芯片工藝及光電特性介紹概要課件

1、 方忠慧芯片工藝及光電特性介紹7/29/20221LD芯片工藝及光電特性7/29/20222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 。7/29/20223 半導(dǎo)體激光器（Laserdiodes）利用電子注入后半導(dǎo)體

2、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7/29/20224 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)7/29/2022

3、5P-InGaAs Contact layerP-InP Contact layerEtching Stop layerUpper Confining layerMQW Active regionLower Confining layerN-InP Buffer LayerN-InP SubstrateFP LD Wafer DFB LD Wafer InGaAsP grating layerUpper Confining layerMQW Active regionLower Confining layerN-InP Buffer LayerN-InP Substrate7/29/20226

4、RWG結(jié)構(gòu) LD效果圖7/29/20227兩種結(jié)構(gòu)的剖面圖RWG B H7/29/20228DFB光柵 7/29/20229典型的RWG-F-P LD制作工藝流程7/29/202210典型的RWG-DFB LD制作工藝流程7/29/202211典型的BH-DFB LD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1MOCVD7/29/202212光電特性1310nm RWG-FP LD1310nm BH-FP LD7/29

5、/202213遠(yuǎn)場特性BH-LDRWG-LD7/29/202214光譜特性 DFB-LD FP-LD7/29/202215PD芯片工藝及光電特性7/29/202216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

6、輻射過程占絕對優(yōu)勢。半導(dǎo)體探測器工作原理7/29/202217PD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)7/29/202218 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RIE(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面濺射合金測試 解理 工藝流程圖7/29/202219PD芯片示意圖7/29/202220平

7、面工藝PD芯片結(jié)構(gòu)剖面示意圖7/29/202221芯片光電特性7/29/202222半導(dǎo)體材料及工藝設(shè)備7/29/202223MOCVD 單層或多層半導(dǎo)體材料的生長（金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積）7/29/202224外延片：半導(dǎo)體芯片制作的原材料7/29/202225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 7/29/202226 勻膠臺：在外延片表面形成 厚度均勻的膠膜。7/29/202227光刻機(jī) 將勻膠后的外延片放入光刻機(jī)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

8、制作中使用最多的工藝。7/29/202228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7/29/202229PECVD（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）7/29/202230RIE（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）7/29/202231 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7/29/202232濺射機(jī) 濺射機(jī)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）。 7/29/202233磨片機(jī)在制作N面電極前將外延片減薄要求的厚度。7/29/202234 制作完P(guān)/N兩面金屬電極后，對芯片進(jìn)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7/29/202235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7/29/202236劃片機(jī)：用于解理尺寸規(guī)格一致的芯片。7/29/202237管芯解理 LDbarchip作鍍膜處理鍍膜后檢測合格作封裝7/29/202238管芯解理 PD7/29/202239P-I-V測試儀：主