CN117526091A - 一种在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，包括：(1)在衬底的蓝色光激光层上覆盖二氧化硅层；去除掉三分之二蓝色光激光层和二氧化硅层，得一级外延芯片。(2)在一级外延芯片的蓝色光激光层侧面的衬底上制备绿色光激光层，然后在蓝色光激光层和绿色光激光层上覆盖二氧化硅层；完成后去除掉二分之一绿色光激光层及其上表面的二氧化硅层，得二级外延芯片。(3)在二级外延芯片的绿色光激光层侧面的衬底上制备与该绿色光激光层等厚度的红色光激光层，然后去除蓝色光激光层和绿色光激光层上覆盖的剩余二氧化硅层，即得。本发明利用外延技术制备能发出三种不同颜色的激光芯片，其合成的光具有色饱和度优良、色温稳定性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
现有技术中，LED已经替代节能灯成为第四代照明产品，但由于LED材料缺陷，取光效率几乎达到极限值，而激光(LD)作为一种新的光源，光效远高于LED，并且随着技术的应用，光效将进一步提长，节能率比LED至少可提高50％以上。
目前已经商用的白光LED主要是利用A色光和表面涂覆蓝色光激发黄光发射的荧光粉的方法合成白光。然而，本发明人发现，现有的这种方法存在得到的白光色饱和度较差和色温不稳定的问题，而所述色饱和度较差是由于白光中缺少红色光部分，色温的不稳定性是由于长时间荧光粉性能退化所导致。
发明内容
针对上述的问题，本发明提供一种在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，本发明利用外延技术制备能发出三种不同颜色的激光芯片，其合成的光具有色饱和度优良、色温稳定性高的特点。为实现上述目的，本发明公开如下所示的技术方案。
一种在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，包括如下步骤：
(1)一次外延：在衬底上制备A色光激光激发层，然后在所述A色光激光激发层上覆盖二氧化硅层。完成后去除掉三分之二长度的A色光激光激发层和二氧化硅层，然后在去除露出的A色光激光激发层的侧壁上制备二氧化硅保护层，即得一级外延芯片。
(2)二次外延：在所述一级外延芯片的A色光激光激发层侧面的衬底上制备与该A色光激光激发层等厚度/高度的B色光激光激发层，然后在所述A色光激光激发层和B色光激光激发层上覆盖二氧化硅层。完成后去除掉二分之一长度的B色光激光激发层及其上表面的二氧化硅层，然后在去除露出的B色光激光激发层的侧壁上制备二氧化硅层保护层，即得二级外延芯片。
(3)三次外延：在所述二级外延芯片的B色光激光激发层侧面的衬底上制备与该B色光激光激发层等厚度/高度的C色光激光激发层，然后去除所述A色光激光激发层和B色光激光激发层上覆盖的剩余二氧化硅层，使A色光激光激发层和B色光激光激发层露出，即得三级外延芯片，即为所述三色激光外延结构。
与现有技术相比，本发明至少具有以下方面的有益效果：本发明利用外延技术制备能发出三种不同颜色的激光芯片，其不仅可发出单色光，也可以三种光同发光合成其他颜色的光。由于本发明不使用荧光粉，不存在色饱和度较差和色温不稳定的问题，而所述色饱和度较差是由于白光中缺少红色光部分，色温的不稳定性是由于长时间荧光粉性能退化所导致。而是由三原色芯片混色合成的光，所以具有色饱和度优异，色温稳定性高，颜色均匀性、一致性好的特点。本发明制备简单高效，不仅易于产业化生产，而且光效提高了30％。另外，由于三种激光激发层共用N电极，极大地节省了材料和成本，增加了芯片产量。由RGB三原色混色，光电效率最高，从长远发展的观点来看，这种方案会是主流方案。可以实现随意的颜色调节，优秀的显色能力，非常宽的色域范围。。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为下列实施例中制备一级外延芯片的流程图。
图2为下列实施例中制备二级外延芯片的流程图。
图3为下列实施例中制备三级外延芯片的流程图。
图4为下列实施例中三色激光外延结构的合成白光的原理示意图。
具体实施方式
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在一些典型的实施例中，步骤(1)中，所述衬底的材质包括SiC、Al2O3、Si等中的任意一种。
在一些典型的实施例中，步骤(3)中，还包括在所述三色激光外延结构的衬底下表面上制备N电极的步骤。
在一些典型的实施例中，步骤(3)中，还包括在所述三色激光外延结构的A色光激光激发层、B色光激发的上表面上制备P电极的步骤，且相邻激光激发层对应的P电极之间通过二氧化硅层进行隔离。
在一些典型的实施例中，所述A色光、B色光、C色光为不同颜色的三种光，如蓝、绿、红、黄、紫等中的任意三种，例如当为蓝、绿、红三种颜色的光时可合成白光。
在一些典型的实施例中，步骤(1)中，所述蓝色光激光激发层的材质包括InGaN、AlGaN等中的任意一种。
在一些典型的实施例中，步骤(1)中，所述蓝色光激光激发层的厚度范围为10-20nm。
