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选择性氧化
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2025-01-23 | 889 次浏览 | 分享到:


选择性氧化制程所使用的湿式氧化炉管(wet oxidation furnace)如下图5-25所示,其基本构造主要包含一个可以均匀加热面射型雷射磊晶片的承载座或炉管加热腔体,并利用氮气作为输送气体将加热的纯水蒸发的水气吹送至氧化炉中,与蚀刻暴露出来的高铝含量氧化层进行化学反应。采用氮气吹送水蒸气而非直接通氧气主要原因在于氧气反而会抑制砷化铝镓氧化反应进行,推测其可能原因应该是氧气与砷化铝镓反应会在表面形成致密的氧化铝,反而会形成保护层让内部未被氧化的砷化铝镓不再反应。

氧化炉温度分布均温区必须仔细校正,在晶片放置处温度变化率应控制在摄氏士0.1°C以内,以避免温度变化影响氧化速率,并且在样品处随时监测氧化温度。高铝含量砷化铝镓层氧化速率对温度变化相当敏感,因此精确控制氧化温度对于达成高再现性是必要的条件,同时水气加热温度关系到反应物浓度,因此也会影响氧化速率,图5-26显示三种不同水温条件下砷化铝镓层氧化速率关系。

完成选择性氧化制程后,必须观察氧化后的电流局限孔径大小符合元件制作需求,但是该氧化层却位在高反射率的DBR底下,通常难以借由一般的可见光光学显微镜直接观察,可能必须借助红外光电荷耦合元件(charge coupled device, CCD)或者SEM 等间接方式来观察。但是长波长红外光 CCD 相对昂贵,通常解析度也比较低,因此也很难直接观察到1.3微米波长的面射型雷射动辄 5~6微米深的氧化层结构,透过 SEM 观察劈开晶片剖面可以大致确认氧化深度,但是通常劈开面位置不会恰好是元件发光区的直径,有可能只是圆形 mesa 的任一弦,因此直接由光学影像观察仍然是最准确的方式。下图5-27即为光学显微镜观察完成选择性氧化制程的面射型雷射元件,较亮的同心圆即为氧化层,因为AlGaAs 氧化成为AlxOy后,折射率由3减少为1.6左右,与相邻未被氧化的Al0.12Ga0.88As(n=3.5)之间折射率差异增加为△n=1.9,使得氧化层上方反射率增加,因此比周遭未被氧化的区域更能将光学显微镜光源反射回来,形成更明亮的影像区域。

 5-28 即为氧化制程后将元件劈开再透过SEM 从劈开面观察氧化深度,由图中可以观察到,面射型雷射磊晶层结构中周期排列的交错线条即为DBR,颜色最淡的是Al0.12Ga