一种GaN衬底激光二极管的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN衬底激光二极管的制造方法，其包括形成GaN衬底以及依次沉积n型包覆层、n型光导层、有源层、p型阻挡层、p型光导层和p型包覆层。其中形成GaN衬底的方法包括将GaN晶片放入高温高压装置中，对GaN晶片加热的同时加压，加热温度为820～880℃，加压压力为4.1~4.6GPa，保持10～15分钟；停止加热加压，使GaN晶片恢复至常温常压；在高温高压装置中退火20～30分钟后，取出GaN晶片。该方法可以明显的减小激光二极管衬底中的晶体缺陷密度，提高激光二极管的性能和寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种激光二极管的制造方法。
技术介绍
激光二极管(LD)是ー种由半导体材料形成ニ极管，其基本结构包括衬底以及依次沉积在衬底上的P/N型包覆层、有源层和P/N型包覆层，以及N型和P型包覆层上的欧姆接触。衬底作为LD这座大厦的地基，具有重要的作用。蓝宝石是ー种常用的LD衬底，但由于其与其上的异相外延层的晶格和热应カ失配，发热后由于膨胀程度不同会崩裂，导致器件损坏。另外ー类LD衬底包括GaN，GaAs, InP等半导体材料。作为衬底的上述半导体材料中一般都会包括各种缺陷，例如位错、间隙或空位等，缺陷会引起晶体应变，应变会造成衬底上外延层的品质及性能降低，导致激光二极管的寿命缩短。多年来，随着半导体技术的发展，经过本领域技术人员的长期研究和实践，形成了较为完善的晶体生长エ艺流程，減少了半导体衬底材料生长过程中形成的缺陷密度。但是，人们还希望得到缺陷密度更低的衬底，制得性能更佳、寿命更长的激光二极管。如何进ー步減少或消除缺陷成为本领域急需解决的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了ー种GaN衬底激光二极管的制造方法，该方法可以明显的减小激光二极管衬底中的晶体缺陷密度，提高激光二极管的性能和寿命。本专利技术的GaN衬底激光二极管包括η-GaN衬底，在衬底上依次沉积了 η型包覆层、η型光导层和有源层，其中，η 型包覆层是 n-AlJribGah—bN,其中 O く a, b, a+b ^ I ；η 型光导层为 n-AlcIndGa卜c_dN,其中 O く c, d, c+d ^ I ；有源层是超晶格结构的n-AUnfGanfN/n-AIglnhGakhN多量子阱层，其中(Xe，f, g，h, e+f, g+h く I。在有源层上还依次沉积了 P型阻挡层、P型光导层和P型包覆层，其中P型阻挡层是p-AlJrijGa^-jN,P 型光导层是P-AlkIn1Ga1-HN,P 型包覆层是P-AlmInnGa1InN,其中(Xi,j, K, 1，m，n，i+j，k+1，m+n ミ I。本专利技术的GaN衬底激光二极管的制造方法包括如下步骤，首先形成GaN衬底，其次在衬底上依次沉积了 η型包覆层、η型光导层、有源层、P型阻挡层、P型光导层和P型包覆层。其中形成GaN衬底的方法包括如下步骤(I)在常温常压下，将GaN晶片放入高温高压装置中，在高温高压装置中加入传压介质，该传压介质为NaCL和液氮；(2)对GaN晶片加热的同时加压，加热温度为820 880°C，加压压カ为4. Γ4. 6GPa，保持10 15分钟。其中，加热速率为100°C /分钟，加压速率为O. 2 O. 3GPa/分钟。(3)停止加热，使GaN晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使GaN晶片恢复至常压。卸压速度为O. 5 O. 8GPa/分钟。(4) 在高温高压装置中退火20 30分钟后，取出GaN晶片。附图说明图I为本专利技术的GaN衬底激光二极管的结构示意图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。图I示出了本专利技术的激光二极管的结构示意图。其包括η-GaN衬底1，在衬底I上依次沉积了 η型包覆层2、η型光导层3和有源层4。η 型包覆层 2 是 n-AlJribGah-bN,光导层 3 为 n-AlcIndGaトc_dN,其中 O ^ a, b, c, d,a+b, c+d ^ I ο包覆层2也可以是Ii-AlaInbGa1IbN超晶格。有源层4是超晶格结构的n-AUnfGanfN/n-AIglnhGakhN多量子阱层，其中O ^ e, f, g, h, e+f, g+h ^ I。