16 October 2019  |  Dr Mark Dineen

牛津仪器助力垂直腔面发射激光器批量生产

几年前人们还认为垂直腔面发射激光器(下文简称为VCSELs)行业不管如何发展，都只会停留在“家庭手工业”阶段 — 只能按照规格制作少量零散的产品。随着2017年苹果公司在iPhone X上引入了人脸识别技术，这一情况发生了改变，iPhone巨大的市场份额意味着需要以合理成本批量生产同等产量的VCSELs，“家庭手工业”也因此升级为“大规模制造业”，这对于VCSELs制造有什么影响？随着激光雷达等新的应用开始发挥作用，又会带来什么影响？

晶圆尺寸

半导体行业有一条准则：晶圆尺寸越大越好，VCSELs晶圆也不例外。最近已成功将晶圆尺寸从100毫米扩大到150毫米，单位面积上可产出更多的芯片，成本也相应降低了。不过，晶圆面积扩大可能会对产量造成负面影响，这是我们下面要讨论的问题。

良率

VCSELs制造工艺长期受制于低良率问题。以氧化孔径为例，氧化速率会随铝含量呈指数式变化，因此即使晶圆的铝含量发生轻微变化，孔径尺寸也会大幅波动，导致晶圆性能和良率不佳。外延层和氧化率的有效控制改善了这些问题，这已经在150毫米晶圆上得到了验证。

牛津仪器等离子技术部提供等离子加工的开发解决方案。在晶圆上稳定均匀地刻蚀复杂的多层不同材料并非易事。我们为此已经开发了专门的工艺和硬件解决方案，同时，我们非常高兴看到量产客户采用这些方案取得了显著成效。

良率关系到经营成本，进而又影响到企业的盈利，所以我们在不断探索下一步怎么做？

下一步

我们需要提升功率从而使发射更多的光到指定的物体表面。要实现这一点意味着VCSELs需要更加紧密地聚集在一起，这会对等离子加工有什么影响？简单地说，我们当然不希望两个器件重叠在一起。器件重叠会导致干扰并且降低器件运行效率。理论上来说更极限的形貌是指底部没有footing, 然后更好的和下一步工艺做好衔接。为此我们已经开发了一种优异的低“footing”刻蚀工艺，使得VCSELs的密集度达到新高度。

我们还需要表面钝化。随着VCSELs密集度提高，两个器件之间的间隙相对轮廓高度变小，由此引起的深宽比相关效应，使等离子工艺受到物质输运的限制。采用原子层沉积等精密技术可以在这些层面消除深宽比效应，确保整个表面的材料涂层均匀。

VCSELs带来了全新的用户体验，并已应用于主流消费性器件，未来它的应用将越来越广泛。牛津仪器等离子技术部可有效降低企业购置成本，是化合物半导体量产的理想选择！