一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法

摘要

本发明公开了一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法，所述激光器芯片包括GaAs衬底，所述GaAs衬底表面自下而上依次设有外延层和P面管芯结构，所述GaAs衬底远离外延层的一侧镀有N面电极，所述GaAs衬底与N面电极接触的端面上设置有粗糙区。本发明工艺设计合理，不仅有效提高了芯片的整体厚度，芯片的弯曲度和翘曲度明显小于常规抛光工艺处理后的薄芯片，避免了镀膜不均匀和磨料渗入管芯P/N面的情况；同时粗糙区能够提高衬底与N面电极的接触面积，降低了半导体与N面电极之间的接触电阻，有效降低激光器管芯的体电阻，从而减低激光器的阈值电流，提高了电光转换效率，提高了N面电极与GaAs衬底之间的粘附性，避免出现N面电极脱落的情况。

权利要求

1.一种GaAs基半导体激光器芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)外延层及P面管芯结构的制备；准备GaAs衬底(1)，在GaAs衬底(1)表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

2)N面减薄，抛光；

a)取步骤1)处理后的芯片，芯片P面黏贴在透明玻璃板上，进行N面研磨，研磨至芯片厚度为170‑180um；

b)利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯片厚度为120‑160um；

c)取下芯片，丙酮重复清洗3‑5次，再将芯片放入乙醇溶液中清洗，接着通过去离子水清洗，氮气烘干；

3)制备N面掩膜层(2)：取步骤2)清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层(2)，其中掩膜层(2)的厚度为0.3‑1um；

4)光刻显影：

a)取带有掩膜层(2)的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；

b)曝光，在N面掩膜层(2)上光刻出粗糙区(11)区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区(11)上覆盖的光刻胶，再腐蚀除去粗糙区(11)表面的掩膜层(2)；

c)除去芯片N面的光刻胶；

5)N面蒸镀金属层(3)：取步骤4)处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层(3)；

6)退火，ICP刻蚀：取蒸镀完成后的芯片，芯片P面朝上放入合金炉中，退火；再将芯片N面朝上放入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为10‑20um，形成凹槽；

7)湿法腐蚀：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀；

8)腐蚀N面掩膜层(2)：取步骤7 )腐蚀后的芯片，再放入BOE腐蚀液中腐蚀，去除N面掩膜层(2)；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为1‑5min；

9)蒸镀N面电极(4)：取步骤8 )处理后的芯片，丙酮重复清洗3‑5次，再将芯片放入乙醇溶液中清洗，接着通过去离子水清洗，氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极(4)；

10)解理，封装：取带有N面电极(4)的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；

解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

2.根据权利要求1所述的一种GaAs基半导体激光器芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)外延层及P面管芯结构的制备；准备GaAs衬底(1)，在GaAs衬底(1)表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

2)N面减薄，抛光；

a)取步骤1)处理后的芯片，芯片P面利用高温固体蜡黏贴在透明玻璃板上，采用Al2O3磨料进行N面研磨，研磨至芯片厚度为170‑180um；

b)利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯片厚度为120‑160um；所述芯片N面抛光后，粗糙度为30‑ 

c)将透明玻璃板放置在加热台上，加热熔化高温固体蜡，取下芯片，丙酮重复清洗3‑5次，其中丙酮温度为50‑52℃，清洗时间为5‑7min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为

70‑73℃，清洗时间为5‑7min；再通过去离子水清洗，氮气烘干；

3)制备N面掩膜层(2)：取步骤2)清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层(2)，所述掩膜层(2)为SiO2、SiNx中的任意一种；所述掩膜层(2)厚度为0.5‑

1um；

4)光刻显影：

a)取带有掩膜层(2)的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；

b)曝光，在N面掩膜层(2)上光刻出粗糙区(11)区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区(11)上覆盖的光刻胶，再腐蚀除去粗糙区(11)表面的掩膜层(2)；

c)除去芯片N面的光刻胶；

5)N面蒸镀金属层(3)：取步骤4)处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层(3)；

6)退火，ICP刻蚀：取蒸镀完成后的芯片，芯片P面朝上放入合金炉中，退火；再将芯片N面朝上放入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为10‑20um，形成凹槽；所述凹槽的粗糙度为

7)湿法腐蚀：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀，腐蚀深度为1‑5um；

8)腐蚀N面掩膜层(2)：取步骤7 )腐蚀后的芯片，再放入BOE腐蚀液中，腐蚀1‑5min；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为1‑5min；所述稀盐酸的浓度为5％‑30％；

