陳彥宏

本論文中，我們以AlGaAs磊晶片製做850nm VCSEL（垂直共振腔面射型雷射）並透過下列兩種方法降低寄生電容值來改善VCSEL之頻寬特性。第一種方法：我們用濕蝕刻和乾蝕刻將元件結構蝕刻成高台型結構，此製程方法稱為Isolation。藉由此方法我們能降低元件表面之寄生電容。第二種方法：在晶片外部寄生電容上，我們分別以單層複合膜、BCB及雙層複合膜三種介質作為鈍化層（Passivation Layer）來降低電極產生的寄生電容值。 首先，Isolation在高台型（mesa-type）結構中對元件的閥值條件、電阻影響不大，例如：在W/O Isolation下操作電阻分別為84.25Ω（雙層複合膜）和81.7Ω（BCB） ，在W/ Isolation下操作電阻分別為87.95Ω（雙層複合膜）和88.42Ω（BCB），但電容值部分就有明顯的下降，如：在鈍化層為BCB，電容值由0.116 pF（W/O Isolation）降至0.069 pF（W/ Isolation），由此可得Isolation能有效的降低元件的電容值。接著，鈍化層的材料方面，目前大部分是以BCB及Polymer兩種低介電係數（low-k）材料為主，原因為低介電係數材料能有效的降低元件外部的寄生電容值。Polymer的介電係數為3.3，雖然元件的電容值能有效的下降，但Polymer的缺點為製程時材料表面容易產生龜裂，使元件的特性變差。BCB的介電係數為2.65，雖然BCB的優點為有效的降低元件的電容值，但BCB的缺點為金屬附著力差、製程複雜及成本高。為了解決BCB和Polymer的缺點，我們選擇使用氮化矽（Si3N4）疊加氧化矽（SiO2）形成的複合膜（Multilayer）改善製程中Polymer材料表面容易產生龜裂和BCB金屬附著力差、製程複雜及成本高的缺點。 在W/ Isolation的元件結構中，分別以雙層複合膜、BCB作為鈍化層並比較其操作電阻、電容值及頻寬，雖然雙層複合膜的操作電阻、電容值略低於BCB的值，且操作頻寬也從9.6GHz（雙層複合膜）上升至9.9GHz（BCB），但複合膜的優點為金屬附著力佳、製程流程簡單及成本較低。由於複合膜有相近於BCB的元件特性和改善BCB的缺點，所以厚的複合膜能取代BCB成為較好的鈍化層材料。