CN101160699A - 高可靠性的蚀刻小面光子器件 - Google Patents
高可靠性的蚀刻小面光子器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101160699A CN101160699A CNA2006800124756A CN200680012475A CN101160699A CN 101160699 A CN101160699 A CN 101160699A CN A2006800124756 A CNA2006800124756 A CN A2006800124756A CN 200680012475 A CN200680012475 A CN 200680012475A CN 101160699 A CN101160699 A CN 101160699A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- facet
- layer
- substrate
- ridge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 22
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 26
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000012940 design transfer Methods 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
- H01S5/0282—Passivation layers or treatments
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
- H01S5/0042—On wafer testing, e.g. lasers are tested before separating wafer into chips
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
- H01S5/0202—Cleaving
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
- H01S5/0203—Etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geometry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
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。
Description
本申请要求提交于2005年2月18日的题为“高可靠性的蚀刻小面光子器件”的60/653984号美国临时申请的优先权，其整个内容被包含援引于此。
技术领域
本发明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。
背景技术
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量子电子学期刊卷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。
发明内容
由于极为需要蚀刻小面器件的高可靠性，因此提供根据本发明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发明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示出根据本发明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发明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1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卷1227-1231页Behfar-Rad和S.S Wong的名为“Monolithic AlGaAs-GaAs SingleQuantum-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-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SiO2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SiO2层64以形成掩模。在用氧等离子体去除光阻材料后，SiO2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Cl2流速，室温下或室温附近的基板温度，AlGaAs的90nm/min的蚀刻速率，以及SiO2的4.5nm/min的喷溅速率。
如图5(a)和5(b)所示，随后通过PECVD按顺序沉积7.5nm厚Si3N4层77、25nm厚无定形Si(α-Si)层78和15nm厚SiO2层79。这些层的厚度保持较小以避免面反射率的改变。
执行制造例如图3的脊60和62的脊图案的第二平版印刷术，脊60示出于图6(a)和6(b)中。此后，CF4 RIE被用于将脊图案转移至PECVD SiO2层64。如图6(a)和6(b)所示，该RIE步骤蚀穿结构的顶上的Si3N4和α-Si层77、78而不将这些层从结构的侧面去除，并去除外延生长激光器结构66的一些较小部分。在用氧等离子体去除光阻材料后，使用另一CAIBE步骤以在激光器结构中形成脊60。
接着沉积300nm厚的PECVD介电层84，例如SiO2(图6(a)和6(b))并执行界定诸如孔86的p触点孔的第三平版印刷术(图7(a)和7(b))。CF4 RIE和缓冲HF溶剂的组合用来在SiO2层64和84上开触点孔；缓冲HF还从小面74和76上去除氧化物，同时25nm厚的q-Si78层能够保护这些小面(缓冲HF侵蚀AlGaAs被覆层)。下面的7.5nm Si3N4层77足够厚以防止α-Si层78与激光器结构的小面直接接触。在没有Si3N4层的情况下，α-Si会与激光器结构的小面形成n型掺杂并沿这些小面形成电流泄漏路径。
