一种倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法技术

本发明专利技术涉及一种倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法，包括，在外延片的表面生长SiO2层；利用RIE蚀刻SiO2层和InGaAs接触层，并形成两条具有所设定间距的沟槽，沟槽为直槽；利用RIE蚀刻沟槽底部的InGaAsP PQ层；使用第一蚀刻液蚀刻InGaAsP PQ层下方的InP空间层，并在两条沟槽之间形成直台结构的脊条，第一蚀刻液采用设定比例的HCl与H3PO4混合而成；在沟槽内加入第二蚀刻液，利用第二蚀刻液将直台结构的脊条蚀刻为倒台结构，第二蚀刻液采用设定比例的HBr与H3PO4混合而成；本方法，采用先蚀刻直台结构再蚀刻倒台结构的方式制作脊条，可以大大降低工艺难度和成本，不仅可以减少HBr的侵泡时间，避免蚀刻出锯齿形貌，有利于增强蚀刻效果、提高后续芯片的可靠性。提高后续芯片的可靠性。提高后续芯片的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法


[0001]本专利技术涉及芯片制造
，具体涉及一种倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法。
[0002]
技术介绍

[0003]随着光通信系统的发展，低损耗、大容量、长距离已成为光纤传输系统的发展方向，而半导体激光器芯片是光通信系统的核心。半导体激光器芯片根据对侧向载流子和光场限制方式，主要有脊波导(RWG)和掩埋异质结(BH)两种结构，其中，脊波导(RWG)结构只需一次外延生长，工艺简单，不用刻蚀有源区，制作周期和成本较低，在宽工作温度范围、低寄生电容和高可靠性等方面也存在潜在优势，因此受到众多公司的广泛研究和关注。
[0004]现有的脊波导半导体激光器芯片中，脊条通常分为直台结构和倒台结构，由于直台结构的脊波导激光器，阈值电流较高，串联电阻较高，阻抗大，无法满足高频散热的需求，存在高频散热问题，不能够应用于高频激光器，而倒台结构的脊波导激光器，可以有效降低阈值电流，同时也可以降低阻抗，增大金属接触面积，从而有利于降低能量损失，并有利于提高散热能力，可以应用于高频激光器，尤其是可以应用于25G以及100G高频激光器设计上。
[0005]然而，现有倒台结构的脊波导激光器芯片的制造工艺中，通常利用HBr与H3PO4比例混合后的蚀刻液在外延片上蚀刻沟槽，以便形成倒台结构的脊条，比如，中国专利CN 109412020 A所公开的一种倒台型高速半导体激光器芯片及其制备方法中，就是采用48％HBr和H3PO4按照2:1的体积比混合而成的蚀刻液来进行蚀刻，在蚀刻过程中，外延片浸泡HBr的时间会比较长，如果外延片存在缺陷，蚀刻液会侵入进外延缺陷，导致蚀刻出锯齿形貌，此外，由于外延片表面的InGaAs层是用于接触金属并用于形成欧姆接触的接触层，HBr对外延片表面的InGaAs接触层有影响，尤其是当InGaAs接触层被蚀刻后，不仅会影响阈值电流，而且会导致暗电流变大，从而能严重影响后续芯片的可靠性，亟待解决。

