專利名稱：用于制作垂直共振腔面射型激光器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及垂直共振腔面射型激光器(VCSELs)且更具體而言，涉及通過(guò)選擇性氧化臺(tái)面結(jié)構(gòu)而形成的VCSELs。
背景技術(shù)：
一典型的VCSEL配置包括前后設(shè)置在襯底圓片表面上的兩個(gè)鏡面之間的一活性區(qū)域。一絕緣區(qū)域迫使電流流經(jīng)一小孔隙，且該器件發(fā)射垂直于圓片表面的激光(即，VCSEL的“垂直”部分)。一種類型的VCSEL，具體而言，其中通過(guò)一質(zhì)子植入形成絕緣區(qū)域的質(zhì)子VCSEL曾主導(dǎo)了VCSEL的早期商業(yè)歷史。在氧化物導(dǎo)向型VCSEL中，絕緣區(qū)域是通過(guò)部分氧化鏡面結(jié)構(gòu)內(nèi)的一薄高含鋁層而形成的。此相同氧化過(guò)程可應(yīng)用于其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生光電子及純電子器件。
垂直共振腔面射型激光器(VCSELs)已經(jīng)成為供存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)及局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(LAN)應(yīng)用中所用收發(fā)機(jī)選用的激光技術(shù)。存在兩種主要技術(shù)平臺(tái)供制作VCSELs用。此等平臺(tái)中的差異系基于不同的電流限制技術(shù)，或通過(guò)離子植入或通過(guò)氧化物層來(lái)限制。在一VCSEL內(nèi)形成一電流限制結(jié)構(gòu)的兩種方法是離子植入與選擇性氧化。在離子植入技術(shù)中，離子被植入在上部反射層的一部分內(nèi)以形成一高電阻區(qū)域，由此來(lái)限制電流流向一規(guī)定的區(qū)域。在選擇性氧化技術(shù)中，對(duì)一臺(tái)面結(jié)構(gòu)的周邊區(qū)域進(jìn)行氧化，由此來(lái)界定一由高電阻區(qū)域環(huán)繞的孔隙。
更具體而言，在選擇性氧化方法中，在一上部反射鏡的一下部部分上沉積一擬成為一高電阻區(qū)域的ALGaAs層后，對(duì)該合成結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻，從而在一圓片上形成單獨(dú)的VCSELs。接下來(lái)，將該圓片留置在一氧化氛圍內(nèi)一預(yù)定時(shí)間段，以允許蒸汽擴(kuò)散至該AlAs層的周邊部分內(nèi)。作為一結(jié)果，在該周邊部分處形成一氧化物絕緣層，作為一高電阻區(qū)域，其可限制電流的流動(dòng)，由此形成一由該高電阻區(qū)域環(huán)繞的孔隙。
形成一VCSEL孔隙時(shí)的氧化擴(kuò)散率對(duì)用于氧化擴(kuò)散的加熱爐溫度、氧化時(shí)間及提供至加熱爐內(nèi)的氧氣量極為敏感。在需要高可重復(fù)性的批量生產(chǎn)中及在形成該孔隙的一特定尺寸中，擴(kuò)散率的變化是一嚴(yán)重問(wèn)題。
已證明植入型VCSELs極為可靠。然而，對(duì)于需要低于2Gb/sec操作速度的應(yīng)用而言，植入型VCSELs的操作速度通常受到限制。氧化物VCSELs可提供VCSEL性能的諸多優(yōu)越性質(zhì)，其包括較高的速度(已證明大于23Gb/sec)及較高的效率。然而，氧化物VCSELs在SAN及LAN應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的時(shí)間并不像植入型VCSELs那樣長(zhǎng)。可靠性仍是氧化物VCSELs令人擔(dān)憂之處。此外，有的氧化物材料層系在氧化過(guò)程中自半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換而成。氧化物與相鄰半導(dǎo)體層之間的晶格常數(shù)與熱膨脹系數(shù)(CTE)有所不同。此等差異可在器件結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)致某些機(jī)械應(yīng)力。該應(yīng)力的程度因CTE的不同而隨溫度改變。已證明諸多缺陷可源于此等應(yīng)力，且電流及溫度的應(yīng)力可形成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。因此，消除該應(yīng)力對(duì)確保一可靠性提高極為重要。
