激光二极管及其制作方法
阅读：314发布：2020-05-08
专利汇可以提供激光二极管及其制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开公开了一种激光 二极管 及其制作方法，属于 半导体 技术领域。包括衬底、 外延 层、N型 电极 、P型电极、第一反射层和第二反射层；外延层包括 缓冲层 、N型半导体层、有源层和P型半导体层；P型半导体层的表面为脊 波导 结构，P型半导体层上设有第一凹槽和第二凹槽，P型半导体层和有源层形成柱体结构，柱体结构的侧面包括第一曲面、第一平面、第二曲面和第二平面，第一平面和第二平面平行于脊波导结构中脊的延伸方向，第一曲面和第二曲面上点的 曲率 在从第一平面到第二平面的方向上先减小至0、再保持为0、最后从0开始增大；第一反射层和第二反射层分别铺设在第一曲面和第二曲面上。本公开可提高 激光二极管 的出光效率。，下面是激光二极管及其制作方法专利的具体信息内容。
1.一种激光二极管，其特征在于，所述激光二极管包括衬底(10)、外延层、N型电极(31)、P型电极(32)、第一反射层(41)和第二反射层(42)；所述外延层包括依次层叠在所述衬底(10)上的缓冲层(21)、N型半导体层(22)、有源层(23)和P型半导体层(24)；所述P型半导体层(24)的表面为脊波导结构，所述P型半导体层(24)上设有延伸至所述N型半导体层(22)的第一凹槽(100)和延伸至所述衬底(10)的第二凹槽(200)，所述P型半导体层(24)和所述有源层(23)形成独立于所述衬底(10)的柱体结构，所述柱体结构的侧面包括首尾顺次连接的第一曲面、第一平面、第二曲面和第二平面，所述第一平面和所述第二平面平行于所述脊波导结构中脊的延伸方向，所述第一曲面和所述第二曲面上点的曲率在从所述第一平面到所述第二平面的方向上先减小至0、再保持为0、最后从0开始增大；所述第一反射层(41)铺设在所述第一曲面上，所述第二反射层(42)铺设在所述第二曲面上；所述N型电极(31)设置在所述凹槽(100)内的N型半导体层(22)上，所述P型电极(32)设置在所述P型半导体层(24)上。
2.根据权利要求1所述的激光二极管，其特征在于，所述第一曲面和所述第二曲面上在从所述第一平面到所述第二平面的方向上曲率减小至0的点、保持为0的点、从0开始增大的点在从所述第一平面到所述第二平面的方向上的投影长度相等。
3.根据权利要求2所述的激光二极管，其特征在于，所述第一曲面和所述第二曲面上在从所述第一平面到所述第二平面的方向上曲率减小至0的点、保持为0的点、从0开始增大的点在从所述第一平面到所述第二平面的方向上的投影长度为40μm～60μm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的激光二极管，其特征在于，所述激光二极管还包括第三反射层(43)和第四反射层(44)，所述第三反射层(43)铺设在所述第一平面上，所述第四反射层(44)铺设在所述第二平面上。
5.根据权利要求1～3任一项所述的激光二极管，其特征在于，所述激光二极管还包括应力释放层(25)，所述应力释放层(25)设置在所述缓冲层(21)和所述N型半导体层(22)之间；所述应力释放层(25)包括第一超晶格层(251)，所述第一超晶格层(251)由交替层叠的第一子层(251a)和第二子层(251b)组成；所述第一子层(251a)和所述第二子层(251b)为生长速率不同的N型GaN层，且所述第一子层(251a)与相邻的第二子层(251b)的生长速率之差沿所述第一超晶格层(251)的层叠方向逐渐减小。
6.根据权利要求5所述的激光二极管，其特征在于，所述应力释放层(25)还包括层叠在所述第一超晶格层(251)上的第二超晶格层(252)，所述第二超晶格层(252)由交替层叠的第三子层(252a)和第四子层(252b)组成；所述第三子层(252a)为N型AlGaN层，所述第四子层(252b)为N型InGaN层。
7.根据权利要求6所述的激光二极管，其特征在于，所述脊波导结构中脊的高度为1.8μm～2.2μm。
8.一种激光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上生长外延层，所述外延层包括依次层叠的缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；
在所述P型半导体层上开设延伸至所述N型半导体层的第一凹槽；
在所述P型半导体层上形成脊波导结构；
在所述P型半导体层上开设延伸至所述衬底的第二凹槽，所述P型半导体层和所述有源层形成独立于所述衬底的柱体结构，所述柱体结构的侧面包括首尾顺次连接的第一曲面、第一平面、第二曲面和第二平面，所述第一平面和所述第二平面平行于所述脊波导结构中脊的延伸方向，所述第一曲面和所述第二曲面上点的曲率在从所述第一平面到所述第二平面的方向上先减小至0、再保持为0、最后从0开始增大；
在所述凹槽内的N型半导体层上设置N型电极，在所述P型半导体层上设置P型电极；
