TWI758061B - 用於垂直空腔表面發光雷射的緊湊型發光器設計 - Google Patents

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Abstract

一種表面發光雷射可以包含：一隔離層，其包含一第一中央部和延伸自該第一中央部的第一複數個外側部；以及一金屬層，其包含一第二中央部和延伸自該第二中央部的第二複數個外側部。該金屬層可以被形成在該隔離層上，使得該第二複數個外側部中的一第一外側部被形成在該第一複數個外側部中的其中一者上方。該表面發光雷射可以包含一鈍化層，其包含複數個開口。一開口可以被形成在該第一外側部上方。該表面發光雷射可以包含複數個氧化溝槽。一氧化溝槽可以至少部分被定位在該第一外側部和該第二複數個外側部中的一第二外側部之間。

Description

用於垂直空腔表面發光雷射的緊湊型發光器設計
本揭示內容大體上和雷射有關，且更明確地說，和與垂直空腔表面發光雷射(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)相關聯的緊湊型發光器設計有關。
垂直發光裝置，例如，垂直空腔表面發光雷射(VCSEL)係一種雷射，其中，雷射射束係在平行於一基板表面的方向中被射出(舉例來說，從一半導體晶圓的表面處垂直射出)。不同於邊緣發光裝置，垂直發光裝置允許在晶圓製造的中間步驟處進行測試。
根據某些可能施行方式，垂直空腔表面發光雷射(VCSEL)可以包含：一植入隔離層，其包含一具有第一半徑的圓形部和延伸自該圓形部之圓周的第一複數個延伸部；一P歐姆金屬層，其包含一具有第二半徑的環圈部和延伸自該環圈部之圓周的第二複數個延伸部，其中，該P歐姆金屬層可以被形成在該植入隔離層上，使得該第二複數個延伸部被定位在該植入隔離層的第一複數個延伸部上方；被形成在一介電質通孔層上的複數個介電質通孔開口，其中，該複數個介電質通孔開口中的一介電質通孔開口可以被定位在該第一複數個延伸部中的一第一延伸部和該第二複數個延伸部中的一第一延伸部上方；以及複數個氧化溝槽，其中，該複數個氧化溝槽中的一氧化溝槽可以至少部分被定位在該第一複數個延伸部中的第一延伸部和該第一複數個延伸部中的一第二延伸部之間。
根據上述的VCSEL，其中，該VCSEL的寬度約等於32.4微米。
根據上述的VCSEL，其中，該第一複數個延伸部的數量係與該第二複數個延伸部的數量、該複數個介電質通孔開口的數量、以及該複數個氧化溝槽的數量一致。
根據上述的VCSEL，其中，該複數個介電質通孔開口中的二或更多者係進行連接以形成一部分環圈形狀。
根據上述的VCSEL，其中，該複數個氧化溝槽係形成一部分環圈形狀。
根據上述的VCSEL，其中，和該植入隔離層相關聯的第一半徑約小於或等於和該P歐姆金屬層相關聯的第二半徑。
根據上述的VCSEL，其中，該第一複數個延伸部、該第二複數個延伸部、以及該複數個介電質通孔開口係大約均等分隔地圍繞該圓形部的圓周。
根據某些可能施行方式，一表面發光雷射可以包括：一隔離層，其包含一第一中央部和延伸自該第一中央部之圓周的第一複數個外側部；一金屬層，其包含一第二中央部和延伸自該第二中央部之圓周的第二複數個外側部，其中，該金屬層可以被形成在該隔離層上，使得該第二複數個外側部中的一第一外側部被形成在該第一複數個外側部中的其中一者上方；一鈍化層，其包含複數個開口，其中，該複數個開口中的一開口可以被形成在該第二複數個外側部中的該第一外側部上方；以及複數個氧化溝槽，其中，該複數個氧化溝槽中的一氧化溝槽可以至少部分被定位在該第二複數個外側部中的該第一外側部和該第二複數個外側部中的一第二外側部之間，其中，該第一外側部可以相鄰於該第二外側部。
根據上述的表面發光雷射，其中，該第二複數個外側部中的每一個外側部被形成在該第一複數個外側部中的一者上方，或者，該複數個開口中的每一個開口被形成在該第二複數個外側部中的一者上方。
根據上述的表面發光雷射，其中，該第一複數個外側部的數量和該第二複數個外側部的數量、該複數個開口的數量、或是該複數個氧化溝槽的數量一致。
根據上述的表面發光雷射，其中，該第一複數個外側部的數量包含五個外側部、六個外側部、或是七個外側部。
根據上述的表面發光雷射，其中，該複數個氧化溝槽被形成為不規則形狀。
