制作氧化局限面射型雷射与蚀刻空气柱状结构一样都需要先将磊晶片进行蚀刻,以便暴露出侧向蚀刻表面(etched sidewall)提供增益波导或折射率波导效果,同时靠近活性层的高铝含量砷化铝镓层也才能与高温水蒸气进行氧化反应。制作砷化镓以及其他材料光电元件时定义元件形貌或个别元件之间的电性隔绝的蚀刻制程称为 mesa etching’mesa 在西班牙语中指桌子,或者像桌子一样的平顶高原,四周有河水侵蚀或因地质活动陷落造成的陡峭悬崖,通常出现在早期移民以西班牙裔为主的美国西南地区例如大峡谷等知名景点,下图5-10即为美国犹他州峡谷地国家公园的 mesa 景观。
进行 mesa etching 通常有两种选择,早期选用酸性溶液进行化学湿式蚀刻(chemicalwet etching),通常用来蚀刻砷化镓相关材料的蚀刻液为硫酸或磷酸混合双氧水及水稀释后的溶液,磊晶层表面会有光阻定义不易被酸性溶液侵蚀的SiO2作为蚀刻保护层,在浸泡蚀刻溶液特定时间后,未受保护的区域就会被溶液蚀刻掉,留下未受蚀刻的区域供后续制作元件所需。采用化学湿式蚀刻通常会遭遇到一个严重的问题,由于化学反应速率与构成磊晶层的材料在不同晶格方向有显著差异,因此经常在与磊晶面平行方向造成非等向性蚀刻(anisotropic etching),让原本设计为圆形或者方形的图案在蚀刻后变成接近圆角方形。同时在垂直磊晶面方向因为等向性蚀刻而造成底切(undercut) 现象,让蚀刻侧壁呈现大幅度的倾斜,且剩余未被蚀刻的尺寸小于原先设计,这两个现象都会造成蚀刻结果与光罩设计的元件图案不一致的结果,造成后续制程例如金属化对准的问题。
由于湿式蚀刻之蚀刻选择比与垂直方向非等向性较差,因此通常无法达到蚀刻侧壁垂直的制程需求,如图5-13所示,从蚀刻后所拍摄的扫瞄式电子显微镜(SEM)照片可以观察到,蚀刻后的mesa 边缘呈现平缓的坡度,而非原本所期望的垂直蚀刻侧面,这个结果对于后续氧化制程后要观察氧化深度造成相当大的困扰,同时要蒸镀金属上电极也可能造成短路现象,甚至在后续光阻曝光显影步骤就会出现问题,因此有必要改采蚀刻选择性与非等向性较优异的干式蚀刻法。
后来面射型雷射蚀刻制程较常采用的技术转变为干式蚀刻,通常采用活性离子蚀刻(Reactive Ion Etching, RIE)[20]或感应耦合电浆活性离子蚀刻(