CN100576662C - 利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，包括：在衬底上依次外延生长电极接触层，光限制层，波导层，发光有源区，波导层，光限制层和电极接触层；刻蚀电极接触层，制备P型欧姆接触电极；将衬底减薄；将激光器管芯分割；利用倒装焊技术将分割好的氮化镓基激光器管芯的P型欧姆接触电极层和支撑体上与管芯P电极大小相对应的金属焊料层以及管芯的N型欧姆接触电极层和支撑体上与管芯N电极大小相对应的金属焊料层焊接在一起；在管芯P电极的相应位置，从支撑体的背面开孔直到二氧化硅或氮化硅等绝缘隔离层，形成P型电极引出孔；在开孔后的支撑体的背面蒸镀金属层，引出管芯的P型电极，形成一个倒装的氮化镓基激光器的管芯。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法。
背景技术
III-V族GaN基化合物半导体及其量子阱结构激光器(LD)在增大信息的光存储密度、激光打印、深海通信、大气环境检测等领域有着广泛的应用前景，如果氮化镓基激光器替代目前的DVD光头，其记录密度可以达到现行的2-3倍，如果打印机采用氮化镓基激光器，其分辨率可以从现在标准的600dpi提高到1200dpi，深海在蓝光范围有一个窗口，氮化镓基激光器可以用来进行深海探测和通信，在国防领域应用具有深远意义，另外蓝光激光器也可用于短距离的塑料光钎通信。利用倒装焊技术制作氮化镓激光器管芯，可以增加热传导，降低激光器的激射阈值，提高激光器的性能和寿命。现在一般采用的倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法是，利用刻蚀的方法形成N型电极的接触区域，然后制备P型和N型欧姆接触电极，并在支撑体上制备相应的焊料，最后将管芯倒装焊到支撑体上。这种制备方法散热效果不好，影响了管芯的工作性能和寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，这种方法可以进一步提高热的传导速率，改善散热效果，降低激光器的激射阈值，提高管芯的性能和寿命。
本发明一种利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在绝缘衬底上依次外延生长氮化镓N型电极接触层，N型铝镓氮光限制层，N型氮化镓波导层，发光有源区，P型氮化镓波导层，P型铝镓氮光限制层和P型氮化镓电极接触层；
步骤2：利用离子束刻蚀技术将N型电极接触区和分割道区域刻蚀至N型氮化镓电极接触层，然后在其表面沉积绝缘薄膜，并形成P型和N型欧姆接触电极孔，在管芯的P型氮化镓电极接触层上制备P型欧姆接触电极，在N型氮化镓电极接触层上制备N型欧姆接触电极；
步骤3：将蓝宝石衬底减薄；
步骤4：将激光器管芯分割，形成具有腔面和一定腔长的单个激光器的管芯；
步骤5：在支撑体上沉积二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层，然后蒸镀与管芯P型和N型电极相对应的金属焊料层；将支撑体分割成单个激光器管芯的支撑体；
步骤6：利用倒装焊技术将分割好的氮化镓基激光器管芯上的P型欧姆接触电极层和N型欧姆接触电极与支撑体上与其相对应的金属焊料层焊接在一起；
步骤7：在管芯P电极的相应位置，从支撑体的背面开孔直到二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层，将孔底部的二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层去掉，形成P型电极引出孔；
步骤8：在开孔后的支撑体的背面蒸镀金属层，引出管芯的P型电极，形成一个倒装的氮化镓基激光器的管芯。
其中所述的绝缘衬底是蓝宝石衬底或氧化铝或氧化镁衬底。
其中在绝缘衬底上依次外延生长的方法是金属化学有机气相沉积方法。
其中蓝宝石衬底减薄到70μm到150μm之间。
其中在支撑体的背面开孔形成P型电极的引出孔内形成金属层，使P型电极从支撑体的背面引出。
其中P型电极引出层的金属为铟、铟锡合金、金锡合金或者铅锡合金，其厚度为50-200微米之间。
其中管芯倒装焊的支撑体为硅或者氧化铍或者氮化铝、金刚石高热导率的材料。
这种方法与传统的技术相比，从倒装焊的管芯支撑体背面开孔，将氮化镓基激光器P型电极从管芯支撑体的背面引出，这种制作管芯的方法与传统的倒装焊技术制作的管芯相比，可以提高散热效率，进一步降低激光器的激射阈值，提高激光器管芯的性能和寿命。
附图说明
为了进一步说明本发明的内容，以下结合实施例对本发明做一详细的描述，其中：
图1是本发明中的氮化镓基激光器管芯结构的剖面图；
图2倒装焊前具有金属电极的激光器管芯结构剖面图；
图3是本发明的管芯倒装焊到支撑体后的剖面图；
图4是本发明的利用倒装焊技术制作的管芯的剖面图。
具体实施方式
首先请参阅图1所示，这是一个氮化镓基激光器管芯结构的剖面图，其制作过程过程是，在蓝宝石衬底10上利用MOCVD方法外延生长GaNN型电极接触层11，N型AlGaN光限制层12，N型GaN波导层13，发光有源区14，P型GaN波导层16，P型AlGaN光限制层16和P型GaN电极接触层17。再参阅图2所示，激光器的管芯的宽设计为250微米，设计氮化镓基激光器管芯的结构和相应的管芯分割道的尺寸，利用离子束刻蚀技术将设计的N型电极接触区和分割道区域刻蚀至N型GaN电极接触层，然后用PECVD在其表面沉积一层厚度为0.2微米的二氧化硅绝缘薄膜20，并用光刻和腐蚀的方法形成宽为5μm的P型和宽为100μm的N型欧姆接触电极孔21和22，用蒸发的方法，在设计好的管芯的P型GaN电极接触层18上制备Ni(0.1μm)/Au(0.4μm)金属层，并且在700摄氏度合金5分钟形成P型欧姆接触电极23，在N型GaN电极接触层上制备Ti(0.1μm)/Al(0.4μm)金属层，并且在500摄氏度合金5分钟形成N型欧姆接触电极24，然后将蓝宝石衬底从背面用研磨的方法将其减薄到100μm，利用划片法沿设计好的管芯的分割道将外延片上的激光器管芯分割形成具有腔面和一定腔长的单个激光器的管芯。