根據上述的表面發光雷射，其中，該複數個開口中的二或更多者或是該複數個氧化溝槽中的二或更多者係進行連接。
根據上述的表面發光雷射，其中，該第一複數個外側部、該第二複數個外側部、以及該複數個開口大約均等分隔地圍繞該第一中央部的圓周。
根據某些可能施行方式，一雷射陣列可以包括：複數個垂直空腔表面發光雷射(VCSEL)，該些VCSEL中的每一者有一約六微米至十四微米的氧化孔徑尺寸。
根據上述的雷射陣列，其中，該複數個VCSEL中的一VCSEL包含：一隔離層，其包含一圓形部和延伸自該圓形部的第一複數個延伸部；一金屬層，其包含一環圈部和延伸自該環圈部的第二複數個延伸部，該金屬層被形成在該隔離層上，使得該第二複數個延伸部被定位在該第一複數個延伸部上方；複數個介電質通孔開口，該複數個介電質通孔開口中的一介電質通孔開口被定位在該第一複數個延伸部中的一第一延伸部和該第二複數個延伸部中的一第一延伸部上方；以及複數個氧化溝槽，該複數個氧化溝槽中的一氧化溝槽被形成，使得該氧化溝槽至少部分被定位在該第一複數個延伸部中的第一延伸部和該第一複數個延伸部中的一第二延伸部之間。
根據上述的雷射陣列，其中，該第一複數個延伸部的數量和該第二複數個延伸部的數量、該複數個介電質通孔開口的數量、以及該複數個氧化溝槽的數量一致。
根據上述的雷射陣列，其中，該複數個VCSEL中的一VCSEL沒有和該複數個VCSEL中的另一VCSEL共用該複數個氧化溝槽中的任何氧化溝槽。
根據上述的雷射陣列，其中，該複數個VCSEL中的每一個VCSEL的寬度小於40微米。
根據上述的雷射陣列，其中，該雷射陣列為非格柵VCSEL陣列。
下面的範例施行方式詳細說明參考隨附的圖式。不同圖式中相同元件符號可以表示相同或雷同元件。下面所述施行方式僅為範例而沒有限制施行方式於所揭刻板形式的意圖。相反地，該些施行方式經過選擇用於說明，以便讓熟習本技術的人士實行該些施行方式。
多個垂直發光裝置可被排列用以形成一陣列。舉例來說，多個垂直發光裝置(本文中稱為發光器)可被排列用以形成一VCSEL陣列，例如，格柵VCSEL陣列(舉例來說，多個發光器均勻分隔並且二或更多個發光器共用氧化溝槽)、非格柵VCSEL陣列(舉例來說，多個發光器不均勻分隔並且每一個發光器皆需要一組可共用或不可共用的氧化溝槽)、或是類似物。
在設計VCSEL陣列時的其中一項因素為該VCSEL陣列裡面的發光器的密度。提高該VCSEL陣列裡面的發光器密度(也就是，縮小發光器之間的空間)可以降低其上建構該VCSEL陣列的積體電路(Integrated Circuit，IC)的尺寸及/或成本(舉例來說，同時達到和沒有縮減分隔距離的VCSEL陣列相同的功率輸出)。在包含先前設計之發光器(下文中稱為「先前發光器」)的非格柵VCSEL陣列(舉例來說，該些發光器被排列在不均勻距離處及/或彼此有不均勻的角度)來說，每一個發光器皆可能需要一組分離的氧化溝槽。這可能會限制該VCSEL陣列的發光器之間的最小分隔距離，(舉例來說，在和製造該VCSEL陣列相關聯的一組給定設計規則中)，從而限制該非格柵VCSEL陣列的密度。
縮小非格柵VCSEL陣列之中的發光器之間的分隔距離的其中一項技術為縮減一或更多個發光層(例如，溝槽層(也就是，一組氧化溝槽)、P歐姆金屬層、介電質通孔開口、或是類似物)的寬度。然而，此縮減可能因和製造該些發光器相關聯的製造限制及/或和該些發光器相關聯的設計考量的關係而有難度及/或無法達成。
本文中所述的施行方式可以提供一種緊湊型發光器設計，其可以縮減一VCSEL陣列的發光器之間的分隔距離(舉例來說，相較於先前發光器設計)，從而提高該VCSEL陣列裡面的發光器密度(舉例來說，相較於利用先前發光器的VCSEL陣列)。又，該緊湊型發光器設計可以提高發光器密度，同時達成和先前發光器設計相同程度的效能。換言之，該緊湊型發光器設計可以縮小VCSEL陣列之中所包含的發光器的尺寸，卻不會相較於先前發光器設計犧牲效能(舉例來說，就輸出功率、波長、發光輪廓、可靠度、…等而言)。
