TWI645637B - 面射型雷射裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種面射型雷射裝置及其製造方法。面射型雷射裝置包括磊晶疊層體、下電極層、上電極層以及電流散佈層。磊晶疊層體包括基材以及位於基材上的第一反射鏡層、主動層以及第二反射鏡層。主動層位於第一反射鏡層與第二反射鏡層之間，以產生一初始光束。下電極層位於磊晶疊層體上，上電極層位於第二反射鏡層上。上電極層與下電極層之間定義出一經過主動層的電流路徑，且上電極層具有一用於定義出一發光區的孔徑。電流散佈層位於第二反射鏡層上並電性連接下電極層。電流散佈層具有一位於所述電流散佈層的一出光側的多個分光結構，且多個所述分光結構位於孔徑內，以使初始光束通過多個分光結構被分為多個子光束。

Description

面射型雷射裝置及其製造方法
本發明涉及一種面射型雷射裝置及其製造方法，特別是涉及一種可使電流均勻注入的面射型雷射裝置及其製造方法。
相較於傳統的邊射型雷射而言，應用垂直共腔面射型雷射(Vertical-cavity surface emitting laser,VCSEL)可製造出二維陣列模組，且垂直共腔面射型雷射具有較低的消耗功率且更易與光纖耦合等優點，成為目前受到矚目的發光元件之一。
現有的垂直共腔面射型雷射至少包括P-型電極、N-型電極、用以產生光子的活性層以及分別位於活性層上、下兩個布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector,DBR)。通過P-型電極以及N-型電極對活性層注入電流來激發光子，並利用上、下兩個布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector,DBR)來形成垂直式的共振腔，可產生由元件表面(即垂直活性層方向)出射的雷射光束。
通常P-型電極以及N-型電極兩者中的其中一者，會被設置在垂直共腔面射型雷射的一出光面上。因此，為了避免阻擋雷射光束的出射，P-型電極(或N-型電極)通常呈環形而具有一光窗，以容許雷射光束通過。
然而，在對活性層注入電流時，因P-型電極(或N-型電極)呈環形，可能會導致電流在進入上布拉格反射鏡時的電流密度由光窗周圍朝向中心徑向遞減。如此，可能導致注入活性層的電流分 布不均。
另一方面，垂直共腔面射型雷射二維陣列模組可應用於感測物體的三維表面輪廓(3D surface profile)的光學感測裝置中。一般而言，二維陣列模組中的垂直共腔面射型雷射的數量越多，光學感測裝置所能感測到的三維表面輪廓的解析度越高。然而，數量越多的垂直共腔面射型雷射意味著光學感測裝置的體積也必須增加。除此之外，越多的垂直共腔面射型雷射也會使光學感測裝置的製作成本以及配線的複雜度大幅提高。
本發明所要解決的技術問題在於，解決注入面射型雷射裝置的活性層的電流分布不均的問題，以及當面射型雷射應用於光學感測裝置中感測物體的三維表面輪廓時，可在不增加面射型雷射裝置數量的情況下，提高光學感測裝置的解析度。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種面射型雷射裝置，其包括一磊晶疊層體、一下電極層、一上電極層以及一電流散佈層。磊晶疊層體包括基材、第一反射鏡層、主動層以及第二反射鏡層，其中，第一反射鏡層、主動層以及第二反射鏡層位於基材上，且主動層位於第一反射鏡層與第二反射鏡層之間，以產生一初始光束。下電極層位於磊晶疊層體上，上電極層位於第二反射鏡層上。上電極層與下電極層之間定義出一經過主動層的電流路徑，且上電極層具有一用於定義出一發光區的孔徑。電流散佈層位於第二反射鏡層上並電性連接下電極層。電流散佈層具有一位於電流散佈層的一出光側的多個分光結構，且且多個分光結構位於孔徑內，以使初始光束通過多個分光結構被分為多個子光束。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種面射型雷射裝置的製造方法，其包括：提供一初始 磊晶疊層，初始磊晶疊層包括一基材以及依序堆疊於基材上的一第一反射鏡層、一主動層、一第二反射鏡層以及一導電透光層；蝕刻導電透光層，以形成一具有多個分光結構的電流散佈層，其中，多個分光結構位於電流散佈層的一出光側；形成一上電極層於初始磊晶疊層上，其中，上電極層具有一用於定義出一發光區的孔徑，上電極層電性連接於電流散佈層，且上電極層圍繞多個分光結構而使多個分光結構位於；以及形成一下電極層，其中，上電極層與下電極層之間形成一經過主動層的電流路徑。
