Cl2/H2刻蚀优化及其在1.55μDFB激光器制作中的应用

采用特别设计的InGaAsP/InP多量子阱结构(MQW),研究了Cl2/H2电感耦合等离子体(ICP)刻蚀损伤,优化了低损伤ICP刻蚀的关键工艺参数,得到了一种低损伤、形貌良好的Bragg光栅的制作方法.结合优化的InP材料金属有机物化学气相沉积(MOCVD)外延生长工艺,制作出1.55μm分布反馈(DFB)激光器,端面镀膜前其阈值电流和斜率效率分别为15 mA和0.3 mW/mA,边模抑制比大于45 dB.寿命加速老化实验结果显示,该器件40℃的中值寿命超过2×106 h,表明了本文ICP光栅刻蚀工艺的可靠性.     

Cl_2/H_2 ICP刻蚀优化及其在1.55μm DFB激光器制作中的应用

采用特别设计的InGaAsP/InP多量子阱结构(MQW),研究了Cl2/H2电感耦合等离子体(ICP)刻蚀损伤,优化了低损伤ICP刻蚀的关键工艺参数,得到了一种低损伤、形貌良好的Bragg光栅的制作方法。结合优化的InP材料金属有机物化学气相沉积(MOCVD)外延生长工艺,制作出1.55μm分布反馈(DFB)激光器,端面镀膜前其阈值电流和斜率效率分别为15mA和0.3mW/mA,边模抑制比大于45dB。寿命加速老化实验结果显示,该器件40℃的中值寿命超过2×106h,表明了本文ICP光栅刻蚀工艺的可靠性。     

975nm分布反馈激光器一级光栅的制备

优化设计了975 nm分布反馈激光器的一级布拉格光栅结构.将纳米压印技术与干法刻蚀工艺相结合制备周期为148 nm的光栅结构,通过优化调整刻蚀气体流量比、腔室压强和偏压功率等参数,得到了合适的光栅刻蚀工艺参数.扫描电子显微镜测试显示,光栅周期为148 nm,占空比接近50％,深度合适,表面形貌、连续性和均匀性良好.将所制备光栅应用于975 nm分布反馈激光器中,激光器输出性能良好,波长随温度漂移系数小,光栅对波长的锁定效果良好.     

硅化钨/多晶硅复合栅的反应离子刻蚀工艺研究

本文介绍用SF_6+O_2,SF_6+Cl_2作腐蚀剂,反应离子刻蚀(RIE)的硅化钨/多晶硅复合栅工艺。着重研究了各工艺参数的改变对硅化钨和多晶硅刻蚀结果的影响,和刻蚀复合栅结构的最佳工艺条件。     

MOCVD生长InGaAs/InGaAsP多量子阱光泵微碟激光器

用MOCVD方法生长了InGaAs/InGaAsP多量子阱微碟激光器外延片,用光刻、干法刻蚀和湿法刻蚀等现代化的微加工技术制备出直径9.5μm的InGaAs/InGaAsP微碟激光器,并详细介绍了整个制备工艺过程．在液氮温度下用氩离子激光器泵浦方式实现了低阈值光泵激射,测出单个微碟激光器的阈值光功率为150μW,激射波长约为1.6μm,品质因数Q=800,激射光谱线宽为2nm,同时指出微碟激光器激射线宽比F-P普通激光器宽很多是由于其品质因数很高造成的．     

