氧化限制型VCSEL制造方法及氧化限制型VCSEL

摘要

本发明公开了一种氧化限制型垂直腔面发射激光器（Vertical‑Cavity Surface‑Emitting Laser，简称VCSEL）制造方法。本发明制造方法包括：使用氯基刻蚀气体对外延片进行干法刻蚀以在外延片上形成主动区平台的干法刻蚀步骤，对所形成的主动区平台侧壁进行湿法氧化以形成具有氧化限制型结构的主动区平台的湿法氧化步骤；在这两个步骤之间还包括以下处理过程：先用氟碳基气体对干法刻蚀后的外延片进行等离子表面处理，然后对外延片进行等离子灰化处理以去除光刻胶以及等离子表面处理所生成的FC高分子膜。本发明还公开了一种氧化限制型VCSEL。相比现有技术，本发明可有效消除干法刻蚀工艺对后道工序的不良影响，有效提高VCSEL成品的性能和可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL）制造方法。

背景技术

功耗低、阈值电流小、调制速度快，光束质量高、芯片结构紧凑、制造成本低，使得垂直腔面发射激光器（VCSEL）成为短距离光通信理想光源。此外，VCSEL激光器还广泛应用于姿态感知、医疗技术、3D传感器、光存储等技术领域。VCSEL激光器有源区薄，腔长短，单层增益小，采用堆叠多层DBR结构可以极大地提高其有效光子寿命。为了提高注入至量子阱有源层电流的收拢性，现有VCSEL激光器多采用湿氧化工艺将其DBR中的一层或多层高铝含量的Al

氧化限制型VCSEL的制作需要先将DBR刻蚀至一定的深度以形成主动区平台，将待氧化的高铝含量层DBR暴露出来，然后对其进行湿法氧化工艺获得氧化限制型结构。现有DBR材料通常为GaAs和Al

发明人发现：在刻蚀终止后，外延片表面残留的Cl与空气中的水蒸气作用形成HCl，HCl与Al

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种氧化限制型VCSEL制造方法，可有效消除干法刻蚀工艺对后道工序的不良影响，有效提高VCSEL成品的性能和可靠性。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种氧化限制型VCSEL制造方法，包括：使用氯基刻蚀气体对外延片进行干法刻蚀以在外延片上形成主动区平台的干法刻蚀步骤，对所形成的主动区平台侧壁进行湿法氧化以形成具有氧化限制型结构的主动区平台的湿法氧化步骤；在这两个步骤之间还包括以下处理过程：先用氟碳基气体对干法刻蚀后的外延片进行等离子表面处理，然后对外延片进行等离子灰化处理以去除光刻胶以及等离子表面处理所生成的FC高分子膜。

优选地，所述氟碳基气体为以下气体中的一种或两种及两种以上的混合：CF

进一步优选地，所述氟碳基气体为CF

更进一步优选地，所述等离子表面处理的工艺参数如下：气体总流量为20-50sccm，压力5-50Pa，功率20-50W，时间5-30s。

优选地，所述等离子灰化处理的工艺气体为O

进一步优选地，所述等离子灰化处理的工艺参数如下：O

进一步地，在湿法氧化步骤之后还包括：在外延片表面涂覆水氧阻隔膜的步骤。

优选地，所述水氧阻隔膜的材料为以下材料中的至少一种：SiN

优选地，使用PECVD（等离子体增强化学气相沉积）或者ALD（原子层沉积）方法在外延片表面涂覆水氧阻隔膜。

一种氧化限制型VCSEL，使用如上任一技术方案所述制造方法得到。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

发明人首次发现并提出现有氧化限制型VCSEL制造工艺中干法刻蚀工序对后道工序所产生的不良影响，并针对这一技术问题对制造工艺进行改进，在干法刻蚀之后，先用氟基等离子表面处理将外延片表面进行处理，用F对Cl进行取代，然后通过灰化工艺将光刻胶和等离子表面处理所生成的FC高分子膜一并去除，可有效消除干法刻蚀CL残留所导致的不良影响，有效提高主动区平台的稳定性、湿氧化的重复性以及激光器的可靠性。

