具有限制区域的含镓和氮的激光装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开内容总体上涉及光学技术。
【背景技术】
[0002]在I960年，Theodore H.Maiman在马利布的休斯研宄实验室首次证明了激光。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种激光二极管装置，包括:含镓和氮的表面区域、覆盖所述表面区域的释放材料、η型含镓和氮的材料；覆盖所述η型含镓和氮的材料的有源区域、P型含镓和氮的材料；以及覆盖所述P型含镓和氮的材料的第一透明导电氧化物材料、和覆盖所述第一透明导电氧化物材料的界面区域；结合至所述界面区域的处理基板(处理衬底)。
[0004]本发明还提供了一种用于制造激光二极管装置的方法，包括:提供含镓和氮的基板构件，所述含镓和氮的基板构件包括表面区域、覆盖所述表面区域的释放材料、η型含镓和氮的材料；覆盖所述η型含镓和氮的材料的有源区域、P型含镓和氮的材料；以及覆盖所述P型含镓和氮的材料的第一金属区域、和覆盖所述第一金属区域的界面区域；将所述界面区域与处理基板结合；以及使所述释放材料经受能源以开始所述含镓和氮的基板构件的释放；形成脊部结构，并形成覆盖所述η型含镓和氮的材料的暴露部分的第二金属区域，使得在所述第一金属区域和所述第二金属区域之间构造有源区域以在所述有源区域内引起光学引导作用
【附图说明】
[0005]图1a示出了在实例中在块体(本体，bulk)含镓和氮的基板上生长外延结构，其包括牺牲释放层、η型含镓和氮的材料、和有源区域，以及P型含镓和氮的材料。
[0006]图1b示出了在实例中在晶片的P侧(外延表面)上沉积透明导电氧化物，例如ITOo可选地，可在ITO上沉积金属接触层(metal contact layer)。
[0007]图1c示出了然后将ITO+外延结构+GaN基板与可以是InP、GaAs、硅等的手柄(处理晶片，handle)(载体晶片(carrier wafer))结合。在实例中，对此步骤可使用间接结合或直接结合。
[0008]图1d示出了经由几个可能的处理中的一个去除GaN基板，包括PEC蚀刻、激光消融、CMP等等。对于这些处理中的一些，在实例中，牺牲层可能是必须的。在基板去除之后，在ITO和载体晶片的顶部会留下薄GaN外延膜。结合之前的一些P侧处理可能是必须的，取决于最终所需的LD结构。结合的外延生长的材料将是较薄的，<5 μπι。激光器结构本身将< 1.5 μ m0
[0009]图2a是实例中在包括牺牲层的GaN基板上生长的外延结构的简化示意图。
[0010]图2b是实例中在GaN基板上生长的外延结构的简化不意图，GaN基板具有?几积于P型含镓和氮的材料的顶部上的透明导电氧化物例如ITO和结合至叠层顶部的载体晶片。
[0011]图2c是实例中在已经去除含镓和氮的基板之后具有导电氧化物和载体晶片的外延结构的简化示意图。
[0012]图2d是实例中在已经去除含镓和氮的基板之后具有导电氧化物和载体晶片的外延结构的简化示意图。已经使该结构翻转(flip over)使得载体晶片现在是叠层的底部。
[0013]图3a是实例中具有双导电氧化物覆层的激光波导的实例示意性横截面，表现出在η型含镓和氮的材料例如GaN中形成脊部，其中示出了双ITO覆层，η脊部。
[0014]图3b是具有双导电氧化物覆层的激光波导的实例示意性横截面，表现出在P型含镓和氮的材料例如GaN中形成脊部，其中示出了双ITO覆层，P脊部。
[0015]图3c是具有双导电氧化物覆层的激光波导的实例不意性横截面，表现出在η型和P型含镓和氮的材料例如GaN中形成脊部，其中示出了双ITO覆层，ρ/η脊部。
