一种窄条脊形GaAs 基激光器的制备方法及GaAs 基激光器

摘要

一种窄条脊形GaAs基激光器的制备方法，包括：首先在外延片的表面使用第一块光刻掩膜版光刻出一定宽度的图形光刻胶，其中在外延片表面的特定区域上面光刻出一定的图形刻度，然后使用第二块光刻掩膜版，利用光刻掩膜版特定区域上面的图形刻度和外延片表面一次光刻制备出图形刻度相对应，光刻出符合尺寸要求的图形，最后经过腐蚀、生长电极、减薄、合金、封装等工步形成激光器。采用本发明的方法，一方面可以不使用昂贵的设备就可以实现小尺寸图形的光刻，同时掩模光刻胶还可以作为掩蔽膜进行外延片图形的腐蚀；另外，可以不采用套刻的方式使电流阻挡层覆盖到脊条图形的侧面，有利于发光效率和输出光功率的改善，可有效的提高了激光器的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种窄条脊形GaAs基激光器的制备方法及GaAs基激光器，属于半导体的技 术领域。

背景技术

半导体激光器自问世以来，作为一种新型的光源，由于其体积小、功率高、寿命长、使 用方便等优点，在光存储、光通信以及国防、医疗等领域备受青睐。在半导体激光器的制备 过程中，对于激光器脊条的宽度要求越来越小，其对于光刻技术的要求就越高，光刻工艺是 利用光刻胶通过曝光、显影等，将掩膜版上的图形转移到外延片上面，使外延片上面具有想 要制作的器件的光刻胶图形形貌，再通过化学或者物理方法，将图形结构转移到外延片上面。 同时微光刻尺寸控制要求完整图形必须以高准度和高精度完整的在外延片表面表现出来。但 是，在光刻过程中，尤其是小尺寸图形的制备过程，怎么样将小尺寸图形精确的复制到外延 片表面的光刻胶上面，目前主要依赖光刻机的分别率、光刻胶以及刻蚀的技术，图形尺寸越 小，对光刻机的分别率要求越高，相应的对光刻机的要求也就越高，需要的设备比较昂贵。 在实际的操作过程中由于光学衍射效应等原因很难形成形貌比较好、线条宽度比较窄的图形 光刻胶。

中国专利CN101042536A提供了一种在半导体器件的光刻过程中缩小用于形成接触孔的 光刻胶图案的临界尺寸，从而得到临界尺寸在90nm以下的接触孔图案的方法，该专利的主要 技术是在曝光后的图形光刻胶上涂布光酸抑制剂，通过二次曝光、烘烤、显影得到临界尺寸 缩小的接触孔图案。其需要在第一次曝光未显影之前进行，无法首先在衬底上面形成与掩膜 版图形尺寸一致的图形。中国专利CN1531018A公开了在具有第一线宽的图形光刻胶上面旋涂 一化学扩散层，扩散层内的化学物质与图形光刻胶进行化学反应，在光刻胶的表层形成一反 应层，然后将该化学反应层移除以修正图形光刻胶得到第二线宽，实现缩小图形尺寸的效果。 上述方法都是通过对第一次曝光后的图形光刻胶旋涂化学物质后二次曝光、显影达到缩小光 刻胶尺寸的目的。

中国专利CN101471534公开一种制作高亮度半导体锥形激光器/放大器的方法，包括： 在外延片P面上淀积介质保护材料，采用标准的光刻工艺进行第一次光刻；去胶清洗，采用 标准的光刻工艺进行二次光刻；刻蚀或腐蚀制作脊形模式控制区台面；用介质保护材料作掩 膜制作锥形增益区台面；腐蚀剩余介质材料，清洗后重新淀积介质保护材料；采用标准光刻 工艺形成掩膜，腐蚀模式控制区和锥形区上的介质保护材料，开出电流注入窗口；然后经过 P面电极蒸镀、减薄、N面电极蒸镀、合金和封装等工步，通过2次光刻对芯片的不同位置进 行保护，然后通过腐蚀实现芯片表面不同位置处图形的的高度不同，达到同一个芯片表面图 形腐蚀深度的阶梯要求。

