CN101132117B - 制作用于光学鼠标的单模vcsel的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种面射型激光器，其具有一带有顶面及底面的衬底、一位于所述衬底顶面上的由折射率交替变化的镜面层构成的第一堆叠及一设置于所述第一堆叠上的有源层。所述面射型激光器还包括一设置于所述有源层上的由折射率交替变化的镜面层构成的第二堆叠及该第二堆叠的一直径减小的镜面延伸部分，所述直径减小的镜面延伸部分在所述第二堆叠的一与所述有源层相对的侧上形成所述面射型激光器的一从所述第二堆叠的一中心部分向外延伸的光学孔径。

Description

制作用于光学鼠标的单模VCSEL的方法

技术领域

本发明涉及垂直空腔面射型激光器(VCSEL)，且更具体而言涉及通过对上部台面结构进行选择性图案化而形成模控制的VCSEL。

背景技术

一典型的VCSEL配置包括一有源区域，所述有源区域位于两个在衬底晶圆表面上彼此上下叠置的两个镜面之间。一位于这些镜面之间的绝缘区域迫使电流流经一小孔径，且该装置发射垂直于晶圆表面的激光(即，VCSEL的“垂直”部分)。一种类型的VCSEL-其中通过一质子植入来形成绝缘区域的质子VCSEL-曾主导了VCSEL的早期商业历史。在氧化物导向型VCSEL中，绝缘区域是通过部分氧化镜面结构内的一薄的高铝含量层而形成的。此相同氧化过程可应用于其它半导体结构，以产生光电子及纯电子装置。

垂直空腔面射型激光器(VCSEL)已经成为供在存储区域网络(SAN)及局部区域网络(LAN)应用中所用收发机选用的激光技术。存在两种主要技术平台供制作VCSEL用。这些平台中的差异是基于不同的电流限制技术，或通过离子植入或通过氧化物层来限制。在一VCSEL内形成一电流限制结构的两种方法是离子植入与选择性氧化。在离子植入技术中，离子被植入于上部反射层的一部分内以形成一高电阻区域，由此来限制电流流向一规定的区域。在选择性氧化技术中，对一台面结构的周边区域进行氧化，由此来界定一由高电阻区域环绕的孔径。

更具体而言，在选择性氧化方法中，在一上部反射镜的一下部部分上沉积一拟成为一高电阻区域的AlGaAs层后，对所得到的结构进行蚀刻，从而在晶圆上形成单独的VCSEL。接下来，将该晶圆留置在一氧化氛围内达一预定时间段，以允许蒸汽扩散至该AlAs层的周边部分内。作为一结果，在该周边部分处形成一氧化物绝缘层，作为一高电阻区域，其可限制电流的流动，由此形成一由该高电阻区域环绕的孔径。

形成一VCSEL孔径时的氧化扩散率对用于氧化扩散的加热炉温度、氧化时间及提供至加热炉内的氧气量极为敏感。在需要高可重复性的批量生产中及在形成该孔径的一特定尺寸中，扩散率的变化是一严重问题。

已证明植入型VCSEL极为可靠。然而，对于需要低于2Gb/sec操作速度的应用而言，植入型VCSEL的操作速度通常受到限制。氧化物VCSEL可提供VCSEL性能的诸多优越性质，包括较高的速度(已证明大于23Gb/sec)及较高的效率。然而，氧化物VCSEL在SAN及LAN应用领域内的时间并不像植入型VCSEL那样长。

当前的市售10Gb/s VCSEL的电磁波传播设计在纵向或生长方向(z轴)上为单模设计而在横越或垂直于生长方向的方向(r平面)上为多模设计。沿z轴将有源半导体层厚度设计成仅有单种光学模耦合至激光器增益峰值。在r平面中，所允许的横模取决于氧化物孔径的大小。另一种决定模的特性是，从台面中心沿径向向外看，氧化物孔径使所述层的平均折射率存在一约5％的缓慢降低量。此种折射率变化会造成横模的折射率导向。

