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TWI887004B - 垂直腔面射型雷射陣列及其形成方法 - Google Patents

垂直腔面射型雷射陣列及其形成方法 Download PDF

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TWI887004B
TWI887004B TW113122279A TW113122279A TWI887004B TW I887004 B TWI887004 B TW I887004B TW 113122279 A TW113122279 A TW 113122279A TW 113122279 A TW113122279 A TW 113122279A TW I887004 B TWI887004 B TW I887004B
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簡琬庭
陳禹鈞
張家達
吳政霖
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穩懋半導體股份有限公司
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Abstract

一種垂直腔面射型雷射陣列，包括：基板、主動層、接觸層、隔離溝槽。主動層，形成於下鏡及上鏡之間。接觸層，形成於主動層及基板之間。隔離溝槽，延伸穿過在垂直腔面射型雷射陣列的第一垂直腔面射型雷射及第二垂直腔面射型雷射之間的接觸層，以填料填充隔離溝槽。

Description

垂直腔面射型雷射陣列及其形成方法
本發明實施例係有關於一種垂直腔面射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)陣列，且特別有關於一種二維垂直腔面射型雷射陣列以及其形成方法。
垂直腔面射型雷射為半導體雷射二極體，其雷射束沿著垂直於其表面的方向發射。垂直腔面射型雷射可於生產過程中進行測試。垂直腔面射型雷射廣泛使用於各領域之中，例如光偵測與測距(LiDAR，light detection and ranging)、光纖通訊及生物識別。
對於二維垂直腔面射型雷射陣列，陽極和陰極均可形成於基板的頂表面上。可於垂直腔面射型雷射之間形成溝槽作為隔離。然而，這可能增加後續製程的挑戰。例如，圖案化後續層所需的光阻層可能太厚，導致可靠度的問題。此外，由於產品可能在高電壓下運作，於溝槽可能存在漏電流。
雖然現有的垂直腔面射型雷射陣列對於原目的來 說已經足夠，其並非在各個面向皆令人滿意，並需被改善。
本發明實施例提供了一種垂直腔面射型雷射陣列，包括：基板、主動層、接觸層、隔離溝槽。主動層，形成於下鏡及上鏡之間。接觸層，形成於主動層及基板之間。隔離溝槽，延伸穿過在垂直腔面射型雷射陣列的第一垂直腔面射型雷射及第二垂直腔面射型雷射之間的接觸層，以填料填充隔離溝槽。
本發明實施例亦提供了一種垂直腔面射型雷射陣列，包括：基板、下鏡、主動層、上鏡、接觸層、第一電極、第二電極、隔離溝槽、介電層。下鏡，具有隔離層，形成於基板之上；主動層，形成於下鏡之上；上鏡，形成於主動層之上；接觸層，形成於隔離層之上；第一電極，形成於上鏡之上；第二電極，形成於接觸層之上；隔離溝槽，圍繞垂直腔面射型雷射陣列的垂直腔面射型雷射；以及介電層，形成於第二電極之上，隔離溝槽以與介電層不同的材料所製成的填料填充。
本發明實施例又提供了一種形成垂直腔面射型雷射陣列的方法，包括：形成下鏡及接觸層於基板之上；形成主動層於下鏡之上；形成上鏡於主動層之上；圖案化上鏡、主動層、及下鏡以形成檯面於該接觸層上；形成第一電極於檯面之上；形成第二電極於接觸層之上；形成隔離溝槽於接觸層及下鏡之中；以及以填料填 充隔離溝槽。
10a,10b,10c,10d,10e,10f,10g,10h,10i:垂直腔面射型雷射陣列
100:垂直腔面射型雷射
102:基板
104:第一鏡
104’:中間鏡
106:接觸層
107:主動層
107’:半導體層
108:第二鏡
110:第一電極
112a:第一絕緣層
112b:第二絕緣層
112c:第三絕緣層
112d:第四絕緣層
112e:第五絕緣層
112f:第六絕緣層
114:溝槽
115:檯面
116:氧化層
118:孔隙
120:開口
122:第二電極
124:隔離溝槽
126:填料
126H:高度
126D:深度
126a:角度
126W:底寬度
128:開口
130a:第一接合墊層
130b:第二接合墊層130b
132:開口
134:開口
150:隔離層
1-1:線
以下將配合所附圖式詳述本發明實施例。應注意的是，各種特徵部件並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，元件的尺寸可能經放大或縮小，以清楚地表現出本發明實施例的技術特徵。
第1A-1E圖係根據一些實施例繪示出形成垂直腔面射型雷射陣列各階段的剖面圖。
第2圖係根據一些實施例繪示出垂直腔面射型雷射陣列的上視圖。
第3圖係根據一些實施例繪示出垂直腔面射型雷射陣列的放大剖面圖。
