一种整片制作和测试边发射光器件的方法与流程

本发明涉及光电子器件制作领域，特别涉及一种整片制作和整片测试边发射光器件的方法。

背景技术：

众所周知，边发射光器件不能向面发射光器件那样，实现整片检测和筛选。其主要原因是边发射光器件的出光方向是在侧面，不在顶面。所以边发射光器件在完成部分工艺之后，要解理成巴条，两端面分别镀膜，分解成单个管芯，然后才能进行检测和筛选。因此，边发射光器件工艺要比面发射光器件繁琐和复杂，工艺加工设备也要增加不少，其价格自然比面发射光器件贵许多。

技术实现要素：

针对上述实际应用中的具体问题，为了解决边发射光器件无法整片检测和筛选的问题，本发明提出了一种整片制作和整片测试边发射光器件的方法，适用于包括法布里腔（fp）激光器，半导体光放大器（soa），分布反馈（dfb）激光器和超辐射发光管（sld）的整片镀膜和管芯筛选，大大降低其制作成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种整片制作和测试边发射光器件的方法，步骤如下：

s1，在晶圆衬底上外延生长多量子阱（mqw）结构及光器件材料结构。

所述晶圆衬底为n型或p型半导体单晶衬底；所述mqw结构为包含上、下分别限制（sch）层的量子阱、垒周期性结构；所述光器件材料结构包括缓冲层、远场减少层、光栅掩埋层、刻蚀终止层、异质掩埋条形限制层、上下包层、接触过渡层和欧姆接触高掺杂层，所述mqw结构的周期数为2~15个。

s2，在光器件材料结构片上刻制沟槽，形成若干光器件单元。

所述沟槽包括与光器件单元腔长方向一致的水平沟槽和与腔长方向垂直的竖直沟槽，水平沟槽和竖直沟槽垂直相交，将光器件单元围在中间；且竖直沟槽的一侧设置有凹沟槽，凹沟槽与沟槽相通；所述沟槽的侧壁和凹沟槽的侧壁均为镜面，沟槽和凹沟槽的底部均为减反射面。所述沟槽的宽度为20~40μm，凹沟槽的宽度为50~100μm，沟槽和凹沟槽的深度为4~10μm。

所述沟槽的镜面和凹沟槽的镜面以及沟槽的减反射面和凹沟槽的减反射面采用干法刻蚀或干湿法混合刻蚀。

所述干法刻蚀为反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀或离子束刻蚀或化学辅助离子束刻蚀或磁增强反应离子束刻蚀；干湿法混合刻蚀指干法刻蚀与化学湿法刻蚀的交替使用。

s3，在光器件单元内刻制光波导条，然后在晶圆表面生长绝缘介质，并在光波导条两边的沟体内填充低折射率聚合物。

所述光波导条包括单脊波导条、双沟脊波导条和异质掩埋波导条；所述绝缘介质为si3n4或sio2，所述低折射率聚合物为苯并环丁烯材料或聚酰亚胺材料。

s4，在光波导条上制作正面电极并使正面电极金属化。

所述制作正面电极包括在正面波导条顶部开出电极窗口、光刻焊点电极图形；正面电极金属化包括蒸发或溅射正面金属、剥离出电极图形、电镀金属增厚及退火合金等金属化工艺；所述正面金属为tiptau或augeni或tiau合金及au。

s5，在光器件单元的出光端蒸镀减反射膜、背光端蒸镀高反射膜。

所述光器件单元的凹沟槽与光波导条垂直接触的一端为背光端，在背光端蒸镀有高反射介质膜；所述光器件单元的沟槽与光波导条垂直接触的另一端为出光端，且与凹沟槽相对，在出光端蒸镀有减反射介质膜；所述高反射介质膜的反射系数为75%~95%；所述减反射介质膜的反射系数为0.1%~2%。

并且是先蒸镀高反射介质膜，再蒸镀减反射介质膜；蒸发介质膜设备的离子源出射方向与晶圆衬底的法线之间具有倾角。

s6，对晶圆衬底背面进行减薄抛光，制作背面电极并金属化。

晶圆衬底背面减薄抛光，指在保护好正面电极图形结构的前提下，对晶圆衬底背面进行减薄和抛光处理，使晶圆衬底适合于后期的切割和光器件单元的裂解；背面电极金属化包括蒸发或溅射背面金属、光刻背面电极图形、退火合金和金加厚处理等金属化工艺；所述背面金属为tiptau或augeni或tiau合金及au。

s7，对晶圆衬底上的光器件单元进行整片在线测试和筛选。

采用自动测试仪，在晶圆衬底表面上接收来自于光器件单元的光、电信号，并进行数据诊断、处理和分类筛选；光器件单元的光、电信号是指给光器件单元的光波导条外加工作电源和信号源时，由光波导条转换出的电-电信号和电-光信号，其中光信号为由光器件单元出光端发出的光强、光谱和调制光信号。

s8，切割晶圆衬底，裂解光器件单元，进行后续封装。

在光器件单元四周的沟槽的背面切割，沟槽内裂解，将晶圆衬底切割成分立的光器件单元。

本发明的主要特点在于：1）针对半导体边发射光器件的特点，提出了整片制作和测试光器件单元的技术方案；2）将整片制作和测试边发射激光器的概念拓展到了多类光器件，甚至集成器件上，扩展了整片制作和测试的适用范围；3）将光器件单元周边的沟槽底部刻制成减反射面，避免了凹沟槽底部反射光对器件性能的影响，并可减少沟槽的刻蚀深度，节约刻蚀工艺时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明边发射分布反馈（dfb）激光器整片制作和测试过程示意图解。

