CN103701037B - 氮化镓激光器腔面的制作方法 - Google Patents

氮化镓激光器腔面的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氮化镓激光器腔面的制作方法，包括：在衬底上外延生长氮化镓激光器结构，得到外延片，氮化镓激光器结构从衬底一侧依次包括n型欧姆接触层、n型限制层、n型波导层、量子阱、电子阻挡层、p型波导层、p型限制层、p型欧姆接触层；在外延片的欧姆接触层上涂覆光刻胶；应用光刻版进行标准光刻；在外延层片上蒸镀金属；在外延层上制作金属掩膜；刻蚀到激光器的n型光限制层；采用腐蚀液腐蚀刻蚀得到的腔面的侧壁；去除外延层表面的金属掩膜。本发明通过感应等离子体刻蚀和碱性溶液腐蚀的方法得到表面平整光滑的腔面，从而了消除干法腐蚀工艺后离子轰击作用对腔面造成的损伤，修复了等离子体对腔面造成的损伤，提高腔面的发射率。

Description

氮化镓激光器腔面的制作方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种氮化镓材料的激光器腔面的制作方法。
背景技术
氮化镓激光器随着氮化镓(GaN)材料晶体质量的改善，工艺条件的优化和衬底条件的改善，相关的技术得到蓬勃的发展。十余年间，人们已经在该领域取得了相当明显的成绩。外延生长技术的进步、低缺陷衬底材料和成熟的器件设计，已经使高性能GaN基蓝光激光器成为现实。这些产品已作为关键部件应用于下一代DVD播放系统中，比如蓝光光盘等。此外，这些激光器也适用于投影显示、高精度印刷和光学传感等领域。氮化镓材料以其独特的能带结构，其制作的激光器的发光波长覆盖紫外和绿光波段，使之能成为激光全色显示的光源。特别是紫外波段的氮化镓激光器在大气探测、空气和水净化、精密光刻、印刷和检测、空间紫外通讯(非视距传输)、化学传感等方面有很大的潜在应用。腔面的制作对于激光器的工艺是至关重要的，实验证实了腔面平整度的改善可以降低阈值电流，增加斜率效率。
目前氮化镓激光器腔面的制作方式包括解理和刻蚀两种：解理的方式是先将外延片衬底的厚度减薄至小于100μm后，沿氮化镓(GaN)材料的m面{1-100}解理得到激光器腔面，但是由于GaN材料的c面相对于蓝宝石衬底存在30°旋转，对应GaN材料m面的是蓝宝石的a面，而蓝宝石的最佳解理面为r面，采用解理的方式制得的激光器腔面，由于衬底和外延层解理面的角度偏差容易形成台阶，增加腔面的粗糙度。刻蚀的方法是通过感应等离子(ICP)、聚焦离子束(FIB)、反应离子刻蚀(RIE)等干法腐蚀工艺刻蚀出垂直结构的台面来制作腔面，刻蚀的等离子体中对腔面的轰击作用很强，从而刻蚀得到的腔面的粗糙度很大。腔面的粗糙度对激光器性能影响很大，粗糙的腔面会使放射率降低，从而增大阈值电流密度，甚至无法激射。
一般情况下，生长在蓝宝石衬底上的氮化镓激光器通过感应等离子体刻蚀的方法制定激光器谐振所需要的谐振腔的腔面，但是这种制作方法会由于等离子体在刻蚀过程中对腔面的轰击作用不均匀而导致表面出现条纹状的损伤，相关文献结果表面这种条纹状损伤导致其反射率大大降低，从而使得激光器的阈值密度大大增加，甚至无法产生谐振；一般的酸性或是碱性的溶液对于生长得到的c面的氮化镓材料没有腐蚀作用，通过等离子体刻蚀得的腔面一般为m面，碱性溶液在加热的情形下能够腐蚀m面的氮化镓材料，从而使得其表面变得平整光滑。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于，消除传统的氮化镓腔面的制作方法对腔面造成的损伤，提高腔面的发射率。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种氮化镓激光器腔面的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1：在衬底上外延生长氮化镓激光器结构，得到氮化镓外延片，所述氮化镓激光器结构从衬底一侧依次包括n型欧姆接触层、n型限制层、n型波导层、量子阱、电子阻挡层、p型波导层、p型限制层、p型欧姆接触层；步骤S2：在所述p型欧姆接触层上涂覆光刻胶，形成光刻胶层；步骤S3：使用光刻版对所述光刻胶层进行光刻；步骤S4：在所述光刻胶层上蒸镀金属；步骤S5：去除光刻胶层，在p形型欧姆接触层上得到金属掩膜；步骤S6：根据金属掩膜的图案从所述p型欧姆接触层进行刻蚀，依次刻蚀掉所述p型欧姆接触层、p型限制层、p型波导层、电子阻挡层、量子阱、n型波导层和n型限制层；步骤S7：对所述外延片进行腐蚀，以去除腔面上由刻蚀造成的条纹状损伤，并对腔面进行侧向腐蚀，使腔面变得垂直并且平滑；步骤S8：去除所述金属模板。
