一种GaAs基VECSEL激光器的衬底腐蚀方法技术

本发明专利技术涉及一种GaAs基VECSEL激光器的衬底腐蚀方法，本发明专利技术的方法通过特定的腐蚀液控制粗腐蚀和细腐蚀的速度，粗腐蚀的腐蚀速度快，粗腐蚀的腐蚀速率为7.33μm/min，腐蚀后表面粗糙，在显微镜下容易观察，细腐蚀的腐蚀速率放缓，细腐蚀的腐蚀速率为2μm/min，腐蚀后表面光洁，肉眼可观察到与细腐蚀表面区别，克服了现有GaAs衬底腐蚀速率慢，腐蚀效果不稳定的难题，可以快速获得表面粗糙度小，平整度高的基于VECSEL激光器GaAs外延结构。的基于VECSEL激光器GaAs外延结构。

【技术实现步骤摘要】
一种GaAs基VECSEL激光器的衬底腐蚀方法


[0001]本专利技术涉及一种GaAs基VECSEL激光器的衬底腐蚀方法，属于晶体外延片加工


技术介绍

[0002]GaAs作为半导体材料的重要材料，属Ⅲ－
Ⅴ
族化合物半导体，属闪锌矿型晶格结构，具有宽带隙、高电阻率、高电子迁移率等，因此在高频、大功率器件以及外延生长方面有巨大应用潜力，用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。此外，还可以用于制作转移器件
──
体效应器件，因此，砷化镓是半导体材料中，兼具多方面优点的材料。
[0003]VECSEL激光器又称垂直外腔表面发射激光器，又称半导体圆盘激光器，有按GaAs衬底、量子阱结构、分布式布拉格反射镜顺序生长的倒装芯片的结构，通过结构设计可以实现光谱范围从660nm至5000nm的激光输出光束质量，能够实现倍频、锁模和单频操作。为了制作高性能的VECSEL激光器通常需要将原衬底剥离并将器件结构从原衬底转移至新的基板上。目前主要是利用激光剥离衬底，激光剥离是将高能激光聚焦到衬底和外延层的界面处，通过激光逐点扫描瞬间融化外延缓冲层，从而使衬底和外延层剥离。然而，激光剥离存在诸多缺陷，例如会造成外延层损伤，而且也很难实现非常均匀的剥离。这最终导致激光剥离制作完成的器件存在漏电、良率低等缺陷。
[0004]用湿法腐蚀的方法剥离原衬底的技术方案可以避免由激光剥离衬底热冲击导致的损伤及改善良率，但是目前的湿法腐蚀GaAs衬底腐蚀速率慢，腐蚀效果不稳定，腐蚀后得到的外延结构形貌差、性能差，最终难以制作出高性能的器件。
[0005]因此有效的将衬底去除对VECSEL激光器来说十分重要，但是如何从GaAs衬底上完整剥离外延结构是目前的一个难题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种GaAs基VECSEL激光器的衬底腐蚀方法。
[0007]本专利技术的衬底腐蚀方法针对GaAs的化学性质，将清洗后的GaAs外延片在室温搅拌的条件下进行粗腐蚀和细腐蚀，粗腐蚀可快速去除衬底，细腐蚀可提高腐蚀后的表面质量，克服了现有GaAs衬底腐蚀速率慢，腐蚀效果不稳定的难题，可以快速获得表面粗糙度小，平整度高的基于VECSEL激光器GaAs外延结构。
[0008]术语解释：
[0009]VECSEL激光器：垂直外腔表面发射激光器，又称半导体圆盘激光器。
[0010]GaAs：是一种半导体材料，是一种良好的外延衬底材料。
[0011]衬底厚度减少：本专利技术方法中是指化学腐蚀后的衬底厚度比加工前去除了的厚度，也称衬底厚度去除。
[0012]化学腐蚀：是指采用化学反应使GaAs与腐蚀液发生反应达到去除GaAs衬底的目
的。
[0013]为实现以上目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0014]一种GaAs基VECSEL激光器的衬底腐蚀方法，包括步骤如下：
[0015](1)超声清洗
[0016]将GaAs外延片放入去离子水中进行超声清洗5～20min；
[0017](2)粗腐蚀
[0018]将清洗后的GaAs外延片置于粗腐蚀溶液中，在室温下，磁力搅拌进行粗腐蚀，所述的粗腐蚀溶液为氨水与过氧化氢按体积比1:8～1:10的比例配制成的混合溶液；
[0019](3)一次清洗
[0020]粗腐蚀后的衬底放入纯水中冲洗1～3分钟，清洗去除表面上的残留反应物与腐蚀液；
[0021](4)细腐蚀
[0022]将清洗后的GaAs外延片置于细腐蚀溶液中，在室温下，磁力搅拌进行细腐蚀，所述的细腐蚀溶液为浓硫酸、过氧化氢、去离子水按体积比1:1：(4
‑
6)的比例配制成的混合溶液；
[0023](5)二次清洗
[0024]细腐蚀后的衬底放入纯水中冲洗1
‑