臺(tái)面型結(jié)構(gòu)的氧化在氧化物限制型VCSELs中是一整體的不可避免的過(guò)程。當(dāng)氧化該VCSEL結(jié)構(gòu)內(nèi)的AlGaAs層時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)個(gè)潛在問(wèn)題因氧化所致晶格常數(shù)的改變會(huì)誘發(fā)應(yīng)變；已氧化材料的熱膨脹系數(shù)改變；及因半導(dǎo)體內(nèi)及暴露表面處形成大量斷裂原子鍵準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)復(fù)合物(諸如，As-氧化物)而導(dǎo)致臺(tái)面結(jié)構(gòu)表面紊亂。
上述影響會(huì)引起多個(gè)與器件內(nèi)大機(jī)械應(yīng)力相關(guān)的潛在可靠性問(wèn)題。此機(jī)械應(yīng)力可引起籽晶錯(cuò)位，而后續(xù)熱、電及機(jī)械應(yīng)力會(huì)使籽晶錯(cuò)位成長(zhǎng)成大錯(cuò)位網(wǎng)絡(luò)，從而使激光性能降格，且事實(shí)上還會(huì)導(dǎo)致器件故障。通過(guò)透射式電子顯微鏡(TEM)可以知曉起源於氧化臺(tái)面結(jié)構(gòu)邊緣處的錯(cuò)位籽晶可遷移至活性區(qū)域內(nèi)且導(dǎo)致VCSELs停止發(fā)射激光。
同樣，由于熱膨脹系數(shù)不匹配，故上述過(guò)程會(huì)因熱循環(huán)及極限溫度下操作而加速；從而，表面懸鍵也是潛在的籽晶錯(cuò)位。
此外，氧化期間形成的不穩(wěn)定復(fù)合物會(huì)在85℃、85％的RH測(cè)試期間揮發(fā)掉。已知此等復(fù)合物會(huì)在85/85測(cè)試期間會(huì)被SiN及聚酰亞胺覆蓋層所捕獲。因捕獲此等復(fù)合物而導(dǎo)致的壓力會(huì)引發(fā)明顯可導(dǎo)致器件故障的機(jī)械應(yīng)力。
最后，該等VCSEL鏡面具有一比孔隙層低的鋁含量，因此其氧化速度較慢。然而，與一單一孔隙層相比，在氧化期間，通常有30-35個(gè)鏡面對(duì)暴露在臺(tái)面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上。此外，該孔隙層要薄于鏡面內(nèi)的高含鋁量層。假定一42微米直徑的臺(tái)面結(jié)構(gòu)具有一12微米的氧化物孔隙，且假設(shè)該等鏡面氧化5微米，則此意味著該臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)大約97％的氧化材料是在該等鏡面而非該孔隙內(nèi)。
由此，VCSEL內(nèi)可產(chǎn)生缺陷，該些缺陷可發(fā)生在一VCSEL結(jié)構(gòu)內(nèi)且可出現(xiàn)在該VCSEL的整個(gè)使用壽命中，因此導(dǎo)致VCSEL器件，尤其是氧化物型VCSELs器件不穩(wěn)定且難于操作。此外，即使在一穩(wěn)定的配置內(nèi)，此等缺陷的存在及數(shù)量因其已在初始加工過(guò)程期間產(chǎn)生而難以控制。由此，VCSEL的性能特征可取決于缺陷的存在及數(shù)量。
舉例而言，在第20030219921號(hào)美國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)案中，闡述了一種用于識(shí)別及/或移除一VCSEL結(jié)構(gòu)內(nèi)氧化物誘發(fā)死區(qū)的方法及系統(tǒng)。在VCSEL結(jié)構(gòu)上實(shí)施一熱退火操作來(lái)“移除”氧化物誘發(fā)死區(qū)，由此允許可靠且穩(wěn)定一致地制作VCSEL氧化物結(jié)構(gòu)。與此一方法相關(guān)的缺陷是氧化材料仍會(huì)留存于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)，從而導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力。在本發(fā)明之前，尚不存在任何一種專用于移除鏡面層內(nèi)不需要的氧化物生長(zhǎng)而僅將該氧化物留置在需用于限制電流自身的孔隙層內(nèi)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
