发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术无法兼顾去除第一波导的顶部表面的钝化膜的效果较好和第一波导的侧壁保留的钝化膜较多、提高工艺效率且降低工艺成本的生产工艺要求。
本发明提供一种半导体激光器的制作方法:提供半导体衬底层;在所述半导体衬底层上形成有源层;在部分所述有源层背向所述半导体衬底层的一侧形成第一波导;在所述有源层的表面、以及第一波导的顶部表面和侧壁表面形成钝化膜;在所述钝化膜的表面涂覆光刻胶层,所述光刻胶层的表面高于所述第一波导的顶部表面的钝化膜;采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶层,直至所述光刻胶层的表面暴露出第一波导的顶部表面的钝化膜;进行所述湿法刻蚀工艺之后,采用干法等离子体打氧工艺刻蚀部分所述光刻胶层;进行所述干法等离子体打氧工艺之后,以所述光刻胶层为掩膜刻蚀去除第一波导的顶部表面的钝化膜。
可选的,还包括:以所述光刻胶层为掩膜刻蚀去除第一波导的顶部表面的钝化膜之后,去除所述光刻胶层。
可选的,还包括:去除所述光刻胶层之后,在所述第一波导的顶部表面形成第一电极层。
可选的,所述第一电极层还位于所述钝化膜的表面。
可选的,还包括:对所述第一电极层进行退火处理。
可选的,还包括:去除所述光刻胶层之后,在所述半导体衬底层的背面形成第二电极层。
可选的,还包括:形成所述第二电极层之前,对所述半导体衬底层的背面进行减薄;对所述半导体衬底层的背面进行减薄之后,对所述半导体衬底层的背面抛光。
可选的,所述干法等离子体打氧工艺采用干法等离子体打氧机,所述干法等离子体打氧机的腔体内部设置有水平放置的夹具,所述夹具适于水平承载半导体衬底层。
可选的,所述夹具包括金属夹具。
可选的,所述夹具包括:底板,所述底板适于水平承载半导体衬底层;位于所述底板的下表面的脚垫;位于所述底板的上表面周围且与所述底板固定的侧板,所述底板中具有贯穿底板的若干开口。
可选的,所述侧板的高度为0.5mm-1mm。
可选的,所述开口为方形或者圆形,方形边长为0.3cm-1cm,圆形直径为0.3cm-1cm,若开口为方形,开口的中心间距为方形边长的1.1倍-2倍,若开口为圆形,开口的中心间距为圆形直径的1.1倍-2倍。
可选的,所述干法等离子体打氧工艺的参数包括:氧气流量为50sccm-500sccm,射频功率为100W-900W,打氧时间为120s-600s。
可选的,在所述钝化膜的表面涂覆光刻胶层的步骤中,所述光刻胶层的厚度为第一波导的高度的2倍-3倍。
可选的,进行所述湿法刻蚀工艺后且在进行所述干法等离子体打氧工艺之前,所述光刻胶层的上表面低于第一波导的顶部表面。
可选的,进行所述湿法刻蚀工艺后且在进行所述干法等离子体打氧工艺之前,所述光刻胶层的上表面至所述第一波导的顶部表面的高度差为钝化膜的厚度的0.2倍-1倍。
可选的,所述湿法刻蚀工艺的参数包括:腐蚀时间为50s-200s,烘烤温度为100℃-150℃。
可选的,进行所述干法等离子体打氧工艺之后,且在以所述光刻胶层为掩膜刻蚀去除第一波导的顶部表面的钝化膜之前,所述光刻胶层的上表面至所述第一波导的顶部表面的高度差为钝化膜的厚度的0.3倍-2倍。
可选的,干法等离子体打氧工艺中去除的光刻胶层的厚度为50nm-300nm。
可选的,以所述光刻胶层为掩膜刻蚀去除第一波导的顶部表面的钝化膜的工艺为干法刻蚀工艺。
在进行所述干法等离子体打氧工艺之后且在进行所述干法刻蚀工艺之前,所述光刻胶层具有第一厚度。
在所述干法刻蚀工艺中,对所述钝化膜与对所述光刻胶层的刻蚀选择比大于所述钝化膜的厚度/所述第一厚度。
可选的,在所述干法刻蚀工艺后,所述第一波导的顶部表面至所述第一波导的侧部钝化膜的顶面的高度差为50nm-300nm。
