专利名称：垂直共振腔面射型雷射二极管的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种雷射二极管，尤指一种垂直共振腔面射型雷射二极管。
背景技术：
传统面射型垂直共振腔半导体雷射二极管(VCSEL)其共振腔是以磊晶方式成长分布式布拉格反射层(以下简称DBR)，通常此DBR需要有99％以上的反射率，欲达此高的反射率必须借助于组成DBR反射对(Reflectorpairs)其折射系数之差(Δn)与反射对的对数适当搭配，对于1310或1550nmVCSEL元件，若以晶格匹配为考量，只能选择InGaAsP/InP反射镜成长于InP系列的活性层，然而InGaAsP/InP反射对其不仅导热系数差且Δn相差太小(相较于GaAs/AlAs Bragg mirror，或价电材料级成的DBR)以致需很多对反射来提升其反射率，然此又衍生另一问题，在如此复杂的磊晶结构成长过程中，需要上升次分子束(MBE)或气体源(MOCVD)的切换及冗长的成长时间(4至8小时)而又要维持小于1％的成长误差率，对于执行磊晶成长的工作者而言实在是一项艰辛的挑战，且对于磊晶成本、元件良率将大打折扣。
目前国际上解决以上问题的方法是采用一次或两次晶片贴合技术，以1310nm雷射为例，将磊晶膜贴合至另一具磊晶的AlGaAs/GaAs DBR结构的GaAs基板，此一制程一方面仍需磊晶系统搭配，如此一来，另一磊晶系统的DBR可选用折射系数差异大的结构，此即无需受限于需与雷射的磊晶膜晶格匹配的要求，然此仍需另一磊晶系统配合，且晶片接合制程温度很高，又需结晶方位对准，不仅成本高且产能受限。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种面射型雷射二极管，其具有保持高镜面反射率及制程简单而成本低的优点。
本实用新型的目的是这样实现的一种垂直共振腔面射型雷射二极管，包括一n型披覆层，其一侧表面以蚀刻去除部份；一活性发光层，具有量子井结构，并形成于该n型披覆层上不蚀刻的表面；一p型披覆层，形成于该活性发光层上；一绝缘区，形成于该p型披覆层周缘；一n型欧姆接触电极，形成于裸露的n型披覆层上；一p型欧姆接触电极，形成于该p型披覆层及绝缘区的邻接处上；一第一对布拉格反射层，是介电材质，形成于该p型欧姆接触电极中；一第二对布拉格反射层，是介电材质，形成于该n型披覆层底面；一金属导电层，形成于该第二对布拉格反射层底面；及一永久基板，形成于该金属导电层底面。其中所述的第一对布拉格反射层是选自ZnSe/MgF2、SiO2/Si、Si3N4/Si、TiO2/Si、Ta2O5/Si、HfO2/SiO2、Ta2O5/SiO2、ZrO2/SiO2、TiO2/SiO2。其中所述的第二对布拉格反射层是选自ZnSe/MgF2、SiO2/Si、Si3N4/Si、TiO2/Si、Ta2O5/Si、HfO2/SiO2、Ta2O5/SiO2、ZrO2/SiO2、TiO2/SiO2。其中还包括一透明导电膜形成于该p型欧姆接触电极上。其中所述n型披覆层及该第二对布拉格反射层之间还包括一绝缘层，该绝缘层主要形成于该n型披覆层底面两侧，而不阻挡该活性发光层发出的光，且该金属导电层及永久基板仅形成于第二对布拉格反射层底面与该绝缘层对应重叠处。
本实用新型制造面射型雷射二极管的方法主要包括下列步骤a)于磊晶用基板上依序磊晶n型披覆层、量子井结构的活性发光层及p型披覆层；b)将该p型披覆层、活性发光层及部分n型披覆层的一侧蚀刻去除，以裸露出n型披覆层；c)以湿氧氧化法将该p型披覆层周缘氧化成绝缘区；d)于裸露的n型披覆层上及p型披覆层及绝缘区的邻接处上分别形成n型欧姆接触电极及p型欧姆接触电极；e)形成介电材质的第一对布拉格反射层于该p型欧姆接触电极的矩形框中；f)贴合(bonding)一玻璃基板至该第一对布拉格反射层及p型欧姆接触电极上；g)去除该磊晶用基板；h)形成介电材质的第二对布拉格反射层于该n型披覆层底面；i)镀设一层金属导电层于该第二对布拉格反射层底面；j)电镀一永久基板于该金属导电层底面；及k)移除该玻璃基板。
