一種GaN襯底激光二極管的制造方法技術

本發明專利技術公開了一種GaN襯底激光二極管的制造方法，其包括形成GaN襯底以及依次沉積n型包覆層、n型光導層、有源層、p型阻擋層、p型光導層和p型包覆層。其中形成GaN襯底的方法包括將GaN晶片放入高溫高壓裝置中，對GaN晶片加熱的同時加壓，加熱溫度為820～880℃，加壓壓力為4.1~4.6GPa，保持10～15分鐘；停止加熱加壓，使GaN晶片恢復至常溫常壓；在高溫高壓裝置中退火20～30分鐘后，取出GaN晶片。該方法可以明顯的減小激光二極管襯底中的晶體缺陷密度，提高激光二極管的性能和壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及ー種激光二極管的制造方法。
技術介紹
激光二極管(LD)是ー種由半導體材料形成ニ極管，其基本結構包括襯底以及依次沉積在襯底上的P/N型包覆層、有源層和P/N型包覆層，以及N型和P型包覆層上的歐姆接觸。襯底作為LD這座大廈的地基，具有重要的作用。藍寶石是ー種常用的LD襯底，但由于其與其上的異相外延層的晶格和熱應カ失配，發熱后由于膨脹程度不同會崩裂，導致器件損壞。另外ー類LD襯底包括GaN，GaAs, InP等半導體材料。作為襯底的上述半導體材料中一般都會包括各種缺陷，例如位錯、間隙或空位等，缺陷會引起晶體應變，應變會造成襯底上外延層的品質及性能降低，導致激光二極管的壽命縮短。多年來，隨著半導體技術的發展，經過本領域技術人員的長期研究和實踐，形成了較為完善的晶體生長エ藝流程，減少了半導體襯底材料生長過程中形成的缺陷密度。但是，人們還希望得到缺陷密度更低的襯底，制得性能更佳、壽命更長的激光二極管。如何進ー步減少或消除缺陷成為本領域急需解決的問題。
技術實現思路
為了克服現有技術中存在的缺陷，本專利技術提供了ー種GaN襯底激光二極管的制造方法，該方法可以明顯的減小激光二極管襯底中的晶體缺陷密度，提高激光二極管的性能和壽命。本專利技術的GaN襯底激光二極管包括η-GaN襯底，在襯底上依次沉積了 η型包覆層、η型光導層和有源層，其中，η 型包覆層是 n-AlJribGah—bN,其中 O く a, b, a+b ^ I ；η 型光導層為 n-AlcIndGa卜c_dN,其中 O く c, d, c+d ^ I ；有源層是超晶格結構的n-AUnfGanfN/n-AIglnhGakhN多量子阱層，其中(Xe，f, g，h, e+f, g+h く I。在有源層上還依次沉積了 P型阻擋層、P型光導層和P型包覆層，其中P型阻擋層是p-AlJrijGa^-jN,P 型光導層是P-AlkIn1Ga1-HN,P 型包覆層是P-AlmInnGa1InN,其中(Xi,j, K, 1，m，n，i+j，k+1，m+n ミ I。本專利技術的GaN襯底激光二極管的制造方法包括如下步驟，首先形成GaN襯底，其次在襯底上依次沉積了 η型包覆層、η型光導層、有源層、P型阻擋層、P型光導層和P型包覆層。其中形成GaN襯底的方法包括如下步驟(I)在常溫常壓下，將GaN晶片放入高溫高壓裝置中，在高溫高壓裝置中加入傳壓介質，該傳壓介質為NaCL和液氮；(2)對GaN晶片加熱的同時加壓，加熱溫度為820 880°C，加壓壓カ為4. Γ4. 6GPa，保持10 15分鐘。其中，加熱速率為100°C /分鐘，加壓速率為O. 2 O. 3GPa/分鐘。(3)停止加熱，使GaN晶片冷卻至常溫；同時緩慢卸壓，使GaN晶片恢復至常壓。卸壓速度為O. 5 O. 8GPa/分鐘。(4) 在高溫高壓裝置中退火20 30分鐘后，取出GaN晶片。附圖說明圖I為本專利技術的GaN襯底激光二極管的結構示意圖。具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細描述，但不作為對本專利技術的限定。圖I示出了本專利技術的激光二極管的結構示意圖。其包括η-GaN襯底1，在襯底I上依次沉積了 η型包覆層2、η型光導層3和有源層4。η 型包覆層 2 是 n-AlJribGah-bN,光導層 3 為 n-AlcIndGaトc_dN,其中 O ^ a, b, c, d,a+b, c+d ^ I ο包覆層2也可以是Ii-AlaInbGa1IbN超晶格。有源層4是超晶格結構的n-AUnfGanfN/n-AIglnhGakhN多量子阱層，其中O ^ e, f, g, h, e+f, g+h ^ I。