专利名称：一种激光二极管的制造方法
一种激光二极管的制造方法技术领域
本发明属于半导体领域，具体来说涉及一种激光二极管的制造方法。
背景技术：
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。因而在蓝紫光发光二极管、激光器及其相关光电器件方面的应用有巨大的潜力。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的激子结合能25meV和室温热离化能26meV,因此更容易在室温或更高温度下实现激子增益。但是，ZnO走向光电器件应用的关键是实现稳定可靠且低阻的P型ZnO薄膜。ZnO由于存在诸多本征施主缺陷(如Zni, V0等)和非故意掺杂的H等杂质，通常表现为η型。这些施主缺陷的存在能对掺入的受主杂质产生强烈的自补偿效应，所以难以实现ZnO的P型掺杂。ZnO同质结紫外激射二极管需要做多层量子阱结构，而且所用P-ZnO迁移率较低、稳定性较差。发展结构简单、成本低廉、光增益高的紫外激光二极管具有重要的应用价值。
目前，业内已有通过共掺杂的方式来得到P型氧化锌薄膜的报道。例如，在氧化锌中掺入镁和锑来形成Mg-Sb共掺杂P型ZnO薄膜，其中镁(Mg)作为ZnO的掺杂剂可以有效地增大ZnO的禁带宽度，于是ZnO中的本征浅施主能级便会远离导带边，从而增大了其电离能，减弱了 ZnO的η型导电特性。但是由于ZnO中存在的本征浅施主缺陷的自补偿作用，使得Sb很难被用来掺杂制备P型ZnO材料。
图1是本发明提出制造方法制得的激光二极管的结构示意图；发明内容:
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种采用镁砷共掺杂P型氧化锌薄膜的激光二极管的制造方法，其依次包括如下步骤:
第一步，选取蓝宝石作为衬底，将该衬底放置到具有无水乙醇的超声波振荡器中进行清洗，以去除衬底表面的油脂，然后再将其放置到具有去离子水的超声波振荡器中进行清洗，以去除残余的无水乙醇；
第二步，将所述衬底放入磁控溅射反应室中，通过射频磁控溅射工艺在所述衬底上形成300-600nm厚度的氧化镍薄膜；
第三步，将纯度为99.99%的氧化锌粉末、镁的摩尔含量为8-13%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.5-1.5%的氧化砷粉末进行混合，然后压制形成靶材；然后将完成第二步所得的衬底放入磁控溅射反应室中，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在所述氧化镍薄膜的上表面上，从而形成厚度为200-400nm的镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜；
第四步，对完成第三步的衬底进行热退火，退火气氛为氧气，退火温度为700°C，退火时间为40分钟，退火后自然冷却；
第五步，在所述衬底的下表面上和所述镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜的上表面上溅射金属材料，从而分别形成底电极和顶电极。
其中，所述镁砷共掺杂P型氧化锌薄膜中Mg的摩尔百分含量是8-13%，砷的摩尔百分含量是0.5-1.5% ;并且，在常温下，镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜的压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于IOkiQ 〃cm。
具体实施方式
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下面通过具体实施方式
对本发明进行详细说明。
参见图1，采用镁砷共掺杂P型氧化锌薄膜的激光二极管的制造方法依次包括如下步骤:
第一步，选取蓝宝石作为衬底2，将该衬底2放置到具有无水乙醇的超声波振荡器中进行清洗，以去除衬底2表面的油脂，然后再将其放置到具有去离子水的超声波振荡器中进行清洗，以去除残余的无水乙醇；
第二步，将所述衬底2放入磁控溅射反应室中，通过射频磁控溅射工艺在所述衬底上形成300-600nm厚度的氧化镍薄膜3 ；
第三步，将纯度为99.99%的氧化锌粉末、镁的摩尔含量为8-13%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.5-1.5%的氧化砷粉末进行混合，然后压制形成靶材；然后将完成第二步所得的衬底2放入磁控溅射反应室中，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在所述氧化镍薄膜3的上表面上，从而形成厚度为200-400nm的镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜4 ；
