一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，本氧化工艺包括如下步骤：氧化前通入H

A wet oxidation process for improving oxidation uniformity of vertical cavity surface emitting laser

【技术实现步骤摘要】
一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺
本专利技术涉及湿法氧化工艺领域，尤其涉及一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种半导体激光器，其特征是激光垂直于顶面射出。其结构是P型和N型布拉格反射镜和夹在中间的谐振腔。P型和N型布拉格反射镜都有多层外延片组成，以达到99％的反射率。为了达到低的阈值电流，通常会有一层高含铝层，高铝层相对于低铝层来说在水蒸汽条件下具有更高的氧化速率,经过选择性氧化之后形成氧化铝绝缘层，可以达到对电流的限制和光学限制，这样可以减小阈值电流和提高电光转换效率。湿法氧化法是指利用水蒸汽从侧向对VCSEL的高铝层进行氧化生成氧化铝，形成高阻值限制区，用来进行电限制和光限制，可以使VCSEL极低阙值实现连续发射。根据结构的不同，氧化深度在几个微米到十几个微米之间，要求氧化深度精确可控，而且氧化的均匀性重复性比较好，传统的氧化工艺均匀性很难控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，本专利技术提供的氧化工艺可以很好的实现均匀氧化。本专利技术是这样实现的：本专利技术公开了一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，包括如下步骤：取待氧化的半导体结构，并将其放入氧化设备中；正式氧化步骤开始前，氧化设备腔体预热到设定温度后,进行半导体结构的表面预处理，表面预处理的方法是往氧化设备腔体内通入H2，使待氧化的半导体结构的表面活化；给氧化设备腔体供水蒸汽,精准控制水蒸汽流量，并开始氧化；进行正常氧化步骤；氧化步骤完成后，继续保温一段时间，并持续通入N2，直到温度降至常温，氧化结束。进一步地，采用水蒸发器供给水蒸汽。进一步地，水蒸汽的流量通过液体流量计精准控制。进一步地，水蒸汽的流量用液体流量计精准控制在10-120g/min。进一步地，表面预处理的温度为250~400℃。进一步地，通入N2的流量为4000~6000sccm/min。进一步地，氧化步骤完成后，继续保温时间30-60min。进一步地，氧化过程中，氧化温度设置在350~450℃之间；氧化时间控制在20~30min之间。进一步地，氧化设备的控温方式为内部控温，使氧化温度的变化范围控制在1℃以内。本专利技术的有益效果为：由于本专利技术公开了一种垂直腔面发射器的湿法氧化工艺在正式氧化步骤开始前，氧化设备腔体预热到设定温度后,进行半导体结构的表面预处理，表面预处理的方法是往氧化设备腔体内通入H2，使待氧化的半导体结构的表面活化，易于后续氧化均匀。本专利技术氧化步骤完成后，继续保温一段时间，并持续通入N2，直到温度降至常温，氧化结束。氧化后在N2下进行继续保温工艺，这样做的目的一方面是赶走H2，减少H对半导体结构的钝化作用,另一方面对氧化后的VC结构进行退火,消除应力和不稳定组分。本专利技术水蒸汽的供给不同于传统的水浴瓶鼓泡法或氢气/氧气燃烧法,是采用水蒸发器,水蒸汽流量可以通过液体流量计精准控制。通过上述过程进行的湿法氧化，其带来的显著效果就是氧化均匀性更好，从而做出来的器件性能更优。采用本专利技术的工艺可单片氧化，也可以多片同时进行。附图说明图1为本专利技术实施例中湿法氧化工艺的流程图；图2为用SEM拍到经本专利技术工艺后的氧化深度的图片。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，本实施例公开了一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，包括如下步骤：取待氧化的VC（VCSEL）半导体结构，并将其放入氧化设备中。承载该半导体结构的载体为一石英装置，该石英装置放置于一可自动伸缩的SiC装置上，并且其前后均添加带有小孔的匀流板，这样有利于氧化气氛实现层流，使氧化更均匀。正式氧化步骤开始前，氧化设备腔体预热到设定温度（如本实施例为250~400℃）后,进行半导体结构的表面预处理，表面预处理的方法是往氧化设备腔体内通入适量的氢气H2，使待氧化的半导体结构的表面活化，这样可使后续的氧化更加均匀；优选地，通入H2的流量可以为10-50sccm/min,时间可以为10~20min；给氧化设备腔体供水蒸汽,精准控制水蒸汽流量开始氧化；开始氧化，水蒸汽流量可设置在10-120g/min,氧化温度可设置在350~450℃之间；优选地，氧化时间可控制在20~30min之间；氧化步骤完成后，继续保温一段时间，并往氧化设备中持续通入氮气N2，直到温度降至常温，氧化结束。往氧化设备中持续通入氮气N2，赶走腔体中的氢气H2，从而减少H对半导体结构的钝化作用并对结构退火。优选地，N2的流量可设置为4000~6000sccm/min，保温时间可控制在30~60min之间。待温度降至常温，取出已氧化好的半导体结构，可用扫描电子显微镜观察氧化深度，如图2所示，并计算氧化速率，另外，也可观察氧化形貌是否均匀。进一步地，采用水蒸发器供给水蒸汽。进一步地，水蒸汽的流量通过液体流量计精准控制。进一步地，水蒸汽的流量用液体流量计精准控制在10-120g/min。进一步地，表面预处理的温度为250~400℃。进一步地，氧化过程中，其控温方式采用内控温方法，可精确的控制氧化温度，整个氧化过程中氧化温度变化可稳定在1摄氏度以内。设备的控温方式为内部控温，使氧化温度的变化范围控制在1℃以内。本氧化工艺在氧化前通入H2，对片子表面进行预处理，使片子表面活化，这样有利于后续氧化的均匀性，另外，氧化步骤完成后，持续保温通入N2，直到温度降至常温，氧化结束，这样持续通入N2的目的是去除反应坏境中的H2，减少H的钝化作用，并对VC结构进行退火，同时在氧化过程中，水蒸汽流量采用液体流量计精准控制，片子前后添加带有圆孔的匀流板，使氧化气氛实现层流，也有利于氧化更均匀，本专利技术中使用的氧化设备可实现内部控温，氧化温度变化范围可控制在1℃以内，此外，此种氧化工艺可单片氧化，也可实现多片氧化同时进行。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术各实施例技术方案的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，其特征在于，包括如下步骤：/n取待氧化的半导体结构，并将其放入氧化设备中；/n正式氧化步骤开始前，氧化设备腔体预热到设定温度后,进行半导体结构的表面预处理，表面预处理的方法是往氧化设备腔体内通入H

【技术特征摘要】
1.一种改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
取待氧化的半导体结构，并将其放入氧化设备中；
正式氧化步骤开始前，氧化设备腔体预热到设定温度后,进行半导体结构的表面预处理，表面预处理的方法是往氧化设备腔体内通入H2，使待氧化的半导体结构的表面活化；
给氧化设备腔体供水蒸汽,精准控制水蒸汽流量，并开始氧化；
进行氧化步骤；
氧化步骤完成后，继续保温一段时间，并持续通入N2，直到温度降至常温，氧化结束。


2.根据权利要求1所述的改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，其特征在于：采用水蒸发器供给水蒸汽。


3.根据权利要求1或2所述的改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，其特征在于：水蒸汽的流量通过液体流量计精准控制。


4.根据权利要求3所述的改善垂直腔面发射激光器氧化均匀性的湿法氧化工艺，其特征在于：水蒸汽的流量用...

【专利技术属性】
技术研发人员：代露，肖黎明，
申请(专利权)人：武汉光安伦光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42