第4圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列的放大剖面圖。
第5圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列的剖面圖。
第6圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列的剖面圖。
第7圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列的剖面圖。
第8圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列的剖面圖。
第9圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列的剖 面圖。
第10圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列的剖面圖。
第11圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列的剖面圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本發明實施例敘述了一第一特徵部件形成於一第二特徵部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵部件與上述第二特徵部件是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵部件形成於上述第一特徵部件與上述第二特徵部件之間，而使上述第一特徵部件與第二特徵部件可能未直接接觸的實施例。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示，這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明實施例，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其中可能用到與空間相對用詞，例如「在...下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，這些空間相對用詞係為了便於描述圖示中一個(些)元件或特徵部件與另一個(些)元件或特徵部件之間的關係，這些空間相對用 詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，則其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。
在此，「約」、「大約」、「大抵」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，較佳是10%之內，且更佳是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。應注意的是，說明書中所提供的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」之含義。
雖然所述的一些實施例中的步驟以特定順序進行，這些步驟亦可以其他合邏輯的順序進行。在不同實施例中，可替換或省略一些所述的步驟，亦可於本發明實施例所述的步驟之前、之中、及/或之後進行一些其他操作。本發明實施例中的半導體結構可加入其他的特徵。在不同實施例中，可替換或省略一些特徵。
本發明實施例提供一種二維垂直腔面射型雷射陣列。以填料填充垂直腔面射型雷射之間的溝槽。減少了垂直腔面射型雷射陣列的高度差，且在蝕刻製程(例如：形成導孔的蝕刻製程)中可使用較薄的光阻層。此外，可避免穿過溝槽的漏電流。
第1A-1E圖係根據一些實施例繪示出形成垂直腔面射型雷射陣列10a各階段的剖面圖。第2圖係根據一些實施例繪示出垂直腔面射型雷射陣列10a的上視圖。第1A-1E圖繪示出沿第2圖中線1-1所截取的剖面圖。
根據一些實施例，如第1A圖所繪示，提供基板102。基板102可為半導體基板。基板102可包括III-V族半導體，例如GaAs、GaN、AlGaN、AlN、AlGaAs、InP、InAlAs、InGaAs、或上述之組合。在一些實施例中，基板102包括GaAs。在一些實施例中，基板102為n型摻雜或p型摻雜。在一些實施例中，基板102為半絕緣基板。
接著，根據一些實施例，如第1A圖所繪示，形成第一鏡104於基板102之上。第一鏡104可包括n型鏡、p型鏡、未摻雜鏡、或上述之組合。在一些實施例中，第一鏡104之上部的導電類型與第一鏡104之下部的導電類型相反。