由上所述方法可得一面射型雷射二极管，其主要包括一n型披覆层，其一侧表面以蚀刻去除部份；一活性发光层，具有量子井结构，并形成于该n型披覆层上未蚀刻的表面；一p型披覆层，形成于该活性发光层上；一n型欧姆接触电极，形成于裸露的n型披覆层上；一绝缘区，形成于该p型披覆层周缘；一p型欧姆接触电极，形成于该p型披覆层及绝缘区的邻接处上；一第一对布拉格反射层，是介材质，形成于该p型欧姆接触电极中；一第二对布拉格反射层，是介质电材质，形成于该n型披覆层底面；一金属导电层，形成于该第二对布拉格反射层底面；及一永久基板，形成于该金属导电层底面。
上述制造方法中，步骤h)及i)之后尚可包括步骤h’)及i’)，则步骤h’)、i)、i’)及i)如下h’)于一部分n型披覆层底面涂布一光阻层，其余部分则镀设一绝缘层，使该绝缘层主要形成于该n型披覆层底面两侧，而不阻挡该活性发光层发出的光；i)镀设第二对布拉格反射层于该光阻层及绝缘层底面；i’)去除该光阻层；j)形成一金属导电层于第二对布拉格反射层底面与该绝缘层对应重叠处。
根据此延伸的方法，本案尚可得一面射型雷射二极管，其中该n型披覆层及该第二对布拉格反射层之间尚包括一绝缘层，该绝缘层主要形成于该n型披覆层底面两侧，而不阻挡该活性发光层发出的光，且该金属导电层及永久基板信形成于第二对布拉格反射层底面与该绝缘层对应重叠处。
图1至图7显示本实用新型实施例一的制造过程；图8显示本实用新型实施例一增设透明导电膜的结构图；图9至图11显示本实用新型实施例二的制造过程与实施例一不同之处；图12显示本实用新型的电镀基板避开雷射二极管切割道作局部电镀。
附图编号11.n型披覆层12.活性发光层13.p型披覆层14.绝缘区21.第一对布拉格反射层 22.第二对布拉格反射层31.p型欧姆接触电极 32.n型欧姆接触电极 33.透明导电膜41.金属导电层 42.铜基板 43.切割道50.绝缘层 60.光阻层91.磷化铟基板 92.玻璃基板93.蜡具体实施方式
本实用新型制造雷射二极管的第一实施例如图1至图7所示。首先，如图1所示于磊晶用的磷化铟(InP)基板91上依序磊晶形成n型披覆层11、量子井结构的活性发光层12及p型披覆层13。本实施例为制造平面式雷射二极管，必须先将p型披覆层13、活性发光层12及部分n型披覆层11的一侧蚀刻去除，使n型披覆层11得裸露出，以便于裸露的n型披覆层11上形成n型欧姆接触电极32。
接着，如图2所示，以湿氧氧化法将p型披覆层13及活性发光层12周缘氧化成绝缘区14。并于p披覆层13及绝缘区14的邻接处上形成框形的p型欧姆接触电极31与于n型披覆层11上形成n型欧姆接触电极32。
p型欧姆接触电极31及n型欧姆接触电极32皆是先将金属以lift-off方式镀设于预定位置，在超过350℃的高温下经快速热处理，使与半导体层与金属接触电极形成欧姆介面。
接着，如图3所示，将第一对布拉格反射层21以镀膜方式形成于环状p型欧姆接触电极31之中，本实施例则采用镀膜速率及膜附著力适中的溅镀方式。由于本实用新型镀设布拉格反射层是于欧姆接触电极的热处理完成后进行，因此可保持较高的镜面反射率。
接着，如图4所示，将玻璃基板92以低温熔融的蜡93贴合(bonding)至晶片上表面，与第一对布拉格反射层21、p型欧姆接触电极上及n型欧姆接触电极粘合。此时磊晶用的InP基板91已无用处，则借由化学机械研磨法或蚀刻去除，并露出n型披覆层11。
接着，如图5所示，将第二对布接格反射层22以溅镀方式镀在n型披覆层11底面。本实用新型的第一对及第二对布拉格反射层21，22是采用介电材质，例如ZnSe/MgF2、SiO2/Si、Si3N4/Si、TiO2/Si、Ta2O5/Si、HfO2/SiO2、Ta2O5/SiO2、ZrO2/SiO2、TiO2/SiO2等。
为了提高雷射二极管的散热效率，本实用新型的永久基板采用电镀方式形成。然布布拉格反射层22无法直接电镀金属层，必须如图6所示，先镀设一层金属导电层41于第二对布拉格反射层22底面，再将其浸入含二价铜离子的电镀溶液中，以形成稳定的金属铜基板42(永久基板)。接着，在低于100℃的温度下将蜡熔融使玻璃基板92可顺利移除。最后，经适当切割后便可得到如图7所示的雷射二极管晶粒。
而为了增加p型欧姆接触电极31的电流分布均匀度，可在p型披覆层13上先镀设氧化铟锡(ITO)材质的透明导电膜33。最后则形成如图8的结构。