在所述第一曲面上铺设第一反射层，在所述第二曲面上铺设第二反射层。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，在所述第一反射层和所述第二反射层铺设之后，所述制作方法还包括：
对所述衬底进行减薄和研磨；
划裂所述衬底，形成多个相互独立的芯片；
相应地，所述在所述第一曲面上铺设第一反射层，在所述第二曲面上铺设第二反射层，包括：
将蒸镀设备倾斜45°，在所述第一曲面上铺设第一反射层，在所述第二曲面上铺设第二反射层。
10.根据权利要求8或9所述的制作方法，其特征在于，所述在所述P型半导体层上开设延伸至所述衬底的第二凹槽，包括：
将多个所述衬底放置在刻蚀设备的圆形承载盘上；
驱动所述圆形承载盘绕所述圆形承载盘的圆心进行公转，同时驱动各个所述衬底绕所述衬底的圆心自转，在所述P型半导体层上开设延伸至所述衬底的第二凹槽。
激光二极管及其制作方法
技术领域
背景技术
[0002] 激光二极管(英文：Laser diode，简称：LD)包括衬底、具有PN结的半导体层、以及反射率不同的两个反射层，两个反射层相对设置在衬底上构成谐振腔，半导体层设置衬底上并位于两个反射层之间，半导体层的表面为脊波导结构，脊波导结构中脊的延伸方向垂直于两个反射层的相对表面。
[0003] 在外加电压作用下，PN结中的电子与空穴复合释放光子，光子撞击原子，导致更多的光子被释放。光子在脊波导结构的作用下，垂直照射一侧的反射层，会沿着原始路径反射回去，并再次从另一侧的反射层反射回来，从而在两个反射层之间多次运动。同时在光子的运动过程中，由于雪崩效应，更多的原子会释放更多的光子，最终产生非常强烈的激光束，从谐振腔发出。
[0005] 谐振腔发出的激光束为高斯光束(英文：Gaussian beam)，即基模辐射场横截面的振幅分布遵守高斯函数，光束半径随传输距离的变化规律为双曲线，因此光束在照射反射层的过程中会逐渐发散。现有两个反射层的相对表面为垂直于光束照射方向的平面，光束中的发散光线在反射层上反射之后，很容易从谐振腔逸出，影响谐振腔内的振荡，降低激光二极管的出光效率。
发明内容
[0006] 本公开实施例提供了一种激光二极管及其制作方法，有利于将高斯光束限制在谐振腔内进行振荡，提高激光二极管的出光效率。所述技术方案如下：
[0007] 一方面，本公开提供了一种激光二极管，所述激光二极管包括衬底、外延层、N型电极、P型电极、第一反射层和第二反射层；所述外延层包括依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；所述P型半导体层的表面为脊波导结构，所述P型半导体层上设有延伸至所述N型半导体层的第一凹槽和延伸至所述衬底的第二凹槽，所述P型半导体层和所述有源层形成独立于所述衬底的柱体结构，所述柱体结构的侧面包括首尾顺次连接的第一曲面、第一平面、第二曲面和第二平面，所述第一平面和所述第二平面平行于所述脊波导结构中脊的延伸方向，所述第一曲面和所述第二曲面上点的曲率在从所述第一平面到所述第二平面的方向上先减小至0、再保持为0、最后从0开始增大；所述第一反射层铺设在所述第一曲面上，所述第二反射层铺设在所述第二曲面上；所述N型电极设置在所述凹槽内的N型半导体层上，所述P型电极设置在所述P型半导体层上。
[0008] 可选地，所述第一曲面和所述第二曲面上在从所述第一平面到所述第二平面的方向上曲率减小至0的点、保持为0的点、从0开始增大的点在从所述第一平面到所述第二平面的方向上的投影长度相等。
[0009] 进一步地，所述第一曲面和所述第二曲面上在从所述第一平面到所述第二平面的方向上曲率减小至0的点、保持为0的点、从0开始增大的点在从所述第一平面到所述第二平面的方向上的投影长度为40μm～60μm。
[0010] 可选地，所述激光二极管还包括第三反射层和第四反射层，所述第三反射层铺设在所述第一平面上，所述第四反射层铺设在所述第二平面上。
[0011] 可选地，所述激光二极管还包括应力释放层，所述应力释放层设置在所述缓冲层和所述N型半导体层之间；所述应力释放层包括第一超晶格层，所述第一超晶格层由交替层叠的第一子层和第二子层组成；所述第一子层和所述第二子层为生长速率不同的N型GaN层，且所述第一子层与相邻的第二子层的生长速率之差沿所述第一超晶格层的层叠方向逐渐减小。
[0012] 进一步地，所述应力释放层还包括层叠在所述第一超晶格层上的第二超晶格层，所述第二超晶格层由交替层叠的第三子层和第四子层组成；所述第三子层为N型AlGaN层，所述第四子层为N型InGaN层。
[0013] 更进一步地，所述脊波导结构中脊的高度为1.8μm～2.2μm。
[0014] 另一方面，本公开提供了一种激光二极管的制作方法，所述制作方法包括：
[0015] 在衬底上生长外延层，所述外延层包括依次层叠的缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；
[0016] 在所述P型半导体层上开设延伸至所述N型半导体层的第一凹槽；
[0017] 在所述P型半导体层上形成脊波导结构；
