一种具有不同深度沟槽的GaAs基激光器的制备方法与流程

本发明涉及一种具有不同深度沟槽的GaAs基激光器的制备方法，属于半导体的技术领域。

背景技术：

半导体激光器自问世以来，作为一种新型的光源，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。在半导体激光器的制备过程中，光刻工艺是利用光刻胶通过曝光、显影等，将掩膜版上的图形转移到外延片上面，使外延片上面具有想要制作的器件的光刻胶图形形貌，再通过化学或者物理方法，将图形结构转移到外延片上面。在实际的操作过程中由于外延片不同的位置有时候需要深度不同的沟槽台面，这就需要进行多次的生长掩膜、光刻、刻蚀以及表面处理。增加了工艺的繁琐性，生产成本以及工艺过程中的不稳定性，对工艺的稳定性和简便化非常不利。

中国专利文献CN101471534A公开的《一种制作高功率半导体锥形激光器/放大器的方法》，使用第一次光刻制备出使用介质保护材料作为掩膜的图形台面，然后在没有介质保护材料做掩膜的地方再次旋涂光刻胶，进行光刻制备出利用光刻胶作为掩膜保护的锥形增益区后，使用上面两次光刻制备出的介质保护材料以及光刻胶掩膜作为掩膜，采用干法刻蚀或湿法腐蚀将二次光刻中没有保护的地方腐蚀出脊形模式控制区台面，去胶后采用介质保护材料作为掩膜，采用湿法腐蚀的方法制备出锥形增益区台面。腐蚀剩余介质材料，清洗后重新淀积介质保护材料；采用标准光刻工艺形成掩膜，腐蚀模式控制区和锥形区上的介质保护材料，开出电流注入窗口；然后经过P面电极蒸镀、减薄、N面电极蒸镀、合金和封装等工步。

CN105589131A公开的《一种用于光波导的硅片沟槽刻蚀方法》，是在硅衬底表面依次沉积一氧化硅或氮化硅的介质层和多晶硅或非晶硅层的屏蔽层，利用硅沟槽加工光刻版在屏蔽层表面形成光刻胶的屏蔽图形，采用干法等离子体刻蚀工艺对所述屏蔽层进行第一次刻蚀后以形成的屏蔽层对所述介质层进行第二次刻蚀，然后采用硅沟槽加工光刻版的翻版或者光刻胶平坦化的方法，在裸露的硅衬底表面形成光刻胶的屏蔽图形进行第三次刻蚀，最后以残留的介质层为屏蔽层进行硅刻蚀得到需要的硅沟槽。

上述两种方法都进行多次的甩胶、光刻、刻蚀以及去胶清洗等步骤，工艺的流程比较繁琐，操作比较繁杂，同时增加工艺过程中的不稳定性。在半导体的制备工程中尤其是一些性能要求比较高的芯片，在管芯的制备过程中需要经过比较多的工步，有些产品还需要在同一个芯片的不通过位置上面制备出深度不同的沟槽台面，在常规的工艺过程中就会进行多次光刻、干法或者湿法腐蚀以及芯片表面的清洗等工步，整个过程比较的繁琐，可操作性比较差，而且对于整个工艺的可重复性以及稳定性来说，这也是一个比较大的潜在隐患，同时增加了芯片的生产周期。