技术实现思路

[0006]本专利技术第一方面要解决现有倒台结构的脊波导激光器芯片制作工艺中，单纯采用HBr与H3PO4比例混合后的蚀刻液蚀刻沟槽，存在工艺难度大、外延片浸泡HBr的时间长，容易蚀刻出锯齿形貌、且影响InGaAs接触层，导致暗电流变大，严重影响后续芯片的可靠性等问题，提供了一种激光器芯片制作方法，采用先蚀刻直台结构再蚀刻倒台结构的方式制作倒台结构的脊波导激光器芯片，可以大大降低工艺难度，不仅可以减少HBr的侵泡时间，避免蚀刻出锯齿形貌，而且可以有效降低HBr对表面InGaAs接触层的影响，有利于提高后续芯片的可靠性，主要构思为：一种倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法，包括：在外延片的表面生长SiO2层；
利用RIE蚀刻SiO2层和InGaAs接触层，并形成两条沟槽，所述沟槽为直槽，且两条沟槽之间具有所设定的间距；利用RIE蚀刻沟槽底部的InGaAsP PQ层；使用第一蚀刻液蚀刻InGaAsP PQ层下方的InP空间层，并在两条沟槽之间形成直台结构的脊条，所述第一蚀刻液采用设定比例的HCl与H3PO4混合而成；在沟槽内加入第二蚀刻液，利用第二蚀刻液将所述直台结构的脊条蚀刻为倒台结构，所述第二蚀刻液采用设定比例的HBr与H3PO4混合而成。在本方案中，外延片包括InGaAs接触层、构造于InGaAs接触层下方的InGaAsP PQ层、以及构造于InGaAsP PQ层下方的InP空间层；在制作过程中，先在InGaAs接触层的外表面生长出SiO2层，经过黄光工艺后，可以利用RIE蚀刻SiO2层和InGaAs接触层，并形成两条沟槽，所述沟槽为直槽，且两条沟槽之间具有所设定的间距（所述间距等于脊条的宽度），以便形成部分直台结构的脊条；然后，可以继续利用RIE蚀刻沟槽底部的InGaAsP PQ层，以便增加沟槽的深度和脊条的高度，且所述脊条可以保持直台结构；然后，可以继续蚀刻InGaAsP PQ层下方的InP空间层，在本方案中，是利用HCl与H3PO4比例混合而成的第一蚀刻液蚀刻InGaAsP PQ层下方的InP空间层，以便在两条沟槽之间形成直台结构的脊条，由于直台结构的脊条的形状规整，便于控制蚀刻的形貌，并有利于简化制作工艺；最后，在沟槽内加入由HBr与H3PO4比例混合而成的第二蚀刻液，利用第二蚀刻液将直台结构的脊条蚀刻为倒台结构，从而形成倒台结构的脊条；相比于现有技术，本方法先蚀刻出直台结构的脊条，再在直台结构脊条的基础上蚀刻出倒台结构的脊条，不仅更便于控制蚀刻的形貌，而且有利于简化制作工艺；更重要的是，本方法先后采用第一蚀刻液和第二蚀刻液进行蚀刻，其中第一蚀刻液中不存在HBr，仅第二蚀刻液中存在HBr，且第二蚀刻液仅用于将直台结构蚀刻为倒台结构，蚀刻量大大减小，一方面，可以大大减少HBr的侵泡时间，有利于精确控制蚀刻形状，尤其是对于存在缺陷的外延片，可以有效防止蚀刻液侵入并蚀刻出锯齿形貌；另一方面， HBr与外延片表面InGaAs接触层的接触时间更短，从而可以有效降低HBr对外延片表面InGaAs接触层的影响，有利于提高后续芯片的可靠性，从而可以有效解决现有技术存在的不足，具有显著的进步。
[0007]为解决便于控制蚀刻时长的问题，优选的，所述第一蚀刻液中，所述HCl与H3PO4的体积比为3:10；和/或，所述第二蚀刻液中，所述HBr与H3PO4的体积比为3:10。通过实验发现，将体积比设置为3:10时，更便于精确控制蚀刻时长，不仅有利于控制蚀刻效率，而且可以起到更好的蚀刻效果。
[0008]本专利技术第二方面要解决简化工艺流程、提高效率的问题，进一步的，还包括，蚀刻完成后，在倒台结构脊条两侧的沟槽内填充填充物，并在所述填充物的表面进行曝光、显影、固化得到所需图形；且所述填充物为光敏性Polyimide。在本方案中，沟槽内的填充物采用的是光敏性Polyimide（聚酰亚胺），采用光敏性Polyimide进行填充，至少具有以下效果：第一、在沟槽内填充光敏性Polyimide，可以对两条沟槽之间的脊条起到加固的作用，第二、光敏性Polyimide的阶电常数比更小，可以解决改善电容的问题，第三、光敏性Polyimide的延展性更好，在持续电流工作的高温情况下，光敏性Polyimide填充物不会产生过大的应力，可以有效解决填充物容易因高温而产生过大应力并损伤脊条的问题，第四、在本方案中，沟槽内
所填充的光敏性Polyimide本身就可以作为一种光刻胶，因此后续无需工艺过程中，无需再涂布额外的光刻胶就可以进行曝光、显影、蚀刻等操作，具有工艺流程更简单、成本更低、效率更高等特点，从而可以有效解决简化工艺流程、提高效率的问题。
[0009]优选的，利用上光阻机填充所述填充物。
[0010]本专利技术第三方面要解决外延片的成型问题，进一步地，还包括外延片的制作方法，所述外延片的制作方法包括：利用金属有机物化学气相沉积技术，在InP衬底上依次生长n
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InP缓冲层、InyAs过渡层，InxAlAs下限制层、InyAs下波导层、InyAs有源层、InyA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法，其特征在于，包括：在外延片的表面生长SiO2层；利用RIE蚀刻SiO2层和InGaAs接触层，并形成两条沟槽，所述沟槽为直槽，且两条沟槽之间具有所设定的间距；利用RIE蚀刻沟槽底部的InGaAsP PQ层；使用第一蚀刻液蚀刻InGaAsP PQ层下方的InP空间层，并在两条沟槽之间形成直台结构的脊条，所述第一蚀刻液采用设定比例的HCl与H3PO4混合而成；在沟槽内加入第二蚀刻液，利用第二蚀刻液将所述直台结构的脊条蚀刻为倒台结构，所述第二蚀刻液采用设定比例的HBr与H3PO4混合而成。2.根据权利要求1所述的倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法，其特征在于，所述第一蚀刻液中，所述HCl与H3PO4的体积比为3:10。3.根据权利要求1所述的倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法，其特征在于，所述第二蚀刻液中，所述HBr与H3PO4的体积比为3:10。4.根据权利要求1
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3任一所述的倒台结构的脊波导激光器芯片制作方法，其特征在于，蚀刻完成后，在倒台结构脊条两侧的沟槽内填充填充物，并在所述填充物的表面进行曝光、显影、固化得到所需图形；且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，张林建，鲍辉，
申请(专利权)人：江苏索尔思通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：