高可靠性的蚀刻小面光子器件制造技术

半导体光子器件表面被覆盖以电介质或金属保护层。保护层覆盖整个器件，包括在有源区小面附近的区域，以保护裸露或未经保护的半导体区，由此形成非常高可靠性蚀刻小面的光子器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及蚀刻小面的光子器件，更具体地涉及具有密封的触点开口的 改进型蚀刻小面激光器件及其制造方法。
技术介绍
半导体激光器典型地通过在基板上以金属有机化学蒸镀沉积(MOCVD)或分 子束外延生长(MBE)方式生长适当的分层半导体材料以形成具有平行于基板表 面的有源层的外延生长结构而制造于晶片上。然后用各种半导体加工工具加工晶片 以制造出含有源层和连接于半导体材料的金属触点的激光器光谐振腔。激光镜面典 型地通过沿晶质结构切割半导体金属而形成在激光器谐振腔的端部以界定激光器 光学谐振腔的边或端部，从而当偏置电压被施加于触点两侧时，所产生的流过有源 层的电流使光子沿垂直于电流的方向射出有源层的形成有小面的边。由于半导体材 料被切割以形成激光刻面，因此这些刻面的位置和取向受到限制；此外， 一旦晶片 经切割，它一般以小片形式出现，因此无法方便地使用传统平版印刷技术进-一步加 工激光器。由于使用切割小面引起的前述和其它的困难导致通过蚀刻形成半导体激光器 的镜面的工艺的发展。如4851368号美国专利所述，这种工艺也允许激光器以平版 印刷方式与其它光子器件形成在同一基板上。这种工艺被进一步扩展并且在1992 年5月出版的IEEE量子电子学期刊巻28第5部分1227-1231页中公开基于蚀刻小 面的脊形激光器工艺。然而，已发现由于该工艺导致其中在有源区的激光小面附近 的不受保护的半导体材料直接暴露在周围大气下的结构，通过这些工艺产生的蚀刻 小面的可靠性低，尤其是在非密封环境下。这种暴露使得小面随时间流逝而劣化， 降低这些蚀刻小面光子器件的可靠性。
技术实现思路
由于极为需要蚀刻小面器件的高可靠性，因此提供根据本专利技术的改进的制造 蚀刻小面半导体光子器件的工艺和方法。在这种工艺中，具有蚀刻小面的诸如激光器的光子器件被涂敷以电介质，较佳的是通过PECVD (等离子体增强化学蒸镀沉积)沉积二氧化硅。仅在必须为金属触点提供开口的那些区域中将电介质从光子器 件除去。然后通过金属触点完全密封这些触点开口。所得到的器件表现出高稳定的 工作性能，即使在非密封环境中也是如此。附图说明本领域内技术人员通过参照附图细阅下面对其实施例的详细说明将更清楚地理解本专利技术的前述和附加的目的、特征和优点，在附图中图1示出在晶片上制造诸如激光器的光子器件的传统切割小面工序； 图2示出在晶片上制造诸如激光器的光子器件的传统蚀刻小面工序； 图3示出根据现有技术的晶片上的结构的立体图；图4(a)、 4(b)至图8(a)、 8(b)以横截面形式示出根据现有技术的在晶片上制造 固态蚀刻小面激光器的制造步骤；图9示出根据本专利技术的晶片上的结构的立体图；图10(a)、 10(b)至图14(a)、 14(b)以横截面形式示出根据本专利技术的制造固态蚀 刻小面激光器的制造步骤。具体实施方式如图1所示的那样，半导体覆盖晶片12的机械切割是在边缘发射二极管激光 器的腔末端界定反射镜或小面的常规工序。在该工序中，在晶片基板上制造多个波 导14，涂覆金属接触层，并沿切割线16以机械方式切割晶片以形成激光器20的 样条18。随后如22处所示的那样堆叠样条18，并涂覆激光器件的切割端面以提供 合需的反射和发射特性。然后可如24处那样通过将偏置电压26施加于各激光器两 侧并检测所获得的输入光束28而测试各激光器件20。随后在30处分离或单片化 激光器件的样条，从而如34处所示的那样以已知方式制造各自包括一个或多个激 光器件、可被适当封装的芯片32。然而，对大多数半导体器件而言，前面的切割工序是不精确的，因为它依赖 半导体材料的晶面的位置和角度。通过某些材料，例如可能存在位于彼此成锐角的近乎相等的强度的切割面，以致在切割时产生的微扰能从一个切割面向另一个地重 定向破裂界面。此外，图l所示的切割工序产生易碎的样条和极小的芯片，它们在 测试和封装期间难以处理。