一种修正（100）晶面氧化孔径的方法技术

本发明专利技术涉及一种修正（100）晶面氧化孔径的方法，包括：对经过台面刻蚀后的圆形台面结构的（100）晶面快速氧化方向上的侧壁进行镀膜、沉积或保留原来外延材料形成扩散障碍层，补偿修正侧壁各方向氧化速率的差异；对圆形台面结构的侧壁进行扩散及氧化，形成氧化孔。发现了氧化孔形状不规则的原因，并通过设置扩散障碍层使得氧化孔趋向于对称的圆形，使得VCSEL能够呈现出趋于完美的圆形光场。

【技术实现步骤摘要】
一种修正（100）晶面氧化孔径的方法
本专利技术涉及光通信
，涉及光通信
的一种核心器件——VCSEL的制造技术，尤其涉及一种修正（100）晶面氧化孔径的方法。
技术介绍
在光通信
，VCSEL（Vertical-CavitySurface-EmittingLaser）即垂直面射型激光器，是一种常用的半导体器件激光器，VCSEL从诞生起就作为新一代光存储和光通信应用的核心器件，应用在光并行处理、光识别、光互联系统、光存储等领域。随着工艺、材料技术改进，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散热等领域的优势开始显现，逐渐应用于工业加热、环境监测、医疗设备等商业级应用以及3D感知等消费级应用。未来，随着智能化信息世界的不断发展，VCSEL将广泛应用在消费电子3D成像、物联网、数据中心/云计算、自动驾驶等领域。其中，VCSEL在消费电子领域发挥越来越重要的作用，VCSEL可用来进行智能手机人脸识别、无人机避障、VR/AR、扫地机器人、家用摄像头等。与传统激光器相比，VCSEL具有较小的原场发散角，发射光束窄且圆，易与光纤进行耦合；阈值电流低；调制频率高；在很宽的温度和电流范围内均以单纵横模工作；不必解理，即可完成工艺制作和检测，成本低；易于实现大规模阵列及光电集成。除了外延结构及芯片几何结构的设计外，在VCSEL的制造工艺中最为关键的当属氧化工艺对孔径形状及尺寸的控制。目前主要有三种孔径制作方式，第一种是空气柱法，这种方法难以缩小孔径同时又于其上制作电极；第二种是离子佈植法，这种方法形成的孔径无光学局限效果；第三种是氧化孔径法，氧化孔工艺可同时达到光学局限（氧化材料造成谐振腔长的破坏）及电流局限（氧化材料的绝缘性）的双重效果，电流局限有效地将载子局限在要产生激发放射的区域，造成所谓的居量反转（PopulationInversion）现象,光学局限可以限制谐振腔的在X-Y空间方向上的激发放射区域。不论是光纤通讯或感测的应用，使光窗所发出的光束呈现圆形光场可在应用端有较好的应用效率，其中包含光纤通讯中光芯片与光纤的光耦和效率或感测器应用中的光强度及阵列密度的提升。所以，在制作VCSEL光芯片中，尽量使氧化孔径形成圆形对称是最好的。现有的工艺中，氧化孔很难趋向于正圆，大多呈现为近方形、近三角形、近多边形、近长方形结构。
技术实现思路
鉴于上述状况，有必要提供提出一种能够使氧化孔趋向于正圆的修正（100）晶面氧化孔径的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种修正（100）晶面氧化孔径的方法，包括：对经过台面刻蚀后的圆形台面结构的（100）晶面快速氧化方向上的侧壁进行镀膜、沉积或保留原来外延材料形成扩散障碍层，补偿修正侧壁各方向氧化速率的差异；对圆形台面结构的侧壁进行扩散及氧化，形成氧化孔。进一步的，水气在扩散障碍层内的扩散系数Kd小于或等于水气在半导体内的扩散系数Ks。进一步的，所述圆形台面结构的已氧化区域的半径为R，氧化孔的目标区域的期待半径为r，其中，R与r之间的关系满足：1<R/r≤5。进一步的，台面刻蚀后直接侧向氧化形成的氧化孔的中心距离边的距离为Rs，台面刻蚀后直接侧向氧化形成的氧化孔的中心距离角的距离为Rc，其中Rs、Rc、R和r满足:（R-Rs）/（R-Rc）=1+Ks(Rc-Rs)/Kd(R-r)。进一步的，环绕圆形台面结构的圆心阵列设置、以圆形台面结构的外圆为圆心设置四个小圆，小圆与圆形台面结构的外圆形成公切线，小圆与公切线连接的外轮廓与圆形台面结构的的外圆之间区域即为扩散障碍层。进一步的，其中，小圆的半径为d，d满足：d=（Rc-Rs）*Ks/Kd。进一步的，补偿修正角度为以修正前衬底晶面方向为轴旋转45度。进一步的，所述圆形台面结构利用光刻工艺定义刻蚀区域通过刻蚀形成。进一步的，所述扩散障碍层的材料包括GaAs、AlGaAs、Ga2O3、Al2O3、AlN、BN、Al2O3、Si3N4、SiO2、ZrO2中的至少一种。本专利技术的有益效果在于：在目前的技术中，对于氧化孔的形状原因缺乏研究，本专利技术发现不同的密勒指数的晶面其原子面密度不同，因而有不同的扩散速度，致使氧化的速度也不同。