一种磷化铟半导体激光晶圆及磷化铟半导体激光芯片的制作方法

本实用新型涉及光电子芯片领域，尤其涉及一种磷化铟半导体激光晶圆及磷化铟半导体激光芯片。

背景技术：

磷化铟激光芯片需要使用半导体本身解理面作为谐振腔，目前国际主流方法是在磷化铟裂口处制造机械外力，并通过此机械外力制造穿晶断裂效果，断裂面具有一定晶向被称为解理面。此解理面形成磷化铟激光芯片的谐振腔面，为增益光提供谐振放大以及选模的作用。所以解理面的好坏直接关系到磷化铟激光芯片的性能。在实际加工中，磷化铟激光芯片会被微米级别的二氧化硅电介质膜层和若干金属层包裹，导致磷化铟激光芯片整体应力发生极大变化，解理面上面会产生缺陷、晶界滑移等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种磷化铟半导体激光晶圆及磷化铟半导体激光芯片，磷化铟激光芯片的解理效果会有较大改善，解理面的缺陷和晶界滑移都有所改善，大大提高了解理腔面的良率。

本实用新型的目的是采用下述方案实现的：本实用新型公开了一种磷化铟半导体激光晶圆，包括二氧化硅电介质膜层、n型衬底以及生长在n型衬底上端面的外延结构，所述外延结构包括n型缓冲层、n型包层、n型波导层、量子阱层以及p型波导层、p型包层、第一p型限制层、第二p型限制层、p型帽层，所述n型缓冲层生长在n型衬底上，所述n型包层制作在n型缓冲层上，所述n型波导层制作在n型包层上，所述量子阱层制作在n型波导层上，所述p型波导层制作在量子阱层上，所述p型包层制作在p型波导层上，所述第一p型限制层制作在p型包层上，所述第二p型限制层制作在第一p型限制层上，所述p型帽层制作在第二p型限制层上，在外延结构的p型帽层上刻蚀形成双沟，双沟为两条互相平行的沟槽，在双沟之间形成脊型台面；所述二氧化硅电介质膜层覆盖在p型帽层的上表面以及双沟底部及双沟两侧侧面，所述脊型台面上的二氧化硅电介质膜层为断开的，裸露出p型帽层，该脊型台面的裸露区域接触到金属形成p面电极接触。

进一步地，所述衬底采用n型磷化铟半导体材料；n型缓冲层采用n型磷化铟半导体材料；n型包层采用n型铟铝砷三元半导体材料；n型波导层采用n型铟镓砷三元半导体材料；量子阱层采用铟镓铝砷四元半导体材料；p型波导层采用p型铟镓砷三元半导体材料；p型包层采用p型铟铝砷三元半导体材料；第一p型限制层和第二p型限制层采用铟镓砷磷四元半导体材料；p型帽层采用p型铟镓砷三元半导体材料。

进一步地，所述沟槽的两端分别贯穿外延结构的两端。

进一步地，双沟的刻蚀深度一直从p型帽层到第二p型限制层的上表面。

本实用新型公开了一种磷化铟半导体激光芯片谐振腔解理的优化结构，其特征在于:包括上述磷化铟半导体激光晶圆，所述磷化铟半导体激光晶圆的表面设有解理面区域，覆盖在磷化铟半导体激光晶圆表面位于解理面区域的二氧化硅电介质膜层被去除。

本实用新型公开了一种磷化铟半导体激光芯片，包括上述磷化铟半导体激光晶圆或传统的磷化铟半导体激光晶圆，所述磷化铟半导体激光晶圆的表面设有解理面区域，覆盖在磷化铟半导体激光晶圆表面位于解理面区域的二氧化硅电介质膜层被去除，通过解理面区域对磷化铟半导体激光晶圆解理得到磷化铟半导体激光芯片。

进一步地，解理面区域包括磷化铟半导体激光晶圆双沟两侧覆盖有二氧化硅电介质膜层的区域的两端边缘区域；磷化铟半导体激光晶圆的两端指沟槽长度方向的两端；解理面区域包括四个长条形解理面区域，长条形解理面区域的长度方向与沟槽的长度方向垂直；长条形解理面区域的一长边位于磷化铟半导体激光晶圆的端面上；双沟两侧对称设置。长条形解理面区域宽度在50微米内。