可选的,还包括:采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶层之前,所述光刻胶层包括第一区和位于第一区的侧部的第二区,第一区覆盖所述第一波导的顶面和侧壁;提供掩模板,所述掩膜板位于第一区的上方,且掩膜板在光刻胶层的表面的投影与第二区没有重叠区域。
第一区在所述半导体衬底层表面的投影的宽度尺寸为第一波导在所述半导体衬底层的表面的投影的宽度尺寸的5倍-6.5倍。
可选的,所述钝化膜包括二氧化硅或氮化硅,所述钝化膜的厚度为100nm-800nm。
可选的,所述第一波导在所述半导体衬底层表面的正投影图形包括楔形、矩形和扇环中的一种或者几种的任意组合。
本发明技术方案,具有如下优点:
本发明技术方案提供的半导体激光器的制作方法,干法等离子体打氧工艺能使得在刻蚀去除第一波导的顶部表面的钝化膜之前,光刻胶层的表面平整度较高,避免第一波导的顶部表面的钝化膜上的光刻胶残留,保证后续干法刻蚀工艺能干净地去除第一波导的顶部表面的钝化膜,从而提高该工艺的良率。由于干法等离子体打氧工艺能较好的控制光刻胶层的表面的高度位置,与只使用湿法刻蚀工艺完全去除钝化膜上的光刻胶层相比,能在第一波导的侧壁保留的光刻胶层较多,因此,在后续干法刻蚀工艺去除第一波导顶部表面的钝化膜后,能在第一波导的侧壁保留的钝化膜较多。其次,采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶层,直至所述光刻胶层的表面暴露出第一波导的顶部表面的钝化膜,由于湿法刻蚀工艺将高于第一波导的顶部表面的光刻胶层去除掉,这部分的光刻胶层的去除速度快,且能批量进行,因此提高工艺效率。再次,干法等离子体打氧工艺使用的干法等离子体打氧机价格相对低很多,显著降低生产投入成本。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种半导体激光器的制作方法,请参考图1,包括以下步骤:
S1:提供半导体衬底层;
S2:在所述半导体衬底层上形成有源层;
S3:在部分所述有源层背向所述半导体衬底层的一侧形成第一波导;
S4:在所述有源层的表面、以及第一波导的顶部表面和侧壁表面形成钝化膜;
S5:在所述钝化膜的表面涂覆光刻胶层,所述光刻胶层的表面高于所述第一波导的顶部表面的钝化膜;
S6:采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶层,直至所述光刻胶层的表面暴露出第一波导的顶部表面的钝化膜;
S7:进行所述湿法刻蚀工艺之后,采用干法等离子体打氧工艺刻蚀部分所述光刻胶层;
S8:进行所述干法等离子体打氧工艺之后,以所述光刻胶层为掩膜刻蚀去除第一波导的顶部表面的钝化膜。
下面结合图2至图12进行详细的说明。
参考图2,提供半导体衬底层100。
在一个实施例中,所述半导体衬底层100为GaAs或者InP。在其他实施例中,可以为其他半导体材料。
继续参考图2,在所述半导体衬底层100上形成有源层103。
本实施例中,还包括:在形成所述有源层103之前,在所述半导体衬底层100上形成第二波导层102。所述有源层103位于所述第二波导层102背向所述半导体衬底层100的一侧。
在一个具体的实施例中,所述第二波导层102为N型波导层,例如第二波导层102的材料为N型AlGaAsP。在其他实施例中,第二波导层102还可以选择其他半导体材料,不做限制。
在一个具体的实施例中,所述有源层103包括本征半导体,例如有源层103为本征InGaAs和本征GaAs。在其他实施例中,第二有源层103还可以选择其他N型、P型或本征半导体材料,不做限制。
形成所述第二波导层102的工艺的包括沉积工艺,例如金属有机化学气相沉积工艺。
形成所述有源层103的工艺包括沉积工艺,例如金属有机化学气相沉积工艺。
参考图3至图4,在部分所述有源层103背向所述半导体衬底层100的一侧形成第一波导204。
参考图3,在所述有源层103背向所述半导体衬底层100的一侧形成第一波导材料层104;参考图4,图形化第一波导材料层104以形成第一波导204。
