[發明專利]一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片及其制作方法

有效

• 申請號: 201110274959.0
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN103001119A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 蘇建;夏偉;張秋霞;任忠祥;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東浪潮華光光電子有限公司
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/042
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片及其制作方法，屬于激光器芯片技術領域。

背景技術

半導體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、易于調制及價格低廉等諸多優點，在工業、醫學和軍事領域得到了廣泛的應用。在半導體大功率激光器的各種關鍵技術中，散熱問題的解決是一個極其關鍵的技術。因為半導體激光器能產生很高的峰值功率，這些器件的電光轉換效率為40％-50％，即所輸入的電能50％-60％都轉換為熱能。為了良好散熱，常將芯片焊接到具有高導熱率的金屬熱沉上。由于激光器管芯和熱沉的熱膨脹系數不一致，溫度變化將導致熱應力的產生和激光器芯片翹曲變形，若熱應力過大甚至會造成結合層開裂、管芯斷裂等問題，半導體激光器散熱問題解決會直接關系到激光器的使用壽命，導致激光器有源區溫度的迅速提高，從而引起激光器的光學災變，甚至燒毀半導體激光器，嚴重影響了器件的可靠性和壽命。

CN1770575A(200410088729.5)公開了一種利用倒裝焊技術制作氮化鎵基激光器管芯的方法，包括：在襯底上依次外延生長電極接觸層，光限制層，波導層，發光有源區，波導層，光限制層和電極接觸層；刻蝕電極接觸層，制備P型歐姆接觸電極；將襯底減薄；將激光器管芯分割；利用倒裝焊技術將分割好的氮化鎵基激光器管芯的P型歐姆接觸電極層和支撐體上與管芯P電極大小相對應的金屬焊料層以及管芯的N型歐姆接觸電極層和支撐體上與管芯N電極大小相對應的金屬焊料層焊接在一起；在管芯P電極的相應位置，從支撐體的背面開孔直到二氧化硅或氮化硅等絕緣隔離層，形成P型電極引出孔；在開孔后的支撐體的背面蒸鍍金屬層，引出管芯的P型電極，形成一個倒裝的氮化鎵基激光器的管芯。該專利是將正裝結構的常規氮化鎵基激光器管芯分割后通過金屬焊料焊接在一支撐體上，然后引出電極，相當于將一常規激光器管芯倒裝焊接在支撐體上。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片及其制作方法。

術語說明：

MOCVD：金屬有機化合物氣相沉積。

COD：光學災變性損壞(Catastrophic?Optical?Damage)，是指半導體激光器在高光功率密度下工作時，由于端面各種界面態的非輻射復合引起端面局部溫升燒毀諧振鏡面，從而使器件突然失效的現象。

本發明的技術方案如下：

一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片，包括：

a、常規激光器芯片，芯片結構從下到上依次包括：襯底、緩沖層、N限制層、有源區、P限制層、P型歐姆接觸層、電流阻擋層、金屬歐姆接觸層；

b、一SiC襯底，該SiC襯底底面鍍有金屬歐姆接觸層，另一面鍍有金屬鍵合層；

所述常規激光器芯片的金屬歐姆接觸層通過所述SiC襯底上的金屬鍵合層鍵合在一起；去除襯底后的常規激光器芯片緩沖層面蒸鍍有電極金屬層。

所述常規激光器芯片結構為垂直結構或平面結構。

根據本發明優選的，所述SiC襯底的金屬鍵合層選自TiAu、Au、AuSn、NiAu、Ag或In；其中優選的，所述SiC襯底的金屬鍵合層的厚度為0.5μm-3μm；所述SiC襯底的金屬歐姆接觸層選自NiAu、TiAu、GeAu或CrAu；其中優選的，所述金屬歐姆接觸層厚度為0.5μm-3μm。

根據本發明優選的，所述的常規激光器芯片的襯底選自Al₂O₃、GaN、Si、InP或GaAs襯底中的任意一種。所述常規激光器芯片的電流阻擋層選自SiO₂、SiN₄或Al₂O₃；其中優選的，所述電流阻擋層的厚度為100nm-500nm。所述常規激光器芯片的金屬歐姆接觸層選自NiAu、TiAu、GeAu或CrAu；其中優選的，所述金屬歐姆接觸層厚度為0.5μm-3μm。

根據本發明優選的，所述常規激光器結構選用氧化物條形結構或脊型結構。其余未特別限定的均按現有常規激光器結構的技術進行選材定尺寸。

根據本發明，最優選的，一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片，包括：

a、常規激光器芯片，芯片結構從下到上依次包括：GaAs襯底、GaAs緩沖層、N限制層、有源區、P限制層、GaAs歐姆接觸層，厚度為250-300nm的SiO₂電流阻擋層、厚度為2～3μm的NiAu金屬歐姆接觸層；