形成金属电接触体、制造垂直腔面发射激光器的方法技术

一种在垂直腔面发射激光器的半导体层堆叠(10)内形成金属电接触体(40)的方法，所述方法包括：在半导体层堆叠(10)中形成接触体孔(24)，接触体孔具有底部(26)和从底部(26)延伸的侧壁(28)；在接触体孔内设置光致抗蚀剂掩模(30)，光致抗蚀剂掩模覆盖接触体孔(24)的侧壁(28)，光致抗蚀剂掩模具有开口(32)，开口延伸至接触体孔(24)的底部(26)；对接触体孔的底部(26)进行各向同性湿法化学蚀刻；在接触体孔的底部(26)上沉积金属(38)；剥离光致抗蚀剂掩模(30)，以使接触体孔(24)的底部(26)上的金属(38)保留为金属电接触体(40)。所述方法可用于VCSEL的制造。VCSEL的制造。VCSEL的制造。

【技术实现步骤摘要】
形成金属电接触体、制造垂直腔面发射激光器的方法


[0001]本专利技术涉及一种在垂直腔面发射激光器的半导体层堆叠内形成金属电接触体的方法。本专利技术还涉及一种制造垂直腔面发射激光器的方法，在所述方法中，使用形成上述类型的金属电接触体的方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(VCSEL：vertical cavity surface emitting laser)是一种具有与顶表面或底表面垂直的激光束发射的半导体激光二极管。通常，VCSEL包括可以包括一种或两种以上半导体材料的半导体层的层堆叠。层堆叠通常包括平行于晶圆表面的两个分布式布拉格反射器(DBR：distributed Bragg reflector)反射镜以及有源区域，所述有源区域包括布置在两个DBR反射镜之间的用于产生激光的一个或两个以上量子阱。DBR反射镜通常包括具有交替的高折射率和低折射率的层。上部DBR反射镜和下部DBR反射镜可以由p型掺杂材料和n型掺杂材料制成，以形成p
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n二极管结。在其他构造中，p型区域和n型区域可以嵌入在DBR之间。
[0003]在VCSEL或VCSEL阵列的制造中，VCSEL层堆叠在晶圆上外延生长。VCSEL制造过程的另一部分是一个或两个以上的单个VCSEL在晶圆上的电隔离。这通常通过蚀刻VCSEL外延层堆叠、分离p
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n结并因此在晶圆上产生一定的拓扑结构来完成。根据VCSEL装置的类型，可以在工艺顺序的不同点处进行多次半导体蚀刻，从而形成晶圆的包括VCSEL层结构的顶表面的拓扑结构，并且VCSEL层结构的高度达到15μm。为了将载流子注入到VCSEL中，不得不将金属电接触体施加到p
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n结的n型掺杂侧和p型掺杂侧。
[0004]在简单的VCSEL设计中，第一金属接触体、例如在p侧上的金属接触体可以形成在VCSEL的台面的顶部上，第二金属接触体、例如在n侧上的金属接触体可以形成在基体的下侧上。通常有利的是，在基体的外延侧上也形成n接触体，以保持基体的下侧允许进行进一步处理，特别是在VCSEL是底部发射器的情况下。为此，一个或两个以上接触体孔形成到半导体层堆叠的较深处，以用于在将要形成金属接触体的接触体孔的底部提供一个或两个以上接触体区域。层堆叠的外延侧上的深度大于10μm的接触体孔会导致非常高的表面拓扑结构，其中，在接触体孔内部、特别是在接触体孔的半导体层通过蚀刻工艺而被暴露的侧壁处，具有机械不稳定且光敏的表面。
[0005]如上所述，为了连接p
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n结，需要在p
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n结的p型掺杂部分和p
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n结的n型掺杂部分中形成金属接触体。在常规方法中，这可以通过在整个VCSEL层结构上沉积金属来完成。然后，通过光致抗蚀剂和等离子体蚀刻对金属进行图案化。然而，通过蚀刻使金属结构化在拓扑高结构的均匀性和在光敏表面上停止蚀刻方面非常关键。
[0006]另一常规方法是剥离工艺顺序，以在接触体孔的底部处形成金属接触体。然而，剥离需要在接触体孔的底部上的大量自由空间，首先是为了提供光致抗蚀剂的大的底切，其次是由于在非共形蒸发/溅射金属剥离工艺中的金属尾料。在接触体孔的每侧上，额外的空间可能达到15μm，在设计侧可能扩展到整个芯片的布局，尤其是对于需要多个接触体孔的
VCSEL阵列而言。
[0007]对于金属接触体，额外的清洁工序对于实现低的接触电阻率是必不可少的。已知使用H2O2、H2SO4、HF或HCl的非原位清洁工序用于充分去除天然Al2O3膜。因此，可以充分去除接触区域处的天然氧化物。半导体材料、例如GaAs和AlGaAs在侧壁处的不同氧化速率也会在接触体孔的侧壁处导致不同的氧化物去除率。这导致在接下来的接触体孔的钝化中形成具有较高的机械裂纹和空隙风险的无支撑GaAs膜。