先进CMOS器件中poly-Si/TaN/HfSiON栅结构的干法刻蚀研究

研究了先进CMOS器件中poly-Si/TaN/HfSiON栅结构的干法刻蚀工艺。对于poly-Si/TaN/HfSiON栅结构的刻蚀,我们采用的策略是对栅叠层中的每一层都进行高选择比地、陡直地刻蚀。首先,对于栅结构中poly-Si的刻蚀,开发了一种三步的等离子体刻蚀工艺,不仅得到了陡直的poly-Si刻蚀剖面而且该刻蚀可以可靠地停止在TaN金属栅上。然后,为了得到陡直的TaN刻蚀剖面,研究了多种BCl3基刻蚀气体对TaN金属栅的刻蚀,发现BCl3/Cl2/O2/Ar等离子体是合适的选择。而且,考虑到Cl2对Si衬底几乎没有选择比,采用优化的BCl3/Cl2/O2/Ar等离子体陡直地刻蚀掉TaN金属栅以后,我们采用BCl3/Ar等离子体刻蚀HfSiON高K介质,改善对Si衬底的选择比。最后,采用这些新的刻蚀工艺,成功地实现了poly-Si/TaN/HfSiON栅结构的刻蚀,该刻蚀不仅得到了陡直的刻蚀剖面且对Si衬底几乎没有损失。     

MOCVD生长InGaAs/InGaAsP多量子阱光泵微碟激光器

用 MOCVD方法生长了 In Ga As/ In Ga As P多量子阱微碟激光器外延片 ,用光刻、干法刻蚀和湿法刻蚀等现代化的微加工技术制备出直径 9.5μm的 In Ga As/ In Ga As P微碟激光器 ,并详细介绍了整个制备工艺过程 .在液氮温度下用氩离子激光器泵浦方式实现了低阈值光泵激射 ,测出单个微碟激光器的阈值光功率为 15 0μW,激射波长约为 1.6μm,品质因数 Q=80 0 ,激射光谱线宽为 2 nm,同时指出微碟激光器激射线宽比 F- P普通激光器宽很多是由于其品质因数很高造成的     

基于金刚石钝化散热的栅区微纳尺度刻蚀研究

片内热积累效应严重制约GaN器件向高功率密度应用发展,金刚石钝化散热结构的GaN器件热管控技术已成为目前研究重点,而金刚石栅区高精度刻蚀和控制是实现该热管理技术应用的关键工艺难点。因此,本文采用电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术,以氮化硅作为刻蚀掩膜,对纳米金刚石薄膜进行栅区微纳尺度刻蚀工艺研究,系统分析了刻蚀气体、组分占比、射频功率等工艺参数对刻蚀速率的影响。结果表明,ICP源功率与氧气流量对刻蚀速率有增强作用,Ar与CF₄的加入对刻蚀过程具有调控作用。最终提出了基于等离子体刻蚀技术的高精度微纳尺度金刚石钝化薄膜刻蚀方法,对金刚石集成GaN器件热管理和金刚石高精度刻蚀技术具有重要的指导意义。     

面发射半导体激光器的研制进展

随着高速大容量光信息处理技术发展需求的增长,二维(2D)阵列型光发射器件变得日益迫切。为了实现2D阵列激光器,发射光垂直于衬底的表面发射激光器(SEL)成为关键器件。本文综述了某些重要的面发射激光器及其阵列的结构和激射特性。三种基本结构——光栅耦合型、45°偏转镜面型和垂直腔型SEL竞相成为最佳的器件结构。文中还讨论了2D阵列激光器的应用前景。     

SiC材料的ICP-RIE浅槽刻蚀工艺

介绍了用于SiC器件浅槽制作的ICP-RIE刻蚀原理,选用Cl2/Ar混合气体对SiC材料进行浅槽刻蚀,研究了ICP功率和RIE功率对刻蚀速率、刻蚀后表面粗糙度及刻蚀倾角的影响,得到了刻蚀速率、刻蚀后表面粗糙度及刻蚀倾角随刻蚀功率的变化规律。最终得到了用于SiC器件浅槽刻蚀的最优刻蚀条件。实验结果表明,RIE功率和ICP最优功率配比分别为12和500 W。该刻蚀条件应用于SiC MESFET制备中,进行了多凹槽栅结构的浅槽刻蚀,实现了多凹槽栅结构。不同深度栅凹槽的片内均匀性均达到了4%以内,片间均匀性也达到了5%,工艺稳定性及均匀性均达到了批量生产要求。     