本發明的有益效果在於，本發明技術方案所提供的面射型雷射裝置及其製造方法，其能通過“設置在第二反射鏡層上並具有多個分光結構的電流散佈層”，以使注入主動區的電流分布較均勻。 此外，在主動層所產生的初始光束可以通過多個分光結構，被分成多個子光束而出射。因此，當本發明實施例的面射型雷射裝置應用於光學感測裝置的二維陣列模組中，以偵測物體的三維表面輪廓時，可以在不增加面射型雷射裝置的數量的情況下，增加投射到物體表面的光斑數量，從而提高偵測的解析度以及精確度。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
1‧‧‧面射型雷射裝置
10‧‧‧磊晶疊層體
10b‧‧‧基底部
10a‧‧‧島狀平台部
100、100’‧‧‧基材
S1‧‧‧頂面
S2、S2’‧‧‧底面
101‧‧‧第一反射鏡層
102、102’‧‧‧主動層
103、103’‧‧‧第二反射鏡層
104‧‧‧電流侷限層
104h‧‧‧侷限孔
12‧‧‧下電極層
11‧‧‧上電極層
11h‧‧‧孔徑
13‧‧‧電流散佈層
13a、13b‧‧‧分光結構
13h‧‧‧開口圖案
15‧‧‧頂部保護層
16‧‧‧側壁保護層
P1‧‧‧接墊層
M‧‧‧初始磊晶疊層
13’‧‧‧導電透光層
150’、150‧‧‧保護材料層
A1‧‧‧發光區
L1、L2‧‧‧子光束
2‧‧‧半導體模具
20‧‧‧立體壓印圖案
PR‧‧‧初始光阻層
PR’‧‧‧圖案化的光阻層
S100~S400、S201~S204‧‧‧流程步驟
圖1A為本發明其中一實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。
圖1B為圖1A的電流散佈層在上電極層的孔徑內的俯視示意圖。
圖2為本發明另一實施例的局部俯視示意圖。
圖3為本發明又一實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。
圖4為本發明另一實施例的電流散佈層在上電極層的孔徑內的俯視示意圖。
圖5A為本發明再一實施例的面射型雷射裝置的立體圖。
圖5B為圖5A的面射型雷射裝置的剖面示意圖。
圖6為本發明其中一實施例的面射型雷射裝置的製造方法的流程圖。
圖7A顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7B顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7C顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7D顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7E顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7F顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7G顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7H顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7I顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7J顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7K顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
