半導體雷射技術.ppt

半導體雷射技術1960年代，液相磊晶(liquidphaseepitaxy,LPE)
氣相磊晶(vaporphaseepitaxy,VPE)亦開始發展
在1970到1980年代發展出分子束磊晶(molecularbeamepitaxy,MBE)
另外一種磊晶技術稱為金屬有機化學氣相沉積(metal-organicchemicalvapordeposition,MOCVD)。

一般而言MOCVD系統主要由四個部分所組成，如圖7-3所示包括了氣體傳輸(gasblending)系統、反應爐系統、真空(vacuum)系統與洗滌(scrubber)系統，這四個部分皆由可程式邏輯系統所控制。針對這些製作流程簡述如下：

(1)基板準備
基板大多通常直接向供應販賣商購買，而其標準規格通常包含以下幾項：
(i)傳導種類（conductiontype)
(ii)載子濃度
(iii)錯位（缺陷）密度（或etch-pitdensity,EPD)(2)元件磊晶製作
對於完成的磊晶樣品的材料品質可由以下的量測方法評估：
利用掃描式電子顯微鏡(scanningelectronmicroscopy,SEM)量測每一磊晶層的厚度、觀察晶圓表面的平整度以及主動層的剖面情況。
藉由光致發光(photoluminescence,PL)頻譜量測，來鑑定主動層材料含量。
量測C-V曲線藉以判斷每一層材料的載子濃度。
光學顯微鏡量測表面缺陷密度。(3)條狀(stripe)區域製作
製作半導體邊射型雷射，必須要製作出成條狀的共振腔，製作流程依不同的雷射種類有以下幾種方式：
平面條狀雷射
氧化條狀雷射
離子佈植條狀雷射
脊狀波導雷射
埋藏式異質結構雷射(4)金屬化
電極金屬的種類很多，在選擇上必須考慮到與半導體接面的功函數，因此p型與n型半導體所使用的金屬種類各不相同。
p型電極：通常p型電極會使用Au-Zn/Au或者Ti/Pt/Au的金屬合金。Au-Zn/Au是一種合金歐姆接觸(ohmiccontact)並且每一層藉由蒸鍍方式沉積於披覆層或是金屬接觸層(metalcontactlayer)上面，合金需要加熱到350-400℃的溫度下維持30分鐘以形成良好的歐姆接觸。
n型電極：通常n型電極會使用Au/Sn或者Au/Ge/Ni。(5)晶粒陣列製作
在晶圓表面形成溝槽以區隔開晶粒陣列，而這些溝槽製作方式是在表面沉積一層SiO2的絕緣薄膜，接著利用黃光微影在表面完成圖案化製作，產生出溝槽區域的形狀，接著利用離子蝕刻或者化學蝕刻方式產生溝槽區域。

接著將晶圓背面拋光至總厚度至100μm左右以方便劈裂(cleave)，接著利用黃光微影與金屬沉積製作背電極，再將光阻去除，即形成晶粒陣列結構如圖7-19所示。(6)鏡面保護
劈裂成一維的雷射晶粒陣列之後，雷射共振腔結構當中的前後反射面鏡需要利用介電質材料（如SiO2、Al2O3或Si3N4）鍍膜(coating)來做保護或形成高反射鏡，這可以抑制劈裂鏡面(cleavedfacet)的氧化，以增加雷射的輸出功率與操作壽命，同時可以減少表面復合速度，以及可以降低雷射的閾值電流。(7)晶粒切割分離
鍍膜過的一維雷射晶粒陣列接著要沿著溝槽方向搭配應力切割出一顆一顆的雷射晶粒，此步驟需要特別注意切割所產生的表面損壞，並且進行篩選，挑出不良品。(8)接合（黏合）
先將Sn或In焊料固定在一個散熱基座（通常是使用Cu或AlN）並且加熱至融化，然後將切割好的雷射晶粒置放於融化的焊料上與散熱基座接合(bonding)，接著再將散熱基座黏合至雷射模組上。
通常使用In焊料屬於低溫且低成本的黏著封裝方式，若是要應用到高功率半導體雷射，通常會使用AuSn以合金的方式封裝，此外，為達到良好的散熱，將有主動層的一面貼近散熱基座封裝，可以有效導引熱源，此種p-sidedown的封裝方式，幾乎為大部分的半導體雷射所採用。(9)封裝
這是雷射二極體的最後一項製程，將遮蓋(cap)固定於接合好的模組上，此遮蓋上方有保護鏡可以讓雷射光透射出來，或者是準直鏡可以幫助雷射光聚焦。接著通入氮氣於遮蓋內部，如此一來可以防止雷射晶粒受到濕氣的影響，最後再將遮蓋封合，圖7-21(a)為TO-can封裝型式的示意圖，而圖7-21(b)為最簡單的TO-can封裝雷射二極體，外殼為導電的金屬，通常背後有三隻接腳，上蓋有一透明的玻璃或準直鏡供雷射光輸出。圖7-21(a)雷射二極體封裝示意圖。圖7-21(b)雷射二極體TO-can封裝型式蝕刻（etching）是在半導體中常見的製程方法，其方式是利用物理或者化學的方法將半導體表面不需要的地方移除。

在蝕刻之前，就必須先利用微影（lithography）技術在半導體表面定義出蝕刻圖案，因此蝕刻製程常常伴隨著微影製程。蝕刻製程在半導體中可主要分