制造具有氧化物限制层的半导体器件，例如VCSEL制造技术

本公开涉及制造具有氧化物限制层的半导体器件，例如VCSEL。提供了用于形成半导体器件的至少部分被氧化的限制层的方法和对应的半导体器件。所述方法包括在衬底上形成半导体器件的两层或更多层。所述层包括暴露层和待氧化层。待氧化层设置于衬底与暴露层之间。所述方法还包括使用掩模工艺蚀刻洞图案，洞图案延伸穿过暴露层至少到待氧化层的第一表面。洞图案中的每个洞沿横向于与待氧化层的第一表面平行的水平面的方向延伸。所述方法还包括通过将半导体器件的两层或更多层暴露于氧化气体，经由洞图案氧化待氧化层以形成限制层。由洞图案氧化待氧化层以形成限制层。由洞图案氧化待氧化层以形成限制层。

【技术实现步骤摘要】
制造具有氧化物限制层的半导体器件，例如VCSEL


[0001]各种实施例涉及包括氧化物限制层的半导体器件的制造。各种实施例涉及具有相应氧化物限制层的垂直腔面发射层(VCSEL)的制造。

技术介绍

[0002]例如，诸如VCSEL、LED和光电二极管的各种半导体器件包括被配置为提供横向电和/或光学限制的组件。例如，在VCSEL中，可以使用掩埋隧道结来提供横向电和/或光学限制。在一些VCSEL中，VCSEL的一层或更多层从大约VCSEL的周边向内氧化以形成可用于提供横向电和/或光学限制的氧化层。

