本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種窄脊半導(dǎo)體器件的制備方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器在光纖通訊領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。一般的半導(dǎo)體激光器在制備工藝中都是選擇濕法腐蝕的方法進(jìn)行相應(yīng)的腐蝕工藝，但是在制作條寬接近甚至小于4μm的窄脊激光器時，由于常用的腐蝕液對砷化鎵材料體系腐蝕時的各向異性，導(dǎo)致脊型截面為正梯形或倒梯形，因此無法獲得垂直的脊型側(cè)壁，滿足不了器件的要求。因此有采用干法刻蝕與濕法腐蝕相結(jié)合的方法來制作脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的，其詳細(xì)操作為在干法刻蝕過程中先生長300～500nm厚的二氧化硅，然后用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕等方法刻蝕二氧化硅，進(jìn)而以二氧化硅作為掩膜干法刻蝕脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，然后利用濕法腐蝕對外延片進(jìn)行輕微腐蝕，以求獲得更加平滑的表面。當(dāng)干法刻蝕與濕法腐蝕完成后，需要將脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上面殘存的二氧化硅去除干凈，常規(guī)的方法是用含氫氟酸的腐蝕液腐蝕二氧化硅，但是此方法存在一些問題，如腐蝕液對上包覆層、上波導(dǎo)層甚至有源區(qū)都存在一定程度的腐蝕作用，導(dǎo)致脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)從本體上脫落下來，從而降低了器件的性能及良品率。因此，選擇一種合適的方法去除殘存的二氧化硅，進(jìn)而制備出窄脊半導(dǎo)體激光器就顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于以上問題，本發(fā)明的目的在于提出一種窄脊半導(dǎo)體器件的制備方法，用于解決上述技術(shù)問題的至少之一。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種窄脊半導(dǎo)體器件的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、外延生長形成半導(dǎo)體外延片，在半導(dǎo)體外延片上依次形成一二氧化硅掩膜及一第一光刻膠掩膜，并光刻形成周期性的第一窗口；

步驟2、干法刻蝕去除第一窗口區(qū)的二氧化硅掩膜及部分外延層，形成窄脊結(jié)構(gòu)；

步驟3、在形成的窄脊結(jié)構(gòu)的上表面形成一第二光刻膠掩膜，并光刻形成脊型窗口；

步驟4、用選擇性腐蝕液去除第一窗口區(qū)外剩余的二氧化硅掩膜，完成器件制備。

進(jìn)一步地，在上述步驟2和步驟3之間，還包括采用非選擇性腐蝕液對干法刻蝕后的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕。

進(jìn)一步地，上述步驟4中去除第一窗口區(qū)外剩余的二氧化硅掩膜后，對器件進(jìn)行清洗去除第二光刻膠掩膜，完成器件的制備。

進(jìn)一步地，上述選擇性腐蝕液為含氫氟酸的溶液。

進(jìn)一步地，上述半導(dǎo)體器件為半導(dǎo)體激光器。

進(jìn)一步地，上述半導(dǎo)體外延片包括依次疊置的一上波導(dǎo)層、一上接觸層和一上包覆層，步驟2中干法刻蝕去除的部分外延層為上接觸層和上包覆層。

進(jìn)一步地，上述二氧化硅掩膜的厚度為300～500nm，采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積或磁控濺射的方法形成二氧化硅掩膜。

進(jìn)一步地，上述步驟1中第一光刻膠掩膜的厚度為1.0～2.0μm，相鄰兩個第一窗口區(qū)間的距離為2～4μm。

進(jìn)一步地，上述步驟3中第二光刻膠掩膜的厚度為1.0～2.0μm，脊型窗口的寬度為1～2μm。

進(jìn)一步地，上述第一光刻膠掩膜為正光刻膠，第二光刻膠掩膜為負(fù)光刻膠。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提出的窄脊半導(dǎo)體器件的制備方法，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明在完成干法刻蝕和濕法腐蝕后的器件表面形成一層具有脊型窗口的第二光刻膠掩膜，這樣在用選擇性腐蝕液腐蝕去除脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)表面殘存的二氧化硅時，選擇性腐蝕液只與殘存的二氧化硅與第二光刻膠掩膜接觸，選擇性腐蝕液并不與器件外延結(jié)構(gòu)接觸，從而避免了在腐蝕去除殘存二氧化硅的過程中脊型結(jié)構(gòu)從本體上的脫落；