[0018] 在所述P型半导体层上开设延伸至所述衬底的第二凹槽，所述P型半导体层和所述有源层形成独立于所述衬底的柱体结构，所述柱体结构的侧面包括首尾顺次连接的第一曲面、第一平面、第二曲面和第二平面，所述第一平面和所述第二平面平行于所述脊波导结构中脊的延伸方向，所述第一曲面和所述第二曲面上点的曲率在从所述第一平面到所述第二平面的方向上先减小至0、再保持为0、最后从0开始增大；
[0019] 在所述凹槽内的N型半导体层上设置N型电极，在所述P型半导体层上设置P型电极；
[0020] 在所述第一曲面上铺设第一反射层，在所述第二曲面上铺设第二反射层。
[0021] 可选地，在所述第一反射层和所述第二反射层铺设之后，所述制作方法还包括：
[0023] 划裂所述衬底，形成多个相互独立的芯片；
[0024] 相应地，所述在所述第一曲面上铺设第一反射层，在所述第二曲面上铺设第二反射层，包括：
[0026] 可选地，所述在所述P型半导体层上开设延伸至所述衬底的第二凹槽，包括：
[0028] 驱动所述圆形承载盘绕所述圆形承载盘的圆心进行公转，同时驱动各个所述衬底绕所述衬底的圆心自转，在所述P型半导体层上开设延伸至所述衬底的第二凹槽。
[0029] 本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0030] 通过采用首尾顺次连接的第一曲面、第一平面、第二曲面、第二平面组成包括有源层的柱体结构，第一平面和第二平面平行于脊波导结构中脊的延伸方向，第一曲面和第二曲面上的点的曲率在从第一平面到第二平面的方向上先减小至0、再保持为0，最后从0开始增大，并在第一曲面和第二曲面上分别铺设第一反射层和第二反射层，对于谐振腔内的发散光线来说，第一反射层和第二反射层的两侧翘起，整体呈内凹状，可以有效阻挡发散光线逸出，将光线限制在谐振腔内进行振荡，同时对于谐振腔内的非发散光线来说，第一反射层和第二反射层的中间为平面，可以将垂直入射的光线原路射回，避免光线发散。也就是说，本公开实施例的第一反射层和第二反射层将原本在谐振腔内的非发散光线和原本逸出谐振腔的发散光线都限制在谐振腔内进行振荡，最终提高激光二极管的出光效率。附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032] 图1是本公开实施例提供的一种激光二极管的结构示意图；
[0033] 图2是本公开实施例提供的图1的A-A向剖视图；
[0034] 图3是本公开实施例提供的第一曲面的结构示意图；
[0035] 图4是本公开实施例提供的应力释放层的结构示意图；
[0036] 图5是本公开实施例提供的一种激光二极管的制作方法的流程图。
具体实施方式
[0037] 为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0038] 本公开实施例提供了一种激光二极管。图1为本公开实施例提供的一种激光二极管的结构示意图，图2为本公开实施例提供的图1的A-A向剖视图。参见图1和图2，激光二极管包括衬底10、外延层、N型电极31、P型电极32、第一反射层41和第二反射层42。外延层包括依次层叠在衬底10上的缓冲层21、N型半导体层22、有源层23和P型半导体层24。P型半导体层24的表面为脊波导结构，P型半导体层24上设有延伸至N型半导体层22的第一凹槽100和延伸至衬底10的第二凹槽200，P型半导体层24和有源层23形成独立于衬底10的柱体结构，柱体结构的侧面包括首尾顺次连接的第一曲面、第一平面、第二曲面和第二平面，第一平面和第二平面平行于脊波导结构中脊的延伸方向，第一曲面和第二曲面上点的曲率在从第一平面到第二平面的方向上先减小至0、再保持为0、最后从0开始增大。第一反射层41铺设在第一曲面上，第二反射层42铺设在第二曲面上。N型电极31设置在凹槽100内的N型半导体层22上，P型电极32设置在P型半导体层24上。
[0039] 本公开实施例通过采用首尾顺次连接的第一曲面、第一平面、第二曲面、第二平面组成包括有源层的柱体结构，第一平面和第二平面平行于脊波导结构中脊的延伸方向，第一曲面和第二曲面上的点的曲率在从第一平面到第二平面的方向上先减小至0、再保持为0，最后从0开始增大，并在第一曲面和第二曲面上分别铺设第一反射层和第二反射层，对于谐振腔内的发散光线来说，第一反射层和第二反射层的两侧翘起，整体呈内凹状，可以有效阻挡发散光线逸出，将光线限制在谐振腔内进行振荡，同时对于谐振腔内的非发散光线来说，第一反射层和第二反射层的中间为平面，可以将垂直入射的光线原路射回，避免光线发散。也就是说，本公开实施例的第一反射层和第二反射层将原本在谐振腔内的非发散光线和原本逸出谐振腔的发散光线都限制在谐振腔内进行振荡，最终提高激光二极管的出光效率。
[0040] 在本实施例中，衬底的主要作用是提供外延材料生长的基板，衬底的材料可以采用蓝宝石(主要成分为Al2O3)，优选图形化蓝宝石衬底(英文：Patterned Sapphire Substrate，简称：PSS)。进一步地，PSS中的图形可以为直径2.5μm、高度1.5μm以上的圆锥体，相邻两个图形之间的间距可以为1μm，此时PSS的应力释放和出光提高的整体效果较好。
