TWI826050B - 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第一反射鏡層、主動發光層、第二反射鏡層以及電流侷限層。主動發光層位於第一反射鏡層與第二反射鏡層之間，以產生一雷射光束。電流侷限層位於主動發光層的上方或下方。電流侷限層的為半導體層，且電流侷限層的能隙寬度大於主動發光層之能隙寬度。

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，特別是涉及一種垂直共振腔面射型雷射裝置及其製造方法。
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兩側的上布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector, DBR)與下布拉格反射鏡。通過對P-型電極以及N-型電極施加偏壓，以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。
在現有的垂直共腔面射型雷射中，通常會利用離子佈植或是濕氧化製程，以在上布拉格反射鏡中形成具有高阻值的氧化層或是離子佈植區，以侷限電流通過的區域。然而，利用離子佈植或是熱氧化製程來形成侷限電流的氧化層或離子佈植區，成本較高且孔徑尺寸不易控制。
此外，氧化層與構成上布拉格反射鏡的半導體材料之間的晶格失配度以及熱膨脹係數差異較大，而使垂直共腔面射型雷射在進行退火後較容易因內應力而破裂，降低製程良率。元件的內應力也會降低元件壽命、影響出光特性及降低可靠性。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種面射型雷射裝置及其製造方法，以減少面射型雷射裝置的內應力，並提升面射型雷射裝置的可靠性(reliability)。
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，其包括第一反射鏡層、主動發光層、第二反射鏡層以及電流侷限層。主動發光層位於第一反射鏡層與第二反射鏡層之間，以產生一雷射光束。電流侷限層位於主動發光層上方或下方。電流侷限層為半導體層，且電流侷限層的能隙寬度大於主動發光層之能隙寬度。
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，其包括第一反射鏡層、主動發光層、第二反射鏡層以及電流侷限層。主動發光層位於第一反射鏡層與第二反射鏡層之間，以產生一雷射光束。電流侷限層位於第一反射鏡層內或第二反射鏡層內，並至少包括一經摻雜半導體層。當電流侷限層位於第一反射鏡層內時，經摻雜半導體層與第一反射鏡層具有相反的導電型。當電流侷限層位於第二反射鏡層內時，經摻雜半導體層與第二反射鏡層具有相反的導電型。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外再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：形成第一反射鏡層；形成主動發光層於第一反射鏡層上；形成電流侷限層，其中，電流侷限層定義出一侷限孔，且構成電流侷限層的材料為本質半導體或經摻雜的半導體；以及形成一第二反射鏡層。
本發明的其中一有益效果在於，面射型雷射裝置及其製造方法，其能通過“電流侷限層為半導體層，電流侷限層的能隙寬度大於主動發光層之能隙寬度”的技術方案，以減少面射型雷射裝置的內應力，而使面射型雷射裝置具有較佳可靠性(reliability)。
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圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
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，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。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。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
