竖直腔面发射激光装置与制作微透镜的方法制造方法及图纸

在一些实施例中，本发明专利技术涉及一种竖直腔面发射激光(VCSEL)装置，其包含布置在反射层堆叠上方的微透镜。反射层堆叠包括第一材料和第二材料的交替反射层。微透镜堆叠包含第一透镜层、布置在第一透镜层上方的第二透镜层以及布置在第二透镜层上方的第三透镜层。第一透镜层包括第一元素的第一平均浓度且具有第一宽度。第二透镜层包括大于第一平均浓度的第一元素的第二平均浓度且具有小于第一宽度的第二宽度。第三透镜层包括大于第二平均浓度的第一元素的第三平均浓度且具有小于第二宽度的第三宽度。

【技术实现步骤摘要】
竖直腔面发射激光装置与制作微透镜的方法
本专利技术的实施例是关于一种竖直腔面发射激光装置与制作微透镜的方法。
技术介绍
激光二极管用于多种类型的现代装置中。竖直腔面发射激光(verticalcavitysurfaceemittinglaser，VCSEL)是用于新一代激光二极管的一个有前景的选择。相较于例如边缘发射装置的当前激光二极管，来自VCSEL的发射竖直于装置的平面且因此其可使用标准处理技术进行处理。此外，来自VCSEL装置的有利发射允许在单一晶片上产生大量激光。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例提供一种竖直腔面发射激光(VCSEL)装置，其特征在于，包括：反射层堆叠，包括第一材料和第二材料的交替反射层；以及微透镜堆叠，布置在所述反射层堆叠上方且包括：第一透镜层，包括第一元素的第一平均浓度且具有第一宽度；第二透镜层，布置在所述第一透镜层上方且包括大于所述第一平均浓度的所述第一元素的第二平均浓度且具有小于所述第一宽度的第二宽度；以及第三透镜层，布置在所述第二透镜层上方且包括大于所述第二平均浓度的所述第一元素的第三平均浓度且具有小于所述第二宽度的第三宽度。此外，本专利技术的其他实施例提供一种竖直腔面发射激光(VCSEL)装置，其特征在于，包括：反射层堆叠，包括交替堆叠的多个第一反射层以及多个第二反射层，其中所述多个第一反射层包括第一组合物且所述多个第二反射层包括与所述第一组合物不同的第二组合物；以及微透镜堆叠，包括由氧化透镜层横向包围的透镜层，所述氧化透镜层横向接触所述反射层堆叠正上方的侧壁间隔物，其中所述透镜层包括：最底部透镜层，具有第一最大宽度；中间透镜层，具有小于所述第一最大宽度的第二最大宽度；以及最顶部透镜层，具有小于所述第二最大宽度的第三最大宽度。另外，本专利技术的其他实施例一种制作用于竖直腔面发射激光(VCSEL)装置的微透镜的方法，其特征在于，所述方法包括：在第二反射层上方形成第一透镜层且包括第一元素的第一平均浓度；在所述第一透镜层上方形成第一额外反射层；在所述第一额外反射层上方形成第二透镜层且包括大于所述第一平均浓度的所述第一元素的第二平均浓度；在所述第二透镜层上方形成第二额外反射层；以及执行氧化工艺来氧化所述第一透镜层和所述第二透镜层的外围部分以形成所述第一透镜层的氧化外围部分以及所述第二透镜层的氧化外围部分，其中所述第二透镜层的所述氧化外围部分比所述第一透镜层的所述氧化外围部分更宽。附图说明结合附图阅读以下详细描述会最佳地理解本专利技术的实施例的各个方面。应注意，根据业界中的标准惯例，各个特征未按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，可任意增大或减小各个特征的尺寸。图1A和图1B示出具有自对准微透镜的VCSEL装置的一些实施例的横截面视图，所述自对准微透镜包括由氧化透镜层包围的透镜层。图2示出具有耦接至晶体管的自对准微透镜的VCSEL装置的一些额外实施例的横截面视图。图3到图19示出使用氧化工艺形成用于VCSEL装置的自对准微透镜的方法的一些实施例的横截面视图。图20示出对应于图3到图19的方法的一些实施例的流程图。具体实施方式以下公开内容提供用于实施所提供主题的不同特征的多个不同实施例或实例。下文描述组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些只是实例且并不意欲为限制性的。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或上的形成可包含第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，并且还可包含额外特征可形成于第一特征与第二特征之间从而使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本专利技术的实施例可在各种实例中重复附图标号和/或字母。此重复是出于简化和清楚的目的，且本身并不规定所论述的各种各种实施例和/或配置之间的关系。此外，为了易于描述，在本文中可使用例如“在…下面”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”等等的空间相关术语，以描述如图中所示出的一个元件或特征相对于另一元件或特征的关系。除图中所描绘的定向外，空间相对术语意图涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相关描述词因此可同样地进行解释。竖直腔面发射激光(VCSEL)装置包含分布式布拉格反射器(distributedBraggreflectors，DBR)堆叠和布置在顶部电极与底部电极之间的光学有源区。DBR堆叠包括交替的第一反射层和第二反射层。在VCSEL装置的操作期间，可在顶部电极和底部电极两端施加偏压，其使得光学有源区发射光。光通过第一反射层和第二反射层多次反射，且由于干扰影响，一些光模式和/或频率由相长干扰扩大，而其它模式和/或频率由相消干扰衰减。通过这种方式，在第一反射层与第二反射层之间的多次反射后，引导光穿过光学孔口(例如，安置于DBR堆叠内的光学不透明材料内的开口，具有与DBR堆叠的层不同折射率的聚集材料内的开口)，且在竖直于第一反射层和第二反射层的方向穿过微透镜发射聚焦激光。通常，在制造VCSEL装置期间，微透镜是通过DBR堆叠单独地制造，且随后对准并接合到DBR堆叠的顶面。在DBR堆叠上方对准微透镜确保激光在发射时经聚焦。然而，通常精密对准有难度且微透镜在DBR堆叠上方未对准。举例来说，在一些实施例中，光学孔口在DBR堆叠内以辅助光聚焦，且微透镜可变得不与光学孔口对准。此外，在一些实施例中，利用接合材料(例如胶)将微透镜接合到DBR堆叠，所述接合材料可能干扰(例如吸收、重新引导等)光聚焦。因此，由于微透镜与DBR堆叠之间的未对准和/或界面，所发射激光可能力度不够、散焦和/或误定向。本专利技术的各种实施例涉及一种在DBR堆叠上方形成集成微透镜的自对准微透镜工艺。所述方法在DBR堆叠上方形成具有额外第一反射层和第二反射层的微透镜堆叠。额外第一反射层包括易氧化的第一元素(例如铝)。去除微透镜堆叠的外围部分，接着进行氧化工艺，所述氧化工艺使得额外第一反射层的外围部分氧化且限定由经氧化透镜层横向包围的透镜层。额外第一反射层中的最顶部反射层氧化超过额外第一反射层中的最底部反射层(这是因为第一反射层中的最顶部反射层具有比第一反射层中的最底部反射层更高的第一元素的浓度)，以使透镜层呈锥形形状。透镜层与氧化透镜层之间的折射率的差值使得透镜层共同地充当聚焦由下伏DBR堆叠产生的辐射的透镜。侧壁间隔物随后沿微透镜堆叠的侧边形成，随后进行第二蚀刻工艺，所述第二蚀刻工艺根据侧壁间隔物来蚀刻DBR堆叠。通过根据侧壁间隔物蚀刻DBR堆叠，透镜层限定在DBR堆叠上方自动对准的透镜，进而减小未对准误差。图1A示出包括自对准微透镜的VCSEL装置的一些实施例的横截面视图100A。横截面视图100A中的VCSEL装置包含反射层堆叠102，所述反射层堆叠包括由光学有源区118间隔开的下部分布式布拉格反射器(DBR)区106和上部DBR区108。在一些实施例中，可将反射层堆叠102安置于第一导电层110上方的第二导电层112上方，所述第一导电层被配置成将反射层堆叠102电性耦接到下伏半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竖直腔面发射激光装置，其特征在于，包括：/n反射层堆叠，包括第一材料和第二材料的交替反射层；以及/n微透镜堆叠，布置在所述反射层堆叠上方且包括：/n第一透镜层，包括第一元素的第一平均浓度且具有第一宽度；/n第二透镜层，布置在所述第一透镜层上方且包括大于所述第一平均浓度的所述第一元素的第二平均浓度且具有小于所述第一宽度的第二宽度；以及/n第三透镜层，布置在所述第二透镜层上方且包括大于所述第二平均浓度的所述第一元素的第三平均浓度且具有小于所述第二宽度的第三宽度。/n

