芯片工艺与光电特性介绍

芯片工艺与光电特性介绍第一页，共43页。LD芯片工艺及光电特性4/17/20232第二页，共43页。半导体激光器具体设计：

根据不同的应用要求需要激光器有许多不同的设计：据光纤通信系统的要求，发射器件一般采用1310nm、1550nm波长的F-P或DFB结构大功率、高线性以及温度特性好的器件：普通采用InGaAsP/InP材料系MQW有源层设计，如果要求较大温度范围内工作的无制冷激光器可以采用AlGaInAs/InP材料系MQW有源层设计；根据应用要求可以制作F-P、DFB结构，根据波导结构可以制作RWG和BH两种。4/17/20233第三页，共43页。半导体激光器（Laserdiodes）利用电子注入后半导体材料发生受激辐射并通过相干光子的谐振放大实现激光的输出，在调制电信号输入后完成光信号的输出。其激射工作需要满足3个基本条件：要有能实现电子和光场相互作用的半导体材料；要有注入能量的泵浦源；要有一个谐振腔并满足振荡条件。半导体激光器工作原理4/17/20234第四页，共43页。

FPDFBRWGBHRWGBHInGaAsP/InPAlGaInAs/InPInGaAsP/InPInGaAsP/InP/AlInAsInGaAsP/InPAlGaInAs/InPAlGaInAs/InPInGaAsP/InP光纤通信用激光器芯片结构分类LD1310nm1550nm1490nm850nm(VCSEL)4/17/20235第五页，共43页。P-InGaAsContactlayerP-InPContactlayerEtchingStoplayerUpperConfininglayerMQWActiveregionLowerConfininglayerN-InPBufferLayerN-InPSubstrateFPLDWaferDFBLDWaferInGaAsPgratinglayerUpperConfininglayerMQWActiveregionLowerConfininglayerN-InPBufferLayerN-InPSubstrate4/17/20236第六页，共43页。RWG结构LD效果图4/17/20237第七页，共43页。两种结构的剖面图RWGBH4/17/20238第八页，共43页。DFB光栅4/17/20239第九页，共43页。典型的RWG--F-PLD制作工艺流程4/17/202310第十页，共43页。典型的RWG--DFBLD制作工艺流程4/17/202311第十一页，共43页。典型的BH-DFBLD制作工艺流程图

光栅制作2MOCVD1光刻3MOCVD1刻蚀PECVD2腐蚀4MOCVD2光刻3腐蚀PECVD3光刻4腐蚀4光刻1溅射LIFT/OFF减薄2溅射1检测划片镀膜2检测划片贴片金丝焊3检测4老化封帽5检测检测1MOCVD4/17/202312第十二页，共43页。光电特性1310nmRWG-FPLD1310nmBH-FPLD4/17/202313第十三页，共43页。远场特性BH-LDRWG-LD4/17/202314第十四页，共43页。光谱特性DFB-LDFP-LD4/17/202315第十五页，共43页。PD芯片工艺及光电特性4/17/202316第十六页，共43页。光电二极管（PD)是一种光电转换器件，其基本原理是：当光照到PN结上时，被吸收的光能转变成电能。这个转变过程是一个吸收过程，与发光二极管的自发辐射过程和激光二极管的受激发射过程相逆。在光的作用下，半导体材料中低能级上的粒子可以吸收光能而跃迁到高能级；处于高能级上的粒子，也可能的在一定的条件下通过自发或受激发射放光而跃迁到低能级。通常，吸收过程和受激辐射过程是同时存在并互相竟争。在光电二极管中，吸收过程占绝对优势，而在发光器件中，则辐射过程占绝对优势。

半导体探测器工作原理4/17/202317第十七页，共43页。PD芯片的基本类型有四种：

P-N结型，PIN型，雪崩型和肖特基型。

通常,P-N结型光电二极管响应时间慢,一般不采用.PD芯片制作结构：平面工艺，台面工艺

外延片结构4/17/202318第十八页，共43页。

外延片清洗PECVDSiO2掩膜层光刻接触环接触环成型RIE(SiO2)加湿法PECVD（SiO2）淀积绝缘层光刻扩散孔RIE(SiO2)刻蚀扩散孔MOCVD扩散退火PECVD（SiNX）套刻接触环RIE(SiNX)光刻电极P面溅射剥离减薄清洗N面溅射合金测试解理工艺流程图4/17/202319第十九页，共43页。PD芯片示意图4/17/202320第二十页，共43页。平面工艺PD芯片结构剖面示意图4/17/202321第二十一页，共43页。芯片光电特性4/17/202322第二十二页，共43页。半导体材料及工艺设备4/17/202323第二十三页，共43页。MOCVD单层或多层半导体材料的生长（金属有机化学气相沉积）4/17/202324第二十四页，共43页。外延片：半导体芯片制作的原材料4/17/202325第二十五页，共43页。等离子去胶机用于外延片表面的清洗芯片制作工艺中常用设备介绍4/17/202326第二十六页，共43页。匀胶台：在外延片表面形成厚度均匀的胶膜。4/17/202327第二十七页，共43页。光刻机

将匀胶后的外延片放入光刻机内，以设计的结构为模版经过对准及紫外曝光，然后显影，在外延片表面形成芯片图形，以光刻后的图形为掩膜通过刻蚀、溅射等工艺来达到我们需要的管芯结构，光刻是管芯制作中使用最多的工艺。4/17/202328第二十八页，共43页。全息曝光光栅制作系统DFB激光器制作工艺中均匀光栅的制作4/17/202329第二十九页，共43页。PECVD（等离子增强化学气相外延）其作用是在外延片上沉积介质膜（如二氧化硅，氮化硅）。

PECVD（等离子增强化学气相沉积）4/17/202330第三十页，共43页。RIE（反应离子刻蚀）它的作用主要是在外延片的介质膜上刻蚀图形或将光刻后的图形通过刻蚀的方法转移到外延片上。

RIE（反应离子刻蚀）4/17/202331第三十一页，共43页。

椭偏仪的主要作用是测量外延片表面沉积的介质膜(SiO2,SiNx)生产质量（厚度及折射率是否匹配）。

椭偏仪4/17/202332第三十二页，共43页。溅射机

溅射机的主要作用是在外延片的上下两个表面（p/n)沉积金属接触层（电极）。

4/17/202333第三十三页，共43页。磨片机在制作N面电极前将外延片减薄要求的厚度。4/17/202334第三十四页，共43页。

制作完P/N两面金属电极后，对芯片进行快速热处理的方式称为合金，有利于形成平滑的接触面和良好的粘附特性，目的是为了使管芯形成良好的欧姆接触特性。合金炉4/17/202335第三十五页，共43页。制作工艺完成后的外延片（未进行解理前的管芯）形貌LD芯片PD芯片4/17/202336第三十六页，共43页。划片机：用于解理尺寸规格一致的芯片。4/17/202337第三十七页，共43页。管芯解理LDbarchip作镀膜处理镀膜后检测合格作封装4/17/202338第三十八页，共43页。管芯解理PD4/17/202339第三十九页，共43页。P-I-V测试仪：主要用于LD