TW517417B - Spatially modulated reflector for an optoelectronic device - Google Patents

Description

517417 五、發明説明（彳） /發明與光電裝置的領域有關，且特別是歲： 石白振反射器有關。 /、光電裝置的 已經發現傳統半導體雷射廣泛使用在調變解‘ 當成各種裝置（舉例來說，通訊系統、雷 ^器技術中 放器等等）的光源之選擇。對多數這些應用來:機、光碟播 雷射透過光纖鏈結或甚至開放空間㈣到―^ —半導體 (例如光二極體)。這種配置可提供-高速通訊路=體接，器 或減少的模態輸出之雷射特別適合於許多這此=有早一 所有雷射之中，它們可提供-小的斑點大小’因為 一典型的邊緣發射I導體#射與_@ 頻帶間隙、低折射率層所包圍的-窄頻帶間p.、： = 層是-雙異構。低頻帶間隙層稱為 :斤射率 和折射率差異足以限制到作用層或區域的電荷載子： 咸1兩者。作用層的相對端有形成雷射腔的鏡面。包覆： 有相反的傳導類型，且當電流通過結構時，電子和電财 作用層中結合以產生光線。 在最近十年中變得有名的半導體雷射之另一類型是表 面發射雷射。已經發展出一些類型的表面發射雷射。2 特定用途的此種雷射稱為”垂直腔表面發射雷射"（vcsel) 。（舉例來說，對這種雷射、的描述見199〇年三月^^^^卜 emitting microlasers for photonic switching and interchip connections" ’ Optical Engineering，29 , ρρ·21 〇-214)。對於 其他範例’注意由Yong H. Lee等人提出，1992年五月19曰 -4 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210x 297公釐) M7417 五、發明説明（2 备出之美國專利第5，115,442號，題為，，丁〇p_emitting

Emitting Laser Structures”，其以引：用方式合併在此供參考 ，和1995年十二月12日頒予Mary K. Hibbs-Brenner之美國 專利第 5,475,701 號且題為”Integrated Laser P〇wer

Monitor ，其以引用方式合併在此供參考。另外，見IMG 年五月 24 日 Top-surface-emitting GaAs four-quantum-well lasers emitting at 0.85 # m”，Electronics Letters，26， pp.710-711。 垂直l表面發射雷射在傳統邊緣發射雷射之外提供許多 放率和/曰在可生產性優點。這些包括與它們的幾何學有關 之坪多利盈’例如對—和二維陣列的順從、晶圓-層次限制 、和令人期待的射束特性（通常是環狀對稱的低發散射束）。 VCSELS通常有一作用區，帶有大量或-或更多量子井層 :在？用區的相對側是通常由交錯的半導體層形成的反射 ，堆豐’具有使得每—層通常是在相關波長（在媒介中）的四 分之-波長厚之特性’藉此形成雷射腔的反射鏡。在作用 區的相對側上有相反傳導型區域，且雷射通常藉由改變通 過作用區的電流打開和關閉。 高生產量、高效率的VCSELs已經證實和利用在商業化中 。頂端表面發射以A1GaAs為基礎的VCSELs可以類似於半導 體積體電路的方式生產，且-可接受低成本高產量生產、和 ”見存的電子技術平台整合。而且’已經證實使用一標準 :未修改之商業可取得的金屬有機蒸汽相位蟲晶（m〇vpe) 至的VCSEL之統—和可再生性’而分子射束蟲晶⑽E)提 本紙&度適财國g家辟(⑽爱） -5- 五 、發明説明（3 ) 供非常高的裝置生產量。 預期VCSELs將在快速（舉例來辑，十億位元/秒）中等 (舉例來長到大約_公尺）單—或多頻道資料鍵結庫 先學及/或成像應用中提供效率和戌本的優點。 這疋由於它們提供有潛力的柄 氏成本^效率發射器有彈性和 々人期待的特性之固有幾何學造成。 大多數實際大小的VCSELs本來就是多（橫向的）模能 一最低階模態VCSELs有助於耗合到單—模態光纖，輯使 用在擴充標準·#62.5/mGRIN多模態光纖的頻寬長產 品方面有益。然而’長久以來已經知道，雖然vcsel的短 先學腔（2又）支持單一縱向模態發射，多波長（心）側向大 小有助多橫向模態運作。 較^模態遠離光學或雷射腔的中心通f有較大側面濃 度的月b里因此，迫使雷射只在一最低階圓形對稱模態中 振盪的最明顯方法，是使作用區域的側向大小小到足以阻 止更咼階模態達到臨限。然而，這對典型的VCSELs需要小 於大約5 的側向大小。如此小的區域可能造成過大的電 阻，且推動從傳統製造方法可獲得的極限。這對比大約1 V m 大的植入深度特別是這樣，而側面散開可能變成一限制因 數口此，對VCSEL貫際大小之橫向模態的控制依然很困 難。 . 控制VCSEL中橫向模態的一種方式在Hadley等人的美國 專利第5,903,5 90號中提議。Hadley等人提議提供一延伸在 VCSEL的光學腔周圍之模態控制區域。模態控制區域提供 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) • 6 - 517417 A7 ------ B7 五、發明説明（7 )"—"" 與菲近VCSEL的中心之光學腔長度·不同的光學腔長度。這 幫助減少模態控制區域中的反射率。Hadley等人的一限制 是杈態控制區域在中央光學腔之後形成，其增加重要的處 理步驟、且增加裝置的成本。除此之外，在模態控制區域 和光學腔之間的反射率有一突然改變。此突然改變可引起 繞射效應，其可減少VCSEL的效率以及品質/ 發明概要 本發明藉由提供增加模態控制而不需大量的額外處理步 驟之一諧振反射器，克服習知技術的許多缺點。本發明的 一些諧振反射器也減少或消除通過諧振反射器的反射之突 然改變。it可減少在許多（特別是對光電裝置的才莫態控制所 使用的）括振反射益中常見的不受歡迎之繞射效應。 在本發明的一例示具體實施例中，一諧振反射器提供在 =光電裝置的一頂端反射鏡層之頂端上。在彤成諧振反射 為中，一第一材料層提供在頂端反射鏡層上。然後圖案， 最好透過蝕刻掉圍繞光電裝置的所要光學腔之區域或一些 區域中的第一材料層，第一材料層。然後在第一材料層之 上提供一第二材料層。第二材料層最好提供在第一材料層 的蝕刻和未蝕刻區域兩者之上，但如果需要可能只提供在 那些未蝕刻區域之上。 在一相關的具體實施例中，光電裝置的頂端反射鏡層可 倉b扣演在上面时淪的第一材料層。因此，可能圖案頂端反 射鏡層（最好透過至少部份蝕刻）到圍繞光電裝置的所要光學 腔之區域或一些區域中的頂端反射鏡層之内·在一具體實 本紙張财國國家料(。兩A4規格( x撕公釐) 517417 五、發明説明（ 施例中’在頂端反射鏡層下面的層可能扮演一蝕刻停止層 。然後’一第二材料層提供在頂褲反射鏡層上。第二材料 層最好提供在頂端反射鏡層的蝕刻和未蝕刻區域兩者之上 ’但如果需要可只提供在未祛刻區域之上。 第材料層（或在一其它可能具體實施例中的頂端反射鏡 層）最好有一比第二材料層的折射率更大之折射率，且第一 和第二材料層最好有一比光電裝置的頂端反射鏡層（或在其 它可能具體實施例中的往接著層）之折射率更小的折射率。 廷引起相當於第一材料層（或頂端反射鏡層）的蝕刻的區域之 那些區域中諧振反射器的反射率之縮減。反射率的不同可 用來提供光電裝置的模態控制。 一諧振反射器透過往 一或更多頂端反射鏡 在本發明另一例示具體實施例中，一 下钱刻、但不一直钱刻到光電裝置的一 層形成。所蝕刻的區域最好圍繞光電裝置的所要光學腔 之深度）引