參閱圖1及圖2所示，本發明實施例提供一種面射型雷射裝置Z1。在本發明實施例中，面射型雷射裝置Z1為垂直腔面射型雷射裝置。面射型雷射裝置Z1包括第一反射鏡層11、主動發光層12、第二反射鏡層13以及電流侷限層14。詳細而言，在本實施例中，面射型雷射裝置Z1還包括一基材10。第一反射鏡層11、主動發光層12、第二反射鏡層13以及電流侷限層14都設置在基材10上，且主動發光層12是位於第一反射鏡層11與第二反射鏡層13之間。
基材10可以是絕緣基材或是半導體基材。絕緣基材例如是藍寶石，而半導體基材例如是矽、鍺、碳化矽、III-V族半導體。III-V族半導體例如是砷化鎵(GaAs)、磷化砷(InP)、氮化鋁(AIN)、氮化銦(InN)或是氮化鎵(GaN)。另外，基材10具有一磊晶面10a及和磊晶面10a相對的底面10b。
第一反射鏡層11、主動發光層12以及第二反射鏡層13是依序位於基材10的磊晶面10a上。在本實施例中，第一反射鏡層11、主動發光層12以及第二反射鏡層13與主動發光層12具有相同的截面寬度。
第一反射鏡層11以及第二反射鏡層13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反射共振。在本實施例中，構成第一反射鏡層11與第二反射鏡層13的材料可以是被摻雜的III-V族化合物半導體，且第一反射鏡層11與第二反射鏡層13分別具有不同導電型。
主動發光層12形成在第一反射鏡層11上，用以產生雷射光束L。詳細而言，主動發光層12位於第一反射鏡層11與第二反射鏡層13之間，用以被電能激發而產生初始光束。主動發光層12所產生的初始光束通過在第一反射鏡層11與第二反射鏡層13之間來回反射共振而增益放大，最終由第二反射鏡層13出射，而產生雷射光束L。
主動發光層12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阱層與阻障層(圖未繪示)。阱層與阻障層的材料依據所要產生的雷射光束L的波長而決定。舉例而言，當所要產生的雷射光束L為紅光，阱層的材料可以是磷化銦鎵(InGaP)。當所要產生的雷射光束L為近紅外光時，阱層的材料可以是磷砷化銦鎵(InGaAsP)或是砷化銦鎵鋁(InGaAlAs)。當所要產生的雷射光束L為藍光或綠光時，阱層的材料可以是氮化銦鎵(In xGa (1-x)N)。然而，本發明不以前述舉例為限。
請參照圖1，面射型雷射裝置Z1還包括一電流侷限層14，且電流侷限層14可位於主動發光層12的上方或下方。電流侷限層14具有一侷限孔14H，以定義出電流通道。需說明的是，只要電流侷限層14可用於定義出電流通過的區域，電流侷限層14的位置在本發明中並不限制。在本實施例中，電流侷限層14是位於第二反射鏡層13內，並連接於主動發光層12。如圖2所示，詳細而言，在本實施例中，第二反射鏡層13的一部分會填入侷限孔14H內，並連接主動發光層12。既然第二反射鏡層13為經摻雜的半導體材料，而具有高導電性，因此第二反射鏡層13被填入侷限孔14H的部分可允許電流通過。
在一實施例中，電流侷限層14為本質半導體層，而具有較高的電阻，可阻擋電流通過。另外，構成電流侷限層14的材料可選擇不會吸收雷射光束的半導體材料。換言之，構成電流侷限層14的材料可允許雷射光束L穿透。
須說明的是，假設雷射光束L的波長為λ(單位為奈米)，且構成電流侷限層14的半導體材料的能隙寬度為Eg，則能隙寬度Eg與雷射光束L的波長λ可滿足下列關係式：Eg＞(1240/λ)。本發明實施例的面射型雷射裝置Z1所產生的雷射光束L為近紅外光、藍光或綠光。舉例而言，當雷射光束L為近紅外光，且波長λ是1550nm時，電流侷限層14的能隙寬度應大於0.8eV。當雷射光束L波長λ是950nm時，電流侷限層14的能隙寬度應可於1.3eV。另外，當雷射光束L是藍光或綠光，且波長λ介於440nm至540nm時，電流侷限層14的能隙寬度應大於2.3eV。
如此，可避免電流侷限層14吸收雷射光束L，而降低面射型雷射裝置Z1的發光效率。在一實施例中，構成電流侷限層14的半導體材料的能隙寬度(energy bandgap)會大於構成阱層的半導體材料的能隙寬度。
