专利名称：阵列式单横模表面发射型激光装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种表面发射型激光装置及其制造方法，特别是涉及一种阵列式单横模表面发射型激光装置及其制造方法。
背景技术：
如图1所示，表面发射型激光(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)装置的主要结构包括半导体衬底5、上下两个分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector mirrors，DBR mirrors)10和20，其中间夹着用以产生激光的有源区(active region)30，由于具有低临界电流(low thresholdcurrent)、光束成圆对称、发散角小、适合组成二维阵列及制作容易等优点，近年来已经成为倍受瞩目的光源。特别是单横模表面发射型激光(singletransverse mode VCSEL)，除了用于短距离光通讯系统(short distance opticalcommunication systems)外，还可以用于光互联(optical interconnects)、光储存(optical storage)和激光印刷。但是除了在光通讯系统(optical communicationsystems)中不需要较高的输出功率之外，在其它应用中则需要较大的输出功率，因此单横模表面发射型激光若同时拥有5～20毫瓦的输出功率和低阻抗，则会增加其可应用性，特别是在波长1310nm的电信领域和波长650nm的DVD中的应用。
制作单横模表面发射型激光，最多被使用的方法是采用选择性湿法氧化法，但是由于此方法会造成横向光场局限十分严重，因此要形成稳定的单基模(single fundamental mode)，就必须缩小有源层的面积，对850nm单横模表面发射型激光而言，氧化孔径的直径需小于3μm，如此小的有源层面积除了制作难度大之外，还会造成装置具有大的电阻，例如数百欧姆，进而使装置发热，降低发光功率，甚至严重影响装置的寿命。
为了发展较高功率的单横模表面发射型激光，负指数波导(negative-index guide)方法被使用，此方法为在激光共振腔以外的区域，形成很强的横向绕射损失区(diffraction loss region)使得较高阶模(high-ordermode)产生绕射损失，由此产生稳定操作的单横模表面发射型激光，该工艺虽然释放了有源层的面积，其直径约6μm，然而此种方法需要外延成膜两次，因此工艺复杂、稳定性差。美国伊利诺大学同时采用离子注入和湿法氧化的工艺制作单横模表面发射型激光，虽然可以使输出功率接近5毫瓦，但是因为离子注入的尺寸只有6μm，湿法氧化所形成的有源区直径也只有8μm，所以工艺仍不易控制，并且造成较大的阻抗，影响装置的特性。美国亚利桑那州立大学开发出选择性单高阶模的表面发射型激光，输出功率可提高至8毫瓦，且具有低阻抗，但是由于发光的发散角极大，因此难以应用在电信领域和DVD读写头上。
为了解决上述问题，早期本研究单位利用锌扩散(zinc diffusion)进入顶部反射堆叠层产生杂质诱发混乱(impurity induced disordering)以形成一个抑制高阶横向模的发光窗口层来破坏激光结构以抑制高阶横向模，但为了使所述装置能在最佳的条件下操作，有源区直径只能为10μm，因此其电阻值偏大，例如约120欧姆，且输出功率大约只有2毫瓦。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种阵列式单横模表面发射型激光装置，该装置采用阵列的设计思路并应用于抑制高阶模的发光窗口，即采用多个发光窗口，但对整个装置而言仍是一单横模表面发射型装置；本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置所能达到的技术效果与传统单一发光窗口的单横模表面发射型激光装置相比，不仅仅是因发光窗口较多所得的相加效果，本发明将阵列发光窗口结构结合单横模表面发射型激光装置，可以大幅地降低装置的电阻，并可以增加激光的输出功率，且本发明可以避免选择单基模或单高阶模所遇到的缺点，进而可以运用于任何波段的表面发射型激光装置，例如包括λ＝650nm、780nm、850nm、980nm、1310nm及1550nm。
本发明的另一个目的是提供本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，以得到如本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置。
