專利名稱：GaN基脊型激光二極管的制備方法
GaN基脊型激光二極管的制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本項發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及GaN基激光二極管(LD)的制備方法。
背景技術(shù)：
GaN基激光二極管(LD)器件作為光電子器件具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和巨大的產(chǎn)品 市場。目前，已經(jīng)實現(xiàn)紫光、藍(lán)光和綠光GaN基LD激射，紫外和紅外波段的GaN基LD也在 研究中。波長405納米(nm)的藍(lán)紫光GaN基LD是高密度光信息存儲領(lǐng)域中新一代DVD，即 Blu-ray Disc的核心器件；450納米(nm)左右的藍(lán)光GaN基LD則作為以紅、綠、藍(lán)三基色 激光中的藍(lán)光光源，在激光顯示領(lǐng)域有重要應(yīng)用，尤其是便攜式或密集型激光顯示和投影 設(shè)備的不可或缺的核心器件。
GaN基激光二極管，以及其它半導(dǎo)體激光二極管主要采用脊型結(jié)構(gòu)，因為脊型結(jié)構(gòu) 有助于對電流分布的側(cè)向限制，又能有效地提高光限制因子。脊型波導(dǎo)激光器尤其是窄的 脊型結(jié)構(gòu)可以提高激光光斑質(zhì)量，獲得較高的功率效率，并能有效利用激光能量，有助于激 光器與應(yīng)用系統(tǒng)的耦合和集成。然而，脊型結(jié)構(gòu)的制備是包括GaN基激光二極管在內(nèi)的半 導(dǎo)體激光二極管制造工藝中最重要和最困難的關(guān)鍵工藝。傳統(tǒng)工藝是先光刻脊型，再通過 第二次光刻在P區(qū)絕緣層上套刻一個和脊型頂部精確對準(zhǔn)的窗口，使得P型電極能和脊型 形成良好的歐姆接觸。由于紫外曝光機(jī)分辨極限的限制，和精確對版的困難，普通的紫外光 刻機(jī)難以實現(xiàn)對4um以下的窄脊的對準(zhǔn)曝光，使得制備窄的脊型波導(dǎo)激光器非常困難。另 夕卜，即便完成了對準(zhǔn)光刻，后工藝條件也非常苛刻，比如，腐蝕絕緣層的時間很難掌控，腐蝕 時間過短容易造成絕緣層殘留，增大開啟電壓，降低效率；腐蝕時間過長則容易造成側(cè)蝕， 形成漏電，影響器件的發(fā)光效能和器件壽命。所以，脊型結(jié)構(gòu)的制備是決定GaN基激光二極 管的性能和成本的關(guān)鍵之一。目前，制備脊型結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)工藝對曝光機(jī)精度要求高、工藝條 件苛刻復(fù)雜、成本高，嚴(yán)重影響GaN激光器的競爭力和市場應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種脊型GaN基激光二極管的制備方法。
本發(fā)明原理:通過在外延片正面淀積金屬等不透明薄膜，光刻形成掩埋擋光區(qū)，實 現(xiàn)對脊型上方絕緣層的腐蝕和剝離的屏蔽，通過背面曝光或輻照，在脊型激光器P區(qū)絕緣 層上打開與脊型頂部自然對準(zhǔn)的窗口，在此基礎(chǔ)上制作P區(qū)電極的歐姆接觸。本發(fā)明一方 面可以精確控制P區(qū)電極區(qū)的形狀，使之與脊型頂部完全吻合，保護(hù)絕緣層的完整性和側(cè) 壁的規(guī)則性；另一方面又可以輔助剝離殘余的絕緣層，提高歐姆接觸的質(zhì)量，同時防止電流 側(cè)向泄漏和歐姆接觸電阻過大，達(dá)到減小激光器的閾值電流密度，提高器件的綜合性能的 目的。由于省去套刻、二次曝光制作脊型的傳統(tǒng)工藝，避免了復(fù)雜的對版過程，大大簡化了 工藝步驟，降低了對曝光機(jī)等設(shè)備分辨率和精度的要求，以及工藝難度。
