一种基于GaN-LED二次外延ITO的人字形波脊结构的SLD器件及其制备方法技术

一种基于GaN‑LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其中，包括蓝宝石衬底和依次设在蓝宝石衬底上的u‑GaN缓冲层、Al‑GaN层、n‑GaN层，n‑GaN层上设有第一台阶结构和第二台阶结构，第一台阶结构包括设在n‑GaN层上的第一绝缘层，第一绝缘层上设有与n‑GaN层连接的第一金属电极；第二台阶结构包括依次设在n‑GaN层上的InGaN/GaN量子阱有源层、p‑GaN层和第二绝缘层，第二绝缘层和p‑GaN层之间设有与p‑GaN层连接的“人”字形ITO波脊结构，“人”字形ITO波脊结构的“人”字形上部设有欧姆接触金属层，第二绝缘层上与欧姆接触金属层对应的位置设有与欧姆接触金属层连接的第二金属电极。本发明专利技术还提供上述SLD器件的制备方法。本发明专利技术能够提高器件对光的限制效果，降低器件的光学反馈，提高器件的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GaN-LED二次外延ITO的人字形波脊结构的SLD器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，更具体地，涉及一种基于GaN-LED二次外延ITO的人字形波脊结构的SLD器件及其制备方法。
技术介绍
SLD作为一种光学特性介于LD和LED之间的一种器件，和LED一样，SLD具有宽的波长谱，转化为较低的时间相干性；同时SLD又和LD类似，具有较高的发射功率和较小的发散角。由于SLD同时具有LED和LD两者的特性，因此考虑到应用于可将光通信领域。目前由于可见光通信的光源器件有LD、LED、SLD这三种，其中由于LD需要额外的散热系统，且其设备比较昂贵，与此同时LD发射的光太强，对人眼能造成一定的伤害；相比于LED和SLD，LD的可靠性较差，LED的可靠性最好。尽管LED的工艺成熟，器件小巧，便于集成，商业化普及，价格低廉，但是目前商用的LED的调制带宽普遍很低，只有几MHz，如此低的带宽严重限制了LED在可见光高速通信中的发展。传输信息的容量很低，发散角很大，导致传输的距离很短。而目前用的SLD都是基于LD外延改装的，其衬底为GaN，价格昂贵，因此也继承了LD的造价相对而言昂贵，需要额外的散热设备等缺点。因此找到一种器件小巧，便于集成，价格低廉，设备简单，而且具有高亮度和高调制带宽的SLD光源器件是本领域的趋势所在。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于GaN-LED二次外延ITO的人字形波脊结构的SLD器件及其制备方法，本专利技术通过在GaN-LED上二次外延ITO作为波脊，提高器件对光的限制效果，通过设计人字形ITO波脊结构，降低器件的光学反馈，提高器件的稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于GaN-LED二次外延ITO的人字形波脊结构的SLD器件，其中，包括蓝宝石衬底和依次设在所述蓝宝石衬底上的u-GaN缓冲层、Al-GaN层、n-GaN层，所述n-GaN层上设有第一台阶结构和第二台阶结构，所述第一台阶结构包括设在所述n-GaN层上的第一绝缘层，所述第一绝缘层上设有与所述n-GaN层连接的第一金属电极；所述第二台阶结构包括依次设在所述n-GaN层上的InGaN/GaN量子阱有源层、p-GaN层和第二绝缘层，所述第二绝缘层和p-GaN层之间设有与所述p-GaN层连接的人字形ITO波脊结构，所述人字形ITO波脊结构的人字形上部设有欧姆接触金属层，所述第二绝缘层上与所述欧姆接触金属层对应的位置设有与所述欧姆接触金属层连接的第二金属电极。使用时，该SLD器件需配合正装基板使用，只需将该SLD器件的第一金属电极和第二金属电极分别与正装基板的正负极连接即可。本专利技术中采用人字形ITO波脊结构作为波脊，使得光反馈降低，增强器件的可靠性。并且由于ITO的折射率（n=2.036）比GaN的折射率（n=2.45）低，由全反射公式知，光从折射率大的射向折射率小的易发生全反射，因此光会被限制在器件上下层之间。使得光能沿着波导结构方向发射。