芯片工藝與光電特性介紹

芯片工藝與光電特性介紹第一頁，共43頁。LD芯片工藝及光電特性4/17/20232第二頁，共43頁。半導(dǎo)體激光器具體設(shè)計：

根據(jù)不同的應(yīng)用要求需要激光器有許多不同的設(shè)計：據(jù)光纖通信系統(tǒng)的要求，發(fā)射器件一般采用1310nm、1550nm波長的F-P或DFB結(jié)構(gòu)大功率、高線性以及溫度特性好的器件：普通采用InGaAsP/InP材料系MQW有源層設(shè)計，如果要求較大溫度范圍內(nèi)工作的無制冷激光器可以采用AlGaInAs/InP材料系MQW有源層設(shè)計；根據(jù)應(yīng)用要求可以制作F-P、DFB結(jié)構(gòu)，根據(jù)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以制作RWG和BH兩種。4/17/20233第三頁，共43頁。半導(dǎo)體激光器（Laserdiodes）利用電子注入后半導(dǎo)體材料發(fā)生受激輻射并通過相干光子的諧振放大實現(xiàn)激光的輸出，在調(diào)制電信號輸入后完成光信號的輸出。其激射工作需要滿足3個基本條件：要有能實現(xiàn)電子和光場相互作用的半導(dǎo)體材料；要有注入能量的泵浦源；要有一個諧振腔并滿足振蕩條件。半導(dǎo)體激光器工作原理4/17/20234第四頁，共43頁。

FPDFBRWGBHRWGBHInGaAsP/InPAlGaInAs/InPInGaAsP/InPInGaAsP/InP/AlInAsInGaAsP/InPAlGaInAs/InPAlGaInAs/InPInGaAsP/InP光纖通信用激光器芯片結(jié)構(gòu)分類LD1310nm1550nm1490nm850nm(VCSEL)4/17/20235第五頁，共43頁。P-InGaAsContactlayerP-InPContactlayerEtchingStoplayerUpperConfininglayerMQWActiveregionLowerConfininglayerN-InPBufferLayerN-InPSubstrateFPLDWaferDFBLDWaferInGaAsPgratinglayerUpperConfininglayerMQWActiveregionLowerConfininglayerN-InPBufferLayerN-InPSubstrate4/17/20236第六頁，共43頁。RWG結(jié)構(gòu)LD效果圖4/17/20237第七頁，共43頁。兩種結(jié)構(gòu)的剖面圖RWGBH4/17/20238第八頁，共43頁。DFB光柵4/17/20239第九頁，共43頁。典型的RWG--F-PLD制作工藝流程4/17/202310第十頁，共43頁。典型的RWG--DFBLD制作工藝流程4/17/202311第十一頁，共43頁。典型的BH-DFBLD制作工藝流程圖

光柵制作2MOCVD1光刻3MOCVD1刻蝕PECVD2腐蝕4MOCVD2光刻3腐蝕PECVD3光刻4腐蝕4光刻1濺射LIFT/OFF減薄2濺射1檢測劃片鍍膜2檢測劃片貼片金絲焊3檢測4老化封帽5檢測檢測1MOCVD4/17/202312第十二頁，共43頁。光電特性1310nmRWG-FPLD1310nmBH-FPLD4/17/202313第十三頁，共43頁。遠(yuǎn)場特性BH-LDRWG-LD4/17/202314第十四頁，共43頁。光譜特性DFB-LDFP-LD4/17/202315第十五頁，共43頁。PD芯片工藝及光電特性4/17/202316第十六頁，共43頁。光電二極管（PD)是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是：當(dāng)光照到PN結(jié)上時，被吸收的光能轉(zhuǎn)變成電能。這個轉(zhuǎn)變過程是一個吸收過程，與發(fā)光二極管的自發(fā)輻射過程和激光二極管的受激發(fā)射過程相逆。在光的作用下，半導(dǎo)體材料中低能級上的粒子可以吸收光能而躍遷到高能級；處于高能級上的粒子，也可能的在一定的條件下通過自發(fā)或受激發(fā)射放光而躍遷到低能級。通常，吸收過程和受激輻射過程是同時存在并互相竟?fàn)?。在光電二極管中，吸收過程占絕對優(yōu)勢，而在發(fā)光器件中，則輻射過程占絕對優(yōu)勢。

