一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件，包括由下而上設(shè)置的第二襯底、GaN基外延層和N電極，在GaN基外延層的P型面為周期性的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)，在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置有有P電極，所述P電極寬度小于脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的寬度，所述P電極也呈脊波導(dǎo)條狀，所述P電極包括底面和傾斜階梯側(cè)邊，所述P電極的底面與所述第二襯底相連，所述P電極的傾斜階梯側(cè)邊與所述第二襯底通過焊接層相連。本發(fā)明還涉及一種如上述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法。本發(fā)明與現(xiàn)有不導(dǎo)電襯底激光二極管平面電極結(jié)構(gòu)相比，采用LED芯片換襯底工藝技術(shù)，制備出上下電極的倒裝襯底結(jié)構(gòu)的激光器二極管。
【專利說明】一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件及制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件及制作方法，屬于利用非同質(zhì)襯底外延薄膜制備激光二極管的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]作為一種化合物半導(dǎo)體材料，GaN材料具有許多硅基半導(dǎo)體材料所不具備的優(yōu)異性能，包括能夠滿足大功率、高溫高頻和高速半導(dǎo)體器件的工作要求。其中GaN區(qū)別于第一和第二代半導(dǎo)體材料最重要的物理特點(diǎn)是具有更寬的禁帶，可以發(fā)射波長(zhǎng)比紅光更短的藍(lán)綠光。
[0003]GaN半導(dǎo)體材料的商業(yè)應(yīng)用研究開始于1970年，其在高頻和高溫條件下能夠激發(fā)藍(lán)光的獨(dú)特性質(zhì)吸引了半導(dǎo)體開發(fā)人員的極大興趣。但是GaN的生長(zhǎng)技術(shù)和器件制造工藝一直沒有取得商業(yè)應(yīng)用的實(shí)質(zhì)進(jìn)展突破。1992年被譽(yù)為GaN產(chǎn)業(yè)應(yīng)用鼻祖的美國ShujiNakamura教授制造了第一支GaN發(fā)光二極管(LED) ；1999年日本Nichia公司制造了第一支GaN藍(lán)光激光器(LD)，該激光器的穩(wěn)定性能相當(dāng)于商用紅光激光器。從1999年初到2001年底，GaN基半導(dǎo)體材料在薄膜和單晶生長(zhǎng)技術(shù)、光電器件方面的重大技術(shù)突破有40多個(gè)。由于GaN半導(dǎo)體器件在光顯示、光存儲(chǔ)、激光打印、光照明以及醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，GaN器件的廣泛應(yīng)用將預(yù)示著光電信息乃至光子信息時(shí)代的來臨。尤其是Nichia公司的成功以及藍(lán)光LD的巨大市場(chǎng)潛力致使許多大公司和科研機(jī)構(gòu)紛紛加入到開發(fā)III族氮化物藍(lán)光LD的行列之中，其中Nichia公司的GaN藍(lán)光LD在世界上居領(lǐng)先地位，GaN藍(lán)光LD室溫下2mW連續(xù)工作的壽命已突破10000小時(shí)。因此，以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料被譽(yù)為IT產(chǎn)業(yè)新的發(fā)動(dòng)機(jī)。近幾年世界各國政府有關(guān)機(jī)構(gòu)、相關(guān)企業(yè)以及風(fēng)險(xiǎn)投資公司紛紛加大了對(duì)GaN基半導(dǎo)體材料及其器件的研發(fā)投入和支持。美國政府2002年要求用于GaN相關(guān)研發(fā)的財(cái)政預(yù)算超過5500萬美元。通用、飛利浦、Agilent等國際知名公司都已經(jīng)啟動(dòng)了大規(guī)模的GaN基光電器件商用開發(fā)計(jì)劃。
[0004]作為一種具有獨(dú)特光電屬性的優(yōu)異半導(dǎo)體材料，GaN的應(yīng)用市場(chǎng)可以分為兩個(gè)部分:(I)憑借GaN半導(dǎo)體材料在高溫高頻、大功率工作條件下的出色性能取代部分硅和其它化合物半導(dǎo)體材料器件市場(chǎng)；(2)憑借GaN半導(dǎo)體材料寬禁帶、激發(fā)藍(lán)光的獨(dú)特性質(zhì)開發(fā)新的光電應(yīng)用產(chǎn)品。目前GaN光電器件和電子器件在光學(xué)存儲(chǔ)、激光打印、高亮度LED以及無線基站等應(yīng)用領(lǐng)域具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。相關(guān)的商業(yè)專利已經(jīng)有20多項(xiàng)，涉足GaN半導(dǎo)體器件商業(yè)開發(fā)和制造的企業(yè)也越來越多。其中高亮度LED、藍(lán)光激光器和功率晶體管是當(dāng)前器件制造商和投資商最為感興趣和關(guān)注的三個(gè)GaN器件市場(chǎng)。