圖7L顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟中的剖面示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“面 射型雷射裝置及其製造方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
請參照圖1A。圖1A顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。面射型雷射裝置1包括一磊晶疊層體10、一下電極層12、一上電極層11以及一電流散佈層13，其中下電極層12、上電極層11以及電流散佈層13都位於磊晶疊層體10上。
詳細而言，磊晶疊層體10包括一基材100、一第一反射鏡層101、一主動層102以及一第二反射鏡層103。第一反射鏡層101、主動層102以及第二反射鏡層103都位於基材100上，且主動層102位於第一反射鏡層101與第二反射鏡層103之間。
基材100可以是經過摻雜的III-V族半導體基材，例如是N型砷化鎵(GaAs)基材、N型磷化砷(InP)基材、氮化鋁(Aluminum Nitride,AIN)基材或是氮化銦(Indium Nitride,InN)基材。另外，基材100具有一頂面S1及一和頂面S1相對的底面S2。第一反射鏡層101、主動層102以及第二反射鏡層103是依序設置於基材100的頂面S1上。
第一反射鏡層101以及第二反射鏡層103可以是由具有不同折射係數的兩種薄膜交替堆疊而形成的分佈式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector,DBR)，以使具有預定波長的光束射出。
第一反射鏡層101與第二反射鏡層103都是由多對具有高折射係數的膜層以及具有低折射係數的膜層堆疊而形成。在一實施 例中，第一反射鏡層101是n型分佈式布拉格反射鏡，而第二反射鏡層103是p型分佈式布拉格反射鏡。舉例而言，形成第一反射鏡層101的每一對膜層可以是具有矽摻雜的砷化鋁鎵(AlxGa(1-x)As)膜層以及具有矽摻雜的砷化鋁(AlAs)。另外，形成第二反射鏡層103的每一對膜層可以是具有鋅摻雜或碳摻雜的砷化鋁鎵(AlxGa(1-x)As)膜層以及具有鋅摻雜或碳摻雜的砷化鋁(AlAs)。
如圖1A所示，主動層102形成在第一反射鏡層101上，並包括多層用以形成多重量子井的膜層，例如是多層彼此交替堆疊且皆未經摻雜的砷化鎵層以及砷化鋁鎵(AlyGa(1-y)As)膜層。主動層102位於第一反射鏡層101與第二反射鏡層103之間，用以受電能激發而產生初始光束。主動層102所產生的初始光束通過在第一反射鏡層101與第二反射鏡層103之間來回反射共振而增益放大，最終由第二反射鏡層103出射。
承上述，本實施例的磊晶疊層體10的結構可包括一基底部10b以及一位於基底部10b上的島狀平台部10a。基底部10b至少包括基材100及第一反射鏡層101，且島狀平台部10a至少包括主動層102以及第二反射鏡層103。
另外，在本實施例中，磊晶疊層體10還包括一電流侷限層104。電流侷限層104是位於第二反射鏡層103內，並具有一侷限孔104h。據此，電流侷限層104可使注入磊晶疊層體10的電流僅由侷限孔104h進入主動層102，從而提高電流密度。在本實施例中，電流侷限層104為氧化層。在其他實施例中，電流侷限層104也可以是通過高能量氫離子植入法在第二反射鏡層103內形成的氫離子佈植層。
請繼續參照圖1A，上電極層11與下電極層12都位於磊晶疊層體10上，且在上電極層11與下電極層12之間定義出一經過主動層102的電流路徑。
在本實施例中，上電極層11與下電極層12是分別位於基材 100的相反側。進一步而言，上電極層11是位於第二反射鏡層103上，而下電極層12是位於基材100的底面S2上。也就是說，上電極層11是位於島狀平台部10a上，而下電極層12是位於基底部10b。