2、采用本發(fā)明提出的制備方法制備得到的窄脊半導(dǎo)體器件，其器件的性能及良品率高，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的光輸出。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中窄脊半導(dǎo)體激光器外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例中窄脊半導(dǎo)體激光器第一光刻板的示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中涂覆第一光刻膠形成第一窗口區(qū)后窄脊半導(dǎo)體激光器的截面圖；

圖4是本發(fā)明實施例中干法刻蝕二氧化硅后窄脊半導(dǎo)體激光器的截面圖；

圖5是本發(fā)明實施例中干法刻蝕上接觸層和上包覆層后窄脊半導(dǎo)體激光器的截面圖；

圖6是本發(fā)明實施例中窄脊半導(dǎo)體激光器第二光刻板的示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例中完成步驟3后窄脊半導(dǎo)體激光器的截面圖；

圖8是本發(fā)明實施例中完成制備的窄脊半導(dǎo)體激光器的截面圖；

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明公開了一種窄脊半導(dǎo)體器件的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、外延生長形成半導(dǎo)體外延片，在半導(dǎo)體外延片上依次形成一二氧化硅掩膜及一第一光刻膠掩膜，并光刻形成周期性的第一窗口；

步驟2、干法刻蝕去除第一窗口區(qū)的二氧化硅掩膜及部分外延層，形成窄脊結(jié)構(gòu)；

步驟3、在形成的窄脊結(jié)構(gòu)的上表面形成一第二光刻膠掩膜，并光刻形成脊型窗口；

步驟4、用選擇性腐蝕液去除第一窗口區(qū)外剩余的二氧化硅掩膜，完成器件制備。

在上述步驟2和步驟3之間，還包括采用非選擇性腐蝕液對干法刻蝕后的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕，以獲得更加平滑的脊型波導(dǎo)側(cè)壁。

上述步驟4中去除第一窗口區(qū)外剩余的二氧化硅掩膜后，對器件進(jìn)行清洗去除第二光刻膠掩膜，完成器件的制備。

優(yōu)選地，上述選擇性腐蝕液為含氫氟酸的溶液。

上述半導(dǎo)體器件為半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體發(fā)光二極管、半導(dǎo)體探測器或高電子遷移率晶體管。

優(yōu)選地，上述半導(dǎo)體器件為半導(dǎo)體激光器，其外延片包括依次疊置的一上波導(dǎo)層、一上接觸層和一上包覆層，步驟2中干法刻蝕去除的部分外延層為上接觸層和上包覆層。

優(yōu)選地，上述二氧化硅掩膜的厚度為300～500nm，采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積或磁控濺射的方法形成二氧化硅掩膜。

優(yōu)選地，上述步驟1中第一光刻膠掩膜的厚度為1.0～2.0μm，相鄰兩個第一窗口區(qū)間的距離為2～4μm，優(yōu)選地，第一窗口區(qū)的周期為350μm。

優(yōu)選地，上述步驟3中第二光刻膠掩膜的厚度為1.0～2.0μm，脊型窗口的寬度為1～2μm；優(yōu)選地，脊型窗口的周期與所述第一窗口區(qū)的周期相等為350μm。

優(yōu)選地，上述第一光刻膠掩膜為正光刻膠，第二光刻膠掩膜為負(fù)光刻膠。

此處以窄脊半導(dǎo)體激光器為例，本發(fā)明在腐蝕脊波導(dǎo)上殘余的二氧化硅時，不是采取直接用腐蝕液腐蝕的方法，而是選擇在外延片上制備掩膜，先將光刻膠涂覆在腐蝕后的片子表面，再通過曝光將光刻版上的條寬為1.0～2.0μm的窗口條形圖形復(fù)制到2.0～4.0μm的脊波導(dǎo)上面，使新的條形結(jié)構(gòu)與原來的脊型結(jié)構(gòu)平行，并且剛好處于脊波導(dǎo)的中間位置，通過顯影的方式得到所需要的圖形；然后用含氫氟酸的選擇性腐蝕液腐蝕二氧化硅，腐蝕液沿著窗口進(jìn)入并開始腐蝕二氧化硅，在光刻膠與上接觸層的保護(hù)下，有源區(qū)上方的上包覆層、上波導(dǎo)層并沒有接觸到腐蝕液，腐蝕液只腐蝕殘留的二氧化硅，進(jìn)而能有效地保護(hù)上包覆層、上波導(dǎo)層和有源區(qū)，成功制備出窄脊半導(dǎo)體器件激光器，實現(xiàn)良好的光輸出。

以下通過具體實施例對本發(fā)明提出的窄脊半導(dǎo)體器件的制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

