雷射製程與量

最 初 清 潔

們 所 使 用 的 晶 片 ， 是 由 MBE 所 長 的 晶 片 ， 非 常 的 乾 淨 ， 並

雷射製程與量

3.

　 晶片的成長是使用分子束磊

3.

本 實 驗 分 為 兩 種 製 程 方 式 :一

極 體 的 製 程，是 沿 用 實 驗 室 學 長 所 傳 下 來 的 步 驟，本 實 驗 中 所 提 及 的 寬 面 積 雷 射，共 振 腔 寬 度 均 為 20um；二、脊 狀 波 導（ Ridge-waveguide）

結 構 ， 同 時 具 有 index guiding 以 及 限 制 電 流 發 散 的 功 能 。 在 此 我 們 成 功 的 利 用 氧 化 的 製 程 方 式，來 製 作 脊 狀 結 構 的 雷 射 二 極 體，如圖 3-3與圖 3- 所 示。主 要 是 利 用 高 Al 含 量 的 上 覆 蓋 層 (upper cladding layer) 在 氧 化 之 後 ， 形 成 自 然 的 絕 緣 阻 擋 層 ， 其 具 有 自 發 性 對 齊 (self-align)與 良 好 的 光 波 導 侷 限 等 優 點

圖 3-5 為 製 程 流 程 圖 ， 製 程 說 明 如 下 ，

由 於 我

不 需

接 著 旋 轉 覆 蓋 上 光 阻 ， 軟 烤 。

蝕 刻

，我 們 將 未 覆 蓋 光 阻 的 地 方 蝕 刻 約 10 秒 到 20 秒 ，

氧 化

置 如圖 3-6 所 示，首 先 將 爐 管 升 溫 至 480℃，在 升 溫 的 過 程 中，

要 繁 雜 的 潔 淨 步 驟 ， 初 步 的 潔 淨 步 驟 將 晶 片 先 泡 在 丙 酮 (ACE) 中 ， 再 用 去 離 子 水 (D.I. Water)沖 洗 ， 氮 氣 槍 吹 乾 。

微 影 製 程

　 首 先 去 水 烘 烤 ， 去 除 晶 片 上 水 氣 。

曝 完 光 後 ， 使 用 的 顯 影 液 為 AZ6112， 之 後 用 去 離 子 水 定 影 。

在 雷 射 條 紋 做 出 後

目 的 在 於 蝕 刻 掉 表 面 的 歐 姆 接 觸 層 (p+ contact layer)使 得 高 Al 含 量 的 上 覆 蓋 層 能 夠 裸 露 出 來 以 便 下 一 步 的 氧 化 製 程 進 行。我 們 用 的 蝕 刻 溶 液 是 硫 酸 水 溶 液 。 在 蝕 刻 完 成 之 後 ， 應 該 立 即 做 氧 化 製 程 ， 確 保 表 面 潔 淨 且 沒 有 原 生 氧 化 層 形 成 。

爐 管 設

通 入 氮 氣 目 的 在 於 潔 淨 爐 管 內 部 環 境。為 了 避 免 水 蒸 氣 在 傳 輸 的 過 程 中 凝 結，我 們 必 須 在 管 路 上 纏 上 加 熱 帶，爐 管 兩 側 的 加 熱 帶 溫 度 以 不 超 過 200℃ 為 原 則 ， 水 瓶 (bubble)出 口 處 的 加 熱 帶 以 不 超 過 150℃ 為 原 則 ， 避 免 因 溫 度 過 高 而 融 掉 導 氣 管 。 而 水 溫 則 控 制 在 92℃ (以 不 超 過 95℃ 為 原 則 ， 以 免 水 達 到 沸 騰 ， 而 衝 爆 瓶 塞 。 ) 在 溫 度 條 件 達 到 穩 定 時 ， 關 閉 氮 氣 ， 開 始 引 入 水 蒸 氣 (流 速 控 制 在 1.5l/min)， 由 參 考 資 料 [10]可 知 只 要 氮 氣 流 速 超 過 60 升 /hr，氧 化 速 率 及 與 氮 氣 流 速 無 關 。 接 著 緩 慢 的 將 sample 送 入 爐 管 。 我 們 已 經 測 試 出 在 Al 含 量 0.8， 溫 度 達 480℃ 的 情 況 下 ， 氧 化 速 率 約 為 0.12nm/min， 如圖 3-7

所 示 。 由 於 在 上 覆 蓋 層 之 後 ， 是 Al 含 量 較 低 的 漸 變 層 ， 其 氧 化 速 率 驟 減 ， 可 以 當 作 氧 化 製 程 的 停 止 層 (stop layer)。 氧 化 完 成 後 將 晶 片 放 置 在 爐 管 中 等 待 其 自 然 降 至 室 溫 。