本实用新型实施例一的光是由第一对布拉格反射层21射出，实施例二则是由第二对布拉格反射层22射出。为了使光能由第二对布拉格反射层22射出，除了上述图1至图4的制造过程相同外，后段制程必须稍作修改。
请参照图9至图11，其中图9显示于InP基板91去除后，于n型披覆层11底面大约对应活性发光层12下方涂布一光阻层60，其余部分则镀设一绝缘层50，使绝缘层50主要形成于n型披覆层11底面两侧，而不阻挡活性发光层12发出的光。
接着，如图10所示，将第二对布拉格反射层22镀设于光阻层60及绝缘层50底面后，将光阻层60去除，使绝缘层50成为一镜面悬空层(spacer)。接着，将金属导电层41镀在第二对布拉格反射层22底面与绝缘层50对应重叠处；而铜基板42以电镀方式镀在金属导电层41底面，如此一来，金属导电层41与铜基板42皆不会阻挡光由第二对布接格反射层22射出。
最后，去除玻璃基板92及经适当切割后，便可得到如图11所示的晶粒。
根据实施例二的结构，若于电镀基板42与金属欧姆导电层32间加一电压，使可藉静电方式达到调变波长的目的。
本实用新型的电镀基板42亦可无须电镀整面，可避开雷射二极管切割道43的预定位置，而针对裸露出相对于切割道43以外的部分，作局部电镀，如图12，以方便雷射二极管晶圆后续切割或劈裂成晶粒。
根据上述的实施例说明，可发现本案制程的优点包括a.磊晶成本低，且磊晶品质较易掌握；b.上下DBR皆为介电材料、或上(下)DBR为介电材料并搭配金属镜面形成一共振腔，此一制程简单，成本低，若能搭配光学镀膜进行即时反射率的监控，共振腔的品质更能掌握。
c.永久基板采用直接电镀的金属基板散热基板，此制程并不会破坏已制作完成的DBR或镜面反射率，在助于制作高功率VCSEL。
权利要求1.一种垂直共振腔面射型雷射二极管，其特征在于包括一n型披覆层，其一侧表面以蚀刻去除部份；一活性发光层，具有量子井结构，并形成于该n型披覆层上不蚀刻的表面；一p型披覆层，形成于该活性发光层上；一绝缘区，形成于该p型披覆层周缘；一n型欧姆接触电极，形成于裸露的n型披覆层上；一p型欧姆接触电极，形成于该p型披覆层及绝缘区的邻接处上；一第一对布拉格反射层，是介电材质，形成于该p型欧姆接触电极中；一第二对布拉格反射层，是介电材质，形成于该n型披覆层底面；一金属导电层，形成于该第二对布拉格反射层底面；及一永久基板，形成于该金属导电层底面。
2.根据权利要求1所述的一种垂直共振腔面射型雷射二极管，其特征在于所述的第一对布拉格反射层是选自ZnSe/MgF2、SiO2/Si、Si3N4/Si、TiO2/Si、Ta2O5/Si、HfO2/SiO2、Ta2O5/SiO2、ZrO2/SiO2、TiO2/SiO2。
3.根据权利要求1所述的一种垂直共振腔面射型雷射二极管，其特征在于所述的第二对布拉格反射层是选自ZnSe/MgF2、SiO2/Si、Si3N4/Si、TiO2/Si、Ta2O5/Si、HfO2/SiO2、Ta2O5/SiO2、ZrO2/SiO2、TiO2/SiO2。
4.根据权利要求1所述的一种垂直共振腔面射型雷射二极管，其特征在于还包括一透明导电膜形成于该p型欧姆接触电极上。
5.根据权利要求1所述的一种垂直共振腔面射型雷射二极管，其特征在于所述n型披覆层及该第二对布拉格反射层之间还包括一绝缘层，该绝缘层主要形成于该n型披覆层底面两侧，而不阻挡该活性发光层发出的光，且该金属导电层及永久基板仅形成于第二对布拉格反射层底面与该绝缘层对应重叠处。
专利摘要本实用新型提出一种垂直共振腔面射型雷射二极管，主要是先形成n型及p型欧姆接触电极，再形成上介电材质的布拉格反射层，而后将晶圆贴至一暂时基板，并移除磊晶用的基板，再镀上下介电材质的布拉格反射层，与电镀用的金属层，最后电镀一永久基板。本实用新型可使布拉格反射层(DBR)保持高镜面反射率，又可于室温制作具散热功能的金属基板，甚至经适当设计可制作成无须切割的金属基板，具高功率雷射的应用潜力，制程简单而成本较低。
文档编号H01S5/183GK2662496SQ03249038
公开日2004年12月8日 申请日期2003年9月25日 优先权日2003年9月25日
发明者洪瑞华, 武东星 申请人:洪瑞华