技术实现要素：

针对现有半导体的制备技术存在的不足，本发明提供一种过程简单、操作方便、制备效率高的具有不同深度沟槽的GaAs基激光器的制备方法。

本发明的具有不同深度沟槽的GaAs基激光器的制备方法，包括以下步骤：

(1)生长介质膜：

在外延片上利用PECVD工艺生长一层介质膜作为干法刻蚀所需要的掩膜层；

(2)一次光刻图形：

在生长的介质膜上面旋涂一层光刻胶，利用第一块掩膜版通过曝光、显影和坚膜，得到第一深度区域的图形；

(3)腐蚀第一深度区域的图形：

利用光刻胶作为掩膜，采用湿法或者干法刻蚀的方法去除掉没有光刻胶保护区域的介质膜(也就是步骤(1)中得到的“第一深度区域的图形”下的介质膜)；

(4)二次光刻图形：

利用第二块光刻掩膜版对上面的光刻胶进行曝光、显影和坚膜，得到第二深度区域的图形；

(5)干法刻蚀：

利用上面的光刻胶和介质膜作为掩膜，进行干法刻蚀，同时得到第一深度和第二深度区域，然后去除刻蚀完成以后外延片表面的光刻胶和介质摸；

(6)生长电流阻挡层和光刻电流注入窗口：

在清洗完成的外延片表面生长电流阻挡层，在脊条的位置光刻腐蚀掉电流阻挡层形成电流注入窗口；

(7)对完成上述步骤的外延片进行加工，形成GaAs-基激光器。

所述步骤(1)中的介质膜为SiO₂或者SiNx。

所述步骤(1)中介质膜的厚度为第一深度与第二深度差值的1/3-1/5。

所述步骤(2)中光刻胶的厚度为20000埃-30000埃。

所述步骤(2)和步骤(4)中的坚膜是在烘箱内90℃-110℃下坚膜20分钟-30分钟或者热板90℃-110℃烘烤1分钟-4分钟。

所述步骤(3)中的湿法是采用体积比HF：NH₄F：H₂O＝3：6：20的混合溶液腐蚀，干法为ICP或RIE干法刻蚀。

所述步骤(4)中曝光的光刻胶为步骤(2)中旋涂的光刻胶。

所述步骤(5)中干法刻蚀为ICP或RIE干法刻蚀。

所述步骤(5)中干法刻蚀的过程中，第一深度区域只刻蚀外延层，第二深度区域将介质膜刻蚀完以后接着对外延层进行刻蚀，这样就形成了两个区域的深度差。

所述步骤(6)中的电流阻挡层为SiO₂，厚度为1000-2000埃。

本发明首先在外延片的表面沉积一层介质膜，利用第一块光刻掩膜版光刻出第一深度的区域，利用光刻胶作为掩膜腐蚀掉第一区域处的介质摸，然后利用第二块光刻掩膜版光刻出第二深度的区域，利用上面形成的光刻胶和介质膜作为掩膜进行干法刻蚀，得到深度不同的沟槽，最后按常规工艺形成激光器。本发明旋涂一次光刻胶同时作为了制备第一深度区域图形和第二深度区域图形的掩膜，进行一次干法刻蚀就得到了不同深度要求的沟槽，避免了在常规的工艺过程中需要进行多次光刻、干法或者湿法腐蚀以及芯片表面的清洗等工步，实现对不同深度不同区域的位置的刻蚀，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为本发明所述制备方法的流程图。

图2为一次光刻后形成的第一深度区域的图形示意图。

图3为腐蚀掩膜层后的第一深度区域的示意图。

图4为二次光刻后形成的第二深度区域的图形示意图。

图5为干法刻蚀后形成的两个不同深度沟槽示意图。

图中：001、外延片，002、介质膜，003、光刻胶，004、第一深度区域，005、第二深度区域。

具体实施方式

实施例1

本发明的具有不同深度沟槽的GaAs基激光器的制备方法，如图1所示，首先在外延片的表面沉积一层介质膜，利用第一块光刻掩膜版光刻出第一深度区域，利用光刻胶作为掩膜腐蚀掉第一区域处的介质摸，然后利用第二块光刻掩膜版光刻出第二深度区域，利用上面形成的光刻胶和介质膜作为掩膜进行干法刻蚀，得到深度不同的沟槽，最后按常规工艺形成激光器。具体包括步骤如下：

(1)生长介质膜

在外延片001上利用PECVD工艺(等离子体增强化学气相沉积法)生长一层ICP干法刻蚀需要的SiO₂介质膜002，厚度为2000埃((13000-7000)/3，参见步骤(6))；

(2)一次光刻图形

在生长的介质膜002上面旋涂一层厚度为20000埃的正性光刻胶003，利用第一块掩膜版曝光和显影，在烘箱内100℃下坚膜20分钟或者热板100℃烘烤2分钟，得到第一深度区域004的图形，如图2所示。

(3)腐蚀第一深度区域图形

利用光刻胶003作为掩膜，以体积比HF：NH₄F：H₂O＝3：6：20的混合溶液作为腐蚀液，腐蚀掉没有光刻胶保护区域的SiO₂介质膜。腐蚀出的第一深度区域004如图3所示。

(4)二次光刻图形

利用第二块光刻掩膜版对步骤(2)中旋涂的光刻胶进行曝光和显影，在烘箱内100℃下坚膜20分钟或者热板100℃烘烤2分钟，得到第二深度区域005的图形，如图4所示。

(5)ICP干法刻蚀

利用上面的光刻胶和SiO₂作为掩膜，采用ICP干法刻蚀的方法进行刻蚀，第一深度的区域只刻蚀外延层，第二深度的区域将介质膜刻蚀完以后接着对外延层进行刻蚀，这样就形成了两个区域的深度差。同时得到深度13000埃的第一深度区域004和深度7000埃的第二深度区域005，去除刻蚀完成以后外延片表面的光刻胶和SiO₂。形成的不同深度的第一深度区域004和第二深度区域005两个沟槽如图5所示。

(6)在清洗完成的外延片表面生长厚度为2000埃的电流阻挡层(SiO₂)，在脊条的位置光刻腐蚀掉SiO₂形成电流注入窗口。

对完成上述步骤后的外延片按现有常规工艺再进行P面电极蒸镀、减薄、N面电极蒸镀、合金和封装等工步，形成GaAs-基激光器。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

步骤(1)中，生长的介质膜为SiNx，厚度为1000埃((11000-6000)/5，参见后面的步骤(6))。

步骤(2)中，在外延片表面旋涂厚度为正性光刻胶，在烘箱内110℃下坚膜25分钟或者热板110℃烘烤1分钟，去除光刻胶中的溶剂，得到第一深度要求的区域。

步骤(3)中，采用ICP干法刻蚀的方法去除掉没有光刻胶保护区域的掩膜。

步骤(4)显影后，将外延片在烘箱内110℃下坚膜25分钟或者热板110℃烘烤1分钟。

步骤(5)中采用的是RIE干法刻蚀，同时得到11000埃的第一深度和6000埃第二深度的区域。

步骤(6)中的电流阻挡层厚度为1000埃。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：

步骤(1)中，生长的介质膜为SiNx，厚度为1250埃((12000-7000)/4，参见步骤(6))；

步骤(2)中，在外延片表面旋涂厚度为正性光刻胶，在烘箱内90℃坚膜30分钟或者热板90℃烘烤4分钟，去除光刻胶中的溶剂，得到第一深度要求的区域。

步骤(3)中，采用RIE干法刻蚀的方法去除掉没有光刻胶保护区域的掩膜。

步骤(4)显影后，将外延片在烘箱内90℃坚膜30分钟或者热板90℃烘烤4分钟。

步骤(5)中采用的是RIE干法刻蚀，同时得到12000埃的第一深度和7000埃第二深度的区域。

步骤(6)中的电流阻挡层厚度为1500埃。

上述各实施例制备的GaAs基激光器，包括生长有外延材料层的外延片，在外延片表面制备出脊形结构以及不同深度的沟槽，电流阻挡层覆盖脊形结构的两侧面，在所述脊形结构的顶部设置有电流注入窗口。