CN109507006B - 应用于vcsel结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法及其vcsel结构外延片 - Google Patents

应用于vcsel结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法及其vcsel结构外延片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法及其VCSEL结构外延片，逐层刻蚀方法包括以下步骤：(1)在VCSEL结构外延片的上方放置一个激光器，使所述激光器的出射光对准VCSEL结构外延片；(2)调节所述激光器照射在所述VCSEL结构外延片上的光斑直径为1.5‑2.5mm，调节所述激光器的输出功率为500W；(3)所述激光器对所述VCSEL结构外延片进行激光刻蚀，待所述VCSEL结构外延片的刻蚀深度到达3‑5μm后，停止激光刻蚀。VCSEL结构外延片，所述VCSEL结构外延片上的刻蚀区域是直径为1.5‑2.5mm的圆形，所述VCSEL结构外延片的刻蚀深度为3‑5μm。

Description

应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法及 其VCSEL结构外延片
技术领域
本发明属于在外延测试技术的领域，具体涉及一种应用于VCSEL结构材料 的光致发光测试的逐层刻蚀方法及其VCSEL结构外延片。
背景技术
目前，在测试VCSEL结构外延片光致发光的过程中，由于VCSEL结构外 延片结构复杂且外延层厚度较厚，利用现有的光致发光技术无法测试到VCSEL 结构外延片内部的光致发光。
为了提高检测精度，需要对样品进行刻蚀，而现有刻蚀方法需要将样品置 于强酸，强碱，强氧化剂、去离子水配置的混合溶液中，并且其中这几种溶液 的比例需要特定配比，溶液也都是高纯化学试剂(如MOS级别)，制作费用高 昂，且该腐蚀液对人体有伤害性，操作中一旦出现失误，腐蚀液溅到烧杯外， 如人体防护不够，会导致操作人员受伤，导致生产安全问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层 刻蚀方法及其VCSEL结构外延片，解决了由于VCSEL结构外延片结构复杂或 外延层厚度较厚而导致的现有光致发光技术无法测试到VCSEL结构外延片内 部的光致发光的问题，以及提供一种能够缩减生产成本并且提高生产安全性的 测试方式。
为了实现上述目的，本发明提供的一种应用于VCSEL结构外延片的光致发 光测试的逐层刻蚀方法，包括以下步骤：
(1)在VCSEL结构外延片的上方放置一个激光器，使所述激光器的出射 光对准VCSEL结构外延片；
(2)调节所述激光器照射在所述VCSEL结构外延片上的光斑直径为1.5- 2.5mm，调节所述激光器的输出功率为500W；
(3)所述激光器对所述VCSEL结构外延片进行激光刻蚀，待所述VCSEL 结构外延片的刻蚀深度到达3-5μm后，停止激光刻蚀。
优选地，所述激光器对所述VCSEL结构外延片进行激光刻蚀的时间是 150—155秒。
优选地，所述激光器为大功率808nm激光器。
优选地，所述VCSEL结构外延片为III-V族化合物半导体。
进一步地，还包括以下步骤：
(4)当该VCSEL结构外延片露出量子阱区域后，用激光器激发量子阱中 的电子跃迁到导带上，该VCSEL结构外延片中的电子释放能量出射光，由此 对激光刻蚀后的VCSEL结构外延片便于进行光致发光测试。
进一步地，还包括以下步骤：
(5)通过对波长的检测可以判定该VCSEL结构外延片材料内部的量子阱 生长是否正常。
本发明还提供一种由上述的逐层刻蚀方法制成的VCSEL结构外延片，所述 VCSEL结构外延片上的刻蚀区域是直径为1.5-2.5mm的圆形，所述VCSEL结 构外延片的刻蚀深度为3-5μm。
优选地，所述VCSEL结构外延片为III-V族化合物半导体。
本发明提供的应用于VCSEL结构外延片的逐层刻蚀光致发光测试的方法及 其VCSEL结构外延片，具有如下有益效果：
通过对结构复杂且外延层较厚的VCSEL结构外延片进行激光逐层刻蚀后， 能够对VCSEL结构外延片进行光致发光测试，解决了由于VCSEL结构外延片 结构复杂外延层厚度较厚，现有的光致发光技术无法测试到VCSEL结构外延 片内部的光致发光的问题。
附图说明
图1为本具体实施方式中的应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐 层刻蚀方法的流程图。
图2为本具体实施方式中逐层刻蚀VCSEL结构外延片的结构示意图。
图中：
1.大功率808nm激光器2.VCSEL结构外延片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式 对本发明作进一步的详细说明。
一种应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法，针对 VCSEL结构外延片2，用于测试III-V族化合物半导体薄膜材料外延层，该方 法对VCSEL结构外延片2进行逐层刻蚀，可以测试到VCSEL结构外延片2内 部的光致发光。VCSEL结构外延片2可以是III-V族化合物半导体，例如GaAs 材料、GaSb材料、InAs材料等。
VCSEL，全名为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser)，以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于LED(发光二极管)和LD(Laser Diode，激光二极管)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、 阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用与光通信、光 互连、光存储等领域。