且有在所要的操作波長（例如相當於λ /4的奇數倍 起一相移減少諧振反射器之反射性的深度。為了

517417 五、發明説明（6 材料兩者所提供的折射率之一譜振反射器層。在一較佳呈 體實施例中，第一材料限制於一第一區域，而第二材ς限 制於-第二區域，其中第一區域和第二區域沿著一介面丘 同延伸。藉由使介面不與光電裝置的光轴平行，諸振反射 益層的折射率穿過光學腔(至少當沿著光電裝置的光學腔側 面看時）不突然地改變。相反地，從一折射率到另一折射率 =平順的轉變。這可減少㈣反射器的折射率突然 所引起的繞射效應。 考：過許多形成從一折射率到另_折射率有 的一谐振反射器層的方法。在一例示方法中，提供_第_ 大體上平面的材料層，然後圖 :島：。然後加熱島體，使它流回。這::材= 訂 供材料：ν:ΓτΓ表面。然後在材料的第-層上提 ΓΓ 因為材料的第-層之島體包括-非平 、頂端表面(且取好疋一向下漸小的)，材料 (不與光電裝置的光軸平行的）第-材料層形成—介面1與 f可減少由證振反射器的折射率突然改變所引起二 射效應。 71 N起的繞 這在光阻姓刻層上造成-非平面頂端表面，且最2回。 料的第-層向下漸小頂端表面 ' 取好疋朝材 材料的第一層所述的時段。蝕 刻光阻蝕刻層和 ㉞刻劑選擇㈣刻光阻钱刻層 -9- 本紙 k 度 家標革(CNS) ~. ^另—例示方法提供材料-第—大體上平面的声，垃 者光阻餘刻層。然後圖案光阻名虫刻層，最好步^ 刻劑的一島體。然後加熱光-阻钱刻劑的島體，使2阻姓 A7

