半導體光放大器之製程

(1)清洗晶圓：

待分子束磊晶( Molecular Beam Epitaxy, MBE )成長完晶圓(wafer)後，我們將 其破片取約 1cm 立方的面積來製作成我們需要的半導體光放大器。首先將其放 於丙酮溶液中，振動 3 分鐘，目的為清除在晶圓上肉眼也看不見的污染粒子。接 著放置燒杯內，以去離子水(DI water)沖洗五分鐘，再使用 的溶液 浸泡約 30 秒或是到晶圓表面不沾水為主，目的在於清除晶圓上的原生氧化物，

其原生氧化物較晶圓本身更具有親水性，因此我們可以用是否沾水來判斷其去除 的程度。接著再以去離子水沖洗五分鐘，以氮氣槍吹乾後，放置於 的烤箱 中 3 分鐘，以去除表面的水氣，使晶圓表面足夠乾燥以免水氣影響接下來的光阻 塗佈，使其不牢固或是定影。

(2)第一道微影製程

待確定晶圓清洗完畢，沒有氧化物且足夠乾燥後，我們才會上第一道光阻。

我們在第一道光阻所使用的是 AZ6112 正光阻，其目的為定義波導位置。將晶圓 放置於光阻塗佈機上的中央後，將液態光阻滴於晶圓上，接著透過光阻塗佈機的 旋轉使其均勻分布於晶圓上。光阻塗佈機旋轉分成兩階段，首先先是 10 秒 1000rpm，目的為將光阻平均散佈至晶圓的每一處，再來是 40 秒 4500rpm，目的 為均勻光阻厚度，若設定 40 秒 4500rpm 則厚度大約為 1.2um~1.5um。接著由於 晶圓邊緣會有光阻堆積的現象，會影響曝光機在使晶圓與光罩(mask)貼近過程中 的使用，因此我們將棉花棒沾些許丙酮後用手輕輕貼著邊晶圓邊緣抹過，去掉邊 緣的光阻。接著為了去除光阻內大部分的有機溶劑，我們將晶圓正面朝上的放置 於 的 hot plane 上。接下即可進行 DUV 曝光，在對準位置後，盡量使光罩(mask) 與晶圓貼近，此時若沒有將邊緣光阻去除乾淨會使兩者無法非常貼近，或是邊緣 光阻碰到光罩的情形，不僅使得光繞射情況明顯，也會汙染光罩。接著使用 AZ300

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之顯影液顯影約 25~30 秒，或是使晶圓在晃動下，沒有光阻溶於顯影液的情形發 生後再晃動約 5 秒即可。如圖 4-3。

圖 4-3 第一道光阻並顯影

(3)蝕刻

這一步我們要將定義好的波導位置進行 mesa etching，在蝕刻之前，我們要 先 量 測 光 阻 的 厚 度 ， 這 樣 我 們 才 能 知 道 蝕 刻 的 深 度 。 我 們 使 用 ： ： ＝ ： ： 的溶液來進行 GaAs 的蝕刻，配好此溶液後需靜 置 30 分鐘，待其均勻，以免蝕刻速率不穩定。蝕刻速率方面在不同結構下會有 些微不同，但平均來說大約為每秒 9nm。我們蝕刻至主動層上約 200nm 即可。

如圖 4-4。

圖 4-4 蝕刻出光波導

(4) 沉積

我們使用 PECVD 沉積 約 300nm 厚做為絕緣層，而由於避免 沉積 過程中因為高溫使得光阻 AZ6112 被燒焦，因此沉積溫度設定為 。過程中，

PECVD 腔體中通三種氣體，其種類與含量分別是： , 5sccm； , 4sccm； , 800sccm。在沉積完 後，我們將晶圓泡在丙酮中，藉由丙酮去掉光阻的過程

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中，將 掀起來，此步驟我們稱為 lift off。待 lift off 完成後，我們將晶圓清 洗並吹乾。如圖 4-5。

圖 4-5 沉積與 lift off

(5)第二道微影製程

此道黃光目的為定義絕緣位置。如第一道，在上光阻前我們一樣要確認晶圓 是否足夠乾淨，且再一次的去除原生氧化物，以免接下來鍍 E-GUN 時因為電極 鍍在氧化物上而剝落。第二道光阻我們使用 5214E 做為負光阻使用，其轉速與 第一道相同，不同的是多了一個反轉烤與曝後烤的步驟，目的為將光阻從正光阻 轉成負光阻。曝後烤之後顯影，接著一樣用去離子水沖洗定影並用氮氣槍吹乾。

如圖 4-6。

圖 4-6 第二道光阻並顯影

(6)鍍 P-type 電極金屬

再一次的去除原 生氧化物後，使用電 子槍真空蒸鍍系統 (E-GUN)蒸鍍 。蒸鍍結束後，一樣使用丙酮 lift off，便可以使絕緣 位置的金屬剝落，以達到絕緣效果。lift off 結束後，一樣使用去離子水沖洗並吹

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乾。如圖 4-7。

圖 4-7 鍍 P-type 電極金屬並 lift off

(7)背面磨薄

此步驟可以稍微降低半導體光放大器的電阻，也可以方便劈裂，至於磨到多 薄主要是看腔體長度需要劈到多短，若需要劈到越短，則要磨的越薄。我們先使 用黃膠加熱使晶圓穩定的固定在載玻片上並露出背面後，使用 ： ： 的溶液浸泡並以棉花棒在背面均勻等速的擦拭。此溶液中的 可使 GaAs 氧化，而 可侵蝕其氧化物，在不斷氧化且氧化物被侵蝕的情況下，背面 會變得越來越薄，達到磨薄的目的。在經由棉花棒擦拭約 15~20 分鐘後，便可將 其放至 ： ： 的溶液中，使其在不被氧化的情況下，將氧化物侵 蝕乾淨。最後加熱載玻片取下晶圓，用丙酮浸泡去掉殘膠後小心的以去離子水沖 洗並吹乾。

(8) 鍍 N-type 電極金屬

一 樣 先 去 除 原 生 氧 化 物 ， 再 使 用 電 子 槍 真 空 蒸 鍍 系 統 (E-GUN) 蒸 鍍 。蒸鍍結束後，將晶圓放置於快速熱退火機器中，

迅速加熱到 ，目的在於透過快速的升溫使得 E-GUN 蒸鍍的金屬能夠與晶 圓表面形成歐姆接觸(ohmic contact)以降低電阻。最後將晶圓劈裂成我們需要的 各種長度即可量測。如圖 4-8。

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圖 4-8 磨薄並鍍 N-type 電極金屬