[发明专利]一种太赫兹量子级联激光器双面金属键合的方法

权利要求书

1.一种太赫兹量子级联激光器双面金属键合的方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一半绝缘衬底片，在所述半绝缘衬底片上依次外延截止层、下高掺层、有源区和上高掺层；

在所述上高掺层的表面制作金属波导层；

在一N⁺型掺杂衬底片的表面制作金属电极层，然后蒸发焊接金属层；

将所述半绝缘衬底片和所述N⁺型掺杂衬底片进行晶向对准，然后对所述半绝缘衬底片表面的金属波导层与所述N⁺型掺杂衬底片表面的焊接金属层进行低温金属键合，形成键合样片；

减薄半绝缘衬底片至所需厚度，再利用第一选择性腐蚀液腐蚀所述半绝缘衬底片，直到整个表面出现彩色花纹，截止层完全暴露；

再利用第二选择性腐蚀液腐蚀所述截止层，直到彩色花纹全部褪去，下高掺层完全暴露；

进行第一次光刻，在所述下高掺层表面制作正面金属电极图形；

进行第二次光刻，制作脊形器件结构；

对键合后样片的N⁺型高掺衬底进行减薄抛光到一定厚度，在所述N⁺型高掺衬底上形成背面电极，解理，完成激光器管芯制作；

所述晶向对准的方法为：利用直角模具将所述半绝缘衬底片和所述N⁺型掺杂衬底片的两个相邻直角边对准；

所述低温金属键合的条件为：温度：250-340℃，压强：800-1200mbar，时间：30-90min；

利用第一选择性腐蚀液腐蚀所述半绝缘衬底片时，将键合样片放入下部凹槽可盛放磁子的花篮，将所述花篮浸入第一选择性腐蚀液，在双向搅拌下进行腐蚀。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半绝缘衬底片的材料为GaAs，所述截止层的材料为Al_0.5Ga_0.5As，所述下高掺层的材料为GaAs，所述有源区为GaAs和Al_0.15Ga_0.85As交替生长的超晶格结构,所述上高掺层的材料为GaAs。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述N⁺型掺杂衬底片的材料为GaAs，掺杂浓度＞10¹⁷cm^-3。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属波导层包括所述上高掺层上的第一波导层和所述第一波导层上的第二波导层，其中第一波导层为Ti，第二波导层为Au。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属电极层包括所述N⁺型掺杂衬底片上的第一电极层和所述第一电极层上的第二电极层，其中第一电极层为Ti，第二电极层为Au；所述焊接金属层包括所述金属电极层上的第一焊接层和所述第一焊接层上的第二焊接层，其中第一焊接层为In，第二焊接层为Au。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一选择性腐蚀液为NH₄OH:H₂O₂的体积比为1:19的混合溶液，腐蚀温度为20-30℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二选择性腐蚀液为质量浓度＞40％的HF溶液，腐蚀温度为20-30℃。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述正面金属电极图形的制作方法包括：首先采用光刻的方法将金属电极的图形转移到所述下高掺层的表面，然后沉积正面金属电极层，最后通过带胶剥离去除图形以外的金属。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述背面电极包括所述N⁺型高掺衬底上的第一电极层和所述第一电极层上的第二电极层，其中第一电极层为Ti，第二电极层为Au。

10.根据权利要求4所述的方法，其中，第一波导层的厚度为10-30nm，第二波导层的厚度为0.5-1.5μm。