为实现上述目的，本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，包括半导体衬底，其具有第一表面及位于该第一表面相反侧的第二表面；第一型分布式布拉格反射镜层，其形成于半导体衬底的第一表面上；第一型电极，其形成于半导体衬底的第二表面上；第一型包覆层，其形成于第一型分布式布拉格反射镜层上；有源层，其形成于第一型包覆层上，且包括至少一个有源发光区及多个电流限制结构区；第二型包覆层，其形成于有源层上；第二型分布式布拉格反射镜层，其形成于第二型包覆层上，且具有多个掺杂区及多个发光窗口，其中该些发光窗口为未形成掺杂区的第二型分布式布拉格反射镜层的上表面，而掺杂区是由第二型分布式布拉格反射镜层的上表面向下形成至一预定的深度；以及第二型电极，其形成于掺杂区的表面上。
根据本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中有源发光区的数目不大于发光窗口的数目，且每一个发光窗口具有各自的窗口面积，也即每一个发光窗口面积可以相同或不同；而每一个发光窗口亦具有各自对应的有源发光区面积，也就是每一个发光窗口所对应的有源发光区的面积可以相同或不同；而发光窗口面积不大于发光窗口所对应的有源发光区面积。
另一方面，根据本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，若有源层具有多个有源发光区时，每一个有源发光区具有各自的面积，也就是每一个有源发光区的面积可以相同或不同。
根据本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，一个有源发光区可以对应于单个的发光窗口，在本发明的某些优选实施例中，一个有源发光区也可以对应于多个发光窗口。
本发明的另一个目的是提供本发所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制作方法，其步骤至少包括提供半导体衬底，该半导体衬底具有第一表面及位于第一表面相反侧的第二表面；形成第一型分布式布拉格反射镜层于半导体衬底的第一表面上；依序形成第一型包覆层、有源层及第二型包覆层于第一型分布式布拉格反射镜层上；形成第二型分布式布拉格反射镜层于第二型包覆层上；形成图形化的第一掩模层于第二型分布式布拉格反射镜层上，其中被图形化第一型包覆层覆盖的第二型分布式布拉格反射镜层表面被定义为多个发光窗口的预定区；以第一掩模层为遮盖对第二型分布式布拉格反射镜层进行掺杂，使得第二型分布式布拉格反射镜层露出的表面形成掺杂区，而该掺杂区为由第二型分布式布拉格反射镜层的上表面向下形成至一预定的深度；去除第一型包覆层以露出多个发光窗口；形成图形化的第二掩模层于发光窗口及部分第二型分布式布拉格反射镜层上，而第二掩模层向下对应的有源层区域为有源发光区的预定区；以第二掩模层为遮盖对有源层进行电流局限工艺以形成多个电流限制结构区，而未进行电流局限工序的有源层则被定义为发光有源区；去除第二掩模层，并形成第一型电极于半导体衬底的第二表面上；以及形成第二型电极于掺杂区的表面上。
本发明通过形成两个以上的可抑制高阶横向模的发光窗口，以制作出高输出功率、低电阻且可以增加操作电流范围的单横模表面发射型激光装置，同时该些发光窗口还可以延伸为二维阵列，并可以对应于各自分开的、或是同一个的有源发光区，以进一步增加其效率及应用范围。
为使本发明的上述目的及诸多优点能更明显易懂，下文特别以优选实施例，并配合附图，作详细说明如下
图1示出的是公知的表面发射型激光装置的剖面图；图2a至2h示出的是说明本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造流程的剖面图；图3示出的是依据本发明一实施例所制作的2×1阵列单横模表面发射型激光装置的剖面图；图4示出的是依据本发明另一实施例所制作的2×1阵列单横模表面发射型激光装置的剖面图；图5显示的是依据本发明制作的2×2阵列单横模表面发射型激光装置的剖面立体图；图6示出的是依据本发明制作的2×2阵列单横模表面发射型激光装置的电性测试图；以及图7示出的是依据本发明制作的二维阵列单横模表面发射型激光装置的俯视图。
具体实施例方式
现在配合附图将本发明的优选实施例详细说明如下
本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其结构由下至上至少包括第一型电极、半导体衬底、第一型分布式布拉格反射镜层、第一型包覆层、有源层、第二型包覆层、第二型分布式布拉格反射镜层、至少二个以上的发光窗口以及第二型电极，而该第二型分布式布拉格反射镜层部分形成有一掺杂区，且该有源层具有至少一个有源发光区及多个电流限制结构区。其中，本发明所述的至少二个以上的发光窗口可以对应于各自分开的有源发光区，如图3所示，也可以对应于相同的有源发光区，如图4所示，且本发明所述的至少二个以上的发光窗口还可以扩展成二维阵列以上，如图5和图7所示，以进一步增加其效率及应用范围。
单横模表面发射型激光装置的基本单元结构第一实施例第一实施例说明了制作本发明所述阵列式单横模表面发射型激光装置所使用的基本单元结构及其制作方法，请参照图2a，该图示出了本发明所使用的基本单元结构的剖面图。