於某些施行方式中，縮小發光器分隔距離可以藉由在一或更多個發光器層中使用分離式架構來達成，例如，一P歐姆金屬層(舉例來說，一金屬層)、一植入隔離層(舉例來說，由一隔離材料所形成)、一介電質通孔開口、或是類似物。該分離式架構可以藉由讓該一或更多個發光器層(舉例來說，該P歐姆金屬層和該介電質通孔開口)與氧化溝槽交叉排列(舉例來說，使得該一或更多層的延伸部部分落在個別的氧化溝槽之間，如圖1B中所示)而得以運用該些氧化溝槽之間的空間。由於運用該些氧化溝槽之間的空間的關係，該發光器的尺寸可被縮減(舉例來說，相較於先前發光器設計縮減約20%)，從而可以提高一非格柵VCSEL陣列中的發光器密度。
又，發光器層之間的對準公差及/或該些發光器層的最小寬度不會因使用該分離式架構而受到影響，其可以防止與該發光器相關聯的製造及/或設計考量受到衝擊。換言之，發光器層的寬度及/或之間的分隔距離可以和先前發光器設計的對應寬度和分隔距離相同。這可以讓該緊湊型發光器設計的效能特徵和先前發光器設計的效能特徵一致，如上面所述，同時可以縮小發光器的尺寸並且提高陣列密度。
圖1A與1B分別為一發光器100的設計(舉例來說，先前發光器設計)俯視圖和一範例緊湊型發光器150的設計俯視圖。如圖1A中所示，發光器100可以包含以典型發光器架構所建構的一組發光器層。為達清楚的目的，圖1A中並未顯示發光器100的所有發光器層。
如圖1A中淺灰區所示，發光器100包含一圓形狀的植入隔離層102。植入隔離層102以發光器100(圖中並未顯示)中所包含的植入材料區段之間的空間為基礎來定義。如圖1A的中灰區所示，發光器100包含一P歐姆金屬層104，其被建構成部分環圈形狀(舉例來說，有一內徑和一外徑)。如所示，P歐姆金屬層104被同心定位在植入隔離層102上方(也就是，P歐姆金屬層104的外徑小於植入隔離層102的半徑)。
如圖1A的暗灰區所示，發光器100包含一介電質通孔開口106，其被形成(舉例來說，被蝕刻)在一覆蓋P歐姆金屬層104(圖中並未顯示)的介電質鈍化/鏡層上。如所示，介電質通孔開口106被形成為部分環圈形狀(舉例來說，雷同於P歐姆金屬層104)並且被同心定位在P歐姆金屬層104上方，使得該介電質鈍化/鏡層的金屬接觸P歐姆金屬層104。於某些施行方式中，介電質開口106及/或P歐姆金屬層可以被形成為另一形狀，例如，完整環圈形狀或分離環圈形狀。
如進一步所示，發光器100在P歐姆金屬層104的部分環圈形狀的內徑裡面的該發光器的一部分中包含一光學孔徑108。發光器100透過光學孔徑108發射一雷射射束。如進一步所示，發光器100還包含一氧化孔徑110(舉例來說，由發光器100(圖中並未顯示)的一氧化層所形成)。氧化孔徑110被形成在光學孔徑108下方。
如圖1A中白色多邊形所示，發光器100包含一組氧化溝槽112，它們(均等)分隔圍繞植入隔離層102的圓周。如所示，發光器100從一氧化溝槽112的外緣至一反向定位氧化溝槽112的外緣的總寬度為寬度D(舉例來說，40.0微米(μm))。氧化溝槽112能夠被定位成多靠近光學孔徑108係受限於植入隔離層102、P歐姆金屬層104、介電質通孔開口106、以及製造公差。因為層102、104、以及108為圓形，而氧化溝槽112並非圓形；所以，發光器100包含氧化溝槽112之間的未使用空間。
如圖1B中所示，緊湊型發光器150可以使用分離式架構或交叉設計，用以縮小整體尺寸(舉例來說，相較於發光器100)。如圖1B中淺灰區所示，緊湊型發光器150可以包含植入隔離層152，其包含一圓形部(舉例來說，半徑小於發光器100之植入隔離層102的圓形部)以及一組部分環圈形狀的延伸部(舉例來說，形狀為一組「齒部」，延伸自並且分隔圍繞該圓形部的圓周，舉例來說，嵌輪(cog wheel)形狀)。於某些施行方式中，植入隔離層152可以緊湊型發光器150(圖中並未顯示)中所包含的隔離材料區段為基礎來定義。
如圖1B的中灰區所示，緊湊型發光器150包含一P歐姆金屬層154，其包含一環圈形狀(舉例來說，有一內徑和一外徑)以及一組部分環圈形狀的延伸部(舉例來說，形狀為一組「齒部」，延伸自並且分隔圍繞該環圈部的外圓周，舉例來說，有中空中心的嵌輪形狀)。如所示，P歐姆金屬層154的延伸部可以重疊植入隔離層152的延伸部。
