[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

说明书

本发明一种太赫兹量子级联激光器金属波导结构的制备方法及激光器，包括以下步骤：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；形成非合金欧姆接触；在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；将器件基片与接收体基片进行倒装键合，沉积SiO₂保护层，涂光刻胶、烤干；剥离光刻胶；去除SiO₂保护层；形成肖特基二极管接触上电极金属层；形成下电极金属层；倒装键合基片解理、进行封装。本发明效降低了接触阻抗而且避免了太赫兹光电器件由于非控制掺杂分布的扩散造成的自由载流子的大量泄漏，有效减少退火工艺带来的波导损耗。

技术领域

本发明属于半导体化合物光电器件制备领域，特别涉及一种太赫兹量子级联激光器金属波导结构的制备方法及激光器。

背景技术

太赫兹辐射源是太赫兹技术应用的关键器件，而缺乏室温下工作的便携式高功率辐射源一直是制约太赫兹技术发展的一个重要原因。近年来的研究表明，在有源区采用共振声子结构，啁啾超晶格结构以及束缚态向连续态跃迁结构的量子级联半导体激光器能将激射波长从中红外覆盖到太赫兹(0.1-10THz)波段，产生稳定的相干太赫兹辐射源，该激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、节电等优点，其制造工艺与半导体器件和集成电路的生产工艺相兼容，便于批量生产和与其它光电子器件集成，因此将可能成为未来理想的太赫兹辐射源。自从2002年第一个太赫兹量子级联激光器问世以来，以提高其工作温度、输出功率等性能为目标的研究就成为太赫兹领域研究的热点。太赫兹量子级联激光器波导结构主要有等离子体波导、半绝缘表面等离子体波导和双金属波导三种，其中双金属波导结构波导损耗低、光模式限式因子高，功率损耗低，更易于散热；因此在提高器件工作温度和降低器件阈值电流方面更具优势。

太赫兹量子级联激光器一般工作在高偏压和电流下,输入的电功率大部分转换成焦耳热,若波导结构设计不合理会造成焦耳热不能及时从器件内部散发，而使有源区温度迅速升高,造成非辐射光学声子散射增加,粒子数反转困难,抑制器件激射,降低辐射效率。此外，太赫兹量子级联激光器的波导损耗较大，也会造成器件阈值电流增大、功率损耗增加，使器件内部温度进一步提高，影响了器件工作温度性能的提升。因此，设计和制备具有低损耗、易散热结构的波导，抑制自由载流子吸收、提高腔膜限制因子是太赫兹量子级联激光器工作性能提高的关键。提供一种半绝缘GaAs衬底,在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；

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提供一种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，用以解决现有技术中太赫兹量子级联激光器波导损耗较大、散热不佳的问题。

本发明的技术方案为一种双金属波导结构的太赫兹量子级联激光器制备方法，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；