一种砷化镓的干法蚀刻工艺及其应用的制作方法

本发明涉及一种砷化镓的干法蚀刻工艺。本发明还涉及该工艺的应用。

背景技术：

垂直腔面发射半导体激光器(vcsel)具有发散角小、谐振腔短、阈值电流低等优点,使其在光信息、光互联以及光纤耦合方面有着广泛的应用前景。其结构包括有源层、p型和n型布拉格反射镜和夹在中间的谐振腔。p型和n型布拉格反射镜都由多层外延片组成，以达到99％的反射率。为了达到低的阈值电流，通常会有一层高含铝层，高含铝层经过部分氧化成氧化铝绝缘层，形成高阻值限制区，用来进行对电流的限制和光学限制，这样可以减小阈值电流和提高电光转换效率。氧化物限制技术的引进进一步降低了器件的阈值电流,并提高电光转换效率，是当前vcsel器件制作中实现光电限制所采用的主要技术手段。在进行氧化工艺前，采用蚀刻技术制作出氧化窗口以暴露出待氧化层。

氧化物限制技术通常采用湿法氧化法，即有源层和p型布拉格反射镜之间的高铝组分的algaas层进行氧化，利用水蒸汽从侧向氧化生成氧化铝，形成高阻值限制区。因此，vcsel普遍采用台面结构，从而使高铝氧化层侧面暴露在水蒸汽中。台面结构需要侧壁是接近90度，没有侧向蚀刻，而且要求侧壁和底面都比较光滑，这样可以减小漏电流，并且增加激光器的电光转换效率。vcsel台面结构通常采用湿法腐蚀法进行制备。传统的砷化镓湿法腐蚀工艺带来不垂直的侧壁，且腐蚀速率不可控，容易产生侧向蚀刻，台面尺寸不能精确控制。对于vcsel来说，这样的台面结构会产生大的漏电流，严重减小激光器的电光转换效率。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种砷化镓的干法蚀刻工艺，该工艺不产生侧向蚀刻，蚀刻出来的砷化镓侧壁和底面光滑。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现：一种砷化镓的干法蚀刻工艺，在砷化镓片表面淀积sio2薄膜层，然后光刻并腐蚀出sio2掩模层；使用感应耦合等离子体蚀刻技术在sio2掩模层的掩蔽下对砷化镓进行蚀刻，蚀刻气体为是氯气(cl2)和三氯化硼(bcl3)。

所述氯气和三氯化硼的流量比为1:4-1:1。

所述蚀刻工艺的蚀刻速率在1um/min以上。优选1-2um/min。

本发明目的之二在于提供上述工艺的应用。特别是涉及该工艺在垂直腔面发射半导体激光器台面结构蚀刻的应用。

本发明目的之三在于提供一种垂直腔面发射半导体激光器台面结构蚀刻工艺。该工艺蚀刻出来的砷化镓垂直度接近90度，且侧壁和底面比较光滑，满足vcsel激光器的要求。

本发明的目的之三是通过以下技术方案来实现：一种垂直腔面发射半导体激光器台面结构蚀刻工艺，在成型的垂直腔面发射半导体激光器外延片表面淀积sio2薄膜层，然后光刻并腐蚀出sio2台面掩模层；使用感应耦合等离子体蚀刻技术在sio2台面掩模层的掩蔽下对砷化镓进行蚀刻形成台面结构，蚀刻气体为是氯气和三氯化硼。

所述氯气和三氯化硼的流量比为1:1-4。

所述蚀刻工艺的蚀刻速率在1um/min以上。优选1-2um/min。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供的砷化镓的干法蚀刻工艺不产生侧向蚀刻，蚀刻出来的砷化镓侧壁和底面光滑。将其应用于垂直腔面发射半导体激光器台面结构蚀刻，蚀刻出来的砷化镓垂直度接近90度，且侧壁和底面比较光滑，满足vcsel激光器的要求。