在选择性氧化型VCSEL中，如果为增大输出功率而扩大发光区域的直径(接近等于一非选择性氧化区域的直径)，则VCSEL会产生不同阶的振荡，即产生所谓的多模振荡。在多模振荡中，频谱线变宽且光纤具有模色散特性，因此光纤中的信号衰减增大，或者模状态变得不稳定且因此主振荡模阶很容易因所注入电流大小的变化及环境温度的变化而改变。模阶的动态变化是不可取的，因为其会改变与光纤的耦合效率。

为避免出现因多种横模而引起的模不稳定问题，在现有技术中已提出了诸多种方法。第6,990,128号美国专利即说明这些用于控制横模振荡的方法中的诸多种，且我们在此将重述这些说明。第一种用于确保仅在最低阶(0阶)基模中出现振荡的方法是使发光区域的直径变小。然而，当VCSEL的发光区域的直径减小至通常4μm或以下(其小于上文所述的高质子注入型VCSEL的发光区域的直径)时，这些VCSEL会具有高的元件电阻且因此无法产生高的输出功率。使横模稳定是在VCSEL在光学上耦合至光纤时为防止信号出现衰减而提出的一重要要求。此外，需要改良电光特性。

在各种用于在具有优异发光效率及高响应性能的选择性氧化型VCSEL中同时达成使横模变稳定、及减小电阻和增大输出功率这些相反目标的想法中，有一种具有一揭示于IEEE Photonics Technology Letters(第11卷，No.12，第1536-1538页)中的结构的VCSEL(参见图13)。在该实例中，发光区域的直径高达20μm，但将一发出激光的电极孔径的内侧、除从所述孔径中心起7.75μm半径以外的区域蚀刻至一40nm的深度。由于发光区域的直径高达20μm，因此在其中不存在表面处理的情形中，振荡模的阶会随注入电流的大小而变化且因此会观察到远场图像会出现变化；相比之下，具有孔的面射型半导体激光器会产生一光学输出最高达0.7mW的基模，但当注入穿过该水平时，所述模会分裂从而使远场图像缓慢地变宽。

上文所述VCSEL的意图是提高在基模中的光学输出功率。然而，带有孔的面射型激光器的最大光学输出功率为10.4mW，而在基模中的输出功率仅为0.7mW。考虑到在其中不存在表面处理的情形中的最大输出功率为17.9mW，上文所述的现有技术构造清楚地表明，很难使横模变稳定并同时产生大的光学输出功率。

就此而言，人们已提出了用于对模进行控制的各种其他VCSEL结构。举例而言，第5,940,422号美国专利即揭示一种其中通过形成两个具有不同膜厚度的区域来实施模控制。在第′422号专利中，仅一上面沉积有一额外的膜的区域变为发光区域。据认为，该发明的目的是人为地确定发光点的位置而不是通过将VCSEL中所要产生的特定振荡考虑在内来确定位置(例如被描述为一个较佳实施例的产生五个发光点的振荡模在现实世界中并不存在)。

此外，第5,963,576号美国专利揭示一种具有一环形波导的VCSEL。具体而言，该发明提供一种如下的模：其中将各个发光点规则地排列于一环形区域中，以便产生一“超分辨率点”且不必有意地产生一具有一所确定阶的特定振荡模。

IEEE Photonics Technology Letters(第9卷，No.9，第1193-1195页)揭示一种具有如下构造的VCSEL：其中通过蚀刻在一支柱的顶面上形成一环形空腔，以局部地改变镜反射率。据该论文报导，此种装置的光谱线减小至不具有空腔的装置的一半，从而产生对模进行抑制的效应。然而，当所注入电流的大小增大时，观察到振荡光谱会发生变化。这清楚地表明，一特定振荡模并非一直为支配性模，换句话说，所述模不稳定。

此外，Electronics Letters(第34卷，No.7，第681-682页，1998年4月)提出一种具有一如下构造的VCSEL：在该构造中，通过蚀刻在一支柱的顶面上形成一环形空腔并在所述空腔的外周边部分上形成一环形发光区域。近场图案清楚地表明产生了一极高的阶(大于第30阶)且同时发光点的强度存在很大的变化。这表明难以向一内径高达30μm的环形区域内注入均匀的电流。因此，为在实际应用中获得稳定的高阶模振荡，VCSEL仍有很大的改良空间。

