（物理電子學(xué)專業(yè)論文）新型分布孔結(jié)構(gòu)面發(fā)射激光器研究.pdfVIP

摘要 本文提出并設(shè)計(jì)了一種全新結(jié)構(gòu)的垂直腔面發(fā)射激光器：新型分布孔結(jié)構(gòu)垂直腔面 發(fā)射激光器。新型結(jié)構(gòu)克服了原有v c s e l 發(fā)射功率低，大電流注入時發(fā)熱量大等缺點(diǎn)， 改善了器件的熱特性和輸出特性，減小了p - d b r 熱阻。生長了所需新結(jié)構(gòu)v c s e l 的外 延片，通過對刻蝕、氧化以及歐姆接觸等工藝的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，制作了新型分布孔面發(fā)射 激光器。經(jīng)測試單管最低閾值電流為1 8 m a ，輸出功率達(dá)到7 9 6 m w ，其輸出功率是傳 統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1 3 倍左右。 關(guān)鍵詞：垂直腔面發(fā)射激光器分布孔結(jié)構(gòu)熱特性光輸出功率 a b s t r a c t i nt h i sp a p e ran e ws t r u c t u r ew h i c hv e r t i c a lc a v i t ys u r f a c ee m i t t i n gl a s e r ( v c s e l ) w i t h n e wd i s t r u b i u t e dg r o o v es t r u c t u r ew a sd e s i g n e da n de x p l o r e d ，i ne x p e r i m e n t sg r o w t ht h e m u t i q u a n t u mw e l i s ( m q w ) b ym o l e c u l a rb e a me p i t a x y ( m b e ) b yu s i n go p t i m i z a t i o n p r o c e s sa n dd e s i g no fr e a c t i v ei o ne t c h i n g ( r a e ) ，o x i d ec o n f i n e da n dt h eo h mc o n t a c t o c t t h eh i 曲p e r f o r m a n c ew i t hn e ws t r u c t u r et h a to fd i s t r i b u t e dg r o o v eo fv c s e l sw e r e f a b r i c a t e d t h et e s t i n gr e s u l t ss h o wm a tt h e s ev c s e l so p e r a t ew i t hg o o dp e r f o r m a n c e t h e n e ws t r u c t u r eo fv c s e l sc a l lr e d u c et h ev a l u et h e r m a lr e s i s t a n c eo fp - t y p ed i s t r i b u t e b r a g gr e f l e c t o r s ( p - d b r l a n d a g a i n s tt h e l o w l i g h to u t p u tp o w e r , i m p r o v et h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h el i g h to u t p u ta n dt h e r m a lc h a r a c t e r i s t i ce f f e c t i v e l y t h el o w e s t t h r e s h o l dc u r r e n t so ft h ed i s t r i b u t e dg r o o v eo fv c s e li s1 8 m a , t h eh i g h e s to ft h e o u t p o w e ri s7 9 6m