然后用氧等离子体去除光阻层。然后，将晶片面朝下地放置在具有光阻层的Si载体上，并作用氧等离子体以将任何不想要的有机材料从样品的背侧或底表面88去除。在这之后，将其浸入HCl∶H2O(1∶1)以露出用于金属化的清洁表面。然后使用热蒸镀以沉积含75nm的AuGeNi、100nmAg、150nmAu的层90以在晶片底部形成n触点。通过将其浸入丙酮而从载体去除晶片44，并在氩氛围中以450℃在快速加温退火(RTA)中退火n触点1分钟。然后执行在晶片顶部上的p触点金属化的单版印刷。在短暂的氧等离子体处理并将其浸入HCl∶H2O(1∶1)溶剂后，将15nmCr然后是500nm的Au的金属层92被热蒸镀到激光器光腔的顶表面上。使用丙酮除去光阻材料上不想要的金属，并且在350℃下在氩气氛中使用RTA一分钟以退火p型触点。
在第一CAIBE蚀刻中界定小面的同一电介质掩模同样界定第二CAIBE步骤中的脊并因此激光器自行对准，即在小面和脊端部之间没有失位。电介质的布图是通过延伸过两个激光器小面的脊形高度光阻材料实现的。这样，任何较小的照相平版印刷失位不会对激光器的自对准产生不利的影响。
如图7(a)所示，在脊60的顶表面上的电介质绝缘层84中开启触点窗86的工序容易在蚀刻小面74和76附近从半导体除去保护性绝缘材料84，留下完整的光子器件的一个区域94作为露出的半导体。这使未经保护的区域受到伤害并降低最终产品的可靠性。
如图9-图14(a)、14(b)所示的本发明克服了前面的问题，其中示出了在基板102上制造高度可靠的光子器件100的工序。如上所述，这些图中的尺寸不必按比例绘制。尽管本发明是针对例如图9所示脊形激光器104描述的，然而应当理解也可制造其它类型的激光器或其它光子器件。
传统地，基板102可以是由例如III-V类化合物或其适当掺杂的合金形成的晶片。如作为图9器件沿线x-x、y-y的截面图的图10(a)和10(b)所示，一系列层106例如通过诸如有机金属化学蒸镀沉积(MOCVD)或分子束外延生长(MBE)的外延沉积被沉积在基板102的顶表面108上。这些层沿一般包括有源区112和上、下被覆区114、116的横向方向形成光波导，如图10(a)和10(b)所示。图10(a)是沿图9的波导100的x-x轴得到的截面图，而图10(b)是沿图9的y-y轴得到波导处的截面图。
在一个例子中，半导体激光器光子器件结构层106被外延生长地形成在InP基板102上。光子结构的上、下被覆区114、116分别由比有源区112的系数更低的系数的半导体材料构成，例如InP。这些被覆区在有源区附近，它们可形成有基于AlInGaAs的量子阱和垒势。在上包覆层114上提供有InGaAs覆盖层118以实现欧姆接触。尽管本例基于在InP基板上提供由激光装置构成的光子器件，但应当理解可制造其它具有有源区的光子器件，并且可在诸如GaAs和GaN的其它基板上形成这些器件。这些光子器件的例子是电吸附调制器和半导体光学放大器。
在本发明的工序中，电介质掩模层——例如200nm厚的SiO2层120——如图10(a)和10(b)所示那样通过等离子体增强化学蒸镀沉积(PECVD)沉积在外延生长激光器结构106上。在图2的晶片44上执行例如在光阻层中界定激光器本体和小面的第一平版印刷步骤，并采用反应离子蚀刻(RIE)将光阻图案转移至下面的SiO2掩模层120。将光阻层旋涂于掩模层120、通过平版印刷掩模露出光阻材料以形成图案、以及随后将图案转移至掩模层120的照相平版印刷步骤未予以说明，因为它们是传统方法并且在业内是公知的。在通过氧等离子体去除光阻材料后，层120中的SiO2图案通过化学辅助离子束蚀刻(CABIE)被转移至激光器结构以形成激光器波导42(图2)并形成具有侧壁122、124和端部小面126、128的独立激光器腔100(图9)。
执行第二光阻平版印刷术以形成在基板上的前述激光器本体上界定一个或多个例如脊104的脊的图案，并且利用RIE将光阻图案转移至PECVD SiO2掩模层120。在用氧等离子体去除光阻材料后，使用CABIE如图11(a)、11(b)所示那样为激光器结构中的每个激光器本体形成脊104。尽管仅示出一个脊104，然而应当理解可较佳地在一块基板上制造多个光子器件。例如图2所示那样，一般将各自包括多个脊形激光器的多个间隔开的波导42制造在晶片上，并在下面描述的加工步骤结束后，如上所述那样通过单片化或切割程序将这些波导分离以封装，从而形成单独的光子器件。
在结合图11(a)、11(b)描述形成激光器本体、小面和脊后，并且在图2的单片化步骤之前，如图12(a)和12(b)所示那样，使用PECVD沉积诸如SiO2的电介质材料的120nm厚的钝化层130以覆盖包括光子器件的整个晶片。这是针对图12(a)中的单脊进行说明的。此后，执行第三平版印刷术以在光子结构上界定p型触点并使用RIE在SiO2层120和130中开启接触孔132，如图13(a)和13(b)所示。随后使用氧等离子体去除光阻材料。
执行第四平版印刷术以为p型触点界定金属剥离图案134，其中剥离结构134以平版印刷方式被界定以形成包围触点窗132的触点开口136。典型剥离结构具有的底切未被明显地示出于金属剥离图案134中，但应当理解它是存在的。P型触点140随后通过电子束蒸镀装置被蒸镀到金属剥离图案134上并通过开口136覆盖触点窗132。通过去除金属剥离图案134的剥离步骤，不想要的金属被去除，留下器件的p型触点140。p触点延伸过触点窗132的边并密封SiO2层120、130中的触点开口，如图14(a)和14(b)所示。如上所述，激光器的n型触点142也通过电子束蒸镀方法被蒸镀在晶片的背面。应当理解一般在基板上制造多个光子器件。
使用现有技术工序制造的光子器件具有低可靠性并且这些器件的性能明显降低，尤其是在非密封环境下数天。以本发明的工序制成的光子器件即使在非密封环境下也表现为异常的可靠，并且具有可多年正常使用的突出可靠性。
本发明的导致光子器件可靠工作的结构和现有技术之间的关键区别在于在结合图2描述的单片化步骤前，所有半导体表面如图14(a)、14(b)所示那样通过SiO2或金属钝化，并且在器件的有源区的小面附近存在不裸露或未经保护的半导体。当稍后基板被单片化时，例如沿图14(a)、14(b)的单片化线144，为了分离附近的光子结构，在单片化线处的结构周围产生裸露的半导体表面。然而，这些裸露表面一般远离(例如离开750nm以上)设置在结构的有源区的蚀刻小面，如单片化线144所示。作为本工序的结果和所形成的结构，环境中的腐蚀性和破坏性物质无法以现有技术中导致快速劣化的方式透过光子器件。
尽管已结合较佳实施例对本发明进行了说明，然而应当理解可根据下面权利要求书所述那样作出多种变化和修改而不脱离其真实精神和范围。
Claims (11)
