【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种改善半导体激光器金属电极表面状态的金属电极及其制备方法，属于半导体激光器制造。
技术介绍
1、半导体激光器具有体积小、转换效率高及使用寿命长等诸多优点，近几年发展迅速。半导体激光器的制造工艺主要有光刻工艺、腐蚀(刻蚀)工艺、绝缘膜生长、金属电极沉积及晶片减薄化处理等步骤。其中金属电极沉积是较为重要的工艺步骤，会直接影响高温退火后激光器欧姆接触的质量。
2、半导体激光器的设计过程中我们寻求能量利用的最大化，在最大程度上将电能转化为激光光能。若串联电阻过大电能热损耗会随着注入电流的增加而急剧增加，从而降低激光器的转换效率，且如果产生的热量不能及时散发，会导致器件的内部温度升高，随着工作电流的持续注入器件结构损坏，影响正常工作，因此金属电极质量是保证半导体激光器大电流下稳定持续工作的必要条件。
3、对于高功率半导体激光器来说，由于封装方式及散热等需求，正面(p面)金属电极通常较厚，p面金属主要包含tiptau三种金属，ti为粘附层，防止金属从基底上脱落，pt作为阻挡层，防止高温下金属扩散影响欧姆接触质量，au为焊接层，具有较好的导热和导电能力，也正因为此，要求au层的厚度较厚。
4、在常规的金属电极制作方法中，通常采用一次真空蒸镀工艺制备金属电极，如中国专利cn104218447提供了一种粘附性好、应力小的金属电极结构，采用一次真空多层蒸镀的方式进行金属电极蒸镀。在实际生产中，由于封装方式及不同产品工艺的要求，焊接层往往需要蒸镀几个微米的厚金。蒸镀厚金产品在退火后易出现金属表面鼓泡
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种可有效改善金属电极表面状态且可提高欧姆接触质量的金属电极结构及制备方法。
2、本专利技术的核心技术是在蒸镀厚金的金属层之间添加薄层“过渡层”，电子束蒸发束流密度比较大，蒸发的速度也较快，电子枪热量高，且不同工艺半导体激光器对于金属覆盖区域要求不同，所以对于微米级的厚金层在生产中通常需要多次蒸镀。当破空后金属表面和空气接触，空气中的水分可能会存留在金属表面，且金原子层和金原子层接触，在后续进行高温退火时，原子会进行扩散和重排，金原子和金原子之间可能会存在缝隙，水分及缝隙在高温作用下使金属表面产生鼓泡现象。如图1所示，在厚金层之间添加薄层“过渡层”，减少因高温时原子扩散和重排引起的缝隙产生表面鼓泡现象。
3、本专利技术首先对基底表面(1)进行清洗，通过电子束蒸发工艺在外延片表面蒸镀粘附层(2)，阻挡层(3)，厚金层(4a)，对所述金属层进行烘烤处理，烘烤处理后继续通过电子束蒸发过渡层(5)，厚金层(4b)，对所述金属层进行高温退火处理，形成欧姆接触，观察金属电极表面是否光滑均匀，有无鼓泡异常。
4、本专利技术的技术方案如下：
5、一种改善表面状态的金属电极，从下到上包括外延片、粘附层、阻挡层、第一厚金层、过渡层、第二厚金层；粘附层金属的热膨胀系数与基底、阻挡层的热膨胀系数匹配，控制差异在25％以内，过渡层需具有和粘附层相当的附着性，过渡层的原子半径与au原子半径差异控制在30％以内。
6、优选的，粘附层选用单层或多层金属，粘附层总厚度在20-60nm；阻挡层厚度在10-40nm；第一厚金层与第二厚金层的总厚度在2-3μm，第一次蒸镀第一厚金层为总厚金层厚度的1/3-1/2；过渡层厚度小于20nm。
7、一种改善表面状态的金属电极结构的制备方法，包括以下步骤：
8、1)、清洗外延片，外延片可为si、gaas、gan等半导体材料，将外延片通过湿法进行清洗，去除外延片表面在空气中吸附的污染物颗粒及氧化物，获得洁净基底表面，提高金属粘附层附着力；
9、根据本专利技术优选的，所述外延片为gaas半导体材料。
10、根据本专利技术优选的，所述湿法清洗所用化学试剂为腐蚀性酸溶液。
11、2)、通过电子束蒸发粘附层，所述粘附层金属与基底的浸润性要好，以防出现金属层高温扩散后脱落现象，粘附层金属的热膨胀系数与外延片的热膨胀系数相近，差异不超过25％，且附着力强，退火后可承受三次及以上的撕拉实验不脱落，粘附层选用单层或多层金属，若为多层则连续蒸镀多层不同金属，粘附层总厚度在20-60nm；
12、3)、通过电子束蒸发阻挡层，所述阻挡层需具备较稳定的物理及化学性质，在高温退火时不易扩散，阻挡层的膨胀系数需与上述粘附层的膨胀系数差异在25％以内，厚度通常在10-40nm；