[0041] 缓冲层的主要作用为外延生长提供成核中心，另外还能缓解衬底材料和外延材料之间的晶格失配。进一步地，缓冲层可以包括依次层叠的氮化铝(AlN)缓冲层和氮化镓(GaN)缓冲层。氮化铝缓冲层的厚度可以为1800埃～2200埃，如2000埃；氮化镓缓冲层的厚度可以为30nm～50nm，如40nm，实现效果好。
[0042] N型半导体层的主要作用是提供复合发光的电子，可以包括依次层叠的N型缓冲层、N型接触层、N型包层、N型光引导层。N型缓冲层为低温氮化镓，厚度为0.5微米；N型接触层为高温氮化镓，厚度为3微米；N型包层为含铝10％的铝镓氮层，厚度为5000埃；N型引导层为氮化镓层，厚度为0.2微米；N型半导体层中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1020/cm3。N型掺杂剂可以采用硅烷，利用其中的硅元素进行掺杂，硅元素替换氮化镓共价键中的镓元素之后，由于存在多余的电子而形成过剩电子，得到载流子为电子的半导体。
[0043] 有源层可以由依次层叠的多个周期结构组成，如6个周期结构，每个周期结构由依次层叠的InGaN阱层和GaN垒层组成，GaN垒层或者AlGaN垒层将电子和空穴限制在InGaN阱层中进行辐射复合发光。
[0044] P型半导体层的主要作用是提供复合发光的空穴，可以包括依次层叠的P型高势垒层、P型光引导层、P型包层和P型接触层。P型高势垒层为铝镓氮层，厚度为50埃；P型光引导层为氮化镓层，厚度为0.2微米；P型包层为铝镓氮层，厚度为0.5微米；P型接触层为氮化镓层，厚度为500埃。
[0045] N型电极和P型电极用于分别连接电源的正负极，向芯片中注入电流，材料可以均采用Cr/Al/Cr/Ti/Au，即N型电极和P型电极均包括依次层叠的Cr层、Al层、Cr层、Ti层、Au层。
[0046] 进一步地，Au层的厚度可以大于1.5微米，以保证后续加工的可靠性；底部的Cr层的厚度小于或等于埃，以减少吸光，保证亮度。另外，P型电极中Cr层的厚度可以小于N型电极中Cr层的厚度，P型电极中Cr层的厚度较小，有利于提高出光效率，N型电极中Cr层的厚度较大，有利于提高电极的稳定性。
[0047] 图3为本公开实施例提供的第一曲面的结构示意图。参见图3，可选地，第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率减小至0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度a、第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率保持为0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度b、第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率从0开始增大的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度c可以相等。
[0048] 相应地，第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率减小至0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度、第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率保持为0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度、第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率从0开始增大的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度可以相等。
[0049] 第一曲面和第二曲面上曲率保持为0的部分与两侧曲率变化的部分长度相等，使得第一曲面和第二曲面在高斯光束未发散处曲率保持为0，可以对未发散光线进行垂直反射，避免将未发散光线反射出谐振腔，同时在高斯光束发散处对发散光线进行遮挡，避免发散光线逸出。综上，第一反射层和第二反射层分别沿着第一曲面和第二曲面铺设，可以针对高斯光束的特点，最大程度将光线限制在谐振腔内进行振荡，提高激光二极管的出光效率。
[0050] 进一步地，第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率减小至0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度a、第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率保持为0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度b、第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率从0开始增大的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度c可以为40μm～60μm。
