[发明专利]掩埋异质结器件及其制备方法

说明书

本发明公开了掩埋异质结器件及其制备方法，该方法包括：在衬底上依次生长第一掺杂层、有源层、第二掺杂层、第一二氧化硅层；在第一二氧化硅层上制作填充窗口；将该窗口腐蚀至第一掺杂层上表面，形成沟槽并填充掩埋材料；通过腐蚀形成辅助脊；第一掺杂层和辅助脊上生长第二二氧化硅层；通过腐蚀在第二二氧化硅层上制备发光脊；在发光脊和辅助脊上分别制作沉积金属窗口；在该窗口内生长欧姆接触并制作第一正面金属电极；经处理之后，在衬底底部制作背面金属电极，解理处理后，得到芯片本体；在第一热沉材料表面制作第二正面金属电极；将芯片本体倒置烧结到第一热沉材料上；将带有芯片本体的第一热沉材料烧结到第二热沉材料上，得到掩埋异质结器件。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及掩埋异质结器件及其制备方法。

背景技术

太赫兹量子级联激光器(THz QCLs)是一种发射相干辐射的半导体单极器件，整个激射过程发生在子带间，避免了复杂的价带参与，阻止了俄歇复合过程。由MBE生长有源区，通过两种交替生长的超薄半导体材料形成超晶格量子阱，并在量子阱中形成分离的导带子能级，改变材料的组分以及厚度来对发射频率进行调节。因此，在毒品和气体检测、太赫兹成像、通信、生物医疗、精密光谱分析、近场显微成像等方向有广泛的应用前景。

对于半导体激光器来说，有源区温度的提升总会导致激光器性能的恶化，尤其对于太赫兹量子级联激光器，其有源区厚度一般会达到十微米以上，脊宽通常都在上百微米，这样在激光器工作过程中，如何有效地将内部热导出成了难题。

一般来说，为了发挥太赫兹量子级联激光器的性能，对太赫兹量子级联激光器的测试会使用到液氦循环系统，这套系统是非常笨重的，只适合于实验室研究，并不适合实际应用中用于太赫兹量子级联激光器的制冷。若为了便于应用，采用液氮杜瓦封装的话，又无法有效地将内部的热量散去，难以保证器件在高温下连续工作。

为了进一步的提高有源区的散热能力，可以采用不同的封装方式。传统上太赫兹量子级联激光器不管是采用半绝缘表面等离子体波导结构还是双面金属波导结构，都是正焊的封装方式，发光脊和热沉之间隔着上百微米厚的衬底厚度，器件的纵向散热能力很差。即使去做倒焊，用二氧化硅作为绝缘层，也没有考虑横向填充，这样会导致不光散热能力比较差，而且会使软焊料对发光脊产生巨大应力，在高温压焊和低温测试几百度的温差下，容易导致器件开裂和失效，以至于成品率很低，不适合应用发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供掩埋异质结器件及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

作为本发明的一个方面，本发明提供了一种掩埋异质结器件的制备方法，包括：

在半绝缘衬底上依次生长第一掺杂层、有源层、第二掺杂层，其中，上述第一掺杂层的掺杂浓度小于上述第二掺杂层的掺杂浓度；

在上述第二掺杂层上生长第一二氧化硅层；

在上述第一二氧化硅层上制作至少一个填充窗口；

将上述填充窗口腐蚀至所述第一掺杂层的上表面，形成沟槽，在所述沟槽中填充掩埋材料；

通过光刻和湿法腐蚀，在上述第一掺杂层上形成辅助脊；

在上述第一掺杂层和所述辅助脊上生长第二二氧化硅层；

通过光刻和湿法腐蚀，在上述第二二氧化硅层上制备发光脊；

在上述发光脊和所述辅助脊上分别制作沉积金属窗口；

在上述沉积金属窗口内生长欧姆接触；

在上述沉积金属窗口内制作第一正面金属电极；

经减薄、抛光处理之后，在上述半绝缘衬底的底部制作背面金属电极，经解理处理之后，得到芯片本体；