CN100365889C - 一种防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法 - Google Patents
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Abstract
一种防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法：依次是将需要氧化的砷化镓晶片放置在氧化炉内腔的石墨块上，密封氧化炉，将水蒸气由氮气夹带通入到氧化炉内腔中，分三个升温时段加热氧化炉，使砷化镓晶片氧化后，关闭水蒸气通路，再经过降温时段、烘烤时段和自然冷却时段，最后关闭氮气通路，从氧化炉内取出氧化的砷化镓晶片。采用这种防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法，操作过程的重复性高、稳定性好，在湿法氧化工艺过程中，开裂现象很少出现，质量稳定，成品率提高到95%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法。
背景技术
在制造垂直腔面发射半导体激光器时，较先进的工艺是采用氧化限流方式，即利用氧化孔的孔径来限制半导体激光器横向电流和光强，以便控制发射区面积和芯片尺寸，使效率显著提高，同时还能降低垂直腔面发射半导体激光器的阈值电流，并能使光束稳定的耦合进单模或多模光纤中。为了使半导体激光器实现横向限流，半导体激光器结构的一次外延生长在(100)砷化镓基片上，用于氧化的高含铝层位于有源层的上方。氧化是将蚀刻后的芯片暴露于高温的水蒸气中，但由于高含铝层的上下都是低含铝的布拉格反射层，两者之间的氧化速率相差很大，所以导致在氧化后出现巨大的晶格差异，并且铝氧化物与相邻的低含铝的布拉格反射层之间的附着力十分微弱，这就导致了垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时的开裂成为很普遍的现象，所以氧化后的成品率一直很低，目前只能采用被动的后续工序筛拣，即解理每一氧化的晶片进行电子显微镜的检测，对其开裂长度小于设定值的就认为合格，因此不但成品率很低，而且质量也难于保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法。
为了实现上述的目的，所提供的防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法，依次包括以下的步骤：
A、先将需要氧化的砷化镓晶片放置在氧化炉内腔的石墨块上，再密封氧化炉；
B、将温度为90℃-110℃的水蒸气由氮气夹带通入到氧化炉内腔中，水蒸气与氮气的体积比为1∶10-1∶15；
C、第一次加热氧化炉，使氧化炉内腔在3分钟-5分钟时间内上升到220℃±2℃，在该温度下保持10分钟-20分钟；
D、第二次加热氧化炉，使氧化炉内腔在1分钟-3分钟时间内上升到360℃±2℃，在该温度下保持5分钟-15分钟；
E、第三次加热氧化炉，使氧化炉内腔在30秒-60秒时间内上升到435℃±1℃，使砷化镓晶片氧化，保持该温度直至砷化镓晶片氧化到器件要求；
F、氧化完成后，关闭水蒸气通路，在氮气保护条件下，对氧化炉吹风降温，使氧化炉内腔在1分钟-3分钟时间内降至215℃±2℃，在该温度下保持15分钟-25分钟；
G、再次加热氧化炉，使氧化炉内腔在1分钟-3分钟时间内上升到360℃±2℃，在该温度下保持10分钟-20分钟，对氧化炉内腔进行烘烤；
H、对氧化炉自然冷却，使氧化烘烤后的砷化镓晶片在氮气保护条件下自然冷却至室温；
I、关闭氮气通路，从氧化炉内取出氧化的砷化镓晶片。
