一部分中去除氧化材料，一間隙形成在相鄰該中間層的層堆疊各層之間的中間層，由於在氧化的半導體材料與周圍的非氧化半導體材料之間的強烈晶格失配導致，氧化程序實施的機械應力因此得以緩和。如果從該中間層的氧化外部區域中完全去除氧化材料，則在過渡到非氧化中央區域時，機械應力鬆弛達到氧化外部區域的尖端。
在去除氧化材料之後形成的間隙係至少部分填充一非導電材料，該非導電材料比去除的氧化半導體材料的品質高得多，並且不會導致層堆疊中的機械應力。非導電材料沉積在間隙壁上的間隙中。儘管藉由氧化該中間層的半導體材料獲得的氧化產物，例如從AlAs或AlGaAs氧化獲得的Al2 O3 的機械和電品質較差，但在去除氧化半導體材料後沉積在間隙中非導電材料可能具有非常好的機械和電品質。特別是，沉積的非導電材料可無源斷開（Passivate open）或懸鍵（Dangling bond），這在間隙與周圍的半導體層之間的介面（間隙壁）處在無需施加應力情況下，在氧化程序中產生。此外，沉積材料的電絕緣行致能電流限制。
以下將描述根據本發明的方法之細節
在一具體實施例中，提供該層堆疊可包括： 磊晶生長該層堆疊； 蝕刻該層堆疊以形成VCSEL的一台面的預形體，及至少部分環繞台面的預形體的一支撐結構，該支撐結構包含一外部支撐區域及至少一支撐腹板，支撐腹板連接該外部支撐區域與台面的預形體，其中台面的預形體包括該中間層。
一方面，此程序用於形成一氧化區域供隨後的氧化程序。氧化區域由台面的預形體的外壁形成。
另一方面，在間隙被重新填充之前，機械支撐結構在從中間層去除氧化材料的過程中及之後，有利致能機械穩定性。機械支撐結構的尺寸和強度將取決於所期望的最終VCSEL台面尺寸和氧化寬度。對於較大的氧化寬度，具有多個連接支撐腹板且更堅固的支撐結構是有利的。
在此具體實施例中，如果非導電材料的沉積物還覆蓋台面的預形體的側壁，則可能是有利的，因為其進一步穩定台面的預形體，並且可進一步填充從層堆疊的其他層中去除氧化材料後可能存在的間隙。換句話說，沉積的非導電材料多少被「錨定」到這些層中。
在一具體實施例中，蝕刻層堆疊被執行使得台面的預形體具有一錐形外壁。外壁可從台面的預形體的底部到頂部（即是，在層堆疊的磊晶生長方向上）漸縮。台面的預形體的錐形形狀具有進一步提高台面的預形體的機械穩定性的優點。相對於層堆疊各層的平面定向，氧化區域（台面的預形體的外壁）的側壁角度可選定介於65°至70°之間。在此角度範圍內，當從層中去除氧化材料時，可獲得良好的機械穩定性。
在一具體實施例中，該方法可更包含，在非導電材料沉積在間隙之後，縮減蝕刻台面的預形體以獲得具有一筆直（非錐形）外壁的最終台面。
結合前述具體實施例，台面定義程序可分為兩單獨程序步驟，即是藉由蝕刻層堆疊以提供台面預形體來形成氧化區域的第一步驟；及氧化之後，去除氧化材料並在間隙中填充非導電材料，進一步加工台面的預形體以獲得最終台面，然後最終的台面可具有一垂直於堆疊各層的平面定向的外壁。縮減蝕刻還可去除殘留材料，該殘留材料是當去除氧化材料後重新填充間隙時可能已沉積在台面的預形體的側壁上。
在一進一步具體實施例中，該中間層可具有一厚度，其明顯大於鄰近中間層或在中間層附近的半導體層的厚度。
此處的優點是，相較於較薄的周圍半導體層，較厚的中間層更快氧化。另一優點是，當氧化中間層時產生的氧化材料具有一較高的孔隙率，因此更易於去除。在一習知VCSEL中，由於一較低的崩潰電場及在該層的氧化區域中降低的折射率，使得一較厚的氧化層將導致一光學孔徑具有較小的電流限制能力。由於在根據本發明的方法中去除了氧化材料，所以在根據本發明的方法中不會出現此一缺點，因為在去除氧化材料後，由一高品質的非導電材料取代氧化材料。
可在磊晶程序中定義的中間層厚度可介於約80nm至約100nm的範圍內，而環繞半導體層的厚度可介於約20nm至約30nm的範圍內。
在一具體實施例中，該中間層的半導體材料可為一鋁基半導體材料，特別是AlAs或AlGaAs。