9)蒸镀N面电极(4)：取步骤8 )处理后的芯片，丙酮重复清洗3‑5次，其中丙酮温度为

50‑52℃，清洗时间为5‑7min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为70‑73℃，清洗时间为

5‑7min；再通过去离子水清洗，氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极(4)；

10)解理，封装：取带有N面电极(4)的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；

解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

3.根据权利要求2所述的一种GaAs基半导体激光器芯片的制备方法，其特征在于：步骤

5)中，所述金属层(3)厚度为 蒸镀速率为 所述金属层(3)为Ti、Ni中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的一种GaAs基半导体激光器芯片的制备方法，其特征在于：步骤

6)中，所述退火温度为300‑350℃，O2流量为2‑3L/min，退火时间为3‑10min。

5.根据权利要求2所述的一种GaAs基半导体激光器芯片的制备方法，其特征在于：步骤

7)中，所述腐蚀液包括磷酸、双氧水和水，所述磷酸、双氧水和水的体积比为1：1：3。

6.根据权利要求1‑5中任意一项所述的一种GaAs基半导体激光器芯片的制备方法制备的激光器芯片，其特征在于：所述激光器芯片包括GaAs衬底(1)，所述GaAs衬底(1)表面自下而上依次设有外延层和P面管芯结构，所述GaAs衬底(1)远离外延层的一侧镀有N面电极(4)，所述GaAs衬底(1)与N面电极(4)接触的端面上设置有粗糙区(11)。

7.根据权利要求6所述的激光器芯片，其特征在于：所述粗糙区(11)为若干个朝向外延层延伸的凹槽，所述凹槽深度为10‑20μm；所述凹槽的横截面积朝向外延层的方向逐渐减小。

8.根据权利要求6所述的激光器芯片，其特征在于：所述粗糙区(11)的粗糙度为

9.根据权利要求6所述的激光器芯片，其特征在于：所述激光器芯片的厚度为120‑170μm。

说明书

一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体激光器领域，具体是一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法。

背景技术

[0002] 半导体激光器有效而可靠工作的基本条件之一是应用低阻欧姆接触电极，该接触电极还要足够厚，以提供后期封装工艺合适的引线键合压点和接触材料之间的最小的压
降。对于GaAs半导体边发射激光器，接触电极一般设计成整体接触。同时为了封装制备工艺
的批量自动化需求，以及表面金属的质量和外观，其N面要求平坦度较高。制备N面金属电极
前，需要对GaAs基底进行抛光处理，其粗糙度要求在十几埃以下，这样才能满足封装设备的
识别要求，同时避免镀膜制备工艺中金属电极硌伤问题，但是此种工艺有以下几个缺点：

[0003] 1、现如今为降低芯片的体电阻，激光器进行N面电极工艺制备前需要将N面GaAs衬底研磨减薄，减薄后芯片厚度一般在100‑150微米，由于芯片很薄，尤其是在减薄后进行界
面抛光后的芯片应力比较大，导致芯片弯曲度明显，容易出现破片损失，在后续解理镀膜时
还容易引起镀膜巴条摆条缝隙明显，镀膜不均匀，焊料污染的质量问题；

[0004] 2、进行抛光的N型GaAs界面，因接触面积有限，如果外拉力大于金属膜层和GaAs的黏附力，容易出现金属黏附异常；导致N面电极金属的粘附力较差；

[0005] 3、由于焊接导线截面面积一定，而焊线要求一定的压力，压力太小容易出现焊接不住，压力太大封装焊线时容易出现将半导体材料砸伤的质量问题，对焊线要求较高；

[0006] 针对以上GaAs基半导体激光器芯片N面金属电极的缺点，本发明专利制备了一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法，这是我们亟待解决的问题之一。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

[0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0009] 一种GaAs基半导体激光器芯片，所述激光器芯片包括GaAs衬底，所述GaAs衬底表面自下而上依次设有外延层和P面管芯结构，所述GaAs衬底远离外延层的一侧镀有N面电
极，所述GaAs衬底与N面电极接触的端面上设置有粗糙区。