在一些實施例中，第一鏡104包括第一半導體層及第二半導體層。第一鏡104包括基板102之上交替堆疊的第一半導體層及第二半導體層。成對使用第一半導體層及第二半導體層。第一半導體層及第二半導體層可包括III-V族半導體，例如AlGaAs、GaAs、AlAs、GaN、AlGaN、AlN、InP、InAlAs、InGaAs、或上述之組合。可使用不同折射率的不同材料製成第一半導體層及第二半導體層。第一半導體層及第二半導體層可具有第一導電類型。在一些實施例中，第一導電類型為n型。第一鏡104可稱為第一導電類型的分布式布拉格反射器。第一半導體層及第二半導體層之每一層的厚度可取決於垂直腔面射型雷射陣列10a中垂直腔面射型雷射100所產生的雷射光的中心波長。可以低壓化學氣相沉積(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)製程、磊晶成長 製程、其他可用的製程、或上述之組合形成第一半導體層及第二半導體層。磊晶成長製程可包括分子束磊晶(molecular-beam epitaxy，MBE)、金屬有機化學氣相沉積(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)、或氣相磊晶(vapor phase epitaxy，VPE)。第一半導體層及第二半導體層的總對數可取決於設計的需求而定，並未特別限制。
根據一些實施例，如第1A圖所繪示，形成接觸層106於第一鏡104之上。接觸層106可為形成檯面的後續蝕刻製程中的蝕刻停止層。接觸層106可由電性連接至後續形成之電極的半導體層製成。接觸層106可包括III-V族半導體，例如AlGaAs、GaAs、AlAs、GaN、AlGaN、AlN、InP、InAlAs、InGaAs、其他可用的材料、或上述之組合。可以低壓化學氣相沉積製程、磊晶成長製程、其他可用的製程、或上述之組合形成接觸層106。磊晶成長製程可包括分子束磊晶、金屬有機化學氣相沉積、或氣相磊晶。
接著，根據一些實施例，形成中間鏡104’於接觸層106之上。用以形成中間鏡104’的製程和材料可與前述用以形成第一鏡104的製程和材料相似或相同，為簡潔起見，於此處不重述。
之後，根據一些實施例，如第1A圖所繪示，形成主動層107於第一鏡104之上。主動層107可為多層結構。
主動層107可包括數個量子井及量子井阻障。量子井及量子井阻障可包括III-V族半導體，例如AlGaAs、GaAs、 AlAs、GaN、AlGaN、AlN、InP、InAlAs、InGaAs、或上述之組合。可使用不同材料製成量子井及量子井阻障，且量子井阻障可具有比量子井更大的能帶間隙。主動層107可產生垂直腔面射型雷射10a的光功率。
在一些實施例中，主動層107包括多重主動接面層，其具有穿隧接面層夾置於主動接面層之間。在一些實施例中，主動層107的主動接面層包括未摻雜半導體層夾置於p型摻雜半導體層及n型摻雜半導體層之間。在一些實施例中，穿隧接面層可包括n型摻雜半導體層及p型摻雜半導體層。在一些實施例中，穿隧接面層的摻質濃度大於主動接面層的p型摻雜半導體層以及n型摻雜半導體層的濃度。
主動層107包括數個量子井及量子井阻障，可由低壓化學氣相沉積製程、磊晶成長製程、其他可用的製程、或上述之組合形成。磊晶成長製程可包括分子束磊晶、金屬有機化學氣相沉積、或氣相磊晶。主動層107可分離下方的第一鏡104及後續形成的第二鏡。
接著，形成半導體層107’於主動層107之上。半導體層107’可包括III-V族半導體，例如GaAs、AlGaAs、AlAs、GaN、AlGaN、AlN、InP、InAlAs、InGaAs、或上述之組合。在一些實施例中，半導體層107’包括AlGaAs。可由低壓化學氣相沉積製程、磊晶成長製程、其他可用的製程、或上述之組合形成半導體層107’。磊晶成長製程可包括分子束磊晶、金屬有機化學氣相沉積、或氣相磊晶。
接著，根據一些實施例，如第1A圖中所繪示，形成第二鏡108於半導體層107’之上。第二鏡108可包括n型鏡、p型鏡、未摻雜鏡、或上述之組合。在一些實施例中，第二鏡108之上部的導電類型與第二鏡108之下部的導電類型相反。
第二鏡108可包括第三半導體層及第四半導體層，交互堆疊於半導體層107’之上。第三半導體層及第四半導體層可包括III-V族半導體，例如AlGaAs、GaAs、AlAs、GaN、AlGaN、AlN、InP、InAlAs、InGaAs、或上述之組合。可使用不同折射率的不同材料製成第三半導體層及第四半導體層。在一些實施例中，第三半導體層及第四半導體層具有第二導電類型。在一些實施例中，第二導電類型為p型。第二鏡108可稱為第二導電類型的分布式布拉格反射器。用以形成第二鏡108的製程可與前述用以形成第一鏡104的製程相似或相同，為簡潔起見，於此處不重述。第三半導體層及第四半導體層的數目並不以此為限，取決於設計的需求而定。
接著，根據一些實施例，如第1A圖中所繪示，形成第一電極材料於第二鏡108之上。在一些實施例中，在第一電極材料及第二鏡108之間形成歐姆接觸。第一電極材料可包括Pt、Ti、Au、Al、Pd、Cu、W、其他合適的金屬、其合金、或上述之組合。可以電子束蒸鍍、電阻加熱蒸鍍、電鍍、濺鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積、其他可用的方法、或上述之組合形成第一電極材料於第二鏡108之上。在一些實施例中，以電子束蒸鍍形成第一電極材料。接著，根據一些實施例，如第1A圖中所繪示，圖案化第 一電極材料以形成第一電極110於第二鏡108之上。