基本单元结构50由下至上依序包括半导体衬底110、第一型分布式布拉格反射镜层120、第一型包覆层130、有源层140、第二型包覆层150以及第二型分布式布拉格反射镜层160，而该基本单元结构50可以按照下列步骤制作而成。
首先，提供半导体衬底110，并形成第一型分布式布拉格反射镜层120于半导体衬底110上。其中构成半导体衬底的材料选自由砷、铝、镓、铟、锑、硒、钛、硅或包含至少一种上述元素的氮化物、氧化物、氟化物或其化合物所组成的族群中，在此可以为砷化铝镓半导体衬底；第一型分布式布拉格反射镜层120主要由多对的两种不同的第一型交替层交替生长所构成，且该第一型交替层122的对数必须设计得足够多，以使布拉格反射镜层具有较好的反射率；而第一型交替层122的组成材料包括N型、P型或本征的砷化物、铝化物、镓化物、铟化物、锑化物、硒化物或钛化物，在此，交替层122可以为例如N型砷化铝镓层/砷化铝镓层，且每一层的厚度需为λ/4，λ为该阵列式单横模表面发射型激光装置的波长；形成第一型分布式布拉格反射镜层120的方法可以为液相外延法(LPE)、气相外延法(VPE)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)、电子束蒸镀法或是溅射法。
接着，依序形成第一型包覆层、有源层及第二型包覆层于上述第一型分布式布拉格反射镜层120上，其中有源层为一多重量子阱结构层。第一型包覆层、有源层和第二型包覆层构成一二极管结构，而该二极管结构在本发明中并没有特别的限制，可以视需要为任何一种发光式的二极管结构。在此，有源层可以为例如由未经掺杂的砷化铝镓层/砷化铝镓层交替生长而形成的多重量子阱结构层。形成包覆层或有源层的方法可以为例如液相外延法(LPE)、气相外延法(VPE)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)或分子束外延法(MBE)。第一型包覆层、有源层和第二型包覆层构成一表面发射型激光二极管，而该表面发射型激光二极管可以为650nm、780nm、850nm、980nm、1310nm或1550nm波长的激光二极管。
最后，形成第二型分布式布拉格反射镜层160于第二型包覆层150上，其中第二型分布式布拉格反射镜层160由多对的两种不同的第二型交替层162所组成，该第二型交替层162的组成材料包括N型、P型或本征的砷化物、铝化物、镓化物、铟化物、锑化物、硒化物或钛化物，为配合上述的第一型交替层122的组成，该第二型交替层162可为例如P型砷化铝镓层/砷化铝镓层；第二型分布式布拉格反射镜层的交替层的对数及膜厚的设计原理与第一型分布式布拉格反射镜层相同。至此，完成本发明所述的单横模表面发射型激光装置的基本单元结构的制作。
阵列式单横模表面发射型激光装置第二实施例第二实施例说明了如本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制作方法，请参照图2a至2e以及图3，该些附图示出了一2×1阵列单横模表面发射型激光装置的制作流程的剖面图。
首先，请参照图2a，提供一如第一实施例所述的基本单元结构50，而该基本单元结构50的构造及组成如第一实施例所述。
请参照图2b，形成一图形化的第一掩模层170于基本单元结构50的第二型分布式布拉格反射镜层160上，且该第一掩模层170所形成的区域为接下来2×1阵列单横模表面发射型激光装置所要形成发光窗口的预定区182，在2×1阵列单横模表面发射型激光装置中，具有二个发光窗口的预定区182，而每一发光窗口的预定区182的大小的设计大体可以相同，但也可以视需要而调整变化；而第一掩模层170所露出的部分为接下来进行金属掺杂的区域；第一掩模层170的组成可以为一介电材料，例如氧化物、氮化物、硅化物或氟化物，如氮化硅或氧化硅，其厚度范围约为500～2000埃；而使第一掩模层170图形化的方法可以为公知的光刻刻蚀工艺。
接着，请参照图2c，以第一掩模层170为遮盖，对第二型分布式布拉格反射镜层160进行一掺杂工序，以选择性掺杂一杂质于未被第一掩模层170遮盖的第二型分布式布拉格反射镜层160中，进而于被掺杂的部分形成掺杂区164。其中该掺杂工艺的杂质包括锌(Zn)、镁(Mg)、铍(Be)、锶(Sr)、钡(Ba)、硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、硫(S)或碲(Te)，而形成掺杂区的杂质工艺可以为扩散、离子注入或再外延的方法，例如在此实施例中杂质可以为锌，而其形成掺杂区164的方法可以利用热扩散法，其工序主要为将已进行完上述工艺的基本单元与砷化锌颗粒(Zn2As3)送入石英管内，经密封及抽真空后，加热至650℃进行扩散处理，以在第二型分布式布拉格反射镜层160上形成掺杂区164。该掺杂区164具有一扩散深度Z，而该扩散深度Z须至少不小于1μm，例如可为1.5或2μm，但该扩散深度Z也不可以太厚，否则将造成吸收损失。
