專利名稱：具有燕尾形突脊的AlGaInN基激光器的制作方法
具有燕尾形突脊的AlGalnN基激光器
背景技術：
本申請要求對2006年7月18日提交的美國臨時專利申請No.60/831,439 的優(yōu)先權，在此以參見的方式引入該專利申請的內容。
本發(fā)明總的涉及制作能夠發(fā)射藍光的激光器的過程，具體來說，涉及使用 蝕刻腔面技術(EFT)來制作AlGalnN基的突脊激光器，該技術用來產生具有 燕尾形突脊橫截面的激光器器件。
通過機械方法劈開半導體晶體，使用于邊緣發(fā)射的半導體激光器二極管的 反射鏡通常形成在激光器內腔的端部。 一般來說，對于任何的半導體材料，劈 開與光刻法相比是不精確的過程。此外，為了器件的測試和其它后續(xù)的操作， 必須操作易碎的棒條或細小的芯片。而且還與單片集成不相容，因為它要求晶 片實體粉碎以獲得全功能激光器。
GaN的劈開尤其成問題。Nichia Chemical在1995年首先論證推出藍寶石 基底上的GaN基的藍光激光器，其后能夠生產出市場上銷售的CW激光器〔S. Nakamura等人，2000 "The Blue Laser Diode: The Complete Story," Springer-出 版社)。劈開通常用來形成藍光激光器的腔面，但這些器件的價格一直維持很 高。由于藍寶石具有許多劈開平面，它們在彼此很小角度距離內具有大致相等 的劈開強度，所以劈開藍寶石基底來形成GaN基的激光器腔面特別困難。由 于這個原因，即使在劈開過程中擾亂很小，開裂的交界面也會容易地從一個劈 開平面重新定向到另一平面，當這種情況發(fā)生時，激光器就不再可用。盡管有 這些問題存在，但藍寶石一直是用于氮化物生長所選擇的基底，因為藍寶石相 對較便宜，并在GaN沉積所需的高溫過程中保持穩(wěn)定。然而，藍寶石和較貴 的SiC基底對GaN基本上是晶格失配，在生長的材料中形成高缺陷密度。獨 立式GaN基底是部分的解決方案，剛好目前正在銷售，但與立方體的InP和 GaAs不同，GaN是六邊形的晶體結構，且劈開更加困難。因此，即使是GaN 基底，預計劈開將仍然是一挑戰(zhàn)的過程。通過使用CAIBE中的斜的基底，已經制造出垂直蝕刻腔面的藍光激光器〔Kneissl等人，Appl. Phys丄ett.72， 1539-1541);然而，這些激光器是帶型或增益導向型的。因此，需要一種以可 靠和成本有效的方式來制作突脊型藍光激光器的改進的工藝過程。
影響GaN基藍光激光器產量和成本的一個重要因素是缺乏提供缺陷密度 低的激光質量材料。有些研究實驗室已經開發(fā)出諸如在藍寶石上外延側向過生 長(ELOG)的技術，這些技術已將缺陷密度改進到1()S/cmS水平。因為劈開的 困難，如上所述，如今實際可制作的最小內腔長度在600pm的量級上。使用 蝕刻腔面來代替機械方法劈開腔面，能形成lOO)iim或更小的較短內腔器件。 制造較短內腔器件的能力導致器件中形成缺陷的可能性減小，因此產量提高。 這些激光器具有的最大額定功率比較長內腔的器件低；然而，大多數激光器將 用于下一代只讀DVD應用中，其中，較低功率就足夠了，且需要最低的成本 和最低的功率消耗。EFT能夠帶來特殊的加工、集成和完整晶片測試能力，這 也對制造用于可寫光盤應用的高功率GaN激光器提供很大的益處。
GaN基激光器遇到的另一重大問題是對該材料提供良好的p型接觸。盡管 已經作了許多改進，但與該材料的p型接觸電阻較之于其它的m-v材料仍然 是更大的挑戰(zhàn)。困難之處在于，為了達到良好的單一側向模式激光器，用于這 些器件的突脊需要具有l(wèi)pm量級的寬度，而在如此小寬度上形成良好p型接 觸是特別有挑戰(zhàn)性的。

發(fā)明內容