接著，根據一些實施例，如第1A圖中所繪示，順應性地形成第一絕緣層112a於第一電極110及第二鏡108之上。可使用氮化矽、氧化鋁、其他合適的絕緣材料、或上述之組合製成第一絕緣層112a。在一些實施例中，第一絕緣層112a包括氮化矽。可以透過沉積製程形成第一絕緣層112a。沉積製程可包括化學氣相沉積製程(例如低壓化學氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積、次大氣壓化學氣相沉積、或可流動化學氣相沉積)、原子層沉積製程、其他可用的方法、或上述之組合。
接著，根據一些實施例，如第1A圖中所繪示，形成溝槽114通過第一絕緣層112a、第二鏡108、半導體層107’、主動層107、中間鏡104’、且停止於接觸層106上。在一些實施例中，檯面115形成於接觸層106之上，且第一電極110形成於檯面115之上。可進行圖案化製程形成溝槽114。圖案化製程可包括微影製程及蝕刻製程。微影製程的例子包括光阻塗佈、軟烘烤、罩幕對準、曝光、曝光後烘烤、光阻顯影、清洗、及乾燥。蝕刻製程可為乾蝕刻製程或濕蝕刻製程。在一些實施例中，蝕刻製程為使用感應耦合電漿(inductively coupled plasma，ICP)作為蝕刻劑的反應離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)。
接著，如第1B圖中所繪示，氧化半導體層107’的一部份以形成氧化層116。半導體層107’可包含高Al成分。Al成分可影響氧化速率。氧化層116可包括Al2O3。在一些實施例中，以爐管氧化製程形成氧化層116。
在一些實施例中，僅氧化了半導體層107’的一部分。在一些實施例中，半導體層107’的未氧化部分可作為孔隙118。孔隙118可包括III-V族半導體，例如AlGaAs、GaAs、AlAs、GaN、AlGaN、AlN、InP、InAlAs、InGaAs、或上述之組合。在一些實施例中，孔隙118被氧化層116圍繞。在一些實施例中，第二鏡108在孔隙118及氧化層116之上。孔隙118可限制從第一電極110流經下方的主動層107、中間鏡104’、接觸層106、及第一鏡104的電流。
之後，根據一些實施例，如第1B圖中所繪示，順應性地形成第二絕緣層112b於第一絕緣層112a之上以及溝槽114的側壁及底表面之上。第二絕緣層112b可覆蓋檯面115的頂表面及側壁。可使用氮化矽、氧化鋁、其他合適的絕緣材料、或上述之組合製成第二絕緣層112b。可以透過化學氣相沉積製程(例如低壓化學氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積、次大氣壓化學氣相沉積、或可流動化學氣相沉積)、原子層沉積製程、其他可用的方法、或上述之組合形成第二絕緣層112b。在一些實施例中，以相同材料製成第二絕緣層112b與第一絕緣層112a。因此，在第二絕緣層112b與第一絕緣層112a之間可無明顯的界面。
之後，根據一些實施例，如第1B圖中所繪示，形成開口120於覆蓋接觸層106的第二絕緣層112b中。溝槽114底部的接觸層106可從開口120露出。在一些實施例中，在形成開口120之後，溝槽114底部的接觸層106之一部分被第二絕緣層112b覆蓋。可使 用圖案化製程形成開口120。
接著，根據一些實施例，形成第二電極材料於接觸層106之上。在一些實施例中，在第二電極材料及接觸層106之間形成歐姆接觸。第二電極材料可包括Pd、Ge、Ti、Pt、Au、其他合適的金屬、其合金、或上述之組合。圖案化第二電極材料以形成第二電極122於接觸層106上的開口120之中。在一些實施例中，第二電極122與第二絕緣層112b分離。
之後，根據一些實施例，如第1C圖中所繪示，順應性地形成第三絕緣層112c於第二絕緣層112b、第二電極122、以及溝槽114的側壁及底表面之上。第三絕緣層112c可覆蓋第二絕緣層112b，且延伸入溝槽114。在一些實施例中，第三絕緣層112c覆蓋第二電極122的上表面及側壁。在一些實施例中，第三絕緣層112c直接接觸第二電極122與檯面115之間的接觸層106。可使用氮化矽、氧化鋁、其他合適的絕緣材料、或上述之組合製成第三絕緣層112c。可以透過化學氣相沉積製程(例如低壓化學氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積、次大氣壓化學氣相沉積、或可流動化學氣相沉積)、原子層沉積製程、其他可用的方法、或上述之組合形成第三絕緣層112c。在一些實施例中，以相同材料製成第三絕緣層112c、第二絕緣層112b與第一絕緣層112a。因此，在其間可能無明顯的界面。
接著，根據一些實施例，如第1C圖中所繪示，形成隔離溝槽124通過第三絕緣層112c、第二絕緣層112b、接觸層106、第一鏡104、及基板102。在一些實施例中，如第2圖所繪示，形成隔離溝槽124於垂直腔面射型雷射陣列10a的垂直腔面射型雷射 100之間。可使用圖案化製程形成隔離溝槽124。在一些實施例中，垂直腔面射型雷射陣列10a包括多個垂直腔面射型雷射100，且垂直腔面射型雷射陣列10a鄰近的垂直腔面射型雷射100彼此以隔離溝槽124電性隔離。在一些實施例中，垂直腔面射型雷射陣列10a包括多個垂直腔面射型雷射100之次群，且在垂直腔面射型雷射陣列10a中，鄰近的垂直腔面射型雷射100之次群彼此以隔離溝槽124電性隔離。