實施例

本實施例提出了一種窄脊半導(dǎo)體器件的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、外延生長形成半導(dǎo)體外延片，在半導(dǎo)體外延片上依次形成一二氧化硅掩膜及一第一光刻膠掩膜，并光刻形成周期性的第一窗口；

步驟2、干法刻蝕去除第一窗口區(qū)的二氧化硅掩膜及部分外延層，形成窄脊結(jié)構(gòu)；

步驟3、在形成的窄脊結(jié)構(gòu)的上表面形成一第二光刻膠掩膜，并光刻形成脊型窗口；

步驟4、用選擇性腐蝕液去除第一窗口區(qū)外剩余的二氧化硅掩膜，完成器件制備。

本實施例以窄脊半導(dǎo)體激光器為例，對上述制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

步驟1具體包括以下步驟：

步驟1-1、如圖1所示，在350μm的GaAs襯底1上依次外延生長500nm的n-GaAs下緩沖層2、1.5μm的n-Al_0.7Ga_0.3As下覆蓋層3、200nm的Al_xGa_1-xAs下波導(dǎo)層4(其中Al組分x由0.7～0.1漸變)、370nm的InAs/GaAs多量子點有源區(qū)5、200nm的Al_xGa_1-xAs上波導(dǎo)層6(其中Al組分x由0.1～0.7漸變)、1.5μm的p-Al_0.7Ga_0.3As上包覆層7和250nm的p-GaAs上接觸層8，形成窄脊半導(dǎo)體激光器的外延片；

步驟1-2、用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(PECVD)，在200～400℃條件下在半導(dǎo)體激光器外延片的上表面生長300nm的二氧化硅掩膜9；

步驟1-3、將第一光刻膠10涂覆在二氧化硅掩膜9的上表面，并通過光刻曝光顯影將如圖2所示的光刻版復(fù)制到二氧化硅掩膜9的上表面形成第一窗口區(qū)，其中第一光刻膠為正光刻膠，其厚度為1.0μm，光刻板條寬為4μm，即相鄰兩個第一窗口區(qū)間的距離為4μm，周期為350μm，形成第一窗口區(qū)后的器件如圖3所示；

步驟2具體包括以下步驟：

步驟2-1、采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)方法，在二氧化硅掩膜9上刻蝕出如圖4所示的脊型圖形結(jié)構(gòu)；

步驟2-2、將步驟2-1中器件的正面用熱熔膠粘在玻璃板上，用異丙醇棉球擦拭外延片背面及四周，再用異丙醇浸泡若干小時，清洗片子；

步驟2-3、對清洗后的片子采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)的方法，以二氧化硅掩膜9上的脊型圖形結(jié)構(gòu)為掩膜，繼續(xù)刻蝕p-GaAs上接觸層8、p-AlGaAs上包覆層7至要求的深度；刻蝕后的器件結(jié)構(gòu)如圖5所示；

步驟2-4、采用低濃度的非選擇性腐蝕液腐蝕步驟2-3中刻蝕后的器件結(jié)構(gòu)若干秒，其中腐蝕溫度為0～40℃，最后通過臺階儀測試/校準(zhǔn)腐蝕深度并做清潔處理；

步驟3具體包括以下步驟：

步驟3-1、將第二光刻膠11涂覆在步驟2-4中腐蝕后的片子表面，其中第二光刻膠為負(fù)光刻膠，其厚度為1μm；

步驟3-2、通過光刻曝光顯影將如圖6所示的光刻版圖形復(fù)制到第二光刻膠掩膜11上形成脊型窗口；其中光刻板條寬為2μm，即脊型窗口的寬度為2μm寬，并且應(yīng)保證2μm寬的窗口落在4μm脊的中間部位，完成后的器件結(jié)構(gòu)如圖7所示；

步驟4具體包括以下步驟：

步驟4-1、在20～50℃條件下用含氫氟酸的選擇性腐蝕液腐蝕脊波導(dǎo)上剩余的二氧化硅9，腐蝕液沿著2μm寬的脊型窗口進(jìn)入，開始腐蝕二氧化硅9，腐蝕一段時間后在顯微鏡下檢查，直至二氧化硅腐蝕干凈；

步驟4-2、對器件進(jìn)行清洗去除第二光刻膠掩膜11，形成如圖8所示的結(jié)構(gòu)，完成器件的制備。

綜上所述，本實施例提出的窄脊半導(dǎo)體激光器的制備方法使用光刻膠有效地保護(hù)了上包覆層、上波導(dǎo)層和有源區(qū)不被腐蝕，獲得了較完整的脊型結(jié)構(gòu)，為制作窄脊單模激光器提供了基礎(chǔ)。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。