图形化第一波导材料层104以形成第一波导204的步骤包括:在所述第一波导材料层104的表面形成图形化的掩膜层;以所述掩膜层为掩膜刻蚀去除部分第一波导材料层104以形成第一波导204。
具体的,以所述掩膜层为掩膜刻蚀去除部分第一波导材料层104的工艺包括干法刻蚀工艺和湿法腐蚀工艺。
在一个实施例中,当第二波导层102为N型波导层时,第一波导204为P型波导。在另一个实施例中,当第二波导层102为P型波导层时,第一波导204为N型波导。
本实施例中,所述第一波导204为P型波导,所述P型波导为两层结构,包括第一子波导层和第二子波导层,所述第一子波导层的材料为P型AlGaAs,所述第二子波导层的材料为P型GaAs。在其他实施例中,所述P型波导可以为其他结构,不做限制;P型波导的材料还可以选择其他半导体材料,不做限制。
形成所述第一波导材料层104的工艺包括沉积工艺,例如金属有机化学气相沉积工艺。
所述第一波导204在半导体衬底层100表面的正投影图形包括第一波导在所述半导体衬底层表面的正投影图形包括楔形、矩形和扇环中的一种或者几种的任意组合。
所述第一波导204的顶部表面可以为平面、曲面或平面与曲面结合。
在一个具体的实施例中,所述第一波导204的宽度为1.5μm-5μm,例如3μm。
参考图5,在所述有源层103的表面、第一波导204的顶部表面和侧壁表面形成钝化膜105。
在一个具体的实施例中,所述钝化膜105的材料为氮化硅或二氧化硅。在其他实施例中,钝化膜105还可以是其他绝缘材料,不做限制。
形成所述钝化膜105的工艺包括沉积工艺,例如等离子体增强化学气相沉积工艺。
在一个实施例中,形成所述钝化膜105的厚度为100nm-800nm,例如500nm。
参考图6,在所述钝化膜105的表面涂覆光刻胶层106,所述光刻胶层106的表面高于所述第一波导204的顶部表面的钝化膜105。
在一个具体的实施例中,所述的光刻胶层106包括正性光刻胶或负性光刻胶。
在一个具体的实施例中,光刻胶层106的高度为第一波导204高度的2倍-3倍,例如2倍。
参考图7,采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶层106,直至所述光刻胶层106的表面暴露出第一波导204的顶部表面的钝化膜105。
在一个实施例中,进行所述湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶层106之前,所述光刻胶层106包括第一区和位于第一区的侧部的第二区,第一区覆盖所述第一波导204的顶面和侧壁;提供掩模板,所述掩膜板位于第一区的上方,且掩膜板在所述光刻胶层106的表面的投影与第二区没有重叠区域;第一区在所述半导体衬底层100表面的投影的宽度尺寸为第一波导204在所述半导体衬底层100的表面的投影的宽度尺寸的5倍-6.5倍,例如6倍。
在一个实施例中,进行所述湿法刻蚀工艺后且在进行所述干法等离子体打氧工艺之前,所述光刻胶层106的上表面低于第一波导204的顶部表面。在本实施例中,所述光刻胶层106的上表面至所述第一波导204的顶部表面的高度差为钝化膜105的厚度的0.2倍-1倍,例如0.5倍。
由于湿法刻蚀工艺将高于第一波导204的顶部表面的光刻胶层去除掉,这部分的光刻胶层的去除速度快,因此能提高工艺效率。
所述湿法刻蚀工艺的参数包括:腐蚀时间为50s-200s,例如110s;烘烤温度为100℃-150℃,例如120℃。
参考图8,进行所述湿法刻蚀工艺之后,采用干法等离子体打氧工艺刻蚀部分所述光刻胶层。