之後，根據一些實施例，如第1C圖中所繪示，順應性地形成第四絕緣層112d於第三絕緣層112c以及隔離溝槽124的側壁及底表面之上。第四絕緣層112d可覆蓋第三絕緣層112c。在一些實施例中，形成第四絕緣層112d襯於隔離溝槽124。可使用氮化矽、氧化鋁、其他合適的絕緣材料、或上述之組合製成第四絕緣層112d。可以透過化學氣相沉積製程(例如低壓化學氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積、次大氣壓化學氣相沉積、或可流動化學氣相沉積)、原子層沉積製程、其他可用的方法、或上述之組合形成第四絕緣層112d。在一些實施例中，以相同材料製成第四絕緣層112d、第三絕緣層112c、第二絕緣層112b與第一絕緣層112a。因此，在其間可能無明顯的界面。
接著，根據一些實施例，如第1C圖中所繪示，填充填料126於隔離溝槽124之中。填料126可包括金屬材料(例如Au、Cu、Ti、Ni)、聚合物材料(例如苯並環丁烯(benzocyclobutene， BCB)、聚苯並噁唑(polybenzoxazoles，PBO)、聚醯亞胺(Polyimide，PI))，以及介電材料(例如SiNx、SiO2、Al2O3、HFO2)、非晶矽(amorphous Silicon，a-Si)、其他合適的材料、或上述之組合。可以電鍍、電子束蒸鍍、電阻加熱蒸鍍、濺鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積、其他合適的方法、或上述之組合形成填料126。在一些實施例中，填料126以由電鍍形成的Au製成。在一些實施例中，填料126以金屬材料製成，其具有良好的機械性能(例如：強度、硬度)，並且在經過製造垂直腔面射型雷射陣列的後續製程(例如較高溫度製程如退火、沉積製程、凸塊製程等，或切割製程)後，仍可維持足夠機械性能。在一些實施例中，以不同材料製成填料126及第四絕緣層112d。在一些實施例中，填料126以第四絕緣層112d與接觸層106電性隔離。在一些實施例中，以金屬製成填料126，以半導體層製成接觸層106，且彼此以第四絕緣層112d電性隔離。
第3圖係根據一些實施例繪示出垂直腔面射型雷射陣列10a的垂直腔面射型雷射100的放大剖面圖。在一些實施例中，在剖面圖中，填料126為T型。在一些實施例中，填料126的頂表面的中間低於填料126頂表面的兩端。在一些實施例中，填料126的上部橫向延伸出隔離溝槽124。
在一些實施例中，填料126具有底寬度126W。填料126的底寬度126W在約1μm至約20μm的範圍內。在一些實施例中， 填料126在隔離溝槽124中具有深度126D。填料126的深度126D在約1μm至約10μm的範圍內。在一些實施例中，填料126的深度126D與底寬度126W的比例在約0.5至約20的範圍內。若填料126的深度126D與底寬度126W的比例太高，填料覆蓋率可能較差，或裝置可靠度可能變差。若填料126的深度126D與底寬度126W的比例太低，填料覆蓋率亦可能較差，或設計彈性可能受限。
在一些實施例中，填料126在隔離溝槽124之外的延伸部分具有高度126H。填料126的延伸部分的高度126H在約2μm至約10μm的範圍內。在一些實施例中，延伸部分的高度126H與隔離溝槽124中深度126D的比例在約0.2至約10的範圍內。若延伸部分的高度126H與隔離溝槽124中深度126D的比例太高，後續製程的形狀起伏可能太大。若延伸部分的高度126H與隔離溝槽124中深度126D的比例太低，填料覆蓋率可能較差，或裝置可靠度可能變差。
在一些實施例中，填料126的側壁及底表面之間的角度126a在約85度至約110度的範圍內。若角度126a太大，裝置面積可能因而變得太大。若角度126a太小，可能難以在隔離溝槽124填充填料。
之後，根據一些實施例，如第1D圖中所繪示，順應性地形成第五絕緣層112e於第四絕緣層112d以及填料126之上。可使用氮化矽、氧化鋁、其他合適的絕緣材料、或上述之組合製成第五絕緣層112e。可以透過化學氣相沉積製程(例如低壓化學氣相沉 積、電漿輔助化學氣相沉積、次大氣壓化學氣相沉積、或可流動化學氣相沉積)、原子層沉積製程、其他可用的方法、或上述之組合形成第五絕緣層112e。在一些實施例中，以相同材料製成第五絕緣層112e、第四絕緣層112d、第三絕緣層112c、第二絕緣層112b與第一絕緣層112a。因此，在其間可能無明顯的界面。
之後，根據一些實施例，如第1D圖中所繪示，形成開口128於覆蓋第二電極122的第五絕緣層112e、第四絕緣層112d、及第三絕緣層112c中。第二電極122可從開口128露出。在一些實施例中，在形成開口128之後，第二電極122之一部分被第三絕緣層112c覆蓋。可使用圖案化製程形成開口128。
接著，根據一些實施例，如第1E圖中所繪示，形成第一接合墊層130a於開口128之中，且覆蓋填料126。在一些實施例中，上方形成第一電極110的檯面115從第一接合墊層130a露出。可使用電鍍、電子束蒸鍍、電阻加熱蒸鍍、濺鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積、其他合適的方法、或上述之組合形成第一接合墊層130a。
