CN111490454B - 一种具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，先通过在二氧化硅钝化膜上涂负性光刻胶，之后再将负性光刻胶上的金属层中最上端的Au层进行粗化处理，粗化处理后再制备Au导电层可以提高Au导电层的覆盖的稳定性，金属层的制备速率较低，Au导电层中从第一Au层至第四Au层的生长速率依次增加，通过不同生长速率的方式就可以完成沟槽深度大于2um的脊型波导结构激光器由金属层及Au导电层构成的P面金属层的蒸镀，避免了P面聚合物填平，防止出现金属断层，操作方便，简化了工艺步骤，缩短了生产周期，同时降低了原材料的消耗，增加了整个工艺的可重复性以及稳定性。

Description

一种具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法
技术领域
本发明涉及半导体激光器制造技术领域，具体涉及一种具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法。
背景技术
半导体激光器自问世以来，由于其体积小、功率高、寿命长、使用方便等优点，在光存储、光通信以及国防、医疗等领域备受青睐。出于产品生产工艺实施以及产品性能的影响,如附图 1所示，目前的半导体激光器大多数采用脊型波导的结构,即脊型的电流注入区域比较高,而脊型沟槽2两侧则需要腐蚀或者刻蚀掉外延材料的一部分,造成了芯片表面脊型部分与其他区域不平整的表面，这就造成了P面金属层4很难完整平摊的覆盖芯片表面、脊型两侧面以及深沟整个侧面，使P面金属层4产生了金属断层5的现象，致使后面封装过程中，如果扎测的地方落到管芯表面P面金属断裂的一侧，就会出现电流无法达到电流注入区域，出现扎测管芯不激射的现象，影响管芯的性能。在大电流的情况下还会出现烧断电极的现象。
对于上面的问题，目前对于脊型波导结构激光器P面电极的制备主要采用下面2种方法：一种是采用聚合物填平的工艺，如中国专利CN100397735C中提供的，在刻蚀出脊型波导芯片表面生长一层二氧化硅钝化膜，然后旋涂聚合物聚酰亚胺膜，使其充满脊型波导突起的两侧，高温固化，经过光刻、显影、干法刻蚀出波导层的接触窗口，去除芯片表面的剩余光刻胶和脊型波导突起表面的二氧化硅钝化膜，再蒸发P型电极。这种方法虽然解决了P型电极的,问题，也使用了填平工艺以及刻蚀工艺。另一种方法为增加P面金属的厚度，例如直接大面积生长钛/铂/金薄电极，然后带胶电镀厚金，采用干法刻蚀去除多余的金属，这种方法引入干法刻蚀，而且很难精确控制干法刻蚀的速率，并且铂的刻蚀速率非常的慢。或者是采用两次光刻和两次蒸镀的方式，增加P面金属的厚度，例如中国专利CN108493768以及CN108899756中提供了采用光刻胶，光刻出激光器的电极图形，带胶剥离工艺，依次溅射生长钛/铂/金三层金属薄层，剥离光刻胶，再采用胶光刻出电极需要加厚的图形，带胶采用电镀或者蒸镀的方法，增加一层厚金薄膜，剥离光刻胶，完成脊型波导结构半导体激光器电极的制备。这两篇专利都对光刻胶提出了比较高的要求，第二次需要制备比较厚的光刻胶，而且在二次金属的蒸镀过程中需要注意光刻胶形貌的变化，同时增加P面金属的厚度。
而且出于产品升级的需要,目前许多产品需要在芯片的表面腐蚀出比较深的沟槽,有些已经达到4um以上.而且，由于外延层各部分的材料的差异，在采用湿法腐蚀的过程中，各种材料的腐蚀速率不同，在腐蚀的过程中很容易造成脊型顶部区域的盖帽现象。上面两种方法很难满足带有深沟的脊型波导结构P面金属层的需要。在我们的操作过程中发现，在P面金属的蒸镀过程中，第一层薄金属的形貌直接决定了整个P面金属的整体形貌。在整个P面金属的蒸镀过程中底层金属起着至关重要的作用。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种使P面金属完整平摊覆盖芯片表面，防止出现金属断层的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，包括如下步骤：
a)制备外延片，外延片自下至上依次包括衬底、N限制层、量子阱有源区、AlGaInP层和GaAs层，在AlGaInP层和GaAs层上腐蚀出脊型发光区，脊型发光区两侧形成脊型沟槽；
b)在脊型发光区以外的外延片的表面利用PECVD设备和光刻工艺制备一层二氧化硅钝化膜；
c)在二氧化硅钝化膜上旋涂一层负性光刻胶，利用光刻、显影工艺制备出P电极图形；