w , l i g h to u t p u tp o w e ri sa b o u t 1 3t i m e sa sm u c ha sc o n v e t i o n a l s t r u c t u r e k e y w o r d s ：v c s e l ，d i s t r i b u t e dg r o o v e , t h e r m a lc h a r a c t e r i s t i c ， l i g h to u t p u tp o w e r 長春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)- 陛聲明 本人鄭重聲明：所呈交的碩士學(xué)位論文，新型分布孔結(jié)構(gòu)面發(fā)射激光器研 究是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已 經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作 品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 作者簽名：盔型b 緩舞三月創(chuàng) 長春理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“長春理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版 權(quán)使用規(guī)定”，同意長春理工大學(xué)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的 復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)長春理工大學(xué)可以將本學(xué)位 論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等 復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。 作者簽名： 盜復(fù)互壟年j 月翊 指刪讎：選肇! 翌年月且 第一章緒論 1 1 垂直腔面發(fā)射激光器概述 由于半導(dǎo)體激光器的體積小、輸入能量低、壽命較長、易于調(diào)制以及價格低廉等 優(yōu)點(diǎn)。使得它已在激光技術(shù)中占有顯赫的地位，它的成功應(yīng)用已遍及光電子學(xué)、激光通 信、光網(wǎng)絡(luò)存儲、光互聯(lián)、光集成等許多重要領(lǐng)域。半導(dǎo)體激光器現(xiàn)在己成為我們?nèi)?常生活最廣泛使用和最重要的激光器。其中傳統(tǒng)的邊發(fā)射激光器( e e l ) ，由于其固有 結(jié)構(gòu)的限制，很難實(shí)現(xiàn)高密度的二維陣列及其光電集成，并且具有測試成本高、與光 纖耦合精度要求高、耦合效率低以及工作電流高等缺點(diǎn)，不利于未來光網(wǎng)絡(luò)在中短程 的應(yīng)用1 1 捌。 為了克服邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器在上述方面應(yīng)用的難點(diǎn)，1 9 7 7 年，日本東京工業(yè)大 學(xué)的k i g a 首次提出用外延片的表里( 上下) 兩面作為激光反射鏡的面發(fā)射激光器 ( s e l ) ，光從襯底表面上射出【4 5 】。1 9 7 9 年k i g a 等人又第一次通過電流注入實(shí)現(xiàn)了 g a i n a s p 系列激光器的激光振蕩，此后這種新型的半導(dǎo)體激光器以垂直腔面發(fā)射半導(dǎo) 體激光器為名在世界范圍內(nèi)被廣泛使用。經(jīng)過2 0 多年的發(fā)展，垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體 激光器作為光纖通信、高速光局域網(wǎng)、光盤、激光打印機(jī)、光互連等許多光電子技術(shù) 新領(lǐng)域【6 7 】中的重要器件，成為研究最活躍的半導(dǎo)體激光器之一。 v c s e l 由于單縱模、波長可連續(xù)調(diào)諧、無模式跳躍、波長分布范圍廣等特點(diǎn)，已被 廣泛用于多種激光領(lǐng)域的應(yīng)用與研究。垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用之所以隨處 可見，與多媒體信息社會的發(fā)展息息相關(guān)。它在網(wǎng)絡(luò)、存儲器等方面的應(yīng)用，強(qiáng)有力 的推動了信息社會的發(fā)展?，F(xiàn)在主干信息通信網(wǎng)幾乎全部都實(shí)現(xiàn)了光通信，今后光纖 也將進(jìn)入每個家庭。另外，大規(guī)模圖像信息的傳送和處理、超并行光傳輸系統(tǒng)、連接 多個計(jì)算機(jī)或l s i 芯片的并行光互連以及光并行信息處理等系統(tǒng)中，光電子技術(shù)起著主 導(dǎo)作用i s - 1 4 1 ，其中垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的地位不可小覷。 由于v c s e l 具有可批量生產(chǎn)、性能高、易于檢驗(yàn)與封裝、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在激光器 領(lǐng)域有其不可替代的地位，并且v c s e l 的研究在多方面都已取得迅速發(fā)展。隨著光互 聯(lián)二維光信息處理的發(fā)展，微小尺寸、極低功耗和高集成度激光器陣列的需求將日益 增長。v c s e l 正具有高密度、高傳輸率、高平行光傳輸和易于進(jìn)行二維宅間組合的特 點(diǎn)，是理想的集成光電子學(xué)有源器件和空間光學(xué)以及光計(jì)算機(jī)并行處理的器件。v c s e l 的高速響應(yīng)，使其在波分復(fù)用( w d m ) 光纖通信、計(jì)算機(jī)中的芯片光互連和自由空間光 互連等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。現(xiàn)在v c s e l 的研究發(fā)展方向成了世人矚目的一個焦 點(diǎn)。 1 1 1 垂直腔面發(fā)射激光器的進(jìn)展 1 9 7 7 年日本東京工業(yè)大學(xué)以k e n i c h ii g a 教授為首的研究小組首次提出了垂直腔 面發(fā)射激光器的概念。當(dāng)時他們主要是想通過采用縮短腔長的辦法來獲得穩(wěn)定的動態(tài) 單縱模工作的半導(dǎo)體激光器，以提高光通信的能力。但由于這種激光器的單程增益長 度極短( t ，m 時， ，2 厶+ 瓦e 石p ( 2 2 1 ) 厶= 厶口( d z ) 2( 2 2 2 ) 其中，是出射光的頻率，p 是輸出光功率密度，r d 是外微分量子效率。在串聯(lián) 電阻減小的情況下，閨值電流是降低的。 2 3d b r 反射率 對于v c s e l 中d b r 反射鏡的反射率有很多方法進(jìn)行處理，如矢暈法、多光束干涉 法、矩陣法等經(jīng)典的多層光學(xué)介質(zhì)薄膜理論。其中的矩陣法是一種非常簡便的方法， 直接_ h j 矩陣相乘的形式求出反射率?？紤]一介質(zhì)層b ，其厚度為d ，折射率為 ，層中 的線性吸收系數(shù)為a o ，通過求解層兩側(cè)的麥克斯韋方程，對于t e m 波正入射的情況下 我們可以得出一個描述在兩個界面上的電場e 和磁場日關(guān)系的傳輸矩陣： f e 2 。、 ：i 文+ j a b 們體j - - s i n ( k o “風(fēng)力j (223，( , 1 7 0 片( o ) j 【i n s i n ( ( 心d + 覷d ) c 。o s ( k 。d + 覷d ) j 、 其中吒由f 式給出：以= 竿，其中凡為真空中的波長，r o 為真空中的磁導(dǎo)率。 這樣一來，對于一個多層結(jié)構(gòu)中的第i 層介質(zhì)其厚度為以的矩陣就定義出來了。考慮 在此總長度為三一= z 的疊層中的多層效應(yīng)，我們可以用一個矩陣m 來聯(lián)系輸入 輸出場： 肌耳m2 巴意 考慮波阻抗，此疊層的反射系數(shù)的振幅，可以由下式表示為： r=nomll+non,m12-m21-rlm ” f 2 2 5 ) n o m l i + r l o n x m l 2 一m 2 i + 仇“2 2 其中m 是m 的元素，n o 、n 。