TWI755662B - 可調控光學模態之雷射結構之製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種可調控光學模態之雷射結構之製造方法，係在一基板上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法依序成長一第一分佈式布拉格反射鏡（DBR）、一發光層、一第二分佈式布拉格反射鏡以及一第三分佈式布拉格反射鏡，該第三分佈式布拉格反射鏡係由單層或多層介電質組成，並在該第三分佈式布拉格反射鏡中央或周圍區域經選擇性蝕刻出一開口（Aperture）結構。當運用時，經由本發明將該開口結構實現於整體雷射結構頂端之第三分佈式布拉格反射鏡之介電質結構中，可透過控制開口的直徑或面積以及介電質晶層數目以調控雷射結構所產生之光學模態，進而改變發散角度，令其發散角度變小（小於15度），可使得遠場發光呈現均勻之強度分佈，以及增大在光纖中傳輸距離。藉此，達到結構設計合理，裝配簡單，易於生量製造之功效，真正實現可量產性且具成本效益的雷射結構。

Description

可調控光學模態之雷射結構之製造方法
本發明係有關於一種可調控光學模態之雷射結構之製造方法，尤 指涉及一種將開口（Aperture）結構實現於整體雷射結構頂端之分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector, DBR）之介電質晶層結構者。
近年來人工智慧（AI）與自駕車產業正快速發展中，由於紅外波 長（700～1600 nm）之垂直共振腔面射型雷射（Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, VCSELs）具有：(1)高速；(2)高功率轉換效率（Power Conversion Efficiency, PCE）；(3)同調性（Coherency）；(4)面射發光，(5)可以形成大功率距陣；以及(6)晶片生產與封裝容易、製造成本低。因此，可大量應用於AI與自駕車的傳感系統中；但是一般習用的VCSELs係多模態發光，遠場（Far-field）呈現周邊高中央低不均勻之強度（Intensity）分布，為了改善修正該遠場發光強度不均勻現象，在封裝上需要增加二次光學透鏡，導致成本增加、製造困難與良率下降等問題；另外，一般習用的VCSELs發光角是25度左右，對於需要小角度（小於15度）之傳感光源與照明應用也需要增加二次光學透鏡，同樣地導致成本增加、製造困難與良率下降等問題。
本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提 供一種將開口結構實現於整體雷射結構頂端之第三分佈式布拉格反射鏡之介電質結構中，可透過控制開口的直徑或面積以及介電質晶層數目以調控雷射結構所產生之光學模態。
本發明之另一目的係在於，提供一種具有可以調控光學模態之分 佈式布拉格反射鏡，使其遠場發光強度均勻，以及增大在光纖中傳輸距離之可調控光學模態之雷射結構之製造方法。
本發明之另一目的係在於，提供一種具有可以調控光學模態之分 佈式布拉格反射鏡，使其發散角度變小（小於15度）之可調控光學模態之雷射結構之製造方法。
為達以上之目的，本發明係一種可調控光學模態之雷射結構之製 造方法，其至少包含下列步驟：步驟一：在一基板上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一第一分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector, DBR）；步驟二：在該第一分佈式布拉格反射鏡上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一發光層（Active Layer）；步驟三：在該發光層上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一第二分佈式布拉格反射鏡；以及步驟四：在該第二分佈式布拉格反射鏡上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長單層或多層介電質形成一第三分佈式布拉格反射鏡，並在該第三分佈式布拉格反射鏡中央或周圍區域經選擇性蝕刻出一開口（Aperture）結構。
於本發明上述實施例中，該基板為半導體基板。
於本發明上述實施例中，該步驟四形成該第三分佈式布拉格反射 鏡之介電質晶層數目係介於1～20之間。
於本發明上述實施例中，該步驟四在該第三分佈式布拉格反射鏡 中央區域被選擇性蝕刻之開口結構，其直徑範圍係介於2～15 μm之間。
於本發明上述實施例中，該第三分佈式布拉格反射鏡之介電質晶 層係由氮化矽（SiNx ）、氧化矽（SiO2 ）、氧化鋁（AlOx ）、氧化鋅（ZnO）、或氧化鎂（MgO）所組成。
請參閱『第１圖及第２圖』所示，係分別為本發明之製造流程示 意圖、以及本發明可調控光學模態之雷射結構剖面示意圖。如圖所示：本發明係一種可調控光學模態之雷射結構之製造方法，其至少包含下列步驟： 步驟一s11：在一基板１１上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一第一分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector, DBR）１２。其中，該基板１１為半導體基板。 步驟二s12：在該第一分佈式布拉格反射鏡１２上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一發光層（Active Layer）１３。 步驟三s13：在該發光層１３上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一第二分佈式布拉格反射鏡１４。 步驟四s14：在該第二分佈式布拉格反射鏡１４上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長單層或多層介電質形成一第三分佈式布拉格反射鏡１５，並在該第三分佈式布拉格反射鏡１５中央或周圍區域經選擇性蝕刻出一開口（Aperture）結構１５１。如是，藉由上述揭露之流程構成一全新之可調控光學模態之雷射結構之製造方 法。
於一較佳實施例中，上述第三分佈式布拉格反射鏡１５之介電質 晶層數目介於1～20之間；並且，該第三分佈式布拉格反射鏡１５中央區域之開口結構１５１，其直徑範圍介於2～15 μm之間。其中，該第三分佈式布拉格反射鏡１５之介電質晶層係由氮化矽（SiNx）、氧化矽（SiO2）、氧化鋁（AlOx）、氧化鋅（ZnO）、或氧化鎂（MgO）所組成。
當運用時，經由本發明將開口結構１５１實現於整體雷射結構頂 端之第三分佈式布拉格反射鏡１５之介電質結構中，可透過控制開口的直徑或面積以及介電質晶層數目以調控雷射結構所產生之光學模態，進而改變發散角度，令其發散角度變小（小於15度），可使得遠場（Far-field）發光呈現均勻之強度（Intensity）分佈，以及增大在光纖中傳輸距離。並且，相較於傳統鋅擴散需要加熱可能會對材料造成劣化，或產生一些生產上的麻煩因素而無法加以量產而言，本發明透過上述開口結構１５１即可抑制結構外面的光學模態，並可修正改善傳統遠場呈現周邊高中央低之發光強度不均勻分布現象，達到結構設計合理，裝配簡單，易於生量製造之功效，真正實現可量產性且具成本效益的雷射結構。
綜上所述，本發明係一種可調控光學模態之雷射結構之製造方 法，可有效改善習用之種種缺點，將開口結構實現於整體雷射結構頂端之第三分佈式布拉格反射鏡之介電質結構中，藉此可透過控制開口的直徑或面積以及介電質晶層數目以調控雷射結構所產生之光學模態，達到改變發散角度，令其發散角度變小（小於15度），可使得遠場發光呈現均勻之強度分佈，以及增大 在光纖中傳輸距離，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之 所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定 本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11:基板 12:第一分佈式布拉格反射鏡 13:發光層 14:第二分佈式布拉格反射鏡 15:第三分佈式布拉格反射鏡 151:開口結構 s11～s14:步驟一～步驟四
第１圖，係本發明之製造流程示意圖。 第２圖，係本發明可調控光學模態之雷射結構剖面示意圖。
11:基板
12:第一分佈式布拉格反射鏡
13:發光層
14:第二分佈式布拉格反射鏡
15:第三分佈式布拉格反射鏡
151:開口結構