如上文所述，对于期望用作多模式光纤的光源的VCSEL而言，VCSEL技术的现有技术水平无法提供一种能满足使横模稳定这一要求且具有高输出功率、低电阻、高效率及高速度响应的装置。

第6,990,128号美国专利揭示一种用于制作单模VCSEL的方法。然而，其所支持的单模是一高阶横模而非基模。

第6,990,128号美国专利阐述提供一谐振器并揭示一种结构，该结构具有一其中形成有一发光区域的第一区域、一有源层、及一第二反射层，所述第二反射层形成为将所述有源层夹于第一反射层与第二反射层之间，其中所述发光区域包括一用于抑制除一特定振荡模以外各振荡模的发光的边界区域；具体而言，复数个通过所述边界区域大体划分的经划分区域，以产生一对应于所述特定振荡模的发光点。

此种设计的缺点在于：

1.由于除单个模之外的所有模均受到抑制，因而装置的总功率输出偏低。第6,990,128号美国专利中的图5显示“带孔”及“不带孔”的LI曲线。总输出功率降低差不多50％，且看起来当采用模选择时LI曲线在一较低驱动电流下滚动。相应地，低输出功率会限制使用此种设计的任何光学链路的长度。

2.如在该专利中所详述(例如图3A、3B、7A、7B、8A、8B...)，为选择一高阶单模，在制作激光器时必须使用一复杂且精确的图案。另外，该专利并未论述图案与氧化物孔径的对齐会如何影响装置性能。

3.由于当与单模光纤一起使用时有意地使该装置为单模装置，因而此种单模激光器具有能消除模色散的优点。然而，如果使用多模光纤或者多模波导，单模激光器通常会因在光纤中传播的同时进行模混合而出现明显的抖动。当在多模光纤中使用单模激光器时，精确地控制激光器发射条件非常重要，而此会增加系统的成本及复杂度。关于单模激光器的第二个基本问题是从耦合光学器件向激光器空腔内的背反射。由于存在单模，因而背反射会使激光器不稳定，从而增大信号的抖动。该问题的行业标准解决方案是在激光器与耦合光学器件之间插入一光隔离器(此会增加系统的成本及复杂度)、或者将激光器功率限制至一其中空腔中的干涉不造成问题的水平(然而，由于功率的限制，此会限制此种装置可用于的应用)。

现在有必要对VCSEL中的横模进行更详细的分析及说明。可将横模划分成两种类别：氧化物孔径中心模(ACM)及氧化物孔径边缘模(AEM)。由于氧化层的光学散射，ACM将始终具有低于AEM的本征损耗。因此，ACM具有较低的阈值增益，且其将在AEM之前发出激光，并在阈值附近主导激光发射。然而，除了一透明触点覆盖激光发射孔径的情形之外，所注入的电流将始终具有一从氧化物孔径的外侧朝孔径中心移动的径向分量。由于此种径向电流注入，在远高于阈值时，AEM将会主导激光发射。在高于阈值时，载流子寿命会因模拟发射而显著降低。因此，载流子扩散长度减小且其将不再能够到达孔径的中心处。

难以获得窄的光谱宽度的原因是在选取氧化物孔径的尺寸时存在固有的折衷。孔径变小会减少所允许的横模的数量，但存在诸多与装置可靠性相关的问题：首先，装置电阻与孔径直径的平方成反比。从此种角度来看，通过与驱动器进行阻抗匹配来设定最小孔径尺寸。第二，ESD破坏阈值也与孔径直径的平方成反比。ESD阈值变低会增加制造工艺的成本及复杂度并增大出现现场故障的风险。第三，耗损可靠性与电流密度的平方成正比。在恒定电流情况下，耗损寿命与孔径直径的四次方成反比。第四，热阻抗与孔径直径成反比。越小的装置具有越高的结面温度且因而具有越短的耗损寿命。第五，越小的孔径要求具有越高比例的氧化AlGaAs，而此会增大激光器中的机械应变。

