CN108832483A - 一种脊形半导体激光二极管的制备方法 - Google Patents
一种脊形半导体激光二极管的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108832483A CN108832483A CN201810678555.XA CN201810678555A CN108832483A CN 108832483 A CN108832483 A CN 108832483A CN 201810678555 A CN201810678555 A CN 201810678555A CN 108832483 A CN108832483 A CN 108832483A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type
- layer
- preparation
- gan
- ridge structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
一种脊形半导体激光二极管的制备方法，包括：(1)制备GaN LD外延片(2)利用掩膜、光刻工艺在所述GaN LD外延片的表面制备脊形结构，所述脊形结构的底边被光刻至所述P型波导层(3)向所述GaN LD外延片的表面采用离子注入方法形成绝缘层(4)蒸镀P型欧姆接触电极(5)制备P型层加厚电极；(6)蒸镀N型欧姆接触电极(7)将上述激光器解理、镀膜、切割后形成单个激光器的管芯。本发明在所述未设置脊形结构的P型波导层上、在所述脊形结构的侧壁上以及脊形结构的两端均设置有由离子注入方法制备的绝缘层，从而得到最小脊条宽度为1μm的激光器，易实现单模，热稳定性好，且不需要剥离，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种脊形半导体激光二极管的制备方法，属于光电子加工的技术领域。
背景技术
随着半导体光电子器件的迅速发展，氮化镓半导体激光器应运而生。作为第三代半导体，氮化镓(GaN)及其系列材料以其禁带宽度大、光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外的全波段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微电子学领域具有巨大的应用价值。氮化镓激光器，尤其是蓝紫光波段，相对于红光及红外激光器来说，能够提供更小的光斑尺寸和更大的聚焦深度，从而在更高分辨、更快速度的激光打印以及大密度存储系统中有着广泛的应用。另外，蓝光激光器结合现在已有的红光、绿光激光器，在投影显示及全色打印领域中，具有很广的前景。
现有的氮化镓基激光器管芯的制作方法是：利用刻蚀的方法形成激光器的脊型结构，接着利用套刻或者自对准的方法在脊型以外的区域制作绝缘层，然后形成P、N电极，最后通过解理、腔面镀膜后得到激光器管芯。
然而，通过套刻工艺得到的脊型激光器脊条较宽，不容易实现单模，且热稳定性差。自对准工艺虽然可以获得较窄的条宽，但是存在剥离困难，易漏电等问题。
PCT国际专利申请WO2005093919A1公开了一种氮化物半导体激光元件的容量被显著降低和高速的响应可以满足要求。在所述氮化物半导体激光元件，一主平面上的一基板(101)，一个n-型半导体层，一个激活层(205)和一个P-型半导体层，其是由氮化物的所有的，被层叠，和一个条状脊部(2)是所述P-型半导体层上形成。一周边区域中的半导体pn结分离从所述脊部分是通过离子注入破坏，以形成一个绝缘区(1)用于降低所述元件的容量。
中国专利文献CN103855011A公开了一种FinFET及其制造方法。制造FinFET的方法包括：图案化半导体衬底以形成脊状物；进行离子注入，使得在脊状物中形成掺杂穿通阻止层，并且半导体衬底位于掺杂穿通阻止层上方的部分形成半导体鳍片；形成与半导体鳍片相交的栅堆叠，该栅堆叠包括栅极电介质和栅极导体，并且栅电介质将栅极导体和半导体鳍片隔开；形成围绕栅极导体的栅极侧墙；以及在半导体鳍片位于栅堆叠两侧的部分中形成源区和漏区。掺杂穿通阻止层将半导体鳍片和半导体衬底隔开，从而可以断开源区和漏区之间经由半导体衬底的漏电流路径。
上述专利文献仅仅是在脊型以外区域进行离子注入，在两腔面存在电流注入，热稳定性差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种脊形半导体激光二极管的制备方法。
本发明还提供一种利用上述制备方法制备的二极管。
本发明的技术方案如下：
一种脊形半导体激光二极管的制备方法，包括：
(1)制备GaN LD外延片，所述GaN LD外延片包括在衬底上依次设置的N型GaN欧姆接触层、N型AlGaN光限制层、N型波导层、有源区、P型波导层、P型AlGaN光限制层和P型GaN欧姆接触层；
(2)利用掩膜、光刻工艺在所述GaN LD外延片的表面制备脊形结构，所述脊形结构的底边被光刻至所述P型波导层；所述光刻采用ICP设备；