在一進一步具體實施例中，藉由使用一氫氟酸浸漬或基於一氟氣相的蝕刻程序進行蝕刻，以去除氧化的中間層。
較佳為一基於蝕刻程序的氟氣相，亦稱為原子層蝕刻，具有精確的壓力控制。採用此方式可實現一高蝕刻速率。一電漿或其類似物等是較不佳，因為一電漿可能損壞敏感層。氟氣相蝕刻程序的進一步優點是，相對於半導體材料，氧化材料具有較高的選擇性。
在一進一步具體實施例中，沉積非導電材料包含使用原子層沉積來沉積非導電材料。
原子層沉積（Atomic Layer Deposition，ALD）是一適於採用可靠方式填充長寬比高達1000：1的薄間隙的沉積技術。
非導電材料可使用小於間隙厚度的一厚度沉積在間隙壁上，其中非導電材料可使用範圍約2nm至約5nm內的厚度沉積在間隙壁上。如果間隙的厚度大於沉積膜厚度的兩倍，則非導電材料將不會完全填充該中間層中的間隙。如一具體實施例所提供，一進一步材料，特別是高折射率材料，最好在非導電材料沉積後，然後可填充在間隙的剩餘空隙中。
可使用流體化學晶圓沉積執行以一高折射率材料來填充間隙的剩餘空隙。適合作為高折射率材料的材料是AlN、SiN和其類似物等。
非導電材料可為Al2 O3 或氧化的TiN或TiO2 。儘管Al2 O3 可能是氧化程序後中間層的產物（如果中間層包括含例如AlAs），但由於沈積程序，在中間層中去除氧化材料後Al2 O3 層沉積在間隙中時，可具有更高的機械和電品質。特別是，所沉積的Al2 O3 的孔隙可能比半導體材料氧化而產生的Al2 O3 的孔隙少得多，並且可在周圍層的介面處具有一鈍化效應。
在一進一步具體實施例中，氧化中間層可包含濕式氧化，其在溫度約320°C至350°C、壓力高於500 mbar下進行。該測量可能導致一更擴散限制的氧化程序。
一種製造VCSEL的方法可包含根據本發明形成光學孔徑的方法。
根據一進一步樣態，提供一垂直腔面發射雷射，其包含： 多個半導體層的一層堆疊，該等半導體層包括至少一中間層，該中間層包含一半導體材料並形成一垂直腔面發射雷射的光學孔徑， 其中至少一中間層具有一含有半導體材料的中央區域、及一含有非導電材料的沉積層的外部區域。
因此，非導電材料的沉積層是一含有不同於由氧化半導體材料所獲得材料的其他材料之層，因此不同於由氧化中間層的半導體材料所獲得的一氧化層。特別是，沉積層具有比一氧化層更高的機械和電品質。
相對於根據本發明的方法，該垂直腔面發射雷射具有相同或類似如前述的優點。
所述形成光學孔徑的中間層可為VCSEL的DBR中的一層，亦可為主動區與一DBR之間的一層。VCSEL在層堆疊中可具有一個以上的光學孔徑，其可藉由根據本發明的方法形成。
從以下參考附圖的示例性具體實施例的描述，將變得明白其他特徵和優點。
在描述一在垂直腔面發射雷射（VCSEL）中形成光學孔徑的方法之前，將參考圖1描述一具有光學孔徑的VCSEL。VCSEL 10 包含複數個半導體層的一層堆疊。層堆疊在一基材12上可包含一第一分佈式布拉格反射鏡（DBR）14、一用於發射雷射光的主動區16、及一第二DBR 18。主動區16配置在第一DBR 14與第二DBR 18之間。第一DBR 14、主動區16和第二DBR 18形成一光學共振器。例如，第一DBR 14可包含n摻雜的AlGaAs/GaAs層對。主動區16可包含一或多個用於發射雷射的量子井。第二DBR 18可包含p摻雜的AlGaAs/GaAs層對。VCSEL 10 可亦包含一n接點20和一環形p接點22。VCSEL 10的一區域M稱為一台面。
VCSEL 10 更包含一光學孔徑24。在此示例中，光學孔徑24被整合在第二DBR 18中。光學孔徑24形成在VCSEL 10的層堆疊的一中間層26中。在習知的VCSEL中，光學孔徑24藉由氧化中間層26而形成，該中間層26可包含一具有高鋁含量的鋁基半導體材料。例如，中間層26可包含被氧化的AlAs，使得中間層26的一外部區域28包含Al2 O3 ，作為AlAs中間層26的一氧化產物。
