一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法技术

本发明专利技术公开了一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法，采用示波器测量量子级联激光器在脉冲工作模式下的电压波形，通过调整电流脉冲宽度，获得不同电流脉冲宽度下的电压波形，根据电压波形前端是否出现明显尖峰，从而判断量子级联激光器快速退火效果，即金属电极是否达到良好的欧姆接触；本发明专利技术克服了依据电流

【技术实现步骤摘要】
一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器器件微纳加工领域，具体为一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法。

技术介绍

[0002]量子级联激光器(QCL)是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器，它是基于电子在量子阱中子带间的跃迁和声子辅助遂穿原理进行工作的；在QCL微纳加工工艺过程中，其金属电极制作的好坏对于QCL能否激光输出、散热效果等都有重要影响；在QCL金属电极制作工艺参数中，快速退火温度是决定金属电极制作是否成功的关键参数。由于QCL的金属电极通常都采用Ge/Au/Ni/Au或Ti/Au，其退火温度区间比较窄(约10℃)，这导致实际制备过程中由于设备温度漂移、退火气体状态、器件结构等的变化使得QCL快速退火后，难以确定QCL金属电极是否形成了良好的欧姆接触。因此，需要对QCL金属电极是否形成了良好欧姆接触进行测试和判断。
[0003]目前，QCL金属电极是否形成了良好欧姆接触的测试方法通常采用测量QCL所获得的电流
‑
电压关系曲线来进行，该方法相对比较复杂，需要准确测量大范围的电流
‑
电压关系；另外，由于QCL金属电极在形成欧姆接触时，其界面电阻变化比较小，采用电流
‑
电压关系曲线方法来进行判断将会产生较大的误差，甚至导致判断错误，所以我们需要设计一种结果更加准确的判断方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法，包括：
[0005]步骤一、制备QCL标准退火件；
[0006]步骤二、对QCL标准退火件进行第一次波形测试，得到多种电流参数；
[0007]步骤三、以多种所述电流参数作为QCL检测件的输入参数进行第二次波形测试，通过观察第二次波形测试中的波形是否出现明显的尖峰来判断QCL检测件的欧姆接触退火质量。
[0008]其中，优选的是，所述步骤一中，其过程包括：
[0009]S11、采用外延生长法制备外延片，其过程为：在衬底上采用外延生长法生长有源区，从而完成外延片的制备；
[0010]S12、清洗外延片，将制备好的外延片采用丙酮、乙醇水浴加热清洗，再采用去离子水冲洗，最后在加热板上烘干；
[0011]S13、腐蚀双沟，在清洗好的外延片上利用湿法腐蚀制作脊型波导结构，腐蚀液选用非选择性的InP腐蚀液，腐蚀的深度越过有源区底部，以保证电隔离；
[0012]S14、生长电绝缘层，采用MOCVD方法在有源区上部生长SiO2层，生长厚度为500nm；
[0013]S15、开设电注入窗口，采用胶厚约为2.5um的光刻胶AZ6130为掩膜，曝光显影后，采用干法刻蚀将脊型波导顶部的SiO2层移除从而形成电注入窗口；
[0014]S16、采用电子束蒸发法制作正面金属电极；
[0015]S17、进行电镀、减薄和解离作业，通过机械减薄和物理化学抛光的方法，将外延片的衬底厚度从350um减薄至120um；
[0016]S18、采用电子束沉积法制作背面金属电极；
[0017]S19、烧结和引线，将退火后的小外延片通过人工解理、In烧结、金属球焊的工艺分别从正面金属电极引出正电极，从背面金属电极连同铜热沉一体引出负电极，从而完成整个QCL标准退火件的制备。
[0018]其中，优选的是，所述步骤S11中，其过程为：所述有源区具体为由多个量子阱周期构成的双声子共振结构；每个量子阱周期的具体结构为：以In
0.67
Ga
0.33
As为阱层，In
0.37
Al
0.63
As为垒层，从注入垒开始按照：38/12/13/43/13/38/14/36/22/28/17/25/18/22/19/21/21/20/21/18/27/18埃的厚度进行交替生长而成；厚度为19/21/21/20的这几层结构为n掺杂层；所述n掺杂层为掺杂si，掺杂浓度为2
×
10
17
cm
‑3。
[0019]其中，优选的是，所述步骤S16中，其过程为：在外延片正面蒸镀Ti/Au制作欧姆接触电极，蒸镀的Ti和Au的厚度分别为25nm和250nm；再采用电镀工艺在欧姆接触电极表面镀5～6um厚的Au层。
[0020]其中，优选的是，所述步骤S18中，其过程为：所述背面金属电极为Ge/Au/Ni/Au合金电极，首先将外延片10装入电子束沉积设备中，抽真空至5
×
10
‑4Pa，按照Ge、Au、Ni薄膜标定的沉积速率，在外延片背面依次蒸镀18nm/48nm/10nm/150nm的Ge/Au/Ni/Au背面电极；完成后，取出外延片，人工解理成多个小外延片备用；然后，将其中一个所述小外延片放入快速退火炉中，按照标准退火温度405℃，退火60s。
[0021]其中，优选的是，所述步骤二中，其过程包括：