根据本发明的一种具体实施方式，步骤S1中外延的方法包括MOCVD、MBE、HVPE方法。
根据本发明的一种具体实施方式，衬底的材料是蓝宝石、SiC、GaN或是AlN。
根据本发明的一种具体实施方式，步骤S2采用的光刻胶为负型光刻胶。
根据本发明的一种具体实施方式，金属掩膜的材料为Ni、Ti/Ni或是Cr/Ni。
根据本发明的一种具体实施方式，所述步骤S6采用感应耦合等离子体刻蚀，刻蚀气体为Cl2、Ar2、BCl3。
根据本发明的一种具体实施方式，步骤S7中采用碱性腐蚀溶液进行腐蚀。
(三)有益效果
本发明在等离子体刻蚀的基础上，结合碱性溶液对于不同晶面的氮化镓材料的腐蚀速率的差别，通过感应等离子体刻蚀和碱性溶液腐蚀的方法得到表面平整光滑的腔面，从而了消除干法腐蚀工艺后离子轰击作用对腔面造成的损伤，修复了等离子体对腔面造成的损伤，提高腔面的反射率。
同时，本发明无需将衬底减薄，避免异质外延在解理中由于衬底和外延层的解理面不同造成解理腔面的不平整的问题，避免衬底的减薄，简化了工艺。
附图说明
图1A～图1H为本发明的氮化镓激光器腔面的制作方法在各步骤时显示的结构示意图，其中：
图1A显示了在衬底上依次外延生长氮化镓激光器结构；
图1B显示了在p型欧姆接触层上旋涂光刻胶，并对光刻胶进行后烘；
图1C显示了应用光刻版进行激光器谐振腔图形的标准光刻；
图1D显示了在外延层片上蒸镀金属；
图1E显示了湿法去胶清洗，形成所需的金属掩膜；
图1F显示了采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀到激光器的n型光限制层；
图1G显示了采用碱性腐蚀液AZ400K腐蚀ICP刻蚀得到的腔面；
图1H显示了用硫酸、双氧水、去离子水混合腐蚀液去除外延层表面的金属Ni；
图2为金属Ni掩膜版的光刻版设计图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种氮化镓激光器腔面的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1：在衬底上外延生长氮化镓激光器结构，得到氮化镓外延片。如图1A所示，所述氮化镓激光器结构从衬底10一侧依次包括n型欧姆接触层11，厚度为2～3um、n型限制层12，厚度为500-600nm、n型波导层13厚度为80-100nm、量子阱14厚度为30-50nm、电子阻挡层15，厚度为20-35nm、p型波导层16，厚度为80-100nm、p型限制层17，厚度为400-500nm、p型欧姆接触层18，厚度为20-50nm。连同氮化镓激光器结构的衬底在此也称为氮化镓外延片。
所述的衬底10的材料可以是蓝宝石、SiC、GaN或是AlN，厚度可为300-500um。所述外延方法包括MOCVD、MBE、MVPE等。
步骤S2：在p型欧姆接触层18上涂覆光刻胶，形成光刻胶层。
如图2所示，所述光刻胶可以选用L-30负性光刻胶，曝光后形成倒梯形台结构，方便蒸镀金属后剥离制作图形刻蚀掩膜，胶厚约为4um。
步骤S3：使用光刻版对光刻胶层进行光刻。
本发明采用如图2所示的光刻版进行标准光刻，其中激光器腔面21平行于氮化镓外延层的m面，即{1-100}面。
如图2所示，曝光显影后模板区域22为没有光刻胶的区域，其余部分有光刻胶，可一并参见如图1C。本发明所要求的光刻版除了腔面应平行于氮化镓外延层的m面，这是由氮化镓体系材料决定的，没有其他要求。
步骤S4：在光刻胶层上蒸镀金属。
金属例如可以为金属Ni，Ti/Ni或是Cr/Ni。其厚度可为150nm，如图1D所示。
步骤S5：去除光刻胶层，在p型欧姆接触层上得到金属掩膜层。
将步骤S4得到的外延片最外侧的金属Ni剥离后，将该外延片放入丙酮溶液，去胶后得到表面有金属Ni掩膜的外延片，如图1E所示。