d)在二氧化硅钝化膜上的P电极图形的区域生长金属层，所述金属层自下而上依次为金属Ti构成的Ti层、金属Pt构成的Pt层以及金属Au构成的Au层；
e)将外延片放到Au腐蚀液中进行腐蚀，使金属层中的Au层的表面变粗糙，金属层粗化后将外延片从腐蚀液中取出并清洗处理；
f)在粗化后的Au层上以生长速率Ⅰ生长金属Au构成的第一Au层，在第一Au层上以生长速率Ⅱ生长金属Au构成的第二Au层，在第二Au层上以生长速率Ⅲ生长金属Au构成的第三Au层，在第三Au层上以生长速率Ⅳ生长金属Au构成的第四Au层，第一Au层、第二Au层、第三Au层以及第四Au层构成Au导电层，生长速率Ⅰ小于生长速率Ⅱ，生长速率Ⅱ小于生长速率Ⅲ，生长速率Ⅲ小于生长速率Ⅳ；
g)将外延片放入丙酮溶液中去掉金属层下方的负性光刻胶；
h)将外延片减薄、N面电极蒸镀、合金、封装，制成GaAs基激光器。
优选的，步骤a)中脊型沟槽的深度大于2μm且小于8μm。
优选的，步骤b)中二氧化硅钝化膜的厚度为1000-2000埃。
优选的，步骤c)中负性光刻胶的厚度为25000-35000埃。
优选的，步骤d)中金属层的生长速率为1Å/S。
优选的，步骤d)中金属层中的Ti层的厚度为400埃， Pt层的厚度为400埃，Au层的厚度为600埃。
优选的，步骤e)中腐蚀时间为25-50s。
优选的，步骤f)中第一Au层的厚度为500埃，第二Au层的厚度为500埃，第三Au层的厚度为500埃。
优选的，步骤f)中生长速率Ⅰ为1Å/S，生长速率Ⅱ为2Å/S，生长速率Ⅲ为4Å/S，生长速率Ⅳ为10Å/S。
本发明的有益效果是：先通过在二氧化硅钝化膜上涂负性光刻胶，之后再将负性光刻胶上的金属层中最上端的Au层进行粗化处理，粗化处理后再制备Au导电层可以提高Au导电层的覆盖的稳定性，金属层的制备速率较低，Au导电层中从第一Au层至第四Au层的生长速率依次增加，通过不同生长速率的方式就可以完成沟槽深度大于2um的脊型波导结构激光器由金属层及Au导电层构成的P面金属层的蒸镀，避免了P面聚合物填平，防止出现金属断层，操作方便，简化了工艺步骤，缩短了生产周期，同时降低了原材料的消耗，增加了整个工艺的可重复性以及稳定性。
附图说明
图1为常规具有深沟脊型芯片的侧面示意图；
图2为本发明的外延片的结构示意图；
图3为本发明的粗化后的金属层的芯片示意图；
图4为本发明的P面金属层蒸镀后的结构示意图；
图中，1.外延片 2.脊型沟槽 3.二氧化硅钝化膜 4.P面金属层 5.金属断层 6.金属层 7.Au导电层。
具体实施方式
下面结合附图1至附图4对本发明做进一步说明。
一种具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，包括如下步骤：
a)制备外延片1，外延片自下至上依次包括衬底、N限制层、量子阱有源区、AlGaInP层和GaAs层，在AlGaInP层和GaAs层上腐蚀出脊型发光区，脊型发光区两侧形成脊型沟槽2；
b)在脊型发光区以外的外延片1的表面利用PECVD设备和光刻工艺制备一层二氧化硅钝化膜3；
c)在二氧化硅钝化膜3上旋涂一层负性光刻胶，利用光刻、显影工艺制备出P电极图形；
d)在二氧化硅钝化膜3上的P电极图形的区域生长金属层6，所述金属层6自下而上依次为金属Ti构成的Ti层、金属Pt构成的Pt层以及金属Au构成的Au层；
e)将外延片1放到Au腐蚀液中进行腐蚀，使金属层6中的Au层的表面变粗糙，金属层6粗化后将外延片从腐蚀液中取出并清洗处理；
f)在粗化后的Au层上以生长速率Ⅰ生长金属Au构成的第一Au层，在第一Au层上以生长速率Ⅱ生长金属Au构成的第二Au层，在第二Au层上以生长速率Ⅲ生长金属Au构成的第三Au层，在第三Au层上以生长速率Ⅳ生长金属Au构成的第四Au层，第一Au层、第二Au层、第三Au层以及第四Au层构成Au导电层7，生长速率Ⅰ小于生长速率Ⅱ，生长速率Ⅱ小于生长速率Ⅲ，生长速率Ⅲ小于生长速率Ⅳ；
g)将外延片1放入丙酮溶液中去掉金属层6下方的负性光刻胶；
h)将外延片1减薄、N面电极蒸镀、合金、封装，制成GaAs基激光器。
先通过在二氧化硅钝化膜3上涂负性光刻胶，之后再将负性光刻胶上的金属层6中最上端的Au层进行粗化处理，粗化处理后再制备Au导电层7可以提高Au导电层7的覆盖的稳定性，金属层6的制备速率较低，Au导电层7中从第一Au层至第四Au层的生长速率依次增加，通过不同生长速率的方式就可以完成沟槽深度大于2um的脊型波导结构激光器由金属层6及Au导电层7构成的P面金属层4的蒸镀，避免了P面聚合物填平，防止出现金属断层5，操作方便，简化了工艺步骤，缩短了生产周期，同时降低了原材料的消耗，增加了整个工艺的可重复性以及稳定性。