[0010] 较优化地，所述激光器芯片的厚度为120‑170μm。

[0011] 较优化地，所述粗糙区的粗糙度为

[0012] 现如今在进行激光器芯片制备时，为了降低芯片的体电阻，一般在进行N面金属电极蒸镀之前对GaAs衬底进行减薄后进行抛光，减薄抛光后的芯片容易出现以下情况：在实
际操作中减薄抛光后的芯片厚度一般会在100‑130um左右，由于其厚度较小，而芯片的应力
较大，这样极容易导致巴条出现弯曲情况，在后续镀膜时会导致镀膜不均匀，焊料污染到芯
片P面、N面电极的情况，影响芯片质量；针对该问题，本技术方案中提高了芯片的整体厚度，
将芯片设计为120‑170μm，芯片的厚度比常规芯片高，弯曲度和翘曲度明显小于常规抛光工
艺处理后的薄芯片，同时在后期解理巴条摆条均匀匹配度高，降低翘曲度引入的巴条之间
的缝隙问题，避免了镀膜不均匀和磨料渗入管芯P/N面的情况。

[0013] 而由于芯片厚度相比较常规芯片更高，导致芯片的体电阻也更大，针对这个问题，本技术方案中又在GaAs衬底与N面电极接触的端面设计了若干个粗糙区，粗糙区的粗糙度
为 这样可以提高粗糙区与N面电极的接触面积，降低了半导体与N面电极之
间的接触电阻，有效降低激光器管芯的体电阻，从而减低激光器的阈值电流，提高了电光转
换效率；同时由于粗糙度的提高，提高了N面电极与GaAs衬底之间的粘附性，避免出现N面电
极脱落的情况。

[0014] 较优化地，所述粗糙区为若干个朝向外延层延伸的凹槽，所述凹槽深度为10‑20μm；所述凹槽的横截面积朝向外延层的方向逐渐减小。

[0015] 实际操作时，粗糙区可设计为圆形、方形、长方形等其他可焊接图形，图形尺寸大于3μm，其面积为焊线截面积的2.5‑4倍，凹槽个数大于等于焊点数量；同时粗糙区可以管芯
为单位周期性排列；这样设计便于后续将粗糙区作为焊线焊点进行焊接，提高了焊线与焊
点的接触面积，降低了焊接所需的压力，避免了芯片砸伤的质量问题。

[0016] 粗糙区的深度可设计为10‑20μm，所述粗糙区为若干个朝向外延层凹陷的凹槽，凹槽的横截面积朝向外延层的方向逐渐减小，在进行后续焊接操作时，凹槽可以有效缓冲焊
点施加于管芯接触面的单位面积的下压力度，降低N面半导体材料的损伤；同时提高与焊料
的接触面积，降低焊料和电极之间的压降。

[0017] 较优化地，一种GaAs基半导体激光器芯片的制备方法，包括以下步骤：

[0018] 1)外延层及P面管芯结构的制备；

[0019] 2)N面减薄，抛光；

[0020] 3)制备N面掩膜层；

[0021] 4)光刻显影；

[0022] 5)N面蒸镀金属层；

[0023] 6)退火，ICP刻蚀；

[0024] 7)腐蚀N面掩膜层；

[0025] 8)蒸镀N面电极；

[0026] 9)解理，封装。

[0027] 较优化地，包括以下步骤：

[0028] 1)外延层及P面管芯结构的制备；准备GaAs衬底，在GaAs衬底表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

[0029] 2)N面减薄，抛光；

[0030] a)取步骤1)处理后的芯片，芯片P面黏贴在透明玻璃板上，进行N面研磨，研磨至芯片厚度为170‑180um；

[0031] b)利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯片厚度为120‑160um；

[0032] c)取下芯片，丙酮重复清洗3‑5次，再将芯片放入乙醇溶液中清洗，接着通过去离子水清洗，氮气烘干；

[0033] 3)制备N面掩膜层：取步骤2)清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层，其中掩膜层的厚度为0.3‑1um；

[0034] 4)光刻显影：

[0035] a)取带有掩膜层的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；

[0036] b)曝光，在N面掩膜层上光刻出粗糙区区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区上覆盖的光刻胶，再腐蚀除去粗糙区表面的掩膜层；

[0037] c)除去芯片N面的光刻胶；

[0038] 5)N面蒸镀金属层：取步骤4)处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层；

[0039] 6)退火，ICP刻蚀：取蒸镀完成后的芯片，芯片P面朝上放入合金炉中，退火；再将芯片N面朝上放入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为10‑20um，形成凹槽；