步骤S6：根据金属Ni掩膜的图案从p型欧姆接触层18进行刻蚀，依次刻蚀掉p型欧姆接触层18、p型限制层17、p型波导层16、电子阻挡层15、量子阱14、n型波导层13和n型限制层12，如图1F所示。
可采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀，刻蚀采用的气体可为Cl2、Ar2、BCl3，采用上述气体流量分别为25sccm、25sccm、5sccm，采用的功率为交流功率/直流功率为450/100W。
步骤S7：对外延片进行腐蚀，以去除腔面上由刻蚀造成的条纹状损伤，并对腔面进行侧向腐蚀，使腔面变得垂直并且平滑。
本发明优选采用碱性腐蚀液进行刻蚀，因为碱性溶液对于不同晶面的氮化镓材料的腐蚀速率的差别，其对于m面的腐蚀速率远远大于其对于c面的腐蚀速率，一般的酸性溶液对于氮化镓材料没有腐蚀作用。例如采用AZ400K腐蚀ICP刻蚀得到的腔面，腐蚀的时间为30分钟，得到如图1G所示的结构；
步骤S8：去除金属模板。
可采用硫酸、双氧水、去离子水混合腐蚀液去除外延层表面的金属Ni模板。去除后，可用去离子水清洗得到的外延片，完成激光器腔面的制作。
本发明的最大特点是：提出一种氮化镓腔面的制作方法，一般情况下生长在蓝宝石衬底上的氮化镓激光器通过感应等离子体刻蚀的方法制定激光器谐振所需要的谐振腔的腔面，但是这种制作方法会由于等离子体在刻蚀过程中对腔面的轰击作用不均匀而导致表面出现条纹状的损伤，相关文献结果表面这种条纹状损伤导致其反射率大大降低，从而使得激光器的阈值密度大大增加，甚至无法产生谐振；一般的酸性或是碱性的溶液对于生长得到的c面的氮化镓材料没有腐蚀作用，通过等离子体刻蚀得的腔面一般为m面，碱性溶液在加热的情形下能够腐蚀m面的氮化镓材料，从而使得其表面变得平整光滑，本发明在等离子体刻蚀的基础上，结合碱性溶液对于不同晶面的氮化镓材料的腐蚀速率的差别，通过感应等离子体刻蚀和碱性溶液腐蚀的方法得到表面平整光滑的腔面，从而了消除干法腐蚀工艺后离子轰击作用对腔面造成的损伤，修复了等离子体对腔面造成的损伤，提高腔面的发射率。同时，本发明无需将衬底减薄，避免异质外延在解理中由于衬底和外延层的解理面不同造成解理腔面的不平整的问题，避免衬底的减薄，简化了工艺。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氮化镓激光器腔面的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1：在衬底上外延生长氮化镓激光器结构，得到氮化镓外延片，所述氮化镓激光器结构从衬底(10)一侧依次包括n型欧姆接触层(11)、n型限制层(12)、n型波导层(13)、量子阱(14)、电子阻挡层(15)、p型波导层(16)、p型限制层(17)、p型欧姆接触层(18)；
步骤S2：在所述p型欧姆接触层(18)上涂覆光刻胶，形成光刻胶层(19)；
步骤S3：使用光刻版对所述光刻胶层(19)进行光刻；
步骤S4：在所述光刻胶层上蒸镀金属；
步骤S5：去除光刻胶层，在p形型欧姆接触层上得到金属掩膜(20)；
步骤S6：根据金属掩膜(20)的图案从所述p型欧姆接触层(18)进行刻蚀，依次刻蚀掉所述p型欧姆接触层(18)、p型限制层(17)、p型波导层(16)、电子阻挡层(15)、量子阱(14)、n型波导层(13)和n型限制层(12)；
步骤S7：对所述外延片进行腐蚀，以去除腔面上由刻蚀造成的条纹状损伤，并对腔面进行侧向腐蚀，使腔面变得垂直并且平滑；
步骤S8：去除所述金属模板。
2.如权利要求1所述的氮化镓激光器腔面的制作方法，其特征在于，步骤S1中外延的方法包括MOCVD、MBE、HVPE方法。
3.如权利要求1所述的氮化镓激光器腔面的制作方法，其特征在于，衬底的材料是蓝宝石、SiC、GaN或是AlN。
4.如权利要求1所述的氮化镓激光器腔面的制作方法，其特征在于，步骤S2采用的光刻胶为负型光刻胶。
5.如权利要求1所述的氮化镓激光器腔面的制作方法，其特征在于，金属掩膜的材料为Ni、Ti/Ni或是Cr/Ni。
6.如权利要求1所述的氮化镓激光器腔面的制作方法，其特征在于，所述步骤S6采用感应耦合等离子体刻蚀，刻蚀气体为Cl2、Ar2、BCl3。