进一步的，所述蓝宝石衬底上的u-GaN缓冲层、Al-GaN层和n-GaN层，以及n-GaN层上的InGaN/GaN量子阱有源层和p-GaN层均是通过外延生长依次形成的。进一步的，所述所述第二绝缘层和p-GaN层之间的人字形ITO波脊结构是通过MOCVD生长后经腐蚀后形成的。所述人字形ITO波脊结构的厚度为80nm。所述人字形ITO波脊结构是通过MOCVD生长后经王水（盐酸和硝酸体积比为3:1）腐蚀后形成的。进一步的，所述欧姆接触金属层通过金属层沉积形成，所述沉积的欧姆接触金属层包括Ni金属层和Au金属层，沉积的厚度分别为5nm和7nm。进一步的，所述第一金属电极和第二金属电极是通过分别在第一绝缘层和第二绝缘层对应的位置腐蚀开窗口，并在所述窗口中蒸镀电极金属接触层形成，蒸镀的电极金属接触层包括Cr金属层、Pd金属层和Au金属层，它们蒸镀的厚度分别为20nm，40nm和200nm。进一步的，所述第一绝缘层和第二绝缘层为SiO绝缘层。所述第一绝缘层和第二绝缘层对应的位置腐蚀开窗口，是通过BOE来进行腐蚀的。本专利技术还提供一种基于GaN-LED二次外延ITO的人字形波脊结构的SLD器件的制备方法，其中，包括如下步骤：S1.在蓝宝石衬底上通过外延生长依次形成u-GaN缓冲层、Al-GaN层、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱有源层和p-GaN层，并在p-GaN层上通过MOCVD生长形成二次外延ITO层；S2.采用掩膜对二次外延ITO层的表面进行mesa图案化，然后通过王水腐蚀二次外延ITO层上第一台阶结构对应的位置到p-GaN层，接着通过感应耦合等离子体在第一台阶结构对应的位置从p-GaN层干法刻蚀到n-GaN层；S3.采用掩膜对步骤S2中保留下来的二次外延ITO层的表面进行mesa图案化，通过王水对保留下来的二次外延ITO层上除人字形ITO波脊结构对应的位置之外的区域进行腐蚀，腐蚀到p-GaN层，在p-GaN层上形成人字形ITO波脊结构；S4.采用掩膜对人字形ITO波脊结构的表面进行mesa图案化，在人字形ITO波脊结构的人字形上部沉积欧姆接触金属层；S5.在n-GaN层上与第一台阶结构对应的位置、p-GaN层上与第二台阶结构对应的位置以及人字形ITO波脊结构的表面上沉积绝缘层，分别形成第一绝缘层和第二绝缘层；S6.采用掩膜分别对第一绝缘层和第二绝缘层进行SiO图案化，利用BOE在第一绝缘层上，以及第二绝缘层上与欧姆接触金属层对应的位置腐蚀开窗口，第一绝缘层上的窗口与第一绝缘层下方的n-GaN层连通，第二绝缘层上的窗口与第二绝缘层下方的欧姆接触金属层连通；S7.采用掩膜对第一绝缘层和第二绝缘层的表面进行PAD图案化，然后在第一绝缘层和第二绝缘层的窗口区域蒸镀电极金属接触层，分别形成第一金属电极和第二金属电极；至此，基于GaN-LED二次外延ITO的人字形波脊结构的SLD器件制备完成。进一步的，所述步骤S4中，采用掩膜对人字形ITO波脊结构的表面进行mesa图案化时，光刻显影采用的是负胶。进一步的，所述步骤S4中，沉积欧姆接触金属层后，对形成的欧姆接触金属层进行退火处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术在GaN-LED外延上利用二次外延的ITO作为波脊，能够增加器件对光的限制效果，使光能够聚集地沿着脊波导方向出光，器件的发散角很小。本专利技术将波脊的形状设定为人字形，能够更好的在吸收区吸收光，减少光的反馈，从而产生非相干光，提高器件的稳定性。本专利技术在现有廉价的GaN-LED外延上制作SLD，降低了生产成本，使得这种器件的商用价值得到体现。附图说明图1是本专利技术实施例2中步骤1得到的SLD器件中间体的结构示意图。图2是本专利技术实施例2中步骤2得到的SLD器件中间体的结构示意图。图3是本专利技术实施例2中步骤3得到的SLD器件中间体的结构示意图。图4是本专利技术实施例2中步骤4得到的SLD器件中间体的结构示意图。图5是本专利技术实施例2中步骤5得到的SLD器件中间体的结构示意图。图6是本专利技术实施例2中步骤6得到的SLD器件中间体的结构示意图。