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TWI882457B - 形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法 - Google Patents

形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法 Download PDF

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Abstract

一種形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法，其包含：將具有直徑為25um~30um之圓形垂直腔表面發射雷射台面之垂直腔表面發射雷射晶圓放入至濕氧爐中；將濕氧爐抽真空；將濕氧爐升溫至250~350°C並維持第一時間區段，且於第一時間區段通入N 2氣體及H 2O氣體至濕氧爐中；持續通入N 2氣體及H 2O氣體至濕氧爐中，同時將濕氧爐升溫至350~450°C並維持第二時間區段；持續通入N 2氣體及H 2O氣體至濕氧爐中，同時將濕氧爐升溫至400~450°C並維持第三時間區段；維持濕氧爐在400~450°C，以開始對垂直腔表面發射雷射晶圓進行氧化；於垂直腔表面發射雷射晶圓氧化結束後，通入N 2氣體至濕氧爐內進行降溫至150°C；以及從濕氧爐取出垂直腔表面發射雷射晶圓。

Description

形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法
本發明係關於一種垂直腔表面發射雷射元件，特別是關於形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法。
近年來，垂直腔表面發射雷射(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)元件作為光源而廣泛地運用在電子消費品(例如：虛擬實境(virtual reality，VR)感測裝置)上。
一般已知650nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層的濕氧孔徑形狀皆為菱形或盾形，鮮少濕氧孔徑形狀為圓形。習知技術中，僅有940nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層的濕氧孔徑形狀近似為圓形。然而，由於650nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層結構及成長特性與940nm垂直腔表面發射雷射元件存在本質上的差異，使得650nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層的濕氧孔徑形狀一直無法有效控制成如同940nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層的濕氧孔徑近似為圓形。
有鑑於此，如何將650nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層的濕氧孔徑形狀形成為圓形係屬業界亟需解決的課題。
本發明之目的在於，改善650nm垂直腔表面發射雷射元件的穩定性及提升可靠度和耐受性，透過針對濕氧爐的操作參數進行調整與改進，以將650nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層的濕氧孔徑形狀形成實質上為圓形。
為達上述目的，本發明揭露一種形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法。該方法包含步驟：將一垂直腔表面發射雷射晶圓放入至一濕氧爐中，該垂直腔表面發射雷射晶圓具有一直徑為25um~30um之圓形垂直腔表面發射雷射台面(mesa)；將該濕氧爐抽真空；將該濕氧爐升溫至250~350℃並維持一第一時間區段，且於該第一時間區段通入N2氣體及H2O氣體至該濕氧爐中；持續通入該N2氣體及該H2O氣體至該濕氧爐中，同時將該濕氧爐升溫至350~450℃並維持一第二時間區段；持續通入該N2氣體及該H2O氣體至該濕氧爐中，同時將該濕氧爐升溫至400~450℃並維持一第三時間區段；維持該濕氧爐在400~450℃，以開始對該垂直腔表面發射雷射晶圓進行氧化；於該垂直腔表面發射雷射晶圓氧化結束後，通入該N2氣體至該濕氧爐內進行降溫至150℃；以及於降溫至150℃後，從該濕氧爐取出該垂直腔表面發射雷射晶圓。
於一範例中，該方法在將該垂直腔表面發射雷射晶圓放入至該濕氧爐中前，更包含步驟：在一濕氧製程機台待機狀態下，通入該N2氣體及該H2O氣體至該濕氧爐內以確認該N2氣體之一流量與該H2O氣體之一流量是否正常；以及當確認該N2氣體之流量及該H2O氣體之該流量正常後，將該垂直腔表面發射雷射晶圓放入至該濕氧爐中。
於一範例中，該N2氣體係以10公升/分鐘(L/min)通入至該濕氧爐中。
於一範例中，該H2O氣體係以2克/小時(g/h)通入至該濕氧爐中。
於一範例中，將該濕氧爐升溫至250~350℃係以10~40℃/min進行升溫。
於一範例中，該第一時間區段為6~8min。
於一範例中，將該濕氧爐升溫至350~450℃係以10~30℃/min進行升溫。
於一範例中，該第二時間區段為1~2min。
於一範例中，將該濕氧爐升溫至400~450℃係以10~25℃/min進行升溫。
於一範例中，該第三時間區段為1~2min。