附图说明

图1为采用湿法腐蚀产生的蚀刻图片，由于湿法蚀刻是各向同性蚀刻，所以侧向蚀刻比较严重。

图2为采用干法蚀刻气体比例：cl2:bcl3＝4:1时的蚀刻图片，侧向蚀刻严重，侧壁和底部比较粗糙。

图3为采用干法蚀刻气体比例：cl2:bcl3＝1:3时的蚀刻图片，侧壁接近90度，没有侧向蚀刻，而且侧壁和底部都比较光滑。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

实施例一

成型的垂直腔面发射半导体激光器外延片表面采用金属有机化学气相沉积法淀积形成sio2薄膜层，然后光刻并腐蚀出sio2台面掩模层。使用感应耦合等离子体蚀刻技术在上下两个台面的sio2台面掩模层的掩蔽下对砷化镓进行蚀刻形成台面结构，蚀刻气体为是氯气(cl2)和三氯化硼(bcl3)，氯气和三氯化硼的流量比为1:3，蚀刻速率为1um/min，蚀刻深度大概在4um左右。台面结构的侧壁形貌如图3所示，侧壁接近90度，没有侧向蚀刻，而且侧壁和底部都比较光滑。这样的形貌可以减小漏电，有利于表面的钝化，并且可以提高vcsel激光器的电光转换效率。

实施例二

成型的垂直腔面发射半导体激光器外延片表面采用金属有机化学气相沉积法淀积形成sio2薄膜层，然后光刻并腐蚀出sio2台面掩模层。使用感应耦合等离子体蚀刻技术在上下两个台面的sio2台面掩模层的掩蔽下对砷化镓进行蚀刻形成台面结构，蚀刻气体为是氯气(cl2)和三氯化硼(bcl3)，氯气和三氯化硼的流量比为1:3，蚀刻速率为2um/min，蚀刻深度大概在4um左右。台面结构侧壁接近90度，没有侧向蚀刻，而且侧壁和底部都比较光滑。

实施例三

成型的垂直腔面发射半导体激光器外延片表面采用金属有机化学气相沉积法淀积形成sio2薄膜层，然后光刻并腐蚀出sio2台面掩模层。使用感应耦合等离子体蚀刻技术在上下两个台面的sio2台面掩模层的掩蔽下对砷化镓进行蚀刻形成台面结构，蚀刻气体为是氯气(cl2)和三氯化硼(bcl3)，氯气和三氯化硼的流量比为1:3，蚀刻速率为4um/min，蚀刻深度大概在4um左右。台面结构侧壁接近90度，没有侧向蚀刻，而且侧壁和底部都比较光滑。

对比例一

成型的垂直腔面发射半导体激光器外延片表面采用金属有机化学气相沉积法淀积形成sio2薄膜层，然后光刻并腐蚀出sio2台面掩模层。使用感应耦合等离子体蚀刻技术在上下两个台面的sio2台面掩模层的掩蔽下对砷化镓进行蚀刻形成台面结构，蚀刻气体为是氯气(cl2)和三氯化硼(bcl3)，氯气和三氯化硼的流量比为4:1，蚀刻速率为1um/min，蚀刻深度大概在4um左右。台面结构侧向蚀刻严重，侧壁和底部比较粗糙。

本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不是限制，凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。如氯气和三氯化硼的流量比在1:4-1:1之间，蚀刻工艺的蚀刻速率在1um/min以上，均能实现本发明。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种砷化镓的干法蚀刻工艺及其应用。具体地，所述工艺是在砷化镓片表面淀积SiO2薄膜层，然后光刻并腐蚀出SiO2掩模层；使用感应耦合等离子体蚀刻技术在SiO2掩模层的掩蔽下对砷化镓进行蚀刻，蚀刻气体为是氯气和三氯化硼。本发明不产生侧向蚀刻，蚀刻出来的砷化镓侧壁和底面比较光滑。

技术研发人员：罗玉辉;程元红;邝智豪;黄逸生
受保护的技术使用者：深亮智能技术（中山）有限公司
技术研发日：2018.08.22
技术公布日：2019.01.15