1.一种光子器件，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。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述保护层是电介质或金属。
3.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述小面是通过诸如化学辅助离子束蚀刻的干蚀工序形成。
4.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述基板是InP。
5.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述基板是GaAs。
6.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述基板是GaN。
7.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述器件是激光器。
8.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述器件是电吸附调制器。
9.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述器件是半导体光学放大器。
10.如权利要求7所述的器件，其特征在于，所述激光器是脊形激光器。
11.一种制造光子器件的工序，包括：
在基板上形成包含有源层的外延半导体结构；
干蚀所述结构以形成具有至少一个小面的激光器；
用保护性共形层覆盖所述激光器和所述小面；
在所述保护层中开启一触点窗；以及
沉积一金属层以覆盖所述窗口并电气接触所述激光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510541116.0A CN105207053B (zh) | 2005-02-18 | 2006-02-17 | 高可靠性的蚀刻小面光子器件 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US65398405P | 2005-02-18 | 2005-02-18 | |
| US60/653,984 | 2005-02-18 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510541116.0A Division CN105207053B (zh) | 2005-02-18 | 2006-02-17 | 高可靠性的蚀刻小面光子器件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101160699A true CN101160699A (zh) | 2008-04-09 |
Family
ID=36917092
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510541116.0A Active CN105207053B (zh) | 2005-02-18 | 2006-02-17 | 高可靠性的蚀刻小面光子器件 |
| CNA2006800124756A Pending CN101160699A (zh) | 2005-02-18 | 2006-02-17 | 高可靠性的蚀刻小面光子器件 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510541116.0A Active CN105207053B (zh) | 2005-02-18 | 2006-02-17 | 高可靠性的蚀刻小面光子器件 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (5) | US8787419B2 (zh) |
| EP (1) | EP1854189B1 (zh) |
| CN (2) | CN105207053B (zh) |
| WO (1) | WO2006089128A2 (zh) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102593709B (zh) * | 2006-12-26 | 2015-04-01 | 宾奥普迪克斯股份有限公司 | 用于制造光子器件的工艺 |
| US7606277B2 (en) * | 2006-12-26 | 2009-10-20 | Binoptics Corporation | Etched-facet ridge lasers with etch-stop |
| US8934512B2 (en) * | 2011-12-08 | 2015-01-13 | Binoptics Corporation | Edge-emitting etched-facet lasers |
| DE102015105438A1 (de) * | 2015-04-09 | 2016-10-13 | M2K-Laser Gmbh | Monolithische Diodenlaseranordnung |
| DE102015116336B4 (de) * | 2015-09-28 | 2020-03-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser |
| WO2017201459A1 (en) | 2016-05-20 | 2017-11-23 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Semiconductor lasers and processes for the planarization of semiconductor lasers |
| US10490971B2 (en) | 2017-06-09 | 2019-11-26 | International Business Machines Corporation | Self-alignment features for III-V ridge process and angled facet die |
| JP7085549B2 (ja) * | 2017-08-04 | 2022-06-16 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子 |