本發(fā)明具體提出了一種利用掩埋擋光區(qū)光刻和蝕刻制備GaN基脊型激光器的方 法，具體包括以下步驟:
(I)將GaN激光器外延片的藍(lán)寶石襯底背面拋光,或米用背面拋光襯底的GaN激光 器外延片；
(2)在GaN激光器外延片的正面制備擋光層；
(3)在GaN激光器外延片正面的擋光層上通過光刻曝光出激光器脊型結(jié)構(gòu)的圖 形，之后刻蝕或腐蝕將擋光層制備成條形結(jié)構(gòu)；
(4)在GaN激光器外延片上干法刻蝕形成激光器的P區(qū)脊型結(jié)構(gòu)和N區(qū)注入結(jié)構(gòu)， 之后在具有了 P區(qū)和N區(qū)結(jié)構(gòu)的激光器外延片上沉積絕緣層；
(5)在絕緣層上涂布光刻膠，從拋光的藍(lán)寶石襯底一側(cè)對藍(lán)寶石進(jìn)行泛曝光；
(6)顯影去除絕緣層上脊型結(jié)構(gòu)上方的光刻膠，形成脊型結(jié)構(gòu)之上的窗口圖形；
(7)去除窗口區(qū)的絕緣層，接著去除擋光層，形成P區(qū)脊型上的電流注入?yún)^(qū)；
(8)沉積P區(qū)電極，退火形成歐姆接觸，之后再形成N區(qū)電極，至此制備出GaN基激 光器芯片。
本發(fā)明通過在干法蝕刻脊型和沉積絕緣層之前在脊型的頂部掩埋一層不透明擋 光層，阻止紫外光對脊型頂部光刻膠的曝光，然后通過背向曝光技術(shù)實現(xiàn)第二次光刻，繼而 可以采用濕法腐蝕絕緣層窗口，借助對該擋光層的腐蝕實現(xiàn)對殘余絕緣層的剝離。本發(fā)明 的特點(diǎn)在于同時解決了目前脊型激光器電極窗口對準(zhǔn)困難和絕緣層側(cè)向腐蝕條件難于把 握兩大問題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
I)制備擋光層，第一步光刻形成和脊型一樣寬的擋光區(qū)，利用第一次光刻后留下 的擋光區(qū)作為第二次光刻的非曝光區(qū)掩膜板，這樣會非常準(zhǔn)確的除去干凈窗口區(qū)的絕緣 層，克服了傳統(tǒng)光刻二次套刻精度的限制。
2)濕法蝕刻絕緣層時，往往很難徹底將窗口區(qū)域的絕緣層去除干凈，但是該技術(shù) 方案大大的降低了對這一步驟的要求，在緊接著的一步去除掩埋在絕緣層下的擋光層時可 以將殘余的絕緣層襯底剝離。
3)可利用普通的光刻機(jī)實現(xiàn)小于6微米的窄條形脊型結(jié)構(gòu)激光器。
采用該技術(shù)，精度較低的手動光刻機(jī)的也能符合GaN脊型激光器工藝要求，降低 了設(shè)備和人力的投入提高了成品率使得GaN基激光器工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。


圖1a Ij是實現(xiàn)激光器脊型結(jié)構(gòu)掩埋工藝的流程圖
圖2是脊型激光器的剖面結(jié)構(gòu)
其中1-藍(lán)寶石，2-GaN激光器的外延層，3-擋光層，4-光刻膠，5-外延層上的脊 型，6-絕緣層，7-光刻膠，8-N型臺面，9-P區(qū)歐姆接觸層，IO-P區(qū)金屬電極，Il-N區(qū)歐姆金 屬電極。
具體實施方式
下面參照本發(fā)明的附圖，詳細(xì)的描述出本發(fā)明的最佳實施例。
背面拋光的藍(lán)寶石襯底上生長的GaN基LD外延層2，在該GaN基LD外延層2的正 面上用電子束沉積Al (300nm)作為擋光層3，并用甩膠機(jī)涂布正光刻膠4，如圖1a所示。
使用脊型光刻版通過曝光，顯影，用離子去膠機(jī)除去底膜，形成條形光刻膠，如圖1b所示。
