氧化孔生成方法及垂直腔面发射激光器技术

本发明专利技术公开了一种氧化孔生成方法，用于在垂直腔面发射激光器制备过程中，对主动区平台进行氧化处理以在所述主动区平台内的氧化限制层中间形成氧化孔；所述氧化处理的具体方法如下：先使用氧等离子体对主动区平台的侧壁进行干法氧化，在所述氧化限制层外缘生成一圈疏松多孔结构；然后经由所述疏松多孔结构对主动区平台的侧壁进行湿法氧化，在氧化限制层中间形成所期望的氧化孔。本发明专利技术还公开了一种垂直腔面发射激光器。相比现有技术，本发明专利技术可在垂直腔面发射激光器制备过程中对氧化限制层的氧化进程进行更为精准的控制，同时有效减少氧化层及GaAs界面的分离或开裂现象。化层及GaAs界面的分离或开裂现象。化层及GaAs界面的分离或开裂现象。

【技术实现步骤摘要】
氧化孔生成方法及垂直腔面发射激光器


[0001]本专利技术涉及垂直腔面发射激光器(Vertical
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Cavity Surface
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Emitting Laser，简称VCSEL)制备工艺，尤其涉及一种氧化孔生成方法，属于半导体激光器


技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(VCSEL)在高密度集成及光纤耦合方面较边发射型激光器存在较大的优势，因此在光通讯等领域拥有极大的应用前景。但因其器件结构存在有源区薄，腔长短，单层增益较小等缺陷，为提高其有效光子限制能力，目前基本采用氧化DBR限制性型结构。氧化限制型结构可以减小材料中非辐射复合中心的寿命及对注入到有源区的电流形成有效的限制。
[0003]氧化限制型结构VCSEL的主要工艺步骤包括：晶片外延生长，在晶片外延生长过程中，在靠近谐振腔的下布拉格反射镜层和/或上布拉格反射镜层设置有Al组份很高的AlGaAs层作为氧化限制层，VCSEL芯片结构自下而上主要由N型掺杂的DBR反射镜，包含量子阱/量子点有源区的谐振腔，以及P型掺杂的DBR反射镜所构成；在外延生长形成的层结构中蚀刻出主动区平台，需要确保氧化限制层暴露于主动区平台的侧壁；对主动区平台的侧壁进行氧化处理，氧化时，沿着所述氧化限制层横向进行，被氧化的氧化限制层形成以氧化铝为主的氧化区域，氧化铝具有良好的绝缘性，可有效阻隔注入电流的通过，并限制注入电流的侧向扩散，同时氧化铝具有较小的折射率，能够使光场更为集中在电路注入窗口区域，提高了光场与有源区的交叠，增加光限制因子，起到减小器件阈值电流的作用，而中间未被氧化的区域则构成氧化孔，也就是VCSEL的出光孔和电流注入区；之后再进行表面钝化，平坦化工艺(即用聚酰亚胺，苯并环丁烯等聚合物填充沟槽)，以及制作电极并引出等步骤。
[0004]上述工艺工程中，氧化孔的形成十分关键，其孔径、形状以及周边氧化区域的围观结构等均会对最终器件的性能、可靠性等产生影响。现有氧化工艺可分为湿法和干法两类。其中，湿法氧化工艺是一种自限制氧化反应，针对AlAs/AlGaAs材料，一般其自限制反应结束的时间远大于实际氧化工艺需求时间，且此工艺生成的高折射率AlO
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结构对光学限制作用可满足器件需求。干法氧化作为一种辅助氧化工艺，其自限制反应一般结束时间较短，当前工艺水平下，尚无法达到器件所需的目标氧化深度。因此，现有技术普遍采用湿法氧化工艺对高铝组分(如Al
0.98
Ga
0.02
As)进行氧化，形成Al2O3,Ga2O3,As等化合物，该反应过程较复杂，所以对影响氧化过程的因素，如：工艺温度、H2/O2比例、氧化速率等要求比较严格。若湿法氧化反应过程未达到稳定状态，或部分中间产物(如As2O3、As)未释放完全，则会产生较大的氧化层应力，这种应力会导致氧化层及GaAs界面出现严重的分离或开裂现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种氧化孔生成方法，可在垂直腔面发射激光器制备过程中对氧化限制层的氧化进程进行更为精准的控制，同时有效减少氧化层及GaAs界面的分离或开裂现象。
[0006]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0007]一种氧化孔生成方法，用于在垂直腔面发射激光器制备过程中，对主动区平台进行氧化处理以在所述主动区平台内的氧化限制层中间形成氧化孔；所述氧化处理的具体方法如下：先使用氧等离子体经由主动区平台的侧壁对氧化限制层进行干法氧化，在所述氧化限制层外缘生成一圈疏松多孔结构；然后经由所述疏松多孔结构对氧化限制层进行湿法氧化，在氧化限制层中间形成所期望的氧化孔。