第四步，对完成第三步的衬底2进行热退火，退火气氛为氧气，退火温度为700°C，退火时间为40分钟，退火后自然冷却；
第五步，在所述衬底2的下表面上和所述镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜4的上表面上溅射金属材料，从而分别形成底电极I和顶电极5。
其中，所述镁砷共掺杂P型氧化锌薄膜4中Mg的摩尔百分含量是8-13%，砷的摩尔百分含量是0.5-1.5% ;并且，在常温下，镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜4的压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于IOkiQ 〃 cm。
其中，第二步和第三步中，射频磁控溅射反应室的真空度都为10_5帕斯卡；
其中，第二步中，射频磁控溅射的射频功率120-200W，射频磁控溅射时间为1.5小时。
其中，第三步中，射频磁控溅射的射频功率100-150W，射频磁控溅射时间为2.5小时。
其中，可以采用多种金属材料来构成底电极I和顶电极5的材料，例如金、银或铜，也可以采用金属化合物材料来构成所述底电极I和顶电极5，例如ΙΤ0。
以上实施方式已经对本发明进行了详细的介绍，但上述实施方式并非为了限定本发明的范围，本发明的保护范围由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种激光二极管的制造方法，其依次包括如下步骤: 第一步，选取蓝宝石作为衬底，将该衬底放置到具有无水乙醇的超声波振荡器中进行清洗，以去除衬底表面的油脂，然后再将其放置到具有去离子水的超声波振荡器中进行清洗，以去除残余的无水乙醇； 第二步，将所述衬底放入磁控溅射反应室中，通过射频磁控溅射工艺在所述衬底上形成300-600nm厚度的氧化镍薄膜； 第三步，将纯度为99.99%的氧化锌粉末、镁的摩尔含量为8-13%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.5-1.5%的氧化砷粉末进行混合，然后压制形成靶材；然后将完成第二步所得的衬底放入磁控溅射反应室中，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在所述氧化镍薄膜的上表面上，从而形成厚度为200-400nm的镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜； 第四步，对完成第三步的衬底进行热退火，退火气氛为氧气，退火温度为700°C，退火时间为40分钟，退火后自然冷却； 第五步，在所述衬底的下表面上和所述镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜的上表面上溅射金属材料，从而分别形成底电极和顶电极。
2.如权利要求1所述的激光二极管的制造方法，其特征在于: 其中，所述镁砷共掺杂P型氧化锌薄膜中Mg的摩尔百分含量是8-13%，砷的摩尔百分含量是0.5-1.5% ;并且，在常温下，镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜的压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于1(ΓΩ 〃 cm。
3.如权利要求1或2所述的激光二极管制造方法，其特征在于: 其中，第二步和第三步中，射频磁控溅射反应室的真空度都为10_5帕斯卡；第二步中，射频磁控溅射的射频功率120-200W，射频磁控溅射时间为1.5小时；第三步中，射频磁控溅射的射频功率100-150W，射频磁控溅射时间为2.5小时。
4.如权利要求1-3任意之一所述的激光二极管制造方法，其特征在于: 其中，可以采用多种金属材料来构成底电极I和顶电极5的材料，例如金、银或铜，也可以采用金属化合物材料来构成所述底电极I和顶电极5，例如ΙΤ0。
全文摘要
本发明公开了一种激光二极管的制造方法，其依次包括如下步骤在蓝宝石衬底上形成氧化镍薄膜；在氧化镍薄膜的上表面上形成镁砷共掺杂的p型ZnO晶体薄膜；在所述衬底的下表面上和所述镁砷共掺杂的p型ZnO晶体薄膜的上表面上溅射金属材料，从而分别形成底电极和顶电极。
文档编号H01S5/327GK103151707SQ20131006538
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者童小春 申请人:溧阳市宏达电机有限公司