一種集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及激光器半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子 級(jí)聯(lián)激光器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲(TOz)波是指頻率位于IOOGHz到IOTHz的一段電磁波，介于微波與紅外波之 間。從能量上來說，T化波的光子能量覆蓋了半導(dǎo)體及等離子體的特征能量，也與有機(jī)和生 物大分子等的轉(zhuǎn)動(dòng)及振動(dòng)能量相匹配，因此可用于物質(zhì)檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域;從頻域上 看，T化波的頻率高，適用于空間保密通信及高速信號(hào)處理等領(lǐng)域;此外，T化波能夠穿透多 種非導(dǎo)電材料，如塑料、木頭、紙張等，在成像及公共安全等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。在眾 多的THz福射產(chǎn)生方式中，基于半導(dǎo)體的THz量子級(jí)聯(lián)激光器(Q化）由于其體積小、輕便、功 率高和易集成等特點(diǎn)，成為此領(lǐng)域一類重要的福射源器件。
[0003] 自2002年第一個(gè)THz Q化誕生，在巨大潛在應(yīng)用前景的驅(qū)動(dòng)下，Wz Q化的結(jié)構(gòu)不 斷改進(jìn)，各項(xiàng)性能也不斷刷新，目前的THz Q化激射波長(zhǎng)能夠覆蓋0.84~5. OTOz的頻率范 圍，脈沖模式下輸出峰值功率超過1W，最高工作溫度達(dá)到225K。在運(yùn)樣的背景下，目前有關(guān) Wz Q化的研究熱點(diǎn)已經(jīng)逐漸由傳統(tǒng)的有源區(qū)和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化（用W提高THz Q化的工作溫 度和輸出功率)轉(zhuǎn)移到開發(fā)基于THz Q化材料的各種新型功能性器件，如波長(zhǎng)可調(diào)諧THz Q化、Wz光梳、TOz光放大器等；由于上述基于THz Q化材料的各種新型功能性器件都是基于 THzQ化材料體系，運(yùn)些器件能夠相互匹配，有望在未來組成全固態(tài)甚至片上集成的THz光學(xué) 系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)THz光學(xué)系統(tǒng)小型化與低功耗有非常重要的意義。
[0004] 然而，T化波吸收器件方面的研究卻比較落后。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基于石墨締材料的 T化可飽和吸收體和基于超材料(metamaterial)結(jié)構(gòu)的THz吸收器都是一個(gè)個(gè)分立的器件， 且使用的材料與THz Q化差異較大，故不可能用在基于THz Q化材料的片上集成系統(tǒng)中。
[0005] 鑒于此，有必要提供一種新的集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器及其制作方 法用W解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于W上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種集成吸收波導(dǎo)的太赫 茲量子級(jí)聯(lián)激光器及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中THz波吸收器件均為分立器件，且使 用材料與THz Q化差異較大，無法用在基于THz Q化材料的片上集成系統(tǒng)中的問題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子級(jí) 聯(lián)激光器及其制作方法，所述集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器包括：
[000引半絕緣GaAs襯底；
[0009] 位于所述半絕緣GaAs襯底上表面的GaAs緩沖層；
[0010] 位于所述GaAs緩沖層表面的n型重滲雜下接觸層；
[0011] 位于所述n型重滲雜下接觸層表面的有源區(qū)；
[0012] 位于所述有源區(qū)表面的n型重滲雜上接觸層；
[0013] 位于所述n型重滲雜上接觸層表面且設(shè)有間隔距離L的第一、第二上電極金屬層， 其中，所述第二上電極金屬層為退火后可形成高波導(dǎo)損耗的上電極金屬層；
[0014] W及位于所述n型重滲雜下接觸層表面及有源區(qū)兩側(cè)的下電極金屬層。
[0015] 優(yōu)選地，所述退火后可形成高波導(dǎo)損耗的上電極金屬層為Pd/Ge/Ti/Au金屬層。
[0016] 優(yōu)選地，所述Pd/Ge/Ti/Au金屬層中Ge與Pd的原子比大于1 ,Ti層的厚度范圍為10 ~20um，Au層的厚度大于50um。
[0017] 優(yōu)選地，所述吸收波導(dǎo)的太赫茲波吸收能力與其長(zhǎng)度呈線性正比關(guān)系。
[0018] 優(yōu)選地，所述第一上電極金屬層的寬度與所述第二上電極金屬層的寬度相等。
[0019] 優(yōu)選地，所述間隔距離L的長(zhǎng)度范圍為5~30皿。
[0020] 本發(fā)明還提供一種集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器的制造方法，所述制作 方法包括：
[0021] Sl:提供一半絕緣GaAs襯底，在所述半絕緣GaAs襯底上分子束外延依次生長(zhǎng)GaAs 緩沖層、n型重滲雜下接觸層、有源區(qū)W及n型重滲雜上接觸層；