RIE工艺参数对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响

基于4H-SiC材料的微机电系统(MEMS)器件(如压力传感器、微波功率半导体器件等)在制造过程中,需要利用干法刻蚀技术对4H-SiC材料进行微加工.增加刻蚀速率可以提高加工效率,但是调节刻蚀工艺参数在改变4H-SiC材料刻蚀速率的同时,也会对刻蚀表面粗糙度产生影响,进而影响器件的性能.为了提高SiC材料的刻蚀速率并降低刻蚀表面粗糙度,满足4H-SiC MEMS器件研制的需求,本文通过优化光刻工艺参数(曝光模式、曝光时间、显影时间)获得了良好的光刻图形形貌,改善了刻蚀掩模的剥离效果.实验中采用SF6和O2作为刻蚀气体,镍作为刻蚀掩模,分析了4H-SiC反应离子刻蚀工艺参数(刻蚀气体含量、腔体压强、射频功率)对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响.实验结果表明,通过优化干法刻蚀工艺参数可以获得原子级平整的刻蚀表面.当SF6的流量为330 mL/min,O2流量为30 mL/min,腔体压强为4 Pa,射频功率为300 W时,4H-SiC材料的刻蚀速率可达到292.3 nm/min,表面均方根粗糙度为0.56 nm.采用优化的刻蚀工艺参数可以实现4H-SiC材料的高速率、高表面质量加工.     

基于梳齿式电容加速度计的深硅刻蚀北大核心

梳齿式电容加速度计对梳齿的形貌有很高的要求,如需要梳齿侧壁具有良好的垂直度和粗糙度等。利用深硅刻蚀机对梳齿结构进行加工需要对刻蚀参数进行分析和调整。以SF_6和C_4F_8为刻蚀气体,设定深硅刻蚀中极板功率、腔室压力、刻蚀/钝化周期、气体流量等工艺参数,着重研究了刻蚀速率、垂直度、粗糙度、光刻胶选择比、均匀性等直接影响刻蚀形貌的几项因素,得到了宽5.3μm、深50μm的沟槽结构,且垂直度为89.5°,侧壁凸起高度为83.69 nm,而预期目标为垂直度90°±2°,侧壁凸起高度小于120 nm,故结果符合要求。最终将调整好的工艺用于刻蚀SOI片上的梳齿结构,得到了良好的形貌。     

90 nm技术节点硅栅的干法刻蚀工艺研究

进入90 nm工艺节点以后,在等离子体干法刻蚀工艺中出现了越来越多需要解决的技术性问题,带有图形的晶片(相对于白片而言)上的膜层结构设计和刻蚀工艺参数的优化技术变得越来越重要.重点以具有栅氧化层、多晶硅层、二氧化硅和氮氧化硅复合硬掩膜层的典型结构图形晶片为基础,开展应用于90 nm技术节点的多晶硅栅的刻蚀工艺的研发,深入分析了氯气、溴化氢和氧气等反应气体在工艺中的作用,优化了工艺参数,得到了满足90 nm技术节点工艺要求的刻蚀结果.     

高纵横选择比低损伤多晶硅栅的工艺实现

分析了采用微波高密度等离子体刻蚀(HDP)系统刻蚀实现高纵横向刻蚀选择比、低等离子体损伤、精细线条尺寸的MOSFET多晶硅栅的可行性。研究了刻蚀用气体中CH4和SF6等离子体分别在多晶硅栅刻蚀当中的作用及其分别对刻蚀速率、多晶硅栅侧壁形貌的影响原理。提出了实现MOSFET多晶硅栅高速低损伤刻蚀及聚合物清洗相结合的两步刻蚀工艺技术。借助终点检测技术(EPD),通过优化各气体体积流量及合理选择两步刻蚀时间较好实现了较高的纵横向选择比、低刻蚀损伤及精细线条的MOSFET多晶硅栅刻蚀。     

2~4 μm中红外锑化物半导体激光器研究进展（特邀）

2~4 μm波段是非常重要的红外大气窗口,工作在这个波段的激光器在气体检测,医疗美容和工业加工领域具有十分巨大的应用价值。锑化物半导体材料低维结构具有窄禁带直接跃迁发光的独特优势,是实现中红外波段半导体激光器的理想材料体系。近年来,国内外锑化物半导体激光器研究不断取得重要进展,先后实现了量子阱发光的波长拓展、大功率单管和阵列激光器的室温连续激射,也实现了多波段的单模激光器的室温连续工作。锑化物半导体低维材料组分复杂、界面钝化性质特殊,材料外延和工艺制备技术难度较大。文中从锑化物半导体激光器的基本原理出发,综述了国内外研究现状,介绍了锑化物材料低维结构激光器的设计方案、关键制备技术的主要进展,分析了今后该类激光器性能优化的重点研发方向等。     