[0005]目前制作的GaN基激光器常用藍(lán)寶石、SiC和GaN襯底。藍(lán)寶石異質(zhì)外延技術(shù)生長(zhǎng)出的GaN單晶存在薄膜生長(zhǎng)材料質(zhì)量、芯片工藝腔面反射鏡制作、電極工藝等問題。SiC上生長(zhǎng)的InGaN LD的室溫脈沖工作和連續(xù)波工作時(shí)有報(bào)道，P型和N型電極分別制作在芯片的頂部和底部的垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)InGaN LD。
[0006]1998年三星的研究人員演示了藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化物藍(lán)光激光器室溫下的脈沖工作。外延未用外延橫向過生長(zhǎng)，有源區(qū)包括一個(gè)InGaNAiaNMQWjlaci7Gaa93N用作包層，利用離子束向下刻蝕到η型GaN層制作出了 10 μ mX 800 μ m的條帶，激光器端面未鍍膜，在測(cè)量高于閾值電流時(shí)，觀察到了一種強(qiáng)烈且清晰的發(fā)射模式，中心波長(zhǎng)為418nm。1998年Shiji Nakamura等人在藍(lán)寶石上橫向過生長(zhǎng)的GaN上生長(zhǎng)了 InGaN多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)激光二極管；InGaN MQff LD生長(zhǎng)在去除藍(lán)寶石后得到的獨(dú)立GaN襯底上，這實(shí)際上是同質(zhì)外延激光器。該激光器待解理鏡面的輸出功率高達(dá)30mW。脊波導(dǎo)減小到2μπι能觀察到穩(wěn)定的基橫模，在50°C環(huán)境溫度、CW應(yīng)用條件下，5mW恒定輸出功率下的LD壽命約為160小時(shí)。富士通繼Nichia Cree Research和索尼等公司之后，宣布研制成了 InGaN藍(lán)光激光器,激光器結(jié)構(gòu)是在SiC襯底上生長(zhǎng)的，并且采用了垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(P型和η型接觸分別制作在晶體片的頂面和背面)。富士通研制的激光器是利用LP-MOVPE在6H-SiC襯底上生長(zhǎng)的。晶體磨薄到大約10nm和形成接觸后,解理晶片形成500nm的長(zhǎng)腔。條帶方向是
[1100],具有高反射率鍍膜的解理面為(1100)。激光器芯片P側(cè)朝上安裝在管芯上。在25C脈沖應(yīng)用(300ns, IKHz)下，閾值電流和閾值電壓分別是84mA和12.0V，相當(dāng)于506KA/cm2的閾值電流密度，這是SiC上InGaN激光器的最低值。
[0007]目前GaN激光器根據(jù)襯底導(dǎo)電性主要分為垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)兩種。富士通報(bào)道的垂直器件結(jié)構(gòu)的CW藍(lán)光激光器，該結(jié)構(gòu)藍(lán)光激光器是以導(dǎo)電的SiC襯底為GaN生長(zhǎng)基底，上下垂直導(dǎo)通脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。Nichia公司的Shuji Nakamura最近還研制成功了大功率長(zhǎng)壽命的InGaN MQW結(jié)構(gòu)LD，在這種激光器采用GaN同質(zhì)襯底生長(zhǎng)外延層，其中緩沖層采用了調(diào)制摻雜應(yīng)變層超晶格(MD-SLS)和外延橫向過生長(zhǎng)GaN (EL-OG)襯底，制備的GaN激光器是平面PN電極的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0008]選擇生長(zhǎng)GaN單晶的襯底通常要考慮因素:同一系統(tǒng)的材料；失配度越小越好；材料的熱膨脹系數(shù)相近；光電器件最好尋求低阻襯底；微波器件中最好選取良好微波介質(zhì)性質(zhì)的半絕緣材料；激光器要易于解理以形成腔面。同時(shí)還要考慮到材料的尺寸和價(jià)格問題。
[0009]目前GaN異質(zhì)外延襯底主要采用的只有SiC和藍(lán)寶石。藍(lán)寶石襯底是目前使用最為普遍的一種襯底材料。它具有與纖鋅礦III族氮化物相同的六方對(duì)稱性，也是微電子研究中經(jīng)常使用的襯底材料。制備工藝成熟、價(jià)格較低、易于清理和處理，且高溫下具有很好的穩(wěn)定性，可以大尺寸穩(wěn)定生長(zhǎng)。但藍(lán)寶石襯底本身不導(dǎo)電，不能制作電極，其解理較為困難，晶格常數(shù)與GaN相差15%，而且同GaN材料的熱膨脹系數(shù)也存在較大的差異。目前以藍(lán)寶石為襯底的GaN/GalnN藍(lán)綠光LED已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化，藍(lán)光LD也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)室溫條件下的連續(xù)激射。SiC是另一類重要的襯底材料，同藍(lán)寶石相比，SiC本身具有藍(lán)光發(fā)光特性，且為低阻材料，可以制作電極，晶格常數(shù)和材料的熱膨脹系數(shù)與GaN材料更為接近，并且易于解理。SiC材料的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。GaN是最為理想的襯底材料，但目前所能獲得的單晶尺寸太小。