[发明专利]形成金属电接触体、制造垂直腔面发射激光器的方法

说明书

一种在垂直腔面发射激光器的半导体层堆叠(10)内形成金属电接触体(40)的方法，所述方法包括：在半导体层堆叠(10)中形成接触体孔(24)，接触体孔具有底部(26)和从底部(26)延伸的侧壁(28)；在接触体孔内设置光致抗蚀剂掩模(30)，光致抗蚀剂掩模覆盖接触体孔(24)的侧壁(28)，光致抗蚀剂掩模具有开口(32)，开口延伸至接触体孔(24)的底部(26)；对接触体孔的底部(26)进行各向同性湿法化学蚀刻；在接触体孔的底部(26)上沉积金属(38)；剥离光致抗蚀剂掩模(30)，以使接触体孔(24)的底部(26)上的金属(38)保留为金属电接触体(40)。所述方法可用于VCSEL的制造。

技术领域

本发明涉及一种在垂直腔面发射激光器的半导体层堆叠内形成金属电接触体的方法。本发明还涉及一种制造垂直腔面发射激光器的方法，在所述方法中，使用形成上述类型的金属电接触体的方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(VCSEL：vertical cavity surface emitting laser)是一种具有与顶表面或底表面垂直的激光束发射的半导体激光二极管。通常，VCSEL包括可以包括一种或两种以上半导体材料的半导体层的层堆叠。层堆叠通常包括平行于晶圆表面的两个分布式布拉格反射器(DBR：distributed Bragg reflector)反射镜以及有源区域，所述有源区域包括布置在两个DBR反射镜之间的用于产生激光的一个或两个以上量子阱。DBR反射镜通常包括具有交替的高折射率和低折射率的层。上部DBR反射镜和下部DBR反射镜可以由p型掺杂材料和n型掺杂材料制成，以形成p-n二极管结。在其他构造中，p型区域和n型区域可以嵌入在DBR之间。

在VCSEL或VCSEL阵列的制造中，VCSEL层堆叠在晶圆上外延生长。VCSEL制造过程的另一部分是一个或两个以上的单个VCSEL在晶圆上的电隔离。这通常通过蚀刻VCSEL外延层堆叠、分离p-n结并因此在晶圆上产生一定的拓扑结构来完成。根据VCSEL装置的类型，可以在工艺顺序的不同点处进行多次半导体蚀刻，从而形成晶圆的包括VCSEL层结构的顶表面的拓扑结构，并且VCSEL层结构的高度达到15μm。为了将载流子注入到VCSEL中，不得不将金属电接触体施加到p-n结的n型掺杂侧和p型掺杂侧。

在简单的VCSEL设计中，第一金属接触体、例如在p侧上的金属接触体可以形成在VCSEL的台面的顶部上，第二金属接触体、例如在n侧上的金属接触体可以形成在基体的下侧上。通常有利的是，在基体的外延侧上也形成n接触体，以保持基体的下侧允许进行进一步处理，特别是在VCSEL是底部发射器的情况下。为此，一个或两个以上接触体孔形成到半导体层堆叠的较深处，以用于在将要形成金属接触体的接触体孔的底部提供一个或两个以上接触体区域。层堆叠的外延侧上的深度大于10μm的接触体孔会导致非常高的表面拓扑结构，其中，在接触体孔内部、特别是在接触体孔的半导体层通过蚀刻工艺而被暴露的侧壁处，具有机械不稳定且光敏的表面。

如上所述，为了连接p-n结，需要在p-n结的p型掺杂部分和p-n结的n型掺杂部分中形成金属接触体。在常规方法中，这可以通过在整个VCSEL层结构上沉积金属来完成。然后，通过光致抗蚀剂和等离子体蚀刻对金属进行图案化。然而，通过蚀刻使金属结构化在拓扑高结构的均匀性和在光敏表面上停止蚀刻方面非常关键。

另一常规方法是剥离工艺顺序，以在接触体孔的底部处形成金属接触体。然而，剥离需要在接触体孔的底部上的大量自由空间，首先是为了提供光致抗蚀剂的大的底切，其次是由于在非共形蒸发/溅射金属剥离工艺中的金属尾料。在接触体孔的每侧上，额外的空间可能达到15μm，在设计侧可能扩展到整个芯片的布局，尤其是对于需要多个接触体孔的VCSEL阵列而言。