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納米科技導論-9-納米技術應用集景之二-修改-資料下載頁

2026-04-21 05:59本頁面

　　

【正文】 a） (b) 由一片 nInP襯底經 MOCVD生長而成。包括一層緩沖層、處于兩層保護層之間的量子阱層，一層包覆層，一層刻蝕阻擋層，在刻蝕阻擋層上是在包覆層與接觸層之間的光柵材料層。光柵制作在光柵材料層上，圖 16（ b）是 DFB激光器芯片全部制作工藝完成后的三維視圖。利用紫外壓印將軟模版上的圖形轉移到壓印膠的制作中使用的溫度與壓力分別為 80℃ 與 20Bar，初始勻膠厚度為 200nm。因為外延片本身就非常的干凈，因此不需要進行清洗就可以勻上壓印膠，勻膠參數為 4000轉 /分鐘，勻膠后，將晶片放置在95℃ 的熱板上烘烤 2分鐘以去除壓印膠中的溶劑，然后將其放入壓印機中，將軟模版放置在被壓印外延片上，需要注意的是，軟模版上光柵的方向必須對準外延片的晶向，然后用密封塑料片覆蓋住兩者形成氣室，并開始壓印工藝。使用的壓印曲線如圖 17所示：圖 17 軟模版紫外壓印曲線經過軟模版壓印后，晶片表面壓印膠的光柵圖形在顯微鏡下如圖 18所示 : 圖 18 顯微鏡下壓印膠的圖案由圖可見，壓印圖形在大面積下有高質量、高均勻性。與圖 11進行比較，可見壓印制作的光柵的布局與模版設計一致，說明壓印工藝成功的將設計的光柵圖形轉移到了外延片上。壓印完成后，利用 O2等離子將殘余的底膠去除，打開窗口 (工藝氣體為 O2，流量為 20sccm，反應室壓力為 10mT，刻蝕功率為 80w)，具體刻蝕時間視殘留的光刻膠厚度而定。刻蝕底膠時間太長可能會破壞壓印膠光柵形狀，同時使得凸起的光刻膠太薄，不利于接下來對外延片的刻蝕轉移圖形，而刻蝕底膠的時間太短可能未將殘留的薄層光刻膠去除干凈，無法進行圖形轉移。打開窗口后，即可用干法刻蝕的方法將圖形轉移到InP材料上，使用的刻蝕機為 Oxford公司的 Plasma System 100，工藝參數為： CH4： H2=10： 30，反應室壓力為 10mT，刻蝕功率為 150W，由于光柵的刻蝕屬于淺刻蝕，且 ICP功率會損壞壓印膠掩膜，因此在刻蝕過程中，不需要加上 ICP功率，刻蝕速率在 10nm/分鐘。刻蝕完畢后用 O2等離子在 80W下轟擊 5分鐘去除作為刻蝕掩膜的壓印膠。圖 19（ a）為刻蝕后 InP樣片的側視圖，圖 19（ b）為光柵圖形中 1/4相移區域的 AFM圖片，圖 19（ c）為 SEM圖片。由此可見，壓印制作的光柵形貌呈方形，而不是雙光束干涉制作的光柵的正弦形。光柵的周期為 240nm左右，與設計值相同，形貌質量很好，并制作出了所需要的的 1/4相移圖形。圖 19 InP樣片上光柵及芯片圖形： (a)側面圖；（ b）相移區 AFM；（ c）相移區俯視圖；（ d）芯片圖 (a) (b) (c) (d) 完成了光柵的刻蝕制作后，在 MOCVD工藝之前，需要對外延片進行清洗，如用丙酮以及酒精分別煮沸一次，再用去離子水沖洗并用氮氣吹干，接著在 150℃ 的熱板上烘烤 2分鐘，并再次用 80W的 O2等離子清洗 3分鐘。清洗完成后，利用 MOCVD生長過渡層和高摻雜的接觸層將光柵掩埋，接著利用光刻濕法工藝形成一個直到刻蝕阻擋層的脊波導。再利用 PECVD沉積一層 SiO2作為絕緣層。利用光刻和 BOE（稀釋的氧化物刻蝕溶液）在 SiO2上的脊波導處開出窗口，并利用 liftoff工藝沉積Ti/Pt/Au作為 P面電極。最后將晶片減薄，并在背面也沉積上 Ti/Pt/Au作為 N面電極，這樣注入的載流子就只能通過脊波導形成電流通道。所有以上工藝完成后，利用劃片機將晶片切為 250181。m腔長的長條，并在器件端面鍍上增透膜，即可完成 DFB激光器芯片的制作。圖 19（ d）為制作完成后的 DFB激光器芯片的顯微鏡圖片。其中圓形區域為電極，細條區域為脊波導，可見脊波導的長度為 250181。m，而每兩個脊波導之間的間距也為 250181。m，與圖 11，圖 18上的圖形一致，說明后續工藝成功的將壓印制作的光柵轉化為 DFB芯片。 B、 DFB激光器測試可利用半導體激光器測試系統對制作出來的激光器管芯進行測試，測試的光譜如圖 20所示，波長分布在 1540nm至 1560nm，波長間隔為，邊模抑制比大于 35dB。圖 20 制作出的 DFB激光器激射譜激光器管芯的 PI特性曲線如圖 21所示：圖 21制作的 DFB激光器的 PI曲線其閾值電流 Ith為10mA，在 Ith+20mA處激光器管芯的斜率效率為，出光功率約為，管芯的串聯電阻小于8歐姆，這些性能指標均滿足 DWDM系統中對激光器芯片的特性要求。在此基礎上，可對制作的 DFB激光器管芯進行封裝，并利用網絡分析儀和光示波器進行調制性能測試，結果如圖 22所示。由圖可見，封裝的 DFB激光器出纖功率 ≥ 2dBm；在，消光比 ≥8dB。圖 22 封裝完成的激光器調制性能測試

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