從工藝過程的產量和成本的觀點來看，鑒于蝕刻腔面的發(fā)射藍光的激光器 頗具吸引力，以及其可能用來制造集成的AlGalnN基的光子器件的可能性，已 經開發(fā)出一種新的EFT工藝過程來實現(xiàn)AlGalnN基結構中的腔面蝕刻。若干 年前，有一種新的技術領先〔A. Behfar-Rad等人，1989 Appl. Phys. Lett.54， 439-495;美國專利4，851，3682〕，其中，使用基于光刻法形成掩模和化學輔助 離子束蝕刻(CAIBE)的工藝過程來形成激光器的腔面。美國紐約州伊薩卡市 的賓奧普迪克斯股份有限公司(BinOptics Corporation)使用該種蝕刻腔面技術 (EFT)開發(fā)出市場上銷售的InP基的激光器產品。這些產品的特征在于精確 定位的鏡面，它們具有與劈開獲得的鏡面相當的質量和反射性。采用EFT可在晶片上加工激光器，其方式完全類似于集成電路芯片在硅片上的加工。這允許 激光器與其它光子器件單片地集成在單一芯片上，并可在晶片級上廉價地進行
測試〔P.Vettiger等人，1991 IEEE J Quantum Electron.27， 1319-13314〕。
使用蝕刻腔面技術來構造表面發(fā)射激光器的新穎和成本有效的方式可見 A. Behfar等人的2005 photonics West, pages 5737-08中的描述。還可見Alex A. Behfar的共同未決的美國專利申請10/958,069，其于2005年10月5日提交， 題為"Surface Emitting and Receiving Photonic Device "(委托案巻箱15);以 及Alex A. Behfar等人的共同未決的美國專利申請10/963,739，其于2004年10 月14日提交，題為"Surface Emitting and Receiving Photonic Device With Lens" (委托案巻箱19)，這兩個專利申請受讓于本申請的受讓人，在此以參見的方 式引入它們的內容。所描述的水平內腔表面發(fā)射激光器(HCSEL)呈位于基底 上的細長內腔形式，并加工成在發(fā)射器端蝕刻45°傾斜的腔面和在內腔后端蝕 刻90°腔面。后端反射區(qū)域可包括鄰近于后腔面的蝕刻的分布式布拉格反射器 (DBR)，或介電的涂層可用于腔面反射性修改(FRM)。監(jiān)視光探測器(MPD) 和接收探測器也可集成在芯片上，如Alex A. Behfar的共同未決的美國專利申 請No.l 1/037,334中所描述，其于2005年1月19日提交，題為"Integrated Photonic Devices"(委托案巻箱17)，其受讓于本申請的受讓人。
根據本發(fā)明，以完全類似于集成電路芯片在硅片上加工的方式，在晶片上 加工激光器，使芯片形成為完整晶片的形式。采用EFT工藝過程在晶片上蝕刻 激光器鏡面，并加工出用于激光器的電接觸層。在晶片上測試激光器，此后， 單立(singulate)晶片而分離出激光器用于封裝。蝕刻過的AlGalnN基的腔面 的掃描電子顯微鏡圖像表明，使用本發(fā)明新開發(fā)的EFT工藝過程可獲得高的垂 直度和光滑度。本發(fā)明允許激光器和集成器件用于具有AlGalnN基材料所達到 的波長要求的各種應用。
根據本發(fā)明加工激光器的工藝過程可概括為包括以下步驟蝕刻具有 AlGalnN基結構的晶片以在晶片上加工出多個激光器波導內腔，然后蝕刻激光 器內腔而在波導端部上形成激光器腔面或鏡面，同時它們仍留在晶片上。此后， 在激光器內腔上形成電接觸層，在晶片上測試個別的激光器，單立晶片而分離 出激光器以用于封裝。根據本發(fā)明，蝕刻腔面的方法包括使用位于晶片上的AlGaInN基激光器波導結構的p型摻雜蓋層上的高溫下穩(wěn)定的掩模，來限定腔 面的位置，使掩模保持蓋層的導電性，然后在CAIBE中使用500°C以上溫度 和超過500V的離子束電壓，通過掩模蝕刻激光器結構內的腔面。
