垂直共振腔面发射激光结构制造技术

一种垂直共振腔面发射激光(VCSEL)结构，在光窗周围的第二镜层中设置燃气炉状结构的离子注入区，藉以在离子注入区的内、外缘之间保留数条导电通道，让金属层内缘部的孔径(也就是光窗孔径)得以放大且不损失电阻。不仅可移除掉遮光效应、保留频谱宽抑制的功能，且传输眼图与光电曲线线性度等各种光电特性都得到提升，高速传输特性亦更佳优化。

【技术实现步骤摘要】
垂直共振腔面发射激光结构
本专利技术系有关于一种垂直共振腔面发射激光结构，尤指一种藉由在光窗周围设置燃气炉状结构的离子注入区来控制模态、局限电流及改善眼图的一种垂直共振腔面发射激光结构。
技术介绍
垂直共振腔面发射激光(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser；简称VCSEL)是属于发光激光二极管的其中一种，由于其功率与价格较低，主要应用在区域网络方面，且具有「高速」与「低价」的优势。VCSEL发光及检光的原材料一般以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为主，通常采有机金属气相沉积法(MOCVD)制成磊晶圆。与一般侧射型激光相比，VCSEL的共振腔与光子在共振腔来回共振所需之镜面不是由制程形成之自然晶格断裂面，而是在元件结构磊晶成长时就已形成。一般VCSEL结构大致包含发光活性层、共振腔以及上下具有高反射率之布拉格反射镜(DistributedBraggReflector；简称DBR)。当光子于发光活性层产生后便于共振腔内来回振荡，若达粒子数反转(populationinversion)时激光光会于VCSEL元件的表面形成。而VCSEL由于采取面发射型，激光光呈现圆锥状，较容易与光纤进行耦合，不需额外的光学镜片。对于现有VCSEL的基本结构、制法与作动方式，可以参考美国专利US4,949,350以及US5,468,656的内容。本专利技术系针对上述现有VCSEL的结构与制法加以改良，藉由在光窗周围设置独创之燃气炉架状结构的离子注入区来控制模态、局限电流及改善眼图，令光形更稳定减少掉点，改善光电曲线线性度，且能保持相同甚至更低电阻值。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种垂直共振腔面发射激光结构，可藉由在光窗周围设置独创之燃气炉状结构的离子注入区来控制模态、局限电流及改善眼图，令光形更稳定减少掉点，改善光电曲线线性度，且能保持相同甚至更低电阻值。为达上述之目的，本专利技术提供一种垂直共振腔面发射激光结构，包括有：一基底、一第一镜层位于该基底之上、一活化层位于该第一镜层上、一第二镜层位于活化层上且具有一上表面、一氧化层夹设于该第二镜层内且具有一中央通孔、一凸台区域、一沟槽、一金属层以及一离子注入区；该凸台区域位于该基底之上、且是由至少一部分之该第一镜层、该活化层、该第二镜层以及该氧化层所组构而成；于该凸台区域的一顶面的一中央处具有一光窗，该光窗是对应于该中央通孔；该沟槽环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部份；该沟槽是由该凸台区域的该顶面由上向下至少贯穿该第二镜层、该氧化层与该活化层而延伸入该第一镜层；并且，于该沟槽中填充有一介电材料；该金属层位于该凸台区域之该顶面上、并环绕于该光窗的外周缘、且至少有一内缘部是接触于该第二镜层的该上表面；该光窗的一直径是由该金属层的该内缘部的一内径所定义；该离子注入区至少位于该凸台区域内；该离子注入区是藉由在该第二镜层注入多数不导电粒子所构成之绝缘区域；该离子注入区是从该第二镜层的该上表面向下延伸入该第二镜层一预定深度，并且，位于该凸台区域内的该离子注入层是位于该光窗与该沟槽之间、且是环绕于该光窗的外周缘的至少一部份；该离子注入区由俯视图观之系具有一圆弧状内缘、一圆弧状外缘、以及至少一导电通道自该圆弧状内缘朝向该圆弧状外缘方向向外延伸一预定长度，使该导电通道的一外端部至少向外超过该金属层的该内缘部的外侧；于该导电通道处没有注入该不导电粒子，所以让位于该导电通道处上方的该金属层得以直接接触到该第二镜层的该上表面；该离子注入区的该圆弧状内缘的直径小于该金属层的该内缘部的该内径，亦即，该圆弧状内缘的直径小于该光窗的该直径。