半導(dǎo)體探測器工作原理4/17/202317第十七頁，共43頁。PD芯片的基本類型有四種：

P-N結(jié)型，PIN型，雪崩型和肖特基型。

通常,P-N結(jié)型光電二極管響應(yīng)時間慢,一般不采用.PD芯片制作結(jié)構(gòu)：平面工藝，臺面工藝

外延片結(jié)構(gòu)4/17/202318第十八頁，共43頁。

外延片清洗PECVDSiO2掩膜層光刻接觸環(huán)接觸環(huán)成型RIE(SiO2)加濕法PECVD（SiO2）淀積絕緣層光刻擴散孔RIE(SiO2)刻蝕擴散孔MOCVD擴散退火PECVD（SiNX）套刻接觸環(huán)RIE(SiNX)光刻電極P面濺射剝離減薄清洗N面濺射合金測試解理工藝流程圖4/17/202319第十九頁，共43頁。PD芯片示意圖4/17/202320第二十頁，共43頁。平面工藝PD芯片結(jié)構(gòu)剖面示意圖4/17/202321第二十一頁，共43頁。芯片光電特性4/17/202322第二十二頁，共43頁。半導(dǎo)體材料及工藝設(shè)備4/17/202323第二十三頁，共43頁。MOCVD單層或多層半導(dǎo)體材料的生長（金屬有機化學(xué)氣相沉積）4/17/202324第二十四頁，共43頁。外延片：半導(dǎo)體芯片制作的原材料4/17/202325第二十五頁，共43頁。等離子去膠機用于外延片表面的清洗芯片制作工藝中常用設(shè)備介紹4/17/202326第二十六頁，共43頁。勻膠臺：在外延片表面形成厚度均勻的膠膜。4/17/202327第二十七頁，共43頁。光刻機

將勻膠后的外延片放入光刻機內(nèi)，以設(shè)計的結(jié)構(gòu)為模版經(jīng)過對準(zhǔn)及紫外曝光，然后顯影，在外延片表面形成芯片圖形，以光刻后的圖形為掩膜通過刻蝕、濺射等工藝來達(dá)到我們需要的管芯結(jié)構(gòu)，光刻是管芯制作中使用最多的工藝。4/17/202328第二十八頁，共43頁。全息曝光光柵制作系統(tǒng)DFB激光器制作工藝中均勻光柵的制作4/17/202329第二十九頁，共43頁。PECVD（等離子增強化學(xué)氣相外延）其作用是在外延片上沉積介質(zhì)膜（如二氧化硅，氮化硅）。

PECVD（等離子增強化學(xué)氣相沉積）4/17/202330第三十頁，共43頁。RIE（反應(yīng)離子刻蝕）它的作用主要是在外延片的介質(zhì)膜上刻蝕圖形或?qū)⒐饪毯蟮膱D形通過刻蝕的方法轉(zhuǎn)移到外延片上。

RIE（反應(yīng)離子刻蝕）4/17/202331第三十一頁，共43頁。

橢偏儀的主要作用是測量外延片表面沉積的介質(zhì)膜(SiO2,SiNx)生產(chǎn)質(zhì)量（厚度及折射率是否匹配）。

橢偏儀4/17/202332第三十二頁，共43頁。濺射機

濺射機的主要作用是在外延片的上下兩個表面（p/n)沉積金屬接觸層（電極）。

4/17/202333第三十三頁，共43頁。磨片機在制作N面電極前將外延片減薄要求的厚度。4/17/202334第三十四頁，共43頁。

制作完P(guān)/N兩面金屬電極后，對芯片進行快速熱處理的方式稱為合金，有利于形成平滑的接觸面和良好的粘附特性，目的是為了使管芯形成良好的歐姆接觸特性。合金爐4/17/202335第三十五頁，共43頁。制作工藝完成后的外延片（未進行解理前的管芯）形貌LD芯片PD芯片4/17/202336第三十六頁，共43頁。劃片機：用于解理尺寸規(guī)格一致的芯片。4/17/202337第三十七頁，共43頁。管芯解理LDbarchip作鍍膜處理鍍膜后檢測合格作封裝4/17/202338第三十八頁，共43頁。管芯解理PD4/17/202339第三十九頁，共43頁。P-I-V測試儀：主要用于LD