CN113394656A - 一种vcsel的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VCSEL的制备方法，涉及垂直腔面发射激光器技术领域。本发明的一种VCSEL的制备方法，所述方法将整个制备工艺进行简化，在进行电极金属沉积时，不使用蒸镀工艺，且摆脱了传统的双层胶工艺，在保证性能与良率的情况下，大大减少了制备工序，达成快速制成芯片的目的，可以节约大量的时间以及人力。
Description
技术领域
本发明涉及垂直腔面发射激光器技术领域，尤其涉及一种VCSEL的制备方法。
背景技术
VCSEL全名垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface EmittingLaser,VCSEL)，简称面射型激光。相对于LED(发光二极管)、LD(Laser Diode，激光二极管)、DFB激光器等其他光源，VCSEL光源有诸多优良的特性，包括：发光效率高、功耗极低，光束质量好，易于光纤耦合，可调变频率就达数Giga Hz，超窄的线宽，极高的光束质量，高偏振比，造价便宜等。
目前的主流的VCSEL包括200mW、660nm、980nm、940nm等等，其中940nm 的VCSEL，其生产工艺至少需八道光罩，四道蚀刻以及五次镀金属，总共有三十多个步骤，生产周期大约为10天，现有技术中也有一种短周期的制备方法，大约仅需要三步光刻，但是制备得到的VCSEL性能测试是不合格的。因此目前急需研发一种在保证VCSEL性能测试合格的情况下，而生产周期短的制备方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于公开一种VCSEL的制备方法，在保证性能与良率的情况下，大大减少了制备工序，达成快速制成芯片的目的，可以节约大量的时间以及人力。
具体的，本发明的一种VCSEL的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：
S1：在全结构的外延片的N面上生长一层应力膜；
S2：在所述外延片上通过干法刻蚀形成台阶，完全裸露出氧化层；
S3：利用湿法氧化工艺定义出发光区域；
S4：在晶圆P面沉积一层光学膜，并通过光刻及干法刻蚀刻出电极图形；
S5：利用溅射金属工艺，在电极图形上镀上电极金属材料，形成P面的欧姆接触；
S6：旋涂正性光刻胶，曝光显影后，进行金属沉积，实现P面的金属互联；
S7：进行切割道的光刻与蚀刻，得到芯片的粗略图形；
S8：对晶圆进行研磨减薄以及N面的金属沉积；
S9：对晶圆进行切割得到芯片。
进一步，所述S2、S4步骤进行干法刻蚀前，均需使用旋涂机旋涂一层正光刻胶。
进一步，所述应力膜材料为SiNx或SiO2。
进一步，所述光学膜材料选自Si、N、O、Al、F、Mg元素形成电介质的一种或几种。
进一步，所述电极金属材料为钛、铬、钨、金、锑中的一种或几种。
进一步，所述背面金属沉积为金、钛、银、铜、铬、锰、锗元素中的一种或者几种。
进一步，所述全结构的外延片依次包括单晶衬底、N-DBR、氧化层、量子阱有源层、P-DBR。
本发明的有益效果：
1、本发明公开了一种VCSEL的制备方法，和传统的制备工艺相比，大大减少了操作步骤，且保证了制备得到的VCSEL芯片的光电特性及可靠性。
2、本发明的一种VCSEL的制备方法，利用金属溅射工艺镀上电极金属材料，和传统的蒸镀工艺相比，首先传统的蒸镀工艺为了方便金属剥离，需要旋涂一层牺牲层加一层正光刻胶层，而本发明的制备方法，仅需要旋涂一层正性光刻胶即可，大大节约了材料、人工和时间成本，同时由于省掉了牺牲层，因此避免了牺牲层带来的内蚀现象，从而避免出现金属电极形状不规则以及沉积金属的致密性不好的问题，另外仅使用一层光刻胶工艺，还省去了使用双层胶所必须烘烤的步骤，更是节约了大量的时间。
3、本发明的一种VCSEL的制备方法，制备得到的芯片，光学膜和金属电极之间没有间隙，从而在一定程度上保证了可靠性。
4、本发明的一种VCSEL的制备方法，在进行电极金属沉积前，先进行了氧化，保证了氧化的质量。
附图说明
图1-图2是本发明一种VCSEL的制备方法中各步骤对应的结构示意图；
图3是实施例制备得到的VCSEL芯片的俯视图；
图4为图2中A处的SEM图；
图5是实施例制备得到的VCSEL芯片的测试检测结果图；
其中，单晶衬底1、N-DBR 2、氧化层3、量子阱有源层4、P-DBR 5、应力膜6、台阶7、光学膜8、电极环9、金金属层10。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例
