金屬鍵合技術(shù)及其在光電器件中的應(yīng)用_圖文

1、 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng) Vol.44, No.1Jan. 2007www. opticsjournal. net Vol.44, No.1Jan. 2007激光與光電子學(xué)進(jìn)展 aser &Optoelectronics Progress 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng) www. opticsjournal. net 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng) Vol.44, No.1Jan. 2007www. opticsjournal. net Vol.44, No.1Jan. 2007激光與光電子學(xué)進(jìn)展 aser &Optoelectronics Progress 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng) www. opticsjournal. n

2、et 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng) Vol.44, No.1Jan. 2007www. opticsjournal. netVol.44, No.1 Jan. 2007 L 激光與光電子學(xué)進(jìn)展 aser & Optoelectronics Progress 改善 光學(xué) DBR 的 反 射 率 25， 而 Ni 起阻擋鍵合層 Au-Ge 的缺陷 進(jìn) 入 Au 或半導(dǎo)體 ， Au-Ge 的 熔 點(diǎn) 只 有 并 280 ，可 實(shí) 現(xiàn) 低溫 金屬鍵合， 且 不 會(huì) 導(dǎo) 致 光學(xué) 膜 Si/Al2O3 DBR 發(fā)生分解而影響其光學(xué)性質(zhì)。 把 金屬鍵合應(yīng)用 到 VCSEL 器 件 結(jié)構(gòu) 的制 作 中的 關(guān) 鍵

3、是 選擇 低 熔 點(diǎn)、 高反射率、 易 與 半導(dǎo)體 形成 歐姆 接 觸 、 擴(kuò)散 系 數(shù) 大 的金屬膜。 并 且 在鍵合 退火 處 理時(shí) ， 退火 溫 圖 6 金屬鍵合光 抽 運(yùn) VCSEL 平 均 光 輸出功率曲 線 ， 其 中 內(nèi) 插圖 為閾值附 近激 射光譜圖 27 度一般高于金屬或合金共熔溫 度 ， 這 樣可利 用 擴(kuò)散 和 熔融兩個(gè) 作 用， 增加 鍵合 強(qiáng)度 。但 同時(shí)退火 溫 度 也 不 能 過 高 ，否 則 可 能 導(dǎo) 致 材料的光學(xué) 性質(zhì) 發(fā)生 改 變 ，甚至 發(fā)生材料分解 。 率 DBR 反 射 鏡 ， InP 基 材料 熱 性 能 劣 于 GaAs 基材料， 因 此長(zhǎng) 波

4、 長(zhǎng) InP 基 VCSEL 研究 進(jìn) 展 緩慢 。為 了 改 善 長(zhǎng) 波 長(zhǎng) InP 基 VCSEL 的 這些 性 能， 目前 主要有以下 幾 種 方法： 1 高溫 直接 鍵合 InP 基 有 源 區(qū) 到 GaAs/AlGaAs DBR 腔 鏡 ； 2 低溫 鍵合 組 合 腔 鏡 辦 法， 如 蒸 鍍光學(xué) 介 質(zhì) DBR 。 最近 ， 法國(guó)科學(xué) 家 Levallois C 等 27 成 功 地利 用金 屬 鍵 合 把 VCSEL 器 件 鍵 合 到 硅 襯底上， 從 而改善 了 VCSEL 的器 件的 導(dǎo)熱性 能。并 且 金屬鍵合 對(duì) 6.5 對(duì) Si/Al2O3 DBR Cr Au Ni

5、Au-Ge Au-Ge Ni Au Cr 530 nm 50 nm 100 nm 100 nm 100 nm 50 nm 530 nm Si 襯底 圖 7 AuGeNiCr 金屬鍵合區(qū)結(jié)構(gòu) 12 這 VCSEL 的光學(xué) 性質(zhì)影響不大 ， 對(duì) VCSEL 器 件 結(jié) 構(gòu) 的 制 作 是 有 利 的。 圖 5(a 是 他 們 金屬鍵合的 1.55 mm VCSEL 結(jié)構(gòu)整個(gè) 截 面 簡(jiǎn) 圖， 而 圖 5(b 則 顯 示 了其中的金 屬膜 區(qū) 結(jié)構(gòu) 。此 VCSEL 采 用 腔 長(zhǎng) 為 1.5l 的 InGaAs/InGaAsP 量 子 阱 為 有 源 區(qū)， 上 下 DBR 用 磁控濺 射 折 射

6、率 相 差 1.9 的 a-Si/ a-SiNx 的光學(xué) DBR 。 濺 射 上的 Au 具有 高反射 率， 有 助 于 提高 DBR 的 整 體反射率 25 5 結(jié)束語(yǔ) 隨 著 對(duì) 金屬鍵合 機(jī)理 的 逐漸 認(rèn)識(shí) 和金屬鍵合工藝技術(shù)的 逐漸 成 熟 ， 多 種 不 同 材料的 晶片 之 間 已 經(jīng) 能 夠通過 金屬膜 實(shí) 現(xiàn) 鍵 合， 從 而可 形成 一 些 有 特 殊 用 途 的光 電器件，這 有 待 于進(jìn) 一步的研究 和 開 發(fā)。以后 的光電器件 結(jié)構(gòu) 制 作 中， 有 望 越 來 越 多 地利 用金屬 鍵合技術(shù)。 收稿 日期： 2006-08-10 基金項(xiàng)目： 973 計(jì) 劃 (200

7、3CB314903項(xiàng) 目資助。 作 者 簡(jiǎn) 介 : 謝 正 生 (1981 - ， 男， 江西 人， 中 國(guó) 科 學(xué) 院上 海 微 系 統(tǒng) 與 信 息 技 術(shù) 研 究所 研 究 生， 主要 從 事光電 子材 料與器件工藝研究。 E-mail: xiezs 。 導(dǎo)師簡(jiǎn)介： 吳 惠 楨 (1959- ， 男， 浙江 人， 中 國(guó) 科 學(xué) 院上 海 微 系 統(tǒng) 與 信 息 技 術(shù) 研 究所 研 究 員 ， 主要 從 事光電 子材 料、 物 理 與器件研究。 。熱蒸發(fā)熔點(diǎn)只有 157 金屬 In， 隨 后 采 取 金屬鍵 合的工藝流程，加 壓 5 kg/cm2 在 240 退火 20 min。鍵合 后

8、 的器 件 性 能 良好 ，其 抽 運(yùn) 光 輸 出 功 率 曲 線 和 激射 光 譜圖如圖 6 所 示 。 在長(zhǎng) 波 長(zhǎng) VCSEL 器件 結(jié)構(gòu) 制 作中，除了用 TiAuIn 進(jìn)行 金屬鍵 合 外 ， 也 有 用其 它 金屬膜， 這 由 VCSEL 的 結(jié) 構(gòu) 材 料 和 工 藝 來 決 定。前面 提到 的 Lin H C 等11,12則 用金屬 AuGeNiCr 進(jìn)行 金屬鍵合， 其金屬鍵合區(qū)結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。 其 中蒸鍍的 Cr 是很好的 半導(dǎo)體材料 黏 接層 和 擴(kuò)散 阻擋 層 ， Au 可 用 來 100 nm 36 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng) www . opticsjournal . ne

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