之後，根據一些實施例，如第1E圖中所繪示，順應性地形成第六絕緣層112f於第一接合墊層130a及第五絕緣層112e之上。可使用氮化矽、氧化鋁、其他合適的絕緣材料、或上述之組合製成第六絕緣層112f。可以透過化學氣相沉積製程(例如低壓化學氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積、次大氣壓化學氣相沉積、或可流動化學氣相沉積)、原子層沉積製程、其他可用的方法、或上述 之組合形成第六絕緣層112f。在一些實施例中，以相同材料製成第六絕緣層112f、第五絕緣層112e、第四絕緣層112d、第三絕緣層112c、第二絕緣層112b與第一絕緣層112a。因此，在其間可能無明顯的界面。
之後，根據一些實施例，如第1E圖中所繪示，形成開口132於第一接合墊層130a上的第六絕緣層112f中。第一接合墊層130a可從開口132露出。可使用圖案化製程形成開口132。
接著，根據一些實施例，如第1E圖中所繪示，形成開口134於第一電極110上的第六絕緣層112f、第五絕緣層112e、第四絕緣層112d、第三絕緣層112c、第二絕緣層112b、及第一絕緣層112a中。第一電極110可從開口134露出。可使用圖案化製程形成開口134。
由於填料126形成於隔離溝槽124中，在形成開口134及/或開口132的蝕刻製程中可使用較薄的光阻層。在一些實施例中，由於在蝕刻製程中使用較薄的光阻層，可改善垂直腔面射型雷射陣列10a的可靠度及良率。舉例而言，蝕刻製程中使用光阻層的厚度小於10μm(例如在2μm及9μm的範圍內)。
接著，根據一些實施例，如第1E圖中所繪示，形成第二接合墊層130b於第一電極110上的開口128之中，且覆蓋第六絕緣層112f。在一些實施例中，第二接合墊層130b部分覆蓋第一接合墊層130a，且第一接合墊層130a從開口132露出。可使用電鍍、電子束蒸鍍、電阻加熱蒸鍍、濺鍍、物理氣相沉積、化學 氣相沉積、原子層沉積、其他合適的方法、或上述之組合形成第二接合墊層130b。
在一些實施例中，第一電極110及第二電極122形成於基板102的同一側，且因此垂直腔面射型雷射陣列10a可使用覆晶製程、晶圓接合製程、或上述之組合與另一基板接合。在一些實施例中，垂直腔面射型雷射陣列10a透過覆晶製程或晶圓接合製程接合至驅動積體電路、子安裝座(submount)、印刷電路板(PCB)、或陶瓷基板。
由於填料126形成於垂直腔面射型雷射陣列10a的垂直腔面射型雷射100之間的隔離溝槽124中，在圖案化製程(例如形成檯面115上導孔的圖案化製程)中可使用較薄的光阻層，且因此可改善垂直腔面射型雷射陣列10a的可靠度及/或良率。此外，隔離溝槽124的填料126可減少漏電流，且因此改善垂直腔面射型雷射陣列10a的效能。
在一些實施例中，垂直腔面射型雷射陣列10a可應用於光偵測與測距系統、三維感測系統、數據通訊系統、或上述之組合。
可對本發明實施例做出許多變化及/或修改。第4圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射10b的放大剖面圖。一些製程或元件與上述的實施例中的製程或元件相同或相似，因此於此不重述這些製程及元件。與上述實施例不同的是，根據一些其他實施例，如第4圖所繪示，隔離溝槽124及填料126具有傾斜的側壁。
在一些實施例中，如第4圖所繪示，填料126的側壁及底表面之間的角度126a在約110度至約150度的範圍內。由於較容易形成填料126於隔離溝槽124之中，填料126的品質可能較佳。
由於填料126形成於垂直腔面射型雷射陣列10b的垂直腔面射型雷射100之間的隔離溝槽124中，在圖案化製程(例如形成檯面115上導孔的圖案化製程)中可使用較薄的光阻層，且因此可改善垂直腔面射型雷射陣列10b的可靠度及/或良率。此外，隔離溝槽124的填料126可減少漏電流，且因此改善垂直腔面射型雷射陣列10b的效能。隔離溝槽124及填料126可具有傾斜的側壁，且可改善填料126的品質。
可對本發明實施例做出許多變化及/或修改。第5圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列10c的剖面圖。一些製程或元件與上述的實施例中的製程或元件相同或相似，因此於此不重述這些製程及元件。與上述實施例不同的是，根據一些其他實施例，如第5圖所繪示，形成隔離層150於基板102及接觸層106之間。在一些實施例中，隔離層150用於避免或減少電流從主動層107流至下方的基板102。
在一些實施例中，隔離層150包括反向p/n接面、氧化層、未摻雜半導體層、或上述之組合。在一些實施例中，隔離層150安插於第一鏡104中。因此，可使電流無法從主動層107穿過隔離層150至基板102及/或第一鏡104的下部。
如第5圖所繪示，在一些實施例中，形成隔離溝槽 124穿過隔離層150，且填料126形成於隔離溝槽124之中。在一些實施例中，填料126的底表面低於隔離層150。因此，隔離溝槽124可提供橫向隔離，且隔離層150可提供垂直隔離。
