CN101740455A

CN101740455A - 制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法

Info

Publication number: CN101740455A
Application number: CN200910243745A
Authority: CN
Inventors: 王佐才; 金鹏; 王占国
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2010-06-16

Abstract

一种制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，包括如下步骤：步骤1：在具有功能区的基片上涂覆一层光刻胶；步骤2：采用普通光学套刻的方法，将各功能区间的光刻胶去除；步骤3：腐蚀或刻蚀去除光刻胶处的上金属电极、绝缘层和欧姆接触层，形成隔离带；步骤4：将基片上的光刻胶去除；步骤5：在隔离带处对基片进行离子注入；步骤6：退火，完成电学隔离。

Description

制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法

技术领域

本发明属半导体光电子材料与器件领域，特别是涉及一种制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法。

背景技术

超辐射发光二极管(简称SLED或SLD)是一种具有内增益的非相干光光源，其光学特性介于半导体激光器和发光二极管之间。与激光器相比，它具有更宽的发光光谱、更短的相干长度，可应用于光学相干断层扫描仪、光纤陀螺仪等仪器设备中。传统的超辐射发光二极管基于单区域的普通的边发射结构(Z.Y.Zhang et al.，High-performance quantum-dotsuperluminescent diodes，IEEE Photon.Technol.Lett.，2004，16(1)：27-29)，工艺简单但存在诸多缺点，如功率较小，光谱半高宽不可调等。多区域结构的超辐射发光二极管，可以克服超辐射发光二极管的功率小，光谱半高宽不可调的缺点，甚至可以实现光谱半高宽和功率的分离调节。

离子注入技术是半导体器件工艺中广泛采用的电学隔离办法。高能量的离子在半导体材料中引起晶格缺陷。晶格缺陷形成一些缺陷能级，成为载流子的补偿中心，俘获材料中的载流子，从而实现材料的半绝缘特性。此外，硼等离子的注入，除了损伤补偿机制外，还存在化学补偿机制，俘获载流子，实现半绝缘特性。把离子注入隔离技术应用到多区量子点超辐射发光管的制备中，实现各功能区域间的隔离，工艺较为简单、可控性好。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制备多区域结构超辐射发光管的电学隔离的方法，该方法实现各功能区域间的隔离。

本发明提供一种制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，包括如下步骤：

步骤1：在具有功能区的基片上涂覆一层光刻胶；

步骤2：采用普通光学套刻的方法，将各功能区间的光刻胶去除；

步骤3：腐蚀或刻蚀去除光刻胶处的上金属电极、绝缘层和欧姆接触层，形成隔离带；

步骤4：将基片上的光刻胶去除；

步骤5：在隔离带处对基片进行离子注入；

步骤6：退火，完成电学隔离。

其中离子注入是单独采用H、O、He或B离子一次或多次注入，或分别采用H、O、He或B离子一次或多次注入。

其中功能区是超辐射区、光吸收区或光放大区。

其中基片包括衬底和缓冲层，及其上依次制作的下包覆层、波导和有源层、上包覆层、欧姆接触层、绝缘层和上金属电极。

其中隔离带的深度到基片的有源层的表面。

其中上金属电极的厚度为0.5-2微米。

其中隔离带的数量为1-10个。

其中退火的温度为350-750℃。

本发明的有益效果是：该方法提供一种制备多区域结构超辐射发光管的电学隔离的方法，可以方法实现各功能区域间的隔离，隔离电阻高，各功能区域光耦合效果好；工艺较为简单、可控性好、具有较强的实用价值。

附图说明

为进一步说明本发明的内容，以下结合附图和具体实例对其做进一步的描述，其中：

图1是本发明有功能区的基片的侧面示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，包括如下步骤：

步骤1：在具有功能区5的基片20上涂覆一层光刻胶，光刻的第一步，根据光刻掩膜版的类型选择光刻胶的种类。为了对覆盖光刻胶的基片20起到保护作用，光刻胶应达到足够的厚度。所述基片20包括衬底和缓冲层12，及其上依次制作的下包覆层11、波导和有源层10、上包覆层9、欧姆接触层8和绝缘层7，基片20采用n型衬底，缓冲层也为n型，是GaAs材料或InP材料。基片20所包含的波导和有源层10是掩埋自组织量子点结构或者是量子阱结构。量子点结构的利于制备宽光谱器件。量子阱结构利于制备高功率器件。波导可以采用折射率渐变波导，根据折射率渐变波导的材料选择上包覆层9和下包覆层11的材料。上包覆层9和下包覆层11的材料分别是p型掺杂和n型掺杂。欧姆接触层8为高掺杂p型层，一般厚度为几百纳米，Be掺杂浓度一般应大于1*10¹⁹cm^-3，目的是制备良好的欧姆接触金属电极，应根据上包覆层9材料选择盖层材料，厚度为150nm-500nm。绝缘层7可采用二氧化硅层或者氮化硅层，目的是隔绝电子，厚度为200nm-350nm。上金属电极6的厚度为0.5-2微米，本方法采用金属电极6作为离子注入的金属掩蔽膜。

步骤2：采用普通光学套刻的方法，将各功能区5间的光刻胶去除，采用电子束套刻或光学套刻，具有功能区5的基片20上是拥有对版标记的，本步骤应把掩膜版上的对版标记应和具有功能区5的基片20上的对版标记对齐，基片20上的功能区5为吸收区、超辐射区和光放大器区，吸收区域的作用是抑制激射，超辐射区的作用是产生超辐射光，光放大器的作用是放大超辐射区的光，使得输出功率增大。