现有技术VCSEL中的另一问题是光谱宽度对驱动电流及环境温度的敏感性。这些效应起因于ACM与AEM之间的竞争与因氧化物孔径的大小而存在的横模数量这两者。随着驱动电流的增大，会有更多的更高损耗的AEM达到阈值。因而，激光器的SW会随驱动电流而增大。在低的温度下，激光器中的总损耗会降低，且会有更多的AEM达到阈值。因此，SW也随温度降低而增大。再一问题是因在调制一多模VCSEL时的模竞争而引起的抖动及下冲问题，此种模竞争是因在调制激光器时ACM与AEM交替地起主导作用而引起的。与AEM模相比，ACM模对电流调制的反应较慢。首先，载流子必须扩散地更远才能到达孔径中心处。第二，由于氧化物孔径的散射，AEM模具有额外损耗。最终结果是在调制激光器时允许光学模更好地跟踪驱动电流的光学寿命降低。

在本发明之前，尚不存在一种适用于远距离传输、高数据传输率应用且具有窄光谱宽度的在商业上可行的氧化物型VCSEL。

发明内容

1.发明目的

本发明的一目的是提供一种对横模具有改良的模控制的半导体激光器装置结构。

本发明的另一目的是提供一种具有窄的光谱宽度的改良型垂直空腔面射型激光器(VCSEL)。

本发明还有另一目的是提供一种具有模控制且对驱动电流及环境温度具有更大的不灵敏性的改良型VCSEL。

本发明的再一目的是提供一种具有一其中移除上部镜面层之某些部分来进行模控制之台面之VCSEL结构。

本发明的再一目的是提供一种蚀刻工艺来移除一VCSEL结构的发光区域的一部分并由此实现对具有窄光谱宽度的VCSEL装置的模控制及始终如一的制作、测试和可靠性。

2.本发明的特点

1.简要且一般地说，本发明提供一种面射型激光器，其具有：一具有顶面及底面的衬底；一位于所述衬底的顶面上的由折射率交替变化的镜面层构成的第一堆叠；一位于所述第一堆叠上的有源层；一设置于所述有源层上的由折射率交替变化的镜面层构成的第二堆叠；及该第二堆叠的一直径减小的镜面延伸部分，其在所述第二堆叠的一与所述有源层相对的侧上形成所述面射型激光器的一从所述第二堆叠的一中心部分向外延伸的光学孔径。

在另一个方面中，本发明还提供一种用于制造一垂直空腔面射型激光器的方法，其包括：提供一衬底；在该衬底上形成一第一平行镜面堆叠；在所述第一平行镜面堆叠上形成一有源及间隔层；在所述有源及间隔层上形成一第二平行镜面堆叠；蚀刻所述第二平行镜面堆叠来界定一台面形结构；氧化该台面形结构以在该台面内形成一电流限制中心区域；及蚀刻所述台面结构的中心区域的一部分来移除所述第二平行镜面堆叠的一部分。

本发明的一个方面是将所允许的横模数量与氧化物孔径的尺寸解耦合，从而避免与电阻相关联的问题及与较小的孔径相关联的可靠性问题。

本发明的另一个方面是阻尼或减少AEM，以使因径向电流注入所引起的模竞争最小化或得到消除。

附图说明

图1A是一在现有技术中习知的氧化物限制型VCSEL的一放大比例的半导体结构的局部剖视图；

图1B是一在现有技术中习知的离子沟槽型VCSEL的一放大比例的半导体结构的局部剖视图；

图2是一根据本发明的台面式氧化物限制型VCSEL的半导体结构的局部剖视详视图；

图3A是一半导体结构在一根据本发明的第一工艺步骤中对该结构的顶部周边侧壁进行蚀刻而在该结构中心区域上形成一镜面延伸部分之后的局部剖视详视图；

图3B是一半导体结构在根据本发明的后续工艺步骤对侧壁进行蚀刻而形成台面结构并将侧壁氧化后的局部剖视详视图；

图3C是一半导体结构在一根据本发明的第三工艺步骤中在该结构上沉积n型及p型电阻性触点之后的局部剖视详视图；

图3D是一半导体结构在一根据本发明的第四工艺步骤中在该结构某些部分上沉积聚酰亚胺层之后的局部剖视详视图；

图3E是一半导体结构在一根据本发明的第五工艺步骤中在该结构上沉积一金属焊垫层之后沿图6所示E-E平面的局部剖视详视图；

图3F是一半导体结构在一根据本发明的第五工艺步骤中在该结构上沉积一金属焊垫层之后沿图6所示F-F平面的局部剖视详视图；

图4是根据本发明的VCSEL半导体结构的俯视图。

具体实施方式

下文将阐述本发明的细节，包括其实例性方面和实施例。参见附图和下文的详细说明，相同的参考编号用于指代相同或功能上相似的组件，且旨在以极度简化的图示方式图解说明实例性实施例的主要特点。而且，各图式即非旨在绘示实际实施例的每一特点，也非旨在绘示所示元件的相对尺寸，且也未按比例绘制。