在有源層4上還沉積了 P型阻擋層5，P型阻擋層5是P-AliInjGa1+々，其上為P型光導層6和p型包覆層7，其中p型光導層6是P-AlkIn1Ga卜hN,P 型包覆層 7 是p_AlmInnGa卜m_nN,其中 O ^ i，j，k, l,m,n, i+j,k+1,m+n ^ I。P型包覆層7也可以是P-AlmInnGannN超晶格。在一個優選實施例中，包覆層、光導層和P型阻擋層的帶隙都比有源層的帶隙大。在另ー個優選實施例中，光導層的帶隙比包覆層的帶隙小，P型阻擋層的帶隙比包覆層的帶隙大。在P型包覆層7上可以設置P型接觸層8，P型接觸層8可以是P-AlJnpGa1IpN,其中O < ο, P, o+p ^ I, P型接觸層的帶隙比有源層的帶隙大，比包覆層的帶隙小。接觸層還可以是P+-AlyInzGa1HN超晶格,其中O彡y, z, y+z く I。通過該器件的結構蝕刻P接觸層、包覆層、有源層和可選的η接觸層，來形成臺面結構。臺面足夠深以延伸到至少有源層之下，并且可以一直延伸到襯底的最上部分。為了改善電限制和減小閾值電流，可以通過接觸層的外圍蝕刻一脊結構，并進入最上面的包覆層中。在腐蝕形成條形臺面和脊結構之后，形成鈍化層將臺面和脊的側面而非脊的頂部鈍化。鈍化層可以包括SiO2或者SiNx，可以通過熱蒸發、電子束蒸發、濺鍍等方法沉積。然后，在頂表面(P型)和底表面(η型)上分別形成P型金屬接觸9和η型金屬接觸10。P型接觸9優選為鎳-金合金，η型接觸10優選為鈦-鋁合金。其可以通過本領域已知的任何方法形成，例如濺射沉積或電子束蒸發沉積。將上述接觸退火至大約400°C到950°C之間的溫度即構成歐姆接觸。最后，在垂直于上述脊結構的平面內切割器件，以確定激光腔的長度尺度。激光腔的長度在100 μ m到2000 μ m之間。上面描述了 η型襯底的器件結構，P型襯底的器件結構與其相反，將η-接觸層和P-接觸層以及η-包覆層和P-包覆層分別顛倒即可。其中形成GaN襯底的方法包括如下步驟(I)在常溫常壓下，將GaN晶片放入高溫高壓裝置中，在高溫高壓裝置中加入傳壓介質，該傳壓介質為NaCL和液氮；(2)對GaN晶片加熱的同時加壓，加熱溫度為820 880°C，加壓壓カ為 4. Γ4. 6GPa，保持10 15分鐘；此處的加壓壓カ也可以稱作加壓壓強。其中，加熱速率為IOO0C /分鐘，加壓速率為O. 2 O. 3GPa/分鐘。(3)停止加熱，使GaN晶片冷卻至常溫；同時緩慢卸壓，使GaN晶片恢復至常壓。卸壓速度為O. 5 O. 8GPa/分鐘。(4)在高溫高壓裝置中退火20 30分鐘后，取出GaN晶片。本專利技術進行了 50組不同溫度和壓カ范圍的實驗，對GaN晶片進行了高溫高壓處理。實驗數據表明，對GaN晶片實施加熱溫度為820 880°C，加壓壓カ為4. Γ4. 6GPa的高溫高壓處理并退火后，其位錯和空隙的密度降低至處理前的20 30%，說明該方法明顯減少了晶片內的缺陷密度。實驗數據也表明，處理后晶片的缺陷密度與加熱溫度、加壓壓カ有關，且溫度范圍和壓カ范圍其主要作用，但加熱、加壓以及卸壓速率也對缺陷密度的減少其作用，上文中已經記載了優選的溫度和壓カ范圍，以及優選的加熱、加壓與卸壓速率。降溫不需采用特殊方法，停止加熱后自然冷卻即可。采用處理后的GaN晶片作為襯底形成的激光二極管，増大了擊穿場強，減少了漏電，増加了導熱性，光發射效率更高，可靠性更大。用于處理本專利技術的晶片的高溫高壓裝置可以采用已有的兩面頂和多面體高壓裝置，多本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種GaN襯底激光二極管，包括n？GaN襯底，在襯底上依次沉積有n型包覆層、n型光導層和有源層，其特征在于，n型包覆層是n？AlaInbGa1？a？bN，其中0≤a，b，a+b≤1；n型光導層為n？AlcIndGa1？c？dN，其中0≤c，d，c+d≤1；有源層是超晶格結構的n？AleInfGa1？e？fN/n？AIgInhGa1？g？hN多量子阱層，其中0≤e，f，g，h，e+f，g+h≤1。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：虞浩輝，周宇杭，
申請(專利權)人：江蘇威納德照明科技有限公司，
類型：發明
國別省市：