[0016]图3d是具有导电氧化物和氧化物或介电覆层的激光波导的实例示意性横截面，表现出在P型含镓和氮的材料例如GaN中形成脊部，其中示出了 ITO P覆层，Si02n覆层，P脊部。
[0017]图4是具有AlGaN覆层的传统的III族氮化物激光器结构的实例示意图。
[0018]图5是双ITO覆层，单侧脊蓝光激光器结构的实例2D模拟。将GaN波导/覆层从在MQW有源区域的任一侧上是800nm变成在MQW有源区域的任一侧上是lOOnm。通过应用薄腔体设计，可明显地改进有源区域中的限制因子(confinement factor)，其中示出了光学限制的模拟。
[0019]图6a示出了与处理晶片(操作晶片，handle wafer)结合的直接晶片与间接晶片的关系的示意图。在间接结合方法中，在处理晶片和含镓和氮的外延结构之间，使用一层例如金属，其中示出了处理晶片辅助的裂开。
[0020]图6b是示出了与处理晶片的优选裂开平面对准的优选裂开刻面平面(cleavedfacet plane)的实例，雕合和裂开处理晶片将帮助裂开GaN激光刻面(面，facet) ο在此实例中，将m平面GaN激光晶片与InP结合。必须将优选裂开刻面平面与处理晶片的优选裂开平面对准。
[0021]图7是允许将GaN外延层与载体晶片和ITO直接结合的工艺流程的实例。
[0022]图8a是在已经形成脊部之后允许将GaN外延层与晶片直接/间接结合的工艺的实例。
[0023]图Sb是在已经用粘合层形成脊部之后允许将GaN外延层与载体晶片直接/间接结合的工艺的实例。
[0024]图9是示出了由TCO形成的脊部的实例。通过η侧TCO和钝化氧化物之间的指数(率，index)的差异来提供横向指数对比。在GaN覆层薄的地方，或在η侧GaN覆层比P侧GaN覆层薄得多的地方，这是最佳的。
[0025]图10是示出了模具扩展的实例，其中示出了模具膨胀之前的外延晶片和模具膨胀的激光二极管。
[0026]图11是示出了无脊部激光器结构的实例。
【具体实施方式】
[0027]本公开内容总体上涉及光学技术。更具体地，本公开内容提供对光学应用使用非极性、半极性或极性C平面定向的含镓和氮的基板的方法和装置。在实例中，本公开内容描述了由低指数上下氧化物覆层组成的薄超高限制因子脊激光器腔体的制造。这里，我们描述了多种制造此装置的方法，包括使用倒装晶片基板去除和非原位(ex-situ)沉积的TCO作为P和η覆层。
[0028]在实例中，此方法在任一非极性/半极性/极性GaN基板上使用LD外延结构的传统平面生长。然后，在自由外延表面上沉积透明导电氧化物(TCO)，以形成透明的导电接触层，其具有低于在足以限制光学模式所需的厚度下可完全张紧(strain)地生长的组成的GaN或AlGaN膜的折射率。两个实例TCO是氧化铟锡(铟锡氧化物，indium tin oxide)(ITO)和氧化锌(ZnO)。ITO是TCO的商业标准，并在许多领域中使用，包括显示器和太阳能电池，其中，半透明电触点都是所需的。ZnO可提供这样的优点:其是具有与GaN相同的晶体结构的直接间隙半导体，并且，在与AlInGaN合金的生长温度相比相对较低的温度下，可在GaN上外延生长。ZnO的能带隙也足够大，并且与GaN(约3.3eV)相似，其将表现出可以忽略的光的可见波长的能带边缘吸收。可以许多种方式来沉积ZnO，例如，金属有机化学气相沉积、其他气相沉积技术、以及来自一种解决方案的方式。
[0029]然后，将晶片与手柄(处理晶片，handle)结合，其在结合界面附近具有TCO的自由表面。该结合可以是直接的，即，使TCO与手柄材料接触，或间接的，即，在TCO和手柄材料之间设置结合介质，以改进结合特性。例如，此结合介质可以是Au-Sn焊料、CVD沉积的S12、聚合物、CVD或化学沉积的多晶半导体或金属等等。间接结合机制可以包括热压缩结合、阳极结合、玻璃粉结合、与根据结合介质的特性来选择结合机制的粘合剂结合。<