在半导体工艺中，有些工艺步骤中需要光刻胶作为掩模进行一些湿法腐蚀以后，在衬底 外延片上面得到与掩膜版图形尺寸一致的图形以后，再缩小掩膜光刻胶的尺寸进行后面的工 艺。如果在去除不需要的材料层形成所需要图形的外延片上面再旋涂其它的化学物质，会对 没有光刻胶保护处的材料形成一定的损伤。这就需要在原来的掩膜光刻胶上面进行一些不会 对材料层形成损坏的处理以达到缩小光刻胶尺寸的目的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种窄条脊形GaAs基激光器的制备方法。

本发明还提供一种利用上述方法制备的GaAs基激光器。

发明概述：

一种窄条脊形GaAs基激光器的制备方法，包括：首先在外延片的表面使用第一块光刻掩 膜版光刻出一定宽度的图形光刻胶，其中在外延片表面的特定区域上面光刻出一定的图形刻 度，然后使用另一块光刻掩膜版，利用光刻掩膜版特定区域上面的图形刻度和外延片表面一 次光刻制备出图形刻度相对应，光刻出符合尺寸要求的图形，最后经过腐蚀、生长电极、减 薄、合金、封装等工步形成激光器。

发明的技术方案如下：

一种窄条脊形GaAs基激光器的制备方法，包括步骤如下：

(1)旋涂光刻胶

在外延片表面旋涂正性光刻胶形成光刻胶层；烘烤去除光刻胶中的溶剂，在烘箱内90℃ -110℃下烘烤15-30min或者热板90℃-110℃烘烤1-4min；

(2)一次光刻图形

利用第一块光刻掩模版对光刻胶层进行曝光；

所述第一光刻掩膜版上设置有多条相互平行、且一端对齐的第一图形刻度；

然后通过显影移除曝光部分的光刻胶在所述外延片上光刻出所需要的图形光刻胶以及第 一图形刻度；

(3)二次光刻图形

利用第二块光刻掩模版对光刻胶层进行曝光；

所述第二光刻掩膜版上设置有多条相互平行、且一端对齐的第二图形刻度；该第二图形 刻度与第一图形刻度呈对称设置；

根据需要光刻出窄条脊形的线宽尺寸，在外延片上面找到第一次光刻制备的第一图形刻 度，在所述第二块光刻掩模版上找到第二图形刻度，然后将第二块光刻掩模版上面所选尺寸 的图形与外延片上面第一次光刻出的相对应的尺寸图形重合对齐，然后曝光通过显影移除曝 光部分的光刻胶，然后将外延片在烘箱内90℃-110℃下烘烤15-30min或者热板90℃-110℃烘 烤1-4min；

(4)湿法腐蚀

采用湿法腐蚀方法将没有光刻胶掩蔽的外延层表面腐蚀到目标深度后予以移除，以在所 述外延片上得到所述线宽尺寸的窄条脊形结构；

(5)生长电流阻挡层

在所述外延片表面上利用PECVD生长电流阻挡层，厚度为

(6)剥离光刻胶

剥离掉有光刻胶位置处的电流阻挡层,形成电流注入窗口，并使电流阻挡层均匀地覆盖在 窄条脊形结构的两侧面。

根据本发明优选的，所述第一图形刻度按照长短顺序依次排列、所述第二图形刻度按照 长短顺序依次排列。

根据本发明优选的，在上述步骤(6)后，还包括步骤(7)：将剥离电流阻挡层以后的外 延片进行以下工步处理，包括：P面电极蒸镀、减薄、N面电极蒸镀、合金和封装。

根据本发明优选的，所述步骤(1)中所述光刻胶层的厚度为

根据本发明优选的，所述的第一块光刻掩膜版中的图形宽度为：15-100μm；所述的第二 块光刻掩膜版中的图形宽度为：15-100μm。

根据本发明优选的，所述的第一块光刻掩膜版上第一图形刻度的范围：1-10μm；所述 的第二块光刻掩膜版上第二图形刻度的范围：1-10μm。本发明可以实现宽度小于10μm刻蚀， 超过10μm可以直接进行光刻。所述的第一图形刻度、第二图形刻度分布在外延片中心点以 及上下左右等位置。