和材料的第一層 表面之形狀到材料的第一層。如果需要，接著在材料= 層上提供材料的-第二層。因為材料的第一居 蝕刻劑的島體之形狀，i因此有向下漸小的—；=阻 :料的第二層與（不與光電裝置的光轴平行的）第= 成—介面。如上述’這可減少由諸振反射器的折射 二 改變所引起的繞射效應。 …、 而在本發明的另一 大體上平面的層，造 層的島體最好有延伸 之橫向表面。然後在 刻層，包括在側面表 從頂端表面沿著側面 了頁端週邊邊緣較薄。 例示方法，提供並 成材料的弟—層之 到由頂端週邊邊緣 圖案的材料之第一 面、頂端週邊邊緣 表面往下的階級， 圖案材料的一第_ 一島體。第一材料 所定義的頂端平面 層上提供一光阻蝕 、和頂端表面上。 使光阻蝕刻層靠近 然後蝕刻光阻蝕刻層和材料的第一層一所述的時段。在 此蝕刻程序„，與光阻蝕刻層的較薄區域相鄰之材料的 第-層那些區i或’接受蝕刻劑比與光阻蝕刻層的毗連較厚 區域那些區域更長的時段。因此’在例示的具體實施例中 ，材料的第一層之頂端週邊邊緣比遠離頂端週邊邊緣那些 區域蝕刻更多。在蝕刻程序之後，可在材料的第一層上ς 供材料的一第二層。 - 在每一上述具體實施例中，材料的第二層心頂端可能藉 由力…、材料的第二層使它流回平面化。或替代地，或除此 之外，材料的第二層之頂端表面可能使用一化學機械拋光 -10- 517417 A7 B7 五、發明説明（8 ) (CMP)程序平面化。或替代地，如果需要材料的第二層之頂 端表面可能大體上保持非平面。；- 圖式概述 當結合伴隨的圖式考慮藉1由參考以下詳細說明更好地了 解本發明時，將輕易地發現本發明的其他目的和本發明的 許多伴隨優點，其間相同參考號碼在所有圖式表示同樣的 零件，且其中： 圖1是依照習知技術的平面、電流導引GaAs/AlGaAs頂端 表面發射垂直腔雷射的概要圖； 圖2是依照本發明，有增加的模態控制之一第一例示諧振 反射器的平面、電流導引GaAs/AlGaAs頂端表面發射垂直腔 雷射的概要斷面側視圖， 圖3A-3D是表示用來製造圖2的諧振反射器之一例示方法 的概要斷面側視圖； 圖4是依照本發明，有增加的模態控制之一第二例示諧振 反射器的平面、電流導引GaAs/AlGaAs頂端表面發射垂直腔 雷射的概要斷面側視圖； 圖5A-5D是表示用來製造圖4的諧振反射器之一例示方法 的概要斷面側視圖； . 圖6是依照本發明，有增加的模態控制之另一例示諧振反 射器的平面、電流導引GaAsVAlGaAs頂端表面發射垂直腔雷 射的概要斷面側視圖； 圖7A-7D是表示用來製造圖6的諧振反射器之一第一例示 方法的概要斷面側視圖； - -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂

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圖8A-8E是表示用來製造圖6的諧振反射器之另一例示方 法的概要斷面側視圖； ,、 圖9A-9E是表示用來製造圖6的諧振反射器之又一例示方 法的概要斷面側視圖； 圖10是表示類似於圖5A-5D中所顯示之本發明另一例示 具體實施例的概要斷面側視圖； 圖11是表示類似於圖5A-5D中所顯示之本發明另一例示具 體實施例的概要斷面側視圖；和 圖12是表示類似於圖8A-8E+所顯示之本發明另一例示具 體實施例的概要斷面側視圖。 幸父佳具體貫施例詳述 圖1是依照習知技術的平面、電流導引GaAs/A1GaAs頂端 表面發射垂直腔雷射10的概要例示。在一11型摻雜錠砷化物 (GaAs)基體14上形成是一n型接觸12。基體14摻雜有一第一 類型（也就是，η類型）的雜質。一η型反射鏡堆疊16形成在基 體14上。在堆疊16上形成的是一間隔裝置“。間隔裝置18 有一底端限制層20和一頂端限制層24圍繞作用區22。一 ρ型 反射鏡堆疊26形成在頂端限制層24上。一 ρ型金屬層以形成 在堆疊26上。發射區域可能有一鈍化層3〇。 隔絕區域29限制電流流過27作用區的區域。區域29可能 透過/未度Η+離子植入形成。，可設定直徑” g ”來提供所需要的 作用區域，並藉此提供VCSEL 1〇的增益孔。此外，直徑，，g，， 可透過ρ型反射鏡堆疊26所需要的電阻（特別是通過非傳導 的區域29)設定。因此，非傳導的區域29執行增益引導功能 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 517417 A7 -------- B7 五、發明説明（1〇 ) 。直径g’’通常透過製造極限（例如在植入步驟期間的側面離 散）限制。 間隔裝置1 8可能包含一些量子井作用區設置在在反射鏡 堆豐16和26之間。量子并作用區22可能有鋁砷化鎵 (AlGaAs)障壁層和GaAs量子井層的交替層。量子井 也可用在作用區中，特別是當GaAs*透明的薷要一發射波 長（舉例來說；I =980 nm)時。堆疊丨6和26是分散的Bragg反射 器（DBR)堆疊，且可能包括摻雜了 AlGaAs和砷化鋁（AlAs)的 週期層。堆疊16的AlGaAs摻雜與基體14(舉例來說，n型）相 同颏型的雜質，而堆疊26的AlGaAs摻雜其他類型的雜質（舉 例來說，p型）。 金屬接觸層12和28是允許雷射二極體1〇的適當電偏壓 的歐姆觸點。當雷射二極體1〇因接觸28上比接觸12上更 多正電壓而順向偏壓時，作用區22發出穿過堆疊26的光 線3 1 〇 大多數實際大小的VCSELs本來就是多（橫斷的）模態。單 一最低階模態VCSELs有助於耦接到單一模態光纖内，且對 開放空間及/或波長敏感系統有利，且甚至可能對使用在延 伸標準50/zm和62.5//m GRIN多模態光纖的頻寬-長度產品有 益。然而，長久來已經知道，雖然VCSEL的短光學腔（2入） 有利於單一縱向模態發射，、多波長（1〇 λ )側向大小幫助多· 橫斷的模態運作。 如上面所指出，較高階模態遠離光學或雷射空腔的中心 通常有較大的邊里側面丨辰度。因此，強迫雷射只在一最低 -13· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) ~ ------- 517417

