[發明專利]一種太赫茲量子級聯激光器雙面金屬鍵合的方法

有效

• 申請號: 201810369450.6
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108631149B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 李媛媛;梁平;胡穎;劉俊岐;翟慎強;張錦川;卓寧;王利軍;劉舒曼;劉峰奇;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所;中國科學院大學
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/323
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 崔亞松

1.一種太赫茲量子級聯激光器雙面金屬鍵合的方法，其特征在于，包括以下步驟：

提供一半絕緣襯底片，在所述半絕緣襯底片上依次外延截止層、下高摻層、有源區和上高摻層；

在所述上高摻層的表面制作金屬波導層；

在一N⁺型摻雜襯底片的表面制作金屬電極層，然后蒸發焊接金屬層；

將所述半絕緣襯底片和所述N⁺型摻雜襯底片進行晶向對準，然后對所述半絕緣襯底片表面的金屬波導層與所述N⁺型摻雜襯底片表面的焊接金屬層進行低溫金屬鍵合，形成鍵合樣片；

減薄半絕緣襯底片至所需厚度，再利用第一選擇性腐蝕液腐蝕所述半絕緣襯底片，直到整個表面出現彩色花紋，截止層完全暴露；

再利用第二選擇性腐蝕液腐蝕所述截止層，直到彩色花紋全部褪去，下高摻層完全暴露；

進行第一次光刻，在所述下高摻層表面制作正面金屬電極圖形；

進行第二次光刻，制作脊形器件結構；

對鍵合后樣片的N⁺型高摻襯底進行減薄拋光到一定厚度，在所述N⁺型高摻襯底上形成背面電極，解理，完成激光器管芯制作；

所述晶向對準的方法為：利用直角模具將所述半絕緣襯底片和所述N⁺型摻雜襯底片的兩個相鄰直角邊對準；

所述低溫金屬鍵合的條件為：溫度：250-340℃，壓強：800-1200mbar，時間：30-90min；

利用第一選擇性腐蝕液腐蝕所述半絕緣襯底片時，將鍵合樣片放入下部凹槽可盛放磁子的花籃，將所述花籃浸入第一選擇性腐蝕液，在雙向攪拌下進行腐蝕。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述半絕緣襯底片的材料為GaAs，所述截止層的材料為Al_0.5Ga_0.5As，所述下高摻層的材料為GaAs，所述有源區為GaAs和Al_0.15Ga_0.85As交替生長的超晶格結構,所述上高摻層的材料為GaAs。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述N⁺型摻雜襯底片的材料為GaAs，摻雜濃度＞10¹⁷cm^-3。

4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述金屬波導層包括所述上高摻層上的第一波導層和所述第一波導層上的第二波導層，其中第一波導層為Ti，第二波導層為Au。

5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述金屬電極層包括所述N⁺型摻雜襯底片上的第一電極層和所述第一電極層上的第二電極層，其中第一電極層為Ti，第二電極層為Au；所述焊接金屬層包括所述金屬電極層上的第一焊接層和所述第一焊接層上的第二焊接層，其中第一焊接層為In，第二焊接層為Au。

6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一選擇性腐蝕液為NH₄OH:H₂O₂的體積比為1:19的混合溶液，腐蝕溫度為20-30℃。

7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第二選擇性腐蝕液為質量濃度＞40％的HF溶液，腐蝕溫度為20-30℃。

8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述正面金屬電極圖形的制作方法包括：首先采用光刻的方法將金屬電極的圖形轉移到所述下高摻層的表面，然后沉積正面金屬電極層，最后通過帶膠剝離去除圖形以外的金屬。

9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述背面電極包括所述N⁺型高摻襯底上的第一電極層和所述第一電極層上的第二電極層，其中第一電極層為Ti，第二電極層為Au。

10.根據權利要求4所述的方法，其中，第一波導層的厚度為10-30nm，第二波導層的厚度為0.5-1.5μm。