根据本发明优选的，所述步骤(4)中所述湿法腐蚀方法，是利用分析纯的磷酸、双氧水、 去离子水的混合液，以及饱和溴水分别将没有光刻胶掩蔽的外延片腐蚀目标深度。

根据本发明优选的，所述分析纯的磷酸、双氧水、去离子水的混合液中，所有组分的体 积比为，分析纯的磷酸：双氧水：去离子水＝1∶1：(3～4)。

根据本发明优选的，将没有光刻胶掩蔽的外延片腐蚀目标深度为7000-9000埃。

根据本发明优选的，步骤(5)中所述的电流阻挡层为SiO₂。

一种利用上述方法制备的GaAs基激光器，包括生长有外延材料层的外延片，在外延片表 面腐蚀出窄条脊形结构，电流阻挡层覆盖所述窄条脊形结构的两侧面，在所述窄条脊形结构 的顶部设置有电流注入窗口，所述窄条脊形结构的宽度范围：1-10μm。

本发明的有益效果：

本发明采用第一次光刻出尺寸相对比较大的图形光刻胶以及外延片特定位置处的图形刻 度，然后进行第二次光刻，通过第二块光刻掩膜版上面特定区域的图形刻度与外延片上面一 次光刻形成的图形刻度相对应，光刻出需要尺寸的图形光刻胶。本发明可以不使用分辨率比 较高，比较昂贵的光刻机，就可以光刻出尺寸比较小的光刻胶图形。

采用本发明的方法，一方面可以不使用昂贵的设备就可以实现小尺寸图形的光刻，同时 掩模光刻胶还可以作为掩蔽膜进行外延片图形的腐蚀；另外，可以不采用套刻的方式使电流 阻挡层覆盖到脊条图形的侧面，有利于发光效率和输出光功率的改善，可有效的提高了激光 器的性能；采用本发明的方法不会对外延片上面的外延材料形成损伤，操作方便，简化了工 艺步骤。

附图说明

图1为本发明所述制备方法的工艺流程图。

图2为第一块光刻掩膜版上面的第一图形刻度。

图3为第二块光刻掩膜版上面的第二图形刻度。

图4为两次光刻过程的示意图。

图5为剥离电流阻挡层以后窄条脊形结构两边的剖面图。

图5中，001为衬底和部分外延层，002为腐蚀时光刻胶保护未被腐蚀的外延层，003为 电流阻挡层，004为窄条脊形结构的宽度。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步说明，除了这些详细描述外，本发明还可以广泛地 应用在其他的实施例中。

实施例1、

一种窄条脊形GaAs基激光器的制备方法，包括步骤如下：

(1)旋涂光刻胶

在外延片表面旋涂厚度为正性光刻胶形成光刻胶层；烘烤去除光刻胶中的溶剂， 在烘箱内100℃下烘烤20min；

(2)一次光刻图形

利用第一块光刻掩模版对光刻胶层进行曝光；

所述第一光刻掩膜版上设置有多条相互平行、且一端对齐的第一图形刻度；

然后通过显影移除曝光部分的光刻胶在所述外延片上光刻出所需要的图形光刻胶以及第 一图形刻度；

(3)二次光刻图形

利用第二块光刻掩模版对光刻胶层进行曝光；

所述第二光刻掩膜版上设置有多条相互平行、且一端对齐的第二图形刻度；该第二图形 刻度与第一图形刻度呈对称设置；

根据需要光刻出窄条脊形的线宽尺寸3μm，在外延片上面找到第一次光刻制备的第一图 形刻度3μm，在所述第二块光刻掩模版上找到第二图形刻度3μm，然后将第二图形刻度3μ m和第一图形刻度3μm重合对齐，然后曝光通过显影移除曝光部分的光刻胶，然后将外延片 在烘箱内90℃-110℃下烘烤15-30min或者热板90℃-110℃烘烤1-4min；