本实用新型具有如下有益效果：由于本实用新型将覆盖在磷化铟半导体激光晶圆表面位于解理面区域的二氧化硅电介质膜层去除，通过解理面区域对磷化铟半导体激光晶圆解理得到磷化铟半导体激光芯片，其可以降低磷化铟激光芯片的整体应力，主要是降低解理方向上二氧化硅电介质膜层产生的应力，从而降低其对施加机械外力的影响，保证机械应力能够沿解理方向传递，从而达到理想解理效果。

本方案简单易行，通过去除解理方向上存在的二氧化硅电介质膜层，利用一般的半导体加工方法都可以做到。使用本技术方案之后，磷化铟激光芯片的解理效果会有较大改善，解理面的缺陷和晶界滑移都有所改善，大大提高了解理腔面的良率。

附图说明

图1为本实用新型的磷化铟半导体激光晶圆的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本实用新型的磷化铟半导体激光晶圆的解理区域二氧化硅被去除后的结构示意图；

图4为图3的俯视图。

附图中，1为二氧化硅电介质膜层，2为n型衬底，3为n型缓冲层，4为n型包层，5为n型波导层，6为量子阱层，7为p型波导层，8为p型包层，9为第一p型限制层，10为第二p型限制层，11为p型帽层，12为沟槽，13为脊型台面，14为长条形解理面区域。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本实用新型方案做进一步说明。

实施例一

参见图1和图2，本实施例公开了一种磷化铟半导体激光晶圆，包括二氧化硅电介质膜层1、n型衬底2以及生长在n型衬底上端面的外延结构，所述外延结构包括n型缓冲层3、n型包层4、n型波导层5、量子阱层6以及p型波导层7、p型包层8、第一p型限制层9、第二p型限制层10、p型帽层11，所述n型缓冲层生长在n型衬底上，所述n型包层制作在n型缓冲层上，所述n型波导层制作在n型包层上，所述量子阱层制作在n型波导层上，所述p型波导层制作在量子阱层上，所述p型包层制作在p型波导层上，所述第一p型限制层制作在p型包层上，所述第二p型限制层制作在第一p型限制层上，所述p型帽层制作在第二p型限制层上，在外延结构的p型帽层上刻蚀形成双沟，双沟为两条互相平行的沟槽12，在双沟之间形成脊型台面13；所述二氧化硅电介质膜层覆盖在p型帽层的上表面以及双沟底部及双沟两侧侧面，所述脊型台面上的二氧化硅电介质膜层为断开的，裸露出p型帽层，该脊型台面的裸露区域接触到金属形成p面电极接触。

进一步地，所述衬底采用n型磷化铟半导体材料；n型缓冲层采用n型磷化铟半导体材料；n型包层采用n型铟铝砷三元半导体材料；n型波导层采用n型铟镓砷三元半导体材料；量子阱层采用铟镓铝砷四元半导体材料；p型波导层采用p型铟镓砷三元半导体材料；p型包层采用p型铟铝砷三元半导体材料；第一p型限制层和第二p型限制层采用铟镓砷磷四元半导体材料；p型帽层采用p型铟镓砷三元半导体材料。

进一步地，所述沟槽的两端分别贯穿外延结构的两端。

进一步地，双沟的刻蚀深度一直从p型帽层到第二p型限制层的上表面，当然，可以根据实际需要调整双沟的刻蚀深度。

实施例二

参见图3和图4，本实施例公开了一种磷化铟半导体激光芯片谐振腔解理的优化结构，包括上述磷化铟半导体激光晶圆或现有的磷化铟半导体激光晶圆，所述磷化铟半导体激光晶圆的表面设有解理面区域，覆盖在磷化铟半导体激光晶圆表面位于解理面区域的二氧化硅电介质膜层被去除。

实施例三

参见图3和图4，本实施例公开了一种磷化铟半导体激光芯片，包括上述磷化铟半导体激光晶圆或传统的磷化铟半导体激光晶圆，所述磷化铟半导体激光晶圆的表面设有解理面区域，覆盖在磷化铟半导体激光晶圆表面位于解理面区域的二氧化硅电介质膜层被去除，通过解理面区域对磷化铟半导体激光晶圆解理得到磷化铟半导体激光芯片。

进一步地，解理面区域包括磷化铟半导体激光晶圆双沟两侧覆盖有二氧化硅电介质膜层的区域的两端边缘区域；磷化铟半导体激光晶圆的两端指沟槽长度方向的两端；解理面区域包括四个长条形解理面区域14，长条形解理面区域的长度方向与沟槽的长度方向垂直；长条形解理面区域的一长边位于磷化铟半导体激光晶圆的端面上；双沟两侧对称设置。