参见图1a，其显示一在现有技术中习知的氧化物限制型VCSEL的半导体结构的局部剖视图。具体而言，VCSEL 100包括一激光器空腔区域105，所述激光器空腔区域105界定于一形成一第一镜面堆叠的第一半导体区域102与一形成一第二镜面堆叠的第二半导体区域103之间。半导体区域102及103设置于一可通常为p型砷化镓的衬底104上。空腔区域105包括一个或多个有源层(例如，一个量子阱或一个或多个量子点)。这些有源层可由AlInGaAs(即AlInGaAs、GaAs、AlGaAs、及InGaAs)、InGaAsP(即InGaAsP、GaAs、InGaAs、GaAsP、及GaP)、GaAsSb(即GaAsSb、GaAs、及GaSb)、InGaAsN(即InGaAsN、GaAs、InGaAs、GaAsN、及GaN)、或AlIn GaAsP(即AlInGaAsP、AlInGaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaAsP、GaAs、InGaAs、GaAsP、及GaP)形成。也可使用其它的量子阱层成分。所述有源层可夹于一对间隔层106、107之间。第一及第二间隔层106、107可由铝、镓及砷构成且根据有源层的材料成分来选择。该结构设置有电触点，以便能够对VCSEL 100应用一合适的驱动电路。

衬底104可由GaAs、InP、蓝宝石(Al.sub.2 O.sub.3)或InGaAs形成且可为未经掺杂、经掺杂的n型(例如掺杂有Si)或经掺杂的p型(例如掺杂有Zn)。一缓冲层可在形成VCSEL 100之前生长于衬底104上。在图1的例示性表示形式中，将第一及第二镜面堆叠102、103设计成使激光自VCSEL 100的顶面发射，在其他实施例中，则可将这些镜面堆叠设计成使激光自衬底104的底面发射。

在操作中，将一操作电压施加至电触点以在半导体结构中产生一电流。该电流将流经该半导体结构的一中心区域，从而导致在空腔区域105的一中心部分中发射激光。一由一环绕氧化物区域101或离子植入区域或两者界定的限制区域提供对载流子及光子的横向限制。该限制区域的相对较高的电阻率会使电流被引导至且流经该半导体结构的一位于中心的区域。具体而言，在氧化物VCSEL中，对光子的光学限制缘自于引导在空腔区域105中产生的光子的折射率分布。所述载流子及光学横向限制会增加有源区域内载流子及光子的密度并提高有源区域内光的产生效率。

在某些实施例中，限制区域101界定VCSEL 100的一中心区域，而该中心区域界定一较佳供VCSEL电流流经的孔径。在其它实施例中，可使用氧化物层作为VCSEL结构中分布式布拉格反射镜的一部分。

第一及第二镜面堆叠102及103各自分别包括一由不同折射率材料构成的交替层系统，该系统形成一分布式布拉格反射镜(DBR)。这些材料是根据所期望的操作激光波长(例如，一介于650纳米至1650纳米范围内的波长)来选择的。例如，第一及第二镜面堆叠102、103可由高含铝量的AlGaAs及低含铝量的AlGaAs的交替层形成。第一及第二镜面堆叠102、103的这些层较佳具有一大约为激光器操作波长的四分之一的有效光学厚度(即层的厚度乘以层的折射率)。

