ECRCVD设备镀膜工艺及膜系设计理论解析课件

1、ECRCVD设备镀膜工艺及膜系设计理论讲座制作：李雪冬第1页，共18页。ECRCVD设备的基本原理膜系设计基本理论650nm LD中应用到的典型/4膜系设计好的膜系在ECRCV设备上如何实现第2页，共18页。1 ECRCVD设备的基本原理1.2 英文翻译 ： Electron Ceclotron Resonance Chemical Vapor Deposition 电子回旋共振化学气相沉积1.3 设备基本原理：微波激励、磁场限制气体辉光放电产生等离子体，在淀积室中反应并沉积形成介质膜。微波激励气体辉光放电，磁场可以增加离子行程，增加等离子体密度，并在一定程度上限制离子。离子在淀积室中反应，沉

2、积在衬底上形成薄膜。1.1 工艺目的：在半导体激光器的前后腔面镀光学介质膜用 以形成谐振腔。第3页，共18页。1.4 设备示意图（未反映水电气系统）。第4页，共18页。1.5 设备结构图（未反映水电气系统）。第5页，共18页。1.6 重点概念分子的平均自由程：分子在连续两次碰撞之间所走过的平均 路程。等离子体：气体放电过程中分子、离子、电子混合存在,形 成相对稳定的状态，称为等离子体。气体辉光放电：气体直流放电特性，特点是辉光放电时放电 管管压降、电流稳定，气体呈现辉光。 化学气相沉积：在等离子状态下，一些离子在真空室中发生 化学反应，形成固体沉积下来，称为化学气相沉积。第6页，共18页。2.

3、1 光在自由空间传播的基本概念和公式:横波：波的振动方向与传播方向垂直。光的偏振： 光的振动方向与传播方向的不对称性叫光的偏振。光的正弦波表示： 自由空间的光程： = nd 光的干涉：两束相干光在迭加区域内，某些区域光强减小，某些区域光强增大的现象。本质上是波的迭加。单色光在空间某点能否形成干涉要看能否形成固定相位差。 2 膜系设计基本理论第7页，共18页。2.2 光在两种均匀介质界面的传播的基本概念和公式：入射面：入射光线与入射点处界面法线所构成的平面入射角：入射光线与入射点处界面法线所构成的夹角折射定律: n0 sin0= n1 sin1S光、P光：偏振光在入射界面按振动分量分解成S光、P

4、光。S光的振动方向垂直与入射面，P光的振动方向平行与入射面，界面对S光和P光有不同的反射率。 第8页，共18页。2.3 光在分层均匀介质薄膜的传播的基本概念和公式: (建立光在薄膜中传播的麦克斯韦方程组，根据边界条件求解，得到干涉矩阵)折射定律：光在薄膜中传播的光程差： 薄膜的光学厚度： 薄膜的相位厚度：第9页，共18页。艾塔参量 S光 ， P光干涉矩阵（特征矩阵）：组合导纳：反射率： 0是入射介质 第10页，共18页。正入射：入射角为0，即0 =0。反射率极值：正入射情况下，在薄膜的光学厚度 n1d1为 /4的整数倍时，反射率R取极值。 （菲涅尔振幅系数公式） 无影响膜层：在正入射下，薄膜的

5、光学厚度 n1d1为 /2的整数倍时，特征矩阵为单位矩阵，对膜系没有影响。 2.4 单层膜正入射的反射率极值（菲涅尔振幅系数公式）第11页，共18页。2.5 周期性/4膜系的基本概念和公式周期性/4膜系：膜系结构周期性重复，各层膜的光学厚度均为/4，又称规则膜系。图例正入射下：第12页，共18页。3 650nm LD中应用到的典型/4膜系3.1 重点概念增透膜：设计膜系的反射率低于不镀膜时的反射率,称为增透膜或减反膜。高反膜：设计膜系的反射率高于不镀膜时的反射率,称为高反膜。3.2 基本膜系设计参数选取波长=650nm因为激光器内发散角小于10，可近似为正入射。入射介质近似为GaAs，出射介质

6、为空气 。 n0=3.52 nk+1=n2N+1=1 膜层介质为Si02、SiNx 。 n1=1.461.52 n2=1.82.8 第13页，共18页。3.3 典型规则膜系：3.3.1 R=95% 膜系结构： GaAs|(Si02|SiNx)4|Air R=3.3.2 R=85% 膜系结构： GaAs|(Si02|SiNx)3|Air R=第14页，共18页。3.3.3 R=30% 膜系结构： GaAs|Si02|Si02|Air R=3.3.2 R=5% 膜系结构： GaAs|Si02|Air R=第15页，共18页。3.3.4 R=0% 膜系结构： GaAs|SiNx|Si02|AirR=n1= 第16页，共18页。4.1 工艺基本过程： 放入工艺气体 微波启动，计时 计时结束，微波停止 4.2 反应方程式: SiO2 SiN