[發明專利]一種半導體激光器材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710509143.9
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107910750B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 王庶民;王暢
• 申請（專利權）人: 超晶科技（北京）有限公司
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

本發明公開了一種半導體激光器材料的制備方法，包括：提供半導體供體襯底，并在該供體基底上外延生長緩沖層，在所述緩沖層上生長犧牲層，在所述犧牲層上生長半導體薄膜層；在半導體薄膜層側進行離子注入，在所述犧牲層內形成缺陷層；提供柔性襯底，并使所述半導體薄膜層和柔性襯底鍵合；對缺陷層進行退火處理，將頂層薄膜沿犧牲層從供體襯底上剝離，得到含有供體襯底的第一基底和含有柔性襯底的第二基底，并去除第二基底上的犧牲層，得到鍵合有半導體薄膜層的柔性基底。本發明的方法為供體襯底可重復利用，省去減薄工藝的半導體激光器材料制備方法。

技術領域

本發明屬于半導體激光器技術應用領域，具體涉及一種供體襯底可重復利用，省去減薄工藝的半導體激光器材料的制備方法。

背景技術

自從1960年第一個紅寶石脈沖半導體激光器問世以來，半導體激光器得到了飛速發展，由于它的波長范圍寬、制作簡單、成本低、易于大量生產，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發展快，應用范圍廣，覆蓋了整個光電子學領域，已成為當今光電子科學的核心技術。

半導體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面都獲得了廣泛的應用，形成了廣闊的市場，主要分為以傳輸信息為目的的信息型激光器和以提高光功率為目的的功率型激光器。

傳統硅材料是間接帶隙半導體，發光性能很差，雖然有研究者將硅材料處理成納米或者量子尺寸來開發其非線性的光學性質，但性能仍然不能和化合物半導體媲美。化合物半導體，由于其高的電子遷移率和由直接帶隙而產生的高效的光發射優勢，一直是科研和產業界的熱門研究對象。但是化合物半導體價格相對昂貴，而且后期集成工藝向大尺寸方向發展舉步維艱，也是其走向產業化的一個巨大瓶頸。因此，將化合物半導體與硅集成電路相結合的異質集成技術，成為了光電集成領域的研究熱點在半導體激光器的制備中有很重要的應用。

在半導體激光器的制備中，由于襯底存在電阻，會產生發熱現象，像高功率激光器，注入電流比較大，對發熱的要求十分高，因此這里需要將外延片的厚度從幾百微米以上減薄到10微米左右甚至更薄，來降低芯片歐姆接觸的電阻，減少器件發熱。然而，減薄工藝會給襯底背面帶來表面損傷，減薄后的外延片發生形變且容易碎裂，從而會影響成品率。盡管有拋光工藝的引入來去除上述的表面損傷層，消除殘余應力，但是工藝程序復雜化，成本提升以及殘余應力不能完全消除依然是不能回避的問題。而且一般的化合物半導體襯底都是屬于摻雜型的襯底，對特定的波長的激光吸收比較厲害。例如，GaSb基2微米激光器，其自由載流子對中紅外波的吸收很嚴重。異質集成可以跳過減薄步驟，為器件與系統的設計制備提供更大的自由度，能夠提升器件性能，同時硅基還充當了熱傳導的載體，可以很好的運用于半導體激光器材料中。

此外，柔性襯底是一直以來研究十分熱門的研究課題(“Lattice Engineering,Technologies and Applications”edited by Shumin Wang,Pan Stanford,2013,ISBN9789814316293)。通常晶格失配的外延層在襯底表面形核生長，當外延層超過臨界厚度時，會產生穿透位錯貫穿到整個外延層。若采用柔性襯底材料，由于穿透位錯產生時外延層厚度大于柔性襯底厚度，產生的穿透位錯向柔性襯底內滑移，最后終止在柔性薄膜和外延層界面處形成界面位錯，外延層內沒有穿透位錯，材料晶體質量大大提高，這對外延生長大失配材料大有好處。因硅是一種很好的導熱材料，采用硅基柔性襯底也能緩解外延材料與襯底材料的熱失配問題。