專利名稱：一種防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法。
背景技術(shù)：
在制造垂直腔面發(fā)射半導體激光器時，較先進的工藝是采用氧化限流方式，即利用氧化孔的孔徑來限制半導體激光器橫向電流和光強，以便控制發(fā)射區(qū)面積和芯片尺寸，使效率顯著提高，同時還能降低垂直腔面發(fā)射半導體激光器的閾值電流，并能使光束穩(wěn)定的耦合進單?；蚨嗄９饫w中。為了使半導體激光器實現(xiàn)橫向限流，半導體激光器結(jié)構(gòu)的一次外延生長在(100)砷化鎵基片上，用于氧化的高含鋁層位于有源層的上方。氧化是將蝕刻后的芯片暴露于高溫的水蒸氣中，但由于高含鋁層的上下都是低含鋁的布拉格反射層，兩者之間的氧化速率相差很大，所以導致在氧化后出現(xiàn)巨大的晶格差異，并且鋁氧化物與相鄰的低含鋁的布拉格反射層之間的附著力十分微弱，這就導致了垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時的開裂成為很普遍的現(xiàn)象，所以氧化后的成品率一直很低，目前只能采用被動的后續(xù)工序篩揀，即解理每一氧化的晶片進行電子顯微鏡的檢測，對其開裂長度小于設定值的就認為合格，因此不但成品率很低，而且質(zhì)量也難于保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法。
為了實現(xiàn)上述的目的，所提供的防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法，依次包括以下的步驟A、先將需要氧化的砷化鎵晶片放置在氧化爐內(nèi)腔的石墨塊上，再密封氧化爐；B、將溫度為90℃-110℃的水蒸氣由氮氣夾帶通入到氧化爐內(nèi)腔中，水蒸氣與氮氣的體積比為1∶10-1∶15；C、第一次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在3分鐘-5分鐘時間上升到220℃±2℃，在該溫度下保持10分鐘-20分鐘；D、第二次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在1分鐘-3分鐘時間上升到360℃±2℃，在該溫度下保持5分鐘-15分鐘；E、第三次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在30秒-60秒時間上升到435℃±1℃，使砷化鎵晶片氧化，保持該溫度直至砷化鎵晶片氧化到器件要求；F、氧化完成后，關(guān)閉水蒸氣通路，在氮氣保護條件下，對氧化爐吹風降溫，使氧化爐內(nèi)腔在1分鐘-3分鐘時間內(nèi)降至215℃±2℃，在該溫度下保持15分鐘-25分鐘；G、再次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在1分鐘-3分鐘時間上升到360℃±2℃，在該溫度下保持10分鐘-20分鐘，對氧化爐內(nèi)腔進行烘烤；H、對氧化爐自然冷卻，使氧化烘烤后的砷化鎵晶片在氮氣保護條件下自然冷卻至室溫；I、關(guān)閉氮氣通路，從氧化爐內(nèi)取出氧化的砷化鎵晶片。
本發(fā)明所提供的防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法，先是在氧化爐內(nèi)分三個時段對砷化鎵晶片加熱，在砷化鎵晶片氧化后，又采用一降溫時段加以穩(wěn)定和一升溫時段烘烤。具體地講第一時段升溫到220℃±2℃后的第一次停留，是為了讓砷化鎵晶片有足夠的時間在氧化物的相變點停留，避免過快地相變導致裂紋的形核，這是避免裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵步驟；第二時段升溫到360℃±2℃后的第二次停留，是為了避免過快地升溫，因為在該溫度下，氧化速度就要快速增長，是高速氧化的臨界點，第二次的停留就是要避免砷化鎵晶片的表面溫度在快速升溫中造成的不均勻、從而導致初始氧化的不均勻；第三時段從360℃±2℃升溫到435℃±1℃要快速，速度越快越能保證砷化鎵晶片的氧化均勻性，第三時段的停留是氧化過程，該過程溫度要恒定，微小的溫度波動會造成氧化均勻性下降；第四時段從435℃±1℃降溫到215℃±2℃的降溫過程要快速，以便在短時間內(nèi)到達相變點溫度，從動態(tài)穩(wěn)定的氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的氧化物，同時快速降溫還可以防止由于殘余水蒸氣存在所產(chǎn)生的過度氧化，過度氧化會增加開裂的機會，溫度降到215℃±2℃后的停留是一個相變過程，主要要求溫度恒定，讓砷化鎵晶片從動態(tài)穩(wěn)定的氧化物盡快均勻地轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的氧化物，以便減少開裂；第五時段從215℃±2℃升溫到360℃±2℃后的停留是一個烘烤過程，主要是提高氧化爐內(nèi)腔的干燥度，避免水蒸氣殘留在砷化鎵晶片上形成不容易去除的氧化物、第六時段是自然冷卻到室溫時段。