图2为本发明边发射激光器单元刻蚀沟槽限定的顶视示意图。

图3为本发明边发射激光器单元双沟波导条套版及截面位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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。

一种整片制作和测试边发射光器件的方法，步骤如下：

s1，在晶圆衬底上外延生长mqw结构及光器件材料结构。

所述晶圆衬底为n型或p型半导体单晶衬底；所述mqw结构为包含上、下sch层的量子阱、垒周期性结构；所述光器件材料结构包括缓冲层、远场减少层、光栅掩埋层、刻蚀终止层、异质掩埋条形限制层、上下包层、接触过渡层和欧姆接触高掺杂层，所述mqw结构的周期数为2~15个。

s2，在光器件材料结构片上刻制沟槽，形成若干光器件单元。

所述沟槽包括与光器件单元腔长方向一致的水平沟槽和与腔长方向垂直的竖直沟槽，水平沟槽和竖直沟槽垂直相交，将光器件单元围在中间；且竖直沟槽的一侧设置有凹沟槽，凹沟槽与沟槽相通；所述沟槽的侧壁和凹沟槽的侧壁均为镜面，沟槽和凹沟槽的底部均为减反射面。所述沟槽的宽度为20~40μm，凹沟槽的宽度为50~100μm，沟槽和凹沟槽的深度为4~10μm。

所述沟槽的镜面和凹沟槽的镜面以及沟槽的减反射面和凹沟槽的减反射面采用干法刻蚀或干湿法混合刻蚀。

所述干法刻蚀为反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀或离子束刻蚀或化学辅助离子束刻蚀或磁增强反应离子束刻蚀；干湿法混合刻蚀指干法刻蚀与化学湿法刻蚀的交替使用。

s3，在光器件单元内刻制光波导条，然后在晶圆表面生长绝缘介质，并在光波导条两边的沟体内填充低折射率聚合物。

所述光波导条包括单脊波导条、双沟脊波导条和异质掩埋波导条；所述绝缘介质为si3n4或sio2，所述低折射率聚合物为苯并环丁烯材料或聚酰亚胺材料。

s4，在光波导条上制作正面电极并使正面电极金属化。

所述制作正面电极包括在正面波导条顶部开出电极窗口、光刻焊点电极图形；正面电极金属化包括蒸发或溅射正面金属、剥离出电极图形、电镀金属增厚及退火合金等金属化工艺；所述正面金属为tiptau或augeni或tiau合金及au。

s5，在光器件单元的出光端蒸镀减反射膜、背光端蒸镀高反射膜。

所述光器件单元的凹沟槽与光波导条垂直接触的一端为背光端，在背光端蒸镀有高反射介质膜；所述光器件单元的沟槽与光波导条垂直接触的另一端为出光端，且与凹沟槽相对，在出光端蒸镀有减反射介质膜；所述高反射介质膜的反射系数为75%~95%；所述减反射介质膜的反射系数为0.1%~2%。

并且是先蒸镀高反射介质膜，再蒸镀减反射介质膜；蒸发介质膜设备的离子源出射方向与晶圆衬底的法线之间具有倾角。

s6，对晶圆衬底背面进行减薄抛光，制作背面电极并金属化。

晶圆衬底背面减薄抛光，指在保护好正面电极图形结构的前提下，对晶圆衬底背面进行减薄和抛光处理，使晶圆衬底适合于后期的切割和光器件单元的裂解；背面电极金属化包括蒸发或溅射背面金属、光刻背面电极图形、退火合金和金加厚处理等金属化工艺；所述背面金属为tiptau或augeni或tiau合金及au。

s7，对晶圆衬底上的光器件单元进行整片在线测试和筛选。

采用自动测试仪，在晶圆衬底表面上接收来自于光器件单元的光、电信号，并进行数据诊断、处理和分类筛选；光器件单元的光、电信号是指给光器件单元的光波导条外加工作电源和信号源时，由光波导条转换出的电-电信号和电-光信号，其中光信号为由光器件单元出光端发出的光强、光谱和调制光信号。

s8，切割晶圆衬底，裂解光器件单元，进行后续封装。

在光器件单元四周的沟槽的背面切割，沟槽内裂解，将晶圆衬底切割成分立的光器件单元。

下面结合附图，并以inp基双沟脊型波导dfb激光器为例，对本发明的整片制作和测试方法予以说明。

由于dfb激光器业已是商用器件，因此说明中对光栅制作、外延和光刻等通用工艺均简略之。

图1为inp基双沟脊型波导dfb激光器的整片制作和测试的八个步骤，各步骤分别标以1)，2)，…8)，前六步骤分左右两图，分别为平行波导条的截面图和垂直波导条的截面图，平行波导条截面图为经过脊波导中心线的截面图，参考图3可直观看出。