接着，请参照图2d，去除第一掩模层170以露出未进行掺杂的第二型分布式布拉格反射镜层160，而该未掺杂的部分用来作为发光窗口184，其中每个发光窗口184被掺杂区164所隔开；发光窗口184的宽度d可以为3μm到7μm，例如为6μm，且每个发光窗口184的宽度d可以相同或不同；而发光窗口与发光窗口之间的距离D可以为1μm之8μm，例如为6μm。
接着，请参照图2e，形成第二掩模层180于上述结构上，并以光刻刻蚀方法图形化该第二掩模层180，使得图形化后的第二掩模层180分别形成于每一发光窗口184上，且图形化后的第二掩模层180具有一宽度R，而该宽度R不小于发光窗口184的宽度d，而各个图形化后的第二掩模层180的宽度R可以相同或不同。该第二掩模层可以为一光刻胶层，例如一厚膜光刻胶，并以旋转涂布及光刻方法形成；或电镀达1.5μm厚的金层来形成第二掩模层。
接着，请参照图2f，以图形化后的第二掩模层180为遮盖，在有源层140形成电流限制结构区142，以限制注入电流的路径及范围，而其余部分则作为该装置的有源发光区144；在此，有源发光区为未形成电流限制结构区的部分有源层，且每个有源发光区144以电流限制结构区142隔开；每个有源发光区144的宽度R约为5μm到12μm，例如可以为10μm，而各个有源发光区144的宽度R可以相同或不同；而有源发光区之间的距离X可为1μm到8μm，例如为5μm。在有源层140形成电流限制结构区142的方法可以为离子注入、扩散、湿法氧化或高台蚀刻。在本实施中使用离子注入方法，该离子注入工艺为例如利用氢离子或氧离子，能量可以为300keV，而注入量可以为1×1014离子/平方厘米至8×1014离子/平方厘米，在此例如为3×1014离子/平方厘米。
最后，请参照图3，去除第二掩模层180，并以蒸镀法、电镀法、溅射法或气相沉积法形成第一型电极190于半导体衬底110的下表面上，该下表面为被第一型分布式布拉格反射镜层120覆盖表面的相反侧，接着，再以同样方法形成第二型电极192于掺杂区164的表面上以完成电性接触；在此形成电极的材料并没有特别的限制，可视需要选择适用的导电材料。至此完成本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，而该2×1阵列单横模表面发射型激光装置的每个发光窗口对应于各自分开的有源发光区。
第三实施例本发明的阵列式单横模表面发射型激光装置，除了如第二实施例所述的每个发光窗口可分别对应于各自分开的有源发光区外，该装置的每个发光窗口也可以同时对应于相同的有源发光区。而第三实施例即用来说明不同的发光窗口对应于相同的有源发光区的阵列式单横模表面发射型激光装置的制作方法。请参考图2g、2h以及图4，其示出了依据本发明所述的另一种2×1阵列单横模表面发射型激光装置的制作流程的剖面图。
在依照第二实施例的图2a～2d中的相同的步骤形成金属扩散区与发光窗口后，如图2g所示，形成第二掩模层于上述结构上，再以光刻刻蚀方式图形化该第二掩模层，使其图形化后的第二掩模层280覆盖在所有发光窗口184上，且图形化后的第二掩模层180为一连续的膜层，具有一宽度Y；该第二掩模层可以为一光刻胶层，例如一厚膜光刻胶，并以旋转涂布及光刻方法形成；或电镀达1.5μm厚的金层来形成第二掩模层。
接着，请参照图2h，以图形化后的第二掩模层280为遮盖，在有源层140上形成电流限制结构区242，以限制注入电流的路径及范围，而其余部分则作为该装置的有源发光区244；在此，有源发光区为未形成电流限制结构区的部分有源层，而有源发光区244为相连的且未被电流限制结构区242隔开；在有源层140形成电流限制结构区242的方法如第二实施例所述，而有源发光区的宽度Y约为7μm到26μm，在这里为20μm，且Y≥2d+D。
最后，请参照图4，去除第二掩模层280，并形成第一型电极190于半导体衬底110的下表面上，并形成第二型电极192于掺杂区164的表面上。至此完成本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，而该2×1阵列单横模表面发射型激光装置的每个发光窗口对应于同一个有源发光区。
第四实施例本发明所述的至少二个以上发光窗口的阵列式单横模表面发射型激光装置还可以扩展到二维阵列以上，且二维阵列的发光窗口可以进一步增加单横模表面发射型激光装置的效率及应用范围。
请参考图5，采用与第二实施例相同的阵列式单横模表面发射型激光装置制作工艺，但形成发光窗口的步骤则改为一次形成四个发光窗口184，即2×2阵列，其它相对应的装置如掺杂区及电流限制结构区也一并更改形成的数量以配合制作四个发光窗口，而有源发光区的设计则可以为四个各自对应发光窗口的有源发光区、二个同时对应二个发光窗口的有源发光区或是一个同时对应四个发光窗口的有源发光区，在此实施例中设计为四个各自对应发光窗口的有源发光区。由此得到的单横模表面发射型激光装置，其临界电流约为3到6毫安、电阻约为25到52欧姆、输出最高功率平均为6.5毫瓦，测量频谱上亦显现出单模态的特性，即模抑制限额(ModeSuppression Ration)＞30dB，依此类推，若进一步增加阵列的数量，如3×3或3×4等，应该可以获得更高的输出功率。
