一种p型外延衬底激光二极管的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种p型外延衬底激光二极管的制造方法，所述方法依次包括如下步骤：（1）在蓝宝石衬底上外延生长p-GaN外延衬底；（2）在p-GaN外延衬底上形成发光结构；（3）对所述发光结构进行刻蚀，从而将p-GaN外延衬底外围的发光结构去除，仅保留p-GaN外延衬底中部区域上的发光结构；（4）在p-GaN外延衬底的外围溅射形成p电极。
【专利说明】一种P型外延衬底激光二极管的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体【技术领域】，特别是涉及一种ρ型外延衬底激光二极管的制造方法。
【背景技术】
[0002]氧化锌(ZnO)是一种新型的I1-VI族直接带隙宽禁带半导体材料。氧化锌(ZnO)无论在晶格结构、晶胞参数还是在禁带宽度上都与GaN相似，且具有比GaN更高的熔点和更大的激子束缚能，又具有较低的光致发光和受激辐射的阈值以及良好的机电耦合特性、热稳定性和化学稳定性。在室温下，氧化锌(ZnO)的禁带宽度为3.37eV,自由激子结合能高达60meV,远大于GaN，因此更容易在室温或更高温度下实现激子增益。但是，作为衬底的GaN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。减少了半导体衬底材料生长过程中形成的缺陷密度已成为本领域急需解决的问题。
[0003]而且，现有技术中P电极一般都形成在衬底的台面结构上，例如中国授权专利CN12099976A所公开的二极管激光器，其中金属阴极形成在活性区的一侧，该金属阴极的高度与活性区的高度几乎持平，因此，金属阴极势必会妨碍作为发光结构的活性区的发光，即使金属阴极采用透明的导电材料，活性区所发出的光也不可能毫无阻碍地透过金属阴极；因此上述结构也会在一定程度上影响发光效率。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种ρ型外延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，并且通过对P电极的特殊设置方式，避免了 P电极对发光区域所造成的影响，从而提高激光二极管的性能和寿命。
[0005]本发明提出的ρ型外延衬底激光二极管的制造方法依次包括如下步骤:
[0006](I)在蓝宝石衬底上外延生长ρ-GaN外延衬底；
[0007](2 )在ρ-GaN外延衬底上形成发光结构；
[0008](3)对所述发光结构进行刻蚀，从而将ρ-GaN外延衬底外围的发光结构去除，仅保留ρ-GaN外延衬底中部区域上的发光结构；
[0009](4)在ρ-GaN外延衬底的外围溅射形成P电极。
[0010]其中，步骤(2)中形成所述发光结构的工艺过程为:在ρ-GaN外延衬底上自下而上依次形成P型界面层、发光层、η型界面层、η型注入层和η电极；
[0011]其中，步骤(4)中形成的P电极围绕发光结构形成，形成的P电极的厚度不大于P型界面层的厚度，并且P电极与发光结构之间具有空隙；
[0012]其中,P型界面层是P-AlxInyGa1HP,其中0<x≤l，0<y≤I并且x+y ( I ;发光层是超晶格结构的多量子阱层，形成该多量子阱层的材料为ZnO/ZnhMgW/ZrVbASbO，其中0<&≤0.2、0<13≤0.3 ;n 型界面层为 n-AlxInyGah_yN，其中 0<x≤l，0<y< I并且x+y≤I ；n型注入层为n型NiO注入层；p电极为Au、Pt、Pt/N1、Au/Ni或ITO (氧化铟錫)。n 电极为 In、Al、Ga、Ag 或 IT0。
[0013]本发明提出的激光二极管的制造方法，可以获得如下有益的效果:
[0014]1.采用P-AlxInyGa1TyP的p型界面层以及I1-AlxInyGa1TyN的n型界面层,可以有效降低半导体衬底材料生长过程中形成的缺陷密度；
[0015]2.采用多量子阱层ZnO/ZrihMgW/ZrVbASbO作为发光层，能够大大提高了载流子的复合几率，提高激光二极管的发光效率；
[0016]3.采用n型NiO作为电子注入层形成异质结注入，这种异质结具有超注入的优点，从而进一步提闻发光效率。
[0017]4.将p电极的厚度设定为不大于p型界面层的厚度，从而避免了 p电极对p型界面层上的发光层所发出的光造成的干扰，进而有利于提高发光效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1-4是本发明提出的制造方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0019]參见图1-4，本发明提出的制造方法依次包括如下步骤:
[0020](I)在蓝宝石衬底I上外延生长p-GaN外延衬底2 ;然后对该p_GaN外延衬底2进行清洗，首先采用丙酮、酒精进行超声波清洗，然后采用去离子水进行冲洗，以便将残留在P-GaN外延衬底2上的丙酮和酒精清洗干净，最后用氮气枪将P-GaN外延衬底2表面的去离子水风干；