階圓形對稱模態中振盪的最明顯方法 是使作用區域的側 向大小？，小到足峰錢高階模態達到臨限。^,對典 型的VCSELs這使側向大小必然小於大約如此的小區 域可能造成過大的電阻，錢極限遠超出傳統的製造方法 可得。這對侧向離散可能變成一限制因數之比大約一大 的植入深度特別是如此。因此，對實際大小㈣虹的橫斷 模態之控制仍然很困難。 用以控制一丨電裝置的橫向才莫態之一例示方法顯示在圖2 中。圖2是有一頂端安裝的模態控制諧振反射器5〇，如圖} 中一平面、電流導引GaAs/AlGaAs頂端表面發射垂直腔雷射 的概要斷面側視圖。諧振反射器5〇包括設置在vcsel “的 頂端反射鏡層52之頂端上的一圖案的第一材料層％。一第 二材料層58如所顯示提供在圖案的第一材料層％上。 第一材料層56最好有一比第二材料層58的折射率更大之 折射率，且第一和第二材料層5 6和5 8最好有一比光電裝置 5 4的頂&反射鏡層5 2之折射率小的折射率。雖然預期有其 他適當材料系統，在一範例中，第一材料層56是以〇2，第 二材料層58是Si#4或Ti〇2，而頂端反射鏡層52是AlGaAs。 每一層最好是四分之一波長（又/4)的偶數倍厚。這在相當於 第一材料層56中蝕刻的區域6〇(見圖3B)的那些區域（也就 是’以第二材料層5 8填入的那些區域）引起諧振反射器5 〇 的反射率之減小。藉由設計蝕刻的區域圍繞所要的光學 腔，反射率的這種不同可用來幫忙提供VCSEL 54的模態 控制。 -14 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝 訂

