一种高线性度垂直腔面激光器芯片结构的制作方法

1.本实用新型属于激光器制造技术领域，具体涉及一种高线性度垂直腔面激光器芯片结构。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)，一般在衬底上生长外延结构层，外延生长后进行的工艺是对外延片表面进行清洗作业去除表面的颗粒particle，紧接着进行mesa光刻(光刻包含的步骤有涂胶、曝光以及显影)，接下来进行氧化、光刻、刻蚀、光刻、p面金属化、减薄、n面金属化、测试划片、封装等。具体的工艺流程为gaas衬底—mocvd外延生长—mesa光刻—刻蚀、氧化—光刻—刻蚀—光刻—p面金属化—减薄—n面金属化—测试划片——封装。
3.现有的工艺方法在芯片端进行工艺时会因为刻蚀工艺过刻对n
‑
dbr层造成破坏，最终会影响liv曲线的线性度以及产品的可靠性。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种产品可靠性高且寿命长的高线性度垂直腔面激光器芯片结构，解决了上述问题。
5.为此，本实用新型提供了一种高线性度垂直腔面激光器芯片结构，包括由下至上依次加工形成的衬底、n
‑
dbr层、多量子阱层、p
‑
dbr层、帽层、绝缘层及电极接触层，所述绝缘层设有内外连接通道，所述内外连接通道设有金属层，所述金属层的上端面与所述电极层接触，所述金属层的下端面与所述帽层之间注入有离子注入层。
6.优选地，所述离子注入层含有锌(zn)原子、碳(c)原子、镁(mg)原子或者铍(be)原子的气体、固体及液体中的一种或多种组合。
7.优选地，所述离子注入层中的离子浓度含量为10
18
～10
21
cm
‑3。
8.优选地，所述离子注入层的注入时间为5s～30min。
9.优选地，所述离子注入层注入时腔体的温度范围为70～300℃。
10.优选地，所述离子注入层的厚度范围为50nm～5000nm。
11.优选地，所述衬底为gaas衬底。
12.优选地，所述衬底的材料为ⅲ/
ⅴ
族化合物半导体。
13.优选地，所述电极接触层的材料为ⅲ/
ⅴ
族化合物半导体。
14.本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种高线性度垂直腔面激光器芯片结构，包括由下至上依次加工形成的衬底、n
‑
dbr层、多量子阱层、帽层、绝缘层及电极接触层，绝缘层设有内外连接通道，内外连接通道设有金属层，金属层的上端面与电极层接触，金属层的下端面与帽层之间注入有离子注入层。在外延片清洗完成后先进行光刻工艺，将外延结构上不需要离子注入的区域用光刻胶保护，再进行离子注入工艺，最后将含有光刻胶的区域去胶，然后和原有工艺方法一样作业。因此当器件处于工作状态时载流子会被限制在
离子注入的区域传输，不会因为刻蚀过程中过刻导致载流子的传输路径发生改变，提高了产品的稳定，增加了使用寿命。
15.以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
16.图1是本实用新型高线性度垂直腔面激光器芯片结构示意图；
17.图2是本实用新型高线性度垂直腔面激光器芯片结构的没有注入离子注入层的liv曲线效果图；
18.图3是本实用新型高线性度垂直腔面激光器芯片结构的有注入层的liv曲线效果图；
19.图4是本实用新型高线性度垂直腔面激光器芯片结构的工艺流程图。
20.附图标记说明：101、gaas衬底，102、n
‑
dbr层，103、量子阱层，104、p
‑
dbr层，105、帽层，106、离子注入层，107、氧化孔，108、金属层，109、第一层绝缘层，110、平坦化层，111、第二层绝缘层，112、电极接触层。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.本实用新型实施例提供了一种高线性度垂直腔面激光器芯片结构，包括由下至上依次加工形成的衬底、n
‑
dbr层102、多量子阱层103、p
‑
dbr层104、帽层105、绝缘层及电极接触层112，所述绝缘层设有内外连接通道，所述内外连接通道设有金属层108，所述金属层108的上端面与所述电极层接触，所述金属层108的下端面与所述帽层105之间注入有离子注入层106。其中，绝缘层包括由下至上层叠的第一层绝缘层109和第二层绝缘层111。在n