[0022]S21、进行第一次波形测试，流程具体为：将QCL标准退火件的正负极分别与电流源、示波器连接，然后将QCL标准退火件安装到TEC控温平台上；打开TEC控温平台，设置好工作温度，然后陆续打开电流源和示波器，开始观察示波器上的波形；
[0023]S22、多种所述电流参数为三种，分别是电流频率测试参数、电流脉宽测试参数、电流大小测试参数。
[0024]其中，优选的是，所述步骤二中，所述电流频率测试参数的获得方式为：采用QCL标准退火件在标准工作状态下的电流频率值，来作为输入电流频率测试参数。
[0025]其中，优选的是，所述步骤二中，所述电流脉宽测试参数的获得方式为：在第一次波形测试中，按照一定的增幅，不断调高QCL标准退火件的电流脉宽值，通过观察示波器，当观察到波形出现明显的方波时，将此时的电流脉宽值作为电流脉宽测试参数。
[0026]其中，优选的是，所述步骤二中，所述电流大小测试参数的获得方式为：在第一次波形测试中，将功率计放置于QCL标准退火件的出光面，按照一定的增幅，不断调高QCL标准退火件的输入电流大小值，通过观察功率计，当功率计显示的实时输出功率为最大值时，记录下此时的输入电压大小值，来作为输入电流大小测试参数。
[0027]其中，优选的是，所述步骤三中，其过程包括：
[0028]S31、进行第二次波形测试，流程具体为：将QCL标准退火件替换为QCL检测件，所述
QCL检测件的制备流程为：除退火温度不同，其余制备步骤和参数与QCL标准退火件的制备流程均相同；将已经得到的电流频率测试参数、电流脉宽测试参数、电流大小测试参数作为QCL检测件的输入参数，然后进行与第一次波形测试相同的流程；
[0029]S32、进行判断，判断规则具体为：在第二次波形测试中，观察示波器上的电压波形是否出现明显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法，其特征在于，包括：步骤一、制备QCL标准退火件；步骤二、对QCL标准退火件进行第一次波形测试，得到多种电流参数；步骤三、以多种所述电流参数作为QCL检测件的输入参数进行第二次波形测试，通过观察第二次波形测试中的波形是否出现明显的尖峰来判断QCL检测件的欧姆接触退火质量。2.如权利要求1所述的一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法，其特征在于，所述步骤一中，其过程包括：S11、采用外延生长法制备外延片，其过程为：在衬底上采用外延生长法生长有源区，从而完成外延片的制备；S12、清洗外延片，将制备好的外延片采用丙酮、乙醇水浴加热清洗，再采用去离子水冲洗，最后在加热板上烘干；S13、腐蚀双沟，在清洗好的外延片上利用湿法腐蚀制作脊型波导结构，腐蚀液选用非选择性的InP腐蚀液，腐蚀的深度越过有源区底部，以保证电隔离；S14、生长电绝缘层，采用MOCVD方法在有源区上部生长SiO2层，生长厚度为500nm；S15、开设电注入窗口，采用胶厚约为2.5um的光刻胶AZ6130为掩膜，曝光显影后，采用干法刻蚀将脊型波导顶部的SiO2层移除从而形成电注入窗口；S16、采用电子束蒸发法制作正面金属电极；S17、进行电镀、减薄和解离作业，通过机械减薄和物理化学抛光的方法，将外延片的衬底厚度从350um减薄至120um；S18、采用电子束沉积法制作背面金属电极；S19、烧结和引线，将退火后的小外延片通过人工解理、In烧结、金属球焊的工艺分别从正面金属电极引出正电极，从背面金属电极连同铜热沉一体引出负电极，从而完成整个QCL标准退火件的制备。3.如权利要求2所述的一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法，其特征在于，所述步骤S11中，其过程为：所述有源区具体为由多个量子阱周期构成的双声子共振结构；每个量子阱周期的具体结构为：以In
0.67
Ga
0.33
As为阱层，In
0.37
Al
0.63
As为垒层，从注入垒开始按照：38/12/13/43/13/38/14/36/22/28/17/25/18/22/19/21/21/20/21/18/27/18埃的厚度进行交替生长而成；厚度为19/21/21/20的这几层结构为n掺杂层；所述n掺杂层为掺杂si，掺杂浓度为2
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10
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cm
‑3。4.如权利要求2所述的一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法，其特征在于，所述步骤S16中，其过程为：在外延片正面蒸镀Ti/Au制作欧姆接触电极，蒸镀的Ti和Au的厚度分别为25nm和250nm；再采用电镀工艺在欧姆接触电极表面镀5～6um厚的Au层。5.如权利要求2所述的一种判断量子级联激光器快速退火效果的方法，其特征在于，所述步骤S18中，其过程为：所述背面金属电极为Ge/Au/Ni/Au合金电极，首先将外延片10装入电子束沉积设备中，抽真空至5
×
10
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪敏，杨奇，湛治强，蒋涛，邹蕊娇，陈风伟，舒琳，阎大伟，彭丽萍，樊龙，张继成，罗跃川，吴卫东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：