最近有人提出了外延橫向過生長(zhǎng)GaN (Epitaxial Lateral Overgrowth GaN,ELOGMf底和端面開始的外延橫向過生長(zhǎng)技術(shù)(Faced Initiated Epitaxial Lateral Overgrowth,FIELO)，這種技術(shù)用于生產(chǎn)低位錯(cuò)密度的GaN。目前ELOG技術(shù)已經(jīng)用于藍(lán)光LD，并獲得了滿意的結(jié)果。Masaru利用FIELO技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上成功地生長(zhǎng)出了無裂紋且具有類鏡面表面的低位錯(cuò)密度GaN層。通過除去藍(lán)寶石襯底可得到獨(dú)立的GaN晶片。研究表明FIELO襯底上生長(zhǎng)的LD的激射閾值總比藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的LD低，可靠性也有顯著提高。
[0010]SiC襯底和GaN襯底生長(zhǎng)的GaN LD外延薄膜質(zhì)量雖然優(yōu)于藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)的GaNLD外延薄膜，但SiC襯底和GaN襯底的價(jià)格昂貴，制作的LD成本高。藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的GaN LD外延成本低，但芯片制作工藝?yán)щy，目前最常見LD結(jié)構(gòu)平面電極結(jié)構(gòu)，主要通過離子刻蝕、激光切割、鋸片切割等方式制備腔面。中國專利CN1136720給出了一種藍(lán)寶石襯底GaN半導(dǎo)體激光二極管制作方法，其中主要N型GaN與藍(lán)寶石襯底連接成同一平面并在其上制作N電極；這是一種PN同面電極GaN LD結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)在于N電極與襯底連為一面。中國專利CN1157495激光二極管及其制作方法給出了一種倒置結(jié)構(gòu)的脊波導(dǎo)激光二極管結(jié)構(gòu)，其中倒置結(jié)構(gòu)間通過聚酰亞胺隔離。專利CN102474077A (局域范圍摻雜濃度)、CN1405937(外延厚度變化)、CN1937337 (橫向外延)、CN102570308A (In組分變化)都是針對(duì)外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)組分不同等給出的氮化物激光外延結(jié)構(gòu)。
[0011]綜上所述，現(xiàn)有的外延生長(zhǎng)技術(shù)，異質(zhì)外延激光二極管結(jié)構(gòu)，尤其是藍(lán)寶石、SiC,Si等不導(dǎo)電襯底的平面電極結(jié)構(gòu)LD均不同程度存在著工藝實(shí)現(xiàn)難度大、器件散熱差等技術(shù)缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明概述
[0013]本發(fā)明所涉及的一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件，通過在異質(zhì)外延生長(zhǎng)的GaN基激光外延片的P型面上制備激光器脊條、P電極、將其焊接到第二襯底上，然后通過腐蝕、剝離或刻蝕方法去除異質(zhì)的原生長(zhǎng)襯底，裸露出GaN基激光外延片的N型接觸區(qū)并制備N電極，分割出激光器巴條腔面區(qū)域，最后通過解離巴條、腔面鍍膜、分割管芯，制作出具有上下結(jié)構(gòu)的GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件。
[0014]術(shù)語說明:
[0015]激光器:Laser D1de，簡(jiǎn)稱LD，利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。
[0016]異質(zhì)外延:外延層和襯底不是同種材料的外延。
[0017]ICP刻蝕:感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，干法刻蝕的一種，感應(yīng)耦合的方式產(chǎn)生等離子體，用以刻蝕N區(qū)GaN層，形成N臺(tái)面，為電極制作做準(zhǔn)備。
[0018]發(fā)明詳述
[0019]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件，所述的二極管器件是異質(zhì)外延襯底(如藍(lán)寶石、S1、SiC等)GaN基激光二極管，具有平面電極結(jié)構(gòu)。
[0020]本發(fā)明還提供一種上述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法，該制備方法是利用換襯底工藝進(jìn)行制作。
[0021]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0022]一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件，包括由下而上設(shè)置的第二襯底、GaN基外延層和N電極，在GaN基外延層的P型面為周期性的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)，在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置有有P電極，所述P電極寬度小于脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的寬度，所述P電極也呈脊波導(dǎo)條狀，所述P電極包括底面和傾斜階梯側(cè)邊，所述P電極的底面與所述第二襯底相連，所述P電極的傾斜階梯側(cè)邊與所述第二襯底通過焊接層相連。