本发明所提供的防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法，先是在氧化炉内分三个时段对砷化镓晶片加热，在砷化镓晶片氧化后，又采用一降温时段加以稳定和一升温时段烘烤。具体地讲：第一时段升温到220℃±2℃后的第一次停留，是为了让砷化镓晶片有足够的时间在氧化物的相变点停留，避免过快地相变导致裂纹的形核，这是避免裂纹产生的关键步骤；第二时段升温到360℃±2℃后的第二次停留，是为了避免过快地升温，因为在该温度下，氧化速度就要快速增长，是高速氧化的临界点，第二次的停留就是要避免砷化镓晶片的表面温度在快速升温中造成的不均匀、从而导致初始氧化的不均匀；第三时段从360℃±2℃升温到435℃±1℃要快速，速度越快越能保证砷化镓晶片的氧化均匀性，第三时段的停留是氧化过程，该过程温度要恒定，微小的温度波动会造成氧化均匀性下降；第四时段从435℃±1℃降温到215℃±2℃的降温过程要快速，以便在短时间内到达相变点温度，从动态稳定的氧化物转变为稳定的氧化物，同时快速降温还可以防止由于残余水蒸气存在所产生的过度氧化，过度氧化会增加开裂的机会，温度降到215℃±2℃后的停留是一个相变过程，主要要求温度恒定，让砷化镓晶片从动态稳定的氧化物尽快均匀地转变为稳定的氧化物，以便减少开裂；第五时段从215℃±2℃升温到360℃±2℃后的停留是一个烘烤过程，主要是提高氧化炉内腔的干燥度，避免水蒸气残留在砷化镓晶片上形成不容易去除的氧化物、第六时段是自然冷却到室温时段。
采用本发明所提供的方法，由于操作过程的重复性高、稳定性好，在制作垂直腔面发射半导体激光器的湿法氧化工艺过程中，开裂现象很少出现，质量稳定，成品率提高到95％以上。
附图说明
附图画出的是实施例所述的防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法各时段的温度曲线图，图中：1为第一时段，2为第二时段，3为第三时段，4为第四时段，5为第五时段，6为第六时段。
具体实施方式
参照附图，实施例所述的防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法，依次包括以下的步骤：
A、先将需要氧化的砷化镓晶片放置在氧化炉内腔的石墨块上，再密封氧化炉；
B、将温度为100℃的水蒸气由氮气夹带通入到氧化炉内腔中，水蒸气与氮气的体积比为1∶12；
C、第一次加热氧化炉，使氧化炉内腔在4分钟时间内上升到220℃，在该温度下保持15分钟；
D、第二次加热氧化炉，使氧化炉内腔在2分钟时间内上升到360℃，在该温度下保持10分钟；
E、第三次加热氧化炉，使氧化炉内腔在35秒时间内上升到435℃，使砷化镓晶片氧化，保持该温度直至砷化镓晶片氧化到器件要求；
F、氧化完成后，关闭水蒸气通路，在氮气保护条件下，对氧化炉吹风降温，使氧化炉内腔在1分钟时间内降至215℃，在该温度下保持20分钟；
G、再次加热氧化炉，使氧化炉内腔在2分钟时间内上升到360℃，在该温度下保持15分钟，对氧化炉内腔进行烘烤；
H、对氧化炉自然冷却，使氧化烘烤后的砷化镓晶片在氮气保护条件下自然冷却至室温；
I、关闭氮气通路，从氧化炉内取出氧化的砷化镓晶片。
Claims (1)
1.一种防止垂直腔面发射半导体激光器在湿法氧化时开裂的方法，其特征是依次包括以下的步骤：
A、将需要氧化的砷化镓晶片放置在氧化炉内腔的石墨块上，再密封氧化炉；
B、将温度为90℃-110℃的水蒸气由氮气夹带通入到氧化炉内腔中，水蒸气与氮气的体积比为1∶10-1∶15；
C、第一次加热氧化炉，使氧化炉内腔在3分钟-5分钟时间内上升到220℃±2℃，在该温度下保持10分钟-20分钟；
D、第二次加热氧化炉，使氧化炉内腔在1分钟-3分钟时间内上升到360℃±2℃，在该温度下保持5分钟-15分钟；
E、第三次加热氧化炉，使氧化炉内腔在30秒-60秒时间内上升到435℃±1℃，使砷化镓晶片氧化，保持该温度直至砷化镓晶片氧化到器件要求；
F、氧化完成后，关闭水蒸气通路，在氮气保护条件下，对氧化炉吹风降温，使氧化炉内腔在1分钟-3分钟时间内降至215℃±2℃，在该温度下保持15分钟-25分钟；
G、再次加热氧化炉，使氧化炉内腔在1分钟-3分钟时间内上升到360℃±2℃，在该温度下保持10分钟-20分钟，对氧化炉内腔进行烘烤；
H、对氧化炉自然冷却，使氧化烘烤后的砷化镓晶片在氮气保护条件下自然冷却至室温；
I、关闭氮气通路，从氧化炉内取出氧化的砷化镓晶片。
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