一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片及其制作方法技術

本發明專利技術提供一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片及其制作方法。該SiC襯底倒裝激光器芯片制作包括一常規激光器芯片結構，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；包括一SiC襯底，襯底的底面鍍有金屬歐姆接觸層，另一面鍍有金屬鍵合層；常規激光器芯片的金屬歐姆接觸層通過SiC襯底的金屬鍵合層與SiC襯底鍵合在一起；常規激光器芯片去除原襯底后的緩沖層蒸鍍有N電極金屬層，制成的SiC襯底激光器N極在上、P極在下。與傳統激光器相比，本發明專利技術的基于SiC襯底的倒裝激光器芯片具有散熱性好、穩定性好、壽命長等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于激光器芯片

技術介紹
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。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術提供。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。本專利技術的技術方案如下—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。根據本專利技術優選的，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O. 5 μ m-3 μ m ;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O. 5 μ m_3 μ m。根據本專利技術優選的，所述的常規激光器芯片的襯底選自Al203、GaN、S1、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Si02、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Cr Au ;其中優選的,所述金屬歐姆接觸層厚度為O. 5 μ m_3 μ m。根據本專利技術優選的，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。根據本專利技術，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 3 μ m的NiAu金屬歐姆接觸層；b、一 SiC襯底，該SiC襯底底面鍍有NiAu歐姆接觸層，厚度為2 3 μ m ;另一面鍍有TiAu金屬鍵合層，厚度為I 1. 5 μ m ;所述常規激光器芯片的NiAu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GaAs襯底后的常規激光器芯片面蒸鍍有NiAu電極金屬層，厚度為2 3μ m ;該NiAu電極金屬層作為激光器芯片的N電極，SiC襯底底面NiAu歐姆接觸層作為激光器芯片的P電極。根據本專利技術，一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片的制作方法，步驟如下(I)常規激光器芯片的制備按常規MOCVD外延生長方法，在襯底上生長激光器芯片外延層，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，常規工藝制備激光器管芯，包括電流阻擋層、金屬歐姆接觸層。(2)將SiC襯底底面蒸鍍金屬歐姆接觸層，另一面蒸鍍金屬鍵合層；(3)將步驟(I)制備的常規激光器芯片金屬歐姆接觸層與步驟(2)制備的SiC襯底的金屬鍵合層鍵合在一起；(4)去除常規激光器芯片的襯底，在去除襯底的激光器芯片一面蒸鍍電極金屬層，此電極金屬層作為激光器芯片的N電極，SiC襯底底面金屬歐姆接觸層作為激光器芯片的P電極，形成一個倒裝的激光器芯片。也稱SiC基倒裝激光器芯片。上述步驟(4)中所述的去除襯底，可通過剝離、研磨、濕法腐蝕、刻蝕等現有任一種通用方法實現。由于SiC襯底具有高熱導率，且SiC材料和II1-V族材料有較好的應力匹配，得到器件的結晶性能好、缺陷密度低，因此本專利技術制備的基于SiC襯底的倒裝激光器芯片克服了傳統激光器芯片的散熱、失配等問題，提高了器件的性能和壽命。本專利技術是通過鍵合和去除原有襯底，形成一倒裝的激光器結構，與常規激光器芯片結構P、N剛好相反，是一種真正意義上的倒裝激光器芯片結構。利用本專利技術的芯片制作的SiC基倒裝激光器可以大大提高激光器熱傳導速率，改善散熱效果，并且SiC材料和II1-V族材料有較好的應力匹配，得到器件的結晶性能好、缺陷密度低，提高器件的性能和壽命。附圖說明圖1是實施例1的常規激光器芯片結構示意圖。 圖2是實施例1蒸鍍金屬歐姆接觸層和金屬鍵合層后的SiC襯底結構示意圖。圖3是實施例1常規激光器芯片與SiC襯底鍵合示意圖。圖4是實施例1的產品倒裝激光器芯片結構示意圖。圖5是常規GaAs襯底0. 5W激光器芯片COD曲線，a代表COD曲線，b代表電壓曲線，c代表電源轉換效率曲線。圖6是本專利技術制備的SiC襯底0.5W激光器芯片COD曲線，a代表COD曲線，b代表電壓曲線，c代表電源轉換效率曲線。圖中l、GaAs襯底，2、GaAs緩沖層，3、N限制層，4、有源區，5、P限制層，6、GaAs歐姆接觸層，7、SiO2電流阻擋層，8、NiAu金屬歐姆接觸層，9、NiAu歐姆接觸層，10、SiC襯底，IUTiAu金屬鍵合層，12、NiAu電極金屬層。具體實施例方式下面結合實施例對本專利技術做進一步說明，但不限于此。實施例1:制備的SiC襯底倒裝激光器N電極在上，P電極在下。在本實施例中，常規激光器芯片襯底選用GaAs襯底,所述激光器結構選用氧化物條形結構。一種基于SiC襯底的倒裝激光器芯片本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：