如圖1B的暗灰區所示，緊湊型發光器150可以包含一組介電質通孔開口156，其被形成在一介電質鈍化/鏡層(圖中並未顯示)上，並且被排列成P歐姆金屬層154的延伸部上方的多個不相連開口。如所示，介電質通孔開口156可被形成為部分環圈形狀(舉例來說，雷同於P歐姆金屬層154的延伸部)，舉例來說，不相連的同心弧段，並且必須至少部分被定位在P歐姆金屬層154上方，使得該金屬可以透過介電質通孔開口156接觸P歐姆金屬層154。
如進一步所示，緊湊型發光器150在P歐姆金屬層154的部分環圈形狀的內徑裡面的該發光器的一部分中包含一光學孔徑158。緊湊型發光器150可以透過光學孔徑158發射一雷射射束。如進一步所示，緊湊型發光器150可以還包含一氧化孔徑160(舉例來說，由緊湊型發光器150(圖中並未顯示)的一氧化層所形成)。氧化孔徑160可以被形成在光學孔徑158下方，如本文中其它地方所述。特別地，緊湊型發光器150的氧化孔徑160的尺寸可以和發光器100的氧化孔徑110的尺寸相同。換言之，即使為緊湊型發光器150的小尺寸，氧化孔徑160的尺寸仍可能沒有縮減。同樣地，P歐姆金屬層154的內徑可以和發光器100的P歐姆金屬層104的內徑相同。如本文中其它地方所述，保持此些寬度和分隔距離可以讓緊湊型發光器150和發光器100的效能一致。
如圖1B中白色多邊形或不相連的同心弧段所示，緊湊型發光器150可以包含一組氧化溝槽162(舉例來說，一部分環圈形狀中的每一者)，它們被部分定位在介電質通孔開口156、P歐姆金屬層154的延伸部、以及植入隔離層152的延伸部之間。圖中所示的氧化溝槽162雖然形成一部分環圈形狀；但是，於某些施行方式中，氧化溝槽亦可以形成另一形狀，例如，氧化溝槽162的不規則多邊形形狀。如所示，緊湊型發光器150從一氧化溝槽162的外緣至一反向定位氧化溝槽162的外緣的總寬度為寬度D'。於某些施行方式中，寬度D'小於40.0微米(μm)(也就是，發光器100的寬度D)。於某些施行方式中，寬度D'小於35μm。於某些施行方式中，寬度D'為約32.4μm。
藉由允許運用氧化溝槽162之間的空間，緊湊型發光器150的分離式架構可以導致縮減整體尺寸(舉例來說，相較於發光器100)。舉例來說，緊湊型發光器150的總寬度可以小於發光器100的總寬度7.6μm(舉例來說，40.0μm-32.4μm=7.6μm)，或是小約20%(舉例來說，[(40.0μm-32.4μm)/40μm]x100%=19%)。當使用於非格柵VCSEL陣列中時這會提高發光器密度，從而縮減其上建構該非格柵VCSEL陣列的IC的尺寸及/或成本。
特別地，該些發光器層的對準公差及/或最小寬度在緊湊型發光器150中可以不變，其可以最小化或消弭對於製造及/或設計考量所造成的任何衝擊。舉例來說，介電質通孔開口156的一外緣和P歐姆金屬層154的一外緣之間的分隔距離(舉例來說，在一特殊「齒部」上)可以相同於(或大於)發光器100的一或更多個對應層的最小寬度。於另一範例中，緊湊型發光器150的氧化孔徑160的尺寸可以和發光器100的氧化孔徑110的尺寸一致。這可以允許緊湊型發光器150的效能特徵(舉例來說，功率、波長、發光輪廓、可靠度)和先前發光器設計100的等效發光器的效能特徵一致，同時縮小緊湊型發光器150的尺寸(舉例來說，相較於發光器100)。
圖1B中所示的層的數量和排列僅被提供作為範例。實際上，相較於圖1B中所示的層，緊湊型發光器150可以包含額外層、較少層、不同層、或是不同排列的層。舉例來說，緊湊型發光器150雖然包含一組六個氧化溝槽162(並且據以建構緊湊型發光器150的發光器層)；但是，實際上可以採用其它設計，例如，包含五個氧化溝槽162、七個氧化溝槽162、或是類似數量的緊湊型發光器。於另一範例中，緊湊型發光器150雖然係圓形發光器設計；但是，實際上可以採用其它設計，例如，矩形發光器、橢圓形發光器、或是類似形狀。除此之外，或替代地，該些氧化溝槽162和其它層的對應「齒部」可以不均勻分隔。除此之外，或替代地，緊湊型發光器150的一組層(舉例來說，一或更多層)可以分別實施如緊湊型發光器150的另一組層所實施的一或更多功能。
特別地，緊湊型發光器150的設計雖然被描述為包含一VCSEL；亦可以採用其它施行方式。舉例來說，緊湊型發光器150的設計可以應用於另一類型光學裝置(例如，發光二極體(Light Emitting Diode，LED))或是另一類型垂直發光(舉例來說，頂端發光或底部發光)光學裝置的背景中。除此之外，緊湊型發光器150的設計可以應用至任何波長、功率位準、發光輪廓、或類似特徵的發光器。換言之，緊湊型發光器150並不限定於具有給定效能特徵的發光器。
