一种激光二极管及其制作方法与流程

本发明属于激光器件技术领域，具体涉及一种GaN基激光二极管及其制作方法。

背景技术：

蓝宝石衬底由于技术成熟、成本低廉等优势，被广泛应用在半导体器件上，传统的激光器件如图1所示，同时参看图2，由于蓝宝石的最佳解理面（即分割面）的r面与a面的夹角只有30度，沿蓝宝石a面解理时，剪切力作用很容易由a面滑移向r面，产生如图3所示的晶片的解理面为锯齿状腔面（分割面不平整），生长在蓝宝石衬底上的氮化镓激光芯片，解理过程中容易产生斜裂。

现有作法因为蓝宝石衬底的激光器件因为在制作激光腔面解理面不易产生质量佳的腔面(原因如下说明), 所以在制作上更换成GaN 衬底成长外延层，获得较佳的解理面，然而GaN衬底价格高昂，导致激光器件成本大大提高。

技术实现要素：

针对前述问题，本发明提出一种激光二极管的制作方法，用于解决背景技术的问题。一种激光二极管的制作方法，用于制作氮化镓基激光二极管，步骤包括：

S1、提供一蓝宝石衬底，在衬底上制作激光器外延层，依次包括：缓冲层、N型层、活性层、表面具有脊状条的P型层；

S2、在脊状条上制作P型接触层，制作成过渡结构，准备进行衬底转换；

S3、提供一临时衬底，临时衬底上镶嵌有散热条，将所述临时衬底的散热条一侧与过渡结构的P型层一侧键合，利用散热条提升激光器散热能力；

S4、去除蓝宝石衬底，裸露出缓冲层，在缓冲层上制作金属衬底，金属衬底同时起到N电极的作用；

S5、对S4制作成结构进行切割，形成长条状激光二极管或者芯粒状激光二极管。

优选地，步骤S2中，制作P型脊状条后，在脊状条上制作电流扩展层，利用保护层覆盖电流扩展层并制作保护层窗口，电流扩展层通过保护层窗口与P型接触层连接。

优选地，步骤S3所述键合的温度为100~450℃。

优选地，步骤S3所述键合的压力为100~2000kg。

优选地，步骤S4完成后，去除临时衬底，裸露出散热条。

优选地，步骤S5所述切割在散热条之间，平行散热条的方向进行切割。

优选地，步骤S5所述切割依次包括划片和裂片。

优选地，所述临时衬底为胶材。

优选地，所述散热条的材料至少包含铜、钨、陶瓷、钻石中的其中一种组分。

另一方面，本发明根据所述制作方法制得一种激光二极管，出光垂直通过解理面，依次包括金属基板、缓冲层、N型层、活性层和P型层，P型层表面具有脊状条，脊状条靠近活性层的端部大于其远离活性层的端部，所述激光二极管从晶圆切割成长条状结构，具有不少于两个的脊状条，脊状条上具有P型接触层，所述长条状结构靠近脊状条的一侧与散热条接触。

优选地，所述散热条的材料至少包含铜、钨、陶瓷、钻石中的其中一种组分。

优选地，所述散热条的宽度为脊状条的宽度1.5~4倍。

优选地，所述散热条的宽度为100~2000μm。

优选地，所述散热条的高度为100~2000μm。

优选地，所述脊状条的材料为GaN或AlGaN。

除此之外，本发明的长条状结构也可以进一步切割成若干颗芯粒，又或者直接在晶圆切割时直接制作成若干颗芯粒。

本发明至少具备以下特征和优点：

1、本发明利用蓝宝石衬底生长激光器件，保证外延层的生长质量，再通过转移衬底，提高解理面表面平整度。

2、本发明将散热条与P型接触层键合，增强了激光器件的散热能力。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为传统激光器件的剖面示意图。

