СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕЗА-СТРУКТУРЫ ПОЛОСКОВОГО ЛАЗЕРА Российский патент 2018 года по МПК H01S5/32 

Изобретение относится к способам создания полупроводниковых приборов, в частности оптоэлектронных приборов, и может быть использовано при изготовлении полосковых лазеров с пассивной синхронизацией мод.

Известен способ формирования меза-структур с использованием диэлектрической маски [патент US 7598104, МПК H01L 21/22, опубл. 12.08.2003]. В этом способе на гетероструктуру наносят слой диэлектрика, затем в процессе фотолитографии формируют защитную маску из фоторезиста, после чего производят травление диэлектрика под защитой фоторезистивной маски для формирования комбинированной маски из диэлектрика и фоторезиста, затем производят травление меза-структуры под защитой этой комбинированной маски из диэлектрика и фоторезиста, после чего маску удаляют. На сформированную меза-структуру наносят металлизацию омических контактов методом взрывной фотолитографии.

Недостатком способа является высокая трудоемкость, поскольку способ содержит технологические операции осаждения слоя диэлектрика, его травления и удаления комбинированной маски после формирования меза-структуры. Кроме того, этот способ может приводить к высокому проценту брака в связи с возможным неполным удалением диэлектрика с поверхности гетероструктуры.

Также известен способ формирования меза-структур полупроводниковых приборов с использованием металлических защитных масок [патент US 6605519, МПК H01L 21/00, опубл. 06.10.2009]. В этом способе на гетероструктуру наносят слой металла, затем в процессе фотолитографии формируют защитную маску из фоторезиста, затем производят травление металла под защитой маски из фоторезиста, получая комбинированную маску из металла и фоторезиста, под защитой которой проводят травление меза-структуры, после чего маску удаляют. На сформированную меза-структуру наносят металлизацию омических контактов к полупроводнику p-типа проводимости.

Недостатком способа является высокая трудоемкость, поскольку способ включает технологические операции осаждения металлического слоя, его травления и удаления комбинированной маски после формирования меза-структуры. Кроме того, этот способ может приводить к высокому проценту брака в связи с возможным неполным удалением металла с поверхности гетероструктуры

Техническая проблема заключается в разработке способа изготовления меза-структуры полоскового лазера плазмохимическим травлением со сниженной трудоемкостью путем сокращения операций нанесения и удаления защитной маски за счет использования в качестве защитной маски для формирования меза-структуры металлизации омического контакта.

Сущность изобретения состоит в том, что способ изготовления меза-структуры полоскового лазера включает аналогично прототипу напыление металлизации, фотолитографию, формирование меза-структуры плазмохимическим травлением. В отличие от прототипа предварительно осуществляют формирование омического контакта к приконтактному слою p-типа проводимости лазерной гетероструктуры методом взрывной фотолитографии. Затем производят усиление омического контакта локальным гальваническим осаждением пленки золота, при этом локализацию процесса обеспечивают фотолитографией. После этого проводят формирование меза-структуры плазмохимическим травлением под защитой усиленного омического контакта. В дальнейшем производят вжигание омического контакта быстрым термическим отжигом.

Кардинальное изменение последовательности технологических операций позволяет сократить трудоемкость изготовления лазерных гетероструктур за счет использования в качестве защитной маски усиленного омического контакта.

Формирование металлизации омического контакта к приконтактному слою p-типа проводимости лазерной гетероструктуры методом взрывной фотолитографии позволяет избежать процесса удаления металлизации с поверхности гетероструктуры. Усиление омического контакта локальным гальваническим осаждением пленки золота позволяет использовать омический контакт в качестве маски для формирования меза-структуры плазмохимическим травлением, так как относительно толстая пленка золота предупреждает возникновение недопустимых дефектов в омическом контакте. Возникающие в ходе процесса плазмохимического травления радиационные дефекты в пленке золота устраняются в ходе процесса быстрого термического отжига.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана гетероструктура со сформированным омическим контактом. На фиг. 2 показана гетероструктура с усиленным омическим контактом. На фиг. 3 представлена сформированная меза-структура с омическим контактом.

