[发明专利]GaN基脊型激光二极管的制备方法

说明书

技术领域

本项发明属于光电技术领域，具体涉及GaN基激光二极管(LD)的制备方法。

背景技术

GaN(氮化镓)基激光二极管(LD)器件作为光电子器件具有广泛的应用领域和巨大的产品市场。光存储与光通信是目前半导体激光二极管的最主要应用。对光盘而言,因为记录和再生的可能的容量与光源波长的2次方成反比,因而要实现光存储的高密度化,激光光源的短波化是很必要的。波长405纳米(nm)的蓝紫光GaN基LD是高密度光信息存储领域中新一代DVD，即Blu-ray Disc的核心器件；GaN基蓝、绿光发光二极管已技术成熟并投放市场,在光显示上的应用已使颜色逼真的全色显示屏发出绚丽的光彩。波长450纳米(nm)左右的蓝光GaN基LD则作为以红、绿、蓝三基色激光中的蓝光光源，在激光显示领域有重要应用，尤其是便携式或密集型激光显示和投影设备的不可或缺的核心器件。此外，蓝光GaN基LD在深海通信、材料加工、激光打印、大气污染监测等方面也有着巨大的应用市场。

蓝光半导体激光二极管由于其广泛的应用前景和巨大的市场潜力，成为世界光电子领域的研究热点，正处于迅速发展的上升期。GaN基激光二极管，以及其它半导体激光二极管主要采用脊型结构，因为脊型结构有助于对电流分布的侧向限制，又能有效地提高光限制因子。脊型波导激光二极管尤其是窄的脊型结构可以提高激光光斑质量，获得较高的功率效率，并能有效利用激光能量，有助于激光二极管与应用系统的耦合和集成。然而，脊型结构的制备是包括GaN基激光二极管在内的半导体激光二极管制造工艺中最重要和最困难的关键工艺。传统工艺是先光刻脊型，再通过第二次光刻在P区绝缘层上套刻一个和脊型顶部精确对准的窗口，使得P型电极能和脊型形成良好的欧姆接触。由于紫外曝光机分辨极限的限制，和精确对版的困难，普通的紫外光刻机难以实现对4um以下的窄脊的对准曝光，使得利用常规设备制备窄的脊型波导激光二极管非常困难。另外，即便完成了对准光刻，后工艺条件也非常苛刻，比如，腐蚀绝缘层的时间很难精准掌控，腐蚀时间过短容易造成绝缘层残留，增大开启电压，降低效率；腐蚀时间过长则容易造成侧蚀，形成漏电，影响器件的发光效能和器件寿命。所以，脊型结构的制备是决定GaN基激光二极管的性能和成本的关键之一。目前，制备脊型结构的传统工艺对曝光机精度要求高、工艺条件苛刻复杂、成本高，严重影响GaN激光二极管的竞争力和市场应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种脊型GaN基激光二极管的制备方法，可以同时解决目前脊型激光二极管电极窗口对准困难和绝缘层开窗口条件难于控制的两大问题。

本发明的原理：通过在外延片外延层上方淀积金属不透明薄膜，使用旋涂技术涂布负性光敏性热固化涂层胶，通过背面曝光或辐照，在脊型激光二极管P区上打开与脊型顶部自然对准的窗口；对负性光敏性涂层胶热固化，形成绝缘层；在此基础上制作P区电极的欧姆接触。

本发明提供的技术方案如下：

一种GaN基脊型激光二极管的制备方法，首先，通过在干法蚀刻脊型之前在GaN表面沉积P区接触金属电极作为挡光层，然后使用旋涂技术涂布负性光敏性热固化涂层胶；其次，通过背向曝光技术实现第二次光刻，挡光层可以有效阻止紫外光对脊型顶部光敏性涂层胶的曝光，实现光刻图形；最后，根据负性光敏性热固化涂层胶的性质，通过高温固化手段得到绝缘层。

所述的GaN基脊型激光二极管的制备方法，包括：

(1)将GaN激光二极管外延片的蓝宝石或碳化硅或氧化锌衬底背面抛光，或采用背面抛光衬底的GaN激光二极管外延片；

(2)在GaN激光二极管外延片的P型材料表面制备P型挡光层；

(3)在GaN激光二极管的P型挡光层上通过光刻、曝光、显影得到激光二极管脊型结构的光刻图形；

(4)采用腐蚀或刻蚀方法将P型挡光层制备成条形结构（P区脊型电流注入区）；

(5)在GaN激光二极管外延片上干法刻蚀形成激光二极管的P区脊型结构，之后去胶退火合金形成欧姆接触；

(6)在激光二极管外延片上的P区脊型结构区上涂布负性光敏性热固化涂层胶，从抛光衬底一侧对其进行泛曝光；

(7)显影、去除P区脊型结构上方的光敏性涂层胶，形成脊型结构上的窗口图形，之后进行热固化，形成绝缘层；

(8)在激光二极管外延片上P区脊型结构上光刻出P区电极形状，沉积P型电极金属，制得具有脊型注入结构的GaN基激光二极管的P区电极；

(9)在GaN激光二极管外延片的N型材料上制备N区电极。