在獲得用于光子器件的直的表面時，半導體蝕刻和掩模材料之間的選擇性 是非常重要的。根據本發(fā)明，在高溫下執(zhí)行CAIBE，可獲得掩模和GaN基基 底之間的高度選擇性。CAIBE中的大的離子束電壓也被發(fā)現(xiàn)可提高該選擇性。 選擇能承受高溫蝕刻的掩模材料，還防止對GaN基結構p型接觸層造成破壞。
為了克服形成用于上述激光器的p型接觸層中的困難，通過使用兩個 CAIBE突脊蝕刻步驟代替上述單一的突脊形成步驟來形成突脊。在第一步驟 中，在突脊的一側上實施CAIBE，其角度介于約40。和60°之間。在突脊相 對側上，實施第二CAIBE步驟，其角度也介于約40。和60°之間但沿相反的 方向，以使突脊形成有燕尾形的橫截面，其具有寬的頂表面和窄的底部。


本技術領域內的技術人員從以下結合附圖對本發(fā)明作的詳細描述中將會 明白到本發(fā)明上述的和其它的目的、特征和優(yōu)點。附圖中
圖1示出現(xiàn)有技術的激光器制作過程，其中，激光器腔面被劈開；
圖2示出現(xiàn)有技術的激光器制作過程，可由蝕刻激光器腔面在晶片上作測
試；
圖3是一曲線圖，示出CAIBE在恒定離子束電流密度和電壓下的溫度對 GaN蝕刻速率和GaN蝕刻相對于Si02掩模腐蝕的選擇性的影響；
圖4是一曲線圖，示出CAIBE在恒定溫度和恒定離子束電流密度下的離 子束電壓對GaN蝕刻速率和GaN蝕刻相對于Si02掩模腐蝕的選擇性的影響；
圖5示出GaN腔面相對于在CAIBE過程中所使用的不同傾斜角度的基底 的法線的角度；
圖6-18示出使用根據本發(fā)明的在CAIBE中的三個蝕刻步驟制作具有垂直 腔面的氮化物基的突脊激光器的過程；
圖19示出一水平內腔表面發(fā)射的激光器(HCSEL)的立體圖，其根據本 發(fā)明的EFT過程進行制作；圖20是圖19激光器的側視圖21示出HCSEL和接收探測器在單一芯片上的集成；
圖22-26示出制作帶有向內漸縮側面的氮化物基的突脊激光器的過程，其
根據本發(fā)明使用CAIBE過程中的兩個傾斜的蝕刻步驟來形成截面呈燕尾形的
突脊；
圖27和28示意地顯示如何通過改變上覆層厚度來獲得不同的接觸寬度；
以及
圖29示意地顯示CAIBE蝕刻的突脊的SEM (掃描電子顯微鏡)視圖。
具體實施例方式
如圖1中的附圖標記IO所示，機械地劈開半導體外延(epi)晶片12是用 于在邊緣發(fā)射的二極管激光器的內腔端部處形成反射鏡面或腔面的工藝過程。 在該工藝過程中，在晶片基底上制作多個波導14，涂敷金屬接觸層，沿著劈開 線16機械地劈開晶片而形成激光器器件20的棒條18。然后棒條18堆疊起來。 如附圖標記22所示，激光器器件的劈開端腔面敷以涂層以提供理想的反射和 發(fā)射特性。然后測試個別的激光器器件20，如附圖標記24所示，測試過程在 個別激光器上施加偏置電壓26并檢測生成的輸出光束28。然后可分離或單立 激光器器件的棒條，如附圖標記30所示，以形成個別的芯片32，芯片32可以 已知的方式合適地封裝起來，如附圖標記34所示。
然而，對于大多數半導體器件來說，上述劈開過程不夠精確，因為它依賴 于半導體材料的結晶平面的部位和角度。例如，利用某些材料，可以有強度近
似相等的劈開平面，這些劈開平面定向成彼此成銳角，從而在劈開過程中發(fā)生 的微小擾亂可使開裂交界面從一個劈開平面重新導向到另一劈開平面。而且， 圖l所示的劈開過程形成易碎的棒條和微小的芯片，在測試和封裝過程中，它 們操作起來很笨拙。此外，機械劈開趨于與個別芯片的后處理不相容，由于晶 片必須實體地碎開以獲得全功能的激光器，所以需要在芯片上提供多部件的單 片集成。
另一替代的制作諸如激光器之類光子器件的現(xiàn)有技術圖示在圖2中的附圖 標記40，其中，在合適的晶片基底44上加工多個波導42。這些波導最好是橫貫晶片延伸的平行的波導(如圖所示)。基于光刻技術和化學輔助離子束蝕刻
(CAIBE)的過程，然后用來沿著波導在要求的部位處形成腔面以形成激光器
波導內腔。這些腔面精確地定位并具有與通過劈開獲得的相當的質量和反射 性。由于激光器內腔和腔面在晶片上加工而成，與在硅片上加工集成電路的方 式相同，所以該過程允許與其它光子器件一起一體地集成在單一芯片上，并允