步骤3：腐蚀或刻蚀去除光刻胶处的上金属电极6、绝缘层7和欧姆接触层8，形成隔离带2，其中隔离带2的数量为1-10个。腐蚀或刻蚀去除光刻胶处的金属电极6是制备隔离带2的第一步，金属导电性好，必须去除金属电极6，去除绝缘层7是为了去除欧姆接触层8，欧姆接触层8去除是因为欧姆接触层8掺杂浓度太高，对离子注入的要求很高。

步骤4：将基片20上的光刻胶去除，去除光刻胶的目的是避免光刻胶碳化粘附在器件上；

步骤5：在隔离带2处对基片20进行离子注入，离子注入是制备电学隔离的关键，离子注入的能量和次数应根据上包覆层9的厚度选择，注入结果上包覆层9每处的注入浓度应大于2*10¹³cm^-3。注入的剂量应在10¹⁵cm^-2和10¹⁷cm^-2之间。离子注入是单独采用H、O、He或B离子一次或多次注入，或分别采用H、O、He或B离子一次或多次注入。注入时应有7度倾角，减少沟道效应带来的影响。被注入的高能量的离子在半导体材料中引起晶格缺陷。晶格缺陷形成一些缺陷能级，成为载流子的补偿中心，俘获材料中的载流子，从而实现材料的半绝缘特性。此外，硼等离子的注入，除了损伤补偿机制外，还存在化学补偿机制，俘获载流子，实现半绝缘特性。隔离带2的深度到基片20的波导和有源层10的表面，这是因为波导和有源层10一般是非掺杂，电阻率较高，只需要通过离子注入办法，把P型掺杂的上包覆层9变成高电阻即可。

步骤6：退火，完成电学隔离。其中退火的温度为350-750℃，完成电学隔离。退火的时间可以从1分钟到30分钟，退火的目的是使得波导和有源层中的损伤修复使得不同功能区5间的光波导不受到离子注入的影响。

请参阅图1所示，本发明提供一种具有两个功能区的超辐射发光管的电学隔离制备方法。

制备电学隔离前的工作阐述如下：

采用普通的光刻的办法，刻蚀或腐蚀具有超辐射发光管器件结构的材料(例如Z.Y.Zhang et al.，High-performance quantum-dotsuperluminescent diodes，IEEE Photon.Technol.Lett.，2004，16(1)：27-29)形成器件台面。用等离子辅助化学气相沉积(PECVD)的方法，覆盖一层二氧化硅绝缘层7。采用光学套刻的办法，器件台面上形成电注入窗口。然后制备Ti-Pt-Au上电极。

制备电学隔离的方法如下：

采用普通套刻办法，腐蚀隔离带2的金属层、二氧化硅绝缘层7和外延材料上的高掺杂欧姆接触层8。对隔离带2离子注入，倾斜7度角注入，按顺序质子剂量3*10¹⁵cm^-2、120keV注入，质子剂量3*10¹⁵cm^-2、50keV注入，氧离子剂量1*10¹⁵cm^-2、140keV注入，氧离子剂量3*10¹⁵cm^-2、40keV注入，而后在合金炉内，400℃热退火15分钟，形成离子注入区13。

制备电学隔离后，器件的制作工艺，离子注入后减薄衬底和缓冲层12，蒸镀背面电极并在450℃白光快速热退火15秒。解理管芯，烧焊，引线，管芯制备完成。

该器件的功能区是超辐射区，吸收区和光放大区。吸收区域的作用是抑制激射，超辐射区的作用是产生超辐射光，光放大器的作用是放大超辐射区的光，使得输出功率增大。

两个功能区的多区域超辐射发光管，可以是超辐射区和光放大器的组合。这种多区域超辐射发光管，通过对光放大器区和超辐射区电流的分别控制，可同时优化器件的输出功率和光谱宽度。

两个功能区的多区域超辐射发光管，也可以是超辐射区和超辐射区的组合。这种多区域超辐射发光管，通过在超辐射区和光放大器区两个的超辐射区注入不同强度的电流，两个超辐射区的光谱叠加在一起，最终的输出光谱宽度会比只有一个超辐射区的超辐射管的发射光谱宽。

多区域的超辐射发光管，可以是3个或3个以上功能区的组合，例如，两个相邻超辐射区和一个吸收区，除了可以增加超辐射管的发射光谱宽度外，还可以达到抑制激射的效果。

不同功能区之间的电学隔离，是让功能区单独工作的关键，是本专利的核心内容。

虽然参照上述具体实施方式和实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施方式和实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变，例如，实施例中的腐蚀或刻蚀方法、绝缘层的类型及制备方法、离子注入剂量及能量、退火温度及时间、电极组分等。总之，本发明意欲涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种变形。

Claims

1.一种制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，包括如下步骤：

步骤1：在具有功能区的基片上涂覆一层光刻胶；

步骤4：将基片上的光刻胶去除；

步骤5：在隔离带处对基片进行离子注入；

步骤6：退火，完成电学隔离。

2.根据权利要求1所述的制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，其中离子注入是单独采用H、O、He或B离子一次或多次注入，或分别采用H、O、He或B离子一次或多次注入。

3.根据权利要求1所述的制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，其中功能区是超辐射区、光吸收区或光放大区。

4.根据权利要求1所述的制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，其中基片包括衬底和缓冲层，及其上依次制作的下包覆层、波导和有源层、上包覆层、欧姆接触层、绝缘层和上金属电极。

5.根据权利要求1所述的制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，其中隔离带的深度到基片的有源层的表面。

6.根据权利要求4所述的制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，其中上金属电极的厚度为0.5-2微米。

7.根据权利要求1或5所述的制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，其中隔离带的数量为1-10个。

8.根据权利要求1所述的制备多区域结构超辐射发光管电学隔离的方法，其中退火的温度为350-750℃。