除此之外，在本實施例中，電流侷限層14的材料的晶格常數與主動發光層12的材料的晶格常數之間可相互匹配，以減少介面缺陷。在一較佳實施例中，電流侷限層14的材料與主動發光層12的材料之間的晶格失配度(lattice mismatch)小於或等於0.1%。另外，由於本實施例的電流侷限層14會位於第二反射鏡層13內，因此電流侷限層14的材料與第二反射鏡層13的材料之間的晶格失配度(lattice mismatch)小於或等於0.1%。
也就是說，在選用構成電流侷限層14的材料時，要一併考量能隙寬度以及其晶格常數。據此，電流侷限層14的能隙寬度(Eg)是大於主動發光層之能隙寬度。
在一實施例中，構成電流侷限層14的材料為III-V族化合物半導體，其含有鋁原子、銦原子、鎵原子中的至少其中一種，且可被表示為Al xIn yGa zN或者Al xIn yGa zP、Al xIn yGa zAs，其中，0 ≤ x ≤ 1，0 ≤ y ≤ 1，0 ≤ z ≤ 1，且x+y+z=1。舉例而言，可以是氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、磷化銦鋁(AlInP)磷化銦鎵(InGaP) 、磷化鋁鎵(AlGaP) 、砷化鋁鎵(AlGaAs)或砷化鋁(AlAs) 、砷化鋁銦鎵(AlInGaAs)。
須說明的是，鋁組成(x)、銦組成(y)與鎵組成(z)會影響電流侷限層14的能隙寬度。當鋁組成(x)或者鎵組成(z)越大時，電流侷限層14的能隙寬度越大。當銦組成(y)與越大時，電流侷限層14的能隙寬度越小。據此，可通過控制鋁組成(x)、銦組成(y)與鎵組成(z)，而使電流侷限層14的能隙寬度符合實際需求。
舉例而言，當構成阱層的半導體材料為氮化銦鎵時，構成電流侷限層14的材料可以是氮化鋁鎵、氮化銦鎵(InGaN)或氮化鎵(GaN)。當構成阱層的材料為砷化鎵或砷化銦鎵(InGaAs)時，構成電流侷限層14的材料可以是砷化鋁鎵(Al xGa zAs)、砷化鋁(AlAs)或磷化銦鎵(InGaP)。詳細而言，當電流侷限層14的材料為砷化鋁鎵(Al xGa zAs)時，鋁組成(x)可以被控制，以使電流侷限層14的的能隙寬度可符合上述要求，且其晶格常數可與主動發光層12與第二反射鏡層13相互匹配。
相較於現有的氧化層，本實施例的電流侷限層14與主動發光層12之間以及與第二反射鏡層13之間的晶格失配度較小，可以減少面射型雷射裝置Z1的內應力，增加面射型雷射裝置Z1的可靠性。在本實施例中，電流侷限層14的總厚度範圍是10nm至1000nm。由於構成電流侷限層14、主動發光層12以及第二反射鏡層13都是半導體材料，因此熱膨脹係數差異較小。如此，可避免面射型雷射裝置Z1在進行退火處理後因熱膨脹係數差異而破裂，從而提高製程良率。
須說明的是，本實施例中，電流侷限層14是位於第二反射鏡層13內，且第二反射鏡層13為經重摻雜的半導體材料。據此，在一較佳實施例中，電流侷限層14的總厚度至少為30 nm，可以避免在對面射型雷射裝置Z1進行熱處理時，第二反射鏡層13內的雜質(impurities)擴散至電流侷限層14內，而影響其極性，造成電流將直穿，喪失其電流侷限能力。
請參照圖1，本發明實施例的面射型雷射裝置Z1還包括第一電極層15以及第二電極層16。第一電極層15電性連接於第一反射鏡層11，而第二電極層16電性連接於第二反射鏡層13。在圖1的實施例中，第一電極層15與第二電極層16是分別位於基材10的不同側，然而，在其他實施例中，第一電極層15與第二電極層16可以都位於基材10的相同側。
進一步而言，在本實施例中，第一電極層15是設置在基材10的底面10b。第二電極層16位於第二反射鏡層13上，並電性連接第二反射鏡層13。第一電極層15與第二電極層16之間定義出一經過主動發光層12的電流路徑。第一電極層15與第二電極層16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1的實施例中，第二電極層16具有一用以定義出一發光區A1的開孔16H，且開孔16H會對應前述電流侷限層14的侷限孔14H，以使主動發光層12所產生的雷射光束L可由開孔16H射出。在一實施例中，第二電極層16具有環形部分，但本發明並不限制第二電極層16的俯視圖案。第二電極層12的材料可以是金、鎢、鍺、鈀、鈦或其任意組合。
