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半导体激光器制造工艺

发表时间:2014-11-29

  半导体激光器制造工艺

  首先,制造器件必须选择好衬底。与形成异质结材料的晶格相匹配这是必须考 虑到的(当然有时也加缓冲层);要选定生长面的晶向或偏离一定角度;要有一定 的掺杂浓度;在内部和表面的缺陷密度要低、表面平整、光亮、无划痕;要有适当 的厚度用来保证芯片具有足够的机械强度。

  其次是外延生长,作为制造半导体激光器中的重要核心芯片工艺,它的好坏直 接会导致最终器件的优劣和成品率的高低。一般常用的外延生长工艺包括:MOCVD、 LPE、MBE等技术。

  再次是掩膜。就是在经过光刻后,沉积Si02或Si3N4薄膜,用Si02或Si3N4薄膜 在扩散或腐烛时起到掩蔽作用。这是半导体常规工艺。由于材料的不同,在不同温度 下产生的热腐烛效应不同,而在低温的条件下则会减小或者消除这种效应,正因为如 此,沉积薄膜一般都是在低温条件下进行的。

  第四是腐烛,这一步十分关键,它分干法腐蚀和湿法腐烛两类,各有自己的适用 范围。在设计每个激光器时,它的结构和选用的材料都会根据要求的不同有所差异, 腐蚀就是在材料和结构不同的情况下,为了得到所要求各种形状的加工工艺。常用化 学刻烛法来得到形状各异的V形、正梯形、倒梯形沟槽,或凸起的脊形条、台阶(特 别精细的结构除外)。为了达到对侧模的控制,需要对腐烛后的器件再次进行外延生 长,这样就形成了折射率导引激光器。干法腐蚀主要用做微小尺寸的精细刻蚀。 扩散技术是半导体器件制造中釆用十分普遍的通用工艺,占有重要地位。它可以 改变半导体材料的电学和光学性质,从而得到所需要的材料。

  芯片的减薄与抛光。这步具体是通过研磨和抛光工艺,减小芯片欧姆接触 的电阻和减少器件发热,去除上述表面损伤层和消除残余应力。 欧姆接触的制备又称电极制作,看起来简单但却是半导体激光器制造中非常关键 的工艺步骤。器件工作时的产生热量的大小和功率转换效率的大小都与欧姆接触工艺 好坏有关。尽管目前对GaAs、InP系列的n型、p型材料的欧姆接触都已有成熟的工 艺,但面对开拓很多新波长范围的激光器,起过高的欧姆接触电阻率是需要克服的障碍。

  解理技术是将加工好的器件芯片分解为单一管芯的需要手工操作技术很强的工 艺。在具有管芯的衬底减薄后,用金刚石刀或解理机在晶体解理面方向适当用力切压 就能得到完全平行的F-P腔面。再用金刚石划片刀和银垂直于镜面切割出所设计的单 个管芯。然后通过测试,蹄选出良好管芯并择接到管壳的热沉上,再用热压燥或者超 声球煙机键合上金丝电极。最后进行親合封装就可以得到实际所需的半导体激光器件。

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