制作金屬電極的過(guò)程

在完成選擇性氧化制程后，通常會(huì)將蝕刻后殘留在磊晶片表面繼續(xù)作為氧化制程保護(hù)層的SiO2或SiNx以RIE蝕刻去除，然后再將樣品放入PECVD重新成長(zhǎng)SiO2或SiNx表面披覆層（surface passivation）以保護(hù)元件不受外界環(huán)境水氧侵襲同時(shí)提供電性絕緣，典型的制程參數(shù)為反應(yīng)腔體中通入氮?dú)庀♂屩?%矽烷（SiH4），流量160 sccm，笑氣（N2O）流量710 sccm，RF功率20W，壓力500mTorr，制程溫度300°C，成長(zhǎng)時(shí)間5分鐘，總厚度為200nm。

接下來(lái)就可以經(jīng)由黃光微影制程定義出欲鍍上金屬電極的圖案后，將樣品進(jìn)行RIE觸刻以去除不必要的SiO2或SiNx絕緣層暴露出下方面射型雷射磊晶片最表面重?fù)诫s的歐姆接觸層（ohmic contact layer），以便進(jìn)行p-型導(dǎo)電電極之制作。完成絕緣層蝕刻后，將樣品以鹽酸或氨水的稀釋液浸泡以去除表面自氧化層，再放入熱蒸著機(jī)（thermal evaporator）或?yàn)R鍍機(jī)（sputter）、電子束蒸鍍機(jī)（electron beam evaporator）以蒸鍍金屬電極，一般常用于與p型砷化鎵材料形成歐姆接觸的金屬有金鋅（AuZn）合金，或者分層鍍上Ti/Pt/Au亦可作為p-型導(dǎo)電電極。蒸鍍金屬完成后將樣品放入丙酮中以超音波震蕩去除光阻及其上方不必要的金屬（metal lift-off），然后再置入爐管以溫度420°C通氮?dú)膺M(jìn)行退火五分鐘以形成導(dǎo)電特性良好的歐姆接觸。

通常p型金屬電極尺寸并不足以供后續(xù)元件封裝打線（wire bonding）用途，因此需要另外再進(jìn)行打線電極（bonding pad）的制作，方法大致上與p-型電極的制作一樣，同樣以黃光微影制程定義出打線電極圖案，然后再分層蒸鍍金屬Ti/Au作為打線電極，蒸鍍完畢后取出樣品放入丙酮中以超音波震蕩去除不必要的金屬，即可完成打線電極。

為了降低元件的串聯(lián)電阻，一般在進(jìn)行n-型電極制作之前會(huì)先將基板背面利用化學(xué)機(jī)械研磨拋光（chemical mechanical polishing, CMP）方式磨薄，基板磨薄除了可以減少串聯(lián)電阻外，也利于后續(xù)元件切割封裝。磨薄并去除表面氧化層后，同樣利用金屬蒸鍍機(jī)臺(tái)分層鍍上AuGe/Ni/Au作為n-型導(dǎo)電電極，蒸鍍完畢后同樣進(jìn)行退火五分鐘，即可形成良好的歐姆接觸電極。上述金屬電極制作方法適用于高摻雜的導(dǎo)電DBR與導(dǎo)電基板，可以形成垂直式結(jié)構(gòu)借由磊晶層最表面的金屬電極注入電流一路向下傳遞到基板背面的金屬電極。基本上到p型及n型電極完成時(shí)，面射型雷射就可以進(jìn)行探針點(diǎn)測(cè)確認(rèn)操作特性或進(jìn)行元件篩檢，下圖5-29即為完成制程的氧化局限面射型雷射顯微影像。

通常面射型雷射最重要的操作特性就是輸出功率對(duì)電流及電壓關(guān)系(light outputpower-current-voltage, LIV curve），下圖5-30即為同一批制程所制作的850nm氧化局限面射型雷射LIV特性曲線，從圖中可以觀察到輸出功率在操作電流約1.3mA時(shí)光輸出功率開(kāi)始急遽上升，顯示元件已經(jīng)達(dá)到雷射操作閾值增盆，因此其閾值電流即為1.3mA，同時(shí)在操作電流15mA時(shí)雷射輸出功率達(dá)到最大值約6mW，透過(guò)IV特性曲線也可以計(jì)算出元件串聯(lián)電阻，其他面射型雷射操作特性重要參數(shù)如表5-2所列。

主要量測(cè)的特性除了上述的閾電流Ith和最大輸出功率以外，通常還包括半高寬（full width at half maximum, FWHM）發(fā)散角、順向電壓值Vf、串聯(lián)電阻Rs、斜率效率（slope efficiency, S.E.）、上升時(shí)間和下降時(shí)間 （rise time/ fall time, Tr/Tf）分別為雷射在被脈波激發(fā)時(shí)從最大峰值功率的10%上升到90%以及從90%下降回10%所需的時(shí)間，另外雷射發(fā)光頻譜半高寬（spectral width）、高頻操作截止頻率（cutoff feguency，f3dB）、抖動(dòng)（jitter）以及電容值都是影響面射型雷射高頻操作特性的關(guān)鍵參數(shù)，其他操作特性參數(shù)還包括變溫量測(cè)的特性溫度以及單模面射型雷射的旁模抑制比等，將在下面章節(jié)面射型雷射應(yīng)用部分進(jìn)行介紹。圖5-31將氧化局限面射型雷射制程步驟圖像化呈現(xiàn)，以利讀者能更清楚理解各項(xiàng)制程的目的。