分別指入射介質(zhì)和襯底介質(zhì)，而且。是波長的函數(shù)。 在一個反射鏡中包含m 對k 4 的折射率為n l 和能的周期性多層介質(zhì)，在所有界面的反射 同位相f l e b r a g g 波長x ，4 反射條件下得到一個很強(qiáng)的反射。對于一個無損耗具有m 個反 射周期的x 4 的疊層結(jié)構(gòu)，在b r a g g 反射條件下反射率為： ( 2 2 6 ) 可以看出當(dāng)m 很大時，反射率r 可以近似接近于1 ，而且當(dāng)h l l e l 9 p 2 2 2 1 x 2 2 2 0 x 2 2 1 9 x 2 2 1 8 x 2 2 a l x g a l o s a i x g a l a s a i x g a l 舢 a k g a l x a s a i x g a l a s a i x g a l * a s a l x g a l q a s a l 。g a l 抽 a l x g a l - x a s a l x g a l k a s g a a s o 1 2 0 9 0 1 2 0 9 0 1 2 o 9 o 1 2 o 9 8 1 2 0 9 8 0 9 0 6 o 3 a i x g a l 。a s 0 3 g a a s a i x g 8 1 小s a i x g a i x a $ a l 。g 8 1 x a s a l 。g a l x a s a i ，g a l x a s a i ，g a l o s a i 。g a l - x a s a i x g a l a s g a a s 0 3 0 6 o 9 0 1 2 0 9 0 1 2 0 9 0 1 2 o 9 o 1 2 0 9 b u f f e rl a y e r “ 2 0 4 9 2 0 4 0 2 0 3 0 3 l 9 3 1 0 8 l o 8 1 0 9 3 6 0 2 0 4 0 2 0 4 9 2 0 5 0 0 t e l 9 3 e 1 8 ，2 e 1 8 2 e 1 8 ，2 e 1 8 3 e 1 8 2 e 1 8 2 e 1 8 2 e 1 8 2 e 1 8 2 e 1 8 2 e 1 8 2 5 e 1 8 ，2 e 1 8 2 5 e 1 8 ，2 e 1 8 25 e 1 8 ，2 e 1 8 2 5 e 1 8 ，2 e 1 8 2 5 e l8 2 e 1 8 2 5 e 1 8 ，2 e 1 8 2 5 e 1 8 2 e 1 8 0g a a ss u b s t r a t e3 e 1 8 n 1 7 p p p p p p p p u u u u u u u n n n n n n n 2 2 6 6 6 6 ：寶 ” h 佗 叭 姒 9 8 7 6 弼 弼 粥 粥 。 3 1 3 外延材料的表征 ( 一) 外延片的s e m 測試 把生長后的外延片放在日、- r ( h i t a c h i ) 場發(fā)射掃描電子顯微鏡( s e m ) 下觀察。圖3 2 是本章設(shè)計(jì)的v c s e l 結(jié)構(gòu)的外延片斷掃描電子顯微鏡( s e m ) 照片。外延層結(jié)構(gòu)中 的上、下d b r 、有源層，各界面層次分明，清晰平直，結(jié)構(gòu)完整，具有良好的周期 重復(fù)性，生長質(zhì)量完好，與設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)基本吻合。 圖3 2 $ 5 0 n m 新結(jié)構(gòu)v c s e l 外延片的s e m ( 二) 外延片的x 射線雙晶衍射測試， 外延片的雙晶x 射線衍射測量結(jié)果如圖3 3 所示。測試條件如下：采用日本理學(xué) 的雙晶x 射線衍射儀測試，測試電壓3 8 k v ，電流9 6 m a ，測角采用了r i n t 2 0 0 0 微 步進(jìn)測角儀，計(jì)數(shù)器采用閃爍計(jì)數(shù)器，連續(xù)掃描方式，掃描速度為0 3 度分，掃描精 度為0 0 0 1 度，掃描范圍3 5 2 5 度到3 5 5 度。 