Puolijohdekiekkolasereiden flip-chip-prosessi

Abstract

Tämä diplomityö käsittelee optisesti pumpattujen puolijohdekiekkolasereiden vahvistinpeilien flip-chip-prosessin kehitystyötä. Optisesti pumpatut puolijohdekiekkolaserit ovat monipuolisia lasereita, jotka kykenevät tuottamaan suuren valotehon erinomaisella säteenlaadulla. Alati laajentuvan aallonpituusalueensa ansiosta, niillä on suuri markkinapotentiaali lukuisissa sovelluskohteissa. Laserin vahvistinpeilien luotettavan prosessoinnin kehittäminen on näiden sovelluskohteiden kannalta hyvin tärkeässä osassa.

Tässä työssä vahvistinpeilien flip-chip-prosessia kehitettiin ottamalla kullan ja indiumin muodostama liitos käyttöön vahvistinpeilin ja jäähdytystimantin välisessä rajapinnassa. Tämä liitos mahdollisti vahvistinpeilin tehokkaan jäähdytyksen tuottamatta liiaksi haitallista jännitystä vahvistinpeiliin. Liittäminen suoritettiin käyttämällä automaattista sirunliitintä.

Liitosta tarkasteltiin akustisella pyyhkäisymikroskoopilla ja leikkauslujuustesterillä. Akustisen pyyhkäisymikroskoopin kuvissa ei havaittu liitosvirheitä ja leikkauslujuustesterillä mitatut arvot ylittivät minimikestävyysstandardin moninkertaisesti. Vahvistinpeilien pintaa tutkittiin optisella mikroskoopilla ja optisella profilometrillä. Pinnan karheus ja kaarevuus olivat erinomaisen pieniä yli neliömillimetrin suuruisella alueella. Tämä mahdollistaa laserin tehokkaan toiminnan ja ulostulotehon kasvattamisen pumppulaserin sädettä suurentamalla. Vahvistinpeilin materiaalin laatua tutkittiin luminesenssi-kartoittimella ja lasermittauksilla. Luminesenssi-kartoittimen kuvien perusteella, kehitetty prosessi ei heikentänyt vahvistinpeilin materiaalin laatua. Lasermittauksissa valmistetuista vahvistinpeileistä mitattiin 23,5 W 1025 nm aallonpituudella. Tämä on kansainvälisellä mittapuulla hyvä tulos. Lasermittauksissa arvioitiin myös valmistettujen vahvistinpeilien termistä resistanssia seuraamalla pisimmän emissioaallonpituuden siirtymää. Mitattu terminen resistanssi ei pärjännyt kansainvälisessä vertailussa, mutta tämän todettiin johtuvan epäideaalisesta mittausmenetelmästä.

Yhteenvetona valmistetut vahvistinpeilit osoittivat erinomaista suorituskykyä. Kehitetty prosessi todettiin luotettavaksi ja toistettavaksi, ja se mahdollistaa täten vahvistinpeilien materiaalin, rakenteen ja epitaksikasvatuksen jatkokehityksen. Prosessin kaupallinen suorituskyky määräytyy työn jatkosuunnitelmissa olevien elinikätestien myötä.