На фигурах обозначено:

1 - лазерная гетероструктура;

2 - омический контакт;

3 - гальваническая пленка из золота;

4 - меза-структура.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. В частном случае реализации способа при изготовлении полосковых лазеров сначала на пластине, на поверхности лазерной гетероструктуры 1 на основе твердых растворов арсенидов элементов третьей группы методом взрывной фотолитографии формируют металлизацию омического контакта 2 в виде пленок титана и золота к приконтактному слою InGaAs p-типа проводимости (фиг. 1). Затем усиливают омический контакт 2, для чего на пластину наносят фоторезист и в процессе фотолитографии в нем вскрывают окна, после чего проводят процесс локального гальванического осаждения золота в виде пленки 3 (фиг. 2). После удаления фоторезиста на подложке остается сформированный усиленный омический контакт 2 Ti/Au (фиг. 2), который используют в качестве защитной маски, под защитой которой проводят плазмохимическое травление с целью формирования полосковой меза-структуры 4 (фиг. 3). Затем проводят быстрый термический отжиг, в ходе которого происходит вжигание омического контакта.

Быстрый термический отжиг оптимально проводить после формирования омического контакта к слою n-типа проводимости, одновременно производя вжигание всех омических контактов, что позволяет уменьшить трудоемкость и уменьшить количество высокотемпературных обработок.

Пример применения указанного способа

Данный способ использовался в технологии изготовления кристаллов полосковых лазеров с пассивной синхронизацией мод на основе гетероструктур InAlAs/InGaAlAs/InGaAs на подложке фосфида индия InP (далее пластина). На приконтактном слое p-типа проводимости лазерной гетероструктуры 1 методом взрывной фотолитографии сформировали омический контакт 2, состоящий из слоя титана толщиной 0,1 мкм, нанесенного магнетронным напылением, и слоя золота толщиной 0,2 мкм, нанесенного термическим испарением. Затем на пластину нанесли слой фоторезиста и методом фотолитографии в нем сформировали рисунок, соответствующий топологии меза-структуры 4, после чего произвели процесс локального гальванического осаждения пленки 3, представляющей собой слой золота толщиной 1 мкм для усиления омического контакта 2. Затем удалили фоторезист, в результате на пластине осталась сформированная металлическая маска, включающая омический контакт 2 и его усиление в виде гальванической пленки 3. Под защитой этой маски провели процесс плазмохимического травления меза-структуры на глубину 0,8-2 мкм. Затем методом плазмохимического осаждения из газовой фазы нанесли пассивирующий слой SiN_x толщиной 0,2 мкм, затем сформировали контактные площадки, после чего провели утонение пластины до толщины 130 мкм, и на обратную сторону подложки InP n-типа проводимости напылили слой металлизации Au₈₈Ge₁₂/Ni/Au толщиной 0,3 мкм для формирования второго омического контакта. Затем провели процесс вжигания контактов методом быстрого термического отжига при температуре 380°C в течение 1 мин. Процесс изготовления кристаллов полосковых лазеров с пассивной синхронизацией мод завершили разделением пластины на отдельные кристаллы.

Было проведено сравнение трудоемкости операций заявляемой технологии с технологиями, включающими использование диэлектрической или металлической защитных масок. Результаты сравнения длительности операций представлены в таблице 1.

Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что использование заявляемого технического решения позволило снизить трудоемкость изготовления меза-структуры с омическим контактом к приконтактному слою гетероструктуры p-типа проводимости с 9 часов по технологии с использованием диэлектрической маски до 7 часов.

Заявляемый способ формирования меза-структуры полоскового лазера методом плазмохимического травления с использованием в качестве защитной маски под плазмохимическое травление усиленного гальваникой омического контакта к приконтактному слою p-типа проводимости лазерной гетероструктуры позволяет сократить технологический маршрут изготовления прибора. Кроме того, заявленный способ позволяет избежать технологических трудностей при изготовлении кристаллов полосковых лазеров с ПСМ, связанных с совмещением топологических рисунков омического контакта и меза-структуры при большой длине и малой ширине полоска кристалла лазера.

Использование: микроэлектроника, технология полупроводниковых излучающих приборов, для изготовления меза-структуры полосковых лазеров. Сущность изобретения: способ включает формирование омического контакта к приконтактному слою p-типа проводимости лазерной гетероструктуры методом взрывной фотолитографии, усиление омического контакта локальным гальваническим осаждением, формирование меза-структуры полоскового лазера плазмохимическим травлением, вжигание омического контакта быстрым термическим отжигом. При этом достигается снижение трудоемкости изготовления меза-структуры полоскового лазера за счет исключения технологических операций по созданию и удалению защитной маски при формировании меза-структуры полоскового типа и прецизионного совмещения топологии омического контакта и топологии меза-структуры. 3 ил.

Способ изготовления меза-структуры полоскового лазера, включающий формирование омического контакта к приконтактному слою р-типа проводимости лазерной гетероструктуры методом взрывной фотолитографии, усиление омического контакта локальным гальваническим осаждением золота, формирование меза-структуры плазмохимическим травлением, вжигание омического контакта быстрым термическим отжигом.