號 8 蚤 高 豈 ： ，一l l yu 九 一2 0 ( a r c s e c ) 圖3 3 新結(jié)構(gòu)雙晶x 射線衍射測量結(jié)果 ( 三) 外延片的光致發(fā)光譜測試 v c s e l ：，b 延片的光致發(fā)光譜的測量采用r i o r a d 公司的r p m 2 0 0 0 測試系統(tǒng)，測量 條件為：測量溫度2 2 3 ，掃描范圍7 5 0 n m - 9 5 0 n m ，狹縫寬度o 0 0 5 m m ，光柵3 0 0 9 m m ， 探測器為c c d 陣列，所用的激光光源的波長為5 3 2 n m ，功率為9 0 m w 。測試結(jié)果如 圖3 4 為外延片p l 峰值波長為8 4 7 n m ，經(jīng)計(jì)算得出其半峰寬約為3 2 5 n m 。這種情況與 8 n m 阱寬g a a s a 1 0 3 g a o7 a sq w 的躍遷能對應(yīng)波長8 4 7 n m 基本符合。 號 8 置 高 皇 量 8 5 0 7 0 0 7 5 0 8 0 0 8 5 0 9 0 0 9 5 01 0 0 01 0 5 0 w a v e l e n g h t h ( n m ) 圖3 48 5 0 n m 新型分布孔結(jié)構(gòu)v c s e l 外延片的光熒光譜圖 f 四) 外延片的d b r 反射譜測試 對生長的v c s e l 外延片的d b r 反射譜進(jìn)行了測量，測試采用b i o - p a d 公司的 r p m 2 0 0 0 測試系統(tǒng)，測量條件為：測量溫度2 3 2 c ，掃描范圍7 5 0 n m 9 5 0 n m ，狹縫 寬度o 0 0 5 m m ，光柵3 0 0 9 m m ，探測器為c c d 陣列。測量的結(jié)果如圖3 5 所示，即 采用b i o r a dr p m - 2 0 0 0 測試的外延片的反射譜。f p 模波長為8 4 7 6 r i m ，理論計(jì)算 的f p 模波長為8 4 9 9 n m ，實(shí)際外延片的f - p 模波長與設(shè)計(jì)值相當(dāng)符合。從圖中可以 看出高反射率部分起始點(diǎn)在8 0 4 n m ，中止點(diǎn)在8 9 2 n m ，帶寬為8 8 n m 。 w a v e l e n g h t h ( n m ) 圈3 58 5 0 n m 新結(jié)構(gòu)v c s e l 外延片的反射譜圖 1 9 oo#母uqij 3 2 新型分布孔結(jié)構(gòu)v c s e l 的工藝制備 3 2 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的新型面分布孔v c s e l 的結(jié)構(gòu)，如圖3 6 所示。這種全新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的面分 布孔結(jié)構(gòu)v c s e l 與以往采用的結(jié)構(gòu)比較，具有以下特點(diǎn)：可降低p 型d b r 體電阻， 減少熱源；形成發(fā)散散熱通道，增大散熱體積，減小熱阻；改善激光輸出模式；減少 工藝步驟等。同時可以降低激光器功耗，提高轉(zhuǎn)換效率，改善器件的電學(xué)特性、熱學(xué) 特性以及光學(xué)特性，是探索獲取高功率、高效率面發(fā)射激光器的新途徑。 這種激光器的面分布孔結(jié)構(gòu)適用于目前已知的垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器p 面出 光( 正裝) 、n 面出光( 倒裝) 和擴(kuò)展腔等多種面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。為大功率垂直 腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器陣列及其陣列模塊的實(shí)現(xiàn)，提供技術(shù)儲備。這種結(jié)構(gòu)形成的發(fā) 散電流注入路徑均與襯底相通，增加了數(shù)倍于原結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱通道面積，極大的減小了 熱阻。同時由于面分布孔結(jié)構(gòu)所形成的孔道，增加了器件的表面積，它的對流散熱作 用也顯著提高。 