[發明專利]一種修正氧化孔徑的方法

在審

• 申請號: 202110050488.9
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112864806A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 方照詒;潘德烈;李承遠
• 申請（專利權）人: 深圳市德明利光電有限公司
• 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權代理事務所(普通合伙) 44439
• 代理人: 何兵;呂詩

本發明涉及一種修正氧化孔徑的方法，氧化孔未經修正直接氧化后在(110)晶面方向的俯視圖類橢圓形，包括：在側向氧化之前，對圓形臺面結構的晶面快速氧化方向上的側壁進行鍍膜、沉積或保留原來外延材料形成擴散障礙層，補償修正側壁各方向氧化速率的差異，補償修正方式為在圓柱平臺周圍設置外圍形成橢圓柱體的擴散障礙層，而擴散障礙層的長軸方位即為未經修正的孔徑的短軸方位；對圓形臺面結構的側壁進行擴散及氧化，形成氧化孔。發現了氧化孔形狀不規則的原因，并通過設置擴散障礙層使得氧化孔趨向于對稱的圓形，使得VCSEL能夠呈現出趨于完美的圓形光場。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，涉及光通信技術領域的一種核心器件——VCSEL的制造技術，尤其涉及一種修正氧化孔徑的方法。

背景技術

在光通信技術領域，VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)即垂直面射型激光器，是一種常用的半導體器件激光器，VCSEL從誕生起就作為新一代光存儲和光通信應用的核心器件，應用在光并行處理、光識別、光互聯系統、光存儲等領域。隨著工藝、材料技術改進，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散熱等領域的優勢開始顯現，逐漸應用于工業加熱、環境監測、醫療設備等商業級應用以及3D感知等消費級應用。未來，隨著智能化信息世界的不斷發展，VCSEL將廣泛應用在消費電子3D成像、物聯網、數據中心/云計算、自動駕駛等領域。其中，VCSEL在消費電子領域發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。

與傳統激光器相比，VCSEL具有較小的遠場發散角，發射光束窄且圓，易與光纖進行耦合；閾值電流低；調制頻率高；在很寬的溫度和電流范圍內均以單縱橫模工作；不必解理，即可完成工藝制作和檢測，成本低；易于實現大規模陣列及光電集成。

除了外延結構及芯片幾何結構的設計外，在VCSEL的制造工藝中最為關鍵的當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生激發放射的區域，造成所謂的居量反轉(Population Inversion)現象,光學局限可以限制諧振腔的在X-Y空間方向上的激發放射區域。

不論是光纖通訊或感測的應用，使光窗所發出的光束呈現圓形光場可在應用端有較好的應用效率，其中包含光纖通訊中光芯片與光纖的光耦合效率或感測器應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。

現有的工藝中，氧化孔很難趨向于正圓，大多呈現為近方形、近三角形、近多邊形、近長方形結構，依照所使用襯底的晶向而異。

而控制氧化孔徑的方法一般主要有：一是盡量縮小平臺直徑與光窗直徑的比值；二是如美國專利US20070091965A1專利中所揭露，采用非圓形對稱的異形平臺。縮小平臺直徑對于通訊用高頻激光芯片是有提高頻寬的作用，但是也限制了上金屬電極的有效空間。采用非圓形對稱的異形平臺，會創造出過多的表面面積，其后續之表面鈍化披覆產生較不良的影響。

發明內容

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氧化孔徑的方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種修正氧化孔徑的方法，氧化孔未經修正直接氧化后在(110)晶面方向的俯視圖類橢圓形，所述方法包括：在側向氧化之前，對圓形臺面結構的晶面快速氧化方向上的側壁進行鍍膜、沉積或保留原來外延材料形成擴散障礙層，補償修正側壁各方向氧化速率的差異，補償修正方式為在圓柱平臺周圍設置外圍形成橢圓柱體的擴散障礙層，而擴散障礙層的長軸方位即為未經修正的孔徑的短軸方位；對已具有擴散障礙層的臺面結構側壁進行擴散及氧化，形成氧化孔。