1.本發(fā)明的目標(biāo)本發(fā)明的一目標(biāo)是提供一具有蝕刻氧化物側(cè)壁的改良型半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一改良型垂直共振腔面射型激光器(VCSEL)。
本發(fā)明的又一目標(biāo)是提供一改良型氧化物VCSEL。
本發(fā)明的再一目標(biāo)是提供一具有一已移除應(yīng)變層部分的臺(tái)面的VCSEL結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再一目標(biāo)是提供一蝕刻方法來(lái)移除一VCSEL結(jié)構(gòu)的氧化物側(cè)壁區(qū)且由此實(shí)現(xiàn)氧化物VCSEL器件穩(wěn)定一致的加工、測(cè)試及可靠性。
2.本發(fā)明的特點(diǎn)簡(jiǎn)單且概括地說(shuō)，本發(fā)明提供一種通過(guò)以下步驟制造一垂直共振腔面射型激光器的方法在該襯底上形成一第一平行鏡面堆疊；在該第一平行鏡面堆疊上形成一活性及間隔層；在該活性及間隔層上形成一第二平行鏡面堆疊；蝕刻至少該第二平行鏡面堆疊以界定一結(jié)構(gòu)；氧化該結(jié)構(gòu)的周邊側(cè)壁以在該結(jié)構(gòu)內(nèi)形成一電流限制中心區(qū)域；及蝕刻該結(jié)構(gòu)外緣側(cè)壁的至少一部分來(lái)移除該等鏡面層內(nèi)的已氧化區(qū)域。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于制造一垂直共振腔面射型激光器的方法，其包括提供一襯底；在該襯底上形成一第一平行鏡面堆疊；在該第一平行鏡面堆疊上形成一活性及間隔層；在該活性及間隔層上形成一第二平行鏡面堆疊；蝕刻該第二平行鏡面堆疊來(lái)界定一臺(tái)面型結(jié)構(gòu)；氧化該臺(tái)面形結(jié)構(gòu)以在該臺(tái)面內(nèi)形成一電流限制中心區(qū)域；及蝕刻該臺(tái)面結(jié)構(gòu)的外緣側(cè)壁來(lái)移除已氧化材料。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一制作一VCSEL的方法，其中形成一具有一第一鏡面堆疊及一第二鏡面堆疊且中間夾有一活性區(qū)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，該第二鏡面堆疊是一具有一上部表面及一外側(cè)壁的臺(tái)面結(jié)構(gòu)；形成至少一延伸至該臺(tái)面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁內(nèi)的氧化區(qū)域，其包括一應(yīng)變誘發(fā)區(qū)域；及蝕刻該臺(tái)面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁來(lái)移除該應(yīng)變誘發(fā)區(qū)域的至少一部分。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一面射型激光器，其具有一具有頂部及底部表面的襯底；一位于該襯底頂部表面上的具有交替折射率的第一鏡面層堆疊；一位于該第一堆疊上的活性層，該活性層具有一在該活性層的一相鄰基礎(chǔ)層部分上方延伸的臺(tái)面；一位于該臺(tái)面一頂部表面上的第二鏡面層堆疊，該第二鏡面層堆疊具有交替折射率；及一環(huán)繞該臺(tái)面周邊定位的蝕刻氧化物層。
由此，可結(jié)合VCSEL器件及/或其它半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)使用本文所闡述的本發(fā)明的方法及器件來(lái)改良其可靠性、控制及穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明適用于任何依賴于(例如)含鋁III-V半導(dǎo)體氧化的半導(dǎo)體器件。