許仍在晶片上廉價地測試光子器件，如附圖標記46所示。此后，可單立晶片 (如附圖標記48)以將芯片50分離開，然后各芯片可封裝起來，如附圖標記 52所示。該過程具有高的產量和低的成本，還允許激光器的制造具有非常短的 內腔。圖2的現(xiàn)有技術的制造過程在A. Behfar-Rad和S. S. Wong著的 "Monolithic AlGaAs-GaAs Single Quantum-Well Ridge Lasers Fabricated with Dry-Etched Facets and Ridges" —文中有更詳細的描述，該文可見IEEE Journal of Quantum Electronics, 28巻，第1227-1231頁，1992年5月。
根據本發(fā)明，使用圖2所示的通用過程加工激光器，但在帶有AlGaInN基 的外延結構44的晶片上進行加工，其方式完全類似于集成電路在硅片上的加 工，以使芯片形成為完整晶片的形式。使用本發(fā)明新的蝕刻腔面技術(EPT)， 在晶片上蝕刻出激光器鏡面，而在晶片上的激光器內腔上進行加工用于激光器 的電接觸層。在晶片上測試激光器，此后，單立晶片而分離出激光器進行封裝， 其方式如上所述。蝕刻過的AlGalnN基的腔面的掃描電子顯微鏡成像表明，使 用本發(fā)明的EFT工藝過程可達到高的垂直度和光滑度。本發(fā)明允許加工制造用 于各種應用的激光器和集成器件，這些應用具有AlGalnN基的材料所達到的波 長要求。
正如下文中將詳細描述的，在本發(fā)明的過程中，AlGalnN基的激光器結構 外延地沉積在基底上，并包含n型摻雜的AlGaN的下覆層、帶有AlGalnN (在 此組分中Al和/或In可以為零)的量子勢阱和勢壘的活性區(qū)域、p型摻雜的 AlGaN的上覆層、以及高度p型摻雜的GaN和/或GaIN的蓋層。
一層PECVD Si02沉積在氮化物基的激光器結構上。實施光刻法和RIE來 成型Si02以提供Si02的掩模，該掩模用來限定激光器腔面和激光器臺面 (mesa)。對于每個激光器，形成突脊，先用光刻法，通過RIE法去除突脊部 位之外的區(qū)域內的Si02，然后，再用CAIBE法進行去除，該方法再次用來形
10成突脊。試樣用PECVDSi02包封起來，形成接觸開口，在晶片頂上形成p型 接觸層，其后在底部上形成n型接觸層。
在本發(fā)明一優(yōu)選形式的工藝過程中，CAIBE中的蝕刻在約500°C和700°C 之間的溫度下利用500V和2000V之間的離子束電壓進行，以提供改進的選擇 性。圖3在曲線60中示出CAIBE中GaN的蝕刻速率或蝕刻速率增益受溫度 的影響，而離子束電壓、離子束電流密度和氯的流量恒定保持在iioov、 0.35mA/cn^和20sccm。該圖還在曲線62中示出GaN和Si02之間的蝕刻選擇 性，并顯示選擇性隨著溫度增加而提高，在約700°C下獲得的選擇性超過10:1。 然而，在700。C以上的溫度下，GaN腔面開始顯現(xiàn)點蝕行為，在較高溫度下這 種點蝕現(xiàn)象加劇。
圖4在曲線64中示出CAIBE中GaN的蝕刻速率受離子束電壓的影響， 而溫度、離子束電流密度和氯的流量恒定保持在275。C、0.30mA/cn^和20sccm。 該圖還在曲線66中示出GaN和Si02之間的蝕刻選擇性，并顯示選擇性隨著離 子束電壓增加而提高。
在獲得GaN和Si02之間低的蝕刻選擇性的CAIBE條件下，蝕刻腔面可形 成為遠離基底垂直線的某一角度，但這可通過在CAIBE系統(tǒng)中以某一角度蝕 刻得到補償。在此情形中，試樣相對于遠離垂直入射的離子束定位成某一角度。 圖5中的曲線70顯示腔面角度是CAIBE試樣保持臺斜度的函數。產生圖5中 數據所用的條件是1250V的離子束電壓；0.3mA/cn^的離子電流密度；20sccm 的Cl2的流動；以及700。C的基底臺的溫度。