圖3 6 面分布孔v c s e l 原理示意圖 然后我們根據(jù)器件具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工符合工藝流程光刻套版。進(jìn)行光刻、掩膜、 剝離、腐蝕、反應(yīng)離子刻蝕、套刻、離子濺射、減薄、電極制備、熱沉制各、歐姆接 觸、鍵合、封裝工藝。具體_ 藝如圖3 7 所示。 2 0 圖3 7 新結(jié)構(gòu)v c s e l 的制備工藝流程 新結(jié)構(gòu)v c s e l 制備工藝流程的主要步驟包括：氧化臺面的選擇性腐蝕( 光刻) ， 側(cè)向選擇氧化形成光電限制，歐姆接觸層的制備。 就這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)說明如下： ( 1 ) 氧化臺面的選擇性腐蝕：選取v c s e l 外延片，先沉積一層s i 0 2 作掩膜，然后 進(jìn)行第一次光刻，使用常規(guī)腐蝕和選擇性腐蝕的方法，腐蝕s i o z 層和p d b r 至高鋁層。 ( 2 ) 側(cè)向選擇氧化：此步工藝是v c s e l 整個制備工藝中的關(guān)鍵部分，通過對臺 面?zhèn)让媛冻龅母咪X組分a i g a a s 層進(jìn)行深度可控的側(cè)向選擇性濕氮氧化工藝，通過改 變溫度和氣體的流量來控制氧化深度，形成很小的電流注入孔徑，然后進(jìn)行第二次光 刻，形成出光孔。 ( 3 ) 電極的制備：進(jìn)行第三次光刻，在環(huán)形臺面上蒸鍍t i a u 合金，形成環(huán)形電 極，然后外延片襯底減薄，背面蒸鍍g e n i a u ，最后合金。 3 2 2 外延片的刻蝕 為了形成v c s e l 器件，必須對外延片進(jìn)行刻蝕處理?？涛g包括濕法刻蝕和干法刻 蝕。濕法刻蝕的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，外延片處理簡單，設(shè)備簡單，技術(shù)成熟等，但它 的缺點(diǎn)也很突出，那就是刻蝕的選擇性較差，不容易刻蝕出垂直度較好的溝壁，刻蝕 效糶粗糙。干法刻蝕】的優(yōu)點(diǎn)是刻蝕選擇性好，刻蝕控制精確，能夠刻蝕出垂直度較 好的溝壁。它的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度慢，設(shè)備造價高，外延片處理困難，刻蝕氣體毒性大 等。所以在本設(shè)計(jì)中綜合采用了兩種刻蝕方法。 本設(shè)計(jì)在圖案初步得樣采用了干法刻蝕，在二、三次嵌套采用了濕法刻蝕h 6 】。具 2 l 體方法如下： ( 一) 干法刻蝕 干法刻蝕有許多種，例如活性離子刻蝕( r e a c t i v ei o ne t c h i n g ，r i e ) ，電感耦合等 離子體( i n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m a , i c p ) 刻蝕，電子迥旋共振( e l e c t r o nc y c l o t r o n r e s o n a n c e ，e c r ) 刻蝕，變壓器耦合等離子體( t r a n s f o r m e r - c o u p l ep l a s m a , t c p ) 刻 蝕，表面聲波耦合等離子體( s u r f a c ew a v ec o u p l ep l a s m a , s w p ) 刻蝕等方法，其中 r i e 和i c p 方法已經(jīng)廣泛地用于半導(dǎo)體科學(xué)和工程中。各種等離子體反應(yīng)器的刻蝕機(jī)制 與壓力范圍如表3 - 2 所示【4 5 - 4 7 ： 表3 - 2 等離子反應(yīng)器的刻蝕機(jī)制與壓力范圍 本設(shè)計(jì)在刻蝕工藝中使用了r i e 刻蝕技術(shù)，以求獲得高的刻蝕速率和刻蝕質(zhì)量。 為了進(jìn)行干法刻蝕，我們首先要對芯片進(jìn)行鈍化處理。在鈍化處理前，與濕法刻蝕相 同都要進(jìn)行芯片的清洗，清洗的方法也與濕法刻蝕相同。把經(jīng)過清洗處理的芯片放入 到p e c v d 的反應(yīng)室中，生長1 3 p m 厚的s i 3 n 4 的鈍化層，生長的條件是：氣體源使用 n 2 和s i h 4 ，它們的流速分別為9 0 s c c m 和3 0 s c c m ，生長溫度為2 5 0 c ，反應(yīng)室氣壓為 4 0 m t o r r 。 