图7是本专利技术实施例2中步骤7得到的SLD器件最终成品的结构示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GaN‑LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其特征在于，包括蓝宝石衬底（1）和依次设在所述蓝宝石衬底（1）上的u‑GaN缓冲层（2）、Al‑GaN层（3）、n‑GaN层（4），所述n‑GaN层（4）上设有第一台阶结构和第二台阶结构，所述第一台阶结构包括设在所述n‑GaN层（4）上的第一绝缘层（5），所述第一绝缘层（5）上设有与所述n‑GaN层（4）连接的第一金属电极（6）；所述第二台阶结构包括依次设在所述n‑GaN层（4）上的InGaN/GaN量子阱有源层（7）、p‑GaN层（8）和第二绝缘层（9），所述第二绝缘层（9）和p‑GaN层（8）之间设有与所述p‑GaN层（8）连接的“人”字形ITO波脊结构（10），所述“人”字形ITO波脊结构（10）的“人”字形上部设有欧姆接触金属层（11），所述第二绝缘层（9）上与所述欧姆接触金属层（11）对应的位置设有与所述欧姆接触金属层（11）连接的第二金属电极（12）。

【技术特征摘要】
1.一种基于GaN-LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其特征在于，包括蓝宝石衬底（1）和依次设在所述蓝宝石衬底（1）上的u-GaN缓冲层（2）、Al-GaN层（3）、n-GaN层（4），所述n-GaN层（4）上设有第一台阶结构和第二台阶结构，所述第一台阶结构包括设在所述n-GaN层（4）上的第一绝缘层（5），所述第一绝缘层（5）上设有与所述n-GaN层（4）连接的第一金属电极（6）；所述第二台阶结构包括依次设在所述n-GaN层（4）上的InGaN/GaN量子阱有源层（7）、p-GaN层（8）和第二绝缘层（9），所述第二绝缘层（9）和p-GaN层（8）之间设有与所述p-GaN层（8）连接的“人”字形ITO波脊结构（10），所述“人”字形ITO波脊结构（10）的“人”字形上部设有欧姆接触金属层（11），所述第二绝缘层（9）上与所述欧姆接触金属层（11）对应的位置设有与所述欧姆接触金属层（11）连接的第二金属电极（12）。2.根据权利要求1所述的一种基于GaN-LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其特征在于，所述蓝宝石衬底（1）上的u-GaN缓冲层（2）、Al-GaN层（3）和n-GaN层（4），以及n-GaN层（4）上的InGaN/GaN量子阱有源层（7）和p-GaN层（8）均是通过外延生长依次形成的。3.根据权利要求1所述的一种基于GaN-LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其特征在于，所述第二绝缘层（9）和p-GaN层（8）之间的“人”字形ITO波脊结构（10）是通过MOCVD生长后经腐蚀后形成的。4.根据权利要求1或3所述的一种基于GaN-LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其特征在于，所述“人”字形ITO波脊结构（10）的厚度为80nm，且所述“人”字形ITO波脊结构（10）是通过MOCVD生长后经王水腐蚀后形成的。5.根据权利要求1所述的一种基于GaN-LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其特征在于，所述欧姆接触金属层（11）通过金属层沉积形成，所述沉积的欧姆接触金属层（11）包括Ni金属层和Au金属层，沉积的厚度分别为5nm和7nm。6.根据权利要求1所述的一种基于GaN-LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其特征在于，所述第一金属电极（6）和第二金属电极（12）是通过分别在第一绝缘层（5）和第二绝缘层（9）对应的位置腐蚀开窗口，并在所述窗口中蒸镀电极金属接触层形成，蒸镀的电极金属接触层包括Cr金属层、Pd金属层和Au金属层，它们蒸镀的厚度分别为20nm，40nm和200nm。7.根据权利要求1或6所述的一种基于GaN-LED二次外延ITO的“人”字形波脊结构的SLD器件，其特征在于，所述第一绝缘层（...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立林，刘攀，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44