另外，本實施例的面射型雷射裝置Z1還進一步包括電流散佈層17以及保護層18。電流散佈層17位於第二反射鏡層13上，並電性連接第二電極層16。在一實施例中，構成電流散佈層17的材料為導電材料，使得由第二反射鏡層13注入主動發光層12的電流均勻分布。此外，構成電流散佈層17的材料是雷射光束L可穿透的材料，以避免過於犧牲面射型雷射裝置Z1的發光效率。舉例而言，當雷射光束L的波長為950nm至1550nm時，構成電流散佈層17的材料可以是經摻雜的半導體材料，例如是重摻雜的磷化銦，但本發明不以此例為限。
保護層18會覆蓋電流散佈層17上，並覆蓋發光區A1，以避免水氣入侵到面射型雷射裝置Z1內部，而影響面射型雷射裝置Z1的出光特性或是壽命。在一實施例中，保護層18可選擇抗水氣的材料，如：氮化矽、氧化鋁或其組合，本發明並不限制。本實施例中，第二電極層16設置在保護層18上，並且穿過保護層18與電流散佈層17而連接到第二反射鏡層13，但本發明不以此為限。在另一實施例中，電流散佈層17也可以被省略。
值得一提的是，電流侷限層14的至少一部分會位於第一電極層15與第二電極層16所定義出的電流路徑上。據此，當通過第一電極層15與第二電極層16對面射型雷射裝置Z1施加偏壓時，由於電流侷限層14的電阻較高，從而驅使電流繞過電流侷限層14而僅由侷限孔14H通過，可增加電流注入主動發光層12的電流密度，進而提高面射型雷射裝置Z1的發光效率。
[第二實施例]
請參照圖2，圖2為本發明第二實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。本實施例的面射型雷射裝置Z2與第一實施例的面射型雷射裝置Z1相同的元件具有相同的標號，且相同的部分不再贅述。在本實施例的面射型雷射裝置Z2中，電流侷限層14設置在第二反射鏡層13內，但並未連接於主動發光層12。需說明的是，在本實施例中，電流侷限結構14的位置可較靠近於主動發光層12，而較遠離第二電極層16。如此，通過侷限孔14H而注入到主動發光層12的電流可較集中，而使面射型雷射裝置Z2具有較高的發光效率。
如此，當對面射型雷射裝置Z1施加偏壓時，電流只被允許由電流侷限層14的侷限孔14H通過。據此，只要電流侷限層14可侷限電流，並且電流侷限層14的本質半導體的能隙寬度可符合上述要求，且其晶格常數可與主動發光層12與第二反射鏡層13相互匹配，本發明並不限制電流侷限層14在第二反射鏡層13內的位置。
值得一提的是，在本實施例中，電流侷限層14可以是本質半導體層或經摻雜的半導體層。當電流侷限層14為經摻雜的半導體層時，電流侷限層14會具有與第二反射鏡層13相反的導電型。舉例而言，當第二反射鏡層13是P型，電流侷限層14可以是N型。當第二反射鏡層13為N型時，電流侷限層14為P型。
電流侷限層14可將第二反射鏡層13區分為一上方部分與一下方部分，下方部分位於主動發光層12與電流侷限層14之間，上方部分位於電流侷限層14與第二電極層16之間。電流侷限層14與第二反射鏡層13的下方部分之間會形成PN接面，且電流侷限層14與第二反射鏡層13的上方部分之間會形成另一PN接面。
在這個情況下，電流侷限層14與第二反射鏡層13的下方部分可共同形成一基納二極體(Zenor diode)，其不僅可定義電流通過的區域，還可對面射型雷射裝置Z2提供靜電保護。詳細而言，當通過第一電極層15與第二電極層16對面射型雷射裝置Z1施加偏壓時，基納二極體也被施加逆向偏壓，但並未被擊穿。據此，基納二極體並不會被導通，從而驅使電流繞過電流侷限層14而僅由侷限孔14H通過，可增加電流注入主動發光層12的電流密度。
然而，當產生靜電放電時，無論靜電電流是正電流或負電流，基納二極體會被導通。由於基納二極體被導通時的電阻會遠低於位於侷限孔14H內的第二反射鏡層13的電阻，大部分的靜電電流將由電流侷限層14通過，而不會由侷限孔14H通過。需說明的是，電流侷限層14的俯視面積占比大於侷限孔14H的俯視面積占比。當基納二極體被導通時，流經主動發光層12的靜電電流可被分散，而降低電流密度，可避免損壞主動發光層12。據此，當電流侷限層14的材料是經摻雜的半導體，且與第二反射鏡層13共同形成基納二極體時，不僅可定義出電流通道，還可對面射型雷射裝置Z1提供靜電放電保護，提高可靠性。
在另一實施例中，電流侷限層14可包括本質半導體層或經摻雜的半導體層，且本質半導體層位於經摻雜的半導體層與第二反射鏡層13的下方部分之間，也可達到上述效果。