隨附權(quán)利要求中特別列述了此等據(jù)認(rèn)為代表本發(fā)明特征的新穎特點(diǎn)。然而，結(jié)合此等附圖閱讀下文中對(duì)具體實(shí)施例的說(shuō)明將能夠最佳地了解本發(fā)明自身，以至其結(jié)構(gòu)及操作方法，以及其額外的目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)。


圖1a是一現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域習(xí)知的氧化物限制型VCSEL中一放大比例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部截面圖；圖1b是一現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域習(xí)知的離子植入型VCSEL中一放大比例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部截面圖；圖2是一圖1a中一氧化物限制型VCSEL的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部截面詳圖；圖3是本發(fā)明第一加工步驟后的一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部截面詳圖；圖4是一根據(jù)本發(fā)明通過(guò)氧化該結(jié)構(gòu)周邊側(cè)壁在該結(jié)構(gòu)內(nèi)形成一電流限制中心區(qū)域后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部截面詳圖。
圖5是一根據(jù)本發(fā)明通過(guò)蝕刻至少該結(jié)構(gòu)外側(cè)壁的一部分移除已氧化材料后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部截面詳圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，闡述本發(fā)明的各種細(xì)節(jié)，包括其各種實(shí)例性方面及實(shí)施例。在附圖及以下說(shuō)明中，使用相同參考編號(hào)來(lái)識(shí)別相同的或功能上類似的元件，且意欲以一高度簡(jiǎn)化的圖解方式來(lái)圖解說(shuō)明實(shí)例性實(shí)施例的主要特點(diǎn)。此外，此等圖紙并非意欲描繪實(shí)際實(shí)施例的每一特點(diǎn)也并非意欲描繪所描繪元件的相對(duì)尺寸，因此該等圖紙并非按比例繪制。
參照?qǐng)D1a，其顯示一現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域習(xí)知的氧化物限制型VCSEL中一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部截面圖。具體而言，VCSEL100包括界定于一形成一第一鏡面堆疊的第一半導(dǎo)體區(qū)域102與一形成一第二鏡面堆疊的第二半導(dǎo)體區(qū)域103之間的一激光共振腔區(qū)域105。該等半導(dǎo)體區(qū)域102及103均設(shè)置在一通常為P-型砷化鎵的襯底104上。該共振腔區(qū)域105包括一個(gè)或多個(gè)活性層(例如，一個(gè)量子阱或一個(gè)或多個(gè)量子點(diǎn))。該等活性層可由AlInGaAs(即，AlInGaAs、GaAs、AlGaAs、及InGaAs)、InGaAsP(即，InGaAsP、GaAs、InGaAs、GaAsP、及GaP)、GaAsSb(即，GaAsSb、GaAs、及GaSb)、InGaAsN(即，InGaAsN、GaAs、InGaAs、GaAsN、及GaN)、或AlInGaAsP(即，AlInGaAsP、AlInGaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaAsP、GaAs、InGaAs、GaAsP、及GaP)構(gòu)成。也可使用其它的量子阱層成分。如圖2所示，該等活性層可夾在一對(duì)間隔層106、107之間。第一及第二間隔層106、107可由鋁、砷及鎵構(gòu)成且根據(jù)活性層的材料成分來(lái)選擇。該結(jié)構(gòu)配備有一電觸點(diǎn)(未顯示)，以能夠給VCSEL100施加一合適的驅(qū)動(dòng)電路。