在一些典型的实施例中，步骤(2)中，所述绿色光激光激发层的材质包括InGaN、AlGaN等中的任意一种。
在一些典型的实施例中，步骤(2)中，所述绿色光激光激发层的厚度范围为10-20nm。
在一些典型的实施例中，步骤(3)中，所述红色光激光激发层的材质包括AlGaAs、AlGaInP等中的任意一种。
在一些典型的实施例中，步骤(3)中，所述红色光激光激发层的厚度范围为10-20nm。
现结合说明书附图和具体实施方式对本发明的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1
在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，包括如下步骤：
(1)一次外延：参考图1，首先利用MOCVD技术在Si衬底上制备AlGaN材质的蓝色激光激发层，然后在所述蓝色激光激发层上蒸镀一层20nm厚的二氧化硅层。完成后通过刻蚀技术去除掉三分之二长度的所述蓝色激光激发层和二氧化硅层到衬底，即剩余的三分之一的所述蓝色激光激发层和二氧化硅层右侧的衬底全部露出。然后在去除露出的蓝色激光激发层的右侧壁上蒸镀一层20nm厚二氧化硅保护层，完成后通过刻蚀技术去除蒸镀在所述衬底表面上的二氧化硅保护层，即得一级外延芯片。
(2)二次外延：参考图2，继续利用MOCVD技术在所述一级外延芯片的蓝色激光激发层侧面的衬底上制备与该蓝色激光激发层等厚度/高度的AlGaN材质的绿色激光激发层，然后在所述蓝色激光激发层和绿色激光激发层上蒸镀一层20nm厚的二氧化硅层。完成后通过刻蚀技术去除掉二分之一长度的绿色激光激发层及其上表面的二氧化硅层(即去除掉三分之一长度的所述二氧化硅层)，然后在露出的所述绿色激光激发层的右侧壁上蒸镀一层20nm厚二氧化硅层保护层，完成后通过刻蚀技术去除蒸镀在衬底表面上的二氧化硅保护层，即得二级外延芯片。
(3)三次外延：参考图3，继续利用MOCVD技术在所述二级外延芯片的绿色激光激发层侧面的衬底上制备与该绿色激光激发层等厚度/高度的ALGaInP材质的红色激光激发层，然后去除所述蓝色激光激发层和绿色激光激发层上覆盖的剩余二氧化硅层，使蓝色激光激发层和绿色激光激发层露出，即得三级外延芯片。
(4)在所述三色激光外延结构的衬底的下表面上蒸镀金属N电极，并在所述三色激光外延结构的蓝光激光激发层、绿光激发的上表面上蒸镀P电极，且相邻激光激发层对应的P电极之间蒸镀一层20nm厚的二氧化硅保护层进行隔离，即得三色激光外延结构。
实施例2
在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，包括如下步骤：
(1)一次外延：参考图1，首先利用MOCVD技术在SiC衬底上制备GaN材质的蓝色激光激发层，然后在所述蓝色激光激发层上蒸镀一层20nm厚的二氧化硅层。完成后通过刻蚀技术去除掉三分之二长度的所述蓝色激光激发层和二氧化硅层到衬底，即剩余的三分之一的所述蓝色激光激发层和二氧化硅层右侧的衬底全部露出。然后在去除露出的蓝色激光激发层的右侧壁上蒸镀一层20nm厚二氧化硅保护层，完成后通过刻蚀技术去除蒸镀在所述衬底表面上的二氧化硅保护层，即得一级外延芯片。
(2)二次外延：参考图2，继续利用MOCVD技术在所述一级外延芯片的蓝色激光激发层侧面的衬底上制备与该蓝色激光激发层等厚度/高度的InGaN材质的绿色激光激发层，然后在所述蓝色激光激发层和绿色激光激发层上蒸镀一层20nm厚的二氧化硅层。完成后通过刻蚀技术去除掉二分之一长度的绿色激光激发层及其上表面的二氧化硅层(即去除掉三分之一长度的所述二氧化硅层)，然后在露出的所述绿色激光激发层的右侧壁上蒸镀一层20nm厚二氧化硅层保护层，完成后通过刻蚀技术去除蒸镀在衬底表面上的二氧化硅保护层，即得二级外延芯片。
(3)三次外延：参考图3，继续利用MOCVD技术在所述二级外延芯片的绿色激光激发层侧面的衬底上制备与该绿色激光激发层等厚度/高度的ALGaAs材质的红色激光激发层，然后去除所述蓝色激光激发层和绿色激光激发层上覆盖的剩余二氧化硅层，使蓝色激光激发层和绿色激光激发层露出，即得三级外延芯片。
(4)在所述三色激光外延结构的衬底的下表面上蒸镀金属N电极，并在所述三色激光外延结构的蓝光激光激发层、绿光激发的上表面上蒸镀P电极，且相邻激光激发层对应的P电极之间蒸镀一层20nm厚的二氧化硅保护层进行隔离，即得三色激光外延结构。
实施例3
在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，包括如下步骤：
(1)一次外延：参考图1，首先利用MOCVD技术在Al2O3衬底上制备InGaN材质的蓝色激光激发层，然后在所述蓝色激光激发层上蒸镀一层20nm厚的二氧化硅层。完成后通过刻蚀技术去除掉三分之二长度的所述蓝色激光激发层和二氧化硅层到衬底，即剩余的三分之一的所述蓝色激光激发层和二氧化硅层右侧的衬底全部露出。然后在去除露出的蓝色激光激发层的右侧壁上蒸镀一层20nm厚二氧化硅保护层，完成后通过刻蚀技术去除蒸镀在所述衬底表面上的二氧化硅保护层，即得一级外延芯片。
