半導(dǎo)體光電從誕生到現(xiàn)在也就幾十年的時(shí)間，而最近短短十幾年間，技術(shù)不斷突破，致使光電行業(yè)迅猛發(fā)展。如今，光電子器件廣泛應(yīng)用于光通訊、光顯示、手機(jī)相機(jī)、夜視眼鏡、光電瞄具、紅外探測(cè)、紅外制導(dǎo)、醫(yī)學(xué)探測(cè)和透視等多個(gè)領(lǐng)域。

近幾年在光通信中大火的光模塊，其內(nèi)部最核心的器件是半導(dǎo)體激光器。在光模塊中，常見的是FP、DFB和VCSEL激光器。其中，傳輸距離在40 km以內(nèi)的光模塊一般使用FP激光器；傳輸距離在40 km以外的光模塊一般使用DFB激光器。這是因?yàn)椋篋FB激光器的譜寬一般都比較窄，是分布式負(fù)反饋的單縱模，而FP激光器的譜寬相對(duì)比較寬，是一個(gè)多縱模的激光器。

(光模塊中的激光器)

那么這些激光器怎么做出來的呢？今天我們就簡(jiǎn)單聊聊這個(gè)。

其實(shí)這些激光器器件中的核心是激光芯片。眾所周知，我們平時(shí)使用的電腦和手機(jī)中有大量的芯片，這些芯片都是從一片很大的晶圓中一塊塊切下來的。激光器芯片的工藝從原理上與半導(dǎo)體IC的制造工藝有很多相似之處。

想要做出一個(gè)實(shí)際可用的半導(dǎo)體激光器芯片，其基本工藝為：

流程一 ：襯底的選擇和制備

襯底是用于外延生長(zhǎng)的基片，是器件制造的第一步。由于外延生長(zhǎng)的結(jié)果受襯底結(jié)晶質(zhì)量的影響，襯底必須考慮與形成異質(zhì)結(jié)材料的晶格匹配（可加緩沖層）；必須有規(guī)定誤差范圍內(nèi)的晶向；要有適當(dāng)?shù)膿诫s濃度和一定的厚度；襯底表面和內(nèi)部的缺陷密度要低，幾何參數(shù)（TTV、BOW、Ra等）一定要好。

（采用垂直溫度梯度凝固VGF生長(zhǎng)的InP）

流程二：外延生長(zhǎng)

外延生長(zhǎng)是半導(dǎo)體激光器制造中的核心工藝，它是決定器件性能和成品率的關(guān)鍵步驟。外延生長(zhǎng)就是在襯底片上生長(zhǎng)多層的一元或多元化合物，形成同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)。常用外延生長(zhǎng)工藝有LPE、MOCVD、MBE等。

（MOCVD設(shè)備）

流程三：腐蝕&刻蝕

腐蝕是根據(jù)激光器設(shè)計(jì)和材料，制備所需各種結(jié)構(gòu)和形狀。它分濕法腐蝕和干法刻蝕兩種。干法刻蝕的方式有：等離子刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕，磁回旋共振刻蝕，干法刻蝕主要是刻蝕精細(xì)結(jié)構(gòu)。

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（南智光電的刻蝕機(jī)）

流程四：擴(kuò)散

將一定數(shù)量和一定種類的雜質(zhì)摻入到晶體中，并使摻入雜質(zhì)數(shù)量和分布情況滿足要求。擴(kuò)散可以改變半導(dǎo)體材料的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)。

流程五?電極（歐姆接觸）

電極制作又稱歐姆接觸，金屬的攻函數(shù)等于半導(dǎo)體的親和能，什么樣的半導(dǎo)體材料選擇什么樣的金屬靶材。電極制作的好壞直接影響激光器的功率轉(zhuǎn)換和可靠性。

流程六：解理、鍍膜

解理技術(shù)是將片子裂片成一根根Bar條，獲得平行反射腔面，一面鍍?cè)鐾改ち硪幻驽冊(cè)龇茨?。解理也可將Bar條裂片成單個(gè)芯片，通過擴(kuò)晶可將芯片一顆顆分開。

（南智光電的解理機(jī)與DFB激光芯片）

流程七：貼片

貼片是將激光器芯片用焊料貼在熱沉上。焊料一般使用金錫合金，金錫合金的優(yōu)點(diǎn)有：焊點(diǎn)高（278℃）、強(qiáng)度大、無需助焊劑，且小面積就可實(shí)現(xiàn)高可靠性連接。焊料–金錫Au80Sn20的導(dǎo)熱率大，有利于激光器的散熱。貼片時(shí)既要保持粘結(jié)牢固，粘潤(rùn)要均勻，但所用焊料又不能太多，溫度不能太高，以防止焊料溢出破壞解理面，甚至破壞有源區(qū)。

（南智光電的貼片機(jī)）

流程八：金絲鍵合

鍵合是將金絲超聲熱壓鍵合到需要連接的管芯上，作為電流注入的引線。金絲一般選用直徑為1mil（即25um）純度為99.999%的金線，但也有使用硅鋁絲。焊接模式有兩種：球焊和楔焊。楔焊用于高頻、射頻這些特殊應(yīng)用，避免信號(hào)損傷。光電行業(yè)絕大都使用球焊，因?yàn)槔喂谭€(wěn)定。

（南智光電的金絲鍵合機(jī)與金線）