[第三實施例]
請參照圖3，圖3為本發明第三實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。本實施例的面射型雷射裝置Z3與第一實施例的面射型雷射裝置Z1相同的元件具有相同的標號，且相同的部分不再贅述。
在本實施例的面射型雷射裝置Z3中，電流侷限層14是位於主動發光層12與第二反射鏡層13之間，但電流侷限層14並沒有位於第二反射鏡層13內。詳細而言，本實施例的面射型雷射裝置Z3還進一步包括電流注入層19，且電流注入層19是位於電流侷限層14與第二電極層16之間。在本實施例中，電流注入層19的一部分填入電流侷限層14的侷限孔14H內。
另外，在本實施例中，構成電流注入層19的材料為經摻雜的半導體材料，且電流注入層19與第一反射鏡層11具有相反的導電型。在一實施例中，構成電流注入層19的半導體材料可以與電流侷限層14的半導體材料相同，但本發明不以此為限。電流侷限層14可以是本質半導體層或是經摻雜的半導體層。當電流侷限層14為經摻雜的半導體層時，其具有與電流注入層19相反的導電型。
在另一實施例中，電流侷限層14也可以不連接主動發光層12，而內埋於電流注入層19內。當電流侷限層14包括經摻雜的半導體層時，經摻雜的半導體層與電流注入層19具有相反的導電型。如此，電流侷限層14與電流注入層19可共同形成一基納二極體(Zenor diode)，其可對面射型雷射裝置Z3提供靜電保護。
第二電極層16可通過電流散佈層17而電性連接電流注入層19。當對面射型雷射裝置Z3施加偏壓時，電流經由電流注入層19，並通過電流侷限層14的侷限孔14H，而進入主動發光層12。
另外，本實施例中，第二反射鏡層13是與第二電極層16共同設置在電流散佈層17上。進一步而言，第二反射鏡層13是位於第二電極層16所定義出的開孔16H內。換言之，本實施例的第二電極層16會圍繞第二反射鏡層13。值得一提的是，本實施例中，構成第二反射鏡層13的材料可包括半導體材料、絕緣材料或其組合。半導體材料可以是本質半導體材料或是經摻雜的半導體材料，本發明並不限制。舉例而言，半導體材料例如是矽、砷化銦鎵鋁(InGaAlAs)、磷砷化銦鎵(InGaAsP)、磷化銦(InP)、砷化鋁銦(InAlAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)或是氮化鋁鎵(AlGaN)等材料，其可根據雷射光束L的波長而選擇。絕緣材料可以是氧化物或氮化物，如：氧化矽、氧化鈦、氧化鋁等絕緣材料，本發明並不限制。舉例而言，構成第二反射鏡層13可包括多對膜層，每一對膜層可以是氧化鈦層與氧化矽層、矽層與氧化鋁層或是氧化鈦層與氧化鋁層，可依據所要產生的雷射光束L的波長來決定，本發明並不限制。
[第四實施例]
請參照圖4，圖4為本發明第四實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。本實施例的面射型雷射裝置Z4與第一實施例的面射型雷射裝置Z1相同的元件具有相同的標號，且相同的部分不再贅述。電流侷限層14位於主動發光層12與第一反射鏡層11之間。詳細而言，在本實施例中，電流侷限層14內埋於第一反射鏡層11內，並連接主動發光層12。另外，電流侷限層14可以是本質半導體層，其能隙寬度大於0.8eV，且小於1.4eV，或者是大於2.3eV。
[第五實施例]
請參照圖5，圖5為本發明第五實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。本實施例的面射型雷射裝置Z5與第三實施例的面射型雷射裝置Z3相同的元件具有相同的標號，且相同的部分不再贅述。在本實施例中，電流侷限層14內埋於第一反射鏡層11內，但並未連接於主動發光層12。在較佳實施例中，電流侷限結構14的位置可較靠近於主動發光層12而較遠離基材10。
值得一提的是，本實施例的電流侷限層14可以包括本質半導體層、經摻雜的半導體層或其組合。當電流侷限層14為經摻雜的半導體層時，電流侷限層14會具有與第一反射鏡層11相反的導電型。舉例而言，當第一反射鏡層11是N型，電流侷限層14可以是P型。當第一反射鏡層11為P型時，電流侷限層14為N型。