現(xiàn)轉向對本發(fā)明工藝過程更詳細的描述，圖6中立體圖所示的Fabry-Perot 的激光器波導100采用圖7至18的過程步驟進行加工制造，其中，圖示了在 基底102上加工高度可靠的AlGalnN基的藍光激光器波導的過程。盡管本發(fā)明 將按照具有諸如圖6中所示突脊104那樣突脊的激光器進行描述，但應該理解 到，也可使用該工藝過程加工其它類型的激光器或其它光子器件。
如傳統(tǒng)方式那樣，基底102可以是由III-V型化合物或其合金形成的晶片， 其可以合適地進行摻雜。如圖7和8所示，該兩個圖是圖6中器件分別沿線7-7 和8-8方向截取的截面圖，如通過外延沉積法使用有機金屬化學氣相沉積 (MOCVD)或分子束外延(MBE)， 一系列層106可沉積在基底102的頂表面108上。然后可蝕刻這些層以形成光學的波導，諸如圖2所示的波導42或 圖6所示的波導100，它們通常包括活性區(qū)域112和上覆層區(qū)域114及下覆層 區(qū)域116，如圖7和8所示。應該指出的是，圖7、 9、 11、 13和15是沿圖6 的波導的箭頭7-7方向取的端視圖，而圖8、 10、 12、 14和16是沿圖6的箭 頭8-8方向取的波導100的截面圖。
在一實例中，AlGalnN基的半導體激光器光子器件100的諸層106外延地 形成在n型摻雜的GaN基底102上，并包含n型摻雜的AlGaN的下部覆層區(qū) 域116、帶有AlGalnN (在此組分中，Al和/或In可為零)的光子勢阱和勢壘 的活性區(qū)域112、厚度為t的p型摻雜的AlGaN的上覆層114、以及高度p型 摻雜的GaN和/或GalnN的蓋層118。光子結構的上覆層區(qū)域114和下覆層區(qū) 域116分別具有比活性區(qū)域112指數低的指數，而設置GaN和域GalnN蓋層 118是允許有歐姆接觸。盡管該實例基于在GaN基底上提供藍光激光器器件， 但應該理解到，這些器件也可形成在諸如藍寶石、SiC或AlN之類的其它基底 上。
諸如Si02之類的介電層120沉積在氮化物基的激光器結構上，就如等離 子體增強化學氣相沉積(PECVD)法那樣，用光刻法來確定腔面在自旋的光刻 膠層內的位置，而用CHF3反應性離子蝕刻(RIE)來將光刻膠層內的圖形轉移 到Si02內以形成掩模。用氧等離子體來去除光刻膠，在Cl2基的化學輔助離子 束蝕刻(CAIBE)中，將試樣放置在合適傾斜的基底上，以允許形成第一垂直 腔面126，如圖8所示。CAIBE的參數可如下1250eV的Xe離子在0.3mA/cm2 的電流密度下，Cl2的流量為20sccm，基底臺溫度為650°C。蝕刻要有足夠的 深度以對激光器的垂直波導形成足夠的腔面表面。使用緩沖的HF來去除殘留 的Si02掩模120，新的一層PECVD Si02127沉積在氮化物基的激光器結構上， 覆蓋住第一蝕刻的垂直腔面126。采用第二次光刻在光刻膠層內限定第二腔面 的位置，而使用RIE將光刻膠圖形轉移到Si02內。去除光刻膠，將試樣放置 在CAIBE中的合適傾斜的基底上，以允許形成第二垂直的腔面128，如圖10 所示。如在第一蝕刻腔面的情形中那樣，第二腔面蝕刻的深度足夠深以對激光 器的垂直波導形成足夠的腔面表面。第一腔面126在第二腔面形成過程中受到 Si02掩模127保護。去除殘留的Si02掩模127，新的一層PECVD Si02129沉積在氮化物基的 激光器結構上，覆蓋住第一和第二蝕刻的垂直腔面。采用光刻法在光刻膠層內 限定突脊104的位置，而使用RIE將光刻膠圖形轉移到Si02層129內。去除 光刻膠，將試樣放置在CAIBE中，使基底基本上垂直于離子束以便形成突脊， 如圖11和12所示。突脊104對藍光激光器結構提供側向波導。