如圖2A中所示，剖視圖200可以表示穿過一對氧化溝槽162(舉例來說，如標記為「X-X」的直線所示)的緊湊型發光器150的剖面。如所示，緊湊型發光器150可以包含一背側陰極層178、一基板層176、一底部鏡174、一主動區172、一氧化層170、一頂端鏡168、隔離材料166、介電質鈍化/鏡層164、以及P歐姆金屬層154。如所示，緊湊型發光器150可以有約10μm的總高度。
背側陰極層178可以包含一電接觸基板層176的層。舉例來說，背側陰極層178可以包含一已退火金屬層，例如，AuGeNi層、PdGeAu層、或是類似層。
基板層176可以包含一基底基板層，其上會成長磊晶層。舉例來說，基板層176可以包含一半導體層，例如，GaAs層、InP層、或是類似層。
底部鏡174可以包含緊湊型發光器150的一底部反射層。舉例來說，底部鏡174可以包含一分散式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector，DBR)。
主動區172可以包含一約束電子並且定義緊湊型發光器150之發光波長的層。舉例來說，主動區172可以為一量子井。
氧化層170可以包含一氧化物層，為緊湊型發光器150提供光學和電氣約束。於某些施行方式中，氧化層170可以因一磊晶層的(舉例來說，濕潤)氧化結果而形成。舉例來說，氧化層170可以為因AlAs或AlGaAs層的氧化結果而形成的Al2 O3 層。氧化溝槽162可以包含多個開口，用以讓氧氣(舉例來說，乾燥氧氣、濕潤氧氣)進入要形成氧化物層170的磊晶層。氧化孔徑160可以包含一由氧化層170所定義的光學活性孔徑。舉例來說，氧化孔徑160的寬度範圍可以從約6.0μm至約14.0μm。
頂端鏡168可以包含緊湊型發光器150的一頂端反射層。舉例來說，頂端鏡168可以包含一DBR。
隔離材料166可以包含一提供電氣隔離的材料。舉例來說，隔離材料166可以包含一離子植入材料，例如，H植入材料或氫/質子植入材料。於某些施行方式中，隔離材料166可以定義植入隔離層152(舉例來說，提供電氣隔離的層)。在範例剖面200處，植入隔離層152大約延伸至P歐姆金屬層154的一外緣。
介電質鈍化/鏡層164可以包含一充當保護性鈍化層並且充當額外DBR的層。舉例來說，介電質鈍化鏡層可以包含被沉積在(舉例來說，透過化學氣相沉積)緊湊型發光器150的一或更多其它層上的一或更多子層(舉例來說，SiO2 層、Si3 N4 層)。
由於緊湊型發光器150的分離式架構的關係，介電質鈍化/鏡層164在範例剖面200處可以不包含任何介電質開口156。換言之，沒有介電質通孔開口156出現在範例剖面200處。如下面參考圖2B所述，介電質鈍化/鏡層164可以包含一或更多個介電質通孔開口156用以電氣接取P歐姆金屬層154。光學孔徑158可以包含氧化孔徑160上方的一部分介電質鈍化/鏡層164，光可以透過光學孔徑158射出。
P歐姆金屬層154可以包含一進行電氣接觸的層，電流可以透過該層流動。舉例來說，P歐姆金屬層154可以包含一TiAu層、一TiPtAu層、或是類似層，電流可以透過該層流動(舉例來說，透過一經由介電質通孔開口156接觸P歐姆金屬層154的焊接墊(圖中並未顯示))。
如圖2B中所示，剖視圖250可以表示穿過一對介電質通孔開口156(舉例來說，如標記為「Y-Y」的直線所示)的緊湊型發光器150的剖面。背側陰極層178、基板層176、底部鏡174、主動區172、氧化層170(舉例來說，包含氧化孔徑160)、頂端鏡168、隔離材料166、介電質鈍化/鏡層164(舉例來說，包含光學孔徑158)可以雷同於參考剖面200所述的方式來排列。
如所示，沒有氧化溝槽162出現在剖面250處。然而，如所示介電質鈍化/鏡層164可以在範例剖面250處包含一對介電質開口156。因此，P歐姆金屬層154可以經由範例剖面250處的介電質通孔開口156被接觸(舉例來說，藉由焊接墊)。如所示，P歐姆金屬層154在剖面250處寬於剖面200處。