[0023]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述GaN基外延層由下而上分別為P型層、有源區(qū)和N型層。
[0024]一種如上述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法，包括步驟如下:
[0025](I)異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN基激光外延片；
[0026](2)在GaN基激光外延片的P型面制備出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)；
[0027](3)在GaN基激光外延片的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面制備P電極，所述P電極的寬度小于所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面寬度；此處設(shè)計(jì)的目的在于，便于在二極管器件中形成去除襯底后的N面天然解離道；在制備P電極之前，首先在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的非歐姆接觸區(qū)覆蓋鈍化膜，其次便在脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的歐姆接觸區(qū)制備P電極即可；
[0028](4)通過在GaN基激光外延片的P型面覆蓋鍵合金屬層，將其焊接到第二襯底上；
[0029](5)去除第一襯底即原生長(zhǎng)襯底，露出GaN基激光外延片的N型面；此處所采用的去除方法均為現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)不同材質(zhì)的第一襯底選擇不同設(shè)備工藝對(duì)齊去除:當(dāng)?shù)谝灰r底為藍(lán)寶石襯底時(shí)，則優(yōu)選激光剝離工藝；當(dāng)?shù)谝灰r底為Si襯底時(shí)，則優(yōu)選化學(xué)腐蝕工藝或干法刻蝕工藝；
[0030](6)在所述的N型面上制備N電極；
[0031](7)在所述的N型面上、且沿與脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)相垂直的方向，切割出激光器腔面巴條，其深度透過有源區(qū)；制成具有激光器腔面巴條的GaN基激光外延片；
[0032](8 )沿所述激光器腔面巴條對(duì)步驟(7 )的GaN基激光外延片巴條解離，形成單個(gè)巴條;
[0033](9)對(duì)步驟(8)解離成的單個(gè)巴條腔面鍍膜；
[0034](10)將步驟(9)所述的巴條解離成單個(gè)芯粒后，封裝器件，得GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件。
[0035]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中利用光刻掩膜在GaN基激光外延片的P型面光刻出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)窗口。所述的光刻掩膜一般采取光刻膠、Si02、N1、Pt、Au等抗腐蝕抗刻蝕的材料。利用干法刻蝕在步驟(2)所述的出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)窗口刻蝕出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)。所述的干法刻蝕工藝，包括ICP、IRE或ECR等離子刻蝕技術(shù)。
[0036]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)在制備P電極之前，首先在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的非歐姆接觸區(qū)覆蓋鈍化膜，其次便在脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的歐姆接觸區(qū)制備P電極即可。所述鈍化膜采用Si02、Si3N4、Ti02、A1203等絕緣材料。
[0037]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(4)中是采用焊料焊接或金屬共晶焊接工藝將GaN基激光外延片的P型面焊接到第二襯底上，所選用的焊料包括In焊料、AuIn合金、AuSn合金、AuAg合金。
[0038]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(5)中，去除第一襯底即原生長(zhǎng)襯底露出GaN基激光外延片的N型面，是根據(jù)不同材質(zhì)的第一襯底選擇不同設(shè)備工藝對(duì)齊去除:當(dāng)?shù)谝灰r底為藍(lán)寶石襯底時(shí)，則優(yōu)選激光剝離工藝；當(dāng)?shù)谝灰r底為Si襯底時(shí)，則優(yōu)選化學(xué)腐蝕工藝或干法刻蝕工藝。
[0039]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第二襯底為Ge基板、GaAs基板或Si基板。本發(fā)明采用的第二襯底選用導(dǎo)電性導(dǎo)熱性能好，又易于分割解離的材料。