然而，在其他實施例中，下電極層12與上電極層11是可以都位於基材100的相同側，且下電極層12和島狀平台部10a都位於基底部10b的上表面。詳細而言，在這個實施例中，下電極層12是環繞島狀平台部10a周圍，而設置在第一反射鏡層101的頂面。因此，只要能夠在上電極層11與下電極層12之間產生通過主動層102的電流路徑，本發明並未限制上電極層11與下電極層12設置的位置。上電極層11與下電極層12可以是單一金屬層、合金層或者是由不同金屬材料所構成的疊層。
在圖1A的實施例中，上電極層11具有一用以定義出一發光區A1的孔徑11h，且孔徑11h會對應前述電流侷限層104的侷限孔104h，以使主動層102所產生的初始光束可由孔徑11h出射。在一實施例中，上電極層11的形狀為環形。
請繼續參照圖1A。電流散佈層13位於第二反射鏡層103上，並電性連接上電極層11。在一實施例中，構成電流散佈層13的材料為導電材料，以使由第二反射鏡層103注入主動層102的電流均勻分布。此外，構成電流散佈層13的材料是初始光束可穿透的材料，以避免過於犧牲面射型雷射裝置1的發光效率。舉例而言，當初始光束的波長為850nm時，構成電流散佈層13的材料可以是經摻雜的半導體材料，例如是重摻雜的砷化鎵。
另外，請配合參照圖1A與圖1B，圖1B為圖1A的電流散佈層在上電極層的孔徑內的俯視示意圖。本發明實施例中，電流散佈層13具有多個分光結構13a，以使由第二反射鏡103出射的初始光束通過這些分光結構13a而分成多個多個子光束L1(圖1A中僅繪示四個子光束L1為例)。也就是說，本發明實施例的面射型 雷射裝置1所產生的多個子光束L1投射到物體的表面時，可以產生多個光斑。
在本實施例中，多個分光結構13a位於電流散佈層13的出光側，且可以是多個微透鏡。換言之，每一個分光結構13a可以是聚光微透鏡或散光微透鏡。如圖1A所示，在本實施例中，多個分光結構13a為多個聚光微透鏡，可以匯聚由面射型雷射裝置1出射的每一子光束L1，而增加子光束L1的投射距離。另外，如圖1B所示，本實施例中的多個分光結構13a(也就是多個聚光微透鏡)的邊緣彼此連接。
另外，本實施例的多個分光結構13a的至少一部分是位於上電極層11的孔徑11h內。也就是說，至少一部分的分光結構13a被上電極層11所圍繞，且位於發光區A1內。據此，初始光束在通過這些分光結構13a之後，可被分成多個多個子光束L。
如此，當本發明實施例的面射型雷射裝置1應用於光學感測裝置，如：三維相機(3D camera)或時差測距相機(time-of-flight camera)的二維陣列模組中，以擷取物體的三維表面輪廓時，投射到物體表面的感測光點數量可以是原本的感測光點數量的數倍(視分光結構13a的數量而定)，從而可大幅提高光學感測裝置偵測的解析度以及精確度。也就是說，對於光學感測裝置而言，應用本發明實施例的面射型雷射裝置1，可以在不增加光學感測裝置的體積的情況下，增加感測光點數量。
當面射型雷射裝置1應用在光學感測裝置時，可以根據子光束L1的光強度來決定分光結構13a的尺寸及數量。進一步而言，由於初始光束被分為多個子光束L1時，每個子光束L1會分散初始光束的光強度，因此，子光束L1越多，每一子光束L1的光強度越弱。據此，只要不影響光學感測裝置偵測感測訊號，分光結構13a的尺寸及數量在本實施例中並不限制。
另外，須說明的是，在圖1B所示的實施例中，多個分光結構 13a的尺寸大致相同。然而，在其他實施例中，也可以根據實際需求改變位於不同位置的分光結構13a的尺寸。因此，本發明並不限制多個分光結構13a的尺寸一定都要相同。
請參照圖2，圖2為本發明另一實施例的電流散佈層在孔徑內的局部俯視示意圖。在圖2的實施例中，分光結構13a的數量較少，且這些分光結構13a是分散地設置在孔徑11h內。
在本實施例中，多個分光結構13a所排列而成的一俯視圖案呈同心環狀。另外，要特別說明的是，本發明實施例中的電流散佈層13的分光結構13a並不是用以產生繞射或者用以改變光波相位的光柵(grating)，而只是用以調整面射型雷射裝置1的出射光的光形，以增加感測光點的數量。因此，本實施例中，每兩個分光結構13a之間的間距不需要完全相等，且多個分光結構13a可以非對稱地排列或是不規則地排列。