線 517417 五、發明説明（12 ) 在形成諧振反射器50方面，現在參照圖3A，第一材料層 56提供在頂端反射鏡層52上。如尋3B所示，圖案了（最好透 過蝕刻掉圍繞VCSEL 54的所要光學腔之區域或一些區域中 的第一材料層56)第一材料層56。如圖3C所示，一第二材料 層58提供在第一材料層56之上。第二材料層58最好提供在 第一材料層56的蝕刻60和未蝕刻區域兩者之上，但如果需 要可限制於未蝕刻區域。然後可除去選擇的區域，例如第 二材料層58的區域62a和62b，以提供對頂端反射鏡層52的 存取。然後，且如圖3D所示，一接觸層64可能提供在頂端 反射鏡層52的露出區域上。接觸層64可能提供電的接點到 頂端反射鏡層52。 在一相關具體實施例中，光電裝置的一頂端反射鏡層可 扮演上面討論的第一材料層56。因此，可圖案（最好透過 至少部份地蝕刻到圍繞光電裝置的所要光學腔之區域或一 些區域中的頂端反射鏡層）頂端反射鏡層。在一具體實施 例中’在頂端反射鏡層之下的層52可扮演一蝕刻停止層。 然後’一第二層5 8提供在頂端反射鏡層之上。第二材料層 隶好k供在頂‘反射鏡層的姓刻和未餘刻區域兩者之上， 但如果需要可只提供在未|虫刻區域上。在這個具體實施例 中’在圖2-3中標示了 5 6那些區域應該如層5 3 一樣有相同 的平行交叉圖案，且這些區，域的折射率應該小於層52的折 射率。 用以控制一光電裝置的橫向模態之另一例示方法顯示在 圖4中。圖4是有另一例示頂端安裝的模態控制諧振反射器 备 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱j--^：- 517417 A7 ________ B7 五、發明説明（13 ) 一 ' '~— 7〇 ’如圖1中的平面、電流導引、GaAs/A1GaAs頂端表面發 射垂直腔雷射的概要斷面側視圖。在這個具體實施例中， ❻振反射态70透過往下姓刻進入、但不一路穿過一咬更多 光電裝置的頂端反射鏡層72形成。所蝕刻的區域，大體上 顯示在74 ’最好圍繞光電裝置的所要光學腔，且有在所要 的操作波長（例如相當於A /4的奇數倍之深度）引起一相移減 少谐振反射器70之反射性的深度。為了要提供進一步區別 ，可能在頂端反射鏡層72選擇的未圖案區域78上（例如在光 電裝置的所要光學腔之上）提供具有一或更多附加層的一帽 盍反射鏡76。帽蓋反射鏡70可能包括一傳統半導體dbr反 射鏡的一或更多週期，或更好地，包括一窄頻介質反射濾 鏡。一金屬層可能提供在頂端反射鏡層72所選擇的區域之 上。金屬層可能扮演一頂端接觸層。 而現在參照圖5A-5B，在形成諧振反射器7〇方面，圖案並 蝕刻一頂端反射鏡層72(或一些其他頂端層）以形成一或更多 蝕刻區域74。蝕刻的區域74最好形成為圍繞光電裝置的所 要光學腔。另外，蝕刻的區域74最好往下蝕刻到一引起入 射光線相移的深度，藉此減少那些區域中的諧振反射器7〇 之反射率。 接著，且如圖5C所示，一帽蓋反射鏡76形成在圖案的頂 端反射鏡層72之上。如上述、，頂端反射鏡層72可能包括一 或更多半導體DBR反射鏡週期，及/或—窄頻介質反射渡鏡 。不論哪一種情況，且為了提供反射率的進一步區別，可 能餘刻掉帽蓋反射鏡76除了對應於光電裂置的所要光學腔 -16-

、發明説明（ 14 之外的那此恧诜 _ _ i它 二域。這顯示在圖5D中，。或替代地，圖案的帽 ^鏡76可#使用廣為人知的$掉技術形成。其後，可 端反射鏡層72的所選擇區域上提供—接觸層8〇。接 曰〇可此提供電接點到頂嬙反射鏡層72。 、乙制光电裝置的橫向模態之另一例示方法顯示在 園 0 中。匿J 6 -j- σσ Q "疋有再另一例示頂端安裝的模態控制諧振反射 圖1中平面、電流導引、GaAs/AlGaAs頂端表面 ::垂直腔雷射的概要斷面側視圖。在這個例示具體實施 =’譜振反射器9 G有-穿過光電裝置的光學腔不突然改 變的折射率。 較佳具體實施例中，諸振反射器_少有—错振反 層92有-折射率。折射率可能包括，舉例來說，從有 -第-折射率的一第一材料94和有一第二折射率的一第二 材料96兩者所提供。在-較佳具體實施例中，第一材料94 _於-第-區域而第二材料限制於一第二區域，盆中第 -區域和第二區域共同沿著一介面98延伸。藉由使介面Μ 不與光電裝置的光軸⑽平行，譜振反射器層的折射率，至 〆田’口者光電裝置的光學腔側面看時，穿過光學腔不突狄 地改變。相反地，⑯-折射率到另—折射率卜平順的轉 變。這減少折射率的突然改變所引起的繞射效應…般預 期在错振反射㈣的頂端上，可能如所顯示提供了^統 半導體DBR反射鏡的一或更多週期，或更好地，提供了 — 窄頻介質反射渡鏡106。最後，可能圍著光學腔的周圍提供 -接觸層102。在所顯示的具體實施例中，接觸層收與頂 -17- 517417