[0040]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟(7)切割出激光器腔面巴條之前，在所述N型面制備出激光器巴條腔面窗口，該窗口按照晶體的天然晶面、通過腐蝕或光刻對(duì)位的方式獲得。
[0041]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(7)中，利用干法刻蝕或鋸片切割劃裂工藝切割出激光器腔面巴條。
[0042]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0043]本發(fā)明與現(xiàn)有不導(dǎo)電襯底激光二極管平面電極結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明創(chuàng)新性的采用LED芯片換襯底工藝技術(shù)，制備出上下電極的倒裝襯底結(jié)構(gòu)的激光器二極管。這種工藝結(jié)構(gòu)的LD其發(fā)光區(qū)倒裝焊接至第二襯底，所述GaN激光二極管上下電極垂直結(jié)構(gòu)，激光器散熱好，器件性能優(yōu)。其中第二襯底的選擇以導(dǎo)熱性良好材料為佳。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1為導(dǎo)電襯底上下結(jié)構(gòu)LD芯片結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0045]圖2為不導(dǎo)電襯底平面結(jié)構(gòu)的LD芯片結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0046]圖3為本發(fā)明所述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法步驟(I)中異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN基激光外延片的不意圖；
[0047]圖4為本發(fā)明所述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法步驟(2)中在P型面制備出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0048]圖5為本發(fā)明所述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法步驟(3) - (7)所述的具有激光器腔面巴條的GaN基激光外延片的示意圖；
[0049]圖6為在GaN基激光外延片的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面制備P電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖7為本發(fā)明所述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法步驟(4)的示意圖；
[0051]圖8為本發(fā)明所述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法步驟(5)的示意圖；
[0052]圖9為本發(fā)明所述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]在圖1-9中:1、P電極；2、GaN基外延層的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)；2_l、GaN基外延層；3、N電極；4、第二襯底；5、焊接層；6、第一襯底即原生長(zhǎng)襯底；7、激光器腔面巴條區(qū)；8、P電極的底面；9、P電極的傾斜階梯側(cè)邊。

【具體實(shí)施方式】
[0054]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說明，但不限于此。
[0055]實(shí)施例1、
[0056]一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件，包括由下而上設(shè)置的第二襯底4、GaN基外延層2-1和N電極3，在GaN基外延層的P型面為周期性的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)2，在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)2的表面設(shè)置有有P電極1，所述P電極I寬度小于脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)2表面的寬度，所述P電極I也呈脊波導(dǎo)條狀，所述P電極I包括底面8和傾斜階梯側(cè)邊9，所述P電極的底面8與所述第二襯底4相連，所述P電極I的傾斜階梯側(cè)9邊與所述第二襯底4通過焊接層5相連。所述GaN基外延層由下而上分別為P型層、有源區(qū)和N型層。
[0057]實(shí)施例2、
[0058]如實(shí)施例1所述一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法，包括步驟如下:
[0059]其中所述的第一襯底為藍(lán)寶石襯底。
[0060](I)異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN基激光外延片:按現(xiàn)有技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)由N型層、量子阱層、P型層等組成GaN基激光外延片；
