[发明专利]一种修正氧化孔径的方法

说明书

本发明涉及一种修正氧化孔径的方法，氧化孔未经修正直接氧化后在(110)晶面方向的俯视图类椭圆形，包括：在侧向氧化之前，对圆形台面结构的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，补偿修正方式为在圆柱平台周围设置外围形成椭圆柱体的扩散障碍层，而扩散障碍层的长轴方位即为未经修正的孔径的短轴方位；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。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，涉及光通信技术领域的一种核心器件——VCSEL的制造技术，尤其涉及一种修正氧化孔径的方法。

背景技术

在光通信技术领域，VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)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具有较小的远场发散角，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(Population Inversion)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合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，依照所使用衬底的晶向而异。

而控制氧化孔径的方法一般主要有：一是尽量缩小平台直径与光窗直径的比值；二是如美国专利US20070091965A1专利中所揭露，采用非圆形对称的异形平台。缩小平台直径对于通讯用高频激光芯片是有提高频宽的作用，但是也限制了上金属电极的有效空间。采用非圆形对称的异形平台，会创造出过多的表面面积，其后续之表面钝化披覆产生较不良的影响。

发明内容

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氧化孔径的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种修正氧化孔径的方法，氧化孔未经修正直接氧化后在(110)晶面方向的俯视图类椭圆形，所述方法包括：在侧向氧化之前，对圆形台面结构的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，补偿修正方式为在圆柱平台周围设置外围形成椭圆柱体的扩散障碍层，而扩散障碍层的长轴方位即为未经修正的孔径的短轴方位；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。