第一镜面堆叠102可通过传统的外延生长方法(诸如金属有机化学气相沉积法(MOCVD)或分子束外延法(MBE))并随后进行蚀刻来形成。

一旦第一镜面堆叠102、有源层105及第二镜面堆叠103制备完成，即可将该结构图案化来形成一个或多个单独的VCSEL。根据现有技术中众所周知的任何方法为第二镜面堆叠103的上表面设置一光阻材料层。曝光该光阻材料层并移除材料来界定一台面108或一沟槽的位置与大小(显示于图1b中)。然后，使用现有技术中所习知的任何适合方法(诸如，干或湿蚀刻方法)蚀刻镜面堆叠103来形成该台面108或沟槽。典型的干蚀刻方法使用氯、氮及氦离子，而湿蚀刻方法使用硫酸或磷酸蚀刻剂。在该台面式实施例中，台面的直径可介于25至50微米的范围内，或较佳为大约40微米，且高出衬底表面大约三至五微米。在将在图1b中所示的沟槽式实施例中，沟槽将完全围绕一大体台面形状区域延伸并界定一大体台面形状区域。在这两个实施例中，所述台面均具有一大体圆形截面。

在该处理顺序结束时，将一诸如氮化硅(SiNx)的介电材料层沉积在VCSEL100的整个表面上，且在台面形结构108的上表面上蚀刻一开口以大致重合于及界定一发光区域109。将一透明金属接触层沉积于该发光区域内且延伸于台面形结构108上，以界定一电触点窗口且提供足够的表面供一外部电触点使用。通常，所使用的透明金属是氧化锡铟(ITO)、氧化锡镉、或类似材料。若需要，可在层上沉积额外的传统金属。应注意，电接触窗口基本上控制着上部平行镜面堆叠内的电流分配。

图1b显示另一在现有技术中所习知的VCSEL 100的透视图，VCSEL 100例如描绘于第2003/0219921号公开的美国专利申请案或者第6,628,694号美国专利中，其包括一绝缘区域，所述绝缘区域可通过对一相关联VCSEL镜面结构内的一薄的高含铝量层进行局部氧化来形成。与图1a中所示的台面式结构108不同，图1b显示一环绕有一沟槽200的由氧化物隔离的VCSEL 100的示意性剖视图。如在图1b中所示，VCSEL 100大体包括一发射孔径109、一形成一孔径的经氧化物或离子植入的限制区域101、及一有源区域105。

图2是一根据本发明的台面式氧化物限制型VCSEL的半导体结构的局部剖视详视图。在第二镜面堆叠103的顶层中提供有一大体圆柱形的直径减小的镜面延伸部分116。

此种使用镜面延伸部分116的腔内方法减小VCSEL 100的串联电阻，从而改良电流注入。镜面延伸部分116提供一确保在一所需操作温度及电流范围内实现单模操作的光学孔径。

所述光学孔径的尺寸设计成小于电流孔径的尺寸，因此在空间上抑制更高阶的模。通过优化电流注入，可使空间烧孔效应最小化，以在宽广的操作电流及温度范围内维持单模操作。由于将横向光学限制与横向电流限制解耦，因而可使用更大的氧化物孔径来实现单模操作。这会形成一种更可靠的装置及具有更高静电放电(ESD)/电过应力(EOS)破坏阈值的装置。

可在镜面堆叠103的反相层处移置p型触点层111(图3B-F)，以增强对更高阶横模的鉴别。光学孔径109是顶部镜面103的一部分且通过ICP干蚀刻形成。为减少光学孔径中的自由载流子吸收，可在镜面延伸部分116中使用一未经掺杂的DBR(或介电性DBR)。另一选择为，可使用更低的触点层掺杂及更薄的触点层。

镜面延伸部分116的直径及高度可选择成分别处于4至5微米及0.2至1.5微米左右，以确保仅将光学能量中的基模耦合入光学孔径109内。更高阶的横模会因损耗增大且电流注入得到改良而由此受到抑制。

装置100中的电流孔径受一个氧化层限制并还可在需要时与一植入工艺兼容。由于光学孔径尺寸与基模空间分布处于相同的尺度，因而电流孔径可最高增大至10微米。与常用的4微米或以下的氧化物VCSEL相比，ESD电压限值也可得到明显提高。装置100的制作工艺还与在同一芯片上提供ESD保护二极管兼容，从而放宽了对进行封装及电路小片处理的ESD控制要求。