生長好鈍化層后進(jìn)行光刻，刻出需要的形狀，然后進(jìn)行r i e 刻蝕。試驗(yàn)選擇的臺 而的大小為l l o p m ，溝的寬度為1 0 1 x m ，深度為4 p m ，刻好后形狀如圖3 8 和圖3 9 所示。 圖3 8 經(jīng)r i e 刻蝕后的s e m 圖圖3 9 局部放大圖 ( 二) 濕法刻蝕 為了進(jìn)行濕法刻蝕，首先，要對外延片進(jìn)行鈍化處理，在外延片上生長2 0 0 n m 厚 的s i 3 n 4 。在生長鈍化層之前，要先清洗芯片。清洗分三個步驟進(jìn)行：首先，使用丙酮 清洗芯片。把芯片放入丙酮中，放在超聲波震動槽中震動5 分鐘取出；然后再用甲醇 清洗芯片。同樣要把芯片放入甲醇中，放在超聲波震動清洗槽中清洗5 分鐘取出；最 后再用去離子水清洗。把芯片放入超聲波震動清洗槽中清洗5 分鐘取出，用氮?dú)獯蹈?芯片，馬上開始生長鈍化層。 鈍化層的生長是在p e c v d 進(jìn)行。把清洗好的芯片放入p e c v d 的生長室中開始生 長，生長源使用n 2 和s j 地，生長的溫度為2 5 0 ，n 2 的流量為9 0 s c o r n ，s i h 4 的流量為 3 0 s c c m 。 生長好鈍化層后，將芯片再一次清洗，然后進(jìn)行光刻處理。具體步驟如下： ( 1 ) 在芯片表面涂上光刻膠。在5 0 0 0 8 0 0 0 轉(zhuǎn)分的轉(zhuǎn)速下，旋轉(zhuǎn)3 0 秒，使光刻 膠均勻地涂在芯片的表面： ( 2 ) 進(jìn)行軟烤。放入烘箱中，在1 0 0 ( 2 條件下，軟烤3 0 分鐘； ( 3 ) 將軟烤后的芯片放入光刻機(jī)，用適當(dāng)?shù)难谀Ｗ钃鹾筮M(jìn)行曝光； ( 4 ) 將曝光后的芯片放入烘箱中。在1 0 0 c 的溫度下，硬烤3 0 秒后就可以進(jìn)行濕 法刻蝕了。 濕法刻蝕采用的刻蝕液為h 3 p 0 4 、h 2 0 2 和h 2 0 的混合溶液，在進(jìn)行刻蝕前，首先 用h f 緩沖液刻蝕掉表面的s i 3 n 4 ，然后再用體積比為3 ：1 ：5 0 的h 3 p 0 4 、h 2 0 2 和h 2 0 的混 合溶液刻蝕a i g a a s 層，刻蝕速度大約為6 0 0 n m m i n 。 3 2 3 高鋁氧化層的濕法氧化過程 一定的溫度下，通過氮?dú)鈹y帶水蒸氣，在a i o9 8 g a o t r z a s 層氧化形成的a l2 0 3 性能 穩(wěn)定，并且其折射率僅為1 6 。掩埋的a i g a a s a 1 2 0 3 結(jié)構(gòu)不僅能將電流注入?yún)^(qū)縮小到 數(shù)微米，還能形成折射率光波導(dǎo)。因此，氧化限制型v c s e l 的性能有極大的提高。由 于影響a 1 0 9 8 g a 0 0 2 a s 層氧化的因素較多，如何獲得穩(wěn)定的氧化速度和如何精確控制最 終的氧化孔徑顯得非常重要。因此，a 1 0 9 8 g a 0 0 2 a s 層的濕法氧化是氧化限制型v c s e l 制作中的關(guān)鍵工藝，同時也是本論文制作的激光器的最為重要的一步。本節(jié)對影響 a i o9 s g a 0 0 2 a s 層濕法氧化的因素以及刻蝕面分布孔結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行了研究，并制作了氧 化限制型v c s e l 。 氧化的過程包括三個過程：氮?dú)庵械乃魵鈹U(kuò)散通過氣相氧化物界面：水蒸氣 在氧化物中的擴(kuò)散；水蒸氣在氧化層端面與a 1 0 9 8 g a o o 雄s 層反應(yīng)。完整的物理模型結(jié) 果表明，氧化的深度與氧化時間的關(guān)系表示為： 如2 + 4 丸= b t ( 3 1 ) 其中：口與水蒸氣在氧化物中的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)，a 與水在氧化物中的擴(kuò)散系數(shù)以 及化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)。當(dāng)氧化深度較淺或者氧化時