[发明专利]一种太赫兹量子级联激光器双面金属键合的方法

说明书

一种太赫兹量子级联激光器双面金属键合的方法，该方法包括外延片和高掺衬底片晶向对准工艺，低温金属键合工艺、半绝缘衬底腐蚀工艺等，最终成功将生长在半绝缘衬底片上的外延结构层转移到另一个高掺杂的衬底片上。本发明的方法可以保证两个键合片之间的晶向一致性，防止激光器在解理过程中由晶向各异性带来的机械损伤；并且可以防止由于腐蚀液选择性不够带来的腐蚀不均匀及过腐蚀的问题，保证腐蚀的均匀性及完整性。本发明的方法符合标准半导体工艺流程，操作简便高效，适于工业化量产。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种太赫兹量子级联激光器双面金属键合的方法。

背景技术

量子级联激光器的发明是半导体激光器领域里程碑式的发展，开创了中远红外至太赫兹波段的半导体激光新领域，在红外对抗、毒品和爆炸物检测、环境污染监测、太赫兹成像等方向有广泛的应用前景。太赫兹量子级联激光器的传统波导结构有两种：半绝缘表面等离子体波导结构和双面金属波导结构。两种结构各有优势：半绝缘表面等离子体波导结构对光的限制作用由上金属层和下高掺层提供，因此对光的限制作用比较弱，有一大部分的光会泄露进入衬底，导致纵向远场光斑始终呈双瓣分布。双面金属波导结构对光的限制作用由上下金属层提供，光场限制因子接近100％，因此器件腔面反射率较大，工作阈值电流相对较小，功耗较小，温度性能与半绝缘表面等离子体波导结构相比得到大大提升。同时，由于双面金属结构对光的限制作用较强，可以通过制作表面高阶光栅、光子晶体等结构实现高抽取效率的单模激光面发射，在保证稳定单模的基础上改善远场光斑图形，所以双面金属波导结构的制备是十分必要的。

但是，在双面金属器件的制备过程中涉及到诸多工艺细节的技术问题。例如，两个键合片之间的晶向一致性难以保证，激光器在解理过程中由于晶向各异性容易导致机械损伤；腐蚀液选择性不够导致腐蚀不均匀及过腐蚀；需要高端的晶片键合设备，设备成本较高等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种太赫兹量子级联激光器双面金属键合的方法，在不依赖于高端的晶片键合设备的前提下克服制备过程中的关键技术难题，对于促进双面金属器件的发展具有重要意义。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种太赫兹量子级联激光器双面金属键合的方法：该方法至少包括以下步骤：

提供一半绝缘衬底片，在所述半绝缘衬底片上依次外延截止层、下高掺层、有源区和上高掺层；

在所述上高掺层的表面制作金属波导层；

在一N⁺型掺杂衬底片的表面制作金属电极层，然后蒸发焊接金属层；

将所述半绝缘衬底片和所述N⁺型掺杂衬底片进行晶向对准，然后对所述半绝缘衬底片表面的金属波导层与所述N⁺型掺杂衬底片表面的焊接金属层进行低温金属键合，形成键合样片；

减薄半绝缘衬底片至所需厚度，再利用第一选择性腐蚀液腐蚀所述半绝缘衬底片，直到整个表面出现彩色花纹，截止层完全暴露；

再利用第二选择性腐蚀液腐蚀所述截止层，直到彩色花纹全部褪去，下高掺层完全暴露；

进行第一次光刻，在所述下高掺层表面制作正面金属电极图形；

进行第二次光刻，制作脊形器件结构；

对键合后样片的N+型高掺衬底进行减薄抛光到一定厚度，在所述N⁺型高掺衬底上形成背面电极，解理，完成激光器管芯制作。