图2为蓝宝石晶相的示意图。

图3为传统激光器件的切割过程示意图。

图4为实施例1的步骤S1完成后激光二极管的剖面示意图。

图5为实施例1的步骤S2完成后激光二极管的剖面示意图。

图6为实施例1的步骤S3键合过程中激光二极管的剖面示意图。

图7为实施例1的步骤S3完成后激光二极管的剖面示意图。

图8为实施例1的步骤S4去除蓝宝石衬底过程中的激光二极管的剖面示意图。

图9为实施例1的步骤S4去除蓝宝石衬底后激光二极管的剖面示意图。

图10为实施例1的步骤S4制作金属衬底后的激光二极管的剖面示意图。

图11为实施例1的步骤S5中对激光二极管切割过程的俯视示意图。

图12为实施例1的步骤S5完成后的激光二极管Bar的剖面示意图。

图13为实施例2的激光二极管的剖面示意图。

图14为实施例3的完成去除临时衬底后的激光二极管的剖面示意图。

图15为实施例4的激光二极管Bar俯视示意图。

图16为实施例5的激光二极管Bar俯视示意图。

图中标识：1、衬底；2、缓冲层；3、N型层；4、N电极；5、活性层；6、P型层；7、P电极；8、散热条；9、临时衬底；10、SiO₂保护层；11、电流扩展层。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

下面各实施例公开了一种激光二极管的制作方法，利用较成熟的蓝宝石生长外延层工艺制作激光二极管外延层，通过键合镶嵌有散热条的临时基板，实现从蓝宝石基板转移金属基板上，在绕过蓝宝石解理面不佳的缺陷的同时，提高激光二极管的散热能力。

实施例一

本发明第一个较佳实施例之一种激光二极管的制作方法，该激光二极管垂直解理面出光，包括步骤：

S1、参看图4，提供一蓝宝石衬底1，在衬底1上制作激光器外延层，依次包括：缓冲层2、N型层3、活性层6、表面具有脊状条的P型层6，脊状条的材料包含GaN或AlGaN组分，脊状条靠近活性层6的端部大于其远离活性层6的端部；

S2、参看图5，在脊状条上制作P型接触层，即P电极7，制作成过渡结构，准备进行衬底转换；

S3、参看图6和图7，提供一临时衬底9，临时衬底9上镶嵌有不少于1条的散热条8，右侧小图为临时衬底9俯视图，本实施例为7条，散热条8的材料至少包含铜、钨、陶瓷、钻石中的其中一种组分，将所述临时衬底9的散热条8一侧与过渡结构的P型层6一侧键合，散热条的高度为100~2000μm，散热条的宽度为100~2000μm，散热条8的高度为脊状条的高度1.5~4倍（高度指的是图6中散热条图形的短边，宽度指的是俯视图中散热条的短边距离），利用散热条8提升激光器散热能力；该键合工艺的温度为100~450℃，键合的压力为100~2000kg，将散热条8较好的与P型接触层结合在一起；

S4、参看图8~图10，去除蓝宝石衬底1，裸露出缓冲层2，在缓冲层2上制作金属衬底，金属衬底同时起到N电极4的作用；

S5、参看图11和图12，对S4制作成结构进行切割，切割包括激光划片和劈裂，激光划片时在散热条8之间切割，如图11中虚线所示，切割方向平行于散热条8，将激光二极管劈裂成Bar状（长条型）；

步骤S5具有替代方案 S5’、对S4制作成结构进行切割，激光划片分别在垂直和平行散热条8方向进行切割，再劈裂成激光二极管芯粒，芯粒拥有单个或多个脊状条。通过转移到金属衬底，有效解决了蓝宝石衬底的斜裂问题。

除此之外，还可以直接对S5制作成的Bar再次进行切割，制作成若干颗芯粒。

实施例二

图13为本实施例的结构，本实施例跟实施例一的区别在于，在步骤S1的脊状条上沉积图形化Ni或Au薄膜，薄膜起到电流扩展层11的作用，提高电流均匀性，在Ni或Au薄膜上制作带有窗口的SiO₂保护层10。

步骤S2的P型接触层（即P电极）材料包含Ti或Au或共晶组分。步骤S4的金属衬底（即N电极）材料包括：Au或Ti或Al组分。同时起到N电极的作用。

实施例三

参看图14，本实施例在实施例二的基础上进行改进，步骤S3的临时衬底9采用胶材制作。在步骤S5完成之后，可以进行除胶材的工艺，例如采用溶液浸泡去胶或激光剥离工艺，增加激光二极管散热能力。

实施例四

参看图15，本实施例对实施例三进行扩展，每条激光二极管Bar上制作两条以上的散热条8，利用分散分布，提高散热性能。

实施例五

参看图16，本实施例对实施例三再次进行扩展，激光二极管Bar上的散热条8为曲线状，增加散热条8的散热能力。

很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。