在本實施例中，多個分光結構13a中的其中一部分(例如位於最內圈的分光結構13a以及位於第二圈的分光結構13a)可以配置在孔徑11h的中央部分，另一部分(例如位於最外圈的分光結構13a)可以配置在孔徑11h的周圍部分。位在中央部分的分光結構13a的數量以及密度不一定等於位在周圍部分的分光結構13a的數量以及密度。
舉例而言，在圖2的實施例中，位在中央部分的分光結構13a的數量小於位在周圍部分的分光結構13a的數量，但是位在中央部分的分光結構13a的密度會大於位在周圍部分的分光結構13a的密度。也就是說，位在中央部分的每兩個分光結構13a的間距會大於位在周圍部分的每兩個分光結構13a的間距。據此，初始光束在通過電流散佈層13之後，在中央部分可被分成密度較高的多個子光束L1，而在周圍部分被分成密度較低的多個子光束L1。
請參照圖3。圖3為本發明又一實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。本實施例和圖1A的實施例不同的地方在於，本實施例 的分光結構13b為散光微透鏡。也就是說，本實施例的分光結構13b是由電流散佈層13的表面凹陷的凹孔。當分光結構13b為散光微透鏡時，可以使子光束L2擴散，從而增加投射的範圍。
另外，請參照圖4，圖4為本發明另一實施例的電流散佈層的局部俯視示意圖。如圖4所示，當分光結構13b為散光微透鏡時，也可以是分散地設置在孔徑11h內。另外，在圖4所示的實施例中，可以根據出射光的光形，使多個分光結構13b所排列而成的一俯視圖案呈螺旋狀，然而本發明並不以此例為限。
請參照圖5A以及圖5B。圖5A為本發明再一實施例的面射型雷射裝置的立體圖。圖5B為圖5A的面射型雷射裝置的剖面示意圖。在本實施例中，多個分光結構13a、13b包括多個聚光微透鏡以及多個散光微透鏡，且多個聚光微透鏡分散地設置於多個散光微透鏡之間。
具體而言，如圖5B所示，散光微透鏡是由電流散佈層13的表面凹陷的凹孔，而聚光微透鏡是由電流散佈層13的表面凸起的透鏡。本實施例中，散光微透鏡的內凹表面以及聚光微透鏡的凸表面都是曲面。由主動層102所產生的一部份初始光束通過多個散光微透鏡被分成多個子光束L2，且多個子光束L2分別通過多個散光微透鏡被擴散而具有較大的投射範圍。另一部分初始光束通過多個聚光微透鏡被分成多個子光束L1，且多個子光束L1分別通過多個聚光微透鏡聚光，而有較遠的投射距離。
也就是說，在本實施例中，多個分光結構13a、13b包括多個聚光微透鏡以及多個散光微透鏡，使得由本發明實施例的面射型雷射裝置1’的出射光束具有較遠的投射距離以及較廣的投射範圍。
另外，圖5A中所繪示的多個散光微透鏡與多個聚光微透鏡的排列方式僅是作為其中一實施例，並非用以限定本發明之範圍。可以根據實際需求，改變多個散光微透鏡與多個聚光微透鏡的排 列方式，來最佳化在不同區域出射的子光束之投射範圍、投射距離以及光強度。
請再參照圖1A，在一實施例中，電流散佈層13還具有一開口圖案13h。在本實施例中，上電極層11局部覆蓋電流散佈層13，且上電極層11的一部份會填入開口圖案13h內。本實施例中，開口圖案13h的俯視形狀呈環狀，並圍繞多個分光結構13a。在其他實施例中，電流散佈層13也可以不具有開口圖案13h，而上電極層11直接設置在電流散佈層13上。
承上述，本實施例中，面射型雷射裝置1還進一步包括一頂部保護層15以及一側壁保護層16。頂部保護層15的材料與側壁保護層16的材料為絕緣材料，例如是氮化矽。
頂部保護層15覆蓋上電極層11以及電流散佈層13。在本實施例中，頂部保護層15會覆蓋發光區A1，因此頂部保護層15的材料是可以讓多個子光束L1(或L2)穿透的材料。
另外，側壁保護層16覆蓋磊晶疊層體10的局部側壁面。進一步而言，側壁保護層16會覆蓋島狀平台部10a的側壁面以及基底部10b的上表面。
如圖1A所示，在本實施例中，面射型雷射裝置1還包括一接墊層P1。接墊層P1設置於頂部保護層15上，並穿過頂部保護層15電性接觸上電極層11，以作為元件打線區。在本實施例中，接墊層P1也會覆蓋側壁保護層16，並通過側壁保護層16和第一反射鏡層101絕緣。
基於上述，本發明實施例所提供的面射型雷射裝置1通過設置具有開口圖案13h的電流散佈層13，可使注入主動層102的電流分佈較均勻。另外，電流散佈層13具有位於出光側的多個分光結構13a(或13b)，以使初始光束通過多個分光結構13a(或13b)被分為多個子光束L1(或L2)。