13、4)、电子束蒸发第一厚金层，第一厚金层与第二厚金层的总厚度通常在2-3μm，电子束蒸发是利用电子枪产生的电子束直接加热金属源使汽化后沉积到基底表面形成金属薄膜，长时间持续蒸镀会导致光刻胶难以去除，且部分产品工艺要求芯片部分区域不能生长厚金。因此分为两次进行厚金蒸镀，第一次蒸镀第一厚金层为总厚度的1/3-1/2；
14、5)、对步骤4)完成的粘附层、阻挡层及第一厚金层进行烘烤，烘烤温度在100℃-150℃，烘烤时间在10min-20min，保证第一厚金层表面无水分；
15、6)、电子束蒸发过渡层，所述过渡层要求具备和粘附层相当的粘附性及较低的电阻率，优选的，过渡层金属为ti、v、cr中的一种，且蒸镀厚度要小于20nm，在高温退火时不易扩散，原子半径与au原子半径差异控制在30％以内，同时蒸镀速率在以下，低速率下形成更为致密的金属薄膜；
16、7)、电子束蒸发第二厚金层，第二厚金层厚度大于总厚度的1/3，蒸镀速率小于
17、8)、对上述金属电极进行高温退火，高温退火温度为400℃-500℃，退火时间为5-10min，退火气氛为常见气体，如氮气、氩气等，形成良好欧姆接触金属电极。
18、本申请方案针对厚金层，改善厚金层发生的鼓泡异常，中途电子束蒸发破空，增加烘烤和过渡层，然后再去蒸镀厚金层。
19、本专利技术的有益效果在于：
20、1、本专利技术通过增加烘烤工艺和设置过渡层有效改善了金属电极高温退火后因金属表面存在水分和金层与金层之间原子重排导致金属电极表面产生鼓包的现象，使其表面光滑均匀，有利于封装工艺的进行，提高了p面质检合格率。
21、2、本专利技术有效改善了金属电极形貌，使金属电极层具有更好的导电性及导热性，降低了因大电流产生热量导致热阻升高的异常现象。
22、3、有效减少了因金属电极鼓泡造成的散热不均现象，使大功率半导体激光器具有更稳定的输出功率，提高了cod电流，具有更好的可靠性。
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1.一种改善表面状态的金属电极，其特征在于，从下到上包括外延片、粘附层、阻挡层、第一厚金层、过渡层、第二厚金层；粘附层金属的热膨胀系数与外延片、阻挡层的热膨胀系数匹配，差异在25％以内；过渡层的原子半径与Au原子半径差异控制在30％以内。
2.根据权利要求1所述的改善表面状态的金属电极，其特征在于，粘附层选用单层或多层金属，粘附层总厚度在20-60nm；阻挡层厚度在10-40nm；第一厚金层与第二厚金层的总厚度在2-3μm，第一次蒸镀第一厚金层为总厚度的1/3-1/2；过渡层厚度小于20nm。
3.一种制备权利要求1-2任意一项权利要求所述改善表面状态的金属电极结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的改善表面状态的金属电极结构的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述外延片为GaAs半导体材料。
5.根据权利要求3所述的改善表面状态的金属电极结构的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述湿法清洗所用化学试剂为腐蚀性酸溶液。
6.根据权利要求3所述的改善表面状态的金属电极结构的制备方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种改善表面状态的金属电极，其特征在于，从下到上包括外延片、粘附层、阻挡层、第一厚金层、过渡层、第二厚金层；粘附层金属的热膨胀系数与外延片、阻挡层的热膨胀系数匹配，差异在25％以内；过渡层的原子半径与au原子半径差异控制在30％以内。
2.根据权利要求1所述的改善表面状态的金属电极，其特征在于，粘附层选用单层或多层金属，粘附层总厚度在20-60nm；阻挡层厚度在10-40nm；第一厚金层与第二厚金层的总厚度在2-3μm，第一次蒸镀第一厚金层为总厚度的1/3-1/2；过渡层厚度小于20nm。
【专利技术属性】
技术研发人员：王潇潇，任夫洋，苏建，刘琦，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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