附图说明

图1为一种典型氧化限制型VCSEL的纵剖面结构示意图；其中包括：1、GaAs衬底；2、缓冲层；3、N型DBR；4、量子阱；5、氧化限制层；6、P型DBR；7、N 型电极；8、P 型电极；9、出光孔；

图2a～图2e为本发明氧化限制型VCSEL制造方法的过程示意图。

具体实施方式

针对现有技术在刻蚀后残留Cl所造成的不良影响，本发明的解决思路是从根本上去除Cl残留，在干法刻蚀步骤与湿法氧化步骤之间，即在Cl基Plasma干刻主动区平台完成后原位增加一道用FC基气体Plasma处理主动区平台的工艺，该过程中F形成对Cl的取代，使得处理后的主动区平台表面基本不含有Cl元素，避免了Cl与空气中水蒸气作用形成HCl进而腐蚀DBR层中Al的可能性；同时，FC基气体在主动区平台表面形成一层5-15nm的FC高分子膜，该膜层对主动区平台具有一定的保护作用，采用常规的Plasma 灰化就可以去除该保护层，该Plasma处理工艺及Plasma灰化工艺可以跟干法刻蚀在同一个腔室内进行，也可以在不同设备间进行，具有很强的工艺管控灵活性。

本发明所提出的技术方案具体如下：

一种氧化限制型VCSEL制造方法，包括：使用氯基刻蚀气体对外延片进行干法刻蚀以在外延片上形成主动区平台的干法刻蚀步骤，对所形成的主动区平台侧壁进行湿法氧化以形成具有氧化限制型结构的主动区平台的湿法氧化步骤；在这两个步骤之间还包括以下处理过程：先用氟碳基气体对干法刻蚀后的外延片进行等离子表面处理，然后对外延片进行等离子灰化处理以去除光刻胶以及等离子表面处理所生成的FC高分子膜。

优选地，所述氟碳基气体为以下气体中的一种或两种及两种以上的混合：CF

进一步优选地，所述氟碳基气体为CF

更进一步优选地，所述等离子表面处理的工艺参数如下：气体总流量为20-50sccm，压力5-50Pa，功率20-50W，时间5-30s。

优选地，所述等离子灰化处理的工艺气体为O

进一步优选地，所述等离子灰化处理的工艺参数如下：O

进一步地，在湿法氧化步骤之后还包括：在外延片表面涂覆水氧阻隔膜的步骤。

优选地，所述水氧阻隔膜的材料为以下材料中的至少一种：SiN

优选地，使用PECVD或者ALD方法在外延片表面涂覆水氧阻隔膜。

为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：

本实施例中的氧化限制型VCSEL制造过程，具体包括以下步骤：

步骤1、在外延片表面主动区平台位置涂布光刻胶，光刻胶膜厚5-15um；对光刻胶曝光显影，得到圆形光刻胶掩模图案，参见图2a；

步骤2、采用ICP干法刻蚀工艺，刻蚀上述步骤2得到的外延片，刻蚀气体为Cl2/BCl3或Cl2/SiCl4，刻蚀出主动区平台结构，使得待氧化层的高铝层暴露出来，参见图2b，通常刻蚀至量子阱层下层1-10对P-DBR；

步骤3、在上述步骤3完成干法刻蚀后的腔室内通入CF

步骤4、采用O

步骤5、采用湿法氧化工艺氧化将主动区平台的高铝层中的Al氧化，得到具有氧化限制型结构的主动区平台结构，参见图2e；

步骤6、在步骤5得到的外延片表面镀水氧阻隔膜，镀膜工艺为PECVD或者ALD，膜层为SiNx、SiOx、SiON、AlOx、TiOx等，膜层可以为单层或上述膜材的叠层，膜厚为20-1000nm，该水氧阻隔膜的水蒸汽阻隔能力WVTR为5E

步骤7、对步骤6完成的外延片进行N型电极、P型电极的金属Via孔刻蚀，刻蚀气体为CF

步骤8、对步骤7得到的外延片沉积金属填充Via孔，金属为Au、Pt、Ag、Al等；

步骤9、对步骤8得到的外延片沉积Pad金属，金属为Au、Pt、Ag、Al等，完成N型电极、P型电极的制作；

步骤10、对步骤9得到的外延片进行裂片，得到本发明的氧化限制型垂直腔面发射激光器。