(3)向所述GaN LD外延片的表面采用离子注入方法形成绝缘层，然后去除步骤(2)所述的掩膜；所述掩膜为光刻胶或介质膜；
(4)在所述脊形结构的表面蒸镀P型欧姆接触电极；通过光刻工艺得到所需P型欧姆接触电极图形；
(5)在所述P型欧姆接触电极的表面制备P型层加厚电极；在所述P型欧姆接触电极的表面通过光刻、剥离工艺形成P型层加厚电极；
(6)将衬底减薄，蒸镀N型欧姆接触电极，制成激光器；
(7)将上述激光器解理、镀膜、切割后形成单个激光器的管芯。即半导体激光二极管。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中衬底为导电GaN层、SiC层或硅层。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中的离子注入方法中，注入离子厚度为0.1-0.5μm。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中，所述注入离子为氢离子、氦离子或氧离子。
根据本发明优选的，所述步骤(4)中的P型欧姆接触电极为ITO、ZnO或石墨烯。
根据本发明优选的，所述步骤(4)中的P型欧姆接触电极为金属复合电极。优选的，所述金属复合电极为Ni、Pd、Pt、Ti、Au等金属的多层组合。
所述步骤(5)中P型层加厚电极、步骤(6)中N型欧姆接触电极均为Cr、Ti、Pd、Pt、Al和Au中的两种或多种金属膜系组成。
利用上述制备方法制备的二极管，包括由下而上设置的：
N型欧姆接触电极、衬底、N型GaN欧姆接触层、N型AlGaN光限制层、N型波导层、有源区、P型波导层；
在所述P型波导层上还部分设置有脊形结构，包括由下而上设置的P型AlGaN光限制层和P型GaN欧姆接触层；
在所述未设置脊形结构的P型波导层上、在所述脊形结构的侧壁上均设置有由离子注入方法制备的绝缘层；
在所述P型GaN欧姆接触层上设置有P型欧姆接触电极和P型层加厚电极。
上述技术方案中未做详细说明和限定的，均参照发光二极管制作的现有技术。
本发明的技术优势在于：
本发明在所述未设置脊形结构的P型波导层上、在所述脊形结构的侧壁上以及脊形结构的两端均设置有由离子注入方法制备的绝缘层，从而得到最小脊条宽度为1μm的激光器，易实现单模，热稳定性好，且不需要剥离，工艺简单。
附图说明
图1是本发明所述GaN LD外延片的结构示意图；
图2是利用本发明所述方法得到的脊型GaN LD芯片的结构示意图；
图3是采用本发明方法得到的脊型GaN LD芯片的俯视图；
图中，1、衬底，2、N型GaN欧姆接触层，3、N型AlGaN光限制层，4、N型波导层，5、有源区，6、P型波导层，7、P型AlGaN光限制层，8、P型GaN欧姆接触层；9、离子注入层，10、P型欧姆接触电极，11、P型加厚电极，12、N型欧姆接触电极。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
如图1-3所示。
实施例1、
一种脊形半导体激光二极管的制备方法，包括：
(1)制备GaN LD外延片，所述GaN LD外延片包括在衬底上依次设置的N型GaN欧姆接触层、N型AlGaN光限制层、N型波导层、有源区、P型波导层、P型AlGaN光限制层和P型GaN欧姆接触层；所述衬底为导电GaN层，在GaN导电衬底上采用MOCVD方法得到GaN LD外延片；
(2)利用掩膜、光刻工艺在所述GaN LD外延片的表面制备脊形结构，所述脊形结构的底边被光刻至所述P型波导层；所述光刻采用ICP设备；通过光刻工艺，利用正性光刻胶做掩膜，使用ICP将上述GaN LD外延片刻蚀至P型波导层，形成脊形结构；
(3)向所述GaN LD外延片的表面采用离子注入方法形成绝缘层，然后去除步骤(2)所述的掩膜；所述掩膜为光刻胶或介质膜；所述步骤(3)中的离子注入方法中，注入离子厚度为0.1-0.5μm。所述步骤(3)中，所述注入离子为氢离子、氦离子或氧离子；在本实施例中，在脊形结构侧壁、两端以及P型波导层表面注入氢离子，深度0.3μm，形成绝缘层，然后去除光刻胶；
(4)在所述脊形结构的表面蒸镀P型欧姆接触电极；通过光刻工艺得到所需P型欧姆接触电极图形；在所述脊形结构的表面蒸镀ITO作为P型欧姆接触电极；
(5)在所述P型欧姆接触电极的表面制备P型层加厚电极；在所述P型欧姆接触电极的表面通过光刻、剥离工艺形成P型层加厚电极TiPtAu；
(6)将衬底减薄至80-90μm，蒸镀N型欧姆接触电极TiPtAu，制成激光器；
(7)将上述激光器解理、镀膜、切割后形成单个激光器的管芯。即半导体激光二极管。
实施例2、
如实施例1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其区别在于，所述步骤(1)中衬底为SiC层。
实施例3、
如实施例1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其区别在于，所述步骤(1)中衬底为硅层。
实施例4、