实施例1：
步骤a)中脊型沟槽2的深度大于2μm且小于8μm。
实施例2：
步骤b)中二氧化硅钝化膜3的厚度为1000-2000埃。
实施例3：
步骤c)中负性光刻胶的厚度为25000-35000埃。
实施例4：
步骤d)中金属层6的生长速率为1Å/S。
实施例5：
步骤d)中金属层6中的Ti层的厚度为400埃， Pt层的厚度为400埃，Au层的厚度为600埃。
实施例6：
步骤e)中腐蚀时间为25-50s。
实施例7：
步骤f)中第一Au层的厚度为500埃，第二Au层的厚度为500埃，第三Au层的厚度为500埃。
实施例8：
步骤f)中生长速率Ⅰ为1Å/S，生长速率Ⅱ为2Å/S，生长速率Ⅲ为4Å/S，生长速率Ⅳ为10Å/S。

Claims (9)

1.一种具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)制备外延片（1），外延片自下至上依次包括衬底、N限制层、量子阱有源区、AlGaInP层和GaAs层，在AlGaInP层和GaAs层上腐蚀出脊型发光区，脊型发光区两侧形成脊型沟槽（2）；
b)在脊型发光区以外的外延片（1）的表面利用PECVD设备和光刻工艺制备一层二氧化硅钝化膜（3）；
c)在二氧化硅钝化膜（3）上旋涂一层负性光刻胶，利用光刻、显影工艺制备出P电极图形；
d)在二氧化硅钝化膜（3）上的P电极图形的区域生长金属层（6），所述金属层（6）自下而上依次为金属Ti构成的Ti层、金属Pt构成的Pt层以及金属Au构成的Au层；
e)将外延片（1）放到Au腐蚀液中进行腐蚀，使金属层（6）中的Au层的表面变粗糙，金属层（6）粗化后将外延片从腐蚀液中取出并清洗处理；
f)在粗化后的Au层上以生长速率Ⅰ生长金属Au构成的第一Au层，在第一Au层上以生长速率Ⅱ生长金属Au构成的第二Au层，在第二Au层上以生长速率Ⅲ生长金属Au构成的第三Au层，在第三Au层上以生长速率Ⅳ生长金属Au构成的第四Au层，第一Au层、第二Au层、第三Au层以及第四Au层构成Au导电层（7），生长速率Ⅰ小于生长速率Ⅱ，生长速率Ⅱ小于生长速率Ⅲ，生长速率Ⅲ小于生长速率Ⅳ；
g)将外延片（1）放入丙酮溶液中去掉金属层（6）下方的负性光刻胶；
h)将外延片（1）减薄、N面电极蒸镀、合金、封装，制成GaAs基激光器。
2.根据权利要求1所述的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于：步骤a)中脊型沟槽（2）的深度大于2μm且小于8μm。
3.根据权利要求1所述的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于：步骤b)中二氧化硅钝化膜（3）的厚度为1000-2000埃。
4.根据权利要求1所述的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于：步骤c)中负性光刻胶的厚度为25000-35000埃。
5.根据权利要求1所述的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于：步骤d)中金属层（6）的生长速率为1Å/S。
6.根据权利要求1所述的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于：步骤d)中金属层（6）中的Ti层的厚度为400埃， Pt层的厚度为400埃，Au层的厚度为600埃。
7.根据权利要求1所述的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于：步骤e)中腐蚀时间为25-50s。
8.根据权利要求1所述的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于：步骤f)中第一Au层的厚度为500埃，第二Au层的厚度为500埃，第三Au层的厚度为500埃。
9.根据权利要求1所述的具有深沟槽的脊型GaAs基激光器的P面金属制备方法，其特征在于：步骤f)中生长速率Ⅰ为1Å/S，生长速率Ⅱ为2Å/S，生长速率Ⅲ为4Å/S，生长速率Ⅳ为10Å/S。
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