襯底104可由GaAs、InP、藍(lán)寶石(Al.sub.2 O.sub.3)或InGaAs構(gòu)成且可為未經(jīng)摻雜、經(jīng)摻雜的n-型(例如，摻有Si)或經(jīng)摻雜的p-型(例如，摻有Zn)。一緩沖層可在形成VCSEL100之前生長(zhǎng)在襯底104上。在圖1的示意性表示中，將第一及第二鏡面堆疊102、103設(shè)計(jì)成激光能夠自VCSEL100的頂部表面發(fā)射；在另一實(shí)施例中，可將該等鏡面堆疊設(shè)計(jì)成激光能夠自襯底104的底部表面發(fā)射。
在操作中，將一操作電壓施加至該等電觸點(diǎn)以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生一電流。該電流將流經(jīng)該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一中心區(qū)域，從而導(dǎo)致共振腔區(qū)域105的一中心部分發(fā)射激光。一由一環(huán)繞氧化物區(qū)域101或離子植入?yún)^(qū)域或兩者界定的限制區(qū)域提供對(duì)載子及光子的橫向限制。該限制區(qū)域內(nèi)相對(duì)高的電阻率會(huì)使電流被引導(dǎo)至且流經(jīng)該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一位于中心的區(qū)域。具體而言，在氧化物VCSEL中，對(duì)光子的光學(xué)限制起因于該限制區(qū)域折射率的實(shí)質(zhì)性降低。因此，產(chǎn)生一橫向折射率分布(profile)來(lái)引導(dǎo)產(chǎn)生于共振腔區(qū)域105內(nèi)的光子。該載子及光學(xué)橫向限制會(huì)增加活性區(qū)域內(nèi)載子及光子的密度及提高活性區(qū)域內(nèi)光的產(chǎn)生效率。
在某些實(shí)施例中，該限制區(qū)域101界定VCSEL100的一中心區(qū)域，而該中心區(qū)域界定一較佳供VCSEL電流流經(jīng)的孔隙。在其它實(shí)施例中，可使用氧化物層作為VCSEL結(jié)構(gòu)內(nèi)分布式布拉格反射鏡的一部分。
第一及第二鏡面堆疊102及103各自分別包括一由不同折射率材料構(gòu)成的交替層系統(tǒng)，該系統(tǒng)可形成一分布式布拉格反射鏡(DBR)。材料根據(jù)所期望的工作激光波長(zhǎng)(例如，一介于650納米至1650納米范圍內(nèi)的波長(zhǎng))來(lái)選擇。例如，第一及第二鏡面堆疊102、103可由高含鋁量的AlGaAs及低含鋁量的AlGaAs交替層構(gòu)成。該等由第一及第二鏡面堆疊102、103構(gòu)成的層較佳具有一大約為該工作激光波長(zhǎng)四分之一的有效光學(xué)厚度(即，該層的厚度乘以該層的折射率)。
第一鏡面堆疊102可通過(guò)傳統(tǒng)的外延生長(zhǎng)方法(諸如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOVCD)或分子束外延法(MBE))形成為一臺(tái)面，隨后進(jìn)行蝕刻。
一旦第一鏡面堆疊102、活性層105及第二鏡面堆疊103均制備完成，即可圖案化該結(jié)構(gòu)來(lái)形成一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的VCSELs。可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)眾所周知的任何方法給該第二鏡面堆疊103的上部表面配備一光阻材料層。曝光該光阻材料層并移除材料來(lái)界定一臺(tái)面或一溝槽的位置與大小。然后，使用現(xiàn)有技術(shù)中習(xí)知的任何適合方法(諸如，干或濕蝕刻方法)來(lái)蝕刻鏡面堆疊103，形成該臺(tái)面或溝槽。典型的干蝕刻方法使用氯、氮及氦離子，而濕蝕刻方法使用硫酸或磷酸蝕刻劑。在臺(tái)面實(shí)施例中，該臺(tái)面的直徑可介于25至50微米的范圍內(nèi)，或較佳為大約40微米，且高出襯底表面大約三至五微米。在溝槽實(shí)施例中，該溝槽將延伸成完整的環(huán)形且界定一大概的臺(tái)面形區(qū)域。在以上兩個(gè)實(shí)施例中，該臺(tái)面具有一大概的圓形截面。
