具有金属夹层钝化层的GaN基激光二极管结构及制造方法与流程

具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构及制造方法
技术领域
1.本发明涉及激光二极管技术领域，尤其涉及一种具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构及制造方法。


背景技术：

2.边发射的激光二极管，为了形成良好的脊波导结构，在脊的侧面覆盖光学绝缘层sio2，可以形成光学限制，让电流从脊上注入形成高电流密度，达到激光阈值；因为脊的接触面积很小，金属电极与sio2的附着性差，厚金属电极应力大，容易掉；目前的方式都是采用薄的au电极，封装到热沉上，再进一步封装到产品上；而大功率激光二极管的金属电极都是采用薄结构，间接造成很多封装问题，比如散热不好等。


技术实现要素：

3.基于此，本发明的目的在于提供一种具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构，其提高了金属电极与钝化层的附着力，降低封装要求，改善散热性能。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
4.一种具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构，包括n电极、n型gan衬底、n覆盖层、n波导层、发光活性层、p波导层、p型电子阻挡层和钝化层；
5.所述n型gan衬底、n覆盖层、n波导层、发光活性层、p波导层、p型电子阻挡层依次层叠设置在所述n电极上，所述p型电子阻挡层的上表面凸出设置有脊条，所述脊条具有顶面和侧面，所述脊条包括p覆盖层和依次叠设在所述p覆盖层上的p接触层、p接触电极层；
6.所述钝化层包括第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层和第二钝化层均为sio2层，所述第一钝化层设置在所述脊条的侧面及与脊条侧面下部相连的p型电子阻挡层的上表面，所述第二钝化层置于所述第一钝化层的上表面；
7.所述第二钝化层上开设有凹槽，所述凹槽包括相通的竖槽和横槽，所述横槽内设置有第一金属层，在所述第二钝化层的上表面及所述脊条上设置有作为p电极的第二金属层，所述p电极具有与所述竖槽相对应的凸起部，所述竖槽的横截面积小于所述横槽的横截面积。
8.进一步，所述横槽为长方形、正方形、圆形和三角形中至少一种，所述竖槽为长方形、正方形或圆形。
9.进一步，当所述横槽为长方形时，在所述脊条的长度方向上，所述凹槽的长度与所述脊条的长度相同。
10.进一步，所述横槽的数量为两个，两个所述横槽分别位于所述脊条的两侧，每个所述横槽对应多个所述竖槽。
11.进一步，所述横槽的数量为多个，多个所述横槽分别位于所述脊条的两侧；所述竖槽的数量为多个，每个所述横槽对应一个或多个所述竖槽。
12.进一步，所述第二钝化层的厚度小于或等于所述第一钝化层的厚度。
13.进一步，所述第一钝化层的厚度与所述第二钝化层的厚度之和大于或等于所述p覆盖层的厚度与所述p接触层的厚度之和。
14.根据本发明的另一方面，提供了一种具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构的制造方法，包括以下步骤：
15.s1、在p接触层上制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对依次层叠设置在p型电子阻挡层上的p覆盖层和p接触层进行蚀刻形成脊条，所述脊条凸出于p型电子阻挡层的上部表面，所述脊条具有顶面和侧面；
16.s2、去除图形化的光刻胶，在p型电子阻挡层的上表面生长第一层sio2而形成第一钝化层，第一钝化层位于所述脊条的两侧；
17.s3、在第一钝化层制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，在第一钝化层的部分上表面进行金属镀膜而形成第一金属层；
18.s4、去除图形化的光刻胶，在第一钝化层的上表面及第一金属层上生长第二层sio2而形成第二钝化层，第二钝化层完全覆盖第一金属层，使得第一金属层所在位置作为所述第二钝化层的横槽；
19.s5、在第二钝化层制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，在第二钝化层的上表面进行蚀刻掉部分第二层sio2而裸露部分第一金属层，使得被蚀刻掉第二层sio2的部分形成与所述横槽相通的竖槽；所述竖槽的横截面积小于所述横槽的横截面积；
20.s6、去除图形化的光刻胶，在p接触层的上表面进行金属镀膜而形成p接触电极层，使得所述脊条还具有p接触电极层；或者，在p接触层的上表面进行金属镀膜而形成p接触电极层，使得所述脊条还具有p接触电极层，之后去除图形化的光刻胶；
21.s7、在第二钝化层制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，在第二钝化层的上表面和所述脊条上进行金属镀膜而形成作为p电极的第二金属层，在第二金属层制作完成之后，去除图形化的光刻胶；其中，金属镀膜时的部分金属沉积在所述竖槽内使得所述第二金属层具有与所述竖槽相对应的凸起部，p电极与第一金属层形成电性连接。