Claims (5)

  1. 一種可調控光學模態之雷射結構之製造方法，其至少包含下列步驟：步驟一：在一基板上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一第一分佈式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector,DBR)；步驟二：在該第一分佈式布拉格反射鏡上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一發光層(Active Layer)；步驟三：在該發光層上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長一第二分佈式布拉格反射鏡；以及步驟四：在該第二分佈式布拉格反射鏡上以蒸鍍、濺鍍或磊晶法成長單層或多層介電質形成一第三分佈式布拉格反射鏡，並在該第三分佈式布拉格反射鏡中央或周圍區域經選擇性蝕刻出一開口(Aperture)結構。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之可調控光學模態之雷射結構之製造方法，其中，該基板為半導體基板。
  3. 依申請專利範圍第1項所述之可調控光學模態之雷射結構之製造方法，其中，該步驟四形成該第三分佈式布拉格反射鏡之介電質晶層數目係介於1~20之間。
  4. 依申請專利範圍第1項所述之可調控光學模態之雷射結構之製造方法，其中，該步驟四在該第三分佈式布拉格反射鏡中央區域被選擇性蝕刻之開口結構，其直徑範圍係介於2~15μm之間。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之可調控光學模態之雷射結構之製造方法，其中，該第三分佈式布拉格反射鏡之介電質晶層係由氮化 矽(SiNx)、氧化矽(SiO2)、氧化鋁(AlO)、氧化鋅(ZnO)、或氧化鎂(MgO)所組成。
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