在該加工程序結(jié)束時(shí)，將一諸如氮化硅(SiNx)的介電材料層沉積在VCSEL100的整個(gè)表面上，且在臺(tái)面型結(jié)構(gòu)108的上部表面上蝕刻一開(kāi)口以大致重合及界定一光發(fā)射區(qū)109。將一透明金屬接觸層沉積于該發(fā)射區(qū)內(nèi)且延伸于臺(tái)面型結(jié)構(gòu)108上，以界定一電觸點(diǎn)窗口且提供足夠的表面供一外部電觸點(diǎn)使用。通常，所使用的透明金屬是氧化錫銦(ITO)、氧化錫鎘、或類似材料。若需要，可在層上沉積額外的傳統(tǒng)金屬。應(yīng)注意，電接觸窗口基本上控制著上部平行鏡面堆疊內(nèi)的電流分配。
圖1b圖解說(shuō)明一現(xiàn)有技術(shù)習(xí)知的諸如第2003/0219921號(hào)已公開(kāi)美國(guó)專利申請(qǐng)案所表述的另一VCSEL100的透視圖，其中該VCSEL100包括可通過(guò)部分氧化該相關(guān)VCSEL鏡面結(jié)構(gòu)內(nèi)一高含鋁薄層而形成的一絕緣區(qū)域。與圖1A所示臺(tái)面型結(jié)構(gòu)108不同，圖1b所示為一由一溝槽110所環(huán)繞的氧化物隔離型VCSEL100的示意性截面圖。如圖1b所示，VCSEL一般包括一發(fā)射孔隙107、一形成一孔隙的氧化物限制區(qū)域101及一活性區(qū)域106。
圖2描繪一現(xiàn)有技術(shù)中習(xí)知的用于臺(tái)面型或溝槽型VCSEL結(jié)構(gòu)的VCSEL電流限制結(jié)構(gòu)200的放大視圖。圖2一般圖解說(shuō)明圖1b的一放大部分，其示意性圖示一氧化物層在結(jié)構(gòu)200內(nèi)的位置。結(jié)構(gòu)200表示一氧化物VCSEL的典型VCSEL限制結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)200的右手側(cè)邊緣204表示一VCSEL光學(xué)共振腔的中心線。應(yīng)注意，此一VCSEL共振腔通常具有一徑向?qū)ΨQ。
該共振腔區(qū)域或量子阱區(qū)域105包括一P-N結(jié)。量子阱區(qū)域105位于VCSEL100的帶106與107之間，而帶106與107分別表示用以設(shè)定該VCSEL共振腔長(zhǎng)度的p-型及n-型間隔層。p-型布拉格鏡面之一部分可定位在該結(jié)構(gòu)的頂部222上且該n-型布拉格鏡面之一部分也可定位在VCSEL100的底部處。
在氧化物VCSEL結(jié)構(gòu)中，濕式熱氧化過(guò)程在結(jié)構(gòu)200內(nèi)形成一由層232表示的圓環(huán)形氧化鋁。該氧化過(guò)程還自該等環(huán)繞層中消除受子濃度。
圖3至5描繪一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一系列截面圖，其圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明蝕刻該結(jié)構(gòu)的周邊側(cè)壁的過(guò)程步驟。更具體而言，圖3描繪根據(jù)本發(fā)明在該襯底上形成一第一鏡面堆疊102、在該第一平行鏡面堆疊上形成一活性層101及間隔層106、107、在該活性及間隔層上形成一第二平行鏡面堆疊后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該圖描繪在向下蝕刻該第二平行鏡面堆疊103的至少兩層直至層108來(lái)界定合成臺(tái)面型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200后的結(jié)構(gòu)。
圖4描繪根據(jù)本發(fā)明氧化該結(jié)構(gòu)的周邊側(cè)壁201在該機(jī)構(gòu)內(nèi)形成一電流限制中心區(qū)域222后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200。形成該第二鏡面堆疊的步驟包括在該第二鏡面堆疊的至少一部分內(nèi)沉積高及低含鋁量的AlGaAs交替層，及氧化該臺(tái)面結(jié)構(gòu)的步驟包括氧化至少該等高鋁量的AlGaAs層。具體來(lái)說(shuō)，圖中顯示具有高含Al量(97％-98％)的絕緣氧化物層202，而陰影部分表示此層的已氧化部分。第一鏡面堆疊內(nèi)的該等高含AL量的環(huán)繞層203僅具有一85％的Al成分，此導(dǎo)致環(huán)繞層203比層202的氧化速度慢。由此，層203的陰影已氧化部分自側(cè)壁201延伸出的距離比層202短。氧化該等高含鋁量的AlGaAs層的步驟包括使帶有增添水分的氮?dú)庠诖蠹s400攝氏度的溫度下流過(guò)外側(cè)壁上方。蝕刻鄰近外側(cè)壁的第二鏡面堆疊所選擇層的步驟會(huì)降低該第二鏡面堆疊之一部分的電導(dǎo)率。