1.3 μm和1.55 μm GaInAsP/InP阵列激光器

GaInAsP/InP系列激光器由于其T0 小 ,且受环境温度影响大 ,所以用一般结构制作阵列器件是很困难的。而采用大光腔 (LOC)结构的激光器 ,其T0 值可达 10 0～ 140K ,单个 1.3μm激光器 ,脉冲峰值功率超过 3W ,单个 1.55μm激光器 ,脉冲峰值功率超过 2W。用它们的芯片研制了堆积阵列激光器。在研制中发现 ,阵列的输出功率小于各单元器件输出功率之和 ;而减小的比率随着单元数目增加而增加。所制成的 3× 4单元的 1.3μm阵列激光器 ,其脉冲峰值功率大于 2 4W ;4× 4单元的 1.55μm阵列激光器的脉冲峰值功率大于 2 0W。     

基质刻蚀的高功率外腔面发射激光器

为了降低光抽运外腔面发射激光器的热效应,提高激光器的输出功率,采用液体毛细键合方法将逆序生长的半导体外延片与高热导率的碳化硅散热窗口键合,并用化学刻蚀方法去除外延片的基质。实验研究了用基质刻蚀的外延片搭建的外腔面发射激光器的性能。当增益介质的有源区为InGaAs/AlGaAs多量子阱、抽运源为808nm的光纤耦合输出半导体激光器,输出镜对激光波长透过率为3%时,在室温下获得TEM00模的最大输出功率0.52W,激光波长1018nm,光谱线宽2nm(半峰全宽),激光器的光光转换效率约为20%。测得x方向与y方向的M2因子分别为1.01和1.00,说明输出光束为质量优良的近衍射极限高斯光束。结果表明,基质刻蚀技术可明显改善外腔面发射激光器的热性能,获得高功率、高光束质量的激光输出。     

1064nm DBR半导体激光器结构的研究

本论文主要在DBR光栅结构的设计和制备工艺方面开展了系统地研究工作,采用MOCVD系统对1064nm半导体激光器外延结构进行生长,通过湿法腐蚀工艺制备出了3.5μm宽的脊形波导.在DBR光栅制备过程中,采用325nm全息曝光系统对脊形波导进行全息光刻,并利用ICP干法刻蚀,制备出光栅的周期结构.     

纳米压印制作半导体激光器的分布反馈光栅

分布反馈(DFB)光栅的制作是半导体激光器芯片的关键工艺,通过纳米压印技术在InP基片表面涂覆的光刻胶上压印出DFB光栅图形,并分别通过湿法腐蚀和干法刻蚀技术将光栅图形转移到InP基片上。所制作的DFB光栅周期为240nm(对应于1 550nm波长的DFB激光器),光栅中间具有λ/4相移结构。采用纳米压印技术制作的DFB光栅相对于通常双光束干涉法制作的光栅具有更好的均匀性以及更低的线条粗糙度,而且解决了双光束干涉法无法制作非均匀光栅的技术难题。相对于电子束直写光刻法,采用纳米压印技术制作DFB光栅具有快速与低成本的优势。采用纳米压印技术在InP基片上成功制作具有相移结构的DFB光栅,为进一步进行低成本高性能的半导体激光器芯片的制作奠定了良好基础。     

光子晶体光纤光栅及其在激光器中的应用

对近年来国内外光子晶体光纤(PCF)光栅和PCF光栅激光器的研究现状按发展进程进行综述。概要叙述PCF光栅成栅理论与工艺的研究进展;重点阐述窄线宽单频光纤光栅激光器的研究现状,特别介绍近年来PCF光栅激光器的研究成果。