去除殘留的Si02掩模129，沉積新的一層PECVDSi02130以包裹該結構， 如圖13和14所示。采用光刻法在光刻膠層內的突脊頂上限定開口 132的位置， 而使用RIE將光刻膠內的孔部分地轉移到Si02層內，如圖15和16所示以形 成掩模。使用緩沖的HF從開口 132中去除殘留的Si02，以暴露出氮化物基激光 器結構的接觸層118的高摻雜的表面。這樣，RIE并不損壞高摻雜的接觸層118 的表面。使用如圖15和16所示的金屬化的剝離圖形134，來沉積p型接觸層 140以覆蓋開口 132， n型接觸層142也使用金屬化的剝離圖形從與p型接觸層 相同的一側形成，或在基底是導電的情形中，如圖17和18所示地沉積在晶片 的后側上。剝離圖形的邊緣136限定p型接觸層。
p型接觸層可在兩個步驟過程中形成，其中，通過金屬化的剝離圖形，在 開口上實施金屬的第一沉積，例如，沉積30nm的Ni，接著沉積30nm的Au。 使用快速熱退火器(RTA)在550°C的02環(huán)境下使第一沉積層退火，以與氮 化物基結構形成良好的接觸。然后，也通過金屬化的剝離圖形，實施金屬的第 二沉積，例如，15nm的Ti、 500nm的Pt以及1000nm的Au，不僅對與p型接 觸層的導線連接提供較佳的底部，而且對p型金屬提供較佳的導電性。
參照圖7-10所描述的過程可用傾斜的蝕刻代替，傾斜蝕刻導致腔面126 和128中的一個或兩個蝕刻成45。角而形成表面發(fā)射器件或HCSEL150，如圖 19-21所示。在這些圖中，HCSEL包括單個45。傾斜的腔面152，但如果需要 的話，兩個腔面都可傾斜。如圖21所示， 一個或多個接收探測器154可與 HCSEL150集成。
上述過程的一種修改形式圖示在圖22-26中，其中，與圖11、 13、 15和 17共同的元件用同樣附圖標記表示。如圖22所示，參照圖9和10所述的蝕刻 腔面形成之后，新的PECVD SiO2l60層沉積在氮化物基激光器結構上，覆蓋 蓋層118的頂表面162以及第一和第二蝕刻的垂直腔面126和128。使用光刻法在光刻膠層內限定突脊164第一側的位置，而使用RIE將光刻膠圖形轉移到 Si02層160內。去除光刻膠，將試樣放置在CAIBE中，使基底相對于離子束 傾斜，以便形成突脊的第一向內傾斜的側壁166，如圖22所示。
此后，使用緩沖的HF來去除殘留的Si02掩模160，另一層PECVD Si02168 沉積在激光器結構上，覆蓋住突脊端部和突脊側壁166處的第一和第二蝕刻的 垂直腔面。采用光刻在光刻膠層內限定突脊164第二側的位置，而使用RIE將 光刻膠圖形轉移到Si02層168內。去除光刻膠，將試樣放置在CAIBE中，使 基底相對于離子束傾斜，以形成突脊的第二向內傾斜的側壁170，如圖23所示。 如圖所示，頂幢166和170沿相對方向向下和向內地傾斜，以為突脊提供燕尾 形橫截面，以使接觸層118的頂表面162比突脊底部172寬。
如圖24-26所示，p型接觸層以以上參照圖13、 15和17所述相同方式形 成在突脊164的頂表面上。為了實現(xiàn)這一點，去除殘留的Si02掩模168，上述 的PECVD Si02層130沉積而包裹結構，如圖24所示。采用光刻在光刻膠層 內限定突脊頂上的上述開口 132的位置，而使用RIE從光刻膠部分地將孔圖形 轉移到Si02內，如圖25所示以形成Si02掩模。使用緩沖的HF從開口 132去 除殘留的Si02，以暴露出氮化物基激光器結構的上覆層118的高摻雜的表面。 這樣，RIE步驟并不損壞高摻雜層118的表面。
使用如圖25和26所示的金屬化的剝離圖形134，來沉積p型接觸層140 以覆蓋開口 132， n型接觸層142也使用金屬化的剝離圖形形成在與p型接觸 層相同的一側上，或在基底是導電的情形中，如圖17、 18和26所示地沉積在 晶片的后側上。剝離圖形的邊緣136限定p型接觸層。