圖5描繪根據(jù)本發(fā)明蝕刻該結(jié)構(gòu)外緣側(cè)壁201至少一部分來(lái)移除層203含有氧化材料的部分后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該蝕刻側(cè)壁的步驟可移除至少一微米的側(cè)壁深度且可自該側(cè)壁上移除材料以使該側(cè)壁實(shí)質(zhì)上整個(gè)垂直于該第一平行鏡面堆疊。通過(guò)濕蝕刻，例如通過(guò)使用DI水稀釋HF的蝕刻來(lái)實(shí)施蝕刻側(cè)壁的步驟。
應(yīng)了解，上述每一元件及過(guò)程步驟、或兩個(gè)或多個(gè)元件及過(guò)程步驟皆可單獨(dú)或共同有效應(yīng)用在不同于上述類型的其它類型的結(jié)構(gòu)中。
盡管本文是以VCSEL器件的一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造此結(jié)構(gòu)的方法圖解說(shuō)明并闡述了本發(fā)明，但此并非意欲將本發(fā)明限制于此等圖示細(xì)節(jié)，因?yàn)樵诓灰匀魏畏绞矫撾x本發(fā)明精神的前提下可對(duì)本發(fā)明實(shí)施各種修改及結(jié)構(gòu)改變。
無(wú)需進(jìn)一步分析，上文已全面披露本發(fā)明之要旨，以使人們能夠應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)在不忽略根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)觀點(diǎn)合理構(gòu)成本發(fā)明的一般或具體方面的基本特征的前提下輕易地將本發(fā)明修改適用于各種應(yīng)用，且因此，此等修改應(yīng)該且意欲包括在隨附權(quán)利要求的等效意義及范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造一垂直共振腔面射型激光器的方法，其包括提供一襯底；在所述襯底上形成一第一平行鏡面堆疊；在所述第一平行鏡面堆疊上形成一活性及間隔層；在所述活性及間隔層上形成一第二平行鏡面堆疊；蝕刻所述第二平行鏡面堆疊以界定一臺(tái)面型結(jié)構(gòu)；氧化所述臺(tái)面型結(jié)構(gòu)以在所述臺(tái)面內(nèi)形成一電流限制中心區(qū)域；及蝕刻所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的外側(cè)壁來(lái)移除已氧化材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻所述第二平行鏡面堆疊的所述步驟進(jìn)一步蝕刻所述第一平行鏡面堆疊的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻所述側(cè)壁的所述步驟移除至少一微米的側(cè)壁深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻所述側(cè)壁的所述步驟自所述側(cè)壁移除材料，以使所述側(cè)壁實(shí)質(zhì)上整個(gè)垂直于所述第一平行鏡面堆疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述第二鏡面堆疊的所述步驟包括在所述第二鏡面堆疊的至少一部分內(nèi)沉積高及低含鋁量的AlGaAs交替變換的層且氧化所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的所述步驟包括氧化至少所述高含鋁量AlGaAs層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中氧化所述高含鋁量AlGaAs層的所述步驟包括使具有添加水分的氮?dú)庠谝淮蠹s400攝氏度的溫度流過(guò)所述外緣側(cè)壁上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻鄰近所述外緣側(cè)壁的所述第二鏡面堆疊中所選擇層的所述步驟可降低所述第二鏡面堆疊之一部分的電導(dǎo)率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻所述側(cè)壁的所述步驟包括蝕刻至少所述高含鋁量AlGaAs層的已氧化側(cè)壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)濕蝕刻實(shí)施蝕刻所述側(cè)壁的所述步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述濕蝕刻步驟包括使用經(jīng)DI水稀釋的HF進(jìn)行蝕刻。