請繼續參照圖6，圖7A至圖7L。圖6為本發明其中一實施例 的面射型雷射裝置的製造方法的流程圖。圖7A至圖7K分別顯示本發明其中一實施例的面射型雷射裝置在圖6的各步驟中的剖面示意圖。
如圖6所示，在步驟S100中，提供一初始磊晶疊層，初始磊晶疊層包括一基材以及依序堆疊於基材上的一第一反射鏡層、一主動層、一第二反射鏡層以及一導電透光層。
請配合參照圖7A，顯示本發明實施例的面射型雷射裝置在圖6的步驟S100中的剖面示意圖。
初始磊晶疊層M包括基材100’、一第一反射鏡層101、一主動層102’以及一第二反射鏡層103’以及導電透光層13’。在一實施例中，可以通過有機金屬化學汽相沉積(MOCVD)來形成前述膜層。導電透光層13’選擇可讓主動層102’所產生的初始光束通過且可導電的材料，例如是一經摻雜的半導體或者是透明導電材料。舉例而言，若初始光束的波長為850nm，導電透光層13’的材料可以是重摻雜的III-V族半導體材料。在其他實施例中，若初始光束為可見光，導電透光層13’的材料可以是氧化銦錫。
接著，在步驟S200中，蝕刻導電透光層，以形成一電流散佈層，其中，電流散佈層具有多個分光結構。進一步而言，導電透光層可以通過一奈米壓印製程而被蝕刻，以形成具有多個分光結構的電流散佈層。本實施例中，通過奈米壓印製程可形成尺寸為奈米級的微小圖案，因此適用於製作本發明實施例的電流散佈層13上的多個分光結構13a。
在一實施例中，圖案化導電透光層13’的詳細步驟參照圖6中的步驟S201~S204，並配合參照圖7B至圖7E。
詳細而言，在步驟S201中，提供一半導體模具，半導體模具具有一立體壓印圖案。如圖7B所示，半導體模具2具有立體壓印圖案20。須說明的是，在本實施例中，立體壓印圖案20為奈米尺度的圖案，且可以通過電子束微影技術(electron beam lithography) 來製作。須說明的是，圖7B中，是以製作圖1A的面射型雷射裝置1為例，來設計立體壓印圖案20。在其他實施例中，也可以根據所欲製作的分光結構的形狀，來改變立體壓印圖案20。
接著，在步驟S202中，形成一初始光阻層於導電透光層上。須說明的是，步驟S201與步驟S202的執行順序可以調換或者是同時進行。接著，在步驟S203中，將半導體模具壓印至初始光阻層，以將立體壓印圖案轉移至初始光阻層，而形成一圖案化光阻層。
如圖7B所示，初始光阻層PR形成於導電透光層13’上。接著，如圖7C所示，半導體模具2的立體壓印圖案20面對初始光阻層PR壓合，從而將立體壓印圖案20轉移至初始光阻層PR上，而形成具有轉移圖案的圖案化光阻層PR’，如圖7D所示。須說明的是，在一實施例中，將半導體模具2壓合至初始光阻層PR上之後，初始光阻層PR被壓印的地方可能仍會殘留光阻材料，因此可以先去除殘留在壓印處的光阻材料，再進行下一步驟。
在其他實施例中，也可以直接將光阻材料填入半導體模具2的立體壓印圖案20中，再將半導體模具2中的光阻材料轉移至導電透光層13’表面上。
請繼續參照圖6，隨後，在步驟S204中，通過圖案化光阻層對導電透光層執行一蝕刻步驟，以形成具有開口圖案的電流散佈層。
請配合參照圖7E，通過圖案化的光阻層PR’對導電透光層13’蝕刻之後，形成具有多個分光結構13a的電流散佈層13，且多個分光結構13a是位於電流散佈層13的出光側。由於每一個分光結構13a的尺寸十分細小，因此本發明實施例中，是通過奈米壓印製程來製作分光結構13a。相較於使用一般的蝕刻方式來製作，本實施例中通過奈米壓印製程來製作分光結構13a，更能精準控制分光結構13a的形狀以及尺寸。
在本實施例中，形成具有多個分光結構13a的電流散佈層13之後，還進一步包括在電流散佈層13中形成一開口圖案13h。另外，在進行下一步驟之前，可先將圖案化的光阻層PR’去除。
請參照圖6及圖7E，接著，在步驟S300中，形成一上電極層11於初始磊晶疊層M上。上電極層11電性連接於電流散佈層13，並具有一用以定義出發光區A1的孔徑11h。進一步而言，上電極層11可以直接形成於電流散佈層13上，且上電極層11的一部分會填入開口圖案13h內。