電流侷限層14可將第一反射鏡層11區分為上方部分與下方部分，上方部分位於電流侷限層14與主動發光層12之間，而下方部分位於基材10與電流侷限層14之間。據此，電流侷限層14與第一反射鏡層11之間會形成兩個PN接面。進一步而言，電流侷限層14與第一反射鏡層11的上方部分可共同形成一基納二極體(Zenor diode)，其不僅可定義電流通過的區域，還可對面射型雷射裝置Z5提供靜電保護。
當通過第一電極層15與第二電極層16對面射型雷射裝置Z5施加偏壓時，基納二極體被施加逆向偏壓，但並未被擊穿。據此，基納二極體並不會被導通，從而驅使電流繞過電流侷限層14而僅由侷限孔14H通過，可增加電流注入主動發光層12的電流密度。
然而，當產生靜電放電時，無論靜電電流是正電流或負電流，基納二極體會被導通，大部分的靜電電流將由電流侷限層14通過，而不會由侷限孔14H通過。如前所述，電流侷限層14的俯視面積占比大於侷限孔14H的俯視面積占比。當基納二極體被導通時，流經主動發光層12的靜電電流可被分散，而降低電流密度，可避免損壞主動發光層12。據此，當電流侷限層14的材料是經摻雜的半導體，而與第一反射鏡層11共同形成基納二極體時，不僅可定義出電流通道，還可對面射型雷射裝置Z5提供靜電放電保護，提高可靠性。
在另一實施例中，電流侷限層14可包括本質半導體層或經摻雜的半導體層，且本質半導體層位於經摻雜的半導體層與第一反射鏡層11的上方部分之間，也可達到上述效果。
請參閱圖6，其為本發明實施例的面射型雷射裝置的製造方法的流程圖。在步驟S10中，形成第一反射鏡層。在步驟S20中，形成主動發光層於第一反射鏡層上。在步驟S30中，形成電流侷限層於主動發光層上，其中，電流侷限層定義出侷限孔，且電流侷限層包括本質半導體層或經摻雜半導體層。在步驟S40中，形成第二反射鏡層。在步驟S50中，形成第一電極層及第二電極層。
值得一提的是，本發明實施例所提供的面射型雷射裝置的製造方法，可用來製造第一至第三實施例的面射型雷射裝置Z1-Z5。請參照圖5至圖10，以製造第一實施例的面射型雷射裝置Z1為例來進行說明。
如圖7所示，形成第一反射鏡層11在基材10上。詳細而言，第一反射鏡層11是形成在基材10的磊晶面10a上。基材10的材料已於前文中敘述，在此不再贅述。基材10可與第一反射鏡層11具有相同的導電型。
如圖8所示，形成主動發光層12在第一反射鏡層11上。可通過交替地在第一反射鏡層11上形成多個阱層與多個阻障層，以形成主動發光層12。在一實施例中，第一反射鏡層11與主動發光層12都可通過化學氣相沉積而形成在基材10的磊晶面10a上。
請參照圖9以及圖10，繪示在主動發光層12上形成電流侷限層14的詳細流程。進一步而言，先形成一初始半導體層14A於所述主動發光層上，其中，初始半導體層14A可以包括本質半導體層、經摻雜的半導體層或其組合。之後，請參照圖10，在本實施例中，可在初始半導體層14A形成一侷限孔14H，以裸露一部分主動發光層12。進一步而言，可以通過蝕刻製程，以在初始半導體層14A形成侷限孔14H。
請參照圖11，第二反射鏡層13被形成於電流侷限層14以及主動發光層12上。詳細而言，在形成第二反射鏡層13時，第二反射鏡層13的一部分會填入侷限孔14H內，並與主動發光層12連接。
請參照圖12，在基材10的底面10b形成第一電極層15，以及在第二反射鏡層13上形成第二電極層16，即可製作本發明第一實施例的面射型雷射裝置Z1。在本實施例中，在形成第二電極層16之前，可以先形成電流散佈層17以及保護層18。
須說明的是，當要製作第二實施例的面射型雷射裝置Z2時，也可以先在主動發光層12上形成第二反射鏡層13的一部分，再形成具有侷限孔14H的電流侷限層14。之後，再於電流侷限層14上，形成第二反射鏡層13的另一部分。
請參照圖13，其步驟可接續圖10的步驟。本發明實施例的製造方法還進一步包括：形成電流注入層19於電流侷限層14上。在本實施例中，形成電流注入層19的步驟是在形成第二反射鏡層13的步驟之前執行。如圖13所示，電流注入層19會形成在電流侷限層14的侷限孔14H內，並連接主動發光層12。之後，在電流注入層19上形成電流散佈層17與第二反射鏡層13。