如上所述，p型接觸層可在兩個步驟過程中形成，其中，通過金屬化的剝 離圖形，金屬的第一沉積層沉積在開口上，例如，沉積30nm的Ni，接著沉積 30nm的Au。使用快速熱退火器(RTA)在550°C的02環(huán)境下使第一金屬沉 積層退火，以與氮化物基結構形成良好的接觸。然后，也通過金屬化的剝離圖 形，實施金屬的第二沉積，例如，15nm的Ti、 500nm的Pt以及1000nm的Au， 不僅對與p型接觸層的導線連接提供較佳的底部，而且對p型金屬提供較佳的 導電性。
如上所述，為了獲得良好的單一模式的激光器，突脊寬度需要是在lpm
14的量級上，而形成良好的p型接觸層則需要較寬的寬度。通過提供突脊，其在
底部區(qū)域172具有理想的寬度W *，而頂表面162的寬度W ^足夠寬而可提供 良好的p型接觸層，由此燕尾形的突脊164可達到兩個目標。
如圖27和28所示，在突脊兩側上使用同樣的蝕刻角時，通過控制激光器 結構上覆層114的厚度，可改變突脊的寬度W^因此，上覆層的寬度t產生 突脊164的頂部寬度x (圖27)，同時，將圖28中附圖標記180處所示的類似 燕尾形突脊上覆層114'的厚度增加到厚度t'以形成頂部寬度y。因此，圖28中 突脊180的較厚層114產生比圖27中較薄層114產生的寬的頂表面182，于是， y>x，而兩者提供了相同的突脊底部寬度172。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，突脊材料可在CAIBE中蝕刻，直到離子束臺傾斜角達到約70 度；在較大角度時蝕刻速率快速下降。在實踐中，蝕刻最好在約40和70度之 間的角度0上進行(圖27)，如上所述，使上覆層厚度t增加以便提供理想的 接觸寬度。如SEM顯微圖像所示的傾斜蝕刻顯示在圖29中，顯示出使用具有 正負斜度65度的離子束臺進行的兩個蝕刻所獲得側壁角度。燕尾形突脊的頂 部寬度W^大于突脊底部寬度W;s。燕尾形突脊對于短內腔的藍光激光器特別 重要，因為較短的器件與較長的器件相比具有較高的接觸電阻。
盡管參照蝕刻的腔面描述了燕尾形突脊，但如此的突脊也可對具有劈開腔 面的激光器提供益處。
影響AlGalnN基藍光激光器產量和成本的一個重要因素是缺乏提供密度 缺陷低的激光質量材料的能力。有些研究實驗室已經開發(fā)出諸如在藍寶石上外 延側向過生長(ELOG)的技術，而其它實驗室已經開發(fā)出將缺陷密度改進到 105/01112水平的GaN基底。因為劈開的困難，如上所述，如今使用該程序實際 可制作的最小內腔長度在600pm的量級上。使用蝕刻腔面來代替機械方法劈 開腔面，能形成100pm或更小的較短內腔器件，這種制造較短內腔器件的能 力導致器件中具有較少缺陷的可能性，因此產量提高。這些較短激光器的最大 額定功率與較長內腔的器件相比較低；然而，大多數激光器將用于下一代只讀
DVD應用中，其中，較低的功率就足夠了，且需要最低的成本和最低的功率 消耗。EFT能夠帶來特殊的加工、集成和完整晶片測試能力，這也對制造用于 可寫光盤應用的高功率GaN激光器提供很大的益處。盡管本發(fā)明依據優(yōu)選實施例進行了描述，但應該理解到，還可作出各種改 變和修改而不脫離以下權利要求書所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1. 一種加工激光器的方法，包括蝕刻氮化物基的半導體晶片以加工出多個激光器；蝕刻所述激光器以形成激光器端部腔面；成角度地蝕刻所述激光器以形成傾斜的突脊側壁；形成用于所述激光器的電接觸層；在所述晶片上測試所述激光器，以及此后，單立所述晶片以分離出所述激光器用于封裝。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，蝕刻所述激光器端部腔面還包括在所述氮化物基的半導體激光器結構上使用高溫下穩(wěn)定的掩模；在CAIBE中使用500°C以上的溫度，以在所述激光器結構中形成所述腔面。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述腔面還包括 在所述氮化物基的半導體激光器結構的p型摻雜蓋層上形成掩模，所述掩模保持所述蓋層的導電性；以及在CAIBE中使用超過500V的離子束，以在所述激光器機構中形成蝕刻腔面。