[0008]因此，需要一种在垂直腔面发射激光器的半导体层堆叠内形成金属电接触体的改进的方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种在垂直腔面发射激光器的半导体层堆叠内形成金属电接触体的方法，其克服了上述缺点中的至少一部分。
[0010]本专利技术的另一目的在于提供一种制造垂直腔面发射激光器的方法，其使用这样的形成金属电接触体的方法。
[0011]根据一个方面，提供了一种在垂直腔面发射激光器的半导体层堆叠内形成金属电接触体的方法，所述方法包括：
[0012]在半导体层堆叠中形成接触体孔，接触体孔具有底部和从底部延伸的侧壁，
[0013]在接触体孔内设置光致抗蚀剂掩模，光致抗蚀剂掩模覆盖接触体孔的侧壁，光致抗蚀剂掩模具有开口，开口延伸至接触体孔的底部，
[0014]对接触体孔的底部进行各向同性湿法化学蚀刻，
[0015]在接触体孔的底部上沉积金属，
[0016]去除光致抗蚀剂掩模，以使接触体孔的底部上的金属保留为金属电接触体。
[0017]根据本专利技术的方法使用光致抗蚀剂掩模，该光致抗蚀剂掩模在随后的蚀刻工艺中有利地保护在接触体孔的侧壁处暴露的光敏半导体层，并且还可以在随后的剥离工艺中使用。当在金属沉积之前去除氧化物时，光致抗蚀剂掩模还适合于提供对侧壁的保护。
[0018]根据本专利技术的方法包括：在接触体孔的侧壁被光致抗蚀剂掩模掩蔽的同时，处接触体孔的底部对的半导体材料进行各向同性湿法化学蚀刻。各向同性湿法化学蚀刻可以不同于用于在半导体层堆叠中制造接触体孔的蚀刻工艺。对接触体孔的底部进行各向同性湿法化学蚀刻固有地在光致抗蚀剂掩模的下端下方产生底切，并使从接触体孔的底部到接触体孔的侧壁的最初较陡峭的过渡变得平滑。当金属沉积在接触体孔的底部上时，从接触体孔的侧壁到底部的较平滑的过渡有利地使金属接触体自对正。在湿法化学蚀刻之后，在到底部的过渡处的侧壁可以比在接触体孔的外部区域中的侧壁更不陡峭。根据本专利技术的自对正金属接触沉积方法可以产生接触体孔的阶梯状侧壁轮廓，其包括侧壁的较陡的部分和较平坦的部分。较陡的侧壁部分位于外孔区域，并且例如，在到接触体孔的底部的过渡处产生40
°
至50
°
程度的轮廓。
[0019]湿法化学蚀刻可以使用具有与不同半导体材料相似的氧化速率的氧化剂与酸的结合来执行。不同的半导体材料可以是AlGaAs和GaAs。
[0020]沉积在接触体孔的底部上的金属可以是包括不同金属材料的金属堆叠，例如，不同金属材料为Ti、Ag、Pt、Au。在金属沉积之后，剥离工艺使得在接触体孔的底部上留下金属
接触体，所述金属接触体由于湿法化学蚀刻工艺而自对正。
[0021]优选地，光致抗蚀剂掩模包括正性光致抗蚀剂。
[0022]正性光致抗蚀剂比负性光致抗蚀剂具有一些优点。正性光致抗蚀剂可以更精确地被结构化，而无需形成足够的底切。进而，这在较小的芯片尺寸和布局尺寸方面提供了优势。化学稳定的负性光致抗蚀剂需要强的机械处理、例如超音速处理，以提供足够的剥离。此外，高布局拓扑结构会降低接触体孔内部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在垂直腔面发射激光器的半导体层堆叠(10)内形成金属电接触体(40)的方法，所述方法包括：在半导体层堆叠(10)中形成接触体孔(24)，接触体孔(24)具有底部(26)和从底部(26)延伸的侧壁(28)，在接触体孔(24)内设置光致抗蚀剂掩模(30)，光致抗蚀剂掩模(30)覆盖接触体孔(24)的侧壁(28)，光致抗蚀剂掩模(30)具有开口(32)，开口延伸至接触体孔(24)的底部(26)，对接触体孔(24)的底部(26)进行各向同性湿法化学蚀刻，在接触体孔(24)的底部(26)上沉积金属(38)，去除光致抗蚀剂掩模(30)，以使接触体孔(24)的底部(26)上的金属(38)保留为金属电接触体(40)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，光致抗蚀剂掩模(30)包括正性光致抗蚀剂。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的方法，所述方法还包括：在沉积金属之前，从接触体孔(24)的底部(26)去除氧化物。4.根据权利要求3所述的方法，其中，从接触体孔(24)的底部(26)去除氧化物的步骤包括：Ar溅射。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，在接触体孔(24)内设置光致抗蚀剂掩模(30)的步骤包括：将光致抗蚀剂掩模(30)光刻结构化，以提供穿过光致抗蚀剂掩模(30)至接触体孔的底部(26)的开口(32)。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：通快光电器件有限公司，
类型：发明
国别省市：