干法等离子体打氧工艺采用专用的干法等离子体打氧机进行,其中,包括金属夹具,所述金属夹具包括:底板,所述底板适于水平承载所述半导体衬底层100;位于所述底板的下表面的脚垫;位于所述底板的上表面周围且与所述底板固定的侧板,所述底板中具有贯穿底板的若干开口;所述侧板为高度0.5mm-1mm;所述开口为方形或者圆形,方形边长为0.3cm-1cm,例如0.5cm,圆形直径为0.3cm-1cm,例如0.4cm,若开口为方形,开口的中心间距为方形边长的1.1倍-2倍,例如1.5倍,若开口为圆形,开口的中心间距为圆形直径的1.1倍-2倍,例如1.5倍;干法等离子体打氧工艺使用参数包括:氧气流量50-500sccm,例如150sccm,射频功率为100W-900W,例如300W,打氧时间120s-600s,例如450s,打氧去胶的深度在50nm-300nm,例如280nm。
所述底板中具有贯穿底板的若干开口有助于在干法等离子体打氧过程中,氧气在打氧区域进行流动,使打氧过程中的电场分布均匀,使打氧效率更高,更均匀。
等离子体打氧工艺去除所述光刻胶层106的厚度为50nm-300nm,例如200nm。
干法等离子体打氧工艺能较好的控制光刻胶层106的表面的位置,与只使用湿法刻蚀工艺完全去除钝化膜105上的光刻胶层106相比,能在第一波导204的侧壁保留的光刻胶层106较多,光刻胶层106在后续刻蚀钝化膜105的过程中可以保护第一波导204侧壁和有源层103表面的钝化膜105,因此,去除第一波导204顶部表面的钝化膜105后,能在第一波导204的侧壁保留的钝化膜105较多。
干法等离子体打氧工艺使用的干法等离子体打氧机价格相对低很多,显著降低生产投入成本。
参考图9,进行所述干法等离子体打氧工艺之后,以所述光刻胶层106为掩膜刻蚀去除第一波导204的顶部表面的钝化膜105。
在一个实施例中,采用干法刻蚀工艺,工艺中使用的气体为CF4和O2。在一个实施例中,在进行所述干法等离子体打氧工艺之后且在进行所述干法刻蚀工艺之前,所述光刻胶层106具有第一厚度。在所述干法刻蚀工艺中,对所述钝化膜105与对所述光刻胶层106的刻蚀选择比大于钝化膜105的厚度/第一厚度。在所述干法刻蚀工艺后,所述第一波导204的顶部表面至所述第一波导204侧部钝化膜105的顶面的高度差为50nm-300nm,例如280nm。
参考图10,去除剩余光刻胶层106。
采用湿法腐蚀,去除剩余光刻胶层106。
参考图11,第一波导204顶部表面形成第一电极层107,所述第一电极层还位于所述钝化膜的表面。
在一个实施例中,第一电极层107为单层结构。在另一个实施例中,第一电极层为多层结构。具体的,本实施例中,第一电极层包括第一子电极膜、第二子电极膜和第三子电极膜,第一子电极膜的材料为Ti,第二子电极膜的材料为Pt,第三子电极膜的材料为Au。
形成所述第一电极层107的工艺包括沉积工艺,例如金属溅射工艺。
本实施例中,还包括:对所述第一电极层进行退火处理,其作用为增加所述第一电极层107与所述第一波导204接触面的融合性,从而降低接触电阻。
参考图12,对所述半导体衬底层100进行减薄和抛光;对所述半导体衬底层100进行减薄和抛光之后,在所述背向第一波导204的半导体衬底层100的表面形成第二电极层108。
所述半导体衬底层100减薄后的高度为100μm-170μm,例如150μm。
在一个实施例中,第二电极层108为单层结构。在另一个实施例中,第二电极层108为多层结构。具体的,本实施例中,第二电极层108包括第四子电极膜、第五子电极膜、第六子电极膜和第七子电极膜,第四子电极膜的材料为AuGeNi、第五子电极膜的材料为Ti、第六子电极膜的材料为Pt和第七子电极膜的材料为Au。
形成所述第二电极层108的工艺包括沉积工艺,例如电子束蒸发工艺。
完成上述步骤后,对上述形成结构进行解理,在解理后的结构前腔面镀增透膜,在解理后结构的后腔面镀高反射膜。
在一个实施例中,所述高反射膜的反射率为90%-99%,所述增透膜的反射率为小于等于0.05%。
将完成上述步骤形成的半导体激光器与光纤光栅等封装在同一光纤耦合模块中。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。