中間層26的一中央區域28形成光學孔徑。中間層26的一氧化外部區域29用於侷限通過主動區16的電流，即電流被限制在中間層26的中央區域28。光學孔徑24還將主動區16的光發射侷限在中間層26的中央區域28。應瞭解，在其他具體實施例中，一VCSEL可包含一個以上的中間層，每個中間層形成一光學孔徑。
中間層26的氧化外部區域28的一缺點在於，中間層26的半導體材料的氧化產物（例如Al2 O3 ）與周圍的半導體層（在本示例中為AlGaAs層）表現出強烈的晶格失配。晶格失配會在周圍半導體層中產生機械應力，從而縮短VCSEL的使用壽命並降低其操作可靠性。以下，將參考另外附圖來描述在VCSEL中形成光學孔徑的方法，及減輕這些缺點的此一VCSEL。
根據圖2，提供多個半導體層的一層堆疊40。層堆疊40可包含一基材42並在其上的磊晶生長、複數個形成一第一DBR 44的半導體層、一或多個形成在一主動區46的半導體層、及複數個形成在一第二DBR 48的其他半導體層。DBR 44和48及主動區46可如前述配置。層堆疊40的多個半導體層可包含AlGaAs和GaAs層。
層堆疊40更包含一中間層50，其中將形成光學孔徑。中間層50可配置如第二DBR 48所示。在其他具體實施例中，中間層50可配置在第一DBR 44中、或在主動區46與DBR 44（或DBR 48）之間。
如圖2所示，中間層50的厚度顯著大於半導體層的厚度，例如，在中間層50附近的層52和層54。中間層50的厚度較厚在形成光學孔徑的方法中是有利的，如下所述。例如，中間層50的厚度可在約80nm至約100nm的範圍內。第二DBR 48的層52和54及其餘層的厚度可在約10nm至約15nm的範圍內。
中間層50包含適合於被氧化的一半導體材料。在一具體實施例中，中間層50的半導體材料可為一鋁基半導體材料，特別是AlAs或AlGaAs。
接下來，請即參考圖3和圖4，該方法進行形成一氧化區域。藉由對層堆疊40進行磨邊以形成VCSEL的一台面56的預形體54來執行。當蝕刻層堆疊40時，形成台面56的預形體54，同時形成一支撐結構58，其至少部分（在此完全）環繞台面56。支撐結構58包含一外部支撐區域60、及至少一支撐或連接腹板62，在示例中示出為四個腹板62。腹板62連接外部區域60與台面56。在層堆疊40中形成光學孔徑的方法的後續處理步驟中，支撐結構58在台面56的預形體54的區域中，對層堆疊40提供足夠的支撐。
台面56的預形體54形成用於後續氧化程序的氧化區域，並且包括如圖4所示的中間層50。圖4僅示出位於層堆疊的上層區域中的層堆疊40，在此位於第二DBR 48的區域中。第一DBR 44和基材42未示出。台面56可亦包括主動區46。
執行蝕刻層堆疊40，使得台面56的預形體54具有朝向台面56的一端部64漸縮的一外壁55，該端部是背對基材42的端部。台面56的預形體54的外壁55與層堆疊40各層的平面定向一角度「α」，可在約65°至約75°的範圍內，以提供良好的機械穩定性。
在如前述形成氧化區域之後，如圖5和圖6所示，形成一光學孔徑的方法繼續氧化中間層50。圖5示出開始時的氧化程序，圖6示出終止時的氧化程序。圖5和圖6中的陰影區域表示中間層50的氧化材料。在中間層50的區域中，執行氧化中間層50到氧化寬度小於台面56中的預形體54的總寬度的一半。可在溫度約320℃至350℃且壓力高於500 mbar的範圍下，使用濕式氧化來執行氧化。
如果中間層50包含AlAs或AlGaAs，則氧化的材料包含Al2 O3 。當氧化程序完成時，如圖6所示，中間層50具有一氧化外部區域70和一非氧化中央區域68。圖6所示的中間層50的中央區域68為最終VCSEL中的光學孔徑。
氧化程序還可氧化支撐結構58中的材料，包括如所示支撐結構58的腹板62和外部區域60。
