一、半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)鏈及工藝環(huán)節(jié)
半導(dǎo)體激光器上游主要包括外延材料和管芯制備;中游主要是器件的封裝;下游主要是利用半導(dǎo)體激光器封裝的光模塊和泵浦源。
上游:
1)外延材料。目前可以選擇的外延材料主要有(GaAs)、磷化銦(InP)、氮化鎵(GaN)等,分別用于不同波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器,原因在于不同的材料就決定了發(fā)出激光的波長(zhǎng);
2)管芯制備主要包含單芯片和巴條陣列芯片。
中游主要涉及器件的封裝,例如單管封裝、巴條封裝、疊陣封裝、光纖耦合封裝等,不同封裝形式的功率范圍不同,應(yīng)用領(lǐng)域也不同。
下游一般用在光模塊和光泵浦源中。
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半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同,制造工藝差異也不同,但均大同小異?;竟に囍饕韵?道工序:襯底選擇制備、外延生長(zhǎng)、腐蝕、擴(kuò)散、電極制作、解理或劃片、燒焊、鍵合、封裝。
半導(dǎo)體制造工藝基本工序
二、半導(dǎo)體材料與襯底
半導(dǎo)體材料是指電阻率在10的7次方Ω·cm~10負(fù)3次方Ω·cm,界于金屬和絕緣體之間的材料,是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國(guó)防建設(shè)水平的標(biāo)志。半導(dǎo)體按照不同的劃分標(biāo)準(zhǔn),可以分為多種類(lèi)別。
半導(dǎo)體種類(lèi)劃分
半導(dǎo)體材料容易出現(xiàn)固熔體偏析等問(wèn)題,而薄膜材料的純度和晶體完整性較好,適用于三維電路的制造。
半導(dǎo)體材料發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)三代的發(fā)展,第一代半導(dǎo)體為硅和鍺的材料;第二代半導(dǎo)體是化合物半導(dǎo)體;第三代半導(dǎo)體主要是寬禁帶半導(dǎo)體。
半導(dǎo)體代表材料
襯底是磊晶生長(zhǎng)的基礎(chǔ)材料,目前產(chǎn)業(yè)化的半導(dǎo)體激光器常用的工作介質(zhì)有砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、氮化鎵(GaN)等,分別適用于不同波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器。激光器的襯底材料基本決定了半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)、頻率和顏色。
一般材料的應(yīng)用基礎(chǔ)在于其物理性質(zhì)。發(fā)射光的波長(zhǎng)是由禁帶寬度決定的,禁帶寬度越大,發(fā)射光的波長(zhǎng)越短(藍(lán)光發(fā)射),禁帶寬度越小,發(fā)射光波長(zhǎng)越長(zhǎng),電子遷移率決定了半導(dǎo)體低壓條件下的高頻工作性能,飽和速率決定了半導(dǎo)體材料高壓條件下的高頻工作性能。
主要半導(dǎo)體材料比較
目前已經(jīng)探明的硅儲(chǔ)量較為豐富,材料價(jià)格較為便宜,機(jī)械性能和熱性能均非常優(yōu)異,容易生長(zhǎng)成為大尺寸,此外得到的晶體的純度較高,處于成熟階段的產(chǎn)業(yè),預(yù)計(jì)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍將處于主導(dǎo)和核心地位。
硅材料的缺點(diǎn)在于光學(xué)性能不好,無(wú)光學(xué)應(yīng)用。同硅材料相比,砷化鎵材料的電子遷移率是硅材料的6倍多,具有較好的高頻、高速和光電性能。在同一芯片上可以處理不同的光電信號(hào),是理想的通信用材料。
GaN材料的禁帶寬度是硅材料的3倍多,相較于硅材料和砷化鎵材料,在大功率、高溫、高頻、高速和光電方面的性能更好,可以制造成藍(lán)綠光、紫外光的發(fā)光和探測(cè)器件。
半導(dǎo)體材料主要用途