專利名稱：制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬半導體光電子材料與器件領域，特別是涉及一種制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射
發(fā)光管電學隔離的方法。
背景技術(shù)：
超輻射發(fā)光二極管(簡稱SLED或SLD)是一種具有內(nèi)增益的非相干光光源，其 光學特性介于半導體激光器和發(fā)光二極管之間。與激光器相比，它具有更寬的發(fā)光光譜、 更短的相干長度，可應用于光學相干斷層掃描儀、光纖陀螺儀等儀器設備中。傳統(tǒng)的超輻 射發(fā)光二極管基于單區(qū)域的普通的邊發(fā)射結(jié)構(gòu)(Z.Y.Zhang et al. ， High-performance quantum-dots卯erluminescent diodes, IEEE Photon. Technol丄ett. ， 2004， 16 Q): 27-29)，工藝簡單但存在諸多缺點，如功率較小，光譜半高寬不可調(diào)等。多區(qū)域結(jié)構(gòu)的超輻 射發(fā)光二極管，可以克服超輻射發(fā)光二極管的功率小，光譜半高寬不可調(diào)的缺點，甚至可以 實現(xiàn)光譜半高寬和功率的分離調(diào)節(jié)。 離子注入技術(shù)是半導體器件工藝中廣泛采用的電學隔離辦法。高能量的離子在半 導體材料中引起晶格缺陷。晶格缺陷形成一些缺陷能級，成為載流子的補償中心，俘獲材料 中的載流子，從而實現(xiàn)材料的半絕緣特性。此外，硼等離子的注入，除了損傷補償機制外，還 存在化學補償機制，俘獲載流子，實現(xiàn)半絕緣特性。把離子注入隔離技術(shù)應用到多區(qū)量子點 超輻射發(fā)光管的制備中，實現(xiàn)各功能區(qū)域間的隔離，工藝較為簡單、可控性好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管的電學隔離的方法， 該方法實現(xiàn)各功能區(qū)域間的隔離。 本發(fā)明提供一種制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，包括如下步驟 步驟1 :在具有功能區(qū)的基片上涂覆一層光刻膠； 步驟2 :采用普通光學套刻的方法，將各功能區(qū)間的光刻膠去除； 步驟3 :腐蝕或刻蝕去除光刻膠處的上金屬電極、絕緣層和歐姆接觸層，形成隔離
帶； 步驟4 :將基片上的光刻膠去除； 步驟5 :在隔離帶處對基片進行離子注入； 步驟6 :退火，完成電學隔離。 其中離子注入是單獨采用H、 0、 He或B離子一次或多次注入，或分別采用H、 0、 He 或B離子一次或多次注入。 其中功能區(qū)是超輻射區(qū)、光吸收區(qū)或光放大區(qū)。 其中基片包括襯底和緩沖層，及其上依次制作的下包覆層、波導和有源層、上包覆
層、歐姆接觸層、絕緣層和上金屬電極。 其中隔離帶的深度到基片的有源層的表面。
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其中上金屬電極的厚度為0. 5-2微米。
其中隔離帶的數(shù)量為l-10個。
其中退火的溫度為350-750°C。 本發(fā)明的有益效果是該方法提供一種制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管的電學隔離 的方法，可以方法實現(xiàn)各功能區(qū)域間的隔離，隔離電阻高，各功能區(qū)域光耦合效果好；工藝 較為簡單、可控性好、具有較強的實用價值。


為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和具體實例對其做進一步的描述，其 中 圖1是本發(fā)明有功能區(qū)的基片的側(cè)面示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明一種制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，包 括如下步驟 步驟1 :在具有功能區(qū)5的基片20上涂覆一層光刻膠，光刻的第一步，根據(jù)光刻掩 膜版的類型選擇光刻膠的種類。為了對覆蓋光刻膠的基片20起到保護作用，光刻膠應達到 足夠的厚度。所述基片20包括襯底和緩沖層12，及其上依次制作的下包覆層11、波導和有 源層10、上包覆層9、歐姆接觸層8和絕緣層7，基片20采用n型襯底，緩沖層也為n型，是 GaAs材料或InP材料?