下面按顺序分别说明：

步骤1），在inp晶圆衬底1上外延生长mqw结构2及激光器材料结构3。

其中inp晶圆衬底1包括半导体商用2—4英寸、n型或p型半导体100面单晶衬底；mqw结构2为含上、下sch层的量子阱、垒周期性结构；激光器材料结构3包括缓冲层、远场减少层、光栅掩埋层、刻蚀终止层、上下包层、接触过渡层和欧姆接触高掺杂层。

mqw的周期数为2至15个。激光器材料结构中的缓冲层、远场减少层、光栅掩埋层、刻蚀终止层、上下包层、接触过渡层和欧姆接触高掺杂层的生长条件和掺杂类型与光器件单元自身要求一致。

步骤2），在激光器材料结构片上刻制侧壁陡直的沟槽镜面4和底部减反射面5。

其中激光器单元在图2刻蚀沟槽16限定的区域17内，其前后左右四面沟槽16的宽度为20～40μm，前后端凹沟槽18的宽度为50～100μm，沟槽深度为4～10μm；沟槽侧壁镜面4垂直于晶圆平面，沟槽底部5为减反射面。

围绕激光器单元的沟槽，其垂直侧壁和底部减反射面由干法刻蚀或干法/湿法混合刻蚀技术制得。刻蚀沟槽的干法刻蚀技术包括反应离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀、离子束刻蚀、化学辅助离子束刻蚀、磁增强反应离子束刻蚀等技术；干法/湿法混合刻蚀技术指干法刻蚀与化学湿法刻蚀的交替使用技术。

步骤3），在激光器单元中刻制双沟脊波导条6，生长绝缘介质7，填充低折射率聚合物8。

其中双沟脊波导条6在图3的双沟套版图中部，绝缘介质7为si3n4或sio2，在双沟内填充苯并环丁烯或聚酰亚胺低折射率聚合物材料8。

步骤4），制作正面电极及金属化。

其中制作正面电极9包括在正面波导条顶部开出电极窗口、光刻焊点电极图形；正面电极的金属化包括蒸发或溅射正面金属、剥离出电极图形、电镀增厚及退火合金等金属化工艺。

正面金属指tiptau或augeni或tiau合金及au。

步骤5），在激光器单元的前端面和后端面分别蒸镀减反射端面膜10和高反射端面膜11。

其中在激光器单元出光端沟槽一侧蒸镀减反射端面膜10，其反射系数在0.1%-2%之间；

在激光器单元背光端凹沟槽18一侧蒸镀高反射端面膜11，其反射系数在75%-95%之间；前、后端面与波导条垂直。

在蒸镀前、后端面介质膜时，先蒸镀激光器单元凹沟槽18激光器后端面一侧的高反射介质膜11，再旋转方向，蒸镀激光器前端面一侧的减反射介质膜10；蒸发介质膜设备的离子源出射方向与晶圆法线之间具有倾角。

步骤6），对晶圆背面12减薄抛光，制作背面电极13及金属化。

其中对晶圆背面12减薄抛光，指在保护好正面图形结构的前提下，对晶圆背面12进行减薄和抛光处理，使晶圆适合于后期的切割和激光器单元的裂解；背面电极13的制作及金属化包括蒸发或溅射背面金属、光刻背面电极图形、退火合金和金加厚处理等金属化工艺。

背面金属指tiptau或augeni或tiau合金及au。

步骤7），对激光器单元作整片在线测试和筛选。

其中整片在线测试和筛选采用自动测试仪14，在晶圆表面上接收来自于激光器单元的光、电信号，并进行数据诊断、处理和分类筛选。激光器单元的光、电信号是指给激光器外加工作电源和信号源时，由激光器转换出的电-电信号和电-光信号，其中光信号为由前端面10发出的光强、光谱和调制光信号。

步骤8），切割晶圆衬底，裂解激光器单元管芯，进行后续封装。

其中切割晶圆衬底和裂解激光器，指在激光器单元四周的沟槽16的背面切割，槽内裂解，将晶圆切割成分立的单个激光器管芯。

虽然本发明只对dfb激光器的整片制作和测试作了说明，但本发明方法不仅限于dfb激光器，还包括fp激光器，led、sld、波长可调谐激光器和soa，不仅适用于inp衬底，也适用于gaas、gan、zno等多种半导体材料的边发射光器件的整片制作和整片测试。

上面所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。