S1：取一张全结构的外延片，全结构的外延片依次包括单晶衬底1、N-DBR 2、氧化层3、量子阱有源层4、P-DBR 5等，本实施例的单晶衬底为砷化镓衬底，将其清洗干净并烘干，然后在外延片的N面上采用现有方法生长一层SiNx或SiO2作为应力膜6，应力膜能够进行翘曲的补偿，使晶圆平整，易于后续的光刻、曝光等处理的进行，其厚度根据实际情况进行选择即可。
S2：利用现有技术，在晶圆P面旋涂一层正光刻胶，曝光显影后，显影后的光刻胶需完全覆盖住台面，从而保证后续的刻蚀效果，然后在显影后的晶圆上通过干法刻蚀形成台阶7，去胶，完全裸露出氧化层。
S3：利用湿法氧化工艺，进行氧化处理，达到光电限制作用，定义出发光区域。
S4：在晶圆P面使用PECVD沉积一层厚度为1600埃的光学膜8，光学膜8 材料选自Si、N、O、Al、F、Mg元素形成电介质的一种或几种，可以是SiN、SiO 或SiON等，光学膜8盖住发光孔及侧边的氧化层，作用是防止继续氧化，并且覆盖住出光孔后能够改变折射率达到最佳出光的效果，然后旋涂上一层正光刻胶，曝光显影后，通过干法刻蚀刻出电极图形，本实施例为环状。
S5：利用溅射金属工艺，在电极图形上镀上电极金属材料，得到电极环9，形成P面的欧姆接触。
S6：再旋涂一层正光刻胶，曝光显影，显影后的光刻胶覆盖住出光孔，然后进行金属沉积上2μm厚的电极金属材料，可以为钛、铬、钨、金、锑中的一种或几种，本实施例选择金作为电极金属材料形成金金属层10，实现P面的金属互联，如图2所示。
S7：进行切割道的光刻与蚀刻，得到芯片的粗略图形；
S8：对晶圆进行研磨减薄以及N面的金属沉积，。
S9：对晶圆进行切割得到芯片。
制备完成后利用测试机台进行电特性检测，如图3-图5所示，从图4可以看出，溅射得到的电极环的金属与其左右的光学膜接触良好，并与外延片上最上层的caplayer层接触紧密，保证了芯片的可靠性，且通过图5的检测结果可以看出，本发明制备得到的芯片性能比较集中，可以确保良率，达到了和现有工艺制备得到的芯片基本相同的测试参数。
对比例
本对比例为现有的常规的940nm VCSEL的制备工艺。
现在通用制备940nm芯片的制备流程需要八个光刻步骤，四次干法刻蚀，四次光学膜的沉积以及五次金属的沉积。
将现有的制备方法和本发明的制备方法所使用到的光刻胶用量、贵金属用量、所需时间进行统计，结果如表1所示：
表1
| 光刻胶用量/ml | 贵金属用量 | 所需时间/d | |
| 实施例 | 80 | 270 | 3 |
| 对比例 | 42 | 171 | 10 |
可以看出，本发明的制备方法比传统的制备方法少了2/3的时间，且由于本发明的制备方法仅需4步光刻，三次刻蚀，两次光学膜的沉积以及三次金属的沉积，光刻胶和贵金属的用量也大大减少，从而大大减少生产成本。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (7)
1.一种VCSEL的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
S1：在全结构的外延片的N面上生长一层应力膜；
S2：在所述外延片上通过干法刻蚀形成台阶，完全裸露出氧化层；
S3：利用湿法氧化工艺定义出发光区域；
S4：在晶圆P面沉积一层光学膜，并通过光刻及干法刻蚀刻出电极图形；
S5：利用溅射金属工艺，在电极图形上镀上电极金属材料，形成P面的欧姆接触；
S6：旋涂正性光刻胶，曝光显影后，进行金属沉积，实现P面的金属互联；
S7：进行切割道的光刻与蚀刻，得到芯片的粗略图形；
S8：对晶圆进行研磨减薄以及N面的金属沉积；
S9：对晶圆进行切割得到芯片。
2.根据权利要求1所述的一种VCSEL的制备方法，其特征在于，所述S2、S4步骤进行干法刻蚀前，均需使用旋涂机旋涂一层正光刻胶。
3.根据权利要求2所述的一种VCSEL的制备方法，其特征在于，所述应力膜材料为SiNx或SiO2。
4.根据权利要求3所述的一种VCSEL的制备方法，其特征在于，所述光学膜材料选自Si、N、O、Al、F、Mg元素形成电介质的一种或几种。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种VCSEL的制备方法，其特征在于，所述电极金属材料为钛、铬、钨、金、锑中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的一种VCSEL的制备方法，其特征在于，所述N面金属沉积为金、钛、银、铜、铬、锰、锗元素中的一种或者几种。
7.根据权利要求6所述的一种VCSEL的制备方法，其特征在于，所述全结构的外延片依次包括单晶衬底、N-DBR、氧化层、量子阱有源层、P-DBR。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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