於一範例中，該方法更包含步驟：從該濕氧爐取出該垂直腔表面發射雷射晶圓，使該垂直腔表面發射雷射晶圓於常溫中自然冷卻。
在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。
100:方法
200:垂直腔表面發射雷射晶圓
D:直徑
S101~S115:步驟
圖1係本發明形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法的流程圖；以及圖2係本發明之垂直腔表面發射雷射晶圓之俯視示意圖，其顯示垂直腔表面發射雷射晶圓具有直徑為25um~30um之圓形垂直腔表面發射雷射台面(mesa)。
以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，並非用以限制實際比例。
本發明之一實施例如圖1所示，其為形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法100的流程圖。
首先，於步驟S101中，將一垂直腔表面發射雷射(VCSEL)晶圓放入至一濕氧爐中，該垂直腔表面發射雷射晶圓具有一直徑為25um~30um之圓形垂直腔表面發射雷射台面(mesa)。於本實施例中，垂直腔表面發射雷射晶圓可為4吋晶圓。舉例而言，圖2顯示本發明之VCSEL晶圓200之俯視示意圖，其顯示垂直腔表面發射雷射晶圓200具有直徑D為25um~30um之圓形垂直腔表面發射雷射台面。所述技術領域中具有通常知識者可瞭解，垂直腔表面發射雷射台面係650nm VCSEL元件製造過程中，經磊晶層生長、遮罩、曝光顯影及蝕刻所形成的結構，故在此將不另贅述說明。
隨後，於步驟S103中，將該濕氧爐抽真空。於步驟S105中，將該濕氧爐升溫至250~350℃並維持一第一時間區段，且於該第一時間區段通入N2氣體及H2O氣體至該濕氧爐中。於步驟S107中，持續通入該N2氣體及該H2O氣體至該濕氧爐中，同時將該濕氧爐升溫至350~450℃並維持一第二時間區段。於步驟S109中，持續通入該N2氣體及該H2O氣體至該濕氧爐中，同時將該濕氧爐升溫至400~450℃並維持一第三時間區段。步驟S105中所述之於該第一時間區段通入N2氣體及H2O氣體係指在恆溫階段開始通入N2氣體及H2O氣體。在步驟S107及S109中所述之持續通入N2氣體及H2O氣體係指升溫及恆溫階段維持通入N2氣體及H2O氣體。
接著，於步驟S111中，維持該濕氧爐在400~450℃，以開始對該垂直腔表面發射雷射晶圓進行氧化。詳言之，一旦濕氧爐溫度到達400~450℃即代表到達氧化所需的溫度，此時氧化開始進 行。之後，於步驟S113中，於該垂直腔表面發射雷射晶圓氧化結束後，通入該N2氣體至該濕氧爐內進行降溫至150℃。詳言之，於開始對垂直腔表面發射雷射晶圓進行氧化後，當濕氧孔徑到達預定目標時，則代表氧化結束，故後續開始通入N2氣體以進行降溫。實作上，步驟S113約花費1個小時可降溫至150℃。於步驟S115中，於降溫至150℃後，從該濕氧爐取出該垂直腔表面發射雷射晶圓。
於一實施例中，在步驟S101前，方法100可更包含步驟：在一濕氧製程機台待機狀態下，通入該N2氣體及該H2O氣體至該濕氧爐內以確認該N2氣體之一流量與該H2O氣體之一流量是否正常；以及當確認該N2氣體之流量及該H2O氣體之該流量正常後，將該VCSEL晶圓放入至該濕氧爐中。如此一來，可確保濕氧製程可獲得預期的結果。上述濕氧製程機台係指包含濕氧爐以進行濕氧製程的機台。
於一實施例中，該N2氣體較佳地係以10公升/分鐘(L/min)通入至該濕氧爐中。
於一實施例中，該H2O氣體較佳地係以2克/小時(g/h)通入至該濕氧爐中。
於一實施例中，將該濕氧爐升溫至250~350℃較佳地係以10~40℃/min進行升溫。
於一實施例中，該第一時間區段較佳地為6~8min。
於一實施例中，將該濕氧爐升溫至350~450℃係較佳地以10~30℃/min進行升溫。
於一實施例中，該第二時間區段較佳地為1~2min。
於一實施例中，將該濕氧爐升溫至400~450℃係較佳地以10~25℃/min進行升溫。
於一實施例中，該第三時間區段較佳地為1~2min。
須說明者，上述時間區段及升溫速率等參數係以較佳的參數來舉例說明，以實現將650nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層的濕氧孔徑形狀形成為實質上圓形之目的。惟，所屬技術領域中具有通常知識者基於本發明之方法的該等步驟對這些參數所進行的任何調整皆應落入本發明之保護範疇。
於一實施例中，於步驟S115後，方法100可更包含步驟：從該濕氧爐取出該垂直腔表面發射雷射晶圓，使該垂直腔表面發射雷射晶圓於常溫中自然冷卻。於其他實施例中，從該濕氧爐取出該垂直腔表面發射雷射晶圓後，可將垂直腔表面發射雷射晶圓至於非常溫環境中冷卻，以加速冷卻速度。
綜上所述，本發明提供了一種改善垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法，其透過針對濕氧爐的操作參數進行調整與改進，以將650nm垂直腔表面發射雷射元件的磊晶層的濕氧孔徑形狀形成為實質上圓形。因此，本發明可有效地改善650nm垂直腔表面發射雷射元件的穩定性及提升可靠度和耐受性。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此 技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
100:方法
S101~S115:步驟