請參照圖14，在基材10的底面10b形成第一電極層15以及在電流散佈層17上形成第二電極層16，以使第二電極層16電性連接電流注入層19。另外，第二電極層16會具有對應於侷限孔14H的開孔16H，並圍繞第二反射鏡層13設置。換句話說，第二反射鏡層13會位於第二電極層16所定義的開孔16H內。在一實施例中，在形成電流散佈層17之後，可以先形成第二反射鏡層13，再形成第二電極層16。在另一實施例中，形成第二反射鏡層13與形成第二電極層16的步驟也可對調。通過執行上述步驟，可製作第三實施例的面射型雷射裝置Z3。
需說明的是，當要製作第四實施例的面射型雷射裝置Z4時，形成電流侷限層14的步驟(S30)也可以在形成主動發光層12的步驟(S20)之前執行。當要製作第五實施例的面射型雷射裝置Z5時，也可以先形成第一反射鏡層11的下方部分，再形成具有侷限孔14H的電流侷限層14。之後，於電流侷限層14上，再成長(regrowth)第一反射鏡層11的上方部分。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的面射型雷射裝置及其製造方法，其能通過“電流侷限層14為半導體層，電流侷限層14的能隙寬度大於0.8eV，且小於1.4eV，或者是大於2.3eV”的技術方案，以減少面射型雷射裝置Z1-Z5的內應力，並使面射型雷射裝置Z1-Z5具有較好的發光效率以及較佳的可靠性(reliability)。
更進一步來說，構成第一反射鏡層11、電流侷限層14、主動發光層12以及第二反射鏡層13都是半導體材料，因此熱膨脹係數差異較小。如此，可避免面射型雷射裝置Z1-Z5在進行退火處理後因熱膨脹係數差異而破裂，從而提高製程良率。另外，通過適當地選擇電流侷限層14的半導體材料，使電流侷限層14與主動發光層12之間，或者是電流侷限層14與第二反射鏡層13或者與電流注入層19之間具有較低的晶格失配度，可以減少面射型雷射裝置Z1-Z5的內應力，從而使面射型雷射裝置Z1-Z5可具有更高的可靠度。
既然在本發明實施例的面射型雷射裝置Z1-Z5，不需要使用氧化層，在製造本發明實施例的面射型雷射裝置Z1-Z5時，也可省略執行側向氧化步驟，且本發明實施例的面射型雷射裝置Z1-Z5不需要形成側向溝槽。可進一步簡化面射型雷射裝置Z1-Z5的製造流程，以及降低製造成本。此外，還可以避免因執行側向氧化時，面射型雷射裝置Z1-Z5內部因被水氣入侵而影響其出光特性。因此，本發明實施例的面射型雷射裝置Z1-Z5可具有更高的可靠度。
另外，當電流侷限層14與第一反射鏡層11或者與第二反射鏡層13共同形成基納二極體時，不僅可用來限制電流路徑，還可對面射型雷射裝置Z1-Z5提供靜電放電保護。
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圖式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。
Z1-Z5:面射型雷射裝置 L:雷射光束 10:基材 10a:磊晶面 10b:底面 11:第一反射鏡層 12:主動發光層 13:第二反射鏡層 14:電流侷限層 14H:侷限孔 15:第一電極層 16:第二電極層 16H:開孔 A1:發光區 17:電流散佈層 18:保護層 19:電流注入層 14A:初始半導體層 S10~S50:流程步驟
圖1為本發明第一實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。
圖2為本發明第二實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。
圖3為本發明第三實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。
圖4為本發明第四實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。
圖5為本發明第五實施例的面射型雷射裝置的剖面示意圖。
圖6為本發明實施例的面射型雷射裝置的製造方法的流程圖。
圖7為本發明實施例的面射型雷射裝置在步驟S10的示意圖。
圖8為本發明實施例的面射型雷射裝置在步驟S20的示意圖。
圖9與圖10為本發明實施例的面射型雷射裝置在步驟S30的示意圖。
圖11為本發明實施例的面射型雷射裝置在步驟S40的示意圖。
圖12為本發明實施例的面射型雷射裝置在步驟S50的示意圖。
圖13為本發明另一實施例的面射型雷射裝置在步驟S40的示意圖。