在由台面56的預形體54形成的氧化區域中，層堆疊40的其他層還可能發生氧化，特別是如果其在半導體材料中包含鋁。如前述，中間層50的厚度大於中間層50附近的多個層的厚度。較厚層（例如一厚的AlAs層）的比較薄層（例如多個薄AlAs層）氧化得更快。這意味著中間層50的氧化寬度或深度大於周圍較薄層的氧化寬度或深度。中間層50較厚的另一優點是，氧化材料（例如Al2 O3 ） 具有一較高的孔隙率，因此更容易去除。在一習知的VCSEL製程中，由於一較低的崩潰電場及降低的反射率，使得一厚的多孔Al2 O3 層將導致較小的電流限制和光學模式限制能力。根據本發明的形成一光學孔徑的方法中，這將不會造成問題，因為如下所述，從氧化外部區域70至少部分去除氧化材料。
該方法繼續從中間層50的氧化外部區域70去除氧化材料。去除氧化中間層50，可包括從中間層50的外部區域70去除整個氧化材料，或僅去除其的一部分。換句話說，可在氧化外部區域70的整個寬度上去除氧化材料；或者，僅去除氧化外部區域70的寬度的一部分。
圖7示出在去除氧化材料前之方法的一處理步驟。在此處理步驟中，如圖7的灰色示出層堆疊40覆蓋一微影保護膜72。微影保護膜72覆蓋支撐結構58。如圖10所示，保護結構不覆蓋台面56的預形體54的外壁。圖10更詳細示意保護膜72未覆蓋台面56的預形體54附近的連接腹板62。台面56的預形體54的錐形狀未在圖10示出。
接下來，從中間層50的整個氧化區域70或氧化外部區域70的一部分中去除氧化材料。這在圖8中陰影表示，且其不同於圖7所示外部區域70的陰影線。
從中間層50的氧化外部區域70的寬度的至少一部分去除氧化材料，可藉由使用一氫氟酸浸漬或基於一氟氣相的蝕刻程序的蝕刻所執行。蝕刻程序應具有一高選擇性，使得僅從中間層50的周圍層和中央區域68去除氧化材料，而不會去除半導體材料。最好是，蝕刻程序是在特定壓力控制下在一封閉系統中的一原子層蝕刻。
如圖9所示，從中間層50的氧化外部區域70和從台面56的預形體54的其他區域去除氧化材料，其中由於氧化程序形成了氧化物，從而導致形成間隙78和間隙80。在從中間層50的氧化外部區域70去除氧化材料後，形成間隙78。間隙80形成在其他層中，其中在氧化程序中形成氧化材料，並還藉由原子層蝕刻將其去除。圖9還示意氧化程序導致較厚的中間層50中的一氧化寬度較大於層堆疊40的較薄周圍含鋁層中的氧化寬度。
當在蝕刻程序中去除氧化材料時，支撐結構58有利地機械穩定台面56的預形體54。
將參考圖11至圖13描述該方法進行以一高品質材料填充因去除氧化材料而形成的間隙78、80。
藉由在間隙78、80中沉積一層非導電材料90，最好是藉由原子層沉積，以執行使用高品質材料重新填充間隙78、80。非導電材料可為Al2 O3 或氧化的TiN或TiO2 。藉由原子層沉積法沉積的Al2 O3 在晶體學結構方面具有更高的品質，例如，相較於作為AlAs的一氧化產物Al2 O3 ，其孔隙少且脆性低。在釋放的介面（間隙壁）處無需施加應力的情況下，非導電材料層90亦鈍化開放鍵。非導電材料的電絕緣行為還使可在中間層50中限制到中央區域68的電流。
最好是，非導電材料90沉積在中間層50中的間隙78的間隙壁上，其厚度小於間隙78的厚度。例如，非導電材料90可在間隙78的間隙壁上沉積厚度為約2 nm至約5 nm的範圍。
如果中間層50具有相對較大的厚度，則非導電材料層90將不會在其整個厚度上完全填充間隙78。因此，間隙78中的任何剩餘空隙可額外使用高折射率的材料填充。這可藉由流體化學氣相沉積來執行。一高折射率材料可為在約150℃的溫度下填充的非晶矽（a-Si）。高折射率材料改善將光學模式限制在中間層50的中央區域68的能力，且另外提供台面56的進一步機械穩定性。
圖13示出間隙78現填充非導電材料90；或者，最好是使用非導電材料90和高折射率材料的組合填充。間隙80亦可填充這些材料。
圖12示出在連接腹板62中仍然存在氧化材料70，因為這些區域被保護膜72覆蓋（圖10）。