第6圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射10d的剖面圖。在一些實施例中，隔離溝槽124延伸入基板102之中。在一些實施例中，隔離溝槽124中填料126的底表面在基板102的頂表面及底表面之間。在一些實施例中，填料126的底表面高於基板102的底表面，且低於基板102的頂表面。
第7圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射10e的剖面圖。在一些其他實施例中，隔離溝槽124延伸入隔離層150。在一些實施例中，隔離溝槽124的底表面在隔離層150的頂表面及底表面之間。在一些實施例中，隔離溝槽124的底表面高於隔離層150的底表面，且低於隔離層150的頂表面。
第8圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射10f的剖面圖。在一些實施例中，隔離溝槽124延伸至隔離層150的頂表面。在一些實施例中，隔離溝槽124停止於隔離層150的頂表面。在一些實施例中，隔離溝槽124的底表面與隔離層150的頂表面大抵齊平。
由於填料126形成於垂直腔面射型雷射陣列10d、10e、及10f的垂直腔面射型雷射100之間的隔離溝槽124中，在圖案化製程(例如形成檯面115上導孔的圖案化製程)中可使用較薄的光阻層，且因此可改善垂直腔面射型雷射陣列10d、10e、及10f的可靠度及/或良率。此外，隔離溝槽124的填料126可減少漏電 流，且因此改善垂直腔面射型雷射陣列10d、10e、及10f的效能。可形成隔離層150於第一鏡104中以提供垂直隔離，且可減少漏電流。填料126的底表面可位於基板102的頂表面及底表面之間。填料126的底表面可位於隔離層150的頂表面及底表面之間。填料126的底表面可與隔離層150的頂表面或底表面大抵齊平。
可對本發明實施例做出許多變化及/或修改。第9圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射陣列10g的剖面圖。一些製程或元件與上述的實施例中的製程或元件相同或相似，因此於此不重述這些製程及元件。與上述實施例不同的是，根據一些其他實施例，如第9圖所繪示，形成於基板102上之鏡為未摻雜鏡104a。
在一些實施例中，形成隔離溝槽124穿過未摻雜鏡104a。未摻雜鏡104a可提供垂直隔離。在一些實施例中，隔離溝槽124的底表面高於未摻雜鏡104a的底表面。
第10圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射10h的剖面圖。在一些實施例中，隔離溝槽124延伸至基板102的頂表面。在一些實施例中，隔離溝槽124的底表面與基板102的頂表面大抵齊平。
第11圖係根據一些實施例繪示出修改的垂直腔面射型雷射10i的剖面圖。在一些實施例中，隔離溝槽124延伸入基板102之中。在一些實施例中，隔離溝槽124中填料126的底表面在基板102的頂表面及底表面之間。在一些實施例中，填料126的底表面高於基板102的底表面，且低於基板102的頂表面。
由於填料126形成於垂直腔面射型雷射陣列10g、10h、及10i的垂直腔面射型雷射100之間的隔離溝槽124中，在圖案化製程(例如形成檯面115上導孔的圖案化製程)中可使用較薄的光阻層，且因此可改善垂直腔面射型雷射陣列10g、10h、及10i的可靠度及/或良率。此外，隔離溝槽124的填料126可減少漏電流，且因此改善垂直腔面射型雷射陣列10g、10h、及10i的效能。形成於基板102之上的未摻雜鏡104a可提供垂直隔離。
如上所述，在本發明實施例中，提供了垂直腔面射型雷射陣列及形成垂直腔面射型雷射陣列的方法。形成填充填料的隔離溝槽於垂直腔面射型雷射之間。在圖案化製程(例如形成檯面上導孔的圖案化製程)中可使用較薄的光阻層，且因此可改善垂直腔面射型雷射陣列的可靠度及/或良率。此外，隔離溝槽的填料可減少漏電流，且因此改善垂直腔面射型雷射陣列的效能。
應注意的是，雖然上述實施例中描述了一些好處及效果，並非所有實施例需要達成所有的好處及效果。
前述內文概述了許多實施例的特徵部件，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本發明實施例。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本發明實施例為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本發明實施例的發明精神與範圍。在不背離本發明實施例的發明精神與範圍之前提下，可對本 發明實施例進行各種改變、置換或修改，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，且並非所有優點都已於此詳加說明。
10a:垂直腔面射型雷射陣列
100:垂直腔面射型雷射
102:基板
104:第一鏡
104’:中間鏡
106:接觸層
107:主動層
108:第二鏡
110:第一電極
112a:第一絕緣層
112b:第二絕緣層
