[发明专利]双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法及激光器

权利要求书

1.一种双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1在半绝缘GaAs衬底上用分子束外延法依次生长刻蚀停止层、下接触层、多量子阱有源区、上接触层、n型重掺杂层、和利用低温生长钝化层；

S2在步骤S1所述钝化层上运用第一次光刻形成下金属层窗口、缓冲氧化刻蚀、沉积电极金属，带胶剥离形成下金属层，退火形成非合金欧姆接触；

S3在n掺杂GaAs接收体衬底基片上依次沉积电接触增强金属层、金属In层和金属Au层；

S4将步骤S2中的器件基片与步骤S3中的接收体基片进行倒装键合；

S5在步骤S4中倒装键合基片四周和顶部运用低温等离子增强化学蒸汽沉积SiO₂保护层；

S6研磨步骤S5中倒装键合基片的半绝缘GaAs衬底并清洗、在倒装键合基片的n掺杂GaAs接收体衬底基片上涂光刻胶、烤干；

S7采用湿法刻蚀掉步骤S6中剩余半绝缘GaAs衬底至刻蚀停止层，剥离步骤S6中光刻胶；

S8将步骤S7中的倒装键合基片浸入HF酸去除刻蚀停止层，同时去除SiO₂保护层；

S9在步骤S8中的倒装键合基片下接触层上，涂光刻胶、第二次光刻，形成上电极窗口，在所述上电极窗口内形成上电极金属，带胶剥离，形成肖特基二极管接触上电极金属层；

S10在步骤S9中倒装键合基片的n掺杂GaAs接收体衬底基片的背面上采用刻蚀工艺形成脊型波导结构，形成下电极金属层；

S11将步骤S10中的倒装键合基片解理、进行封装。

2.根据权利要求1所述双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，其特征在于：在步骤S2中钝化层表面进行缓冲氧化刻蚀时间为8～12秒，再采用电子束蒸发工艺沉积电极金属，并形成非合金欧姆接触。

3.根据权利要求1所述双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，其特征在于：所述步骤S3中所述电接触增强金属层为依次沉积在n掺杂GaAs接收体衬底基片上的金属Pd层、金属Ge层、金属Pd层，沉积金属Pd层后；将n掺杂GaAs接收体衬底基片浸入水性NH4-HF2缓冲氧化物刻蚀溶液8～10秒后，再采用电子束蒸发工艺沉积金属In层，金属In层厚度控制在1.0～1.2μm之间。

4.根据权利要求1所述双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，其特征在于：所述步骤S4中先将器件基片、接收体两基片进行表面净化处理，再将器件基片倒置使其下金属层和接收体基片的金属Au层晶轴对准面对面放置后，升温200～300℃并保持8～12分钟，同时给两基片加上均匀压力，通过In-Au反应生成共熔合金使两基片键合。

5.根据权利要求1所述双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，其特征在于：所述步骤S5中刻蚀SiO₂保护层的厚度为150～250nm。

6.根据权利要求1所述双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，其特征在于：所述步骤S6中研磨半绝缘GaAs衬底时，使用砂粒大小逐渐减小，减薄后半绝缘GaAs衬底的厚度为50μm-70μm。

7.根据权利要求1所述双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，其特征在于：所述步骤S7中湿法刻蚀速度控制为1-2μm/分钟。

8.根据权利要求1所述的双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，其特征在于：所述步骤S10中采用干法刻蚀或湿法刻蚀脊型波导结构；干法刻蚀为电子回旋共振反应离子干法刻蚀，运用肖特基二极管接触上金属层作为自对准掩模，刻蚀气体为15sccm的BCl ₃和5sccm的N₂，膛内压力为5mTorr，ECR功率600W，RF功率15W，温度80℃，干法刻蚀至下金属层时停止；湿法刻蚀采用体积比为1:1:25的H₃PO₄:H₂O₂:H₂O的蚀刻剂，速度控制在400nm/分。