| CN108365516A (zh) * | 2018-02-13 | 2018-08-03 | 中国科学院半导体研究所 | 基于磷化铟基耦合脊阵列的半导体激光器及其制备方法 |
| WO2019186743A1 (ja) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP7121536B2 (ja) * | 2018-05-18 | 2022-08-18 | 株式会社堀場製作所 | 半導体レーザ素子の製造方法及びその半導体レーザ装置並びにガス分析装置 |
| US10649138B2 (en) | 2018-09-21 | 2020-05-12 | Nokia Solutions And Networks Oy | Optical device having a photonic chip with one or more suspended functional portions |
| JP7131273B2 (ja) * | 2018-10-05 | 2022-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 量子カスケードレーザ |
| US11901692B2 (en) * | 2018-11-27 | 2024-02-13 | Skorpios Technologies, Inc. | Wafer-level etched facet for perpendicular coupling of light from a semiconductor laser device |
| DE102019109586A1 (de) * | 2019-04-11 | 2020-10-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Elektronisches bauelement und verfahren zur montage eines elektronischen bauelements |
| US11909172B2 (en) * | 2020-01-08 | 2024-02-20 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing optical device and optical device |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4851368A (en) * | 1987-12-04 | 1989-07-25 | Cornell Research Foundation, Inc. | Method of making travelling wave semi-conductor laser |
| US5559819A (en) * | 1994-04-19 | 1996-09-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| EP0856894A1 (en) * | 1997-01-31 | 1998-08-05 | Hewlett-Packard Company | Coating deposition on a semiconductor optical device |
| US6289030B1 (en) * | 1997-01-31 | 2001-09-11 | Hewlett-Packard Company | Fabrication of semiconductor devices |
| US5851849A (en) * | 1997-05-22 | 1998-12-22 | Lucent Technologies Inc. | Process for passivating semiconductor laser structures with severe steps in surface topography |
| JP3739071B2 (ja) * | 1999-01-25 | 2006-01-25 | パイオニア株式会社 | 分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2001267555A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| EP1198042B1 (en) * | 2000-10-12 | 2006-05-10 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof |
| TW518741B (en) * | 2001-02-09 | 2003-01-21 | Ind Tech Res Inst | Fabrication method of edge-emitting or edge-coupled waveguide electro-optic device |
| ATE487255T1 (de) * | 2001-05-31 | 2010-11-15 | Nichia Corp | Halbleiterlaserelement |
| WO2002103866A1 (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-27 | Nichia Corporation | Semiconductor laser element, and its manufacturing method |
| US6680961B2 (en) * | 2001-08-01 | 2004-01-20 | Binoptics, Inc. | Curved waveguide ring laser |
| US6835581B2 (en) * | 2001-08-17 | 2004-12-28 | The United States Of America As Represented By The National Security | Method of coating optical device facets with dielectric layer and device made therefrom |
| GB0124427D0 (en) * | 2001-10-11 | 2001-12-05 | Eblana Photonics Ltd | A method of manufacturing a semiconductor device |
