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半导体激光器已成为当今光电子科学的核心技术产品,应用范围覆盖了整个光电子学领域。而半导体发光二极管则是半导体光电子显示的核心器件,主要优点为环保节能。目前大功率半导体激光器的电光转换效率基本小于50%,即有大于50%的电功率转换成了热功率。因而降低热功率的产生和提高器件的散热能力,成为大功率半导体激光器工艺的一个至关重要的问题,在后工艺上主要从封装上来提高半导体激光器的散热能力。发光二极管的主要问题是光损失严重,使得外量子效率低下。而提高发光二极管出光效率的关键技术,工艺复杂、成本高、可靠性也不太好,制约着发光二极管亮度的提高。
在半导体激光器方面,首先以808nm应变量子阱激光器为例简要介绍了应变量子阱激光器的结构和常规器件与侧壁氧化结构器件的后工艺制作过程;再根据他人的研究,总结了半导体激光器的主要退化机理。着重介绍了器件的烧结工艺,详细阐述了热沉的表面处理、焊料的制备等。其中热沉的表面处理有直接用金刚砂打磨和表面镀金两种方案,金刚砂打磨降低了热沉表面的粗糙度,打磨后的热沉与未打磨热沉相比,粗糙值相差最大为34μm,镀铟后表面粗糙值相差131μm,烧结后芯片与热沉之间的空隙高度相差17μm,这样的高度差别,必将影响器件的散热性能及其可靠性。采用镀金热沉烧结的器件的热阻均低于未镀金热沉的器件,采用镀1 μm Au的热沉的器件热阻最大下降值约为2.6(K/W),采用镀2 μmAu的热沉的器件的热阻最大下降值约为3.8(K/W)。同时,针对In焊料的迁移问题,本文提出在后端工艺制作时采用侧壁氧化结构来避免,即在管芯的两个侧壁腐蚀出台阶,并淀积一层SiO<,2>进行保护。实验表明:这种侧壁氧化结构大大提高了烧结成品率,达到95%以上,比普通结构管芯的烧结成品率提高了20%。同时老化试验表明:在室温500mA直流下,侧壁氧化的管芯寿命明显长于普通结构的管芯。
发光二极管方面,首先简要介绍了AlGaInP隧道级联双有源区发光二极管的结构、原理及其后工艺制作过程;简述了隧道结在隧道级联双有源区结构中的作用以及吸收机制,接着从理论上分析了AlGaInP红色发光二极管的光损耗,并介绍了减少其光损耗的措施,分别为电流扩展层、制备增透膜、倒金字塔(TIP)结构、表面图形、DBR反射镜以及透明衬底等技术。其中在电流扩展层方面:为了降低成本,采用ITO作为电流扩展层,试验结果表明长了ITO透明电极的管芯的平均光功率均比无ITO电流扩展的管芯的平均光功率提高了约20%;增透膜制备方面,在8μmGaP结构上长氮氧化硅后可使器件的平均光功率提高35%,效果优于引入150nm的ITO;在表面图形方面,试验结果不是很理想,一般平均光功率能提高10%左右,表面图形的台阶角度等还需要进一步的优化。