[0040] 7)湿法腐蚀：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀；

[0041] 8)腐蚀N面掩膜层：取步骤8)腐蚀后的芯片，再放入BOE腐蚀液中腐蚀，去除N面掩膜层；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为1‑5min；

[0042] 9)蒸镀N面电极：取步骤9)处理后的芯片，丙酮重复清洗3‑5次，再将芯片放入乙醇溶液中清洗，接着通过去离子水清洗，氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面
电极；

[0043] 10)解理，封装：取带有N面电极的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

[0044] 较优化地，包括以下步骤：

[0045] 1)外延层及P面管芯结构的制备；准备GaAs衬底，在GaAs衬底表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；步骤1)中进行外延层、P面管芯结构的制备，其中外延
层包括P型接触层、P型限制层、P型波导层、有源区、N型波导层和N型限制层，或是其他常规
工艺结构；所述P面管芯结构包括P电极、绝缘膜、脊区等常规GaAs激光器工艺结构；

[0046] 2)N面减薄，抛光；

[0047] a)取步骤1)处理后的芯片，芯片P面利用高温固体蜡黏贴在透明玻璃板上，采用Al2O3磨料进行N面研磨，研磨至芯片厚度为170‑180um；

[0048] b)利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯片厚度为120‑160um；所述芯片N面抛光后，粗糙度为 步骤2)中首先对芯片N面进行减薄抛光工艺，减薄抛光时将芯片
厚度控制在120‑150um，降低芯片弯曲度和翘曲度；

[0049] c)将透明玻璃板放置在加热台上，加热熔化高温固体蜡，取下芯片，丙酮重复清洗3‑5次，其中丙酮温度为50‑52℃，清洗时间为5‑7min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度
为70‑73℃，清洗时间为5‑7min；再通过去离子水清洗，氮气烘干；步骤2)减薄抛光后再进行
清洗，除去芯片P面的高温固体蜡，步骤2)中利用丙酮、乙醇、去离子水依次进行清洗，其原
理就是利用“相似相溶”原理进行清洗；

[0050] 3)制备N面掩膜层：取步骤2)清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层，所述掩膜层为SiO2、SiNx中的任意一种；所述掩膜层厚度为0.5‑1um；步骤
3)中通过PECVD制备N面掩膜层，当掩膜层厚度较高时，膜层容易出现黏附、裂纹等异常，因
此该步骤中将膜层厚度设在0.3‑1um；掩膜层的作用就是为了配合后续进行光刻显影，制备
粗糙区，同时也对N面衬底的抛光界面进行保护；

[0051] 4)光刻显影：

[0052] a)取带有掩膜层的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；

[0053] b)曝光，在N面掩膜层上光刻出粗糙区区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区上覆盖的光刻胶，再腐蚀除去粗糙区表面的掩膜层；

[0054] c)除去芯片N面的光刻胶；步骤4)中进行光刻显影，光刻出粗糙区域的图形，实际操作中光刻图形可以为粗糙区可设计为圆形、方形、长方形等其他可焊接图形，图形尺寸大
于3μm，便于后续作为焊线焊点进行焊接；

[0055] 5)N面蒸镀金属层：取步骤4)处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层；由于在后续进行ICP刻蚀时，单纯对GaAs衬底进行刻蚀，粗糙区无法形成我们
所需要的粗糙度，因此步骤5)中进行金属层的蒸镀，利用金属层的刻蚀速率与GaAs衬底刻
蚀速率之间的差别来提高粗糙区的粗糙度；

[0056] 6)退火，ICP刻蚀：取蒸镀完成后的芯片，芯片P面朝上放入合金炉中，退火；再将芯片N面朝上放入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为10‑20um，形成凹槽；所述凹槽的粗糙度
为 步骤6)中首先进行退火，薄金属在高温退火后下可以形成团聚岛状结构
氧化物，可在未被掩膜层覆盖的区域成团聚状态，在进行ICP刻蚀时起到掩膜刻蚀的作用；
步骤6)再进行ICP刻蚀，利用薄金属与GaAs衬底的刻蚀速率来形成粗糙表面，ICP刻蚀优选
的刻蚀气体为Cl基刻蚀气体，包括BCl3、Cl2、CCl2F2、SCl4等；