[0061](2)在GaN基激光外延片的P型面制備出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)；步驟(2)中利用光刻掩膜在GaN基激光外延片的P型面光刻出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)窗口。利用干法刻蝕在步驟(2)所述的出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)窗口刻蝕出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)，所述的干法刻蝕工藝為ICP刻蝕技術(shù)，刻蝕深度透過P型波導(dǎo)在限制層以上區(qū)域；厚度依據(jù)外延生長(zhǎng)而定，約在500nm-1500nm之間；
[0062](3)在GaN基激光外延片的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面制備P電極，所述P電極的寬度小于所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面寬度；步驟(3)在制備P電極之前，首先在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的非歐姆接觸區(qū)覆蓋鈍化膜，其次便在脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的歐姆接觸區(qū)制備P電極即可。所述鈍化膜采用Si02、Si3N4、Ti02、A1203等絕緣材料；
[0063](4)通過在GaN基激光外延片的P型面覆蓋鍵合金屬層，將其焊接到第二襯底上；步驟(4)中是采用焊料焊接或金屬共晶焊接工藝將GaN基激光外延片的P型面焊接到第二襯底上，所選用的焊料包括In焊料、AuIn合金、AuSn合金、AuAg合金；所述第二襯底為Ge基板、GaAs基板或Si基板；
[0064](5)去除第一襯底即藍(lán)寶石襯底，露出GaN基激光外延片的N型面；用紫外激光剝離機(jī)去除掉藍(lán)寶石襯底；其中紫外激光一般采用248nm激光、266nm激光、355nm激光等能通過藍(lán)寶石被外延層吸收激光波段；激光剝離光斑大小依據(jù)激光器周期大小，為激光器管芯的整數(shù)倍為佳；
[0065](6)在所述的N型面上制備N電極；
[0066](7)在所述的N型面上、且沿與脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)相垂直的方向，切割出激光器腔面巴條，其深度透過有源區(qū)；制成具有激光器腔面巴條的GaN基激光外延片；
[0067]在步驟(7)切割出激光器腔面巴條之前，在所述N型面制備出激光器巴條腔面窗口，該窗口按照晶體的天然晶面、通過腐蝕或光刻對(duì)位的方式獲得；
[0068]步驟(7)中，利用干法刻蝕或鋸片切割劃裂工藝切割出激光器腔面巴條；
[0069](8 )沿所述激光器腔面巴條對(duì)步驟(7 )的GaN基激光外延片巴條解離，形成單個(gè)巴條;
[0070](9)對(duì)步驟(8)解離成的單個(gè)巴條腔面鍍膜；以提高激光器輸出功率；
[0071](10)將步驟(9)所述的巴條解離成單個(gè)芯粒后，封裝器件，得GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件。
[0072]實(shí)施例3、
[0073]如實(shí)施例1所述一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法，包括步驟如下:
[0074]該實(shí)施例所選用的第一襯底為SiC襯底。
[0075](I)異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN基激光外延片:SiC襯底上生長(zhǎng)的外延層結(jié)構(gòu)，沿第一襯底自下而上具有N型層、N型限制層，N型波導(dǎo)層、有源層、P型波導(dǎo)、限制層、P型層的GaN基激光外延片；
[0076](2)在GaN基激光外延片的P型面制備出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)；步驟(2)中利用光刻掩膜在GaN基激光外延片的P型面光刻出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)窗口。利用干法刻蝕在步驟(2)所述的出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)窗口刻蝕出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)。所述的干法刻蝕工藝為ICP刻蝕技術(shù)。
[0077](3)在GaN基激光外延片的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面制備P電極，所述P電極的寬度小于所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面寬度；步驟(3)在制備P電極之前，首先在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的非歐姆接觸區(qū)覆蓋鈍化膜，其次便在脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的歐姆接觸區(qū)制備P電極即可。所述鈍化膜采用Si02、Si3N4、Ti02、A1203等絕緣材料；
[0078](4)通過在GaN基激光外延片的P型面覆蓋鍵合金屬層，將其焊接到第二襯底上；步驟(4)中是采用焊料焊接或金屬共晶焊接工藝將GaN基激光外延片的P型面焊接到第二襯底上，所選用的焊料包括In焊料、AuIn合金、AuSn合金、AuAg合金；所述第二襯底為Ge基板、GaAs基板或Si基板；