；?0所包含的波導和有源層10是掩埋自組織量子點結(jié)構(gòu)或者是 量子阱結(jié)構(gòu)。量子點結(jié)構(gòu)的利于制備寬光譜器件。量子阱結(jié)構(gòu)利于制備高功率器件。波導 可以采用折射率漸變波導，根據(jù)折射率漸變波導的材料選擇上包覆層9和下包覆層11的材 料。上包覆層9和下包覆層ll的材料分別是p型摻雜和n型摻雜。歐姆接觸層8為高摻 雜P型層，一般厚度為幾百納米，Be摻雜濃度一般應大于l*1019cm—3，目的是制備良好的歐 姆接觸金屬電極，應根據(jù)上包覆層9材料選擇蓋層材料，厚度為150nm-500nm。絕緣層7可 采用二氧化硅層或者氮化硅層，目的是隔絕電子，厚度為200nm-350nm。上金屬電極6的厚 度為0. 5-2微米，本方法采用金屬電極6作為離子注入的金屬掩蔽膜。
步驟2 :采用普通光學套刻的方法，將各功能區(qū)5間的光刻膠去除，采用電子束套 刻或光學套刻，具有功能區(qū)5的基片20上是擁有對版標記的，本步驟應把掩膜版上的對版 標記應和具有功能區(qū)5的基片20上的對版標記對齊，基片20上的功能區(qū)5為吸收區(qū)、超輻 射區(qū)和光放大器區(qū)，吸收區(qū)域的作用是抑制激射，超輻射區(qū)的作用是產(chǎn)生超輻射光，光放大 器的作用是放大超輻射區(qū)的光，使得輸出功率增大。 步驟3 :腐蝕或刻蝕去除光刻膠處的上金屬電極6、絕緣層7和歐姆接觸層8，形成 隔離帶2，其中隔離帶2的數(shù)量為1-10個。腐蝕或刻蝕去除光刻膠處的金屬電極6是制備 隔離帶2的第一步，金屬導電性好，必須去除金屬電極6，去除絕緣層7是為了去除歐姆接觸 層8，歐姆接觸層8去除是因為歐姆接觸層8摻雜濃度太高，對離子注入的要求很高。
步驟4 :將基片20上的光刻膠去除，去除光刻膠的目的是避免光刻膠碳化粘附在 器件上； 步驟5 :在隔離帶2處對基片20進行離子注入，離子注入是制備電學隔離的關鍵，離子注入的能量和次數(shù)應根據(jù)上包覆層9的厚度選擇，注入結(jié)果上包覆層9每處的注入濃 度應大于2*1013cm—3。注入的劑量應在1015cm—2和1017cm—2之間。離子注入是單獨采用H、0、 He或B離子一次或多次注入，或分別采用H、0、He或B離子一次或多次注入。注入時應有7 度傾角，減少溝道效應帶來的影響。被注入的高能量的離子在半導體材料中引起晶格缺陷。 晶格缺陷形成一些缺陷能級，成為載流子的補償中心，俘獲材料中的載流子，從而實現(xiàn)材料 的半絕緣特性。此外，硼等離子的注入，除了損傷補償機制外，還存在化學補償機制，俘獲載 流子，實現(xiàn)半絕緣特性。隔離帶2的深度到基片20的波導和有源層10的表面，這是因為波 導和有源層IO—般是非摻雜，電阻率較高，只需要通過離子注入辦法，把P型摻雜的上包覆 層9變成高電阻即可。 步驟6 :退火，完成電學隔離。其中退火的溫度為350-75(TC，完成電學隔離。退火 的時間可以從1分鐘到30分鐘，退火的目的是使得波導和有源層中的損傷修復使得不同功 能區(qū)5間的光波導不受到離子注入的影響。 請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種具有兩個功能區(qū)的超輻射發(fā)光管的電學隔離制 備方法。 制備電學隔離前的工作闡述如下 采用普通的光刻的辦法，刻蝕或腐蝕具有超輻射發(fā)光管器件結(jié)構(gòu)的材料(例如 Z. Y. Zhang et al. ， High—performance quant咖—dots卯erl咖inescent diodes, IEEE Photon. Technol. Lett. ，2004,16(1) :27-29)形成器件臺面。用等離子輔助化學氣相沉積 (PECVD)的方法，覆蓋一層二氧化硅絕緣層7。采用光學套刻的辦法，器件臺面上形成電注 入窗口。然后制備Ti-Pt-Au上電極。
制備電學隔離的方法如下 采用普通套刻辦法，腐蝕隔離帶2的金屬層、二氧化硅絕緣層7和外延材料上的
高摻雜歐姆接觸層8。對隔離帶2離子注入，傾斜7度角注入，按順序質(zhì)子劑量3*1015cm—2、
120keV注入，質(zhì)子劑量3*1015cm—2、50keV注入，氧離子劑量l*1015cm—2、 140keV注入，氧離子
劑量3*1015 11—^40keV注入，而后在合金爐內(nèi)，40(TC熱退火15分鐘，形成離子注入?yún)^(qū)13。 制備電學隔離后，器件的制作工藝，離子注入后減薄襯底和緩沖層12，蒸鍍背面電