【技术特征摘要】
20190923 US 16/579,6921.一种竖直腔面发射激光装置，其特征在于，包括：
反射层堆叠，包括第一材料和第二材料的交替反射层；以及
微透镜堆叠，布置在所述反射层堆叠上方且包括：
第一透镜层，包括第一元素的第一平均浓度且具有第一宽度；
第二透镜层，布置在所述第一透镜层上方且包括大于所述第一平均浓度的所述第一元素的第二平均浓度且具有小于所述第一宽度的第二宽度；以及
第三透镜层，布置在所述第二透镜层上方且包括大于所述第二平均浓度的所述第一元素的第三平均浓度且具有小于所述第二宽度的第三宽度。


2.根据权利要求1所述的竖直腔面发射激光装置，其特征在于，所述第一透镜层包括所述第一材料且直接地接触包括所述第二材料的所述反射层堆叠的最顶部反射层。


3.根据权利要求1所述的竖直腔面发射激光装置，其特征在于，更包括：
第一氧化透镜层，将所述第一透镜层与安置在所述反射层堆叠正上方的侧壁间隔物横向地分离；
第二氧化透镜层，将所述第二透镜层与所述侧壁间隔物横向地分离；以及
第三氧化透镜层，将所述第三透镜层与所述侧壁间隔物横向地分离。


4.根据权利要求1所述的竖直腔面发射激光装置，其特征在于，所述第一元素的浓度从所述第一透镜层的最底部表面增大到所述第一透镜层的最顶部表面。


5.一种竖直腔面发射激光装置，其特征在于，包括：
反射层堆叠，包括交替堆叠的多个第一反射层以及多个第二反射层，其中所述多个第一反射层包括第一组合物且所述多个第二反射层包括与所述第一组合物不同的第二组合物；以及
微透镜堆叠，包括由氧化透镜层横向包围的透镜层，所述氧化透镜层横向接触所述反射层堆叠正上方的侧壁间隔物，其中所述透镜层包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志彬，刘铭棋，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71