[0057] 7)湿法腐蚀：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀，腐蚀深度为1‑5um；步骤7)中先在芯片P面涂覆光刻胶，进行P面保护，再进行湿法
腐蚀，去除N面表面的刻蚀损失层，刻蚀损伤层的存在会影响后续芯片蒸镀N面电极的粘附
性，因此本步骤为了避免该问题，利用腐蚀液进行腐蚀，腐蚀液可选用常规GaAs腐蚀试剂；

[0058] 8)腐蚀N面掩膜层：取步骤8)腐蚀后的芯片，再放入BOE腐蚀液中，腐蚀1‑5min；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为1‑5min；所述稀盐酸的浓度为5％‑30％；步骤8)中先利
用BOE腐蚀液腐蚀去除芯片表面的掩膜层，再利用稀盐酸去除芯片表面的氧化层，以形成新
鲜表面，便于后续进行N面电极蒸镀；

[0059] 9)蒸镀N面电极：取步骤9)处理后的芯片，丙酮重复清洗3‑5次，其中丙酮温度为50‑52℃，清洗时间为5‑7min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为70‑73℃，清洗时间为
5‑7min；再通过去离子水清洗，氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极；

[0060] 10)解理，封装：取带有N面电极的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；解理巴条，制备成单管芯焊线封装。步骤8)进行N面电极的蒸镀，N面电极金属结构采用
常规GeAuNiAu、NiAu等金属体系；再进行解理，制备欧姆接触，镀膜封装等操作，制备得到激
光器芯片。

[0061] 较优化地，步骤5)中，所述金属层厚度为 蒸镀速率为 所述金属层为Ti、Ni中的任意一种。

[0062] 较优化地，步骤6)中，所述退火温度为300‑350℃，O2流量为2‑3L/min，退火时间为3‑10min。

[0063] 较优化地，步骤7)中，所述腐蚀液包括磷酸、双氧水和水，所述磷酸、双氧水和水的体积比为1：1：3。

[0064] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0065] 本发明专利制备了一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法，不仅降低了芯片内应力，改善了巴条的弯曲度，还有效提高了金属半导体之间的黏附，降低了焊线损伤，提
高了焊点接触面积，改善N面电流扩展，提高了管芯的产出率和可靠性。

[0066] 本发明设计了一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法，工艺设计合理，操作简单，不仅有效提高了芯片的整体厚度，芯片的弯曲度和翘曲度明显小于常规抛光工艺处
理后的薄芯片，避免了镀膜不均匀和磨料渗入管芯P/N面的情况；同时设计了粗糙区，提高
衬底与N面电极的接触面积，降低了半导体与N面电极之间的接触电阻，有效降低激光器管
芯的体电阻，从而减低激光器的阈值电流，提高了电光转换效率，提高了N面电极与GaAs衬
底之间的粘附性，避免出现N面电极脱落的情况，具有较高的实用性。

附图说明

[0067] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

[0068] 图1为本发明一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法的工艺流程示意图；

[0069] 图2为本发明进行掩膜层制备后的芯片结构示意图；

[0070] 图3为本发明进行金属层蒸镀后的芯片结构示意图；

[0071] 图4为本发明进行快速退火后的芯片结构示意图；

[0072] 图5为本发明进行ICP刻蚀后，形成的带有粗糙区的芯片结构示意图；

[0073] 图6为本发明去除掩膜层后，形成的芯片结构示意图；

[0074] 图7为本发明进行N面电极蒸镀后的芯片结构示意图；

[0075] 图8为本发明制备的带有粗糙区的芯片，其在实际使用时作为焊点进行焊接的状态示意图；

[0076] 图9为本发明制备的带有粗糙区的芯片立体结构示意图。

[0077] 图中：1‑GaAs衬底、11‑粗糙区、2‑掩膜层、3‑金属层、4‑N面电极、5‑焊点、6‑焊线。

具体实施方式

[0078] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0079] 实施例1：

[0080] S1：准备GaAs衬底1，在GaAs衬底1表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

[0081] S2：取S1处理后的芯片，芯片P面利用高温固体蜡黏贴在透明玻璃板上，采用Al2O3磨料进行N面研磨，研磨至芯片厚度为170um；再利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯
片厚度为120um；所述芯片N面抛光后，粗糙度为 最后将透明玻璃板放置在加热台上，
加热熔化高温固体蜡，取下芯片，丙酮重复清洗3次，其中丙酮温度为50℃，清洗时间为
7min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为70℃，清洗时间为7min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；