采用本發(fā)明所提供的方法，由于操作過程的重復性高、穩(wěn)定性好，在制作垂直腔面發(fā)射半導體激光器的濕法氧化工藝過程中，開裂現(xiàn)象很少出現(xiàn)，質(zhì)量穩(wěn)定，成品率提高到95％以上。


附圖畫出的是實施例所述的防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法各時段的溫度曲線圖，圖中1為第一時段，2為第二時段，3為第三時段，4為第四時段，5為第五時段，6為第六時段。
具體實施例方式
參照附圖，實施例所述的防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法，依次包括以下的步驟A、先將需要氧化的砷化鎵晶片放置在氧化爐內(nèi)腔的石墨塊上，再密封氧化爐；B、將溫度為100℃的水蒸氣由氮氣夾帶通入到氧化爐內(nèi)腔中，水蒸氣與氮氣的體積比為1∶12；C、第一次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在4分鐘時間上升到220℃，在該溫度下保持15分鐘；D、第二次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在2分鐘時間上升到360℃，在該溫度下保持10分鐘；E、第三次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在35秒時間上升到435℃，使砷化鎵晶片氧化，保持該溫度直至砷化鎵晶片氧化到器件要求；F、氧化完成后，關(guān)閉水蒸氣通路，在氮氣保護條件下，對氧化爐吹風降溫，使氧化爐內(nèi)腔在1分鐘時間內(nèi)降至215℃，在該溫度下保持20分鐘；G、再次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在2分鐘時間上升到360℃，在該溫度下保持15分鐘，對氧化爐內(nèi)腔進行烘烤；H、對氧化爐自然冷卻，使氧化烘烤后的砷化鎵晶片在氮氣保護條件下自然冷卻至室溫；I、關(guān)閉氮氣通路，從氧化爐內(nèi)取出氧化的砷化鎵晶片。
權(quán)利要求
1.一種防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法，其特征是依次包括以下的步驟A、將需要氧化的砷化鎵晶片放置在氧化爐內(nèi)腔的石墨塊上，再密封氧化爐；B、將溫度為90℃-110℃的水蒸氣由氮氣夾帶通入到氧化爐內(nèi)腔中，水蒸氣與氮氣的體積比為1∶10-1∶15；C、第一次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在3分鐘-5分鐘時間上升到220℃±2℃，在該溫度下保持10分鐘-20分鐘；D、第二次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在1分鐘-3分鐘時間上升到360℃±2℃，在該溫度下保持5分鐘-15分鐘；E、第三次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在30秒-60秒時間上升到435℃±1℃，使砷化鎵晶片氧化，保持該溫度直至砷化鎵晶片氧化到器件要求；F、氧化完成后，關(guān)閉水蒸氣通路，在氮氣保護條件下，對氧化爐吹風降溫，使氧化爐內(nèi)腔在1分鐘-3分鐘時間內(nèi)降至215℃±2℃，在該溫度下保持15分鐘-25分鐘；G、再次加熱氧化爐，使氧化爐內(nèi)腔在1分鐘-3分鐘時間上升到360℃±2℃，在該溫度下保持10分鐘-20分鐘，對氧化爐內(nèi)腔進行烘烤；H、對氧化爐自然冷卻，使氧化烘烤后的砷化鎵晶片在氮氣保護條件下自然冷卻至室溫；I、關(guān)閉氮氣通路，從氧化爐內(nèi)取出氧化的砷化鎵晶片。
全文摘要
一種防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法依次是將需要氧化的砷化鎵晶片放置在氧化爐內(nèi)腔的石墨塊上，密封氧化爐，將水蒸氣由氮氣夾帶通入到氧化爐內(nèi)腔中，分三個升溫時段加熱氧化爐，使砷化鎵晶片氧化后，關(guān)閉水蒸氣通路，再經(jīng)過降溫時段、烘烤時段和自然冷卻時段，最后關(guān)閉氮氣通路，從氧化爐內(nèi)取出氧化的砷化鎵晶片。采用這種防止垂直腔面發(fā)射半導體激光器在濕法氧化時開裂的方法，操作過程的重復性高、穩(wěn)定性好，在濕法氧化工藝過程中，開裂現(xiàn)象很少出現(xiàn)，質(zhì)量穩(wěn)定，成品率提高到95％以上。
文檔編號H01L21/316GK1851992SQ20061004419
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者蔣偉, 劉凱, 張彥偉, 孫夕慶 申請人:中微光電子(濰坊)有限公司