另外，例如由于必须从物理上打碎晶片以获得完整功能 的激光器，机械切割往往不相容于各芯片的后续处理，正如在芯片上提供器件的单 片集成所需要的。另 一种制造诸如激光器的光子器件的技术示出于图2中的40处，其中第一步将多个波导42制造在适宜的晶片基板44上。它们较佳为如图所示的跨过晶片延伸 的平行波导。然后使用基于照相平版印刷术和化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)的工 序沿波导在合需位置形成小面以形成激光波导腔。这些小面被精确定位并具有与通 过切割获得的小面等同的质量和反射率。由于激光器腔和小面以与在硅片上制造集 成电路很大程度上相同的方法制造于晶片上，因此该工序允许激光器整块地与其它 光子器件集成在单个芯片上，并允许使器件在晶片上的同时低成本地测试器件，如 46所示。此后，在48处晶片被单片化以分离芯片50，并随后如52处所示那样封 装芯片。该工序具有高产量和低成本，并且允许制造具有选定长度的腔的激光器。图2的现有技术制造工序更详细地记载于1992年5月IEEE量子电子期刊28 巻1227-1231页Behfar-Rad和S.S Wong的名为"Monolithic AIGaAs-GaAs Single Quantum-Well Ridge Lasers Fabricated with DryEtched Facets and Ridges" 中，并且在本文中图示为图3-图8(a)、 8(b)。在该例中，诸如激光器60和62 的多个脊形激光器被形成于晶片44的波导42上。这些激光器用于要求单空间 模式输出束的多种场合，其中脊形激光器如图3所示提供沿侧向(边一边)和 横向(垂直)的光学界限。横向界限是下面的半导体层(将要说明)的直接结 果，而侧向界限源自界定脊的蚀刻。脊附近的区域被向下蚀刻至接近半导体层 的有源区，这使这些区中的折射率下降并增加了侧向界限。现在对制造图4(a)、 4(b) — 8(a)、 8(b)所示的脊形激光器的工序进行说明。 在这些附图中，沿图3的脊60的x — x线的侧向截面被示出于图4(a)、 5(a)、 6(a)、7(a)和8(a)，而沿图3的脊60的y — y线的纵向截面被示出于图4(b)、 5(b)、 6(b)、 7(b)和8(b)中。可以理解这些附图中的尺寸不一定按比例绘制。所述工序 包括四个照相平版印刷术布图步骤，附图中示出其关键制造步骤。如图4(a)、 4(b) 所示，通常是Si02层的500nm厚介电层64例如通过等离子体增强化学蒸镀沉积 (PECVD)被沉积在外延生长激光器结构66上。该激光器结构包括平行于基板44 的顶表面69的有源区68并在有源区上方和下方具有上、下被覆区70、 71。使用旋涂(spun-on)光阻层和照相平版印刷术执行第一平版印刷步骤以在光阻材料中 形成图案以界定具有端面74和76的激光器本体72。光阻图案通过CHF3反应离子 蚀刻(RIE)被转移至下面的Si02层64以形成掩模。在用氧等离子体去除光阻材 料后，Si02掩模图案通过基于Cl2的化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)被转移至激光 器结构66。 CAIBE参数可以是下列参数在0.1mA/cm2电流密度下500eV Ar+， 30ml/min的(312流速，室温下或室温附近的基板温度，AlGaAs的90nm/min本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子器件，包括：　　　　基板；　　　　包含有源层的至少第一外延半导体结构；　　　　制造于所述结构中的至少第一蚀刻小面；　　　　在所述结构上的至少第一电极；以及　　　　覆盖所述半导体结构在所述有源区处的所述小面的７５０ｎｍ范围内的所有表面的保护层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AA贝希尔，
申请(专利权)人：宾奥普迪克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]