如实施例1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其区别在于，所述步骤(4)中的P型欧姆接触电极为ZnO或石墨烯。
实施例5、
如实施例1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其区别在于，所述步骤(4)中的P型欧姆接触电极为金属复合电极，所述金属复合电极为Ni、Pd、Pt、Ti、Au等金属的多层组合。
实施例6、
如实施例1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其区别在于，所述步骤(5)中P型层加厚电极、步骤(6)中N型欧姆接触电极均为Cr、Ti、Pd、Pt、Al和Au中的两种或多种金属膜系组成。
实施例7、
如实施例1-6所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法制备的二极管，包括由下而上设置的：
N型欧姆接触电极、衬底、N型GaN欧姆接触层、N型AlGaN光限制层、N型波导层、有源区、P型波导层；
在所述P型波导层上还部分设置有脊形结构，包括由下而上设置的P型AlGaN光限制层和P型GaN欧姆接触层；
在所述未设置脊形结构的P型波导层上、在所述脊形结构的侧壁上均设置有由离子注入方法制备的绝缘层；
在所述P型GaN欧姆接触层上设置有P型欧姆接触电极和P型层加厚电极。
上述技术方案中未做详细说明和限定的，均参照发光二极管制作的现有技术。
Claims (8)
1.一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
(1)制备GaN LD外延片，所述GaN LD外延片包括在衬底上依次设置的N型GaN欧姆接触层、N型AlGaN光限制层、N型波导层、有源区、P型波导层、P型AlGaN光限制层和P型GaN欧姆接触层；
(2)利用掩膜、光刻工艺在所述GaN LD外延片的表面制备脊形结构，所述脊形结构的底边被光刻至所述P型波导层；
(3)向所述GaN LD外延片的表面采用离子注入方法形成绝缘层，然后去除步骤(2)所述的掩膜；
(4)在所述脊形结构的表面蒸镀P型欧姆接触电极；
(5)在所述P型欧姆接触电极的表面制备P型层加厚电极；
(6)将衬底减薄，蒸镀N型欧姆接触电极，制成激光器；
(7)将上述激光器解理、镀膜、切割后形成单个激光器的管芯。
2.根据权利要求1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中衬底为导电GaN层、SiC层或硅层。
3.根据权利要求1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的离子注入方法中，注入离子厚度为0.1-0.5μm。
4.根据权利要求3所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述注入离子为氢离子、氦离子或氧离子。
5.根据权利要求1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的P型欧姆接触电极为ITO、ZnO或石墨烯。
6.根据权利要求1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的P型欧姆接触电极为金属复合电极。
7.根据权利要求1所述的一种脊形半导体激光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中P型层加厚电极、步骤(6)中N型欧姆接触电极均为Cr、Ti、Pd、Pt、Al和Au中的两种或多种金属膜系组成。
8.利用如权利要求1-7任意一项所述制备方法制备的二极管，其特征在于，该二极管包括由下而上设置的：
N型欧姆接触电极、衬底、N型GaN欧姆接触层、N型AlGaN光限制层、N型波导层、有源区、P型波导层；
在所述P型波导层上还部分设置有脊形结构，包括由下而上设置的P型AlGaN光限制层和P型GaN欧姆接触层；
在所述未设置脊形结构的P型波导层上、在所述脊形结构的侧壁上均设置有由离子注入方法制备的绝缘层；
在所述P型GaN欧姆接触层上设置有P型欧姆接触电极和P型层加厚电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810678555.XA CN108832483A (zh) | 2018-06-27 | 2018-06-27 | 一种脊形半导体激光二极管的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810678555.XA CN108832483A (zh) | 2018-06-27 | 2018-06-27 | 一种脊形半导体激光二极管的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108832483A true CN108832483A (zh) | 2018-11-16 |