於某些施行方式中，緊湊型發光器150可以利用一連串程序來製造。舉例來說，緊湊型發光器150的一或更多層可以利用下面來創造：一或更多個成長程序、一或更多個沉積程序、一或更多個蝕刻程序、一或更多個氧化程序、一或更多個植入程序、一或更多個金屬化程序、或是類似程序。
圖2A與2B中所示層的數量、排列、厚度、順序、對稱性、或是類似特徵係被提供作為範例。實際上，相較於圖2A與2B中所示的層，緊湊型發光器150可以包含額外層、較少層、不同層、不同構造的層、或是不同排列的層。除此之外，或替代地，該些氧化溝槽162和其它層的對應「齒部」可以不均勻分隔。除此之外，或替代地，緊湊型發光器150的一組層(舉例來說，一或更多層)可以分別實施如緊湊型發光器150的另一組層所實施的一或更多功能。
圖3所示的係利用緊湊型發光器150所建構的一非格柵VCSEL陣列300的俯視圖。如圖3中所示，多個緊湊型發光器150可以被建構成一非格柵陣列。舉例來說，如所示，多個緊湊型發光器150可以彼此被排列在非均勻距離及/或角度處。如所示，於某些施行方式中，和第一緊湊型發光器150相關聯的第一氧化溝槽162可以重疊(舉例來說，部分、完全、…等)和相鄰於該第一緊湊型發光器150的第二緊湊型發光器150相關聯的第二氧化溝槽162。第一氧化溝槽162和第二氧化溝槽162的重疊不會影響該第一緊湊型發光器150或該第二緊湊型發光器150的操作(同時仍可縮減發光器分隔距離)。
如圖3中所示，由於使用緊湊型發光器150的分離式架構或交叉式設計的關係，非格柵VCSEL陣列300的緊湊型發光器150之間的分隔距離可以縮減(舉例來說，相較於包含發光器100的非格柵VCSEL陣列100之間的分隔距離)。因此，可以縮減其上製造非格柵VCSEL陣列300的IC的尺寸及/或成本。
圖3中所示非格柵VCSEL陣列300的緊湊型發光器150的數量與排列係被提供作為範例。實際上，相較於圖3中所示的緊湊型發光器150，非格柵VCSEL陣列300可以包含額外緊湊型發光器150、較少緊湊型發光器150、或是不同排列的緊湊型發光器150。於某些施行方式中，一VCSEL陣列可以包含緊湊型發光器150和發光器100的組合。
圖4A與4B所示的分別係額外的範例緊湊型發光器設計400與450的示意圖。如上面所述，緊湊型發光器150可以包含和一組六個「齒部」結構交叉的一組六個氧化溝槽162，每一個「齒部」結構包含一植入隔離層152延伸部、一P歐姆金屬層154延伸部、以及一介電質通孔開口156。然而，於某些施行方式中，一緊湊型發光器150可以包含不同數量的氧化溝槽162以及一組對應的「齒部」結構。
舉例來說，如圖4A中所示，緊湊型發光器400可以包含和一組五個「齒部」結構交叉的一組五個氧化溝槽162，每一個「齒部」結構包含一植入隔離層152延伸部、一P歐姆金屬層154延伸部、以及一介電質通孔開口156。同樣地，如圖4B中所示，緊湊型發光器450可以包含和一組七個「齒部」結構交叉的一組七個氧化溝槽162，每一個「齒部」結構包含一植入隔離層152延伸部、一P歐姆金屬層154延伸部、以及一介電質通孔開口156。
可以採用包含不同數量氧化溝槽162以及不同數量「齒部」結構的其它施行方式。換言之，如上面所示，圖4A與4B僅被提供作為範例，其它範例亦為可能並且可以不同於參考圖4A與4B所述範例。
圖5A與5B所示的分別係額外的範例緊湊型發光器設計500與550的示意圖。如上面所述，緊湊型發光器150可以包含和允許接近P歐姆金屬層154的一組不相連介電質通孔開口156。然而，於某些施行方式中，一緊湊型發光器150的二或更多個介電質通孔開口156可以相連。
舉例來說，如圖5A中所示，緊湊型發光器500可以包含一組六個介電質通孔開口156，它們透過每一對相鄰介電質通孔開口156之間的弧段相連(舉例來說，使得緊湊型發光器150的介電質通孔開口156形成一完整的環圈形狀)。同樣地，如圖5B中所示，緊湊型發光器550可以包含一組六個介電質通孔開口156，它們透過其中一對之外的所有介電質通孔開口156之間的弧段相連(舉例來說，使得緊湊型發光器150的介電質通孔開口156形成一部分環圈形狀)。