極并在450°C白光快速熱退火15秒。解理管芯，燒焊，引線，管芯制備完成。 該器件的功能區(qū)是超輻射區(qū)，吸收區(qū)和光放大區(qū)。吸收區(qū)域的作用是抑制激射，超
輻射區(qū)的作用是產(chǎn)生超輻射光，光放大器的作用是放大超輻射區(qū)的光，使得輸出功率增大。 兩個功能區(qū)的多區(qū)域超輻射發(fā)光管，可以是超輻射區(qū)和光放大器的組合。這種多
區(qū)域超輻射發(fā)光管，通過對光放大器區(qū)和超輻射區(qū)電流的分別控制，可同時優(yōu)化器件的輸
出功率和光譜寬度。 兩個功能區(qū)的多區(qū)域超輻射發(fā)光管，也可以是超輻射區(qū)和超輻射區(qū)的組合。這種 多區(qū)域超輻射發(fā)光管，通過在超輻射區(qū)和光放大器區(qū)兩個的超輻射區(qū)注入不同強度的電 流，兩個超輻射區(qū)的光譜疊加在一起，最終的輸出光譜寬度會比只有一個超輻射區(qū)的超輻 射管的發(fā)射光譜寬。 多區(qū)域的超輻射發(fā)光管，可以是3個或3個以上功能區(qū)的組合，例如，兩個相鄰超 輻射區(qū)和一個吸收區(qū)，除了可以增加超輻射管的發(fā)射光譜寬度外，還可以達到抑制激射的 效果。
不同功能區(qū)之間的電學隔離，是讓功能區(qū)單獨工作的關鍵，是本專利的核心內(nèi)容。
雖然參照上述具體實施方式
和實施例詳細地描述了本發(fā)明，但是應該理解本發(fā)明并不限于所公開的實施方式和實施例，對于本專業(yè)領域的技術(shù)人員來說，可對其形式和細節(jié)進行各種改變，例如，實施例中的腐蝕或刻蝕方法、絕緣層的類型及制備方法、離子注入劑量及能量、退火溫度及時間、電極組分等?？傊?，本發(fā)明意欲涵蓋所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種變形。
權(quán)利要求
一種制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，包括如下步驟步驟1在具有功能區(qū)的基片上涂覆一層光刻膠；步驟2采用普通光學套刻的方法，將各功能區(qū)間的光刻膠去除；步驟3腐蝕或刻蝕去除光刻膠處的上金屬電極、絕緣層和歐姆接觸層，形成隔離帶；步驟4將基片上的光刻膠去除；步驟5在隔離帶處對基片進行離子注入；步驟6退火，完成電學隔離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，其中離子注入是單獨采用H、0、He或B離子一次或多次注入，或分別采用H、0、He或B離子一次或多次 注入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，其中功能區(qū) 是超輻射區(qū)、光吸收區(qū)或光放大區(qū)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，其中基片包 括襯底和緩沖層，及其上依次制作的下包覆層、波導和有源層、上包覆層、歐姆接觸層、絕緣 層和上金屬電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，其中隔離帶 的深度到基片的有源層的表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，其中上金屬 電極的厚度為0. 5-2微米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，其中隔 離帶的數(shù)量為i-io個。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，其中退火的 溫度為350-750°C。
全文摘要
一種制備多區(qū)域結(jié)構(gòu)超輻射發(fā)光管電學隔離的方法，包括如下步驟步驟1在具有功能區(qū)的基片上涂覆一層光刻膠；步驟2采用普通光學套刻的方法，將各功能區(qū)間的光刻膠去除；步驟3腐蝕或刻蝕去除光刻膠處的上金屬電極、絕緣層和歐姆接觸層，形成隔離帶；步驟4將基片上的光刻膠去除；步驟5在隔離帶處對基片進行離子注入；步驟6退火，完成電學隔離。
文檔編號H01L21/76GK101740455SQ20091024374
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者王佐才, 王占國, 金鵬 申請人:中國科學院半導體研究所