[0008]优选地，所述干法氧化与湿法氧化的氧化深度比例为1:3～1:5。
[0009]优选地，所述干法氧化的工艺条件具体如下：等离子模式：RIEmode，O2流量：50
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200sccm，等离子体生成功率：200
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400W，工艺温度≥25℃，工艺时间：10～40min。
[0010]优选地，使用不带辅助气体的氧气生成所述氧等离子体。
[0011]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0012]一种垂直腔面发射激光器，其制备过程包括对主动区平台进行氧化处理以在所述主动区平台内的氧化限制层中间形成氧化孔的步骤；所述氧化孔使用如上任一技术方案所述方法生成。
[0013]相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0014]本专利技术采用干法氧化与湿法氧化相结合的氧化孔生成工艺，先用干法氧化将靠近外层的高铝组分AlGaAs材料氧化成绝缘材料Al2O3及As2O5，形成较密集的疏松多孔结构，然后基于所生成的疏松多孔结构对后续湿法氧化工艺反应气体进行控制，可在一定条件下使得氧化速率不再依赖于氧化温度及反应气体浓度，为氧化进程的进一步精确控制提供了可能。
[0015]本专利技术技术方案可使得实际氧化速率低于相同湿法工艺条件下的氧化速率，增加了反应时长，使得中间产物As2O3及As2H3得以充分反应，As充分释放，降低氧化层残余应力，有效解决了因As未释放完全引起的氧化层及GaAs界面的分离或开裂现象。
附图说明
[0016]图1为具体实施例中的VCSEL剖面结构示意图；其中包含：1.GaAs衬底；2.金属电极；3.N型DBR；4.量子阱；5.P型DBR；6.氧化限制层；7.Cap层；8.Passivation膜层；
[0017]图2为具体实施例中所得到氧化限制层的结构示意图。
具体实施方式
[0018]针对现有技术采用湿法氧化工艺生成氧化孔所存在的难以精准控制氧化进程以及容易出现氧化层及GaAs界面的分离或开裂现象的不足，本专利技术的解决思路是采用干法氧化与湿法氧化相结合的氧化孔生成工艺，先用干法氧化将靠近外层的高铝组分AlGaAs材料氧化成绝缘材料Al2O3及As2O5，形成较密集的疏松多孔结构，然后基于所生成的疏松多孔结构对后续湿法氧化工艺反应气体进行控制，可在一定条件下使得氧化速率不再依赖于氧化温度及反应气体浓度，为氧化进程的进一步精确控制提供了可能。
[0019]本专利技术的氧化孔生成方法，用于在垂直腔面发射激光器制备过程中，对主动区平台进行氧化处理以在所述主动区平台内的氧化限制层中间形成氧化孔；所述氧化处理的具体方法如下：先使用氧等离子体经由主动区平台的侧壁对氧化限制层进行干法氧化，在所
述氧化限制层外缘生成一圈疏松多孔结构；然后经由所述疏松多孔结构对氧化限制层进行湿法氧化，在氧化限制层中间形成所期望的氧化孔。
[0020]优选地，所述干法氧化与湿法氧化的氧化深度比例为1:3～1:5。
[0021]优选地，所述干法氧化的工艺条件具体如下：等离子模式：RIEmode，O2流量：50
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200sccm，等离子体生成功率：200
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400W，工艺温度≥25℃，工艺时间：10～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化孔生成方法，用于在垂直腔面发射激光器制备过程中，对主动区平台进行氧化处理以在所述主动区平台内的氧化限制层中间形成氧化孔；其特征在于，所述氧化处理的具体方法如下：先使用氧等离子体经由主动区平台的侧壁对氧化限制层进行干法氧化，在所述氧化限制层外缘生成一圈疏松多孔结构；然后经由所述疏松多孔结构对氧化限制层进行湿法氧化，在氧化限制层中间形成所期望的氧化孔。2.如权利要求1所述氧化孔生成方法，其特征在于，所述干法氧化与湿法氧化的氧化深度比例为1:3~1:5。3.如权利要求1所述氧化孔生成方法，其特征在于，所述干法氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海侠，李加伟，曼玉选，何强，赖明智，
申请(专利权)人：苏州长瑞光电有限公司，
类型：发明
国别省市：