可以採用包含不同排列的相連介電質通孔開口156的其它施行方式。舉例來說，可以連接緊湊型發光器150的不同數量(舉例來說，兩個、三個、四個、五個)介電質通孔開口156。於某些施行方式中，可以連接緊湊型發光器150的二或更多個氧化溝槽162(舉例來說，透過該二或更多個氧化溝槽162之間的弧段)。換言之，如上面所示，圖5A與5B僅被提供作為範例，其它範例亦為可能並且可以不同於參考圖5A與5B所述範例。
除此之外，或替代地，該些齒部結構和氧化溝槽的圓周分隔距離及/或徑向分隔距離可以不相等。在圖2A、2B、4A、4B、5A、以及5B中，該些齒部結構組和該些氧化溝槽組中的每一個齒部或溝槽相對於個別組的其它部件雖然相等分隔；然而，不相等或不均勻圓周或徑向分隔距離亦為可能，即使此些配置可能不提供最佳發光器效能。
除此之外，或替代地，該些齒部結構組和該些氧化溝槽組中的每一個齒部或溝槽的尺寸或形狀可以不同於個別組的其它部件。在圖2A、2B、4A、4B、5A、以及5B中所示之它們個別組中的每一個齒部或溝槽雖然有相同的尺寸與形狀；然而，不同的尺寸與形狀亦為可能，即使此些配置可能不提供最佳發光器效能。
本文中所述施行方式提供一種有較小尺寸的緊湊型發光器設計(舉例來說，相較於先前發光器設計的等效發光器)並且可以縮減一VCSEL陣列的發光器之間的分隔距離(舉例來說，相較於利用先前發光器設計之發光器的VCSEL陣列)，從而得以提高該VCSEL陣列裡面的發光器密度。縮減發光器分隔距離可以藉由針對一或更多發光器層使用分離式架構來達成，其藉由讓該一或更多發光器層和氧化溝槽交叉而可以運用該些氧化溝槽之間的空間。因此，發光器的尺寸可被縮減(舉例來說，縮減約20%，相較於先前發光器設計)，從而得以提高非格柵VCSEL陣列中的發光器密度。又，該緊湊型發光器設計可以提高發光器密度，同時達成和先前發光器設計相同的效能位準。換言之，該緊湊型發光器設計可以縮減發光器的尺寸，同時維持和先前發光器設計相同的效能位準(舉例來說，就輸出功率、波長、發光輪廓、可靠度、…等而言)。
除此之外，發光器層之間的對準公差及/或該些發光器層的最小寬度不會因使用該分離式架構而受到影響，其可以保留與該發光器相關聯的製造及/或設計考量。換言之，發光器層的寬度及/或之間的分隔距離可以和先前發光器設計的對應寬度和分隔距離相同。這可以讓該緊湊型發光器設計的效能特徵和先前發光器設計的效能特徵一致，如上面所述，同時可以縮小發光器的尺寸並且提高陣列密度。
前面的揭示內容提供圖解與說明，但是並沒有竭盡性或限制施行方式於已揭刻版形式的用意。遵照上面的本揭示內容可以進行修正和變化，或者，可以從該些施行方式的實行中獲得修正和變化。
即使在申請專利範圍中敘述及/或在說明書中揭示多項特點的特殊組合，此些組合仍沒有限制可能施行方式之揭示內容的意圖。事實上，許多此些特點可以沒有在申請專利範圍中明確敘述及/或在說明書中揭示的方式組合。下面所列的每一依附申請項雖然可能僅直接依附於其中一申請項；不過，可能施行方式的揭示內容則包含結合該申請項組之中的其它申請項的每一依附申請項。
除非另外明確說明；否則，本文中所使用的元件、動作、或指令不應被視為關鍵或基礎。另外，如本文中的用法，冠詞「一」有包含一或更多個項目的用意，並且可以和「一或更多個」互換使用。再者，如本文中的用法，「組」一詞有包含一或更多個項目的用意(舉例來說，相關項目、不相關項目、相關項目的組合、不相關項目的組合、…等)，並且可以和「一或更多個」互換使用。當為僅係其中一個項目的用意時，會使用「其中一」或雷同語言。另外，如本文中的用法，「具有」或類似語詞有開放性語詞的用意。進一步言之，除非另外明確敘述；否則，「以…為基礎」一詞有「至少部分以…為基礎」的用意。
100:發光器 102:植入隔離層 104:P歐姆金屬層 106:介電質通孔開口 108:光學孔徑 110:氧化孔徑 112:氧化溝槽 150:緊湊型發光器 152:植入隔離層 154:P歐姆金屬層 156:介電質通孔開口 158:光學孔徑 160:氧化孔徑 162:氧化溝槽 164:介電質鈍化/鏡層 166:隔離材料 168:頂端鏡 170:氧化層 172:主動區 174:底部鏡 176:基板層 178:背側陰極層 200:緊湊型發光器剖面 250:緊湊型發光器剖面 300:非格柵VCSEL陣列 400:緊湊型發光器 450:緊湊型發光器 500:緊湊型發光器 550:緊湊型發光器