图6为第四实施例的电性测试图，由图中可以发现本发明通过增加发光窗口的数目实现了高输出功率，最高约为7.5毫瓦；低电阻，约为51欧姆；以及宽操作电流范围，约为3到25毫安。同时，本发明的发光窗口也可以扩展到二维阵列以上，如图7所示，并可以对应于如第二实施例所述的各自分开的有源发光区或是如第三实施例所述的同一个的有源发光区。
综上所述，本发明所述的阵列式单横模表面发射型激光装置与公知的单一的抑制高阶横向模的发光窗口的装置相比，不但可以改善有源发光区过小的问题，对于公知的技术有源发光区域直径只能在10μm以下，而且显著降低了装置的电阻，公知的装置的电阻约为120欧姆，而本发明则可降低至51欧姆，并且可以增加输出功率，公知的单一发光窗口的表面发射型激光装置大约只有2毫瓦，而本发明可达7.5毫瓦。因此本发明可避免选择单基模或单高阶模所存在的缺点，进而运用于任何波段的表面发射型激光，例如包括波长为650nm、780nm、850nm、980nm、1310nm及1550nm。
在附图中，装置的各部件并未依实际尺寸绘制，某些尺度与其它部分相关的尺度比被放大表示，以此提供更清楚的描述进而帮助熟悉本领域的相关人员了解本发明。同时，本发明虽然以优选实施例描述如上，然而其并非用来限定本发明的范围，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可做各种的更改和润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种阵列式单横模表面发射型激光装置，包括半导体衬底，其具有第一表面和位于该第一表面相反侧的第二表面；第一型分布式布拉格反射镜层，其形成于半导体衬底的第一表面上；第一型电极，其形成于半导体衬底的第二表面上；第一型包覆层，其形成于第一型分布式布拉格反射镜层上；有源层，其形成于第一型包覆层上，且包括至少一个有源发光区及多个电流限制结构区；第二型包覆层，其形成于有源层上；第二型分布式布拉格反射镜层，其形成于第二型包覆层上，且具有多个掺杂区及多个发光窗口，其中该些发光窗口为未形成掺杂区的第二型分布式布拉格反射镜层的上表面，而该些掺杂区由第二型分布式布拉格反射镜层的上表面向下形成至一预定的深度；以及第二型电极，其形成于掺杂区的表面上。
2.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中构成半导体衬底的材料选自由砷、铝、镓、铟、锑、硒、钛、硅或包含至少一种上述元素的氮化物、氧化物、氟化物或化合物所组成的族群中。
3.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中第一型分布式布拉格反射镜层由多对的两种不同的第一型交替层交替生长所构成。
4.如权利要求3所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中构成第一型交替层的材料包括N型、P型或本征的砷化物、铝化物、镓化物、铟化物、锑化物、硒化物或钛化物。
5.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中第一型包覆层、有源层和第二型包覆层构成一激光二极管。
6.如权利要求5所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中该激光二极管包括650nm、780nm、850nm、980nm、1310nm或1550nm波长的激光二极管。
7.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中有源层具有多重量子阱结构。
8.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中第二型分布式布拉格反射镜层由多对的两种不同的第二型交替层交替生长所构成。
9.如权利要求8所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中构成第二型交替层的材料包括N型、P型或本征的砷化物、铝化物、镓化物、铟化物、锑化物、硒化物或钛化物。
10.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中电流限制结构区通过一电流局限工序形成，而该电流局限工序包括离子注入法、扩散法、湿法氧化或高台蚀刻。
11.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中该电流限制结构区通过离子注入工艺形成，该离子注入工艺使用氢离子或氧离子。