根据图1所示，在VCSEL结构外延片2的上方放置一个大功率808nm激 光器1，使该激光器的出射光对准VCSEL结构外延片2，对准后调节激光器的 光斑至直径为2mm，激光器的输出功率调节为500W，激光器的工作参数调节 完成后对VCSEL结构外延片2表面进行激光刻蚀，刻蚀时间为153.7秒，刻蚀 后，对VCSEL结构外延片2进行刻蚀深度测试，对VCSEL结构外延片2的刻 蚀深度到达3.8μm后，即可停止激光刻蚀，此时该VCSEL结构外延片2露出量子阱区域，然后用激光器激发量子阱中的电子跃迁到导带上，该VCSEL结构 外延片2中的电子释放能量出射光，由此对激光刻蚀后的VCSEL结构外延片2 便于进行光致发光测试。最后，通过对波长的检测可以判定该VCSEL结构外 延片2材料内部的量子阱生长是否正常。
光致发光是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致 发光的现象，即物质吸收光子(或电磁波)后重新辐射出光子(或电磁波)的 过程。从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级 的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。
激光逐层刻蚀是指利用高能量密度的激光束作为刻蚀手段的一种高效精密 刻蚀方法。在足够高的功率密度激光照射下，VCSEL结构外延片产生蒸发并形 成小孔，通过控制刻蚀激光的功率、光斑大小、刻蚀时间等参数来达到对 VCSEL结构外延片逐层刻蚀的目的。
通过对VCSEL结构外延片2进行激光逐层刻蚀后，对VCSEL结构外延片 2进行逐层刻蚀，进而可以测试到VCSEL结构外延片2内部的光致发光，解决 了由于VCSEL结构外延片2结构复杂或外延层厚度较厚而导致的现有光致发光 技术无法测试到VCSEL结构外延片2内部的光致发光的问题。
便于进行光致发光测试的VCSEL结构外延片2，为经过大功率808nm激光 器1刻蚀后的VCSEL结构外延片2，大功率808nm激光器1的输出功率调节为 500W，，激光刻蚀后的VCSEL结构外延片2上的刻蚀区域直径为2mm，刻蚀 深度为3.8μm，激光刻蚀后的VCSEL结构外延片2能够利用光致发光测试技术 测试到VCSEL结构外延片2内部的光致发光。
本申请采用化学湿法腐蚀的方式将VCSEL上层材料刻蚀掉，露出量子阱区 域，然后用激光器激发量子阱中的电子跃迁到导带上，电子释放能量出射光， 通过对波长的检测可以判定量子阱生长是否正常。该测试结果通常不会有很大 的误差，并且激光刻蚀速率快，检测时间短，特别适合用于大规模生产中，通 常仅需5至10分钟就可以达到检测要求。
采用传统的化学腐蚀方式无法对刻蚀深度做精确控制，而且随着每个人配 置溶液的手法不一样，导致腐蚀速率有较大偏差。因此，采用激光刻蚀逐层剥 离的方式，可以精确控制刻蚀的深度，并且不需要刻蚀更多的外延层，就可以 达到测试的目的。因此，速度快，安全性高，可重复性好，数据可靠。特别适 用于大规模生产测试方法中，可以节约时间，提高生产效率，
采用本申请这种激光剥离的方式，安全性非常高，且稳定可靠，重复性非 常好，只需刻蚀最小的厚度，可以检测量子阱发光就可以停止刻蚀。这样节省 时间，提高生产效率。刻蚀速率精确可控，重复性高。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只 是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替 换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法，其特征在于，所述VCSEL结构外延片为III-V族化合物半导体，包括以下步骤：
(1)在VCSEL结构外延片的上方放置一个激光器，使所述激光器的出射光对准VCSEL结构外延片；
(2)调节所述激光器照射在所述VCSEL结构外延片上的光斑直径为1.5-2.5mm，调节所述激光器的输出功率为500W；
(3)所述激光器对所述VCSEL结构外延片进行激光刻蚀，待所述VCSEL结构外延片的刻蚀深度到达3-5μm后，停止激光刻蚀，所述激光器对所述VCSEL结构外延片进行激光刻蚀的时间是150—155秒。
2.根据权利要求1所述的应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法，其特征在于，所述激光器为大功率808nm激光器。
3.根据权利要求1所述的应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(4)当该VCSEL结构外延片露出量子阱区域后，用激光器激发量子阱中的电子跃迁到导带上，该VCSEL结构外延片中的电子释放能量出射光，由此对激光刻蚀后的VCSEL结构外延片便于进行光致发光测试。
4.根据权利要求3所述的应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(5)通过对波长的检测可以判定该VCSEL结构外延片材料内部的量子阱生长是否正常。
5.一种由权利要求1-4任一项所述的应用于VCSEL结构外延片的光致发光测试的逐层刻蚀方法制成的VCSEL结构外延片，其特征在于，所述VCSEL结构外延片上的刻蚀区域是直径为1.5-2.5mm的圆形，所述VCSEL结构外延片的刻蚀深度为3-5μm。
6.根据权利要求5所述的VCSEL结构外延片，其特征在于，所述VCSEL结构外延片为III-V族化合物半导体。
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