端反射鏡層m直接接觸，且提供到頂端反射鏡層ι〇4的電 接點。 從-折射率到另一折射率的平穩轉變在圖表ιι〇中進一步 說明。圖表110的X軸表示沿1著圖表上面所顯示的裝置之光 子脸的彳κ向位置。圖表丨丨〇的Y軸相當於頂端反射鏡（包括諧 振反射為90和傳統半導體DBR反射鏡或介質反射濾鏡1〇6) 的反射率”R”。頂端反射鏡的反射率，，Rn，至少在諧振反射 器90的區域中，依諧振反射器層9〇的折射率而定。 沿著光電裝置的光學腔橫向地從左邊巡行到右邊，反射 率由一第一數值112開始。因為諧振反射器9〇和傳統半導體 DBR反射鏡或介質反射濾鏡1〇6不往外延伸進入這個區域内 ,所以顯示了第一數值112相對地低。接觸層1〇2也可能減 少這個區域中的反射率。 在為振反射态9 0的邊緣，反射率增加到一數值114，其包 括彳之谐振反射态90的第二材料96和傳統半導體DBR反射鏡 或介質反射濾鏡106的提供。進一步移動到右邊，諧振反射 器90的折射率由於第一材料94和第二材料％的相對貢獻開 始改變。這引起諧振反射器9〇的反射率如所顯示平滑地向 所要的光學腔之中心增加。最好，諧振反射器9〇的反射率 在所要光學腔的中心或其周圍到達一最大值丨16。然後諧振 反射器90的反射率以上面所描述的相反方式往所要光學腔 的中心之右邊減少。如所見，諧振反射器9〇的折射率，與 因此反射率穿過光學腔不突然地改變。相反地，從一折射 率到另一折射率有一平順的轉變。這減少諳振反射器的折 •18· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 517417 五、發明説明（16 ) 射率之突然改變時常引起的繞射效應。 圖7A-7D是表示用以製造圖6的辩振反射器之一第一例示 方法的概要斷面側視圖。在這個例示具體實施例中，材料 94的一第一大體上平面的層提供在，舉例來說一傳統DBR 反射鏡的頂端反射鏡層104上。頂端反射鏡層1 〇4最好有一 比材料94的第一層之折射率更高的折射率。頊端反射鏡層 104可旎疋，舉例來說，A1G a As，而材料94的第一層可能是 ，舉例來說，Ti〇2，Si^4，或例如聚醯胺（p〇iyamide)或環 本丁:％(BCB)的一聚合物。 然後如圖7A所示圖案材料的第一層。這通常使用一傳 統的蝕刻程序完成。如圖7B所示，然後加熱圖案之材料 的第-層’使它流回。這造成一非平面的頂端表面外 三然後，如圖7C所示，材料96的一第二層提供在材料料的 =一層之上。材料96的第二層之頂端表面1〇5最好大體上 是=面的，但如果需要它可以是非平面的。材料％的第二 層取好有-比材料94的第一層之折射率更低的折射率。材 料96的第二層可能是，舉例來說，Si〇2，一聚合物，或任 何其他適當材料。當需要時，材料96的第二層之頂端表面 可月b使用任何適當的方法平面化，舉例來說包括，流 回材料96的第二層，機械、化學或化學·機械 材 等。在一些㈣實施例中，頂端表面105保 之：料96的第二層最好提供在揩振反射器的整個頂端表面 亚蝕刻掉需要一頂端接觸1 02的那些區域中。一曰 本紙張尺度適用 19- 517417 A7 B7 五、發明説明（17 ) 钱刻了材料96的第二層，一接觸層102提供在頂端反射鏡 層104的露出區域上。接觸層1〇2提:供到頂端反射鏡層ι〇4 的電接點。如圖7D所示，然後一帽蓋反射鏡1 〇6可提供在 材料96的第二層上面。帽蓋反射鏡1〇6可能包括一傳統半 導體DBR反射鏡的一或更多週期，或更好地，一窄頻介質 反射遽鏡。 圖8A-8E是表示用以製造圖6的諧振反射器士另一例示方 法的概要斷面側視圖。在這個例示具體實施例中，和如圖 8 A所示，材料94的一第一大體上平面層提供在，舉例來說 ，一傳統的DBR反射鏡的頂端反射鏡層1〇4上。·頂端反射鏡 層104最好有一比材料94的第一層之折射率更高的折射率。 頂端反射鏡層104可能是，舉例來說，AiGaAs ,而材料料的 第一層可能是，舉例來說，Ti〇2，Si^4，或任何其他適當 材料。然後，一光阻蝕刻層i 1〇提供並圖案在材料94的第一 層上，最好在光電裝置的所要光學腔上形成光阻蝕刻劑的 一島體。 如圖8B所示，然後加熱光阻蝕刻劑層11〇，使它流回。這 在光阻蝕刻劑層110上造成一非平面頂端表面。也就是，光 阻蝕刻劑層110的頂端表面可以有一些部分往下向材料料的 第層璉漸、交小。接著，且如圖8C所示，光阻蝕刻層11〇和 材料94的第一層蝕刻一所敘-述的時段。蝕刻劑最好選擇地 蝕刻光阻蝕刻層110和材料94的第一層兩者。這將光阻蝕刻 劑層110的非平面頂端表面之形狀轉移到材料94的第一層。 如圖8D所示，然後材料96的一第二層提供在材料94的第 本紙張尺度適用巾國國家標準(CNS) Α4^^·〇 χ撕公爱) -20- 517417 五、發明説明（18 一層之上。材料96的第二層最好有-比材料94的第一層之 折二率更小的折射率。材料96的第二層最好提供在諧振反 射器的整個頂端表面之上，且#刻掉需要一頂端接觸1〇2的 那些區域。-旦㈣了材料96的第二層，_接觸層⑽提供 在頂端反射鏡層104的露出區域上。接觸層1〇2提供到頂端 反射鏡層104的電接點。最好，材料96的第二層之頂端表面 大體上是平面的。如圖8E所示，如果需要一帽蓋反射鏡1〇6 可提供在材料96的第二層上面。帽蓋反射鏡1〇6可能包括一 傳統半導體DBR反射鏡的一或更多週期，或更好地，一窄 頻介質反射濾鏡。 圖9A-9E是表示用以製造圖6的諧振反射器之再另一例示 方法的概要斷面側視圖。在這個例示具體實施例中，如圖 9A所不，材料94的一第一大體上平面層提供在，舉例來說 ’ 一傳統DBR反射鏡的頂端反射鏡層1〇4上。像上面一樣， 頂端反射鏡層104最好有一比材料94的第一層之折射率更高 的折射率。 接著，如圖9B所示，圖案材料94的第一層’，最好在光電 裝置的所要光學腔上形成一島體。這造成材料94的第一層 有延伸直到由頂端週邊邊緣120所定義的一頂端表面116之 橫向表面118。然後一光阻蝕刻層114提供在圖案之材料94 的第一層之上，包括在側面，表面118、頂端週邊邊緣120、 和頂端表面116之上。因為在頂端表面116和橫向表面118之 間的台階，靠近頂端週邊邊緣120的光阻蝕刻層114，如所 顯示比沿著側面表面11 8或圖案之材料94的第一層之頂端表 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 517417 A7 _________ B7 五、發明説明(19~7^~ ~ - 面11 ό薄。 士囷9C所示然後i虫刻光阻|虫到層114和材料94的第一層 所敘述的枯段。在此蝕刻步驟期間，與光阻蝕刻層114的 較薄區域相鄰之材料94的第一層那些區域，比與光阻蝕刻 層114的較厚區域相鄰之那些區域遭受蝕刻劑一較長的時段 。=此，如圖9C所示，材料94的第一層之頂端週邊邊緣12〇 比遠離頂端週邊邊緣12〇那些區域蝕刻更多，造成逐漸變小 的邊緣122。 在蝕刻步驟之後，如圖9D所示，材料96的第二層可能提 供在材料94的第一層之上。像上面一樣，材料％的第二層 最好有一比材料94第一層之折射率更小的折射率。材料^ 的第二層最好提供在諧振反射器的整個頂端表面之上，且 蝕刻掉需要一頂端接觸102的那些區域。一旦蝕刻了材料％ 的第二層，一接觸層102提供在頂端反射鏡層1〇4的露出區 域上。接觸層102提供到頂端反射鏡層1〇4的電接點。最好 材料96的苐一層之頂端表面大體上是平面的。 如圖9E所示，如果需要，一帽蓋反射鏡1〇6可能提供在材 料96的第二層上面。帽蓋反射鏡1〇6可能包括—傳統半導體 DBR反射鏡的一或更多週期，或更好地，一窄頻介質反射 濾鏡。 圖10是表示類似於圖5A-5D中所顯示之本發明另一例示 具體貫施例的概要斷面側視圖。在這個具體實施例，可能 往：蝕刻一頂端層11〇(可能是光電裝置的頂端臟反射： 堆®之頂端反射鏡層或是頂端反射鏡層頂端上的一附加層） -22- 517417 A7