112c:第三絕緣層
112d:第四絕緣層
112e:第五絕緣層
112f:第六絕緣層
115:檯面
116:氧化層
122:第二電極
126:填料
130a:第一接合墊層
130b:第二接合墊層130b
132:開口
134:開口

Claims (20)

  1. 一種垂直腔面射型雷射陣列，包括： 一基板； 一主動層，形成於一下鏡及一上鏡之間； 一第一電極，形成於該上鏡之上； 一接觸層，形成於主動層及該基板之間； 一第二電極，形成於該接觸層上；以及 一隔離溝槽，延伸穿過在該垂直腔面射型雷射陣列的一第一垂直腔面射型雷射及一第二垂直腔面射型雷射之間的該接觸層， 其中以一填料填充該隔離溝槽。
  2. 如請求項1之垂直腔面射型雷射陣列，更包括： 一隔離層，形成於該基板與該接觸層之間。
  3. 如請求項2之垂直腔面射型雷射陣列，其中該隔離層插入該下鏡中。
  4. 如請求項2之垂直腔面射型雷射陣列，其中該填料的一底表面低於該隔離層。
  5. 如請求項1之垂直腔面射型雷射陣列，其中該隔離溝槽具有一傾斜的側壁。
  6. 如請求項1之垂直腔面射型雷射陣列，其中該下鏡為未摻雜的。
  7. 如請求項1之垂直腔面射型雷射陣列，其中在一剖面圖中，該填料為T型。
  8. 一種垂直腔面射型雷射陣列，包括： 一下鏡，具有一隔離層，形成於一基板之上； 一主動層，形成於該下鏡之上； 一上鏡，形成於該主動層之上； 一接觸層，形成於該隔離層之上； 一第一電極，形成於該上鏡之上； 一第二電極，形成於該接觸層之上； 一隔離溝槽，圍繞該垂直腔面射型雷射陣列的一垂直腔面射型雷射；以及 一介電層，形成於該第二電極之上， 其中該隔離溝槽以與該介電層不同的一材料所製成的一填料填充。
  9. 如請求項8之垂直腔面射型雷射陣列，更包括： 一絕緣層，內襯於該隔離溝槽。
  10. 如請求項9之垂直腔面射型雷射陣列，其中該填料與該接觸層以該絕緣層電性隔離。
  11. 如請求項9之垂直腔面射型雷射陣列，其中該填料的一頂部側向延伸出該隔離溝槽。
  12. 如請求項9之垂直腔面射型雷射陣列，其中該填料包括金屬、聚合物、或上述之組合。
  13. 如請求項8之垂直腔面射型雷射陣列，其中該基板為n型摻雜或p型摻雜。
  14. 如請求項8之垂直腔面射型雷射陣列，其中該基板為一半絕緣基板。
  15. 一種形成垂直腔面射型雷射陣列的方法，包括： 形成一下鏡及一接觸層於一基板之上； 形成一主動層於該下鏡之上； 形成一上鏡於該主動層之上； 圖案化該上鏡、該主動層以形成一檯面於該接觸層上； 形成一第一電極於該檯面之上； 形成一第二電極於該接觸層之上； 形成一隔離溝槽於該接觸層及該下鏡之中；以及 以一填料填充該隔離溝槽。
  16. 如請求項15之形成垂直腔面射型雷射陣列的方法，其中該下鏡包括一隔離層。
  17. 如請求項15之形成垂直腔面射型雷射陣列的方法，其中該主動層包括多重接面層，具有一穿隧接面層夾置於主動接面層之間。
  18. 如請求項17之形成垂直腔面射型雷射陣列的方法，其中該主動接面層包括一未摻雜半導體層夾置於一p型摻雜半導體層及一n型摻雜半導體層之間。
  19. 如請求項15之形成垂直腔面射型雷射陣列的方法，其中該第一電極及該第二電極形成於該基板的一相同側。
  20. 如請求項15之形成垂直腔面射型雷射陣列的方法，其中該基板為一n型基板。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090085045A1 (en) * 2006-07-12 2009-04-02 Commissariat A L'energie Atomique Method for producing a matrix of individual electronic components and matrix produced thereby
TW202027355A (zh) * 2019-01-04 2020-07-16 晶連股份有限公司 具有單一分散式布拉格反射器組之垂直共振腔面射型雷射
TW202147404A (zh) * 2020-04-30 2021-12-16 美商盧曼頓運作有限公司 用於多通道發射器陣列的多層金屬化

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090085045A1 (en) * 2006-07-12 2009-04-02 Commissariat A L'energie Atomique Method for producing a matrix of individual electronic components and matrix produced thereby
TW202027355A (zh) * 2019-01-04 2020-07-16 晶連股份有限公司 具有單一分散式布拉格反射器組之垂直共振腔面射型雷射
TW202147404A (zh) * 2020-04-30 2021-12-16 美商盧曼頓運作有限公司 用於多通道發射器陣列的多層金屬化

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