[圖1A和1B]所示的係一發光器設計和一範例緊湊型發光器設計的俯視圖； [圖2A和2B]所示的係本文中所述之範例緊湊型發光器的剖視圖； [圖3]所示的係利用緊湊型發光器所建構的一範例非格柵VCSEL陣列的俯視圖； [圖4A和4B]所示的係額外的範例緊湊型發光器設計的俯視圖；以及 [圖5A和5B]所示的係額外的範例緊湊型發光器設計的俯視圖。
150:緊湊型發光器
152:植入隔離層
154:P歐姆金屬層
156:介電質通孔開口
158:光學孔徑
160:氧化孔徑
162:氧化溝槽

Claims (17)

  1. 一種垂直空腔表面發光雷射，其包括： 隔離層，其包括沿著所述隔離層的外部周圍的多個延伸部； 介電質通孔開口，其被形成在介電層上；以及 氧化溝槽，所述氧化溝槽： 被定位以沿著所述隔離層的所述外部周圍的部分；以及 被至少定位在所述多個延伸部中的第一延伸部和所述多個延伸部中的第二延伸部之間。
  2. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述氧化溝槽與所述多個延伸部結構交叉。
  3. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述氧化溝槽不與不同的垂直空腔表面發光雷射共享。
  4. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述介電質通孔開口包括多個相連介電質通孔開口部分。
  5. 如請求項4所述的垂直空腔表面發光雷射， 其中所述多個相連介電質通孔開口部分是經由在二或更多個所述氧化溝槽之間的至少一弧段來連接。
  6. 如請求項4所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述多個相連介電質通孔開口部分形成完整的環圈形狀。
  7. 如請求項4所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述多個相連介電質通孔開口部分形成部分環圈形狀。
  8. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其中沿著所述隔離層的所述外部周圍的所述多個延伸部被成形為嵌輪形狀。
  9. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其進一步包括形成在所述隔離層上的金屬層。
  10. 如請求項9所述的垂直空腔表面發光雷射，其中和所述隔離層相關聯的半徑小於或等於和所述金屬層相關聯的半徑。
  11. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其進一步包括： 用以發射雷射射束的光學孔徑；以及 由氧化層所形成的氧化孔徑。
  12. 如請求項11所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述氧化層位於所述光學孔徑下方。
  13. 如請求項11所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述氧化溝槽包括一或多個開口，其允許氧氣進入磊晶層，所述氧化層由所述磊晶層形成。
  14. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其進一步包括： 鈍化層，其包括多個開口， 其中所述金屬層位於所述多個開口的每一者中。
  15. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述氧化溝槽被形成為不規則形狀。
  16. 如請求項1所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述垂直空腔表面發光雷射是多個垂直空腔表面發光雷射中的一者，並且所述多個垂直空腔表面發光雷射是雷射陣列的部分。
  17. 如請求項16所述的垂直空腔表面發光雷射，其中所述雷射陣列是非格柵垂直空腔表面發光雷射陣列。
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