于一实施例中，该不导电粒子是质子(Proton)或氧离子。于一实施例中，该离子注入区的该圆弧状内缘的直径小于该氧化层之该中央通孔的直径；该光窗的内径是大于该氧化层之该中央通孔的直径。于一实施例中，该离子注入区具有多个所述导电通道，且各个所述导电通道是贯通于该圆弧状内缘与该圆弧状外缘之间；由俯视图观之，多个所述导电通道将该离子注入区切割为多个分离之扇形区域而类似一燃气炉架结构。于一实施例中：该垂直共振腔面发射激光结构更包括有一绝缘层及一出光层；该绝缘层覆盖于该凸台区域之一外表面的至少一部份，且该金属层是暴露于该绝缘层之外；该出光层位于该凸台区域之该顶面的该光窗上；该第一镜层是一n型分布式布拉格反射镜层(distributedBraggreflector；简称DBR)，且该第二镜层是一p型分布式布拉格反射镜层；该第一镜层与该第二镜层之材质包含有不同铝摩尔百分比之砷化铝镓(AlGaAs)，并且，该氧化层在第二镜层中是具有相对最高摩尔百分比的铝；该氧化层至少是由该沟槽的内周缘朝向该凸台区域之中央水平延伸至该中央通孔外缘为止；以及该介电材料是低介电性质的聚合物材料。于一实施例中：该氧化层的该中央通孔的直径是介于5μm至15μm之间；该金属层的该内缘部的该内径是介于8μm至20μm之间；该离子注入区的该预定深度是介于1μm至4μm之间；该离子注入区的该圆弧状内缘的直径是介于4μm至14μm之间；该离子注入区的该圆弧状外缘的直径是介于20μm至40μm之间；该离子注入区的该导电通道的宽度是介于1μm至5μm之间。附图说明为使能更进一步了解本专利技术之特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术之详细说明与附图，然而所附详细说明与附图仅提供参考与说明用，并非用来对本专利技术加以限制者。图1为本案申请人以往专利技术的垂直共振腔面发射激光结构的一实施例的剖面示意图；图2A为示意表现如图1所示之垂直共振腔面发射激光结构实施例中的金属层内缘部、离子注入区内、外缘、以及氧化层中央通孔周缘之相对位置的俯视示意图；图2B为如图2A中所示之A-A剖面图，其示意表现了如图1所示之垂直共振腔面发射激光结构实施例中的凸台区域的剖面结构；图3A为示意表现本专利技术之垂直共振腔面发射激光结构的一实施例中的金属层内缘部、离子注入区内、外缘、以及氧化层中央通孔周缘之相对位置的俯视示意图；图3B为如图3A中所示之B-B剖面图，其示意表现了本专利技术之垂直共振腔面发射激光结构实施例中的凸台区域的B-B剖面结构；图3C为如图3A中所示之C-C剖面图，其示意表现了本专利技术之垂直共振腔面发射激光结构实施例中的凸台区域的C-C剖面结构；图4A、图4B及图4C分别为依据如图2A及图2B所示之现行垂直共振腔面发射激光结构(光窗孔径8μm)所量测到的传输眼图(EyeDiagram)示意图、输出光功率对电流(L-I)的光电曲线图、及输出光强度对波长的光谱特性图；图5A、图5B及图5C分别为依据如图3A、图3B及图3C所示之本专利技术垂直共振腔面发射激光结构(光窗孔径11μm)所量测到的传输眼图(EyeDiagram)示意图、输出光功率对电流(L-I)的光电曲线图、及输出光强度对波长的光谱特性图。