22.本发明的有益效果是：
23.本发明的具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构及制造方法，脊侧面的光学覆盖层采用图形化的绝缘材料，双层制作，双层绝缘层中带有图形化的金属夹层，下层形成光学限制，上层可以在部分露出金属夹层和欧姆接触金属上制作厚的金属电极，其降低了电极结构的应力，提高了金属电极与钝化层的附着力，降低封装要求，改善散热性能。
附图说明
24.图1为本发明一实施例的具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构的示意图；
25.图2为本发明一实施例的具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构的立体示意图；
26.图3为本发明一实施例的具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构中的凹槽分布示意图；
27.图中，
28.101 n电极；
29.102 n型gan衬底；
30.103 n覆盖层；
31.104 n波导层；
32.105 发光活性层；
33.106 p波导层；
34.107 p型电子阻挡层；
35.108 钝化层；1081第一钝化层；1082第二钝化层；
36.10821 竖槽；10822横槽；
37.109 p电极；1091凸起部；
38.110 p覆盖层；
39.111 p接触层；
40.112 p接触电极层；
41.113 第一金属层。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构及制造方法进行进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
43.参照图1至图3，本发明一实施例的具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构，包括n电极101、n型gan衬底102、n覆盖层103、n波导层104、发光活性层105、p波导层106、p型电子阻挡层107和钝化层108。
44.n型gan衬底102、n覆盖层103、n波导层104、发光活性层105、p波导层106、p型电子阻挡层107依次层叠设置在n电极101上。
45.p型电子阻挡层107的上表面凸出设置有脊条。所述脊条具有顶面和侧面，所述脊条包括p覆盖层110和依次叠设(层叠设置)在p覆盖层110上表面的p接触层111、p接触电极层112。
46.钝化层108包括第一钝化层1081和第二钝化层1082。第一钝化层1081和第二钝化层1082均为sio2层，第一钝化层1081设置在p型电子阻挡层107的上表面，位于所述脊条的两侧，第二钝化层1082置于第一钝化层1081的上表面。
47.第二钝化层1082上开设有凹槽，所述凹槽包括相通的竖槽10821和横槽10822。横槽10822内设置有第一金属层113，在第二钝化层1082的上表面及所述脊条上设置有作为p电极109的第二金属层，p电极109具有与竖槽10821相对应的凸起部1091，竖槽10821的横截面积小于横槽10822的横截面积。
48.作为一种可优选实施方式，横槽10822可为长方形、正方形、圆形和三角形中至少一种，竖槽10821可为长方形、正方形或圆形。
49.较佳地，当横槽10822为长方形时，在脊条的长度方向上，所述凹槽的长度与脊条的长度相同。
50.横槽10822的数量可为两个，两个横槽10822分别位于脊条的两侧，每个横槽10822对应多个竖槽10821。
51.横槽10822的数量也可为多个，多个横槽10822分别位于脊条的两侧。竖槽10821的数量可为多个，每个横槽10822对应一个或多个竖槽10821。多个横槽10822的形状可以完全相同，也可不完全相同。竖槽10821的形状可以完全相同，也可不完全相同。
52.图2和图3中，横槽10822的数量为四个，四个横槽10822分别位于脊条的两侧，脊条的每一侧设置两个横槽10822，每个横槽10822对应10个竖槽10821，每一个竖槽10821的横截面积均小于其所对应的横槽10822的横截面积。
53.当横槽10822的数量为多个时，在脊条每一侧的多个竖槽10821可采用一列多排的方式排列，在脊条每一侧的多个竖槽10821也可采用两列多排的方式排列或多列多排的方式排列。脊条两侧的竖槽10821可以对称设置。
54.较佳地，第二钝化层1082的厚度小于或等于第一钝化层1081的厚度。
55.第一钝化层1081的厚度与第二钝化层1082的厚度之和大于或等于p覆盖层110的厚度与p接触层111的厚度之和。
56.第一金属层113可选用cr、ti、ni和pt中的一种几种制成；p电极109(第二金属层)可选用cr、ti、al、ni、au、pt、sn和cu中的一种几种制成。