[0022] S2:采用光刻、電子束蒸發(fā)工藝在所述n型重滲雜上接觸層表面生長(zhǎng)第一上電極金 屬層，帶膠剝離；
[0023] S3:采用光刻、電子束蒸發(fā)工藝在所述n型重滲雜上接觸層表面生長(zhǎng)退火后可形成 高波導(dǎo)損耗的第二上電極金屬層，帶膠剝離，其中，所述第二上電極金屬層與所述第一上電 極金屬層之間設(shè)有間隔距離L
[0024] S4:在第一、第二上電極金屬層所在表面涂覆光刻膠作為刻蝕掩蔽層，采用光刻、 刻蝕工藝刻蝕所述第一、第二上電極金屬層兩側(cè)直至暴露所述n型重滲雜下接觸層，形成脊 形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，去除光刻膠刻蝕掩蔽層；
[0025] S5:進(jìn)行溫度大于等于340°C，時(shí)間大于等于20s的高溫快速退火工藝；
[0026] S6:采用光刻、電子束蒸發(fā)工藝在所述n型重滲雜下接觸層表面形成下電極金屬 層，帶膠剝離；
[0027] S7:進(jìn)行高溫快速退火工藝；
[0028] S8:減薄襯底、金絲焊接、W及封裝，完成器件制作。
[00巧]優(yōu)選地，所述間隔距離L的長(zhǎng)度范圍為5~30皿。
[0030] 優(yōu)選地，所述S5中高溫快速退火工藝的溫度小于425°C，時(shí)間小于120s。
[0031] 優(yōu)選地，當(dāng)所述S7中高溫快速退火的溫度大于等于340°C、且時(shí)間大于等于20s時(shí)， 所述制作方法包括：
[0032] Sl:提供一半絕緣GaAs襯底，在所述半絕緣GaAs襯底上分子束外延依次生長(zhǎng)GaAs 緩沖層、n型重滲雜下接觸層、有源區(qū)W及n型重滲雜上接觸層；
[0033] S2:采用光刻、電子束蒸發(fā)工藝在所述n型重滲雜上接觸層表面生長(zhǎng)第一上電極金 屬層，帶膠剝離；
[0034] S3:采用光刻、電子束蒸發(fā)工藝在所述n型重滲雜上接觸層表面生長(zhǎng)退火后可形成 高波導(dǎo)損耗的第二上電極金屬層，帶膠剝離，其中，所述第二上電極金屬層與所述第一上電 極金屬層的間隔距離為レ
[0035] S4:在第一、第二上電極金屬層所在表面涂覆光刻膠作為刻蝕掩蔽層，采用光刻、 刻蝕工藝刻蝕所述第一、第二上電極金屬層兩側(cè)直至暴露所述n型重滲雜下接觸層，形成脊 形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，去除光刻膠刻蝕掩蔽層；
[0036] S5:采用光刻、電子束蒸發(fā)工藝在所述n型重滲雜下接觸層表面形成下電極金屬 層，帶膠剝離；
[0037] S6:進(jìn)行溫度大于等于340°C、且時(shí)間大于等于20s的高溫快速退火工藝；
[0038] S7:減薄襯底、金絲焊接、W及封裝，完成器件制作。
[0039] 本發(fā)明還提供一種集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器，所述集成吸收波導(dǎo)的 太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器包括：
[0040] 滲雜GaAs襯底；
[0041 ]位于所述滲雜GaAs襯底上表面的鍵合金屬層；
[0042] 位于所述鍵合金屬層表面的n型重滲雜下接觸層；
[0043] 位于所述n型重滲雜下接觸層表面的有源區(qū)；
[0044] 位于所述有源區(qū)表面的n型重滲雜上接觸層；
[0045] W及位于所述n型重滲雜上接觸層表面且設(shè)有間隔距離L的第一、第二上電極金屬 層，其中，所述第二上電極金屬層為退火后可形成高波導(dǎo)損耗的上電極金屬層。
[0046] 本發(fā)明還提供一種集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器的制造方法，所述制作 方法包括：
[0047] Sl:提供一半絕緣GaAs襯底，在所述半絕緣GaAs襯底上分子束外延依次生長(zhǎng)GaAs 緩沖層、刻蝕阻擋層、n型重滲雜上接觸層、有源區(qū)W及n型重滲雜下接觸層；
[004引S2:提供一滲雜GaAs襯底，采用電子束蒸發(fā)工藝在所述滲雜GaAs襯底表面及Sl所 述結(jié)構(gòu)的n型重滲雜下接觸層表面分別生長(zhǎng)一鍵合金屬層；
[0049] S3:采用倒裝熱壓鍵合工藝將S2中形成的兩結(jié)構(gòu)進(jìn)行鍵合；
[0050] S4:采用研磨及選擇性刻蝕工藝去除半絕緣GaAs襯底、GaAs緩沖層及刻蝕阻擋層； [0051 ] S5:采用光刻、電子束蒸發(fā)工藝在所述n型重滲雜上接觸層表面生長(zhǎng)第一上電極金 屬層，帶膠剝離；
[0052] S6:采用光刻、電子束蒸發(fā)工藝在所述n型重滲雜上接觸層表面生長(zhǎng)退火后可形成 高波導(dǎo)損耗的第二上電極金屬層，帶膠剝離，其中，所述第二上電極金屬層與所述第一上電 極金屬層之間設(shè)有間隔距離L
[0053] S7:在第一、第二上電極金屬層所在表面涂覆光刻膠作為刻蝕掩蔽層，采用光刻、 刻蝕工藝刻蝕所述第一、第二上電極金屬層兩側(cè)直至暴露所述鍵合金屬層，形成脊形波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)，去除光刻膠刻蝕掩蔽層；
[0054] S8:進(jìn)行溫度大于等于340°C，時(shí)間大于等于20s的高溫快速退火工藝；
[0055] S9:減薄襯底、金絲焊接、W及封裝，完成器件制作。
[0056] 如上所述，本發(fā)明的一種集成吸收波導(dǎo)的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器及其制作方法， 具有W下有益效果:本發(fā)明通過改變所述THz Q化的上電極金屬層并進(jìn)行