[0082] S3：取S2清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层2，其中掩膜层2为SiO2；所述掩膜层2厚度为0.5um；

[0083] S4：取带有掩膜层2的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；曝光，在N面掩膜层2上光刻出粗糙区11区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区11上覆盖的光刻
胶，再腐蚀除去粗糙区11表面的掩膜层2；再除去芯片N面的光刻胶；

[0084] S5：取S4处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层3；所述金属层3厚度为 蒸镀速率为 所述金属层3为Ti；再将芯片P面朝上放入合金炉中，
退火，其中所述退火温度为300℃，O2流量为2L/min，退火时间为10min；再将芯片N面朝上放
入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为10um，形成凹槽；所述凹槽的粗糙度为

[0085] S6：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀，腐蚀深度为1um，其中所述腐蚀液包括磷酸、双氧水和水，所述磷酸、双氧水和水的体积
比为1：1：3；再将芯片放入BOE腐蚀液中，腐蚀1min；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为
1min；所述稀盐酸的浓度为5％；

[0086] S7：取腐蚀处理后的芯片，丙酮重复清洗3次，其中丙酮温度为50℃，清洗时间为7min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为70℃，清洗时间为7min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极4；

[0087] S8：取带有N面电极4的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

[0088] 实施例2：

[0089] S1：准备GaAs衬底1，在GaAs衬底1表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

[0090] S2：取S1处理后的芯片，芯片P面利用高温固体蜡黏贴在透明玻璃板上，采用Al2O3磨料进行N面研磨，研磨至芯片厚度为175um；再利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯
片厚度为150um；所述芯片N面抛光后，粗糙度为 最后将透明玻璃板放置在加热台上，
加热熔化高温固体蜡，取下芯片，丙酮重复清洗4次，其中丙酮温度为51℃，清洗时间为
6min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为72℃，清洗时间为6min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；

[0091] S3：取S2清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层2，其中掩膜层2为Si3N4；所述掩膜层2厚度为0.8um；

[0092] S4：取带有掩膜层2的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；曝光，在N面掩膜层2上光刻出粗糙区11区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区11上覆盖的光刻
胶，再腐蚀除去粗糙区11表面的掩膜层2；再除去芯片N面的光刻胶；

[0093] S5：取S4处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层3；所述金属层3厚度为 蒸镀速率为 所述金属层3为Ni；再将芯片P面朝上放入合金炉
中，退火，其中所述退火温度为325℃，O2流量为2.5L/min，退火时间为7min；再将芯片N面朝
上放入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为15um，形成凹槽；所述凹槽的粗糙度为

[0094] S6：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀，腐蚀深度为3um，其中所述腐蚀液包括磷酸、双氧水和水，所述磷酸、双氧水和水的体积
比为1：1：3；再将芯片放入BOE腐蚀液中，腐蚀3min；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为
3min；所述稀盐酸的浓度为16％；

[0095] S7：取腐蚀处理后的芯片，丙酮重复清洗4次，其中丙酮温度为51℃，清洗时间为6min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为72℃，清洗时间为6min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极4；

[0096] S8：取带有N面电极4的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

[0097] 实施例3：

[0098] S1：准备GaAs衬底1，在GaAs衬底1表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

[0099] S2：取S1处理后的芯片，芯片P面利用高温固体蜡黏贴在透明玻璃板上，采用Al2O3磨料进行N面研磨，研磨至芯片厚度为180um；再利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯
片厚度为160um；所述芯片N面抛光后，粗糙度为 最后将透明玻璃板放置在加热台上，
加热熔化高温固体蜡，取下芯片，丙酮重复清洗5次，其中丙酮温度为52℃，清洗时间为
5min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为73℃，清洗时间为5min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；

[0100] S3：取S2清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层2，其中掩膜层2为SiO2；所述掩膜层2厚度为1um；

[0101] S4：取带有掩膜层2的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；曝光，在N面掩膜层2上光刻出粗糙区11区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区11上覆盖的光刻
胶，再腐蚀除去粗糙区11表面的掩膜层2；再除去芯片N面的光刻胶；

[0102] S5：取S4处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层3；所述金属层3厚度为 蒸镀速率为 所述金属层3为Ti；再将芯片P面朝上放入合金炉
中，退火，其中所述退火温度为350℃，O2流量为3L/min，退火时间为10min；再将芯片N面朝
上放入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为20um，形成凹槽；所述凹槽的粗糙度为