进一步地，本实施例的磷化铟半导体激光芯片还包括p面电极，该p面电极制作在脊型台面上。

进一步地，本实施例的磷化铟半导体激光芯片还包括n面电极，该n面电极制作在衬底的下端面。

如图1和图2所示，芯片表面会全部覆盖一层二氧化硅电介质膜层，在解理面区域也会被二氧化硅覆盖。

如图3和图4所示，利用等离子刻蚀的办法，把解理区附近的二氧化硅去除点一部分，其他区域的二氧化硅保持不变。

本实用新型主要是对磷化铟激光芯片的结构做了优化，从晶圆加工阶段到器件制作阶段的相关工艺，针对晶圆加工阶段生长的二氧化硅层进行了改进，使其在芯片制作的不同阶段更好的发挥其本身的作用，就芯片结构本身而言，已经发生了变化，但是二氧化硅的作用能够得到了充分的利用，尤其是对解理的改进十分明显。

本实施例的磷化铟半导体激光芯片的制作方法，包括如下步骤：将覆盖在磷化铟半导体激光晶圆表面位于解理面区域的二氧化硅电介质膜层去除，通过解理面区域对磷化铟半导体激光晶圆解理得到磷化铟半导体激光芯片。

磷化铟激光芯片的制作主要包括外延沉积、晶圆加工、器件制作以及封装测试四个环节。①外延沉积是采用金属有机化学气相沉积的办法，在磷化铟的衬底上外延生长出具备缓冲层、包层、波导层、量子阱层以及帽层的sch多层状结构。②晶圆加工阶段需要在整个晶圆表面制作出芯片的外部电流通道，因此需要在其表面沉积二氧化硅和金属进行电路图的制作。③器件制作则是把晶圆解理成芯片，芯片被称为具备独立电学和光学性能的分离器件。④封装测试则是对芯片进行性能的测试筛选。

晶圆加工中沉积的二氧化硅电介质膜层主要有两个作用，其一是对芯片整个表面保护作用，在晶圆加工阶段会使用大量的酸碱清洗、包括金属沉积的污染，二氧化硅膜层极其致密，能有效隔绝污染物对芯片表面的污染。其二是对芯片起电流绝缘的作用。该膜层使用等离子体增强化学气相沉积方法制作，使用等离子体增强化学气相沉积设备，设定生长压力为1000mtorr，生长温度350℃，通入氧化氮710sccm和硅烷100sccm，反应生成厚度为3900nm二氧化硅电介质膜层。

利用光刻的方法，在芯片表面的二氧化硅制作出图形，把解理面区域的二氧化硅暴露出来，其余的二氧化硅使用光刻胶保护起来。

利用反应等离子刻蚀方法，通入反应气体为氩气和三氟甲烷，其体积流量约为1:1，刻蚀速率为35nm/min，可以快速去除未受光刻胶保护的二氧化硅电介质膜层，也就是解理区域暴露出来的二氧化硅被去除掉。

器件制作的解理过程主要是通过解理设备完成作业的。①在解理面区域，通过设备的金刚石划刀在解理面区域划出一条1cm长的刀口。②使用陶瓷裂刀直接作用在该刀口位置，作用力大约为10n。③刀口会在陶瓷裂刀的压力下延展并扩大，同时将芯片直接裂开，由此得到了芯片的自然解理面。

本实用新型的磷化铟半导体激光芯片通过上述磷化铟半导体激光芯片的制作方法制作而成。

本实用新型简单易行，通过去除解理方向上存在的二氧化硅电介质膜层，使二氧化硅对解理行为的影响降到最低。二氧化硅也就是石英，本身硬度较高，在晶圆加工阶段主要起保护芯片和绝缘的作用。一般在晶圆加工阶段完成时，二氧化硅膜层并不会特意的去除。但是在器件制作阶段，解理面区域的二氧化硅所产生的保护和绝缘作用并不是特别明显。因此，可以在晶圆加工阶段后期适当的将解理面区域的二氧化硅去除。如果解理面区域的二氧化硅被去除掉，则金刚石刀划出的刀口会很齐整，这对于陶瓷裂刀下压时产生的刀口延展和芯片的断裂也会非常齐整。同时，能够消除金刚石刀划裂二氧化硅时产生的碎屑飞溅，反而能有效降低芯片表面的污染。

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