[发明专利]GaN基脊型激光二极管的制备方法

说明书

技术领域

本项发明属于光电技术领域，具体涉及GaN基激光二极管(LD)的制备方法。

背景技术

GaN基激光二极管(LD)器件作为光电子器件具有广泛的应用领域和巨大的产品市场。目前，已经实现紫光、蓝光和绿光GaN基LD激射，紫外和红外波段的GaN基LD也在研究中。波长405纳米(nm)的蓝紫光GaN基LD是高密度光信息存储领域中新一代DVD，即Blu-ray Disc的核心器件；450纳米(nm)左右的蓝光GaN基LD则作为以红、绿、蓝三基色激光中的蓝光光源，在激光显示领域有重要应用，尤其是便携式或密集型激光显示和投影设备的不可或缺的核心器件。

GaN基激光二极管，以及其它半导体激光二极管主要采用脊型结构，因为脊型结构有助于对电流分布的侧向限制，又能有效地提高光限制因子。脊型波导激光器尤其是窄的脊型结构可以提高激光光斑质量，获得较高的功率效率，并能有效利用激光能量，有助于激光器与应用系统的耦合和集成。然而，脊型结构的制备是包括GaN基激光二极管在内的半导体激光二极管制造工艺中最重要和最困难的关键工艺。传统工艺是先光刻脊型，再通过第二次光刻在P区绝缘层上套刻一个和脊型顶部精确对准的窗口，使得P型电极能和脊型形成良好的欧姆接触。由于紫外曝光机分辨极限的限制，和精确对版的困难，普通的紫外光刻机难以实现对4um以下的窄脊的对准曝光，使得制备窄的脊型波导激光器非常困难。另外，即便完成了对准光刻，后工艺条件也非常苛刻，比如，腐蚀绝缘层的时间很难掌控，腐蚀时间过短容易造成绝缘层残留，增大开启电压，降低效率；腐蚀时间过长则容易造成侧蚀，形成漏电，影响器件的发光效能和器件寿命。所以，脊型结构的制备是决定GaN基激光二极管的性能和成本的关键之一。目前，制备脊型结构的传统工艺对曝光机精度要求高、工艺条件苛刻复杂、成本高，严重影响GaN激光器的竞争力和市场应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种脊型GaN基激光二极管的制备方法。

本发明原理：通过在外延片正面淀积金属等不透明薄膜，光刻形成掩埋挡光区，实现对脊型上方绝缘层的腐蚀和剥离的屏蔽，通过背面曝光或辐照，在脊型激光器P区绝缘层上打开与脊型顶部自然对准的窗口，在此基础上制作P区电极的欧姆接触。本发明一方面可以精确控制P区电极区的形状，使之与脊型顶部完全吻合，保护绝缘层的完整性和侧壁的规则性；另一方面又可以辅助剥离残余的绝缘层，提高欧姆接触的质量，同时防止电流侧向泄漏和欧姆接触电阻过大，达到减小激光器的阈值电流密度，提高器件的综合性能的目的。由于省去套刻、二次曝光制作脊型的传统工艺，避免了复杂的对版过程，大大简化了工艺步骤，降低了对曝光机等设备分辨率和精度的要求，以及工艺难度。

本发明具体提出了一种利用掩埋挡光区光刻和蚀刻制备GaN基脊型激光器的方法，具体包括以下步骤：

(1)将GaN激光器外延片的蓝宝石衬底背面抛光，或采用背面抛光衬底的GaN激光器外延片；

(2)在GaN激光器外延片的正面制备挡光层；

(3)在GaN激光器外延片正面的挡光层上通过光刻曝光出激光器脊型结构的图形，之后刻蚀或腐蚀将挡光层制备成条形结构；

(4)在GaN激光器外延片上干法刻蚀形成激光器的P区脊型结构和N区注入结构，之后在具有了P区和N区结构的激光器外延片上沉积绝缘层；

(5)在绝缘层上涂布光刻胶，从抛光的蓝宝石衬底一侧对蓝宝石进行泛曝光；

(6)显影去除绝缘层上脊型结构上方的光刻胶，形成脊型结构之上的窗口图形；

(7)去除窗口区的绝缘层，接着去除挡光层，形成P区脊型上的电流注入区；

(8)沉积P区电极，退火形成欧姆接触，之后再形成N区电极，至此制备出GaN基激光器芯片。

本发明通过在干法蚀刻脊型和沉积绝缘层之前在脊型的顶部掩埋一层不透明挡光层，阻止紫外光对脊型顶部光刻胶的曝光，然后通过背向曝光技术实现第二次光刻，继而可以采用湿法腐蚀绝缘层窗口，借助对该挡光层的腐蚀实现对残余绝缘层的剥离。本发明的特点在于同时解决了目前脊型激光器电极窗口对准困难和绝缘层侧向腐蚀条件难于把握两大问题。

本发明的优点如下：

1)制备挡光层，第一步光刻形成和脊型一样宽的挡光区，利用第一次光刻后留下的挡光区作为第二次光刻的非曝光区掩膜板，这样会非常准确的除去干净窗口区的绝缘层，克服了传统光刻二次套刻精度的限制。