半导体VCSEL再生长型
出处:chengzhang 发布于:2008-12-03 14:39:20
制作折射率导引型结构的VCSEL,需要改变光腔周围的折射率。这可以通过刻蚀/再生长工艺来实现,其基本原理就是在光腔周围生成一个新的半导体材料(折射率也随之变化),起到光场的横向限制作用,如图所示。具体步骤为先制作刻蚀掩模(SiO2,SiNx),将光腔刻蚀成柱型,然后在刻蚀掉的地方通过再次外延工艺生长出新的材料。
刻蚀/再生长结构除了对出射光有着良好的限制作用外,还可以对注入电流进行有效的横向限制,并且钝化有源区的侧面及有着良好的热沉特性。然而,由于构成DBR的AlGaAs非常容易受到诸如化学工艺、离子轰击及空气氧化等因素的影响,这些都会对外延生长造成影响。尤其是AlGaAs表面氧化层非常难去除。因此在进行外延生长工艺之前,需要进行特殊的清除及刻蚀处理,并避免将器件暴露在空气中。
在高A1组分的VCSEL上进行再生长的可行方法有3种。
种方法是掩埋异质结型VCSEL,先用干法刻蚀,再用液相外延(LPE)生长。只是LPE中所用到的回熔清除工艺难以控制,不利于制作小尺寸的VCSEL。而且LPE只能再GaAs上外延生长,因此需要非常深的刻蚀(≥8 μm),并且还要再生长几个;μm的材料才能覆盖谐振腔。
第二种方法是原位干法刻蚀和MBE再生长。将刻蚀设备和MBE的生长室用一个超高真空环境的传送装置连接,以避免A1GaAs表面与空气的接触。采用此工艺可以得到良好的生长质量,不好的方面是,整个设备都需要置于真空环境中,操作复杂且成本较高。
第三种方法是先用干法刻蚀和化学刻蚀去除光腔周围的材料,然后再用MOCVD外延生长。MOCVD的一个主要优点就是可以选择区域生长(可以抑制在掩模材料上生长),因此被看做是一个理想的制作平台。然而,用MOCVD在高Al组分AlGaAs上再生长,需要预先进行严格的非选择性和控制性良好的刻蚀工艺。比较好的办法就是在干法刻蚀完成后,再用湿法刻蚀去掉氧化层,之后立刻送入MOCVD反应室。
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