技术实现思路

[0003]VCSEL内的横向电和/或光学限制用于控制VCSEL的有源区域内的电场，使得有源区域将产生足够的光功率用于激射活动。在各种VCSEL中，已经使用了多种方法来提供适当的横向电和/或光学限制，例如使用掩埋隧道结、氧化物限制和离子注入区(例如，参见2021年2月24日提交的美国专利申请第17/249,224号，其内容通过引用整体并入本文)。在各种其他半导体器件中需要类似的横向电和/或光学限制。
[0004]如上所述，在一些VCSEL中，VCSEL的一层或更多层从VCSEL台面的大约周边向内氧化，以针对VCSEL的预期应用提供适当的横向电和/或光学限制。换言之，VCSEL的一层或更多层从该层的外边缘向该层的中间部分被氧化。然而，这种氧化过程不适用于广泛的材料。例如，InAlGaAs和/或InAlAs的层不能有效地从层的外边缘向该层的中间部分氧化，因为氧不能从外边缘以足够的深度向层的中间部分渗透以进行氧化。此外，这样的氧化过程(例如，从外围边缘氧化到层的中间部分)不允许在限制层中以对孔的形状或位置进行高精度的控制而形成多个孔。因此，存在与氧迁移率低的材料的氧化层以及控制半导体器件的氧化物限制层中的孔的形状和/或位置有关的技术问题。
[0005]本专利技术实施例为这些技术问题提供了技术方案。特别地，各种实施例提供了用于制造具有氧化物限制层的半导体器件的方法，该氧化物限制层包括具有低氧迁移率的材料和/或一个或更多个孔(例如，限制层的未被氧化的部分)，孔的位置、尺寸和/或形状受到控制。在各种实施例中，半导体器件是VCSEL、光电二极管和/或其中期望和/或需要横向电和/或光学限制的其他半导体器件。
[0006]在各种实施例中，该方法包括在衬底上形成半导体器件的多个层。在各种实施例中，所述多个层包括至少两层——待氧化层和暴露层。待氧化层布置于暴露层与衬底之间，且暴露层具有暴露于周围环境的第一表面。例如，暴露层形成在待氧化层上，使得暴露层的第二表面邻接、紧邻和/或形成在待氧化层的第一表面上。暴露层的第一表面(还)没有在其上形成另一层。
[0007]在示例实施例中，该方法包括形成穿过暴露层至少到待氧化层的第一表面的洞图案。例如，洞图案包括从暴露层的第一表面穿过暴露层到暴露层的第二表面形成(例如，蚀
刻)的多个洞。然后将部分和/或工艺中的半导体(包括衬底、待氧化层、具有穿过其形成的洞图案的暴露层和衬底和待氧化层之间的可能的其他层)，暴露于氧化气体(例如，包含水蒸气的气体)。氧化气体氧化待氧化层的一部分以形成限制层，该限制层具有限定在其中的、待氧化层的材料未被氧化的一个或更多个孔。在各种实施例中，一个或更多个孔的位置和形状由洞图案限定。
[0008]根据本公开的一方面，提供了一种用于形成半导体器件的至少部分氧化的限制层的方法。该方法包括在衬底上形成半导体器件的两层或更多层。两层或更多层包括暴露层和待氧化层。待氧化层布置于衬底与暴露层之间。该方法还包括使用掩模工艺蚀刻洞图案，洞延伸穿过暴露层至少到待氧化层的第一表面。待氧化层的第一表面是待氧化层的、与由衬底的最接近暴露层的表面限定的水平面大致平行的表面。洞图案中的每个洞沿横向于水平面的方向延伸。该方法还包括通过将半导体器件的两层或更多层暴露于氧化气体，通过洞图案氧化待氧化层从而形成限制层。
[0009]在示例实施例中，两层或更多层进一步包括至少一个有源层，该有源层包括InP基的材料。在示例实施例中，待氧化层包括InAlGaAs和/或InAlAs，并且限制层包括被氧化的InAlGaAs和/或InAlAs。在示例实施例中，洞图案中的每个洞具有距该洞不超过十微米的至少一个最近邻。在示例实施例中，洞图案中的每个洞的直径在0.5至5微米的范围内。
[0010]在一个示例实施例中，半导体器件是垂直腔面发射激光器(VCSEL)，两层或更多层包括第一反射器和有源区，并且第一反射器设置在衬底和有源区之间。VCSEL还包括第二反射器，并且有源区设置在第一反射器和第二反射器之间。在示例实施例中，待氧化层是以下中的一者：(a)设置在有源区和第二反射器之间的间隔层或(b)第二反射器的一层。在示例实施例中，VCSEL被配置为发射特征波长在1200
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2000nm范围内的光。在示例实施例中，该方法还包括在形成限制层之后，将第二反射器形成或接合到暴露层上。在示例实施例中，在将第二反射器形成或接合到暴露层上之后，暴露层仍然包括洞图案。在示例实施例中，限制层包括至少一个孔部分，孔部分是限制层的未被氧化部分，其限定了VCSEL的电光孔。在示例实施例中，孔部分的形状限定了由VCSEL发射的光的光束轮廓和偏振。在示例实施例中，至少一个孔部分包括两个或更多个孔部分，其中VCSEL被配置为通过两个或更多个光学孔发射光，两个或更多个光学孔中的每一个由两个或更多个孔部分中的相应一个限定。在示例实施例中，至少一个孔部分由洞图案限定。在示例实施例中，洞图案限定了单模和/或多模VCSEL配置的至少一个电光孔的形状和图案。
[0011]根据另一方面，提供了一种VCSEL。在示例实施例中，VCSEL包括：形成在衬底上的第一反射器；第二反射器；设置在第一反射器和第二反射器之间的有源区；限制层；和图案化层。限制层包括被氧化图案和至少一个孔部分。孔部分是限制层的限定VCSEL的电光孔的未被氧化部分。图案化层包括与被氧化图案相对应的洞图案。
[0012]在示例实施例中，至少一个孔部分包括两个或更多个孔部分并且VCSEL被配置为通过两个或更多个光学孔发射光，两个或更多个光学孔中的每一个与两个或更多个孔部分中的相应一个相对应。在示例实施例中，限制层和图案化层是紧邻的层并且设置(a)在有源区和第二反射器之间或(b)在第二反射器内。在示例实施例中，孔部分的形状限定了由VCSEL通过光学孔发射的光的光束轮廓和偏振。在示例实施例中，VCSEL被配置为发射特征波长在1200
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2000nm范围内的光。
附图说明
[0013]已经如此概括地描述了本专利技术，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且其中：
[0014]图1示出了根据示例性实施例的垂直腔面发射激光器(VCSEL)在基本上平行于VCSEL的发射轴的平面中截取的示意性截面图；
[0015]图2A示出了根据实施例的沿图1所示的AA线在基本上垂直于VCSEL的发射轴的平面中截取的VC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成半导体器件的至少部分被氧化的限制层的方法，所述方法包括：在衬底上形成半导体器件的两层或更多层，所述两层或更多层包括暴露层和待氧化层，所述待氧化层设置在所述衬底和所述暴露层之间；使用掩模工艺蚀刻洞图案，所述洞图案延伸穿过所述暴露层至少到所述待氧化层的第一表面，所述待氧化层的所述第一表面为所述待氧化层的、通常平行于由所述衬底的最接近所述暴露层的表面所限定的水平面的表面，所述洞图案中的每个洞沿横向于所述水平面的方向延伸；以及通过将所述半导体器件的所述两层或更多层暴露于氧化气体，经由所述洞图案氧化所述待氧化层以形成限制层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述两层或更多层进一步包括至少一个有源层，所述至少一个有源层包括InP基的材料。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述待氧化层包括InAlGaAs或InAlAs，并且所述限制层包括被氧化的InAlGaAs或被氧化的InAlAs。4.如权利要求1所述的方法，其中：所述半导体器件是垂直腔面发射激光器VCSEL，所述两层或更多层包括第一反射器和有源区，所述第一反射器设置在所述衬底和所述有源区之间，以及所述VCSEL还包括第二反射器，所述有源区设置在所述第一反射器和所述第二反射器之间。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述待氧化层是以下中的一者：(a)设置在所述有源区和所述第二反射器之间的间隔层或(b)所述第二反射器的一层。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述VCSEL被配置为发射特征波长在1200
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2000nm范围内的光。7.根据权利要求4所述的方法，还包括：在形成所述限制层之后，将所述第二反射器形成或结合到所述暴露层上。8.根据权利要求7所述的方法，其中在将所述第二反射器形成或结合到所述暴露层上之后，所述暴露层仍然包括所述洞图案。9.根据权利要求4所述的方法，其中所述限制层包括至少一个孔部分，所述孔部分是所述限制层的未氧化部分，其限定了所述VCSE...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：迈络思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：