第 二 道 微 影 製 程 　

使 用 的 光 阻 劑 為 5214E， 將 來 Lift off 用 。 鍍 上

， 必 須 先 做 UV-O3， 目 的 在 於 氧 化 殘 餘 光 阻 ， 接 著 將 晶 片 浸 泡 於 鹽 酸 溶 液 ， 其 目 的 是 在 去 除 歐 姆 接 觸 層 上 的 自 然 氧 化 層

， P型 金 屬 的 結 構 依

在 丙 酮 溶 液 中，輕 輕 搖 晃，即 可 得 到 金 屬 條 紋 。

著 要 將 晶 片 的 背 面 磨 薄 ， 一 方 面 可 以 降 低

熱 下 ， 將 晶 片 用 黃 膠 黏 在 載 玻 片 上 ， 放 入 的 溶 液 中 進 行 蝕

掉 背 面 的 自 然 氧 化 層 ， 故 先 浸 泡 P 型 金 屬

在 鍍 上 P型 金 屬 前

(native oxide)並 且 帶 走 氧 化 後 的 殘 餘 光 阻 。 我們 是 使 用 電 子 蒸 鍍 (E-gun)系 統 來 鍍 金 屬

序 為 Ti/Pt/Au，蒸 鍍 溫 度 不 可 太 高 (大 於 55⁰C)，影 響 到 光 阻 的 特 性 ， 可 能 造 成 掀 起 的 失 敗 。

掀 光 阻 (Lift off) 接 下 來 將 晶 片 泡 磨 薄 與 鍍 n 型 金 屬 鍍 完 P 型 金 屬 後 ， 接

雷 射 二 極 體 的 串 聯 電 阻，但 最 主 要 的 目 的 還 是 在 於 磨 薄 後 的 晶 片，較 容 易 劈 裂 出 完 美 的 自 然 斷 裂 面 ， 也 就 是 有 較 高 反 射 率 的 FB 共 振 腔 反 射 鏡 。

在 加

刻 磨 薄 的 動 作 ， 時 刻 速 率 約 。 要 鍍 背 面 金 屬 前 ， 一 樣 要 先 去

在 HCl 水 溶 液 中 ， 再 用 單 電 子 槍 蒸 鍍 系 統 鍍 上 N 型 金 屬 Ni/Ge/Au 快速退火

雷射二極體金屬和半導體間的接面為歐姆接點(ohmic contact)，為了達到這個

在 晶 片 的 邊 緣，以 用 雷 射 切 割 機 沿 著 垂 直 雷 射 條 紋 的 方 向，劃 下 不 同

，

論 中，晶 片 在 進 入 爐 管 之 前 並 沒 有 鍍 上 Si³N⁴，其 結 果 依 然 可 t

3-3

系統，此系統適用於未包裝的邊射型雷射二極 體，我們將雷射二極體置於樣品座上，驅動電流藉電流源經探針注入二極體，二 極體所發的光被光偵測器吸收後，轉換成光電流並傳到訊號平均器(Boxcar averager)做平均，最後光電訊號經 GPIB 介面傳到電腦中做資料處理及儲存。

圖 3-10(a)(b)為 I-V 曲線與雷射頻譜量測系統，量測頻譜時，光訊號經由 光纖饋入頻譜儀。

目的，我們將晶片放入快速退火系統中(簡稱 RTA)，當溫度升高，金屬融化滲入 半導體接面中，可以提高參雜濃度，形成歐姆接點，一般而言，退火溫度約在 440℃左右。

晶 片 劈 裂

間 隔 寬 度 的 刻 痕 ， 定 義 不 同 的 共 振 腔 長 度 L 最 後 沿 著 刻 痕 施 力 ， 使 晶 片 沿 著 自 然 斷 裂 面 劈 開 ， 如 此 即 形 成 了 FP 共 振 腔 鏡 面 。

(討 論 ) 在 本 篇 碩

得 到 良 好 的 P+ GaAs接 觸 層 表 面 以 及 良 好 的 P-N junc ion電 性 ， 如圖 3-8 所 示 。

雷射特性

圖 3-9為 L-I 特性曲線量測

1.5um

Al0.8Ga0.2As:Si

1.5um

Al0.8Ga0.3As:Be

50nm Al0.8Ga0.2As- Al0.3Ga0.7As

295 nm

45nm 50nm

0

GaA s

1.5um Al0.8Ga0.2As:Si 1.5um

Al0.8Ga0.3As:Be

50nm Al0.8Ga0.2As-

495 nm

50nm Al0.3Ga0.7As

100nm 45nm

圖 3-1，lm4354 能帶結構圖。

圖 3-2 ，lm4378 能帶結構圖。

圖 3-3，氧化之脊狀雷射結構 SEM 圖。

P+ contact layer oxide

Wave guide region &

active layer layer Upper cladding

圖 3-4，氧化之脊狀雷射結構示意圖。

metal

Wet oxidation