CN110768106A - 一种激光二极管制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光二极管制备方法，包括步骤如下：(1)在衬底上自下而上依次生长缓冲层、N限制层、N波导层、有源区、P限制层、P波导层、接触层；(2)蚀刻P波导层、接触层，在P限制层上形成脊条；(3)在P限制层上及所述脊条的两侧面生长绝缘层；(4)在绝缘层上生长正电极金属，使正电极金属覆盖脊条的顶面；(5)将步骤(4)生长的外延片倒立，将正电极金属与支持衬底键合；(6)减薄衬底；(7)光刻深沟，形成正电极通道和解理槽区域；(8)蒸镀金属，制备电极图形，采用金属剥离工艺制备，同时形成正电极和负电极。通过上述制备，本发明增加了用于散热和支持用的支持衬底，同时正负电极一次成型。

Description

一种激光二极管制备方法
技术领域
本发明涉及一种激光二极管制备方法，属于光电技术领域。
背景技术
随着激光二极管结构设计、材料生长、芯片制备及器件封装等技术的不断优化，半导体激光器性能得到快速提升，成本得到大幅度下降。激光二极管已经普遍应用于材料加工、医疗、夜视、美容、通信等各大领域。同时对激光二极管的可靠性也提出了更严格的要求，激光二极管的散热、腔面COD、封装产生的应力和内损伤等都可能引起激光二极管在使用过程中的失效。
传统的激光二极管封装有两种，P面(正极)向下封装在热沉上和P面(正极)向上封装在热沉上，针对于P面向上，焊线过程可能会打到发光区区域，造成脊损伤，P面向下相比P面向上封装会有所缓解，但是焊线过程依然会使激光二极管芯片产生应力。在后续使用中应力得不到释放，影响器件性能。目前，对于6XXnm-9XXnm的激光发光二极管，芯片大多数使用GaAs衬底生长，而GaAs衬底热扩散系数较低，在生产过程为了考虑良率，GaAs厚度大多为80-150μm厚度，这个厚度对于激光二极管的散热产生消极的影响。
中国专利文献CN1808801A公开了一种制备以GaN外延层的自然解理面作为激光器腔镜面、以金属铜Cu作为芯片热沉和支撑衬底的技术，以提高激光器腔镜面的光学质量，减小光学损耗，改善散热效率，达到减小激光器的阈值电流密度，提高器件的综合性能指标的目的，同时可以省略掉磨片、划片、裂片等大量工艺过程，简化工艺、降低成本。通过在GaN外延片的n面上电镀具有GaN基LD激光器管芯结构的厚铜，镀铜层具有于激光器管芯相同的间隔和周期，接着以铜作为解理激光器芯片时的支撑，并且作为LD芯片最终的热沉。该专利虽然考虑了散热问题，但是没有考虑到后续封装过程的应力问题和脊损伤问题，采用KrF的激光剥离技术，本身会对激光器外延材料产生应力，应力在后续焊线封装过程会进一步积累，尤其对大功率激光器，焊线数目较多，应力的积累将严重影响后续老化和使用过程的稳定性。另外，采用Cu衬底，Cu作为金属材料具有较好的延展性，后续划片、裂片过程将会严重影响良率。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种激光二极管制备方法。
本发明的技术方案为：
一种激光二极管制备方法，包括步骤如下：
(1)在衬底上自下而上依次生长缓冲层、N限制层、N波导层、有源区、P限制层、P波导层、接触层；
(2)蚀刻所述P波导层、所述接触层，在所述P限制层上形成脊条(发光区)；
(3)在所述P限制层上及所述脊条的两侧面生长绝缘层；
(4)在绝缘层上生长正电极金属，使所述正电极金属覆盖所述脊条的顶面；金属厚度要要覆盖过脊条区域，整个脊条包裹在正电极金属中，散热性能得到极大的提升；
(5)将步骤(4)生长的外延片倒立，将所述正电极金属与支持衬底键合；
(6)减薄所述衬底，衬底减薄需要制备图形，所述衬底的非焊线区域减薄至0-20μm，所述衬底的焊线区域减薄至80-300μm；
进一步优选的，所述衬底的非焊线区域减薄至10-20μm，所述衬底的焊线区域减薄至80-150μm；
最优选的，所述衬底的非焊线区域减薄至20μm，所述衬底的焊线区域减薄至120μm；
(7)光刻深沟，形成正电极通道和解理槽区域，并对深沟进行绝缘介质回填，使解理槽区域深度到衬底，使正电极通道深度到所述正电极金属；深沟起到两个作用，第一个是解理槽区域，第二个通过裸露出来的区域引出电极，形成过程通过光刻图形+湿法腐蚀形成。
(8)蒸镀金属，制备电极图形，采用金属剥离工艺制备，同时形成正电极和负电极。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中，所述衬底为n-GaAs衬底。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中，所述绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅。
根据本发明优选的，所述步骤(4)中，所述正电极金属的材质为Au、Ti、Pt或Al。
根据本发明优选的，所述步骤(5)中，所述支持衬底为AlN衬底、SIC衬底或Si衬底。
支持衬底可以有效改善原有材料的散热，同时以此为基础，将脊深埋于金属层，通过金属层的导热提高支持衬底的散热性能，选取的支持衬底也具有良好的抗压力能力，配合后续的金属电极的设计，可以有效地分散应力，减少后续焊线对激光器产生的损伤；
根据本发明优选的，所述步骤(7)中，所述绝缘介质为BCB、环氧树脂、氧化硅、氮化硅。
本发明的有益效果为：
1、通过上述制备，本发明增加了用于散热和支持用的支持衬底，同时正负电极一次成型。
2、本发明n-GaAs衬底可以减薄到1μm左右，同时留下了用于焊线的厚n-GaAs衬底区域，在封装焊线过程中可以减小焊线产生的应力损伤。
附图说明
图1为本发明实施例中步骤(1)形成的激光二极管的外延片结构示意图；
图2为本发明实施例中步骤(2)形成的激光二极管示意图；
图3为本发明实施例中步骤(3)形成的激光二极管示意图；
图4为本发明实施例中步骤(4)形成的激光二极管示意图；
图5为本发明实施例中步骤(5)形成的激光二极管示意图；
图6为本发明实施例中步骤(6)形成的激光二极管示意图；
图7为本发明实施例中步骤(7)形成的激光二极管示意图。
1、衬底，2、缓冲层，3、N限制层，4、N波导层，5、有源区，6、P限制层，7、P波导层，8、接触层，9、绝缘层，10、正电极金属，11、支持衬底，12、绝缘层回填层，13、负电极，14、正电极。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例
一种激光二极管制备方法，包括步骤如下：
(1)在衬底1上自下而上依次生长缓冲层2、N限制层3、N波导层4、有源区5、P限制层6、P波导层7、接触层8；如图1所示。
(2)蚀刻P波导层7、接触层8，在P限制层6上形成脊条(发光区)；如图2所示。
(3)在P限制层6上及脊条的两侧面生长绝缘层9；如图3所示。
(4)在绝缘层9上生长正电极金属10，使正电极金属10覆盖脊条的顶面；金属厚度要要覆盖过脊条区域，整个脊条包裹在正电极金属10中，散热性能得到极大的提升；如图4所示。
(5)将步骤(4)生长的外延片倒立，将正电极金属10与支持衬底11键合；如图5所示。
(6)减薄衬底1，衬底1减薄需要制备图形，衬底1的非焊线区域减薄至20μm，衬底1的焊线区域减薄至150μm；如图6所示。
(7)光刻深沟，形成正电极通道和解理槽区域，并对深沟进行绝缘介质回填，使解理槽区域深度到衬底，使正电极通道深度到正电极金属10，形成绝缘层回填层12；如图7所示。
(8)蒸镀金属，制备电极图形，采用金属剥离工艺制备，同时形成正电极14和负电极13。
衬底1为n-GaAs衬底。
绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅。
正电极金属的材质为Au、Ti、Pt或Al。
支持衬底为AlN衬底、SIC衬底或Si衬底；首选AlN衬底，也可以选用SIC、Si等绝缘衬底。
绝缘介质为BCB、环氧树脂、氧化硅、氮化硅等物质。
本实施例以更换衬底为基础，在衬底作为支撑衬底的提高散热性的同时，考虑后续封装焊线引起的应力问题，对电极布局进行了进一步设计。可以避免激光器封装过程产生的焊线应力和脊损伤，并且在电极布局过程考虑到激光器侧面可能引发的漏电问题，给与了良好的绝缘保护。焊线区域和非焊线区域的衬底厚度设计，能有效的承受焊线压力对激光器的影响。
对比例
一种激光二极管制备方法，与实施例1不同之处在于：
不存在支持衬底11，不将正电极金属10与支持衬底11键合；衬底1的非焊线区域减薄至5μm，衬底1的焊线区域减薄至80μm；
对比例与实施例的效果数据的对比表，参见如下表1：
表1
Figure BDA0001744091820000041
由表1可知，本实施例中的激光二极管工作温度更低，散热效果更好；并且在封装焊线过程中可以减小焊线产生的应力损伤，焊线合格率提升2％。，且实施例中COD电流有所提升。