[0021](2)在p-GaN外延衬底2上形成发光结构，所述发光结构的形成方法为:自下而上依次形成p型界面层3、发光层4、n型界面层5、n型注入层6和n电极7 ；
[0022]其中，在p-GaN外延衬底2上生长P-AlxInyGa1IyP材料,从而形成p型界面层3 ；其中 0<x ≤l，0<y<l 并且 x+y ≤1，作为优选地，0 < x ^ 0.45,0 < y ^ 0.55 ；
[0023]然后通过射频磁控溅射エ艺在p型界面层3上依次溅射ZnO层、ZrvaMgaO层和ZrvbAsbO层，从而形成ー个周期的发光层4 ;在本发明中，为了进一步提高发光效率，所述发光层4可以形成为多个周期，具体方法为:在形成ー个周期后的发光层4的上表面上(即ZrvbAsbO层的上表面上)，再次通过射频磁控溅射エ艺依次溅射ZnO层、ZrvaMgaO层和ZrvbAsbO层，从而形成第二个周期的发光层4 ;如此不停反复，从而形成多个周期的发光层4，在本发明中，0 < a≤0.2、0 < b≤0.3 ;作为优选地，0 < a≤0.1、0 < b≤0.15，所述发光层4共形成5-15个周期，优选地形成8-10个周期。射频磁控溅射エ艺的具体參数为:在不大于10_3Pa的本底气压下，将衬底2温度加热至220~300°C，溅射功率80~120W、ZnO层、ZnwMgaO层和ZrvbAsbO层的溅射时间为2~3分钟。
[0024]接着，在发光层4的上表面上生长I1-AlxInyGa1IyN,从而形成n型界面层5，其中0
<X ^ 1,0 < y ^ I 并且 x+y ≤1，作为优选地，0 < x ^ 0.45,0 < y ^ 0.55 ；
[0025]此后，采用反应溅射的方法在n型界面层5上淀积n型NiO材料，以便形成n型注入层6。具体的エ艺过程为:采用高纯度的金属Ni作为靶材，在本底气压为10_4Pa的氛围下，将淀积温度设定为350°C、淀积气压设定为6Pa，相对氧分压02/(02+Ar)设定为60%;功率设定为230W，溅射时间设定为:45分钟。
[0026]η型注入层6制造完成后，在其上溅射金属材料或金属化合物材料以形成η电极7，所述金属材料为In、Al、Ga或Ag，所述金属化合物材料为ITO (氧化铟锡)；
[0027](3)对发光结构进行刻蚀；参见图1和2，在η电极7的表面上涂覆光刻胶，经过光亥IJ、显影后，将不需要的光刻胶去除，露出将要形成P电极8的部分，然后采用刻蚀工艺刻蚀掉不需要的发光结构，直至露出P-GaN外延衬底2的上表面为止，刻蚀后的结构可见图2 ；
[0028](4)在ρ-GaN外延衬底2的表面上溅射金属材料或金属化合物材料以便形成P电极8,所述金属材料为Au、Pt、Pt/Ni合金或Au/Ni合金,所述金属化合物材料为ITO (氧化铟锡)，如图3和4所示，ρ电极8与发光结构之间具有空隙。
[0029]至此已对本发明做了详细的说明，但前文的描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.ー种P型外延衬底激光二极管的制造方法，其特征在于所述方法依次包括如下步骤: (1)在蓝宝石衬底上外延生长P-GaN外延衬底； (2)在p-GaN外延衬底上形成发光结构； (3)对所述发光结构进行刻蚀，从而将p-GaN外延衬底外围的发光结构去除，仅保留P-GaN外延衬底中部区域上的发光结构； (4)在p-GaN外延衬底的外围派射形成p电极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 步骤(2)中形成所述发光结构的エ艺过程为:在P-GaN外延衬底上自下而上依次形成P型界面层、发光层、n型界面层、n型注入层和n电极； 其中，步骤(4)中形成的p电极围绕发光结构形成，形成的p电极的厚度不大于p型界面层的厚度，并且P电极与发光结构之间具有空隙。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于: 其中，P型界面层是P-AlxInyGa1IyP,发光层是超晶格结构的多量子阱层，形成该多量子讲层的材料为ZnO/ZrvJV^O/ZrVbASbO ；n型界面层为I1-AlxInyGa1IyN ；n型注入层为n型NiO注入层；p电极为Au、Pt、Pt/N1、Au/Ni或ITO (氧化铟锡)，n电极为In、Al、Ga、Ag或ITO ；
其中，0 < X ^ 1,0 < y ^ I 并且 x+y ≤1，优选地，0 < x ^ 0.45,0 < y ^ 0.55 ；
其中 0 < a ≤0.2、0 < b ≤0.3，优选地，0 < a ≤0.1、0 < b ≤0.15。
【文档编号】H01S5/34GK103594922SQ201310500450
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】丛国芳 申请人:溧阳市东大技术转移中心有限公司