再参阅图3所示，在支撑体硅衬底30上利用PECVD方法沉积0.5μm厚的二氧化硅绝缘隔离层31，再根据设计的管芯大小在其上蒸发0.5μm与管芯P型层面相对应的倒装焊料金属铟32和1.5μm与管芯N型层面相对应的倒装焊料金属铟33，然后利用倒装焊技术将已经分割成的单个激光器管芯倒装焊到管芯支撑体上。最后参阅图4所示，在管芯P电极的相应位置，从支撑体的背面用反应离子刻蚀方法开孔直到二氧化硅绝缘隔离层，并用化学腐蚀的方法将孔底部的二氧化硅绝缘隔离层31去掉，形成P电极引出孔40，最后在开孔后的支撑体的背面用蒸发方法形成5μm厚的金锡合金41引出管芯的P型电极，形成一个完整的具有良好导热性能的氮化镓基激光器管芯。
本发明一种利用倒装技术制备氮化镓基激光器管芯的过程为：利用MOCVD方法在蓝宝石等衬底上外延生长氮化镓基激光器的结构，用刻蚀的方法露出N型电极接触层，用PECVD方法在其表面沉积一层绝缘的二氧化硅或氮化硅薄膜，并用光刻和化学腐蚀的方法形成激光器的P型和N型电极接触孔，用光刻和蒸镀、溅射等方法在外延片的P型层面和N型电极接触层上，根据设计的管芯大小制备P型和N型欧姆接触电极，用研磨的方法或离子减薄技术将其减薄到70μm到150μm之间，再用切割法或划片法将管芯沿切割道分开形成具有激光器腔面和一定腔长的单个管芯；在管芯支撑体上用等离子体PECVD方法蒸镀一层二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层，然后根据设计的管芯大小用光刻和蒸发等方法在二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层的支撑体上形成与管芯P型和N型接触电极面相对应的金属焊料层，利用倒装焊技术将单个管芯倒装焊到支撑体上；在管芯P电极的相应位置，从支撑体的背面用干法刻蚀或湿法腐蚀方法开孔直到二氧化硅或氮化硅等绝缘隔离层，接着用化学腐蚀的方法将孔底部的二氧化硅或氮化硅等绝缘隔离层去掉，形成P电极引出孔，在开孔后的支撑体的背面蒸镀金属层引出管芯的P型电极，形成一个完整的具有很好导热性能的激光器的管芯。
本发明提供了一种利用倒装技术制备氮化镓基激光器的方法，这种制作氮化镓基激光器管芯的方法与传统的倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法相比，可以进一步改善热传导，降低激光器的激射阈值，提高激光器管芯的性能和寿命。
Claims (7)
1、一种利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在绝缘衬底上依次外延生长氮化镓N型电极接触层，N型铝镓氮光限制层，N型氮化镓波导层，发光有源区，P型氮化镓波导层，P型铝镓氮光限制层和P型氮化镓电极接触层；
步骤2：利用离子束刻蚀技术将N型电极接触区和分割道区域刻蚀至N型氮化镓电极接触层，然后在其表面沉积绝缘薄膜，并形成P型和N型欧姆接触电极孔，在管芯的P型氮化镓电极接触层上制备P型欧姆接触电极，在N型氮化镓电极接触层上制备N型欧姆接触电极；
步骤3：将蓝宝石衬底减薄；
步骤4：将激光器管芯分割，形成具有腔面和一定腔长的单个激光器的管芯；
步骤5：在支撑体上沉积二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层，然后蒸镀与管芯P型和N型电极相对应的金属焊料层；将支撑体分割成单个激光器管芯的支撑体；
步骤6：利用倒装焊技术将分割好的氮化镓基激光器管芯上的P型欧姆接触电极层和N型欧姆接触电极与支撑体上与其相对应的金属焊料层焊接在一起；
步骤7：在管芯P电极的相应位置，从支撑体的背面开孔直到二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层，将孔底部的二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层去掉，形成P型电极引出孔；
步骤8：在开孔后的支撑体的背面蒸镀金属层，引出管芯的P型电极，形成一个倒装的氮化镓基激光器的管芯。
2、根据权利要求1所述的利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，其特征在于，其中所述的绝缘衬底是蓝宝石衬底或氧化铝或氧化镁衬底。
3、根据权利1求1所述的利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，其特征在于，其中在绝缘衬底上依次外延生长的方法是金属化学有机气相沉积方法。
4、根据权利要求1所述的利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，其特征在于，其中蓝宝石衬底减薄到70μm到150μm之间。
5、根据权利要求1所述的利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，其特征在于，其中在支撑体的背面开孔形成P型电极的引出孔内形成金属层，使P型电极从支撑体的背面引出。
6、根据权利要求5所述的利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，其特征在于，其中P型电极引出层的金属为铟、铟锡合金、金锡合金或者铅锡合金，其厚度为50-200微米之间。
7、根据权利要求1所述的利用倒装焊技术制作氮化镓基激光器管芯的方法，其特征在于，其中管芯倒装焊的支撑体为硅或者氧化铍或者氮化铝、金刚石高热导率的材料。
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