[0103] S6：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀，腐蚀深度为5um，其中所述腐蚀液包括磷酸、双氧水和水，所述磷酸、双氧水和水的体积
比为1：1：3；再将芯片放入BOE腐蚀液中，腐蚀5min；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为
5min；所述稀盐酸的浓度为30％；

[0104] S7：取腐蚀处理后的芯片，丙酮重复清洗5次，其中丙酮温度为52℃，清洗时间为5min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为73℃，清洗时间为5min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极4；

[0105] S8：取带有N面电极4的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

[0106] 实施例4：

[0107] S1：准备GaAs衬底1，在GaAs衬底1表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

[0108] S2：取S1处理后的芯片，芯片P面利用高温固体蜡黏贴在透明玻璃板上，采用Al2O3磨料进行N面研磨，研磨至芯片厚度为170um；再利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯
片厚度为150um；所述芯片N面抛光后，粗糙度为 最后将透明玻璃板放置在加热台上，
加热熔化高温固体蜡，取下芯片，丙酮重复清洗4次，其中丙酮温度为52℃，清洗时间为
5min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为73℃，清洗时间为5min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；

[0109] S3：取S2清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层2，其中掩膜层2为SiO2；所述掩膜层2厚度为0.5um；

[0110] S4：取带有掩膜层2的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；曝光，在N面掩膜层2上光刻出粗糙区11区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区11上覆盖的光刻
胶，再腐蚀除去粗糙区11表面的掩膜层2；再除去芯片N面的光刻胶；

[0111] S5：取S4处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层3；所述金属层3厚度为 蒸镀速率为 所述金属层3为Ti；再将芯片P面朝上放入合金炉
中，退火，其中所述退火温度为300℃，O2流量为3L/min，退火时间为5min；再将芯片N面朝上
放入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为20um，形成凹槽；所述凹槽的粗糙度为
其中刻蚀气体为BCl3/Cl2/Ar：20/100/100sccm，ICP功率为500W；

[0112] S6：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀1min，腐蚀深度为3um，其中所述腐蚀液包括磷酸、双氧水和水，所述磷酸、双氧水和水的体
积比为1：1：3；再将芯片放入BOE腐蚀液中，腐蚀3min；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间
为5min；所述稀盐酸的浓度为30％；

[0113] S7：取腐蚀处理后的芯片，丙酮重复清洗4次，其中丙酮温度为52℃，清洗时间为5min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为73℃，清洗时间为5min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极4；

[0114] S8：取带有N面电极4的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

[0115] 实施例5：

[0116] S1：准备GaAs衬底1，在GaAs衬底1表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

[0117] S2：取S1处理后的芯片，芯片P面利用高温固体蜡黏贴在透明玻璃板上，采用Al2O3磨料进行N面研磨，研磨至芯片厚度为175um；再利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯
片厚度为150um；所述芯片N面抛光后，粗糙度为 最后将透明玻璃板放置在加热台上，
加热熔化高温固体蜡，取下芯片，丙酮重复清洗4次，其中丙酮温度为51℃，清洗时间为
6min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为72℃，清洗时间为6min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；

[0118] S3：取S2清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层2，其中掩膜层2为Si3N4；所述掩膜层2厚度为0.8um；

[0119] S4：取带有掩膜层2的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；曝光，在N面掩膜层2上光刻出粗糙区11区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区11上覆盖的光刻
胶，再腐蚀除去粗糙区11表面的掩膜层2；再除去芯片N面的光刻胶；

[0120] S5：取S4处理后的芯片，N面朝上放置在电子束蒸发台上，N面蒸镀金属层3；所述金属层3厚度为 蒸镀速率为 所述金属层3为Ni；再芯片N面朝上放入ICP刻蚀机
中，进行刻蚀，刻蚀深度为15um，形成凹槽；

[0121] S6：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀，腐蚀深度为3um，其中所述腐蚀液包括磷酸、双氧水和水，所述磷酸、双氧水和水的体积
比为1：1：3；再将芯片放入BOE腐蚀液中，腐蚀3min；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为
3min；所述稀盐酸的浓度为16％；

[0122] S7：取腐蚀处理后的芯片，丙酮重复清洗4次，其中丙酮温度为51℃，清洗时间为6min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为72℃，清洗时间为6min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极4；