發明説明 仁不 路穿透。所蝕刻的區域最好圍繞在光電裝置的所

， Q P l有一在所要的操作涑長引起一減少諧振反射 的反射率之相移的深度，例如相當於λ /4的奇數倍之深 度。如在圖5A-5D中，具有一或更多附加層的一帽蓋反射鏡 2可此提供在層丨1〇選擇的未圖案區域上（例如在光電裝置 的所要光學腔之上），提供反射率的進一步差異。然後一金 屬層U4可能提供在層110的蝕刻區域上。屬層可能扮演頂 端接觸。藉由一路延伸金屬層114或接近帽蓋反射鏡112， 可達到光電裝置的較好電流傳播。 圖11是表示類似於圖5八-513中所顯示之本發明另一例示具 肢貝轭例的概要斷面側視圖。這個具體實施例類似圖…的 具體實施例，但金屬層（現在標示為116)延伸在層110的蝕刻 區域和巾s蓋反射鏡丨12之上。對於背面照明裝置，這可對光 電裝置提供甚至更好的電流傳播。 圖12是表示類似於圖8冬8£中所顯示之本發明另一例示具 體實施例的概要斷面側視圖。提供了 一諧振反射器，有二 穿過光電裝置的光學腔不突然地改變的折射率。例示的諧 振反射器至少包括一譜振反射器層，有包括從（舉例來說）有 一第一折射率的一第一材料12〇和有一第二折射率的一第二 材料122兩者貢獻的折射率。在所顯示具體實施例中，第: 材料120限制於一第一區域，而第二材料丨22限制於一第二 區域’其中第-區域和第二區域沿著—介面共同延伸。= 後一金屬層124提供在整個結構之上。對於背面照明裝置了 當與圖8A-8E中顯示的裝置相比時，金屬層124可提供增進