光芯片是使用晶体经过外延及芯片工艺加工所制成，晶体本身具有一定的晶体方向，因此，在氧化工艺中，会因为晶体各方向面密度及表面能的不同而产生不同的氧化速率，从而造成氧化光窗与台面结构几何形状上的差异，在实务上会因为不同的晶向而产生不同的形状。本专利技术采用在圆形台面结构通过额外扩散障碍层补偿扩散速度不同导致的氧化速度不同，使得各方向的速度趋于一致，进而使得氧化孔趋向于正圆。附图说明图1是本专利技术实施例圆形台面结构的氧化区域和目标区域的结构示意图；图2是本专利技术实施例扩散障碍层与氧化孔的结构示意图；图3是本专利技术实施例未设置扩散障碍层的氧化孔的俯视状态示意图；图4是本专利技术实施例（100）晶面的示意图；图5是本专利技术实施例扩散障碍层的结构示意图。标号说明：10、圆形台面结构；20、扩散障碍层；30、氧化孔；31、已氧化区域；32、目标区域；40、（100）晶面。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术一种修正（100）晶面氧化孔径的方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参照图1-图5，一种修正（100）晶面氧化孔径的方法，包括：对经过台面刻蚀后的圆形台面结构10的（100）晶面40快速氧化方向上的侧壁进行镀膜或沉积或保留原来外延材料形成扩散障碍层20，补偿修正侧壁各方向氧化速率的差异；对圆形台面结构10的侧壁进行扩散及氧化，形成氧化孔30。在目前的技术中，对于氧化孔30的形状的修正缺乏研究，本专利技术发现不同的密勒指数的晶面其原子面密度不同，因而有不同的扩散速度，致使氧化的速度也不同。不光芯片是使用晶体经过外延及芯片工艺加工所制成，晶体本身具有一定的晶体方向，因此，在氧化工艺中，会因为晶体各方向面密度及表面能的不同而产生不同的氧化速率，从而造成不对称的氧化光窗，在实务上会因为不同的晶向而产生不同的形状。本专利技术采用在圆形台面结构10通过镀膜扩散障碍层20补偿扩散速度不同导致的氧化速度不同，使得各方向的速度趋于一致，进而使得氧化孔30趋向于正圆。可以理解的，台面结构即Mesa。其中，水气在扩散障碍层内的扩散系数Kd小于或等于水气在半导体内的扩散系数Ks。可以理解的，当保留原来外延材料形成扩散障碍层20时，水气在扩散障碍层20内的扩散系数Kd等于水气在半导体内的扩散系数Ks，此时台面结构(平台)不刻蚀成圆柱形。晶面（crystalplane)，即在晶体学中，通过晶体中原子中心的平面。晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向的平面所组成的多面体外形，这些多面体外形中的平面方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种修正（100）晶面氧化孔径的方法，其特征在于，所述方法包括：/n对经过台面刻蚀后的圆形台面结构的（100）晶面快速氧化方向上的侧壁进行镀膜、沉积或保留原来外延材料形成扩散障碍层，补偿修正侧壁各方向氧化速率的差异；/n对已具有扩散障碍层的台面结构侧壁进行扩散及氧化，形成氧化孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种修正（100）晶面氧化孔径的方法，其特征在于，所述方法包括：
对经过台面刻蚀后的圆形台面结构的（100）晶面快速氧化方向上的侧壁进行镀膜、沉积或保留原来外延材料形成扩散障碍层，补偿修正侧壁各方向氧化速率的差异；
对已具有扩散障碍层的台面结构侧壁进行扩散及氧化，形成氧化孔。


2.根据权利要求1所述的一种修正（100）晶面氧化孔径的方法，其特征在于，水气在扩散障碍层内的扩散系数Kd小于或等于水气在半导体内的扩散系数Ks。


3.根据权利要求2所述的一种修正（100）晶面氧化孔径的方法，其特征在于，所述圆形台面结构的已氧化区域的半径为R，氧化孔的目标区域的期待半径为r，其中，R与r之间的关系满足：1<R/r≤5。


4.根据权利要求2所述的一种修正（100）晶面氧化孔径的方法，其特征在于，台面刻蚀后直接侧向氧化形成的氧化孔的中心距离边的距离为Rs，台面刻蚀后直接侧向氧化形成的氧化孔的中心距离角的距离为Rc，其中，Rs、Rc、R和r满足：（R-Rs）/（R-Rc）=1+Ks(Rc-Rs)/Kd(R-r)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：方照诒，
申请(专利权)人：深圳市德明利技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44