12.如权利要求11所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中该离子注入工艺的注入量为1×1014离子/平方厘米至8×1014离子/平方厘米。
13.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，当有源层具有多个有源发光区时，该些有源发光区之间以电流限制结构区所隔开。
14.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中该些发光窗口之间以掺杂区相互隔开。
15.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中有源发光区的数目不大于发光窗口的数目。
16.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中每一个发光窗口具有各自的窗口面积。
17.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中该些发光窗口具有各自对应的有源发光区面积。
18.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，当有源层具有多个有源发光区时，每个有源发光区具有各自的面积。
19.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中有源发光区对应于多个发光窗口。
20.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中有源发光区对应于单个发光窗口。
21.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中发光窗口面积不大于发光窗口所对应的有源发光区面积。
22.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中该些发光窗口之间的距离在1μm至8μm之间。
23.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中掺杂区的预定深度不小于1μm。
24.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中掺杂区的杂质包括锌、镁、铍、锶、钡、硅、锗、硒、硫或碲。
25.如权利要求1所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中该些发光窗口组成一维或二维阵列。
26.一种阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，包括下列步骤提供一半导体衬底，而该半导体衬底具有第一表面及位于第一表面相反侧的第二表面；形成第一型分布式布拉格反射镜层于半导体衬底的第一表面上；依序形成第一型包覆层、有源层和第二型包覆层于第一型分布式布拉格反射镜层上；形成第二型分布式布拉格反射镜层于第二型包覆层上；形成图形化的第一掩模层于第二型分布式布拉格反射镜层上，其中多个被图形化的第一型包覆层覆盖的第二型分布式布拉格反射镜层的表面被定义为发光窗口的预定区；以第一掩模层为遮盖对第二型分布式布拉格反射镜层进行掺杂工序，使得第二型分布式布拉格反射镜层露出的表面形成掺杂区，而掺杂区由第二型分布式布拉格反射镜层的上表面向下形成至一预定的深度；去除第一型包覆层以露出多个发光窗口；形成图形化的第二掩模层于发光窗口及部分第二型分布式布拉格反射镜层上，而第二掩模层向下对应的有源层区域为有源发光区的预定区；以第二掩模层为遮盖对有源层进行电流局限工艺以形成多个电流限制结构区，而未进行电流局限工序的有源层则被定义为发光有源区；去除第二掩模层，并形成第一型电极于半导体衬底的第二表面上；以及形成一第二型电极于掺杂区的表面上。
27.如权利要求26所述的阵列或单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中第一型分布式布拉格反射镜层通过交替生长多对的两种不同的第一型交替层所形成。
28.如权利要求27所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，第一型交替层的材料包括N型、P型或本征的砷化物、铝化物、镓化物、铟化物、锑化物、硒化物或钛化物。
29.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置制造方法，其中以所形成的第一型包覆层、有源层及第二型包覆层构成一激光二极管。
30.如权利要求29所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中激光二极管包括650nm、780nm、850nm、980nm、1310nm或1550nm波长的激光二极管。