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)干蝕刻實(shí)施蝕刻所述側(cè)壁的所述步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述臺(tái)面型結(jié)構(gòu)上沉積一介電材料層來(lái)限制在所述臺(tái)面型區(qū)域內(nèi)流動(dòng)的電流；在所述臺(tái)面型結(jié)構(gòu)內(nèi)蝕刻一貫通所述介電層的開(kāi)口；及在所述臺(tái)面型結(jié)構(gòu)上沉積包括光學(xué)透明導(dǎo)電材料在內(nèi)的材料來(lái)界定一電接觸窗口，以將所述激光器內(nèi)的電流分配控制在所期望的電流配置，所述介電材料及所述光學(xué)透明導(dǎo)電材料沉積至一能夠?yàn)樗雠_(tái)面型結(jié)構(gòu)提供所期望折射率分布的光學(xué)厚度。
13.一種用于制作一VCSEL的方法，其包括形成一具有一第一鏡面堆疊及一第二鏡面堆疊且其中間夾有一活性區(qū)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，所述第二鏡面堆疊是一具有一上部表面及外側(cè)壁的臺(tái)面結(jié)構(gòu)；形成至少一個(gè)延伸至所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的所述側(cè)壁內(nèi)的氧化物區(qū)域，包括一應(yīng)變誘發(fā)區(qū)域；及蝕刻所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的所述側(cè)壁來(lái)移除所述應(yīng)變誘發(fā)區(qū)域的至少一部分。
14.一種面射型激光器，其包括一具有頂部及底部表面的襯底；一位于所述襯底頂部表面上的第一鏡面堆疊層，所述第一鏡面堆疊層具有交替的折射率；一位于所述第一堆疊上的活性層，所述活性層具有一在所述活性層的一鄰近基礎(chǔ)層部分上延伸的臺(tái)面；一位于所述臺(tái)面的一頂部表面上的第二鏡面堆疊層，所述第二鏡面堆疊層具有交替的折射率；及一位于所述臺(tái)面周邊且位于緊靠所述臺(tái)面的鄰近基礎(chǔ)層部分上的蝕刻氧化物層。
15.一種用于制造一垂直共振腔面射型激光器的方法，其包括提供一襯底；在所述襯底上形成一第一平行鏡面堆疊；在所述第一平行鏡面堆疊上形成一活性及間隔層；在所述活性及間隔層上形成一第二平行鏡面堆疊；蝕刻至少所述第二平行鏡面堆疊來(lái)界定一結(jié)構(gòu)；氧化所述結(jié)構(gòu)的周邊側(cè)壁以在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)形成一電流限制中心區(qū)域；及蝕刻所述結(jié)構(gòu)的外側(cè)壁的至少一部分來(lái)移除已氧化材料。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種通過(guò)在所述襯底上形成一第一平行鏡面堆疊、在所述第一平行鏡面堆疊上形成一活性及間隔層并在所述活性及間隔層上形成一第二平行鏡面堆疊而在一襯底上制造一垂直共振腔面射型激光器的方法。然后，蝕刻所述第二平行鏡面堆疊以界定一結(jié)構(gòu)，隨后，氧化所述結(jié)構(gòu)的周邊側(cè)壁以在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)形成一電流限制中心區(qū)域，及蝕刻所述結(jié)構(gòu)外側(cè)壁的至少一部分來(lái)移除已氧化的材料。
文檔編號(hào)H01S5/20GK1702928SQ200510053710
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者道格·柯林斯 申請(qǐng)人:昂科公司