CN105429000A - 一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于光电子技术领域，提供了一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法，包括：将完成脊波导结构制作的外延片置于具有温度可调节的托盘上；利用电子束蒸发SiO2，并在脊波导结构上生长SiO2达到预设时间后，控制托盘温度进行退火；在完成退火后，再次进行电子束蒸发SiO2，并依据预设时间周期性的完成电子束蒸发SiO2在脊波导结构上生长SiO2和控制托盘温度进行退火的操作，直到生成指定厚度SiO2薄膜后停止电子束蒸发SiO2。本发明实施例利用了电子束蒸发SiO2的方式改进了生长得到的SiO2层表面质量，并针对SiO2层中可能存在的应力，提出了将原本待生长指定厚度的SiO2，分离成多次生长和退火的过程，从而将应力有效的减小。

Description

一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法
技术领域
本发明属于光电子技术领域，尤其涉及一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法。
背景技术
传统的高速半导体激光器制作方法如下：利用PECVD法在脊波导结构上生长SiO2层，涂覆苯并环丁烯BCB，通过光刻方法获得图形。然后通过采用反应离子刻蚀(ReactiveIonEtching，简写为：RIE)设备进行大面积干法刻蚀BCB，只留双沟道里的BCB层，然后采用RIE刻蚀SiO2层，露出电极接触窗口，完成P面电极制作；将外延片减薄后，完成N面电极制作。但是在实际应用中，发现利用PECVD法生成的SiO2表面比较粗糙，并附带有不少裂纹，尤其是其在生长过程中存在的应力无法消除的问题，从而给高速半导体激光器制作方法中其他步骤带来了容易碎裂的问题，也给制造出的高速半导体激光器制作的工作稳定性带来了问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法，以解决现有技术的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法，所述方法包括：
将完成脊波导结构制作的外延片置于具有温度可调节的托盘上，其中，所述托盘被安装在电子束蒸发室内；
利用电子束蒸发SiO2，并在所述脊波导结构上生长SiO2达到预设时间后，控制所述托盘温度进行退火；
在完成所述退火后，再次进行电子束蒸发SiO2，并依据所述预设时间周期性的完成所述电子束蒸发SiO2在所述脊波导结构上生长SiO2和控制所述托盘温度进行退火的操作，直到生成指定厚度SiO2薄膜后停止电子束蒸发SiO2。
优选的，所述托盘的温度调节范围为0-800℃，则所述控制所述托盘温度进行退火，具体实现为：
获取当前脊波导结构表面生长的SiO2温度T；
控制所述托盘升温到[T+100,T+200]区间，退火时间控制在[3-5]分钟。
优选的，所述预设时间具体根据每次退火时可新生成的SiO2厚度和电子束生长SiO2的速率计算得到。
优选的，在生长SiO2达到指定厚度后，在所述电子束蒸发室内填充Ar和N2的氛围下，进行等离子体处理，其中，气压控制在3-6Pa。
优选的，所述等离子体处理具体采用DM450C系统的离子轰击装置。
优选的，在生长完指定SiO2厚度后，所述方法还包括：
在SiO2层上继续涂敷光刻胶，进行90℃固化；
利用光刻机完成电极窗口的光刻；
曝光显影钝化，形成光刻胶图形；
利用曝光显影形成光刻胶做掩蔽，用CF4和O2气体刻蚀SiO2层，形成电流注入通道；
完成P面电极制作；
将外延片背面减薄为100μm，再制作N面电极。
优选的，在生长SiO2过程中，所述电子束蒸发室内填充有指定量高纯O2。
优选的，在生长SiO2过程中，所述电子束蒸发室的真空度维持在4×10-2Pa-6×10-2Pa。
本发明实施例提供的一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法的有益效果包括：本发明实施例利用了电子束蒸发SiO2的方式改进了生长得到的SiO2层表面质量，并针对SiO2层中可能存在的应力，提出了将原本待生长指定厚度的SiO2，分离成多次生长和退火的过程，从而将应力有效的减小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种现有的PECVD法制备SiO2膜的效果示意图；