裝

線 -23-

517417 A7 B7 五 、發明説明（21 ) 的電流傳播。 有了如此說明之本發明較佳具雔實施例，熟知該項技藝 人士將容易地發現在此處找到的教導可適用於此處附上的 申請專利範圍之範疇當中的其他具體實施例。 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. W417 A B c D 申請專利範圍 種用於一光電裝置（54)的諧振反射器（50)，該諧振反 射器（50)之特徵在於： 具有一第一折射率的第一材料層（56)，該第一材料 層(56)具有往下延伸進入第-材料層(56)内的一或更多 圖案區域（60)，選擇的圖案區域（6〇)填入具有一第二折 射率的一第二材料（58);和 一反射鏡，與第一材料層（56)相鄰設置，該反射鏡具 有備有一第二折射率的相鄰反射鏡層（52)。 2·如申請專利範圍第旧之諸振反射器（5〇)，其中第一折射 率大於第二折射率，且第一折射率和第二折射率小於第 .三折射率。 3·如申请專利範圍第1項之諧振反射器（5〇),其中一或更 多圖案的區域（60)減少那些區域中諧振反射器（5〇)的反 射比。 4·如申請專利範圍第3項之諧振反射器，其中一或更多圖 案的區域（60)設置來提供對光電裝置（54)的模態控制。 5· 一種用以形成一光電裝置（54)的一諧振反射器（50)之方 法 4光包衣置（5 4)具有一頂端反射鏡，該方法之特徵 在於： 在頂端反射鏡（52)上方提供一第一材料層（56); 在第一材料層（56)中姓刻一圖案，造成一或更多圖案的 區域（6 0);和 ， 在第一材料層（56)之上，包括在一或更多圖案區域 (60)之上提供一第二材料層（58)。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

   517417

   • 種用以开》成一光電裝置（5 4)的諧振反射器（5 Ο)之方法 ’光電裝置（54)具有一頂端反射鏡，該方法之特徵在 於： 在頂端反射鏡的一頂端反射鏡層（52)中|虫刻一圖案， 造成一或更多圖案的區域；和 在頂端反射鏡層（52)之上，包括在一或更多圖案區域 之上提供一材料層（58)。 1 · 一種光電裝置的諧振反射器（70)，該諧振反射器（70)之 特徵在於： 一第一反射鏡區域，具有一頂端反射鏡層（72)，該頂 •端反射鏡層具有一或更多往下延伸進入頂端反射鏡層 (72)之内但不一路穿透的圖案區域（74)，和一或更多未 圖案區域（78);和 一第二反射鏡區域（76)，形成在頂端反射鏡層（74)的 選擇未圖案區域（78)上。 8· 種光電裝置（1〇)的谐振反射器（90)，光電裝置（1〇)有 一帶有光軸（100)的光學腔，該諧振反射器（90)之特徵 在於： 一諧振反射器層（92)延伸穿過光電裝置（1〇)的光學腔 之至少一部份，諧振反射器層（92)具有有第一折射率的 一第一區域（94)和有第二折射率的一第二區域（96)，第 一區域（94)和第二區域（96)沿著一介面（98)共同延伸，至 少介面（98)的一部份不與光軸（100)平行。 9.如申請專利範圍第8項之諧振反射器（9〇)，其中第一區域 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

   裝 η ⑩線 10. ::4)朝向光學腔的中心設置’且有不與光轴⑽)平行的 邊緣’而第二區域(96)有沿著第一區域的側面邊緣 共同延伸的橫向邊緣。 一種用以形成—光電（1G)裝置的―谐振反射器（90)之方 法，該方法之特徵在於： 提供大體上平面之材料（94)的一第一層； 在材料（94)的第-層上提供並圖# —纽㈣層⑴〇). 加熱光阻姓刻層（110)使它流回，造成非平面 阻 刻層（110)之一頂端表面； # 姓刻光㈣層（11G)和材料（94)的第—層，以將光阻 姓刻層（11G)的非平面頂端表面之形狀轉移到材料（94)的 第一層；和 在材料（94)的第一層之上提供材料（96)的一第二層。 11. 一種用以形成一光電裝置（10)的一諧振反射器（9㈨之方 法’該方法之特徵在於： 提供大體上平面之材料（94)的一第一層； 圖案化材料（94)的第一層； 加熱材料（94)的第一層使它流回，造成非平面的一頂 端表面（98);和 在材料（94)的第一層之上提供材料（96)的一第二層。 12. 如申請專利範圍第丨丨項之方法，進一步包含加熱材料 (96)的第二層以使它流回，造成大體上平面之一頂端表 面的步驟。 —種用以形成一光電裝置（1〇)的一諧振反射器（9〇)之方 -27-

   法’該方法之特徵在於： 提供大體上平面之材料（94)的一第一層； 圖案化材料（94)的第一層，造成往上延伸到頂端角广 (120)的側面邊緣（118); 各 在圖案之材料（94)的第一層之上[包括在側面邊緣（ιΐ8) 和頂端角落（120)之上]提供一光阻蝕刻層（114)，該光阻 钱刻層（114)靠近頂端角落（120)處較薄； 姓刻光阻蝕刻層（114)和材料（94)的第一層，該敍刻步 驟先蝕刻穿過靠近頂端角落（120)的光阻蝕刻層（114)，造 成材料（94)的第一層之頂端角落（12〇)比遠離頂端角落 (120)的那些區域蝕刻較多（122);和 在材料（94)的第一層之上提供材料（96)的一第二層。 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) ：-------