芯片工艺及光电特性介绍

1、2022-3-81 方忠慧芯片工艺及光电特性介绍2022-3-82LD芯片工艺及光电特性2022-3-83半导体激光器具体设计：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 。2022-3-84 半导体激光器（Laser

2、diodes）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2022-3-85 FPDFBRWGBHRWGBHInGaAsP/InPAlGaInAs/InPInGaAsP/InPInGaAsP/InP/AlInAsInGaAsP/InPAlGaInAs/InPAlGaInAs/InPInGaAsP/InP光纤通信用激光器芯光纤通信用激光器芯片结构分类片结构分类LD1310nm155

3、0nm1490nm850nm(VCSEL)2022-3-86P-InGaAs Contact layerP-InP Contact layerEtching Stop layerUpper Confining layerMQW Active regionLower Confining layerN-InPN-InP Buffer Layer Buffer LayerN-InPN-InP Substrate SubstrateFP LD Wafer DFB LD Wafer InGaAsP grating layerUpper Confining layerMQW Active regionLo

4、wer Confining layerN-InPN-InP Buffer Layer Buffer LayerN-InPN-InP Substrate Substrate2022-3-87RWG结构结构 LD效果图效果图2022-3-88两种结构的剖面图两种结构的剖面图RWG B H2022-3-89DFBDFB光栅光栅 2022-3-810典型的典型的RWG-F-P LD制作工艺流程制作工艺流程 RWG-F-P 外延片的 清洗 淀积绝缘 介质膜 剥离及N面减薄 N 面溅射 Ti/Pt/Au p 面溅射 Ti/Pt/Au 蒸镀光学膜 解理为bar 解理为 chip 管芯 封装 老化筛选 合 金

5、 镀膜后的测试 光刻腐蚀 双沟波导 结构 光刻制作 高频电极 光刻及刻蚀接触条 镀膜前的 抽样老化 2022-3-811 DFB 外延片的清洗 制作光栅 淀积绝缘 介质膜 剥离及N面减薄 N 面溅射 Ti/Pt/Au p 面溅射 Ti/Pt/Au 蒸镀光学膜 解理为bar 中 测 解理为 chip 管芯 封装 老化筛选 合 金 镀膜后的抽样测试 BRS 掩埋外延生长 光刻腐蚀 双沟波导 结构 光刻制作 高频电极 光刻刻蚀接触条 镀膜前的 抽样老化 典型的典型的RWG-DFB LD制作工艺流程制作工艺流程2022-3-812典型的典型的BH-DFB LD制作工艺流程图制作工艺流程图 光栅制作光栅

6、制作2MOCVD1光刻光刻3MOCVD1刻蚀刻蚀PECVD2腐蚀腐蚀4MOCVD2光刻光刻3腐蚀腐蚀PECVD3光刻光刻4腐蚀腐蚀4光刻光刻1溅射溅射LIFT/OFF减薄减薄2溅射溅射1检检测测划片划片镀膜镀膜2检测检测划片划片贴片贴片金丝焊金丝焊3检测检测4老化老化封帽封帽5检测检测检测检测1MOCVD2022-3-813光电特性1310nm RWG-FP LD1310nm BH-FP LD2022-3-814远场特性BH-LDBH-LDRWG-LDRWG-LD2022-3-815光谱特性 DFB-LD FP-LD2022-3-816PD芯片工艺及光电特性2022-3-817 I IP PN

7、 N电电子子空空穴穴+ +- -E ER R激激光光信信号号输输出出信信号号P PI IN N光光电电探探测测器器原原理理图图半导体探测器工作原理2022-3-818PDPD芯片的基本类型有四种：芯片的基本类型有四种： P-NP-N结型，结型，PINPIN型型，雪崩型和肖特基型。，雪崩型和肖特基型。 通常通常, P-N, P-N结型光电二极管响应时间慢结型光电二极管响应时间慢, ,一般不采用一般不采用. .PDPD芯片制作结构：芯片制作结构：平面工艺平面工艺，台面工艺，台面工艺 外延片结构外延片结构2022-3-819 外延片清洗PECVDSiO2掩膜层光刻接触环接触环成型RIE(SiO2)加

8、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2022-3-820PD芯片示意图2022-3-821平面工艺PD芯片结构剖面示意图2022-3-822芯片光电特性2022-3-823半导体材料及工艺设备2022-3-824MOCVD 单层或多层半导体材料的生长（金属有机化学气相沉积）2022-3-825外延片外延片：半导体芯片制作的原材料2022-3-826等离子去胶机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芯片制

9、作工艺中常用设备介绍 2022-3-827 匀胶台：匀胶台：在外延片表面形成 厚度均匀的胶膜。2022-3-828光刻机光刻机 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。2022-3-829全息曝光光栅全息曝光光栅制作系统制作系统DFB激光器制作工艺中均匀光栅的制作2022-3-830PECVD（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）（等离子增强化学气相沉积）

10、2022-3-831RIE（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）（反应离子刻蚀）2022-3-832 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）。 椭偏仪椭偏仪2022-3-833溅射机溅射机 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）。 2022-3-834磨片机磨片机在制作N面电极前将外延片减薄要求的厚度。2022-3-835 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。合金炉合金炉2022-3-836制作工艺完成后的外延片（未进行解理前的管芯）形貌制作工艺完成后的外延片（未进行解理前的管芯）形貌LDLD芯片芯片 PDPD芯片芯片2022-3-837划片机：用于解理尺寸规格一致的芯片。2022-3-838管芯解理 LDbarchip作镀膜处理作镀膜处理镀膜后检测合格作封装镀膜后检测合格作封装2022-3-839管芯解