Claims (11)

  1. 一種形成垂直腔表面發射雷射元件的濕氧孔徑形狀之方法，該方法包含以下步驟： 將一垂直腔表面發射雷射晶圓放入至一濕氧爐中，該垂直腔表面發射雷射晶圓具有一直徑為25um~30um之圓形垂直腔表面發射雷射台面（mesa）； 將該濕氧爐抽真空； 將該濕氧爐升溫至250~350°C並維持一第一時間區段，且於該第一時間區段通入N 2氣體及H 2O氣體至該濕氧爐中； 持續通入該N 2氣體及該H 2O氣體至該濕氧爐中，同時將該濕氧爐升溫至350~450°C並維持一第二時間區段； 持續通入該N 2氣體及該H 2O氣體至該濕氧爐中，同時將該濕氧爐升溫至400~450°C並維持一第三時間區段； 維持該濕氧爐在400~450°C，以開始對該垂直腔表面發射雷射晶圓進行氧化； 當一濕氧孔徑到達一預定目標時，結束對該垂直腔表面發射雷射晶圓所進行之該氧化，並通入該N 2氣體至該濕氧爐內進行降溫至150°C；以及 於降溫至150°C後，從該濕氧爐取出該垂直腔表面發射雷射晶圓。
  2. 如請求項1之方法，其中，在將該垂直腔表面發射雷射晶圓放入至該濕氧爐中前，更包含以下步驟： 在一濕氧製程機台待機狀態下，通入該N 2氣體及該H 2O氣體至該濕氧爐內以確認該N 2氣體之一流量與該H 2O氣體之一流量是否正常；以及 當確認該N 2氣體之流量及該H 2O氣體之該流量正常後，將該垂直腔表面發射雷射晶圓放入至該濕氧爐中。
  3. 如請求項1之方法，其中，該N 2氣體係以10公升/分鐘（L/min）通入至該濕氧爐中。
  4. 如請求項1之方法，其中，該H 2O氣體係以2克/小時（g/h）通入至該濕氧爐中。
  5. 如請求項1之方法，其中，將該濕氧爐升溫至250~350°C係以10~40°C/min進行升溫。
  6. 如請求項1之方法，其中，該第一時間區段為6~8 min。
  7. 如請求項1之方法，其中，將該濕氧爐升溫至350~450°C係以10~30°C/min進行升溫。
  8. 如請求項1之方法，其中，該第二時間區段為1~2 min。
  9. 如請求項1之方法，其中，將該濕氧爐升溫至400~450°C係以10~25°C/min進行升溫。
  10. 如請求項1之方法，其中，該第三時間區段為1~2 min。
  11. 如請求項1之方法，更包含以下步驟： 從該濕氧爐取出該垂直腔表面發射雷射晶圓，使該垂直腔表面發射雷射晶圓於常溫中自然冷卻。
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