在如前述重新填充間隙78、80後，預形體54足夠穩定，使得程序可在預形體54的一縮減邊緣處進行，該程序用於去除重新填充過程中任何殘留的材料，以至少部分去除支撐結構的腹板62和外部區域60（例如，在其仍存在來自氧化程序的氧化材料或在最終VCSEL中不需要該結構的區域中），並形成台面56的一筆直外壁（α = 90°）。
圖14示出一用於製備層堆疊40的縮減邊緣的方法之處理步驟。層堆疊40未被縮減蝕刻的區域係使用一微影保護層94保護。如圖14所示，存在非導電材料90的殘餘材料及/或高折射率材料的一部分的區域，未被微影保護層94覆蓋。
接下來，如圖15所示，執行縮減蝕刻以獲得如圖18所示具有一筆直外壁98的最終台面56。縮減蝕刻程序還去除支撐結構58。圖15中的一區域100是層堆疊40的下部區域的部分。圖15示出具有中央區域68和一外部區域70的中間層50，其現包含非導電材料90，或非導電材料90和高折射率材料的組合。
圖16用一線條102表示縮減蝕刻程序去除了台面56的外部區域的一部分，從而導致如圖17所示的一小台面結構。如圖17所示，縮減邊緣程序還可去除填充的間隙80。
根據本發明，圖18示出根據在中間層50中形成光學孔徑24的方法所製造的一VCSEL 120。中間層50的外部區域包含非導電材料90的一沉積層和一高折射率材料106的組合。相較於習知上形成的光學孔徑（藉由氧化中間層而隨後沒有至少部分使用一高品質的非導電層替代氧化層），晶體結構從形成光學孔徑的高品質層過渡到高品質層上方和下方的相鄰層將更清晰而不模糊，而在習知方法的情況下，晶體結構從氧化物層過渡到相鄰層是模糊而不清晰。
圖19示出具有光學孔徑24的一習知VCSEL 150的比較示例。相較於圖18所示的VCSEL 120，根據習知技術製造的VCSEL 150具有比VCSEL 120的台面56更寬的台面152。此外，VCSEL 150的台面152在含有光學孔徑24的層中包含低品質的氧化材料154，所述光學孔徑藉由氧化該層的半導體材料而獲得； 及在環繞光學孔徑24的其他層中。
圖18和圖19還分別示出分別在台面56和台面152頂部上的一電接點124和一電接點156。
應瞭解，根據本發明的方法可在單個台面中形成一個以上的光學孔徑。
10:垂直腔面發射雷射（VCSEL） 12:基材 14:第一分佈式布拉格反射鏡（DBR） 16:主動區 18:第二分佈式布拉格反射鏡（DBR） 20:n接點 22:環形p接點 24:光學孔徑 26:中間層 28:中央區域 29:氧化外部區域 40:層堆疊 42:基材 44:第一分佈式布拉格反射鏡（DBR） 46:主動區 48:第二分佈式布拉格反射鏡（DBR） 50:中間層 52:層 54:層 55:外壁 56:台面 58:支撐結構 60:外部支撐區域 62:連接腹板 64:端部 68:非氧化中央區域 70:氧化外部區域 72:微影保護膜 78:間隙 80:間隙 90:非導電材料 94:微影保護層 98:筆直外壁 100:區域 102:線條 106:高折射率的材料 120:垂直腔面發射雷射（VCSEL） 124:電接點 150:垂直腔面發射雷射（VCSEL） 152:台面 154:氧化材料 156:電接點 M:區域 α:角度
在圖式中：
圖1示出一含有光學孔徑的VCSEL之示意圖；
圖2示出在形成VCSEL的光學孔徑之方法的階段中，多個半導體層的一層堆疊；
圖3示出在形成光學孔徑的方法之另一階段中，圖2所示層堆疊的俯視圖；
圖4示出圖3所示結構之一部分的側視圖；
圖5示出在形成光學孔徑之方法的另一階段中，圖3所示結構的俯視圖；
圖6示出在形成光學孔徑之方法的另一階段中，圖5所示結構的俯視圖；
圖7示出在形成光學孔徑之方法的另一階段中，圖6所示結構的俯視圖；
圖8示出在形成光學孔徑之方法的另一階段中，圖7所示結構的俯視圖；
圖9示出根據圖8之方法的階段中的該結構之一部分的剖面圖；
圖10示出根據圖8之形成光學孔徑之方法的階段中，該結構之一部分的立體側視圖；
圖11示出在形成光學孔徑之方法的另一階段中，圖8所示結構的俯視圖；