7.如权利要求1所述的氮化镓激光器腔面的制作方法，其特征在于，步骤S7中采用碱性腐蚀溶液进行腐蚀。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105826813B (zh) * 2016-05-06 2019-02-05 华中科技大学 一种基于高阶表面光栅的单模激光器
CN108305918B (zh) 2017-01-12 2019-07-16 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化物半导体发光器件及其制作方法
CN111785818B (zh) * 2020-07-10 2022-11-01 中国科学院半导体研究所 基于多孔下包层的GaN基波导器件及其制备方法和应用
CN112821198B (zh) * 2020-12-30 2022-08-30 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种n面分立的倒序结构激光器芯片及制备方法
CN117594428A (zh) * 2024-01-18 2024-02-23 西安卫光科技有限公司 一种欧姆接触测试结构的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6605548B1 (en) * 1999-06-01 2003-08-12 National Research Council Of Canada Process for etching gallium nitride compound based semiconductors
CN101625971A (zh) * 2008-07-09 2010-01-13 中国科学院半导体研究所 利用光辅助氧化湿法刻蚀ⅲ族氮化物的方法
CN101681828A (zh) * 2008-07-22 2010-03-24 住友电气工业株式会社 制造半导体器件的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4067928B2 (ja) * 2002-09-27 2008-03-26 株式会社東芝 窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体層の加工方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6605548B1 (en) * 1999-06-01 2003-08-12 National Research Council Of Canada Process for etching gallium nitride compound based semiconductors
CN101625971A (zh) * 2008-07-09 2010-01-13 中国科学院半导体研究所 利用光辅助氧化湿法刻蚀ⅲ族氮化物的方法
CN101681828A (zh) * 2008-07-22 2010-03-24 住友电气工业株式会社 制造半导体器件的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dislacation- and crystallographic-dependent photoelectrochemical wet etching of gallium nitride;Y. Gao et al.;《Applied Physics Letters》;20040426;第84卷(第17期);3322-3324 *
Gallium nitride microcavities formed by photoenhanced wet oxidation;L.-H Peng et al.;《Applied Physics Letters》;20051010;第87卷;161902-1-161902-3 *

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