一種半導(dǎo)體激光器無損波長分類篩選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器無損波長分類篩選方法，屬于半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)制造工藝的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管(LD)，主要是以半導(dǎo)體材料為介質(zhì)實現(xiàn)激光輸出的光電器件。半導(dǎo)體材料中電子(空穴)的分裂能級形成能帶，高能量導(dǎo)帶與低能量價帶被禁帶分隔，當(dāng)以適當(dāng)形式激勵在半導(dǎo)體中引入非平衡電子-空穴對并使其復(fù)合時，釋放的能量以受激輻射方式，最終實現(xiàn)激光出射。半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、工作壽命長等優(yōu)點，并可與其他類型集成電路相兼容，因此應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場容量及價值日益升高。
[0003]半導(dǎo)體激光器受實際應(yīng)用(尤其是作為栗浦源使用)的需要，對其激射波長和光譜特征有著嚴格的要求，例如Nd: YAG晶體主吸收峰位于808nm，其吸收峰線寬僅為1.5nm左右，而目前808nm半導(dǎo)體激光器器件的工作中心波長線寬就達到2nm以上，因此僅有將半導(dǎo)體激光器的激射峰值波長盡可能固定于808nm，才能使晶體的吸收效率達到最大化，有效利用栗浦光源能量，提高激光晶體光光轉(zhuǎn)化效率，產(chǎn)生更高的1064nm激光輸出。
[0004]由于上述原因，目前普遍使用的邊發(fā)射激光器必須對激射波長進行篩選，選取合適的外延片針對不同應(yīng)用投料。由于邊發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)中外延方向與激光發(fā)射方向相垂直，因此主要篩選方法是通過對外延生長后的外延片進行腐蝕，去除吸收較大的部分外延材料后，才能通過熒光光譜驗證外延材料的發(fā)射波長。此種方法是一種破壞性檢測，因此檢測后的外延片已經(jīng)無法繼續(xù)使用，同時對批量生產(chǎn)中大量的外延片，僅能抽取極少數(shù)進行檢測，對每片參數(shù)的各異性無法掌控，因此局限性非常大。
[0005]目前，現(xiàn)有專利中專門針對大規(guī)模半導(dǎo)體激光器外延片篩選方法涉及極少，相關(guān)專利說明如下:
[0006]中國專利CN101339092B公開一種LED芯片/晶圓/外延片的非接觸式檢測方法及檢測裝置，其方法包括:通過檢測可控激勵光照射下待測器件PN結(jié)的光致發(fā)光，對LED芯片/晶圓/外延片的發(fā)光特性和電特性進行檢測；檢測裝置包括:裝置中的檢測控制和信號處理單元對光檢測單元傳來的信號進行處理、分析，測試臺用于夾持/移動待測器件、支承光檢測單元。該發(fā)明僅可對表面出光的LED芯片/晶圓/外延片的發(fā)光特性和電特性進行非接觸、無損檢測，但對邊發(fā)射的半導(dǎo)體激光器無法應(yīng)用。
[0007]中國專利CN101515701B公開了一種半導(dǎo)體激光器波長篩選裝置，其內(nèi)容包括??支柱、座板、滑管、內(nèi)滑管、調(diào)節(jié)帽、第一螺母、懸臂梁、第二螺母、導(dǎo)向管、測頭和測臺，支柱固定在座板上，支柱的一端與座板螺紋連接，滑管與座板固定連接，滑管與內(nèi)滑管通過螺絲固定連接，內(nèi)滑管與第一螺母螺紋連接，調(diào)節(jié)帽與第一螺母螺紋連接，懸臂梁與第一螺母、內(nèi)滑管接觸式連接，第二螺母和導(dǎo)向管螺紋連接，測頭與導(dǎo)向管彈性連接，測臺與座板通過螺絲固定連接。該發(fā)明雖然可完成脈沖或低占空比的不同波長的巴條測試，解決了封裝后才可挑選波長的弊病，但屬于后道封裝工藝中的篩選工作，無法在前道工藝中對外延片或工藝片進行波長篩選分類。
[0008]中國專利CN104568386A提供了一種激光波長篩選方法及其裝置，其中，方法包括如下步驟:激光器波長調(diào)諧模塊驅(qū)動待測激光器進行激光調(diào)制波長掃描；在氣室中充滿標(biāo)準(zhǔn)氣，利用標(biāo)準(zhǔn)氣吸收透過氣室的激光；激光器波長采集模塊接收并采集從氣室輸出的激光的光強；激光器波長篩選模塊根據(jù)采集到的激光光強，通過相應(yīng)算法計算出待測激光器的中心波長。該方法應(yīng)用于成品半導(dǎo)體激光器波長檢測篩選，但無法應(yīng)用于前道工藝中對外延片或工藝片進行波長篩選分類。
[0009]于2008年10月出版的《長春師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)》中記載有《半導(dǎo)體激光器篩選方法及可行性測試》，文獻采用高溫度篩選掃描篩選不能接受的短生命期激光器并且確保挑選出的激光器都達到一個統(tǒng)計學(xué)上能接受的水平。裝置一般在一個或者更多的關(guān)鍵的基本操作特性上篩選。為了使篩選時間最小，篩選溫度和篩選電流應(yīng)該盡可能的高，選擇篩選條件和掃描標(biāo)準(zhǔn)隨著激光器的種類而有明顯的不同。該方法主要應(yīng)用于已封裝好的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品，無法應(yīng)用于前道工藝中對外延片或工藝片進行波長篩選分類。