现在转向VCSEL装置100的制作，图3A是一半导体结构在一根据本发明的第一工艺步骤中将台面108的周边侧壁氧化而在该结构中形成一电流限制中心区域之后的局部剖视详视图。台面108具有一带有发光区域109的大体平整的顶面。

图3B是一半导体结构在一根据本发明的单个第二工艺步骤中将装置的对置侧向下蚀刻至衬底并还蚀刻台面结构108的上部外侧边缘以在台面结构108的中心区域中形成镜面延伸部分116之后的局部剖视详视图。较佳通过湿蚀刻工艺(例如使用以DI水进行稀释的HF进行蚀刻)来实施所述蚀刻。另一选择为，也可使用干蚀刻工艺，例如Cl/CH4反应性离子蚀刻(RIE)或反应性离子束蚀刻(RIBE)。

在该较佳实施例中，除镜面延伸部分116之外，对装置对置侧的蚀刻穿透第一镜面堆叠103的一部分及第二镜面堆叠102的一部分。在装置100的对置侧上蚀刻至衬底是为了与衬底形成电接触，此将在后续步骤中加以显示。

在一甚至更佳的实施例中，可藉由ICP蚀刻在一第一步骤中首先界定镜面延伸部分116。在形成镜面延伸部分116之后，作为一第二工艺步骤，可使用SiNx来涂覆镜面延伸部分116的侧壁及顶面109。

作为一第三工艺步骤，可再次使用ICP干蚀刻来界定台面108。作为一第四工艺步骤，可通过氧化来界定电流孔径。

图3C是一半导体结构在一根据本发明的第三工艺步骤中在该结构中沉积n型及p型电阻性触点之后的局部剖视详视图。p型触点111是一大体环形的圆环(显示于图4中)，其与台面108的凸肩表面进行电阻性电接触。n型触点112是一环形段(显示于图4中)，其与衬底104进行电阻性电接触。

图3D是图3C所示半导体结构在一根据本发明的第四工艺步骤在该结构某些部分上沉积一聚酰亚胺层113之后的局部剖视详视图。聚酰亚胺层113通常在晶圆上旋涂至4至6微米的厚度、进行热固化、并使用所属技术领域中所习知的微影工艺来进行图案化，以暴露出n型电阻性触点111及p型电阻性触点112、以及发射孔径109。

图3E是图3D所示半导体结构在一根据本发明的第五工艺步骤中在该结构上沉积金属焊垫层114及115之后沿图4中所示E-E平面的局部剖视详视图。层114与n型电阻性触点111进行电接触，且层115与p型电阻性触点112进行电接触。

图3F是图3D所示半导体结构在一根据本发明的第五工艺步骤中在该结构上沉积一金属焊垫层之后沿图4中所示F-F平面的局部剖视详视图。图中显示层115在图的左手侧上与p型电阻性触点112进行电接触，且层115的另一部分在图的右手侧上与p型电阻性触点112进行电接触。

图4是图3E及图3F所示半导体结构在一根据本发明的第五工艺步骤中在该结构上沉积金属焊垫层114及115之后的俯视图。

应了解，上述每一元件及工艺步骤、或两个或多个元件及工艺一起，也可有效地应用于不同于上述类型的其它类型的结构中。

尽管本文是以VCSEL装置的一半导体结构及制造此结构的方法来例示及说明本发明，但此并非旨在将本发明限定为所示的细节，因为也可对其实施各种修改及结构改变，此决不会背离本发明的精神。

无需进一步分析，上文已全面披露了本发明的要旨，以使人们能够应用现有知识在不忽略根据现有技术观点合理构成本发明的一般或具体方面的基本特征的前提下容易地将本发明修改用于各种应用，且因此，这些修改应该且打算包括在随附权利要求书的等效意义及范围内。

Claims (20)

1.一种面射型激光器，其包括：

一带有顶面及底面的衬底；

一位于所述衬底的所述顶面上的由折射率交替变化的镜面层构成的第一堆叠；

一设置于所述第一堆叠上的有源层；

一设置于所述有源层上的由折射率交替变化的镜面层构成的第二堆叠；

一设置于所述第二堆叠内的电流限制区域；及

所述第二堆叠的一直径减小的镜面延伸部分，其在所述第二堆叠的一与所述有源层相对的侧上形成所述面射型激光器的一从所述第二堆叠的一中心部分向外延伸的光学孔径，所述直径减小的镜面延伸部分具有小于所述电流限制区域所限定的电流孔径的直径的相对直径，并且其中所述直径减小的镜面延伸部分的对应的直径和高度导致发出的光仅将光学能量中的基模耦合通过所述镜面延伸部分并抑制更高阶的横模。

