1、ECRCVDECRCVD設備鍍膜工藝設備鍍膜工藝及膜系設計理論講座及膜系設計理論講座制作：李雪冬1.ECRCVD設備的基本原理設備的基本原理2.膜系設計基本理論膜系設計基本理論3.650nm LD中應用到的典型中應用到的典型/4/4膜系膜系4.設計好的膜系在設計好的膜系在ECRCV設備上如何實設備上如何實現現1 ECRCVD設備的基本原理設備的基本原理1.2 英文翻譯 ： Electron Ceclotron Resonance Chemical Vapor Deposition 電子回旋共振化學氣相沉積1.3 設備基本原理：微波激勵、磁場限制氣體輝光放電產生等離子體，在淀積室中反應并沉積形成

2、介質膜。微波激勵氣體輝光放電，磁場可以增加離子行程，增加等離子體密度，并在一定程度上限制離子。離子在淀積室中反應，沉積在襯底上形成薄膜。1.1 工藝目的：在半導體激光器的前后腔面鍍光學介質膜用 以形成諧振腔。1.4 設備示意圖（未反映水電氣系統）。其它混合氣波導硅烷機械控制磁場微波源機械泵真空計4分子泵側閥增壓泵氣控箱擴散泵手動閥淀積室真空計3工作氣機械泵冷阱觀察窗手動閥機械手預真空室裝料門主機儀表主閥襯底1.5 設備結構圖（未反映水電氣系統）。1.6 重點概念n分子的平均自由程：分子在連續兩次碰撞之間所走過的平均 路程。n等離子體：氣體放電過程中分子、離子、電子混合存在,形 成相對穩定的狀態

3、，稱為等離子體。n氣體輝光放電：氣體直流放電特性，特點是輝光放電時放電 管管壓降、電流穩定，氣體呈現輝光。 n化學氣相沉積：在等離子狀態下，一些離子在真空室中發生 化學反應，形成固體沉積下來，稱為化學氣相沉積。p2d2T2.1 光在自由空間傳播的基本概念和公式:n 橫波：波的振動方向與傳播方向垂直。n 光的偏振： 光的振動方向與傳播方向的不對稱性叫光的偏振。n 光的正弦波表示： n 自由空間的光程： = nd n 光的干涉：兩束相干光在迭加區域內，某些區域光強減小，某些區域光強增大的現象。本質上是波的迭加。單色光在空間某點能否形成干涉要看能否形成固定相位差。 2 膜系設計基本理論膜系設計基本理

4、論)02(ndtACosE2.2 光在兩種均勻介質界面的傳播的基本概念和公式：n 入射面：入射光線與入射點處界面法線所構成的平面n 入射角：入射光線與入射點處界面法線所構成的夾角n 折射定律: n0 sin0= n1 sin1n S光、P光：偏振光在入射界面按振動分量分解成S光、P光。S光的振動方向垂直與入射面，P光的振動方向平行與入射面，界面對S光和P光有不同的反射率。 0n1n01RT2.3 光在分層均勻介質薄膜的傳播的基本概念和公式: (建立光在薄膜中傳播的麥克斯韋方程組，根據邊界條件求解，得到干涉矩陣)n 折射定律：n 光在薄膜中傳播的光程差： n 薄膜的光學厚度： n 薄膜的相位厚度

5、：11121Cosdn1121dn11121Cosdn011n0n1d1k1k1100Sinn.SinnSinnn 艾塔參量 S光 ， P光n 干涉矩陣（特征矩陣）：n 組合導納：n 反射率： 0是入射介質 11iiiiiii1/kkCosSinjjSinCosCB*Y0Y0Y0Y0ps,RBCY iiiCosnsiii/Cosnp1n0nkn1kn01kn 正入射：入射角為0，即0 =0。n 反射率極值：正入射情況下，在薄膜的光學厚度 n1d1為 /4的整數倍時，反射率R取極值。 （菲涅爾振幅系數公式） n 無影響膜層：在正入射下，薄膜的光學厚度 n1d1為 /2的整數倍時，特征矩陣為單位矩

6、陣，對膜系沒有影響。 2.4 單層膜正入射的反射率極值（菲涅爾振幅系數公式）0210pspRR siipisn2i200p2021221nRRnnnnnsn1n1n1d2n2.5 周期性/4膜系的基本概念和公式n 周期性/4膜系：膜系結構周期性重復，各層膜的光學厚度均為/4，又稱規則膜系。n 圖例n 正入射下：22N211k02N211k0pnnnnnnRRnns1d2d1n2n2n1n1n2nN0n12Nn1d2d1d2d3 650nm LD中應用到的典型中應用到的典型/4/4膜系膜系3.1 重點概念n 增透膜：設計膜系的反射率低于不鍍膜時的反射率,稱為增透膜或減反膜。n 高反膜：設計膜系的

7、反射率高于不鍍膜時的反射率,稱為高反膜。3.2 基本膜系設計參數選取n 波長=650nmn 因為激光器內發散角小于10，可近似為正入射。n 入射介質近似為GaAs，出射介質為空氣 。 n0=3.52 nk+1=n2N+1=1 n 膜層介質為Si02、SiNx 。 n1=1.461.52 n2=1.82.8 3.3 典型規則膜系：3.3.1 R=95%n 膜系結構： GaAs|(Si02|SiNx)4|Airn R=3.3.2 R=85%n 膜系結構： GaAs|(Si02|SiNx)3|Airn R=%962.31.552. 32.31.552. 3288%5 .872.31.552. 32.

8、31.552. 32663.3.3 R=30%n 膜系結構： GaAs|Si02|Si02|Airn R=3.3.2 R=5%n 膜系結構： GaAs|Si02|Airn R=%1 .311.51.552. 31.51.552. 3222%8 . 411.552. 311.552. 32223.3.4 R=0%n 膜系結構： GaAs|SiNx|Si02|Airn R=n n1= %01.4n52. 31.4n52. 3221216 . 252. 34 . 14.1 工藝基本過程： 放入工藝氣體 微波啟動，計時 計時結束，微波停止 4.2 反應方程式:n SiO2n SiNx 4.3 折射率和膜厚控制n 折射率控制：改變工藝參數，如微波功率、反應氣體流量等n 膜厚控制： 控制工藝條件和