圖12示出圖11所示結構之一部分的立體側視圖；
圖13示出圖11所示結構之一部分的剖面側視圖；
圖14示出在形成光學孔徑之方法的另一階段中，圖11所示的結構；
圖15示出在形成光學孔徑之方法的另外階段中，圖14所示結構的俯視圖；
圖16示出圖14所示結構的剖面側視圖；
圖17示出圖15所示結構的剖面側視圖；
圖18示出一具光學孔徑的VCSEL之示意圖；及
圖19示出一具有光學孔徑的VCSEL之比較示例的示意圖。
24:光學孔徑
50:中間層
56:台面
68:非氧化中央區域
70:氧化外部區域
90:非導電材料
98:筆直外壁
100:區域
106:高折射率的材料
120:垂直腔面發射雷射(VCSEL)

Claims (14)

  1. 一種形成垂直腔面發射雷射(120)的光學孔徑(24)之方法，其包含：提供多個半導體層的一層堆疊(40)，該等半導體層包含一中間層(50)，其中該中間層(50)包含一適於被氧化的半導體材料；將該中間層(50)氧化至一氧化寬度，以在該中間層(50)中形成一氧化外部區域(70)和一非氧化中央區域(68)；去除至該氧化外部區域(70)的少一部分，使得在該氧化外部區域(70)或該氧化外部區域(70)的該部分被去除以形成一間隙；及在該間隙(78)中沉積一非導電材料(90)。
  2. 如請求項1所述的方法，其中提供該層堆疊(40)包括：磊晶生長該層堆疊(40)；蝕刻該層堆疊(40)以形成一台面(56)的預形體(54)，及至少部分環繞該台面(56)的該預形體(54)的一支撐結構(58)，該支撐結構(58)包含一外部支撐區域(60)；及至少一支撐腹板(62)，其連接該外部支撐區域(60)與該台面(56)的該預形體(54)，其中該台面(56)的該預形體(54)包括該中間層(50)。
  3. 如請求項2所述的方法，其中蝕刻該層堆疊(40)被執行，使得該台面(56)的該預形體(54)具有一錐形的外壁(55)。
  4. 如請求項3所述的方法，其更包含，在該非導電材料(90)沉積在該間隙(78)中之後，縮減蝕刻該台面(56)的該預形體(54)以獲得具有一筆直外壁(98)的最終台面(56’)。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的方法，其中該中間層(50)具有一厚度，其明顯大於鄰近該中間層(50)或其附近的半導體層的厚度。
  6. 如請求項5所述的方法，其中該中間層(50)具有在約80nm至約100nm的範圍內之厚度。
  7. 如請求項1所述的方法，其中該中間層(50)的該半導體材料是一鋁基半導體材料，特別是AlAs或AlGaAs。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該中間層(50)的該氧化外部區域(70)的至少一部分的去除，藉由使用一氫氟酸浸漬或基於一氟氣相的蝕刻程序的蝕刻所執行。
  9. 如請求項1所述的方法，其中沉積該非導電材料(90)包含使用原子層沉積來沉積該非導電材料(90)。
  10. 如請求項1所述的方法，其中該非導電材料(90)使用一厚度小於該間隙(78)的厚度沉積在該間隙(78)的壁上，其中該非導電材料(90)最好是使用約2nm至約5nm範圍內的厚度沉積在該間隙(78)的該壁上。
  11. 如請求項1所述的方法，其中該非導電材料(90)是Al2O3或氧化的TiN或TiO2。
  12. 如請求項1所述的方法，其更包含，在該非導電材料(90)沉積之後，使用一高折射率的材料(106)填充該間隙的一剩餘空隙。
  13. 如請求項12所述的方法，其中該填充藉由使用流體化學氣相沉積該高折射率的材料(106)來執行。
  14. 如請求項1所述的方法，其中氧化該中間層(50)包含濕式氧化，其在溫度約320℃至350℃、壓力高於500mbar下進行。
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