2.如权利要求1所述的面射型激光器，其进一步包括一围绕所述镜面延伸部分本身设置的环形触点。

3.如权利要求1所述的面射型激光器，其中所述镜面延伸部分进一步包括一未经掺杂的分布式布拉格反射镜。

4.如权利要求1所述的面射型激光器，其中所述镜面延伸部分进一步包括一介电性分布式布拉格反射镜。

5.如权利要求1所述的面射型激光器，其中所述镜面延伸部分的直径为4至5微米。

6.如权利要求1所述的面射型激光器，其中所述镜面延伸部分的高度为0.2至1.5微米。

7.如权利要求1所述的面射型激光器，其中所述镜面延伸部分进一步包括一圆柱形区域。

8.如权利要求1所述的面射型激光器，其中所述激光器是一包括一用于电流限制的植入区域的增益导向植入型VCSEL。

9.如权利要求1所述的面射型激光器，其进一步包括在所述第二堆叠的一反相层上设置一p型触点层。

10.一种面射型激光器，其包括：

一带有顶面及底面的衬底；

一位于所述衬底的所述顶面上的由折射率交替变化的镜面层构成的第一堆叠；

一设置于所述第一堆叠上的有源层；及

一设置于所述有源层上的由折射率交替变化的镜面层构成的第二镜面层堆叠，所述第二镜面层堆叠具有一电流限制区域、一靠近所述有源层的第一直径、及一位于所述第二镜面层堆叠上变至一第二减小的直径的台阶，所述台阶具有小于所述电流限制区域所限定的电流孔径的直径的相对直径，且所述第二镜面层堆叠上的所述第二减小的直径部分的对应的直径和高度导致发出的光仅将光学能量中的基模耦合通过所述台阶并抑制更高阶的横模。

11.如权利要求10所述的面射型激光器，其进一步包括在所述第二镜面层堆叠的表面上围绕所述台阶设置的环形触点。

12.如权利要求10所述的面射型激光器，其中所述第二减小的直径内的镜面层进一步包括一未经掺杂的分布式布拉格反射镜。

13.如权利要求10所述的面射型激光器，其中所述第二减小的直径内的镜面层进一步包括一介电性分布式布拉格反射镜。

14.如权利要求10所述的面射型激光器，其中所述第二减小的直径内的镜面层的直径为4至5微米。

15.如权利要求10所述的面射型激光器，其中所述第二减小的直径内的所述镜面层的高度为0.2至1.5微米。

16.如权利要求10所述的面射型激光器，其中所述第二减小的直径内的所述镜面层进一步包括一圆柱形区域。

17.如权利要求10所述的面射型激光器，其中所述激光器是一包括一用于电流限制的植入区域的增益导向植入型VCSEL。

18.如权利要求10所述的面射型激光器，其进一步包括在所述第二镜面层堆叠的一反相层上设置一p型触点层。

19.一种面射型激光器，其包括：

一带有顶面及底面的衬底；

一位于所述衬底的所述顶面上的由折射率交替变化的镜面层构成的第一堆叠；

一设置于所述第一堆叠上的有源层；及

一设置于所述有源层上的由折射率交替变化的镜面层构成的第二镜面层堆叠，所述第二镜面层堆叠具有一电流限制区域、一靠近所述有源层的具有一第一直径的第一镜面层部分、及一位于所述第二镜面层堆叠上的具有一第二减小的直径的第二镜面层部分，其中所述第二镜面层堆叠的所述第二减小的直径部分的对应的直径和高度导致发出的光仅将光学能量中的基模耦合通过所述第二镜面层部分并抑制更高阶的横模。

20.如权利要求19所述的面射型激光器，其进一步包括在所述第二镜面层部分附近的外表面设置一p型触点，其中所述外表面位于所述第一镜面层部分的最外缘。

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