(2)二次外延：参考图2，继续利用MOCVD技术在所述一级外延芯片的蓝色激光激发层侧面的衬底上制备与该蓝色激光激发层等厚度/高度的GaN材质的绿色激光激发层，然后在所述蓝色激光激发层和绿色激光激发层上蒸镀一层20nm厚的二氧化硅层。完成后通过刻蚀技术去除掉二分之一长度的绿色激光激发层及其上表面的二氧化硅层(即去除掉三分之一长度的所述二氧化硅层)，然后在露出的所述绿色激光激发层的右侧壁上蒸镀一层20nm厚二氧化硅层保护层，完成后通过刻蚀技术去除蒸镀在衬底表面上的二氧化硅保护层，即得二级外延芯片。
(3)三次外延：参考图3，继续利用MOCVD技术在所述二级外延芯片的绿色激光激发层侧面的衬底上制备与该绿色激光激发层等厚度/高度的GaAs材质的黄色激光激发层，然后去除所述蓝色激光激发层和绿色激光激发层上覆盖的剩余二氧化硅层，使蓝色激光激发层和绿色激光激发层露出，即得三级外延芯片。
(4)在所述三色激光外延结构的衬底的下表面上蒸镀金属N电极，并在所述三色激光外延结构的蓝光激光激发层、绿光激发的上表面上蒸镀P电极，且相邻激光激发层对应的P电极之间蒸镀一层20nm厚的二氧化硅保护层进行隔离，即得三色激光外延结构。
性能测试
参考图4，给实施例1制备的所述三色激光外延结构上的蓝色激光激发层、绿色激光激发层、红色激光激发层同时施加电压，可合成白光。而分别给所述蓝色激光激发层、绿色激光激发层、红色激光激发层施加电压时，可单独发出蓝色、绿色或者红色的激光。给所述蓝色激光激发层、绿色激光激发层、红色激光激发层中的任意两种施加电压时，和合成其他相应颜色的激光。
最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其中，包括步骤：
(1)一次外延：在衬底上制备A色光激光激发层，然后在所述A色光激光激发层上覆盖二氧化硅层；完成后去除掉三分之二长度的A色光激光激发层和二氧化硅层，然后在去除露出的A色光激光激发层的侧壁上制备二氧化硅保护层，即得一级外延芯片；
(2)二次外延：在所述一级外延芯片的A色光激光激发层侧面的衬底上制备与该A色光激光激发层等厚度/高度的B色光激光激发层，然后在所述A色光激光激发层和B色光激光激发层上覆盖二氧化硅层；完成后去除掉二分之一长度的B色光激光激发层及其上表面的二氧化硅层，然后在去除露出的B色光激光激发层的侧壁上制备二氧化硅层保护层，即得二级外延芯片；
(3)三次外延：在所述二级外延芯片的B色光激光激发层侧面的衬底上制备与该B色光激光激发层等厚度的C色光激光激发层，然后去除所述A色光激光激发层和B色光激光激发层上覆盖的剩余二氧化硅层，使A色光激光激发层和B色光激光激发层露出，即得三级外延芯片，即为所述三色激光外延结构。
2.根据权利要求1所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，还包括在所述三色激光外延结构的衬底下表面上制备N电极的步骤。
3.根据权利要求2所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，还包括在所述三色激光外延结构的A色光激光激发层、B色光激发的上表面上制备P电极的步骤，且相邻激光激发层对应的P电极之间通过二氧化硅层进行隔离。
4.根据权利要求1-3任一项所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，所述A色光、B色光、C色光为不同颜色的三种光，优选为蓝、绿、红、黄、紫中的任意三种，更优选为蓝、绿、红三种颜色的光。
5.根据权利要求4所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述蓝色光激光激发层的材质包括AlGaN、GaN、InGaN中的任意一种；优选地，步骤(1)中，所述衬底的材质包括SiC、Al2O3、Si中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述蓝色光激光激发层的厚度范围为10-20nm。
7.根据权利要求4所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述绿色光激光激发层的材质包括AlGaN、GaN、InGaN中的任意一种。
8.根据权利要求4所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述绿色光激光激发层的厚度范围为10-20nm。
9.根据权利要求4所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述红色光激光激发层的材质包括ALGaInP、ALGaAs、GaAs中的任意一种。
10.根据权利要求4所述的在在同一芯片上制备三色激光外延结构的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述红色光激光激发层的厚度范围为10-20nm。
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