Claims (8)

1.一种激光二极管制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)在衬底上自下而上依次生长缓冲层、N限制层、N波导层、有源区、P限制层、P波导层、接触层；
(2)蚀刻所述P波导层、所述接触层，在所述P限制层上形成脊条；
(3)在所述P限制层上及所述脊条的两侧面生长绝缘层；
(4)在绝缘层上生长正电极金属，使所述正电极金属覆盖所述脊条的顶面；
(5)将步骤(4)生长的外延片倒立，将所述正电极金属与支持衬底键合；
(6)减薄所述衬底，所述衬底的非焊线区域减薄至0-20μm，所述衬底的焊线区域减薄至80-300μm；
(7)光刻深沟，形成正电极通道和解理槽区域，并对深沟进行绝缘介质回填，使解理槽区域深度到衬底，使正电极通道深度到所述正电极金属；
(8)蒸镀金属，制备电极图形，采用金属剥离工艺制备，同时形成正电极和负电极。
2.根据权利要求1所述的一种激光二极管制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述衬底的非焊线区域减薄至10-20μm，所述衬底的焊线区域减薄至80-150μm。
3.根据权利要求1所述的一种激光二极管制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述衬底的非焊线区域减薄至20μm，所述衬底的焊线区域减薄至120μm。
4.根据权利要求1所述的一种激光二极管制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述衬底为n-GaAs衬底。
5.根据权利要求1所述的一种激光二极管制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅。
6.根据权利要求1所述的一种激光二极管制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述正电极金属的材质为Au、Ti、Pt或Al。
7.根据权利要求1所述的一种激光二极管制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述支持衬底为AlN衬底、SIC衬底或Si衬底。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种激光二极管制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，所述绝缘介质为BCB、环氧树脂、氧化硅或氮化硅。
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