[0123] S8：取带有N面电极4的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

[0124] 实施例6：

[0125] S1：准备GaAs衬底1，在GaAs衬底1表面生长外延层，并在外延层上进行P面管芯结构的制备；

[0126] S2：取S1处理后的芯片，芯片P面利用高温固体蜡黏贴在透明玻璃板上，采用Al2O3磨料进行N面研磨，研磨至芯片厚度为175um；再利用CMP工艺进行界面抛光处理，抛光至芯
片厚度为150um；所述芯片N面抛光后，粗糙度为 最后将透明玻璃板放置在加热台上，
加热熔化高温固体蜡，取下芯片，丙酮重复清洗4次，其中丙酮温度为51℃，清洗时间为
6min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为72℃，清洗时间为6min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；

[0127] S3：取S2清洗后的芯片，芯片N面朝上放于PECVD设备中，气相沉积N面掩膜层2，其中掩膜层2为Si3N4；所述掩膜层2厚度为0.8um；

[0128] S4：取带有掩膜层2的芯片，N面朝上放置在甩胶机上，涂覆正性光刻胶，烘烤固化；曝光，在N面掩膜层2上光刻出粗糙区11区域的图形，显影腐蚀，除去粗糙区11上覆盖的光刻
胶，再腐蚀除去粗糙区11表面的掩膜层2；再除去芯片N面的光刻胶；

[0129] S5：取S4处理后的芯片，将芯片N面朝上放入ICP刻蚀机中，进行刻蚀，刻蚀深度为15um，形成凹槽；

[0130] S6：取刻蚀后的芯片，芯片P面涂覆光刻胶，烘烤固化，再将芯片投入腐蚀液中腐蚀，腐蚀深度为3um，其中所述腐蚀液包括磷酸、双氧水和水，所述磷酸、双氧水和水的体积
比为1：1：3；再将芯片放入BOE腐蚀液中，腐蚀3min；再投入稀盐酸中进行腐蚀，腐蚀时间为
3min；所述稀盐酸的浓度为16％；

[0131] S7：取腐蚀处理后的芯片，丙酮重复清洗4次，其中丙酮温度为51℃，清洗时间为6min；再将芯片放入乙醇溶液中，乙醇温度为72℃，清洗时间为6min；再通过去离子水清洗，
氮气烘干；清洗后再放置在电子束蒸发台上，蒸镀N面电极4；

[0132] S8：取带有N面电极4的芯片，370℃放入快速合金炉，完成欧姆接触制备；解理巴条，制备成单管芯焊线封装。

[0133] 结论：实施例1‑4为本发明技术方案，实施例5中蒸镀金属层3后并没有进行退火，直接进行ICP刻蚀，其余操作及影响参数不变；实施例6中进行ICP刻蚀之前并没有进行金属
层3的蒸镀，其余操作及影响参数不变；实施例1‑4与实施例5、实施例6形成对照。

[0134] 取实施例1‑6制备的芯片样品，同时利用现有的常规工艺制备得到薄芯片样品，薄芯片厚度为120um，观察检测后发现：

[0135] 1、分别检测实施例1‑6、薄芯片的弯曲度和翘曲度，发现

[0136] 实施例1‑6制备的样品的弯曲度、翘曲度明显小于常规抛光工艺处理后的薄芯片。

[0137] 2、实施例1‑4制备的芯片的发光效率明显优于实施例5、实施例6的发光效率，且实施例5制备的芯片样品的发光效率明显优于常规抛光工艺处理后的薄芯片；而实施例6制备
的芯片样品的发光效率明显劣于常规抛光工艺处理后的薄芯片。

[0138] 3、实施例1‑4所制备得到的凹槽的粗糙度明显大于实施例5所制备的芯片样品。

[0139] 本发明设计了一种GaAs基半导体激光器芯片及其制备方法，工艺设计合理，操作简单，不仅有效提高了芯片的整体厚度，芯片的弯曲度和翘曲度明显小于常规抛光工艺处
理后的薄芯片，避免了镀膜不均匀和磨料渗入管芯P/N面的情况；同时设计了粗糙区11，提
高衬底与N面电极4的接触面积，降低了半导体与N面电极4之间的接触电阻，有效降低激光
器管芯的体电阻，从而减低激光器的阈值电流，提高了电光转换效率，提高了N面电极4与
GaAs衬底1之间的粘附性，避免出现N面电极4脱落的情况，具有较高的实用性。

[0140] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。