另外，上電極層11的俯視圖案可以呈環形，因此上電極層11會圍繞位於孔徑11h內的的多個分光結構13a。也就是說，電流散佈層13的多個分光結構13a中至少有一部分會位於上電極層11的孔徑11h內。在本發明實施例中，可以通過物理氣相沉積製程，如：蒸鍍，來形成上電極層11。
另外，請繼續參照圖7F，在形成上電極層11的步驟之後，本發明實施例的面射型雷射裝置的製造方法還可進一步包括：形成一保護材料層150覆蓋上電極層11以及電流散佈層13，如圖7F所示。前述的保護材料層150可以是一氮化矽層。然而，保護材料層150的材料可以根據初始光束的波長來選擇，本發明並不限制。
接著，請繼續參照圖7G，在本實施例中，本發明實施例的面射型雷射裝置的製造方法進一步包括蝕刻初始磊晶疊層M，以形成一島狀平台部10a。具體而言，可以通過一化學蝕刻製程來形成前述的島狀平台部10a。
請繼續參照圖7H，在形成島狀平台部10a之後，在第二反射鏡層103內形成電流侷限層104。在一實施例中，電流侷限層104可以通過側邊氧化製程，將第二反射鏡層103內的其中一膜層(通常是鋁含量較高的膜層)氧化而形成。也就是說，電流侷限層104可以是一氧化物層。另外，電流侷限層104具有一侷限孔104h， 且侷限孔104h允許電流通過，且對應於由上電極層11的孔徑11h所定義出的發光區A1。
詳細而言，在第二反射鏡層103內的電流侷限層104會具有較高的電阻值，從而驅使電流繞過具有高電阻值的電流侷限層104而僅由侷限孔104h通過。據此，可增加電流注入主動層102的電流密度。
請參照圖7I，接著，形成一側壁保護層16，且側壁保護層16覆蓋島狀平台部10a的側壁面。在本實施例中，側壁保護層16的材料不一定和保護材料層150’的材料相同。也就是說，側壁保護層16不一定要選擇可使初始光束穿透的材料，而可選擇其他種材料。
隨後，請繼續參照圖7J以及圖7K，形成一接墊層P1電性連接於上電極層11。如圖7J以及圖7K所示，先在保護材料層150’形成開口之後，再另外形成一導電材料，以作為接墊層P1，其中導電材料會填入開口內，從而使接墊層P1可和上電極層11電性連接。
請再參照圖6、圖7K以及圖7L。在步驟S400中，形成一下電極層12，其中，上電極層11與下電極層12之間形成一經過主動層102的電流路徑。須說明的是，在形成下電極層12之前，可以先由基材100’的底部進行研磨，以薄化基材100’，如圖7K所示。隨後，將下電極層12形成於薄化後的基材100的底面S2上，如圖7L所示。然而，在其他實施例中，也可以先形成下電極層12於基底部10b的上表面，之後再形成側壁保護層16以及接墊層P1。
本發明的有益效果在於，本發明技術方案所提供的面射型雷射裝置及其製造方法，其能通過“設置在第二反射鏡層103上並具有多個分光結構13a(13b)的電流散佈層13”，以使注入主動區102的電流分布較均勻。此外，在主動層102所產生的初始光束可以 通過多個分光結構13a(13b)，被分成多個子光束L1(L2)而出射。因此，當本發明實施例的面射型雷射裝置1應用於光學感測裝置的二維陣列模組中，以偵測物體的三維表面輪廓時，可以在不增加面射型雷射裝置的數量的情況下，增加投射到物體表面的感測光點的數量，從而提高偵測的解析度以及精確度。
另外，本發明實施例的面射型雷射裝置的製造方法中，可通過奈米壓印製程來形成具有多個分光結構13a的電流散佈層13。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及附圖內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims (14)

  1. 一種面射型雷射裝置，其包括：一磊晶疊層體，其包括一基材、一第一反射鏡層、一主動層、一第二反射鏡層，其中，所述第一反射鏡層，所述主動層以及所述第二反射鏡層位於所述基材上，且所述主動層位於所述第一反射鏡層與所述第二反射鏡層之間，以產生一雷射光束；一下電極層，其位於所述磊晶疊層體上；一上電極層，其位於所述第二反射鏡層上，其中，所述上電極層與所述下電極層之間定義出一經過所述主動層的電流路徑，且所述上電極層具有一用於定義出一發光區的孔徑；以及一電流散佈層，其位於所述第二反射鏡層上並電性連接所述下電極層，其中，所述電流散佈層具有一位於所述電流散佈層的一出光側的多個分光結構，且多個所述分光結構位於所述孔徑內，以使所述雷射光束通過多個所述分光結構被分為多個子光束。