‑
dbr层102、多量子阱层103、p
‑
dbr层104及帽层105之间贯连接有平坦化层110，平坦化层110的位于p
‑
dbr层104的位置水平延伸设有氧化孔107。
25.如图2和图3所示，外延片清洗完成后先进行光刻工艺，将外延结构上不需要离子注入的区域用光刻胶保护，再进行离子注入工艺，最后将含有光刻胶的区域去胶，然后和原有工艺方法一样作业。选择这种工艺的优点在于当器件处于工作状态时载流子会被限制在
离子注入的区域传输，不会因为刻蚀过程中过刻导致载流子的传输路径发生改变，导致在通入大电流时liv曲线出现抖动，pi曲线出现kink，测试出的电阻不稳定以及产品过早的出现扭折饱和最终导致产品可靠性异常，寿命低下。
26.具体的加工方式及结构为如图1和图4所示：高线性度垂直腔面激光器芯片结构，包括由下而上依次层叠的n
‑
dbr层102、多量子阱层103、p
‑
dbr层104、帽层105、离子注入层106、氧化孔107、金属层108、第一层绝缘层109、平坦化层、第二层绝缘层、电极接触层112。外延结构层即上述的n
‑
dbr层102、多量子阱层103、p
‑
dbr层104、帽层105等生长完成后经过外延一系列测试验证，将验证合格的晶圆wafer进入到芯片端的工艺。将外延测试各项性能符合要求的晶圆wafer重新组成批次，按照批次号对其表面的颗粒particle进行清洗。将清洗过后的晶圆wafer放入离子注入设备中进行离子注入工艺即可。
27.具体的工艺流程为：gaas衬底101上进行mocvd外延生长，外延生长完成后，对外延片表面进行清洗作业去除表面的particle，紧接着进行离子注入，然后再进行剩余的工艺。剩余的工艺为现有技术，具体为mesa光刻、刻蚀、氧化、光刻、刻蚀、光刻、p面金属化、减薄、n面金属化、测试划片最后封装完成。
28.优选的方案，所述离子注入层106含有锌(zn)原子、碳(c)原子、镁(mg)原子或者铍(be)原子的气体、固体及液体中的一种或多种组合。不同的组合可以应用到不同具体激光器芯片结构上，以最大程度优化芯片结构。
29.优选的方案，所述离子注入层106中的离子浓度含量为10
18
～10
21
cm
‑3。经过试验得到该浓度范围的离子注入层106能最优满足产品稳定性。
30.优选的方案，所述离子注入层106的注入时间为5s～30min。经过试验得到该离子注入层106的注入工艺时间范围内能最使得产品稳定性最好。
31.优选的方案，所述离子注入层106注入时腔体的温度范围为70～300℃。该温度范围内离子注入时的工艺参数要求可以让产品的稳定性最优。
32.优选的方案，所述离子注入层106的厚度范围为50nm～5000nm。离子注入层106的厚度太薄和太厚都不合适。太厚不能达到芯片使用功能要求，太薄产品容易失败。
33.优选的方案，衬底为gaas衬底101。gaasic主要指以gaas半导体材料为主所制作的集成电路，其有源器件主要是金属肖特基场效应晶体管(mesfet)和结型场效应晶体管(jfet)；同时还包含了用分子束外延(mb)e和有机金属汽相沉积(mocvd)生长的材料所制作的高电子迁移率晶体管(hemt)和异质结双极晶体管(hbt)等器件所研制的集成电路。
34.优选的方案，所述衬底的材料为ⅲ/
ⅴ
族化合物半导体。
35.优选的方案，所述电极接触层112的材料为ⅲ/
ⅴ
族化合物半导体。电极接触层112生长的材料与衬底材料一致，在厚度上会有一定差异。
36.本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种高线性度垂直腔面激光器芯片结构，包括由下至上依次加工形成的衬底、n
‑
dbr层、多量子阱层、帽层、绝缘层及电极接触层，绝缘层设有内外连接通道，内外连接通道设有金属层，金属层的上端面与电极层接触，金属层的下端面与帽层之间注入有离子注入层。在外延片清洗完成后先进行光刻工艺，将外延结构上不需要离子注入的区域用光刻胶保护，再进行离子注入工艺，最后将含有光刻胶的区域去胶，然后和原有工艺方法一样作业。因此当器件处于工作状态时载流子会被限制在离子注入的区域传输，不会因为刻蚀过程中过刻导致载流子的传输路径发生改变，提高了
产品的稳定，增加了使用寿命。
37.以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。