圖14為本發明另一實施例的面射型雷射裝置在步驟S50的示意圖。
Z1:面射型雷射裝置
L:雷射光束
10:基材
10a:磊晶面
10b:底面
11:第一反射鏡層
12:主動發光層
13:第二反射鏡層
14:電流侷限層
14H:侷限孔
15:第一電極層
16:第二電極層
16H:開孔
17:電流散佈層
18:保護層
A1:發光區

Claims (9)

  1. 一種面射型雷射裝置，其包括：一第一反射鏡層；一主動發光層；一第二反射鏡層，其中，所述主動發光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；一電流侷限層，其位於所述主動發光層的上方或下方，其中，所述電流侷限層為半導體層，所述電流侷限層的能隙寬度大於0.8eV，且小於1.4eV，或者是大於2.3eV；以及一電流注入層，其中，所述電流注入層的一部分填入所述電流侷限層的一侷限孔內，且所述第二反射鏡層位於所述電流注入層上方。
  2. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，所述電流侷限層的厚度至少為30nm。
  3. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，構成所述電流侷限層的材料為氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、磷化銦鋁(AlInP)磷化銦鎵(InGaP)、磷化鋁鎵(AlGaP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)或砷化鋁(AlAs)。
  4. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，所述主動發光層包括交替堆疊的多個阱層以及多個阻障層，所述阱層的能隙寬度小於所述電流侷限層的能隙寬度。
  5. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，所述電流侷限層位於所述電流注入層內，且所述電流侷限層為本質半導體層或者具有與所述電流注入層相反的導電型。
  6. 如請求項1所述的面射型雷射裝置，其中，所述電流侷限層位於所述第一反射鏡層內，且未連接所述主動發光層，所述電流侷限層為本質半導體層或具有與所述第一反射鏡層相反的導 電型。
  7. 一種面射型雷射裝置，其包括：一第一反射鏡層；一主動發光層；一第二反射鏡層，其中，所述主動發光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；一電流侷限層，其位於所述第一反射鏡層內，所述電流侷限層具有一侷限孔，並至少包括一經摻雜半導體層；以及一電流注入層，位於所述主動發光層上方，且所述第二反射鏡層位於所述電流注入層上方；其中，所述經摻雜半導體層與所述第一反射鏡層具有相反的導電型。
  8. 一種面射型雷射裝置的製造方法，其包括：形成一第一反射鏡層；形成一主動發光層於所述第一反射鏡層上；形成一電流侷限層，其中，所述電流侷限層定義出一侷限孔，且所述電流侷限層包括本質半導體層或經摻雜半導體層；以及形成一第二反射鏡層；其中，形成所述電流侷限層的步驟包括：形成一初始半導體層於所述主動發光層上；以及在所述初始半導體層中形成所述侷限孔，以裸露一部分所述主動發光層；其中，在形成所述第二反射鏡層的步驟之後，所述第二反射鏡層的一部分填入所述侷限孔內。
  9. 一種面射型雷射裝置的製造方法，其包括：形成一第一反射鏡層； 形成一主動發光層於所述第一反射鏡層上；形成一電流侷限層，其中，所述電流侷限層定義出一侷限孔，且所述電流侷限層包括本質半導體層或經摻雜半導體層；形成一第二反射鏡層，在形成所述第二反射鏡層的步驟之前，形成一電流注入層於所述電流侷限層上，其中，所述電流注入層的一部分填入所述侷限孔內；以及形成一第一電極層以及一第二電極層，其中，所述第一電極層電性連接於所述第一反射鏡層，所述第二電極層電性連接所述電流注入層，並圍繞所述第二反射鏡層；其中，所述第二電極層具有一用於定義出一發光區的開孔，且所述開孔對應於所述侷限孔。
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