  2. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，每一個所述分光結構為聚光微透鏡或散光微透鏡。
  3. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，多個所述分光結構包括多個聚光微透鏡以及多個散光微透鏡，且多個所述聚光微透鏡分散地設置於多個所述散光微透鏡之間。
  4. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，多個所述分光結構分散地設置於所述發光區內。
  5. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，多個所述分光結構彼此連接。
  6. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，構成所述電流散佈層的材料為一經摻雜的半導體材料。
  7. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，所述電流散佈層還包括一開口圖案，所述上電極層的一部份填入所述開口圖案內，以接觸所述第二反射鏡層。
  8. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，所述磊晶疊層體還包括一電流侷限層，所述電流侷限層位於所述第二反射鏡層內並具有一侷限孔，且所述侷限孔允許一電流通過且對應於由所述孔徑所定義出的所述發光區。
  9. 一種面射型雷射裝置的製造方法，其包括：提供一初始磊晶疊層，所述初始磊晶疊層包括一基材以及依序堆疊於所述基材上的一第一反射鏡層、一主動層、一第二反射鏡層以及一導電透光層；蝕刻所述導電透光層，以形成一具有多個分光結構的電流散佈層，其中，多個所述分光結構位於所述電流散佈層的一出光側；形成一上電極層於所述初始磊晶疊層上，其中，所述上電極層具有一用於定義出一發光區的孔徑，所述上電極層電性連接於所述電流散佈層，且所述上電極層圍繞多個所述分光結構；以及形成一下電極層，其中，所述上電極層與所述下電極層之間形成一經過所述主動層的電流路徑。
  10. 如請求項9所述的面射型雷射裝置的製造方法，其中，具有多個所述分光結構的電流散佈層是是通過一奈米壓印製程蝕刻所述導電透光層而形成。
  11. 如請求項9所述的面射型雷射裝置的製造方法，其中，蝕刻所述導電透光層的步驟中，還進一步包括：提供一半導體模具，所述半導體模具有一立體壓印圖案；形成一初始光阻層於所述導電透光層上；將所述半導體模具壓印至所述初始光阻層，以將所述立體壓印圖案轉移至所述初始光阻層，而形成一圖案化光阻層；以及通過所述圖案化光阻層對所述導電透光層執行一蝕刻步驟，以形成具有多個所述分光結構的所述電流散佈層。
  12. 如請求項9所述的面射型雷射裝置的製造方法，其中，在形成所述上電極層的步驟之前，還進一步包括：在形成所述電流散佈層之後，形成一開口圖案於所述電流散佈層中，且在形成所述上電極層之後，所述上電極層的一部份會填入所述開口圖案內。
  13. 如請求項9所述的面射型雷射裝置的製造方法，其中，在形成所述上電極層的步驟之後，還進一步包括：蝕刻所述初始磊晶疊層，以形成一島狀平台部。
  14. 如請求項13所述的面射型雷射裝置的製造方法，其中，在蝕刻所述初始磊晶疊層的步驟之後，還進一步包括：形成一電流侷限層於所述第二反射鏡層內，其中，所述電流侷限層具有一侷限孔，且所述侷限孔允許一電流通過且對應於由所述孔徑所定義出的所述發光區；以及在形成所述電流侷限層的步驟之後 形成一側壁保護層，以覆蓋所述島狀平台部的側壁面。
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