用Al腐蝕液在常溫下腐蝕未被光刻膠保護(hù)的Al，保留的Al擋光層呈條形3，如圖1c所示。
用ICP刻蝕出激光器的P區(qū)脊型結(jié)構(gòu)5和N區(qū)注入結(jié)構(gòu)，如圖1d所示。
清洗光刻膠4，用PECVD沉積SiO2絕緣層6，如圖1e所示。
用甩膠機(jī)在絕緣層6上涂布負(fù)光刻膠6，將樣品背面向上放置在紫外光刻機(jī)上曝 光，如圖1f所示。
顯影，去除絕緣層上脊型結(jié)構(gòu)上方的光刻膠后，在脊型上方形成窗口區(qū)圖形，如圖1g所示
去除SiO2絕緣層，不需要將窗口區(qū)的絕緣層腐蝕透徹，以不側(cè)向過度腐蝕為限。如 圖1h所示。
用Al腐蝕液去除脊型上部保留的擋光層，在超聲清洗機(jī)中震蕩3分鐘，剝離脊型 上部覆蓋的殘余SiO2絕緣層,如圖1i所示。
用去膠液洗去保留的負(fù)光刻膠，如圖1j所示。
沉積P區(qū)電極，退火形成歐姆接觸后，在光刻腐蝕N型區(qū)的絕緣層形成N型電極窗 口，在N型區(qū)沉積N型金屬電極層11，完成所有激光二極管的基本結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
上面描述的實施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的變換和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種制備GaN基脊型激光器的方法，具體包括以下步驟:1)將GaN激光器外延片的藍(lán)寶石襯底背面拋光，或采用背面拋光襯底的GaN激光器外 延片；2)在GaN激光器外延片的正面制備擋光層；3)在GaN激光器外延片正面的擋光層上通過光刻曝光出激光器脊型結(jié)構(gòu)的圖形，之后 刻蝕或腐蝕將擋光層制備成條形結(jié)構(gòu)；4)在GaN激光器外延片上干法刻蝕形成激光器的P區(qū)脊型結(jié)構(gòu)和N區(qū)注入結(jié)構(gòu)，之后 在具有了 P區(qū)和N區(qū)結(jié)構(gòu)的激光器外延片上沉積絕緣層；5)在絕緣層上涂布光刻膠，從拋光的藍(lán)寶石襯底一側(cè)對藍(lán)寶石進(jìn)行泛曝光；6)顯影、去除絕緣層上脊型結(jié)構(gòu)上方的光刻膠，形成脊型結(jié)構(gòu)之上的窗口圖形；7)去除窗口區(qū)的絕緣層，接著去除擋光層，形成P區(qū)脊型上的電流注入?yún)^(qū)；8)沉積P區(qū)電極，退火形成歐姆接觸，之后再形成N區(qū)電極，至此制得GaN基激光器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中采用電子束沉積金屬鋁作為 擋光層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4)中采用PECVD沉積二氧化硅絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脊型GaN基激光二極管的制備方法，該方法通過在干法蝕刻脊型和沉積絕緣層之前在脊型的頂部掩埋一層不透明擋光層，阻止紫外光對脊型頂部光刻膠的曝光，然后通過背向曝光技術(shù)實現(xiàn)第二次光刻，繼而可以采用濕法腐蝕絕緣層窗口，接著借助對該擋光層的腐蝕實現(xiàn)對殘余絕緣層的剝離。本發(fā)明同時解決了目前脊型激光器電極窗口對準(zhǔn)困難和絕緣層側(cè)向腐蝕條件難于把握。
文檔編號H01S5/22GK103138154SQ201110380608
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者魯辭莽, 康香寧, 胡曉東, 陳偉華, 張國義, 秦志新, 吳潔君, 于彤軍, 陳志忠 申請人:北京大學(xué)