[發明專利]一種柔性垂直腔面發射激光器芯片及其制作方法

有效

• 申請號: 202010528219.4
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111725700B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 楊文奕;何鍵華;黃嘉敬;杜偉;胡丹
• 申請（專利權）人: 中山德華芯片技術有限公司
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/028;H01S5/187
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種柔性垂直腔面發射激光器芯片的制作方法，所述激光器芯片包括下電極(8)、下電極接觸層(7)、下布拉格反射鏡層(6)、有源區(5)、氧化限制層(4)、上布拉格反射鏡層(3)、上電極接觸層(2)、上電極(1)和反射絕緣層(9)；其中，所述下電極(8)、下電極接觸層(7)、下布拉格反射鏡層(6)、有源區(5)、氧化限制層(4)、上布拉格反射鏡層(3)、上電極接觸層(2)、上電極(1)按照從下往上的順序依次疊加，構成一個激光器芯片主體，所述反射絕緣層(9)制作在該激光器芯片主體的側面，在起絕緣作用的同時兼具反射作用，以減少光的側向發散；其特征在于：所述柔性垂直腔面發射激光器芯片的制作方法，包括以下步驟：

1)選取襯底；

2)在襯底上依次外延生長犧牲層及上電極接觸層(2)、上布拉格反射鏡層(3)、氧化限制層(4)、有源區(5)、下布拉格反射鏡層(6)、下電極接觸層(7)，其中，激光器芯片主體中帶有高鋁組分AlGaAs和AlAs系列材料，并且，為了提高在外延剝離工藝中的選擇性腐蝕有效程度，犧牲層選擇InAlP材料；

3)在外延生長完的產品表面的下電極接觸層(7)制作金屬接觸層，采用電子束蒸發或濺射工藝沉積金屬，材料為Ag、Au、Ni、AuGeNi一種或多種組合，厚度在0.5-1um；

在產品的金屬接觸層表面制作柔性導電材料，具體是涂覆石墨烯銀納米材料層，或使用PVD、CVD真空沉積設備蒸發硼原子在金屬接觸層上沉積形成硼烯薄膜，厚度在1-10um，從而制得下電極(8)；其中，下電極(8)采用石墨烯銀納米線材料或硼烯薄膜，能夠提高電極的柔韌性及強度，避免在外延剝離工藝中金屬接觸層大的應力翹曲對外延薄膜造成撕裂損傷，并且，石墨烯銀納米線材料層或硼烯薄膜表面能夠通過褶皺增加反射光線的方向，提高下布拉格反射鏡層(6)的整體反射率；

產品進行外延剝離工藝前，需在下電極(8)表面涂覆耐腐蝕保護涂層，以保證剝離工藝后下電極(8)的可靠性和外觀；其中，耐腐蝕保護涂層采用UV膠或黒蠟，利用旋涂方式使之均勻覆蓋下電極(8)表面；

4)采用剝離腐蝕液腐蝕犧牲層，在腐蝕犧牲層進行外延層剝離工藝過程中，下電極(8)由于內部應力作用，能夠帶動外延層一起向背離襯底的方向卷曲，形成有效的腐蝕通道，增大剝離速率，在外延層完全脫離襯底后，由于下電極(8)的柔性導電材料的支撐作用，也防止了外延薄膜破裂；

剝離腐蝕液采用鹽酸溶液，鹽酸濃度控制在25％-35％，鹽酸能夠對犧牲層的InAlP材料反應，而對AlGaAs、AlAs系列材料不進行腐蝕反應，使得襯底與外延薄膜得到有效分離，得到完整的外延薄膜，從而最大程度地保證外延薄膜的完整性和有效性；

將剝離后的外延薄膜通過相應的清洗劑去除下電極(8)涂覆的耐腐蝕保護涂層，若采用UV膠保護則使用丙酮或去膠液進行去除，若采用黒蠟則使用去蠟液或甲苯進行清洗去除；

5)使用粘合劑鍵合于臨時襯底上進行激光器芯片工藝制程，該粘合劑需與后續芯片工藝兼容，不會被清洗工藝制程中使用的各種溶液所溶解，亦能耐受各熱制程而不發生性質變化；

對臨時鍵合后的產品進行表面清洗，依次使用丙酮、異丙醇、鹽酸及BOE緩沖液超聲清洗以去除產品表面的有機物、金屬顆粒和氧化物雜質；

采用光刻方法，旋涂光刻膠、曝光和顯影，將待制作上電極區域的電極接觸層用光刻膠保護起來，用濕法腐蝕或ICP刻蝕露出兩側的氧化限制層(4)；

采用濕法氧化工藝對氧化限制層(4)中的AlGaAs或AlAs材料進行氧化工藝，形成注入電流限制孔徑，根據激光器設計的出光孔徑大小來確定氧化工藝的溫度及時間參數，以達到所需氧化的深度；

采用PECVD或電子束蒸鍍沉積反射絕緣層(9)，選用SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、Si₃N₄、ZnS、CaF₂、MgF₂中的兩種或多種材料組合，根據高、低折射率交替排列，厚度為100nm-300nm；

使用光刻方法開窗制作上電極圖形，采用BOE蝕刻液腐蝕沉積的反射絕緣層(9)后，蒸鍍上電極金屬，上電極金屬材料用Au、Al、Ni、Pd、Ag、Ti中的一種或多種組合，將蒸鍍完金屬的產品浸泡在丙酮或光刻剝離液中，去除光刻膠及光刻膠表面的金屬，得到需要的電極金屬圖形；

采用光刻方法套刻出光口，使用BOE蝕刻液腐蝕出光口的反射絕緣層(9)后，采用檸檬酸或氨水溶液對電極接觸層進行腐蝕，將出光口部分露出，再將產品浸泡在丙酮或去膠液中，去除光刻膠；

使用能夠去除粘合劑的溶液，將粘合劑溶解，使臨時襯底與激光器芯片分離；

將分離的激光器芯片進行退火合金，使電極形成良好的歐姆接觸，至此，便完成激光器芯片的制作；其中，考慮到產品的柔性應力彎曲，采用低溫合金工藝。