[0010]如上述專利所述外延片的檢測方法，無法有效滿足邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器具體應(yīng)用對外延片的波長篩選，進而無法保證后續(xù)工藝中針對不同應(yīng)用需求進行分類的生產(chǎn)要求，將會大大降低生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體激光器無損波長分類篩選方法，本發(fā)明通過簡單工藝處理后，可對整片激光器外延片進行熒光測試，完成外延片整片光譜特征圖及相關(guān)數(shù)據(jù)，進而根據(jù)實際應(yīng)用需要進行分類篩選。
[0012]技術(shù)詞語解釋:
[0013]電致發(fā)光:又可稱電場發(fā)光，是通過加在兩電極的電壓產(chǎn)生電場引致電子在能級間的躍迀、變化、復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的一種物理現(xiàn)象。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0015]一種半導(dǎo)體激光器無損波長分類篩選方法，包括步驟如下:
[0016]I)通過電致發(fā)光對半導(dǎo)體激光器外延片進行初步測試、判斷:
[0017]首先，設(shè)定半導(dǎo)體激光器外延片波長閾值；
[0018]其次，如半導(dǎo)體激光器外延片電致發(fā)光波長符合半導(dǎo)體激光器外延片波長閾值，則進行步驟2);否則，將所述半導(dǎo)體激光器外延片歸為廢品棄用；
[0019]2)采用管芯工藝對半導(dǎo)體激光器外延片進行加工:在所述半導(dǎo)體激光器外延片的頂部刻蝕出脊形條結(jié)構(gòu)，并暴露半導(dǎo)體激光器外延片的部分外延層；此處設(shè)計的優(yōu)點在于，由于半導(dǎo)體邊發(fā)射激光器外延片表面層對光熒光測試入射光吸收較大，且其本身也會產(chǎn)生受激自發(fā)輻射，因此當(dāng)直接用外延片測試光熒光譜時，入射光由于吸收作用進入有源區(qū)將非常有限，導(dǎo)致有源區(qū)熒光強度非常弱，且與表面層熒光難以區(qū)分，因此本發(fā)明引入對激光器外延片進行加工，刻蝕脊形，腐蝕相應(yīng)暴露部分的外延材料，使入射激發(fā)光能夠有效注入有源區(qū)；
[0020]3)將加工后的半導(dǎo)體激光器外延片置于熒光譜測試儀中:
[0021]首先，獲取半導(dǎo)體激光器外延片的影像圖片，并同時將半導(dǎo)體激光器外延片和影像圖片按照統(tǒng)一尺寸標(biāo)準(zhǔn)劃分區(qū)域；例如；將半導(dǎo)體激光器外延片和影像圖片統(tǒng)一劃分為尺寸相同的四個區(qū)域；
[0022]其次，利用入射激光照射所述半導(dǎo)體激光器外延片的各區(qū)域，使其有源區(qū)產(chǎn)生受激熒光，最終由熒光光譜儀接收發(fā)光譜峰值；
[0023]4)記錄所述半導(dǎo)體激光器外延片的各區(qū)域?qū)?yīng)的發(fā)光譜峰值及特征，并在所述影像圖片上的各區(qū)域上分別標(biāo)出，即形成所述半導(dǎo)體激光器外延片的掃描圖；
[0024]5)根據(jù)步驟4)獲得的掃描圖對半導(dǎo)體激光器外延片進行分區(qū)域篩選分類。
[0025]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電致發(fā)光對半導(dǎo)體激光器外延片進行初步測試的方法包括:將所述半導(dǎo)體激光器外延片置于金屬平板上，并在半導(dǎo)體激光器外延片上設(shè)置光譜儀，電源正極通過探針與所述半導(dǎo)體激光器外延片頂部表面電連接，電源負極與所述金屬平板電連接。
[0026]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟I)中，所設(shè)定半導(dǎo)體激光器外延片波長閾值是根據(jù)不同參數(shù)半導(dǎo)體激光器而設(shè)定的。如808nm±3nm、940nm±3nm、980nm±3nm等，但不僅限于此。
[0027]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟2)中刻蝕出脊形條結(jié)構(gòu):條寬尺寸為I?500 μm，周期尺寸為200?1000 μ m，但不僅限于此。
[0028]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟4)記錄的發(fā)光譜峰值單位為nm，并以Inm為分檔分類標(biāo)準(zhǔn)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟2)中，采用管芯工藝對半導(dǎo)體激光器外延片進行加工，還包括通過同時制作肩槽和解離槽以制備脊形帶肩結(jié)構(gòu)，所述脊形條結(jié)構(gòu)與所述脊形帶肩結(jié)構(gòu)周期交替設(shè)置。此處設(shè)計的優(yōu)點在于，為了減小半導(dǎo)體激光器封裝應(yīng)力對其性能影響，采用脊形帶肩結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)按照現(xiàn)有技術(shù)在一次光刻中同時完成肩槽和解離槽的刻蝕，實現(xiàn)去除吸收光的接觸層和部分上限制層的目的。完成刻蝕后的外延片可直接放置入熒光譜測試儀中進行檢測。
[0030]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟2)后且在步驟3)之前，在所述半導(dǎo)體激光器外延片的頂部表面設(shè)置透明絕緣介質(zhì)保護膜。透明絕緣介質(zhì)保護膜種類可以是Si02、SiN、SiN0x等，厚度范圍:50?500nmo
[0031]本發(fā)明的有益效果:
[0032]本發(fā)明采用無損篩選方法對半導(dǎo)體激光器外延片光譜進行分析，通過電致發(fā)光初檢及工藝片