附图标记列表：20～基底；21、41本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直共振腔面发射激光结构，包括：/n一基底；/n一第一镜层，位于该基底之上；/n一活化层，位于该第一镜层上；/n一第二镜层，位于活化层上且具有一上表面；/n一氧化层，夹设于该第二镜层内，该氧化层具有一中央通孔；/n一凸台区域，位于该基底之上、且是由至少一部分之该第一镜层、该活化层、该第二镜层以及该氧化层所组构而成；于该凸台区域的一顶面的一中央处具有一光窗，该光窗是对应于该中央通孔；/n一沟槽，环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部份；该沟槽是由该凸台区域的该顶面由上向下至少贯穿该第二镜层、该氧化层与该活化层而延伸入该第一镜层；并且，于该沟槽中填充有一介电材料；/n一金属层，位于该凸台区域之该顶面上、并环绕于该光窗的外周缘、且至少有一内缘部是接触于该第二镜层的该上表面；该光窗的一直径是由该金属层的该内缘部的一内径所定义；以及/n一离子注入区，至少位于该凸台区域内；/n其特征在于：/n该离子注入区是藉由在该第二镜层注入多数不导电粒子所构成之绝缘区域；该离子注入区是从该第二镜层的该上表面向下延伸入该第二镜层一预定深度，并且，位于该凸台区域内的该离子注入层是位于该光窗与该沟槽之间、且是环绕于该光窗的外周缘的至少一部份；该离子注入区由俯视图观之系具有一圆弧状内缘、一圆弧状外缘、以及至少一导电通道自该圆弧状内缘朝向该圆弧状外缘方向向外延伸一预定长度，使该导电通道的一外端部至少向外超过该金属层的该内缘部的外侧；于该导电通道处没有注入该不导电粒子，所以让位于该导电通道处上方的该金属层得以直接接触到该第二镜层的该上表面；该离子注入区的该圆弧状内缘的直径小于该金属层的该内缘部的该内径，亦即，该圆弧状内缘的直径小于该光窗的该直径。/n...

【技术特征摘要】
1.一种垂直共振腔面发射激光结构，包括：
一基底；
一第一镜层，位于该基底之上；
一活化层，位于该第一镜层上；
一第二镜层，位于活化层上且具有一上表面；
一氧化层，夹设于该第二镜层内，该氧化层具有一中央通孔；
一凸台区域，位于该基底之上、且是由至少一部分之该第一镜层、该活化层、该第二镜层以及该氧化层所组构而成；于该凸台区域的一顶面的一中央处具有一光窗，该光窗是对应于该中央通孔；
一沟槽，环绕于该凸台区域的外周缘的至少一部份；该沟槽是由该凸台区域的该顶面由上向下至少贯穿该第二镜层、该氧化层与该活化层而延伸入该第一镜层；并且，于该沟槽中填充有一介电材料；
一金属层，位于该凸台区域之该顶面上、并环绕于该光窗的外周缘、且至少有一内缘部是接触于该第二镜层的该上表面；该光窗的一直径是由该金属层的该内缘部的一内径所定义；以及
一离子注入区，至少位于该凸台区域内；
其特征在于：
该离子注入区是藉由在该第二镜层注入多数不导电粒子所构成之绝缘区域；该离子注入区是从该第二镜层的该上表面向下延伸入该第二镜层一预定深度，并且，位于该凸台区域内的该离子注入层是位于该光窗与该沟槽之间、且是环绕于该光窗的外周缘的至少一部份；该离子注入区由俯视图观之系具有一圆弧状内缘、一圆弧状外缘、以及至少一导电通道自该圆弧状内缘朝向该圆弧状外缘方向向外延伸一预定长度，使该导电通道的一外端部至少向外超过该金属层的该内缘部的外侧；于该导电通道处没有注入该不导电粒子，所以让位于该导电通道处上方的该金属层得以直接接触到该第二镜层的该上表面；该离子注入区的该圆弧状内缘的直径小于该金属层的该内缘部的该内径，亦即，该圆弧状内缘的直径小于该光窗的该直径。


2.如权利要求1所述的垂直共振腔面发射激光结构，其特征在于，该不导电粒子是质子(Proton)或氧离子。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴衍祥，林佳裕，陈志诚，
申请(专利权)人：光环科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71