[0079](5)去除第一襯底即原生長(zhǎng)襯底，露出GaN基激光外延片的N型面；選化學(xué)腐蝕工藝或干法刻蝕工藝去除第一襯底；
[0080]步驟(6) - (10)如實(shí)施例2所述。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件，其特征在于，該二極管器件包括由下而上設(shè)置的第二襯底、GaN基外延層和N電極，在GaN基外延層的P型面為周期性的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)，在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置有有P電極，所述P電極寬度小于脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的寬度，所述P電極也呈脊波導(dǎo)條狀，所述P電極包括底面和傾斜階梯側(cè)邊，所述P電極的底面與所述第二襯底相連，所述P電極的傾斜階梯側(cè)邊與所述第二襯底通過焊接層相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件，其特征在于，所述GaN基外延層由下而上分別為P型層、有源區(qū)和N型層。
3.—種如權(quán)利要求1所述GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件的制作方法，其特征在于，該方法包括步驟如下: (1)異質(zhì)外延生長(zhǎng)GaN基激光外延片； (2)在GaN基激光外延片的P型面制備出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)； (3)在GaN基激光外延片的脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面制備P電極,所述P電極的寬度小于所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)的表面寬度； (4)通過在GaN基激光外延片的P型面覆蓋鍵合金屬層，將其焊接到第二襯底上； (5)去除第一襯底即原生長(zhǎng)襯底，露出GaN基激光外延片的N型面； (6)在所述的N型面上制備N電極； (7)在所述的N型面上、且沿與脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)相垂直的方向，切割出激光器腔面巴條，其深度透過有源區(qū)；制成具有激光器腔面巴條的GaN基激光外延片； (8)沿所述激光器腔面巴條對(duì)步驟(7)的GaN基激光外延片巴條解離，形成單個(gè)巴條； (9)對(duì)步驟(8)解離成的單個(gè)巴條腔面鍍膜； (10)將步驟(9)所述的巴條解離成單個(gè)芯粒后，封裝器件，得GaN基藍(lán)綠光激光二極管器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，步驟(2)中利用光刻掩膜在GaN基激光外延片的P型面光刻出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)窗口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，利用干法刻蝕在步驟(2)所述的出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)窗口刻蝕出脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，步驟(3)在制備P電極之前，首先在所述脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的非歐姆接觸區(qū)覆蓋鈍化膜，其次便在脊波導(dǎo)條狀結(jié)構(gòu)表面的歐姆接觸區(qū)制備P電極即可。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，步驟(4)中是采用焊料焊接或金屬共晶焊接工藝將GaN基激光外延片的P型面焊接到第二襯底上，所選用的焊料包括In焊料、AuIn合金、AuSn合金、AuAg合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，步驟(5)中，去除第一襯底即原生長(zhǎng)襯底露出GaN基激光外延片的N型面，是根據(jù)不同材質(zhì)的第一襯底選擇不同設(shè)備工藝對(duì)齊去除:當(dāng)?shù)谝灰r底為藍(lán)寶石襯底時(shí)，則優(yōu)選激光剝離工藝；當(dāng)?shù)谝灰r底為Si襯底時(shí)，則優(yōu)選化學(xué)腐蝕工藝或干法刻蝕工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述第二襯底為Ge基板、GaAs基板或Si基板。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，在步驟(7)切割出激光器腔面巴條之前，在所述N型面制備出激光器巴條腔面窗口，該窗口按照晶體的天然晶面、通過腐蝕或光刻對(duì)位的方式獲得；步驟(7)中，利用干法 刻蝕或鋸片切割劃裂工藝切割出激光器腔面巴條。
【文檔編號(hào)】H01S5/042GK104078837SQ201310108423
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】沈燕, 劉青, 劉歡, 張木青, 徐現(xiàn)剛 申請(qǐng)人:山東浪潮華光光電子股份有限公司