57.镀上金属夹层金属结构首选cr,ti,ni,pt或者任意组合，可与sio2形成良好附着性；电极结构包括cr,ti,al,ni,au,pt,sn,cu等任意金属组合，与金属夹层形成连接。
58.p接触电极层112与p电极109电性连接，这样可以提高电极导电特性。
59.n覆盖层103可为n型algan层，n波导层104可为n型gan层，发光活性层105可为ingan层；p波导层106可为p型gan层，p型电子阻挡层107可为p型algan层，p覆盖层110可为p型algan层，p接触层111可为p型gan层。
60.上述具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构的制造过程主要如下：
61.s1、在p接触层111上制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对依次层叠设置在p型电子阻挡层107上的p覆盖层110和p接触层111进行蚀刻形成脊条，所述脊条凸出于p型电子阻挡层107的上部表面，所述脊条具有顶面和侧面；
62.s2、去除图形化的光刻胶，在p型电子阻挡层107的上表面生长第一层sio2而形成第一钝化层1081，第一钝化层1081位于所述脊条的两侧；
63.s3、在第一钝化层1081制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，在第一钝化层1081的部分上表面进行金属镀膜而形成第一金属层113；
64.s4、去除图形化的光刻胶，在第一钝化层1081的上表面及第一金属层113上生长第二层sio2而形成第二钝化层1082，第二钝化层1082完全覆盖第一金属层113，使得第一金属层113所在位置作为所述第二钝化层1082的横槽10822；
65.s5、在第二钝化层1082制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，在第二钝化层1082的上表面进行蚀刻掉部分第二层sio2而裸露部分第一金属层113，使得被蚀刻掉第二层sio2的部分形成与横槽10822相通的竖槽10821；竖槽10821的横截面积小于横槽10822的横截面积；
66.s6、去除图形化的光刻胶，在p接触层111的上表面进行金属镀膜而形成p接触电极层112，使得所述脊条还具有p接触电极层112；或者，在p接触层111的上表面进行金属镀膜而形成p接触电极层112，使得所述脊条还具有p接触电极层112，之后去除图形化的光刻胶；
67.s7、在第二钝化层1082制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，在第
二钝化层1082的上表面和所述脊条上进行金属镀膜而形成作为p电极109的第二金属层，在第二金属层制作完成之后，去除图形化的光刻胶；其中，金属镀膜时的部分金属沉积在竖槽10821内使得所述第二金属层具有与竖槽10821相对应的凸起部1091，p电极109与第一金属层113形成电性连接。
68.p接触电极层112能够与p电极109形成电性连接。这样可以提高电极导电特性。金属镀膜可以采用离子束溅射沉积工艺，也可以采用其它镀膜工艺，例如可以采用磁控溅射等镀膜方式，生长金属电极。
69.p接触电极层112制作时可采用步骤s5中图形化的光刻胶为掩模，即在第二钝化层1082制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，在p接触层111的上表面进行金属镀膜而形成p接触电极层112，使得所述脊条还具有p接触电极层112；在p接触电极层112制作完成之后，去除图形化的光刻胶。当然，p接触电极层112制作时也可在第二钝化层1082单独制作图形化的光刻胶掩模。
70.上述实施方式中，gan激光二极管脊侧面的光学覆盖层采用图形化的绝缘材料，双层制作(生长制作完第一层sio2，在第一层sio2上制作图形化的金属层，然后生长第二层sio2，并进行图形化制作，露出部分金属层)，制作厚的金属电极。gan激光二极管脊侧面的光学覆盖层采用图形化的绝缘材料，双层制作，双层绝缘层中可带有大面积图形化的金属夹层；可在部分露出金属夹层和欧姆接触金属上制作厚的金属电极。边发射脊波导结构的gan激光二极管，脊侧面的光学覆盖层采用图形化的绝缘材料，双层制作，双层绝缘层中带有大面积图形化的金属夹层，下层形成光学限制，上层在部分露出金属夹层和欧姆接触金属上制作厚的金属电极；这样可以增加金属电极的附着力，还提高散热效果。横槽和竖槽的形状、数量可采用如前所述的方式。
71.以上各实施例的具有金属夹层钝化层的gan基激光二极管结构及制造方法，脊侧面的光学覆盖层采用图形化的绝缘材料，双层制作，双层绝缘层中带有图形化的金属夹层，下层形成光学限制，上层可以在部分露出金属夹层和欧姆接触金属上制作厚的金属电极，其降低了电极结构的应力，提高了金属电极与钝化层的附着力，降低封装要求，改善散热性能。
72.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。