專利名稱：一種激光二極管的制造方法
一種激光二極管的制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體來說涉及一種激光二極管的制造方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)無論在晶格結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)還是在禁帶寬度上都與GaN相似，且具有比GaN更高的熔點(diǎn)和更大的激子束縛能，又具有較低的光致發(fā)光和受激輻射的閾值以及良好的機(jī)電耦合特性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。因而在藍(lán)紫光發(fā)光二極管、激光器及其相關(guān)光電器件方面的應(yīng)用有巨大的潛力。在室溫下，氧化鋅(ZnO)的禁帶寬度為3.37eV，自由激子結(jié)合能高達(dá)60meV,遠(yuǎn)大于GaN的激子結(jié)合能25meV和室溫?zé)犭x化能26meV,因此更容易在室溫或更高溫度下實(shí)現(xiàn)激子增益。但是，ZnO走向光電器件應(yīng)用的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠且低阻的P型ZnO薄膜。ZnO由于存在諸多本征施主缺陷(如Zni, V0等)和非故意摻雜的H等雜質(zhì)，通常表現(xiàn)為η型。這些施主缺陷的存在能對摻入的受主雜質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的自補(bǔ)償效應(yīng)，所以難以實(shí)現(xiàn)ZnO的P型摻雜。ZnO同質(zhì)結(jié)紫外激射二極管需要做多層量子阱結(jié)構(gòu)，而且所用P-ZnO遷移率較低、穩(wěn)定性較差。發(fā)展結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、光增益高的紫外激光二極管具有重要的應(yīng)用價值。
目前，業(yè)內(nèi)已有通過共摻雜的方式來得到P型氧化鋅薄膜的報道。例如，在氧化鋅中摻入鎂和銻來形成Mg-Sb共摻雜P型ZnO薄膜，其中鎂(Mg)作為ZnO的摻雜劑可以有效地增大ZnO的禁帶寬度，于是ZnO中的本征淺施主能級便會遠(yuǎn)離導(dǎo)帶邊，從而增大了其電離能，減弱了 ZnO的η型導(dǎo)電特性。但是由于ZnO中存在的本征淺施主缺陷的自補(bǔ)償作用，使得Sb很難被用來摻雜制備P型ZnO材料。


圖1是本發(fā)明提出制造方法制得的激光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了一種采用鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜的激光二極管的制造方法，其依次包括如下步驟:
第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底，將該襯底放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無水乙醇；
第二步，將所述襯底放入磁控濺射反應(yīng)室中，通過射頻磁控濺射工藝在所述襯底上形成300-600nm厚度的氧化鎳薄膜；
第三步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為8-13%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.5-1.5%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；然后將完成第二步所得的襯底放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在所述氧化鎳薄膜的上表面上，從而形成厚度為200-400nm的鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜；
第四步，對完成第三步的襯底進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時間為40分鐘，退火后自然冷卻；
第五步，在所述襯底的下表面上和所述鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜的上表面上濺射金屬材料，從而分別形成底電極和頂電極。
其中，所述鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜中Mg的摩爾百分含量是8-13%，砷的摩爾百分含量是0.5-1.5% ;并且，在常溫下，鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜的壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于IOkiQ 〃cm。
具體實(shí)施方式
:
下面通過具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
參見圖1，采用鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜的激光二極管的制造方法依次包括如下步驟:
第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底2，將該襯底2放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底2表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無水乙醇；
第二步，將所述襯底2放入磁控濺射反應(yīng)室中，通過射頻磁控濺射工藝在所述襯底上形成300-600nm厚度的氧化鎳薄膜3 ；
第三步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為8-13%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.5-1.5%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；然后將完成第二步所得的襯底2放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在所述氧化鎳薄膜3的上表面上，從而形成厚度為200-400nm的鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜4 ；
第四步，對完成第三步的襯底2進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時間為40分鐘，退火后自然冷卻；
第五步，在所述襯底2的下表面上和所述鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜4的上表面上濺射金屬材料，從而分別形成底電極I和頂電極5。
其中，所述鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜4中Mg的摩爾百分含量是8-13%，砷的摩爾百分含量是0.5-1.5% ;并且，在常溫下，鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜4的壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于IOkiQ 〃 cm。
其中，第二步和第三步中，射頻磁控濺射反應(yīng)室的真空度都為10_5帕斯卡；
其中，第二步中，射頻磁控濺射的射頻功率120-200W，射頻磁控濺射時間為1.5小時。
其中，第三步中，射頻磁控濺射的射頻功率100-150W，射頻磁控濺射時間為2.5小時。
其中，可以采用多種金屬材料來構(gòu)成底電極I和頂電極5的材料，例如金、銀或銅，也可以采用金屬化合物材料來構(gòu)成所述底電極I和頂電極5，例如ΙΤ0。
以上實(shí)施方式已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，但上述實(shí)施方式并非為了限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種激光二極管的制造方法，其依次包括如下步驟: 第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底，將該襯底放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無水乙醇； 第二步，將所述襯底放入磁控濺射反應(yīng)室中，通過射頻磁控濺射工藝在所述襯底上形成300-600nm厚度的氧化鎳薄膜； 第三步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為8-13%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.5-1.5%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；然后將完成第二步所得的襯底放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在所述氧化鎳薄膜的上表面上，從而形成厚度為200-400nm的鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜； 第四步，對完成第三步的襯底進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時間為40分鐘，退火后自然冷卻； 第五步，在所述襯底的下表面上和所述鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜的上表面上濺射金屬材料，從而分別形成底電極和頂電極。
2.如權(quán)利要求1所述的激光二極管的制造方法，其特征在于: 其中，所述鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜中Mg的摩爾百分含量是8-13%，砷的摩爾百分含量是0.5-1.5% ;并且，在常溫下，鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜的壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于1(ΓΩ 〃 cm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的激光二極管制造方法，其特征在于: 其中，第二步和第三步中，射頻磁控濺射反應(yīng)室的真空度都為10_5帕斯卡；第二步中，射頻磁控濺射的射頻功率120-200W，射頻磁控濺射時間為1.5小時；第三步中，射頻磁控濺射的射頻功率100-150W，射頻磁控濺射時間為2.5小時。
4.如權(quán)利要求1-3任意之一所述的激光二極管制造方法，其特征在于: 其中，可以采用多種金屬材料來構(gòu)成底電極I和頂電極5的材料，例如金、銀或銅，也可以采用金屬化合物材料來構(gòu)成所述底電極I和頂電極5，例如ΙΤ0。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光二極管的制造方法，其依次包括如下步驟在藍(lán)寶石襯底上形成氧化鎳薄膜；在氧化鎳薄膜的上表面上形成鎂砷共摻雜的p型ZnO晶體薄膜；在所述襯底的下表面上和所述鎂砷共摻雜的p型ZnO晶體薄膜的上表面上濺射金屬材料，從而分別形成底電極和頂電極。
文檔編號H01S5/327GK103151707SQ20131006538
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者童小春 申請人:溧陽市宏達(dá)電機(jī)有限公司