4. 一種在氮化物基半導體晶片內加工突脊激光器的過程，包括 在蝕刻系統(tǒng)中以相對于離子束的第一角度蝕刻前腔面以形成接近垂直的前腔面；在第二蝕刻步驟中，在所述蝕刻系統(tǒng)中以相對于離子束的第二角度蝕刻后 腔面以形成接近垂直的后腔面；在第三蝕刻步驟中，以第三角度蝕刻突脊的第一側壁以在所述前腔面和后 腔面之間形成向內和向下傾斜的第一側壁；以及在第四蝕刻步驟中，以第四角度蝕刻所述突脊的第二側壁以在所述前腔面 和后腔面之間形成向內和向下傾斜的第二側壁，由此形成具有頂表面、底部和 燕尾形橫截面的突脊。
5. 如權利要求4所述的過程，其特征在于，還包括 在所述突脊的所述頂表面上的掩模內形成開口；以及將導電材料放置在所述開口內。
6. 如權利要求4所述的過程，其特征在于，蝕刻所述激光器前腔面和后腔 面還包括在所述氮化物基的半導體激光器結構上使用高溫下穩(wěn)定的掩模；以及 在CAIBE中使用500°C以上的溫度，以在所述激光器結構中形成所述腔面。
7. 如權利要求4所述的過程，其特征在于，形成所述腔面還包括 在所述氮化物基的半導體激光器結構的p型摻雜蓋層上形成掩模，所述掩模保持所述蓋層的導電性；以及在CAIBE中使用高于500V的離子束，以在所述激光器結構中形成蝕刻的 腔面。
8. 如權利要求4所述的過程，其特征在于，還包括改變所述第三和第四蝕 刻步驟的深度，以相對于所述突脊的所述底部的寬度改變所述突脊的所述頂表 面的寬度。
9. 如權利要求4所述的過程，其特征在于，所述第一角度和所述第二角度 相等。
10. —種氮化物基的半導體激光器，包括 基底；第一干蝕刻的端部腔面； 第二干蝕刻的端部腔面；以及干蝕刻的突脊，所述突脊位于所述第一和第二蝕刻的端部腔面之間，并具 有相對地朝向內傾斜的第一和第二側壁。
11. 如權利要求10所述的氮化物器件，其特征在于，所述蝕刻的端部 腔面、所述側壁形成在干蝕刻系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)包含產生朝向所述基底的離子 束的離子束源，所述基底在干蝕刻所述側壁過程中，以不同于所述離子束垂直 入射的角度定位。
12. 如權利要求11所述的氮化物器件，其特征在于，所述第一端部腔面相對于所述基底定位成90度角或大約90度角，而所述第二端部腔面相對于 所述基底定位成90度角或大約90度角。
13. 如權利要求12所述的氮化物器件，其特征在于，所述側壁相對于 所述基底以45度角或大約45度角蝕刻。
14. 如權利要求12所述的氮化物器件，其特征在于，所述側壁相對于 所述基底以約40度和約60度之間的角度蝕刻。
15. —種氮化物基的半導體激光器，包括 基底；下覆層； 活性區(qū)域； 上覆層；以及突脊，所述突脊位于所述上覆層內介于第一和第二端部腔面之間，并具有 第一和第二朝向內傾斜的側壁，以形成具有頂表面和底部以及燕尾形橫截面的 突脊。
16. 如權利要求15所述的激光器，其特征在于，所述突脊的所述頂表 面和所述底部的相對寬度取決于所述上覆層內的所述側壁的深度。
17. 如權利要求15所述的氮化物激光器，其特征在于，所述腔面是劈 開的。
18. 如權利要求15所述的氮化物激光器，其特征在于，所述腔面是蝕 刻的。
全文摘要
一種加工能夠發(fā)射藍光的激光器的工藝過程，其中，在CAIBE中使用500℃以上的溫度和高于500V的離子束來蝕刻GaN晶片，以形成激光器波導和鏡面，其中，所述激光器波導具有向內傾斜的側壁。
文檔編號H01S3/04GK101507062SQ200780031381
公開日2009年8月12日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權日2006年7月18日
發(fā)明者A·A·貝法 申請人:賓奧普迪克斯股份有限公司