[发明专利]一种防止湿法氧化时过度氧化的垂直腔面发射激光器的制作方法

说明书

本发明涉及一种防止湿法氧化时过度氧化的垂直腔面发射激光器的制作方法，通过限制层孔道制作，在高温氧化时制作的限制层金属能够在很大程度上防止水蒸汽的过度氧化，本发明中通过限制层孔道制作可以比较有效的阻止过度氧化，在湿法氧化时只需要在原先测算平均氧化速率的基础上继续增加氧化时间，可以完全保证氧化的完成而又不会过度氧化，从而达到我们需要的孔径大小，实际上该种工艺将需要的氧化通道提前制作出来。

技术领域

本发明涉及一种防止湿法氧化时过度氧化的垂直腔面发射激光器的制作方法，属于半导体加工技术领域。

背景技术

垂直腔面发射激光器，简称Vcsel(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)，是基于砷化镓材料为基础研制的一种半导体器件。Vcsel其结构主要有三个部分，激光工作物质、崩浦源、和光学谐振腔。工作物质是发出激光的物质，但不是任何时刻都能发出激光，必须通过崩浦源对其进行激励，形成粒子数反转，发出激光，但是这样得到的激光寿命很短，强度也不会太高，并且光波模式多，方向性很差。所以，还必须经过顶部反射镜(TopMirror)和底部反射镜(Bottom Mirror)组成的谐振腔，在激光腔(Laser Cavity)内放大与震荡，并由顶部反射镜输出，而且输出的光线只集中在中间不带有氧化层(Oxide Layers)的部分输出，这样就形成了垂直腔面的激光发射，从而得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光。

垂直腔面发射激光器本身有源区体积小、腔体短，制作时腔镜反射率达到99％以上，可以得到较大幅度的增益，具有较高的驰豫振荡频率，在高效率的数据传输和光纤通信中应用较为广泛；Vcsel的出光方向与衬底表面垂直，可以先完成外延结构的制作。总结主要具有以下优点：1、其有源区体积较小，非常容易实现单纵横、低阈值条件下的工作；2、可以比较容易的实现高速调制，能够应用于长距离、高速率的光纤通信系统；3、Vcsel的出射光束为圆形，发散角相对较小，很容易与光纤以及其它光学元件进行高效率的藕合；4、该种激光器容易实现二维阵列，应用于平行光学逻辑处理系统，能够进行大容量、高速度的数据处理；5、电光转换效率较高，可大于50％，器件的寿命较长；6、该种半导体激光器件不用封装就可以进行检测工作，对产品进行筛选，能够较大幅度提高产品良率，降低生产成本。

Vcsel的制作过程比较简单，主要通过以下步骤实现，1、台面制作；2、氧化扩散；3、隔离层制作；4、电极制作；5、减薄晶片、切割成单个器件。如上述步骤，其中最重要的一个步骤是完成氧化扩散，形成氧化物组断层，限制电流的横向扩散。目前，氧化扩散最常用的工艺是通过湿氧进行扩散，即利用饱和的水蒸气与高掺杂金属层(一般为金属铝)反应形成绝缘的氧化物来限制电流的横向扩展，从而形成一个上下电流通道。现有的湿法氧化工艺最重要的就是对氧化速率也就是氧化程度的控制，氧化时无法对其氧化的区域进行时时监控，基本通过测算通入饱和水蒸汽的速率和氧化时温度的高低来得到一个大体氧化速率，通过测算氧化的平均速率调整整个过程的温度高低来控制氧化的程度，但是因为温度的不稳定和水蒸汽和掺杂金属层之间反应速率的波动很难恰好完成需要的氧化尺寸，氧化不足时达不到我们需要限制效果，氧化过度光通过的太少对直接影响期间质量，该步骤产生的不良品较多。

中国专利文件CN104882787A(201510300471.9)提出了一种表面等离子体调制的倒装Vcsel激光器及其制作方法，包括如下步骤：(1)外延片准备；(2)台面制备；(3)湿法氧化；(4)P面生长SiO2；(5)制作隔离窗口；(6)P面电极制作；(7)N面减薄；(8)N面生长SiO2；(9)N面SiO2腐蚀；(10)N面套刻及溅射金属；(11)管芯制作；(12)纳米结构制备；(13)测试。该发明主要补充了表面等离子体调制垂直腔面激光器在倒装方面的空白，使全波段都能实微纳米结构的等离子体调制，但是，对于湿法氧化制作的氧化孔经是通过常规方法直接氧化，存在氧化程度难控制的现象。