在有源层4上还沉积了 P型阻挡层5，P型阻挡层5是P-AliInjGa1+々，其上为P型光导层6和p型包覆层7，其中p型光导层6是P-AlkIn1Ga卜hN,P 型包覆层 7 是p_AlmInnGa卜m_nN,其中 O ^ i，j，k, l,m,n, i+j,k+1,m+n ^ I。P型包覆层7也可以是P-AlmInnGannN超晶格。在一个优选实施例中，包覆层、光导层和P型阻挡层的带隙都比有源层的带隙大。在另ー个优选实施例中，光导层的带隙比包覆层的带隙小，P型阻挡层的带隙比包覆层的带隙大。在P型包覆层7上可以设置P型接触层8，P型接触层8可以是P-AlJnpGa1IpN,其中O < ο, P, o+p ^ I, P型接触层的带隙比有源层的带隙大，比包覆层的带隙小。接触层还可以是P+-AlyInzGa1HN超晶格,其中O彡y, z, y+z く I。通过该器件的结构蚀刻P接触层、包覆层、有源层和可选的η接触层，来形成台面结构。台面足够深以延伸到至少有源层之下，并且可以一直延伸到衬底的最上部分。为了改善电限制和减小阈值电流，可以通过接触层的外围蚀刻一脊结构，并进入最上面的包覆层中。在腐蚀形成条形台面和脊结构之后，形成钝化层将台面和脊的侧面而非脊的顶部钝化。钝化层可以包括SiO2或者SiNx，可以通过热蒸发、电子束蒸发、溅镀等方法沉积。然后，在顶表面(P型)和底表面(η型)上分別形成P型金属接触9和η型金属接触10。P型接触9优选为镍-金合金，η型接触10优选为钛-铝合金。其可以通过本领域已知的任何方法形成，例如溅射沉积或电子束蒸发沉积。将上述接触退火至大约400°C到950°C之间的温度即构成欧姆接触。最后，在垂直于上述脊结构的平面内切割器件，以确定激光腔的长度尺度。激光腔的长度在100 μ m到2000 μ m之间。上面描述了 η型衬底的器件结构，P型衬底的器件结构与其相反，将η-接触层和P-接触层以及η-包覆层和P-包覆层分别颠倒即可。其中形成GaN衬底的方法包括如下步骤(I)在常温常压下，将GaN晶片放入高温高压装置中，在高温高压装置中加入传压介质，该传压介质为NaCL和液氮；(2)对GaN晶片加热的同时加压，加热温度为820 880°C，加压压カ为 4. Γ4. 6GPa，保持10 15分钟；此处的加压压カ也可以称作加压压強。其中，加热速率为IOO0C /分钟，加压速率为O. 2 O. 3GPa/分钟。(3)停止加热，使GaN晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使GaN晶片恢复至常压。卸压速度为O. 5 O. 8GPa/分钟。(4)在高温高压装置中退火20 30分钟后，取出GaN晶片。本专利技术进行了 50组不同温度和压カ范围的实验，对GaN晶片进行了高温高压处理。实验数据表明，对GaN晶片实施加热温度为820 880°C，加压压カ为4. Γ4. 6GPa的高温高压处理并退火后，其位错和空隙的密度降低至处理前的20 30%，说明该方法明显减少了晶片内的缺陷密度。实验数据也表明，处理后晶片的缺陷密度与加热温度、加压压カ有关，且温度范围和压カ范围其主要作用，但加热、加压以及卸压速率也对缺陷密度的減少其作用，上文中已经记载了优选的温度和压カ范围，以及优选的加热、加压与卸压速率。降温不需采用特殊方法，停止加热后自然冷却即可。采用处理后的GaN晶片作为衬底形成的激光二极管，増大了击穿场强，減少了漏电，増加了导热性，光发射效率更高，可靠性更大。用于处理本专利技术的晶片的高温高压装置可以采用已有的两面顶和多面体高压装置，多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN衬底激光二极管，包括n？GaN衬底，在衬底上依次沉积有n型包覆层、n型光导层和有源层，其特征在于，n型包覆层是n？AlaInbGa1？a？bN，其中0≤a，b，a+b≤1；n型光导层为n？AlcIndGa1？c？dN，其中0≤c，d，c+d≤1；有源层是超晶格结构的n？AleInfGa1？e？fN/n？AIgInhGa1？g？hN多量子阱层，其中0≤e，f，g，h，e+f，g+h≤1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虞浩辉，周宇杭，
申请(专利权)人：江苏威纳德照明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：