31.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中第二型分布式布拉格反射镜层通过交替生长多对的两种不同的第二型交替层所形成。
32.如权利要求31所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，第二型交替层的材料包括N型、P型或本征的砷化物、铝化物、镓化物、铟化物、锑化物、硒化物或钛化物。
33.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中第一掩模层为一介电材料，其选自由氧化物、氮化物、硅化物、氟化物或其组合物所组成的族群中。
34.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中掺杂工序包括扩散法、离子注入法或再外延法。
35.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中掺杂区的杂质包括锌、镁、铍、锶、钡、硅、锗、硒、硫或碲。
36.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中电流局限工序包括离子注入法、扩散法、湿法氧化或高台蚀刻。
37.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中电流限制结构区通过离子注入工艺形成，该离子注入工艺使用氢离子或氧离子。
38.如权利要求37所述的阵列式单横模表面发射型激光装置，其中离子注入工艺的注入量为1×1014离子/平方厘米至8×1014离子/平方厘米。
39.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中第二掩模层为一光刻胶层或金层。
40.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，有源层经电流局限工序后形成多个有源发光区，且有源发光区之间以电流限制结构区隔开。
41.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，有源层经电流局限工序后，形成单一的有源发光区。
42.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中有源发光区的数目不大于发光窗口的数目。
43.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中所形成的每个发光窗口具有各自的窗口面积。
44.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中所形成的每个发光窗口具有各自对应的有源发光区面积。
45.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中有源层经电流局限工序后形成多个有源发光区，而每个有源发光区具有各自的面积。
46.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中有源发光区对应于多个发光窗口。
47.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中有源发光区对应于单个发光窗口。
48.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中所形成的发光窗口的面积不大于发光窗口所对应的有源发光区的面积。
49.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中所形成的多个发光窗口之间的距离在1μm至8μm之间。
50.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中第二型分布式布拉格反射镜层经掺杂工序后所形成的掺杂区的预定深度不小于1μm。
51.如权利要求26所述的阵列式单横模表面发射型激光装置的制造方法，其中所形成的多个发光窗口组成一维或二维阵列。
全文摘要
本发明提供一种具有多个发光窗口的单横模表面发射型激光装置及其制造方法。该方法涉及扩散杂质到分布式布拉格反射镜层中以形成掺杂区，由此产生杂质诱发混乱(impurity induced disordering)效应，以抑制高阶横向模。此外，该发射激光装置的多个发光窗口可以被设计用来构成一维或二维阵列结构，以改善单横模表面发射型激光装置的输出功率、电阻和操作电流。
文档编号H01S5/00GK1585217SQ0315459
公开日2005年2月23日 申请日期2003年8月20日 优先权日2003年8月20日
发明者陈志诚 申请人:和心光通科技股份有限公司