[發明專利]垂直共振腔面射型激光元件及其制作方法

有效

• 申請號: 201110281423.1
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102403654A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 陳柏翰;吳承儒;潘金山
• 申請（專利權）人: 光環科技股份有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;常大軍

技術領域

本發明涉及一種激光元件，尤其涉及一種垂直共振腔面射型激光元件及其制作方法。

背景技術

垂直共振腔面射型激光(VCSEL)元件的主要特征在于可以大致上以垂直其芯片上表面的方式發出光線。VCSEL通常可通過化學氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)等沉積方法來形成具有多層結構的外延疊層，并通過常見的半導體工藝來加以制作。

外延疊層包含一為主要發光區的主動區(active?region)，以及二分別位于該主動區的上下兩側的布拉格反射鏡(DBR)堆棧層。該二布拉格反射鏡堆棧層之間構成一激光共振腔，可供主動區產生的特定波長光線在其內來回反射以產生放大作用。為了獲得較佳的光電特性，通常會在上側的布拉格反射鏡堆棧層內形成一電流局限孔徑(current?confinement?aperture)，用以限制電流的流動路徑，藉以降低臨界電流并提升光電轉換效率。

傳統制作電流局限孔徑的方法包括離子注入法以及選擇性氧化法等方法，且這兩種方法各有其有優缺點。如圖1所示，一種已知的VCSEL，選擇同時采用此兩種方法，該VCSEL的外延疊層10中不但具有一離子注入局限區11，更具有一位在離子注入局限區11下方的氧化局限區12。離子注入局限區11與氧化局限區12兩者分別具有一局限孔徑110、120，且兩個局限孔徑110、120須在垂直方向對準，以便獲得較佳的電流局限特性并具有較佳的光譜特性。

實際制作該VCSEL時，需利用半導體工藝在該外延疊層10中以不同步驟先后形成該離子注入局限區11以及該氧化局限區12。然而，受限于半導體工藝中不同層之間的疊對誤差，離子注入局限區11的局限孔徑110并無法準確地與氧化局限區12的局限孔徑120對準，以致會有些微的偏移，此偏移會對電流局限特性造成影響，并使得光譜特性無法達到最佳化。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種垂直共振腔面射型激光元件及其制作方法，可有效地對準離子注入局限區的孔徑與氧化局限區的孔徑，以改善電流局限特性，并改善光譜特性。

為達上述目的，本發明的垂直共振腔面射型激光元件的制作方法，包含下列步驟：提供一基板；于該基板上形成一外延疊層，且該外延疊層包含有一高鋁含量層；在該外延疊層上形成一離子注入屏蔽，該離子注入屏蔽具有一環狀孔隙；通過該環狀孔隙對該外延疊層進行離子注入，以于該高鋁含量層的上方形成一環狀離子注入區；在該離子注入屏蔽上形成一蝕刻屏蔽，藉以遮蔽該離子注入屏蔽的環狀孔隙；通過該離子注入屏蔽及該蝕刻屏蔽對該外延疊層進行蝕刻，以形成一島狀平臺；以及對該高鋁含量層進行氧化以形成一環狀氧化區。

以上述方法所制得的垂直共振腔面射型激光元件，包含形成于該基板上的外延疊層，且該外延疊層包含有一環狀離子注入區，以及一位于離子注入區下方的環狀氧化區，其中，該離子注入區具有一離子注入孔徑，且該氧化區具有一氧化孔徑，且該離子注入孔徑的中心對齊該氧化孔徑的中心。為達上述目的，本發明還提供一種垂直共振腔面射型激光元件，包含：一基板；以及一外延疊層，形成于該基板上，該外延疊層包含有一環狀離子注入區，以及一位于離子注入區下方的環狀氧化區，其中，該離子注入區具有一離子注入孔徑，且該氧化區具有一氧化孔徑，且該離子注入孔徑的中心對齊該氧化孔徑的中心。

本發明提供的垂直共振腔面射型激光元件及其制作方法，可有效地對準離子注入局限區的孔徑與氧化局限區的孔徑，以改善電流局限特性，并改善光譜特性。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1為傳統的垂直共振腔面射型激光元件；

圖2為本發明垂直共振腔面射型激光元件的側視示意圖；

圖3為本發明垂直共振腔面射型激光元件的俯視示意圖；

圖4為本發明垂直共振腔面射型激光元件的側視示意圖；

圖5為本發明垂直共振腔面射型激光元件的側視示意圖；

圖6為本發明垂直共振腔面射型激光元件的俯視示意圖；

圖7為本發明垂直共振腔面射型激光元件的俯視示意圖；

圖8為本發明垂直共振腔面射型激光元件的側視示意圖；

圖9為本發明垂直共振腔面射型激光元件的側視示意圖；以及

圖10為本發明垂直共振腔面射型激光元件的側視示意圖。

其中，附圖標記

基板21?????????????????外延疊層22

第一布拉格反射鏡221????第一分隔層222