| CN1277339C (zh) | 2001-10-29 | 2006-09-27 | 松下电器产业株式会社 | 半导体发光元件的制造方法 |
| JP3878868B2 (ja) * | 2002-03-01 | 2007-02-07 | シャープ株式会社 | ＧａＮ系レーザ素子 |
| JP2004128378A (ja) * | 2002-10-07 | 2004-04-22 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| US7256417B2 (en) * | 2004-02-05 | 2007-08-14 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Type II quantum well mid-infrared optoelectronic devices |
| JP4286683B2 (ja) * | 2004-02-27 | 2009-07-01 | ローム株式会社 | 半導体レーザ |
-
2006
- 2006-02-17 WO PCT/US2006/005668 patent/WO2006089128A2/en active Application Filing
- 2006-02-17 US US11/356,203 patent/US8787419B2/en active Active
- 2006-02-17 CN CN201510541116.0A patent/CN105207053B/zh active Active
- 2006-02-17 EP EP06735363.1A patent/EP1854189B1/en active Active
- 2006-02-17 CN CNA2006800124756A patent/CN101160699A/zh active Pending
-
2014
- 2014-06-04 US US14/296,144 patent/US9653884B2/en active Active
- 2014-06-04 US US14/296,180 patent/US10103518B2/en active Active
- 2014-06-04 US US14/296,162 patent/US10103517B2/en active Active
- 2014-06-04 US US14/296,139 patent/US9660419B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9653884B2 (en) | 2017-05-16 |
| US20140286368A1 (en) | 2014-09-25 |
| US10103517B2 (en) | 2018-10-16 |
| US9660419B2 (en) | 2017-05-23 |
| WO2006089128A2 (en) | 2006-08-24 |
| US8787419B2 (en) | 2014-07-22 |
| EP1854189A2 (en) | 2007-11-14 |
| US20140287545A1 (en) | 2014-09-25 |
| US20140286370A1 (en) | 2014-09-25 |
| US20140287544A1 (en) | 2014-09-25 |
| EP1854189A4 (en) | 2011-04-13 |
| CN105207053A (zh) | 2015-12-30 |
| WO2006089128A3 (en) | 2007-07-12 |
| US10103518B2 (en) | 2018-10-16 |
| US20060187985A1 (en) | 2006-08-24 |
| CN105207053B (zh) | 2019-06-04 |
| EP1854189B1 (en) | 2015-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101160699A (zh) | 高可靠性的蚀刻小面光子器件 | |
| US8009711B2 (en) | Etched-facet ridge lasers with etch-stop | |
| JP4964878B2 (ja) | エッチファセット技術を用いて製造されるＡｌＧａＩｎＮ系レーザ | |
| JP5547638B2 (ja) | 量子井戸無秩序化 | |
| US6335559B1 (en) | Semiconductor device cleave initiation | |
| US20080130698A1 (en) | Nitride-based semiconductor device and method of fabricating the same | |
| JP2021009999A (ja) | 面発光レーザおよびその製造方法 | |
| JPH0685458B2 (ja) | ミラー・フアセツトを有するレーザーの製造方法 | |
| CN114552366B (zh) | 一种soi基单片集成半导体激光器及其制作方法 | |
| KR0185498B1 (ko) | 고출력 양자세선 어레이 레이저 다이오드 구조 제작방법 | |
| WO2022165899A1 (zh) | 一种半导体制造方法 | |
| US20230261435A1 (en) | Optoelectronic device and method of preparation thereof | |
| US20240186763A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor optical device | |
| KR100584376B1 (ko) | 산화 차단층들을 갖는 레이저 다이오드의 제작 방법 | |
| US6387746B2 (en) | Method of fabricating semiconductor laser diode | |
| JP5264764B2 (ja) | エッチストップを有するエッチングされたファセットリッジレーザ | |
| CN102593709B (zh) | 用于制造光子器件的工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20080409 |