CN107887791A - 一种实现量子阱无序化的扩散加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现量子阱无序化的扩散加工方法，包括：步骤1)在GaAs晶圆片(1)上，通过等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)生长厚度为100nm的SiN扩散掩蔽膜(2)；步骤2)使用NH4F腐蚀SiN,形成扩散源窗口；步骤3)通过金属有机化合物化学气相淀积法(MOCVD)生长厚度为100nm的SiAs扩散源(3)；步骤4)通过PECVD生长厚度为100nm的SiO2扩散保护膜(4)；步骤5)将晶圆送入扩散炉，抽真空到1Pa以下，通入N2保护，加热至800～900℃退火处理5～10h，实现无序化扩散，获得窗口结构。

Description

一种实现量子阱无序化的扩散加工方法
技术领域
本发明属于半导体激光器技术领域，涉及一种实现量子阱无序化的扩散加工方法。
背景技术
半导体激光器由于体积小、效率高、调制简单等一系列优点，受到广泛的关注和应用。增大光输出功率、提高可靠性和工作寿命一直是半导体激光器领域的研宄重点，而灾变性光学镜面损伤(Catastrophic Optical Degradation-COD)是影响半导体激光器最大输出功率和可靠性不可忽视的重要因素。COD是激光器腔面区域吸收谐振腔内部较高的光辐射后，导致该处温度超过其融点，从而发生腔面恶化的一种灾变性破坏。
COD的发生分两种情况，一种是即时COD，即激光器腔面在吸收了谐振腔内部发出的相当高的光辐射后，产生较大温升使腔面熔解；另一种COD是在激光器光出射功率较低的情况下发生的，它是由于激光器在长期运转过程中腔面缺陷增多而导致COD阈值功率不断下降，最后降至激光器的额定功率，器件失效。目前国内外针对提高COD阈值采用的方法较多：
(1)腔面钝化。钝化层起到饱和悬挂键同时防止腔面进一步氧化的作用，此步骤可以结合离子束辅助镀膜工艺，获得更致密更牢固的膜层。
(2)外延再生长非吸收窗口。将腔面附近区域材料腐烛掉后重新外延生长一种宽带隙材料，形成输出光的透明窗口，减少光的吸收。二次外延的缺点是工艺较复杂，成本较高，而且有可能造成衔接部位晶体质量欠佳和器件工作效率降低，从而影响器件的性能。
(3)量子阱混杂非吸收窗口。由于外延晶片各层间是一个亚稳态界面，因此通过量子混杂技术，包括离子注入、扩散等工艺手段，会使腔面局域的量子阱组分原子发生互扩散，从而增加相应的带隙宽度。
(4)超高真空解理腔面。在高真空环境下进行外延片解理然后原位加盖钝化膜，避免氧和其它杂质对腔面的污染，可显著提高激光器可靠性。该技术缺点是真空解理镀膜机设备昂贵，所以应用不广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现量子阱无序化的扩散加工方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种实现量子阱无序化的扩散加工方法，包括：
步骤1)在GaAs晶圆片(1)上，通过等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)生长厚度为100nm的SiN扩散掩蔽膜(2)；
步骤2)使用NH4F腐蚀SiN，形成扩散源窗口；
步骤3)通过金属有机化合物化学气相淀积法(MOCVD)生长厚度为100nm的SiAs扩散源(3)；
步骤4)通过PECVD生长厚度为100nm的SiO2扩散保护膜(4)；
步骤5)将晶圆送入扩散炉，抽真空到1Pa以下，通入N2保护，加热至800～900℃退火处理5～10h，实现无序化扩散，获得窗口结构。
相比于腔面钝化技术，超高真空解离技术等，该技术不需要复杂昂贵的设备，而且实现过程相对简单，不会明显增加激光器制作成本。首次提出利用SiAs作为扩散技术的扩散源，它不需要采用As气氛保护下的闭管扩散方式，减少了整个工艺平台的复杂性与危险性，进一步节约了成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1是本发明实现量子阱无序化的扩散加工方法的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)--等离子体增强化学的气相沉积法。
MOCVD是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical VaporDePosition)的英文缩写
如图1所示，一种实现量子阱无序化的扩散加工方法，包括：
步骤1)在GaAs晶圆片(1)上，通过等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)生长厚度为100nm的SiN扩散掩蔽膜(2)；
步骤2)使用NH4F腐蚀SiN，形成扩散源窗口；
步骤3)通过金属有机化合物化学气相淀积法(MOCVD)生长厚度为100nm的SiAs扩散源(3)；
步骤4)通过PECVD生长厚度为100nm的SiO2扩散保护膜(4)；
步骤5)将晶圆送入扩散炉，抽真空到1Pa以下，通入N2保护，加热至800～900℃退火处理5～10h，实现无序化扩散，获得窗口结构。
具体来说：在GaAs晶圆片1上，通过PECVD生长厚度为100nm的SiN扩散掩蔽膜2；使用NH4F腐蚀SiN，形成扩散源窗口；通过MOCVD生长厚度为100nm的SiAs扩散源3；通过PECVD生长厚度为100nm的SiO2扩散保护膜4；晶圆送入扩散炉，抽真空到1Pa以下，通入N2保护，加热至800～900℃退火处理5～10h，实现无序化扩散，获得窗口结构。
本专利从新材料、新工艺、新方法出发研究量子阱无序化扩散工艺，相比于腔面钝化技术，超高真空解离技术等，该技术不需要复杂昂贵的设备，而且实现过程相对简单，不会明显增加激光器制作成本。首次提出利用SiAs作为扩散技术的扩散源，它不需要采用As气氛保护下的闭管扩散方式，减少了整个工艺平台的复杂性与危险性，进一步节约了成本。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种实现量子阱无序化的扩散加工方法，其特征在于，包括：
步骤1)在GaAs晶圆片(1)上，通过等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)生长厚度为100nm的SiN扩散掩蔽膜(2)；
步骤2)使用NH4F腐蚀SiN，形成扩散源窗口；
步骤3)通过金属有机化合物化学气相淀积法(MOCVD)生长厚度为100nm的SiAs扩散源(3)；
步骤4)通过PECVD生长厚度为100nm的SiO2扩散保护膜(4)；
步骤5)将晶圆送入扩散炉，抽真空到1Pa以下，通入N2保护，加热至800～900℃退火处理5～10h，实现无序化扩散，获得窗口结构。
2.根据权利要求1所述的实现量子阱无序化的扩散加工方法，其特征在于：通过等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)生长厚度为100nm的SiN扩散掩蔽膜(2)，抑制退火后该区下方GaAs晶圆片(1)量子阱带隙变化。
3.根据权利要求1所述的实现量子阱无序化的扩散加工方法，其特征在于：通过金属有机化合物化学气相淀积法(MOCVD)在扩散源窗口，生长厚度为100nm的SiAs扩散源(3)，促进退火后该区下方GaAs晶圆片(1)量子阱带隙变化。
4.根据权利要求1所述的实现量子阱无序化的扩散加工方法，其特征在于：通过PECVD在SiAs扩散源(3)上生长厚度为100nm的SiO2扩散保护膜(4)，保护退火后该区下方GaAs晶圆片(1)不发生碎裂。
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