[发明专利]一种太赫兹半导体激光器及其制造方法

权利要求书

1.一种太赫兹半导体激光器，其特征在于，所述太赫兹半导体激光器包括金属亚波长光栅层(1)、半绝缘衬底层(2)、高掺杂半导体层(3)以及结构相同的两个台面，所述两个台面由外延层深度腐蚀形成，其中一个作为所述太赫兹半导体激光器的有源区结构，另一个作为下电极的支撑台面(11)，两者的功能仅通过绝缘层的图形差异控制是否有电流注入来实现；

其中，所述两个台面均包括：

一激光器有源区(4)，位于所述高掺杂半导体层(3)之下；

一绝缘层(5)，包覆在所述激光器有源区(4)的外表面；

一金属接触层(6)，所述金属接触层(6)生长在所述绝缘层(5)的外表面；

一金属电镀层(7)，所述金属电镀层(7)生长在所述金属接触层(6)的外表面；

一图形化金属键合层(9)，所述图形化金属键合层(9)位于所述金属电镀层(7)之下；

一高热导率热沉(10)，所述高热导率热沉(10)位于所述图形化金属键合层(9)之下；

其中，作为所述太赫兹半导体激光器的有源区结构的台面还包括一分布反馈光栅区(8)，所述分布反馈光栅区(8)由金属和半导体共同组成，紧邻所述激光器有源区(4)且位于所述激光器有源区(4)之下；

其中，所述金属接触层(6)在两个台面部分相互隔离、互不相连；所述金属电镀层(7)为选区电镀工艺制作的金属层，用于横向辅助散热。

2.如权利要求1所述的太赫兹半导体激光器，其特征在于，所述金属亚波长光栅层(1)为具有亚波长图形结构的超薄金属层，具有表面等离子体的性质，用于改善光束质量。

3.如权利要求1所述的太赫兹半导体激光器，其特征在于，所述激光器有源区(4)为太赫兹量子级联结构，包括多个级联重复周期。

4.如权利要求1所述的太赫兹半导体激光器，其特征在于，在作为所述太赫兹半导体激光器的有源区结构的台面上，所述绝缘层(5)上开有分别供上下电极注入的窗口。

5.如权利要求1所述的太赫兹半导体激光器，其特征在于，所述分布反馈光栅区(8)为金属-半导体复合结构的二级及以上级分布反馈布拉格光栅，用于形成垂直面发射。

6.如权利要求1所述的太赫兹半导体激光器，其特征在于，所述图形化金属键合层(9)为蒸发在高热导率热沉(10)上的图形化金属结构，用于键合激光器芯片和热沉；所述高热导率热沉(10)的材料为SiC、金刚石、蓝宝石或AlN。

7.一种太赫兹半导体激光器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

在半绝缘衬底层上通过分子束外延法在其上生长高掺杂半导体层；

在所述高掺杂半导体层上采用分子束外延法生长激光器有源区；所述激光器有源区采用太赫兹量子级联结构，共生长100-200个重复级联周期；

在所述激光器有源区上深度腐蚀形成结构相同的两个台面，其中一个作为所述太赫兹半导体激光器的有源区组件，另一个作为下电极的支撑台面，两者的功能仅通过绝缘层的图形差异控制是否有电流注入来实现；

继续在所述两个台面上均形成绝缘层、金属接触层、金属电镀层和图形化金属键合层，区别仅在于在所述作为有源区组件的台面上在所述绝缘层上开出预留的窗口，且在紧邻所述作为太赫兹半导体激光器的有源区组件的台面的激光器有源区且位于所述激光器有源区之下的位置处形成一分布反馈光栅区；其中，所述金属接触层在两个台面部分相互隔离、互不相连；所述金属电镀层为选区电镀工艺制作的金属层，用于横向辅助散热；

将所述两个台面与高热导率热沉采用热压的方法键合在一起，键合后从上下电极分别引线，由此得到所述太赫兹半导体激光器。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括以下步骤：

采用带胶剥离的方法在所述半绝缘衬底层背对高掺杂半导体层的一侧表面制作金属亚波长光栅层；

其中，所述高热导率热沉的材料为SiC、金刚石、蓝宝石或AlN。