图2是本发明实施例提供的一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种高速半导体激光器基本结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种钝化层上涂敷光刻胶的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种光刻胶曝光显影后的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种用CF4和O2气体刻蚀SiO2后的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种基于电子束蒸发经Ar等离子体处理制备SiO2膜的效果示意图；
图10是本发明实施例提供的一种可调节温度的托盘结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
如图2所示为本发明提供的一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法，所述方法包括：
在步骤201中，将完成脊波导结构制作的外延片置于具有温度可调节的托盘上，其中，所述托盘被安装在电子束蒸发室内。
在步骤202中，利用电子束蒸发SiO2，并在所述脊波导结构上生长SiO2达到预设时间后，控制所述托盘温度进行退火。
在步骤203中，在完成所述退火后，再次进行电子束蒸发SiO2，并依据所述预设时间周期性的完成所述电子束蒸发SiO2在所述脊波导结构上生长SiO2和控制所述托盘温度进行退火的操作，直到生成指定厚度SiO2薄膜后停止电子束蒸发SiO2。
本发明实施例利用了电子束蒸发SiO2的方式改进了生长得到的SiO2层表面质量，并针对SiO2层中可能存在的应力，提出了将原本待生长指定厚度的SiO2，分离成多次生长和退火的过程，从而将应力有效的减小。
在本发明实施例中，所述托盘的温度调节范围为0-800℃，则在步骤202中所执行的控制所述托盘温度进行退火的步骤内容，具体实现为：
获取当前脊波导结构表面生长的SiO2温度T；在具体实现方式中，该温度T通常为100-500℃。
控制所述托盘升温到[T+100,T+200]区间，退火时间控制在[3-5]分钟。如图10所示，所述托盘包括托盘架20，所述托盘架20上设置有夹具槽21，用于为固定外延片的夹具提供固定槽；所述托盘架20上还设置有可温控加热丝22。在可选的方案中，所述托盘架除了可以利用所述夹具槽21固定外延片的方式，还可以利用设置吸盘空23，利用吸附的方式固定外延片。
在本发明实施例中，所述预设时间具体根据每次退火时可新生成的SiO2厚度和电子束生长SiO2的速率计算得到。
在本发明实施例中，存在一种优选的实现方案，其中，在生长SiO2达到指定厚度后，在所述电子束蒸发室内填充Ar和N2的氛围下，进行等离子体处理，其中，气压控制在3-6Pa。在实际操作中，所述等离子体处理通常是采用DM450C系统的离子轰击装置。在某种工作环境下，该DM450C系统的轰击电压可采用直流1000V，轰击时间为30-60min。
结合本发明实施例，在生长SiO2达到指定厚度后，优选的，还经Ar、N2混合比(1:2.5)气氛下退火处理后。具体为，退火处理在Ar和/或N2气氛下进行，气压保持在9.33kPa左右，退火温度比生长温度高100-200℃，退火时间为30-120min。经过试验证明表面电位都有所提高,但不是十分显著,这表明退火过程可引起SiO2薄膜某些性能的改变,如消除部分膜内残存应力等,但未使SiO2薄膜微观结构发生根本变化。
在本发明实施例中，在执行完步骤203中生长完指定SiO2厚度后，如图3所示，所述方法还包括：
在步骤204中，在SiO2层上继续涂敷光刻胶，进行90℃固化；
在步骤205中，利用光刻机完成电极窗口的光刻；
在步骤206中，曝光显影钝化，形成光刻胶图形；
在步骤207中，利用曝光显影形成光刻胶做掩蔽，用CF4和O2气体刻蚀SiO2层，形成电流注入通道；
在步骤208中，完成P面电极制作；
在步骤209中，将外延片背面减薄为100μm，再制作N面电极。
在本发明实施例中，存在一种优选的实现方案，其中，在生长SiO2过程中，所述电子束蒸发室内填充有指定量高纯O2。通常所述指定量为100sccm，所述高纯O2能够提高SiO2的生长效率。
在本发明实施例中，存在一种优选的实现方案，其中，在生长SiO2过程中，所述电子束蒸发室的真空度维持在4×10-2Pa-6×10-2Pa。
