刻蚀空气柱型VCSEL结构及制备.docx

微电子与光电子集成技术》综合训练报告题目 刻蚀空气柱型VCSEL的结构及制备学 院： 电子与信息工程学院专 业： 电子科学与技术 班 级： 电子12-1班学 号： 1206040103姓 名： 符淋淋 指导教师： 赵旺 成 绩： 1.综述1.1 发展历史垂直腔面发射激光器(VCSEL)，简称面发射激光器，成功研制至今有三十年, 在半导体激光中起步较晚却发展迅速1977年日本东京工学院的Iga教授首先提 出了面发射半导体激光器的设想，并且在1978年应用物理学会的年会上发表了 第一篇关于面发射激光器的论文提出这一概念的目的是为了提高光通信的能 力随着分子束外延(MBE)及金属有机物化学气相沉积(MOCVD)出现，1986年 Iga教授的科研小组制备出了 6mA的面发射激光器,并且在1987年应用MOCVD 技术在GaAs衬底上研制出了第一只室温(RT)连续激射(CW)的VCSEL从20世 纪90年代初期开始，VCSEL的研究得到了飞速发展，取得究者的兴趣1.2 基本结构1.2.1VCSEL基本结构在面发射激光器中最常见的类型是垂直腔面发射激光器(VCSEL),其由三部分组 成:上分布布拉格反射器(即DBR)、谐振腔和下分布布拉格反射器。

DBR是由折 射率不同的两种薄膜构成的多层膜系，每层膜的光学厚度是四分之一波长，一组 DBR 一般由 20-40 对薄膜组成谐振腔的厚度一般在几个微米左右与边发射 激光器的增益长度相比，VCSEL有源层的增益长度极小(几十纳米)为了能够实 现激射，DBR必须具有很高的反射率(一般大于99%)根据DBR所使用的材料 不同，VCSEL可分为刻蚀阱VCSEL、半导体膜光学膜VCSEL及全外延半导体 膜 VCSEL 等1.2.2刻蚀空气柱型VCSEL结构VCSEL的性能很大程度上是由其外延结构和制作工艺决定的例如，在VCSEL 的发展过程中，研究人员一直在探索降低VCSEL阈值电流的方法，因此设计一 个合理的结构及制作工艺来提高对载流子的横向限制就有着非常重要的意义在 VCSEL的基本结构上人们又研制出一些具体的结构，可以对光子或电子进行横 向限制，分别为刻蚀空气柱型、离子注入型、再生长型和选择氧化型这几种结 构需要不同的制作技术并且具有不同的光电及热学特性对载流子进行横向限 制，最简单的方法就是将器件的谐振腔及上DBR刻蚀成柱型结构因此下面我就 对刻蚀空气柱形VCSEL进行研究与分析下图为刻蚀空气柱型结构图。

电扱p-DBR. —1n-OBR如图所示刻蚀空气柱形VCSEL基础上做了简单的加工，先做好电极，然后进行 刻蚀，从上至下采用柱形法刻蚀到谐振腔与 n 型 DBR 之间，保留中间的部分1.3 制备制作空气柱型VCSEL,可先做好电极，然后再进行器件的刻蚀刻蚀过程 中，要能够测量刻蚀的深度，以便进行工艺调整，提高加工精度可通过激光射 在刻蚀表面，通过测量反射光的光强来确定刻蚀的深度在刻蚀中为了除去谐振腔外层的材料，通常都采用湿法腐蚀或者干法腐蚀的 工艺在湿法腐蚀中，为了严格控制腐蚀的深度，通常采用较为温和的磷酸溶液 作为腐蚀液，并且磷酸对GaAs和AlAs的腐蚀没有选择性按照一定的浓度配 比，例如，H3P04： H2O2： H2O=1：1：10，进行各向同性的湿法腐蚀但是一 般湿法腐蚀的腐蚀深度比较难控制，刻蚀后在柱的底部有凹槽，这限制了器件直 径的进一步减小另外一个缺点就是工艺的可重复性较差，腐蚀液的配比、腐蚀 时间和腐蚀温度都会影响到表面的质量在本次实验中，我选择干法刻蚀，如离子束刻蚀（CAIBE）和反应离子刻蚀（RIB） 等，可以实现减小器件直径的目的，刻蚀后柱面的垂直性很好，表面也很平滑。

光腔直径的减小，意味着有源区体积减小，阈值电流也随之降低，而平滑的垂直 表面则可以减少光损耗除此之外，用干法刻蚀工艺制作的空气柱刻蚀均匀，并 且工艺可重复性比较好2. 器件掩模版的绘制采用 L-Edit 软件设计器件制备的一整套光刻掩模版具体光刻掩膜板设计图见附录3. 体会与展望 通过完成本次《微电子与光电子集成技术综合训练》，使我将理论知识与实践操 作联系到了一起，对知识的理解和掌握更加的透彻起初拿到题目后觉得难度不 是很大，毕竟是老师上课讲过的内容，通过查阅一些资料和文献首先掌握了其发 展历史和应用前景，以及基本的结构特点它的制备方法也是比较简单的采用重 复性好的干法刻蚀最难的一部分，我觉得是用 L-Edit 软件设计光刻掩膜版的 过程，由于对软件的使用方法，一些功能不是很熟悉，所以操作起来有点困难， 但是在同学的帮助下，最终还是完成了掩膜版的设计希望以后可以多加一些综 合训练的内容，少一些课程的讲述，两者结合相信会有事半功倍的效果4 附录刻蚀空气柱型 VCSEL 掩膜版粉色区域为不透光部分紫色区域为透光部分 在将要刻蚀器件上涂正胶电子 12-1 班1206040103符淋淋。