芯片工藝及光電特性介紹

方忠慧芯片工藝及光電特性介紹2/1/20231LD芯片工藝及光電特性2/1/20232半導(dǎo)體激光器具體設(shè)計(jì)：

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(jì)：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(zhǎng)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(jì)，如果要求較大溫度范圍內(nèi)工作的無(wú)制冷激光器可以采用AlGaInAs/InP材料系MQW有源層設(shè)計(jì)；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

。2/1/20233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(guò)相干光子的諧振放大實(shí)現(xiàn)激光的輸出，在調(diào)制電信號(hào)輸入后完成光信號(hào)的輸出。其激射工作需要滿足3個(gè)基本條件：要有能實(shí)現(xiàn)電子和光場(chǎng)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(gè)諧振腔并滿足振蕩條件。半導(dǎo)體激光器工作原理2/1/20234

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(lèi)LD1310nm1550nm1490nm850nm(VCSEL)2/1/20235P-InGaAsContactlayerP-InPContactlayerEtchingStoplayerUpperConfininglayerMQWActiveregionLowerConfininglayerN-InPBufferLayerN-InPSubstrateFPLDWaferDFBLDWaferInGaAsPgratinglayerUpperConfininglayerMQWActiveregionLowerConfininglayerN-InPBufferLayerN-InPSubstrate2/1/20236RWG結(jié)構(gòu)LD效果圖2/1/20237兩種結(jié)構(gòu)的剖面圖RWGBH2/1/20238DFB光柵2/1/20239典型的RWG--F-PLD制作工藝流程2/1/202310典型的RWG--DFBLD制作工藝流程2/1/202311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(cè)劃片鍍膜2檢測(cè)劃片貼片金絲焊3檢測(cè)4老化封帽5檢測(cè)檢測(cè)1MOCVD2/1/202312光電特性1310nmRWG-FPLD1310nmBH-FPLD2/1/202313遠(yuǎn)場(chǎng)特性BH-LDRWG-LD2/1/202314光譜特性DFB-LDFP-LD2/1/202315PD芯片工藝及光電特性2/1/202316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(shí)，被吸收的光能轉(zhuǎn)變成電能。這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程是一個(gè)吸收過(guò)程，與發(fā)光二極管的自發(fā)輻射過(guò)程和激光二極管的受激發(fā)射過(guò)程相逆。在光的作用下，半導(dǎo)體材料中低能級(jí)上的粒子可以吸收光能而躍遷到高能級(jí)；處于高能級(jí)上的粒子，也可能的在一定的條件下通過(guò)自發(fā)或受激發(fā)射放光而躍遷到低能級(jí)。通常，吸收過(guò)程和受激輻射過(guò)程是同時(shí)存在并互相竟?fàn)?。在光電二極管中，吸收過(guò)程占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而在發(fā)光器件中，則輻射過(guò)程占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

半導(dǎo)體探測(cè)器工作原理2/1/202317PD芯片的基本類(lèi)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(shí)間慢,一般不采用.PD芯片制作結(jié)構(gòu)：平面工藝，臺(tái)面工藝

外延片結(jié)構(gòu)2/1/202318

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(kuò)散孔R(shí)IE(SiO2)刻蝕擴(kuò)散孔MOCVD擴(kuò)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(cè)試解理工藝流程圖2/1/202319PD芯片示意圖2/1/202320平面工藝PD芯片結(jié)構(gòu)剖面示意圖2/1/202321芯片光電特性2/1/202322半導(dǎo)體材料及工藝設(shè)備2/1/202323MOCVD單層或多層半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)（金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積）2/1/202324外延片：半導(dǎo)體芯片制作的原材料2/1/202325等離子去膠機(jī)用于外延片表面的清洗芯片制作工藝中常用設(shè)備介紹2/1/202326勻膠臺(tái)：在外延片表面形成厚度均勻的膠膜。2/1/202327光刻機(jī)

將勻膠后的外延片放入光刻機(jī)內(nèi)，以設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)為模版經(jīng)過(guò)對(duì)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(guò)刻蝕、濺射等工藝來(lái)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。2/1/202328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2/1/202329PECVD（等離子增強(qiáng)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積）2/1/202330RIE（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(guò)刻蝕的方法轉(zhuǎn)移到外延片上。

RIE（反應(yīng)離子刻蝕）2/1/202331

橢偏儀的主要作用是測(cè)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2/1/202332濺射機(jī)

濺射機(jī)的主要作用是在外延片的上下兩個(gè)表面（p/n)沉積金屬接觸層（電極）。

2/1/202333磨片機(jī)在制作N面電極前將外延片減薄要求的厚度。2/1/202334

制作完P(guān)/N兩面金屬電極后，對(duì)芯片進(jìn)行快速熱處理的方式稱(chēng)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2/1/202335制作工藝完成后的外延片（未進(jìn)行解理前的管芯）形貌LD芯片PD芯片2/1/202336劃片機(jī)：用于解理尺寸規(guī)格一致的芯片。2/1/202337管芯解理LDbarchip作鍍膜處理鍍膜后檢測(cè)合格作封裝2/1/202338管芯解理PD2/1/202339P-I-V測(cè)試儀：主要用于L