Family
ID=64139116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810678555.XA Pending CN108832483A (zh) | 2018-06-27 | 2018-06-27 | 一种脊形半导体激光二极管的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108832483A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020151290A1 (zh) * | 2019-01-22 | 2020-07-30 | 中国科学院半导体研究所 | 片上集成半导体激光器结构及其制备方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1469518A (zh) * | 2002-07-19 | 2004-01-21 | ���ǵ�����ʽ���� | 具有电流限制层的半导体激光二极管及其制造方法 |
| CN1534839A (zh) * | 2003-03-31 | 2004-10-06 | 中国科学院半导体研究所 | 半导体激光器腔面钝化的方法 |
| CN1870368A (zh) * | 2005-05-27 | 2006-11-29 | 中国科学院半导体研究所 | 窄条选择外延技术制作铝铟镓砷掩埋脊波导激光器及方法 |
| US20090213892A1 (en) * | 2008-02-26 | 2009-08-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Vcsel with reduced light scattering within optical cavity |
| CN101938083A (zh) * | 2010-07-14 | 2011-01-05 | 中国科学院半导体研究所 | 基于y波导的双分布反馈激光器双放大器的制作方法 |
| CN102299480A (zh) * | 2011-07-15 | 2011-12-28 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 半导体激光器的制作方法 |
| CN102545051A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-04 | 苏州纳睿光电有限公司 | 一种氮化镓基激光器管芯的制备方法 |
| CN103460529A (zh) * | 2011-03-29 | 2013-12-18 | 住友电气工业株式会社 | 光半导体元件 |
| CN105048285A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-11-11 | 中国科学院半导体研究所 | 一种提高氮化镓基激光器性能的方法 |
| CN105790069A (zh) * | 2015-07-08 | 2016-07-20 | 长春理工大学 | 一种椭圆环形窗口半导体激光器 |
| CN105990790A (zh) * | 2015-01-29 | 2016-10-05 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种提高半导体激光器可靠性的制备方法 |
| CN107645122A (zh) * | 2016-07-22 | 2018-01-30 | 杭州中科极光科技有限公司 | 脊形半导体激光器及其制作方法 |
-
2018
- 2018-06-27 CN CN201810678555.XA patent/CN108832483A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1469518A (zh) * | 2002-07-19 | 2004-01-21 | ���ǵ�����ʽ���� | 具有电流限制层的半导体激光二极管及其制造方法 |
| CN1534839A (zh) * | 2003-03-31 | 2004-10-06 | 中国科学院半导体研究所 | 半导体激光器腔面钝化的方法 |
| CN1870368A (zh) * | 2005-05-27 | 2006-11-29 | 中国科学院半导体研究所 | 窄条选择外延技术制作铝铟镓砷掩埋脊波导激光器及方法 |
| US20090213892A1 (en) * | 2008-02-26 | 2009-08-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Vcsel with reduced light scattering within optical cavity |