(4)湿法腐蚀

采用湿法腐蚀方法将没有光刻胶掩蔽的外延层表面腐蚀到目标深度后予以移除，以在所 述外延片上得到所述线宽尺寸的窄条脊形结构；

(5)生长电流阻挡层

在所述外延片表面上利用PECVD生长电流阻挡层，厚度为

(6)剥离光刻胶

剥离掉有光刻胶位置处的电流阻挡层,形成电流注入窗口，并使电流阻挡层均匀地覆盖在 窄条脊形结构的两侧面。

所述第一图形刻度按照长短顺序依次排列、所述第二图形刻度按照长短顺序依次排列。

在上述步骤(6)后，还包括步骤(7)：将剥离电流阻挡层以后的外延片进行以下工步处 理，包括：P面电极蒸镀、减薄、N面电极蒸镀、合金和封装。

所述的第一块光刻掩膜版中的图形宽度为：15-100μm；所述的第二块光刻掩膜版中的图 形宽度为：15-100μm。

所述的第一块光刻掩膜版上第一图形刻度的范围：1-10μm；所述的第二块光刻掩膜版 上第二图形刻度的范围：1-10μm。

所述步骤(4)中所述湿法腐蚀方法，是利用分析纯的磷酸、双氧水、去离子水的混合液， 以及饱和溴水分别将没有光刻胶掩蔽的外延片腐蚀目标深度。

所述分析纯的磷酸、双氧水、去离子水的混合液中，所有组分的体积比为，分析纯的磷 酸：双氧水：去离子水＝1∶1∶4。

将没有光刻胶掩蔽的外延片腐蚀目标深度为7000-9000埃。

步骤(5)中所述的电流阻挡层为SiO₂。

实施例2、

一种利用如实施例1所述方法制备的GaAs基激光器，包括生长有外延材料层的外延片， 在外延片表面腐蚀出窄条脊形结构，电流阻挡层覆盖所述窄条脊形结构的两侧面，在所述窄 条脊形结构的顶部设置有电流注入窗口，所述窄条脊形结构的宽度：3μm。

实施例3、

如实施例1所述的一种窄条脊形GaAs基激光器的制备方法，其区别在于，所述步骤(1) 中，在外延片表面旋涂厚度为正性光刻胶形成光刻胶层；烘烤去除光刻胶中的溶剂， 在热板98℃烘烤2min。

步骤(3)利用第二块光刻掩模版对光刻胶层进行曝光；

所述第二光刻掩膜版上设置有多条相互平行、且一端对齐的第二图形刻度；该第二图形 刻度与第一图形刻度呈对称设置；

根据需要光刻出窄条脊形的线宽尺寸5μm，在外延片上面找到第一次光刻制备的第一图 形刻度5μm，在所述第二块光刻掩模版上找到第二图形刻度5μm，然后将第二图形刻度5μ m和第一图形刻度5μm重合对齐，然后曝光通过显影移除曝光部分的光刻胶，然后将外延片 在烘箱内90℃-110℃下烘烤15-30min或者热板90℃-110℃烘烤1-4min。

实施例4、

如实施例3所述的一种窄条脊形GaAs基激光器的制备方法，其区别在于，所述步骤(1) 中，在外延片表面旋涂厚度为正性光刻胶形成光刻胶层；烘烤去除光刻胶中的溶剂， 在热板105℃烘烤1min。

实施例5、

一种利用如实施例3、4所述方法制备的GaAs基激光器，包括生长有外延材料层的外延 片，在外延片表面腐蚀出窄条脊形结构，电流阻挡层覆盖所述窄条脊形结构的两侧面，在所 述窄条脊形结构的顶部设置有电流注入窗口，所述窄条脊形结构的宽度：5μm。