3分钟，清洗去除表面上的残留反应物与腐蚀液；
[0025](6)去阻挡层
[0026]将清洗后的GaAs外延片置于去阻挡层腐蚀液中，在室温下，对腐蚀阻挡层进行腐蚀，去阻挡层腐蚀液为浓盐酸与浓硝酸按体积比(1
‑
3)：(1
‑
3)的比例配制成的混合溶液；
[0027](7)三次清洗
[0028]去阻挡层后的GaAs外延片清洗以去除表面上的残留反应物与腐蚀液。
[0029]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，粗腐蚀溶液为氨水与过氧化氢按体积比1:9的比例配制成的混合溶液。
[0030]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，腐蚀时间为20
‑
25分钟。
[0031]本专利技术粗腐蚀溶液选用氨水与双氧水的混合溶液，利用过氧化氢的强氧化性和氨水的络合作用。利用双氧水的强氧化性可以与GaAs产生反应，生成As2O3，Ga2O3，GaAsO4等，并且在碱性环境中双氧水能够将低价化合物氧化成高价化合物，使难溶物转化成可溶物。氨水的电离平衡，既能提供氨分子又能提供氢氧根，既可以利用碱与金属发生反应，又能够利用其络合作用，将金属离子和金属氧化物生成可溶性的络合物，从而较容易的去掉。粗腐蚀溶液中氨水与双氧水的体积比至关重要，若氨水与过氧化氢体积比过大会降低腐蚀速率，增加了腐蚀时间，且两者都具有很强的挥发性，过长的腐蚀时间不利于器件的稳定性。若氨水与过氧化氢溶液体积比过小会导致腐蚀速率过快，且生成的反应物容易附着于晶片表面导致反应难以进行，且体积比过小反应剧烈在腐蚀过程中会产生大量气泡对于外延片的侧边保护造成破坏，不利于器件的稳定性。阻止了溶液进一步反应。
[0032]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，细腐蚀溶液为浓硫酸与过氧化氢与去离子水按体积比1:1：5的比例配制成的混合溶液。
[0033]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，腐蚀时间为20
‑
25分钟，直至出现粉红色InGaAs腐
蚀阻挡层。
[0034]根据本专利技术优选的，步骤(6)中，去阻挡层腐蚀液为浓盐酸与浓硝酸按体积比2：3的比例配制成的混合溶液。
[0035]根据本专利技术优选的，步骤(6)中，腐蚀时间为1
‑
2分钟。
[0036]本专利技术所用的设备为超声清洗设备与磁力搅拌设备，现有技术。本专利技术方法并不受清洗设备与磁力搅拌设备限制，可以用符合半导体化学腐蚀要求的任何相关设备。
[0037]本专利技术的方法通过特定的腐蚀液控制粗腐蚀和细腐蚀的速度，粗腐蚀的腐蚀速度快，粗腐蚀的腐蚀速率为7.33μm/min，腐蚀后表面粗糙，在显微镜下容易观察，细腐蚀的腐蚀速率放缓，细腐蚀的腐蚀速率为2μm/min，腐蚀后表面光洁，肉眼可观察到与细腐蚀表面区别，克服了现有GaAs衬底腐蚀速率慢，腐蚀效果不稳定的难题，可以快速获得表面粗糙度小，平整度高的基于VECSEL激光器GaAs外延结构。
[0038]本专利技术具有以下优点：
[0039]1.本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaAs基VECSEL激光器的衬底腐蚀方法，包括步骤如下：(1)超声清洗将GaAs外延片放入去离子水中进行超声清洗5～20min；(2)粗腐蚀将清洗后的GaAs外延片置于粗腐蚀溶液中，在室温下，磁力搅拌进行粗腐蚀，所述的粗腐蚀溶液为氨水与过氧化氢按体积比1:8～1:10的比例配制成的混合溶液；(3)一次清洗粗腐蚀后的衬底放入纯水中冲洗1～3分钟，清洗去除表面上的残留反应物与腐蚀液；(4)细腐蚀将清洗后的GaAs外延片置于细腐蚀溶液中，在室温下，磁力搅拌进行细腐蚀，所述的细腐蚀溶液为浓硫酸、过氧化氢、去离子水按体积比1:1：(4
‑
6)的比例配制成的混合溶液；(5)二次清洗细腐蚀后的衬底放入纯水中冲洗1
‑
3分钟，清洗去除表面上的残留反应物与腐蚀液；(6)去阻挡层将清洗后的GaAs外延片置于去阻挡层腐蚀液中，在室温下，对腐蚀阻挡层进行腐蚀，去阻挡层腐蚀液为浓盐酸与浓硝酸按体积比(1
‑
3)：(1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣堃，王涵文，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：