实施例二
如图4所示为本发明实施例提供的一种高速直台脊波导激光器芯片制作方法，所述实施例二是在实施一的基础上，就如何完整的制作高速直台脊波导激光器芯片角度展开陈述。
在步骤301中，完成脊型波导制作工艺，脊宽1.8μm(如图5所示)。
在步骤302中，脊波导结构1上电子束蒸发SiO2绝缘层2，厚度大约2-3um。
其中，电子束蒸发SiO2绝缘层2的方法，具体参照实施例一中公开的方案，在此不一一赘述。
在步骤303中，在SiO2层上继续涂敷光刻胶3(如图6所示)，接着进行90℃固化。
在步骤304中，利用光刻机完成电极窗口4的光刻(如图7所示)。
在步骤305中，曝光显影钝化(120℃)，形成光刻胶图形。
在步骤306中，利用曝光显影形成光刻胶做掩蔽，用CF4和O2气体刻蚀SiO2层，形成电流注入通道5(如图8所示)。
在步骤307中，完成P面电极制作，电极材料及厚度为：Ti50nm/Pt80nm/Au200nm。
在步骤308中，将外延片背面减薄为100μm，再制作N面电极，电极材料及厚度为:Ti50nm/Pt80nm/Au100nm。
在步骤309中，解理，镀膜，完成高速半导体激光器芯片制作。
实施例三
本发明实施例还提供了利用本发明实施例一所提出的方法，利用电子束蒸发法制备的SiO2膜的实物效果图，如图9所示，利用电子束蒸发法制备的SiO2膜都为非晶SiO2薄膜。电子束蒸发法制备的SiO2薄膜很致密,膜表面很光滑,膜中无裂纹也无任何形式的界面存在。相对而言，如图1所示，PECVD法制备的SiO2薄膜表面较为粗糙,薄膜整体是短程有序度较高的数百到几十纳米直径的非晶颗粒和大量无序度较高的颗粒“界面”的混合体,膜较疏松。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高速直台脊波导激光器芯片加工方法，其特征在于，所述方法包括：
将完成脊波导结构制作的外延片置于具有温度可调节的托盘上，其中，所述托盘被安装在电子束蒸发室内；
利用电子束蒸发SiO2，并在所述脊波导结构上生长SiO2达到预设时间后，控制所述托盘温度进行退火；
在完成所述退火后，再次进行电子束蒸发SiO2，并依据所述预设时间周期性的完成所述电子束蒸发SiO2在所述脊波导结构上生长SiO2和控制所述托盘温度进行退火的操作，直到生成指定厚度SiO2薄膜后停止电子束蒸发SiO2。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述托盘的温度调节范围为0-800℃，则所述控制所述托盘温度进行退火，具体实现为：
获取当前脊波导结构表面生长的SiO2温度T；
控制所述托盘升温到[T+100,T+200]区间，退火时间控制在[3-5]分钟。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述预设时间具体根据每次退火时可新生成的SiO2厚度和电子束生长SiO2的速率计算得到。
4.根据权利要求1-3任一所述的加工方法，其特征在于，在生长SiO2达到指定厚度后，在所述电子束蒸发室内填充Ar和N2的氛围下，进行等离子体处理，其中，气压控制在3-6Pa。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述等离子体处理具体采用DM450C系统的离子轰击装置。
6.根据权利要求1-3任一所述的加工方法，其特征在于，在生长SiO2达到指定厚度后，在Ar和/或N2气氛下进行退火处理，气压保持在8-10kPa，退火温度比生长温度高100-200℃，退火时间为30-120min。
7.根据权利要求1-3任一所述的加工方法，其特征在于，在生长完指定SiO2厚度后，所述方法还包括：
在SiO2层上继续涂敷光刻胶，进行90℃固化；
利用光刻机完成电极窗口的光刻；
曝光显影钝化，形成光刻胶图形；
利用曝光显影形成光刻胶做掩蔽，用CF4和O2气体刻蚀SiO2层，形成电流注入通道；
完成P面电极制作；
将外延片背面减薄为100μm，再制作N面电极。
8.根据权利要求1-3任一所述的加工方法，其特征在于，在生长SiO2过程中，所述电子束蒸发室内填充有指定量高纯O2。
9.根据权利要求1-3任一所述的加工方法，其特征在于，在生长SiO2过程中，所述电子束蒸发室的真空度维持在4×10-2Pa-6×10-2Pa。
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