| CN101938083A (zh) * | 2010-07-14 | 2011-01-05 | 中国科学院半导体研究所 | 基于y波导的双分布反馈激光器双放大器的制作方法 |
| CN103460529A (zh) * | 2011-03-29 | 2013-12-18 | 住友电气工业株式会社 | 光半导体元件 |
| CN102299480A (zh) * | 2011-07-15 | 2011-12-28 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 半导体激光器的制作方法 |
| CN102545051A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-04 | 苏州纳睿光电有限公司 | 一种氮化镓基激光器管芯的制备方法 |
| CN105990790A (zh) * | 2015-01-29 | 2016-10-05 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种提高半导体激光器可靠性的制备方法 |
| CN105790069A (zh) * | 2015-07-08 | 2016-07-20 | 长春理工大学 | 一种椭圆环形窗口半导体激光器 |
| CN105048285A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-11-11 | 中国科学院半导体研究所 | 一种提高氮化镓基激光器性能的方法 |
| CN107645122A (zh) * | 2016-07-22 | 2018-01-30 | 杭州中科极光科技有限公司 | 脊形半导体激光器及其制作方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020151290A1 (zh) * | 2019-01-22 | 2020-07-30 | 中国科学院半导体研究所 | 片上集成半导体激光器结构及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5205054B2 (ja) | 凹部形成された半導体デバイス | |
| CN100388518C (zh) | 氮化物基化合物半导体发光器件 | |
| KR100769727B1 (ko) | 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화갈륨계발광다이오드 소자의 제조방법 | |
| CN108305918B (zh) | 氮化物半导体发光器件及其制作方法 | |
| CN102810564B (zh) | 一种射频器件及其制作方法 | |
| CN108281491B (zh) | 一种具有台阶结构的碳化硅功率器件及其制备方法 | |
| WO2020135770A1 (zh) | 高电子迁移率晶体管及其制造方法 | |
| CN112420850B (zh) | 一种半导体器件及其制备方法 | |
| JP5645766B2 (ja) | ＧａＮベースの薄膜トランジスタの製造方法 | |
| CN105144415A (zh) | 氮化物半导体发光器件及其制造方法 | |
| US20030209723A1 (en) | Gallium nitride-based compound semiconductor device | |
| CN107404066A (zh) | 全介质膜dbr结构氮化镓面发射激光器的制备方法 | |
| CN105895708A (zh) | 一种GaN基功率二极管及其制备方法 | |
| JP2010287714A (ja) | 窒化物半導体装置 | |
| CN108832483A (zh) | 一种脊形半导体激光二极管的制备方法 | |
| CN211045445U (zh) | 一种垂直导通氮化镓功率二极管 | |
| CN111276533B (zh) | 一种选择区域凹槽栅GaN电流孔径垂直结构晶体管结构及实现方法 | |
| CN110635352A (zh) | 具有n-型半导体限制孔结构的vcsel器件 | |
| CN115842060A (zh) | 热电优化设计的沟槽mos型氧化镓功率二极管及制作方法 | |
| WO2023039918A1 (zh) | 一种GaN基沟槽金属氧化物肖特基势垒二极管及其制备方法 | |
| TW201330261A (zh) | 電力裝置及製造該電力裝置之方法 | |
| CN111192927B (zh) | 氧化镓肖特基二极管及其制作方法 | |
| CN109449213B (zh) | 一种带场板的肖特基结金刚石二极管器件的制备方法 | |
| CN105810756A (zh) | 一种混合pin肖特基二极管及其制备方法 | |
| CN108198758B (zh) | 一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181116 |