[发明专利]一种基于SiC衬底的倒装激光器芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于SiC衬底的倒装激光器芯片及其制作方法，属于激光器芯片技术领域。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、易于调制及价格低廉等诸多优点，在工业、医学和军事领域得到了广泛的应用。在半导体大功率激光器的各种关键技术中，散热问题的解决是一个极其关键的技术。因为半导体激光器能产生很高的峰值功率，这些器件的电光转换效率为40％-50％，即所输入的电能50％-60％都转换为热能。为了良好散热，常将芯片焊接到具有高导热率的金属热沉上。由于激光器管芯和热沉的热膨胀系数不一致，温度变化将导致热应力的产生和激光器芯片翘曲变形，若热应力过大甚至会造成结合层开裂、管芯断裂等问题，半导体激光器散热问题解决会直接关系到激光器的使用寿命，导致激光器有源区温度的迅速提高，从而引起激光器的光学灾变，甚至烧毁半导体激光器，严重影响了器件的可靠性和寿命。

CN1770575A(200410088729.5)公开了一种利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，包括：在衬底上依次外延生长电极接触层，光限制层，波导层，发光有源区，波导层，光限制层和电极接触层；刻蚀电极接触层，制备P型欧姆接触电极；将衬底减薄；将激光器管芯分割；利用倒装焊技术将分割好的氮化镓基激光器管芯的P型欧姆接触电极层和支撑体上与管芯P电极大小相对应的金属焊料层以及管芯的N型欧姆接触电极层和支撑体上与管芯N电极大小相对应的金属焊料层焊接在一起；在管芯P电极的相应位置，从支撑体的背面开孔直到二氧化硅或氮化硅等绝缘隔离层，形成P型电极引出孔；在开孔后的支撑体的背面蒸镀金属层，引出管芯的P型电极，形成一个倒装的氮化镓基激光器的管芯。该专利是将正装结构的常规氮化镓基激光器管芯分割后通过金属焊料焊接在一支撑体上，然后引出电极，相当于将一常规激光器管芯倒装焊接在支撑体上。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于SiC衬底的倒装激光器芯片及其制作方法。

术语说明：

MOCVD：金属有机化合物气相沉积。

COD：光学灾变性损坏(Catastrophic Optical Damage)，是指半导体激光器在高光功率密度下工作时，由于端面各种界面态的非辐射复合引起端面局部温升烧毁谐振镜面，从而使器件突然失效的现象。

本发明的技术方案如下：

一种基于SiC衬底的倒装激光器芯片，包括：

a、常规激光器芯片，芯片结构从下到上依次包括：衬底、缓冲层、N限制层、有源区、P限制层、P型欧姆接触层、电流阻挡层、金属欧姆接触层；

b、一SiC衬底，该SiC衬底底面镀有金属欧姆接触层，另一面镀有金属键合层；

所述常规激光器芯片的金属欧姆接触层通过所述SiC衬底上的金属键合层键合在一起；去除衬底后的常规激光器芯片缓冲层面蒸镀有电极金属层。

所述常规激光器芯片结构为垂直结构或平面结构。

根据本发明优选的，所述SiC衬底的金属键合层选自TiAu、Au、AuSn、NiAu、Ag或In；其中优选的，所述SiC衬底的金属键合层的厚度为0.5μm-3μm；所述SiC衬底的金属欧姆接触层选自NiAu、TiAu、GeAu或CrAu；其中优选的，所述金属欧姆接触层厚度为0.5μm-3μm。

根据本发明优选的，所述的常规激光器芯片的衬底选自Al₂O₃、GaN、Si、InP或GaAs衬底中的任意一种。所述常规激光器芯片的电流阻挡层选自SiO₂、SiN₄或Al₂O₃；其中优选的，所述电流阻挡层的厚度为100nm-500nm。所述常规激光器芯片的金属欧姆接触层选自NiAu、TiAu、GeAu或CrAu；其中优选的，所述金属欧姆接触层厚度为0.5μm-3μm。

根据本发明优选的，所述常规激光器结构选用氧化物条形结构或脊型结构。其余未特别限定的均按现有常规激光器结构的技术进行选材定尺寸。

根据本发明，最优选的，一种基于SiC衬底的倒装激光器芯片，包括：

a、常规激光器芯片，芯片结构从下到上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、N限制层、有源区、P限制层、GaAs欧姆接触层，厚度为250-300nm的SiO₂电流阻挡层、厚度为2～3μm的NiAu金属欧姆接触层；