[發(fā)明專利]一種修正（100）晶面氧化孔徑的方法

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• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112018598A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方照詒
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市德明利技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 深圳市道勤知酷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44439
• 代理人: 何兵;饒盛添

本發(fā)明涉及一種修正（100）晶面氧化孔徑的方法，包括：對經(jīng)過臺面刻蝕后的圓形臺面結(jié)構(gòu)的（100）晶面快速氧化方向上的側(cè)壁進行鍍膜、沉積或保留原來外延材料形成擴散障礙層，補償修正側(cè)壁各方向氧化速率的差異；對圓形臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁進行擴散及氧化，形成氧化孔。發(fā)現(xiàn)了氧化孔形狀不規(guī)則的原因，并通過設(shè)置擴散障礙層使得氧化孔趨向于對稱的圓形，使得VCSEL能夠呈現(xiàn)出趨于完美的圓形光場。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域的一種核心器件——VCSEL的制造技術(shù)，尤其涉及一種修正（100）晶面氧化孔徑的方法。

背景技術(shù)

在光通信技術(shù)領(lǐng)域，VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）即垂直面射型激光器，是一種常用的半導(dǎo)體器件激光器，VCSEL從誕生起就作為新一代光存儲和光通信應(yīng)用的核心器件，應(yīng)用在光并行處理、光識別、光互聯(lián)系統(tǒng)、光存儲等領(lǐng)域。隨著工藝、材料技術(shù)改進，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散熱等領(lǐng)域的優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，逐漸應(yīng)用于工業(yè)加熱、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療設(shè)備等商業(yè)級應(yīng)用以及3D感知等消費級應(yīng)用。未來，隨著智能化信息世界的不斷發(fā)展，VCSEL將廣泛應(yīng)用在消費電子3D成像、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心/云計算、自動駕駛等領(lǐng)域。其中，VCSEL在消費電子領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，VCSEL可用來進行智能手機人臉識別、無人機避障、VR/AR、掃地機器人、家用攝像頭等。

與傳統(tǒng)激光器相比，VCSEL具有較小的原場發(fā)散角，發(fā)射光束窄且圓，易與光纖進行耦合；閾值電流低；調(diào)制頻率高；在很寬的溫度和電流范圍內(nèi)均以單縱橫模工作；不必解理，即可完成工藝制作和檢測，成本低；易于實現(xiàn)大規(guī)模陣列及光電集成。

除了外延結(jié)構(gòu)及芯片幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計外，在VCSEL的制造工藝中最為關(guān)鍵的當(dāng)屬氧化工藝對孔徑形狀及尺寸的控制。

目前主要有三種孔徑制作方式，第一種是空氣柱法，這種方法難以縮小孔徑同時又于其上制作電極；第二種是離子佈植法，這種方法形成的孔徑無光學(xué)局限效果；第三種是氧化孔徑法，氧化孔工藝可同時達到光學(xué)局限（氧化材料造成諧振腔長的破壞）及電流局限（氧化材料的絕緣性）的雙重效果，電流局限有效地將載子局限在要產(chǎn)生激發(fā)放射的區(qū)域，造成所謂的居量反轉(zhuǎn)（Population Inversion）現(xiàn)象,光學(xué)局限可以限制諧振腔的在X-Y空間方向上的激發(fā)放射區(qū)域。

不論是光纖通訊或感測的應(yīng)用，使光窗所發(fā)出的光束呈現(xiàn)圓形光場可在應(yīng)用端有較好的應(yīng)用效率，其中包含光纖通訊中光芯片與光纖的光耦和效率或感測器應(yīng)用中的光強度及陣列密度的提升。所以，在制作VCSEL光芯片中，盡量使氧化孔徑形成圓形對稱是最好的。

現(xiàn)有的工藝中，氧化孔很難趨向于正圓，大多呈現(xiàn)為近方形、近三角形、近多邊形、近長方形結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述狀況，有必要提供提出一種能夠使氧化孔趨向于正圓的修正（100）晶面氧化孔徑的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種修正（100）晶面氧化孔徑的方法，包括：對經(jīng)過臺面刻蝕后的圓形臺面結(jié)構(gòu)的（100）晶面快速氧化方向上的側(cè)壁進行鍍膜、沉積或保留原來外延材料形成擴散障礙層，補償修正側(cè)壁各方向氧化速率的差異；對圓形臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁進行擴散及氧化，形成氧化孔。

進一步的，水氣在擴散障礙層內(nèi)的擴散系數(shù)Kd小于或等于水氣在半導(dǎo)體內(nèi)的擴散系數(shù)Ks。

進一步的，所述圓形臺面結(jié)構(gòu)的已氧化區(qū)域的半徑為R，氧化孔的目標(biāo)區(qū)域的期待半徑為r，其中，R與r之間的關(guān)系滿足：1R/r≤5。

進一步的，臺面刻蝕后直接側(cè)向氧化形成的氧化孔的中心距離邊的距離為Rs，臺面刻蝕后直接側(cè)向氧化形成的氧化孔的中心距離角的距離為Rc，其中Rs、Rc、R和r滿足:

（R-Rs）/（R-Rc）=1+Ks(Rc-Rs)/Kd(R-r)。