[0051] 相应地，第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率减小至0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度、第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率保持为0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度、第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率从0开始增大的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度可以为40μm～60μm。
[0052] 结合芯片的尺寸大小和高斯光束的发散情况，设定第一曲面和第二曲面的尺寸大小，有利于最大程度将光线限制在谐振腔内进行振荡，提高激光二极管的出光效率。
[0053] 优选地，第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率减小至0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度a、第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率保持为0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度b、第一曲面在从第一平面到第二平面的方向上曲率从0开始增大的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度c可以为50μm。
[0054] 相应地，第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率减小至0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度、第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率保持为0的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度、第二曲面上在从第一平面到第二平面的方向上曲率从0开始增大的点在从第一平面到第二平面的方向上的投影长度可以为50μm。
[0055] 实验证明，当第一曲面和第二曲面采用上述尺寸时，激光二极管的出光效率达到最高。
[0056] 可选地，激光二极管还可以包括第三反射层43和第四反射层44，第三反射层43铺设在第一平面上，第四反射层44铺设在第二平面上。
[0057] 通过在谐振腔两侧增设反射层，可以进一步避免光线从谐振腔逸出，提高激光二极管的出光效率。
[0058] 可选地，第一反射层41、第二反射层42、第三反射层43和第四反射层44均可以包括多个周期的金属氧化物薄膜，多个周期的金属氧化物薄膜依次层叠，每个周期的金属氧化物薄膜包括至少两种材料的金属氧化物薄膜，不同材料的金属氧化物薄膜的折射率不同，至少两种材料的金属氧化物薄膜依次层叠设置，不同周期的金属氧化物薄膜中至少两种材料的金属氧化物薄膜的层叠顺序相同。
[0059] 在本实施例中，第一反射层41中金属氧化物薄膜的周期数大于第二反射层42中金属氧化物薄膜的周期数，第三反射层43和第四反射层44中金属氧化物薄膜的周期数可以的等于第二反射层42中金属氧化物薄膜的周期数。
[0060] 第一反射层和第二反射层中金属氧化物薄膜的周期数不同，有利于谐振腔内形成的激光束从金属氧化物薄膜周期数少的反射层射出。射向第三反射层和第四反射层的光线较少，第三反射层和第四反射层采用较少周期数的金属氧化物薄膜即可达到良好的反射效果，同时降低实现成本。
[0061] 示例性地，第一反射层41中金属氧化物薄膜的周期数可以为24个，第二反射层42、第三反射层43和第四反射层44中金属氧化物薄膜的周期数可以为2个。
[0062] 进一步地，第一反射层中N1个周期的金属氧化物薄膜的厚度D1＝λ*(2*k-1)/4，反射层中N2个周期的金属氧化物薄膜的厚度D2＝λ*(1+a)*(2*k-1)/4，反射层中N3个周期的金属氧化物薄膜的厚度D3＝λ*(1+b)*(2*k-1)/4，λ为设定波长，-0.1＜a＜0，0＜b＜0.1，N1、N2、N3、k1、k2、k3均为正整数，N1+N2+N3≤N，N为第一反射层中金属氧化物薄膜的周期数。
[0063] 示例性地，λ＝455nm，λ*(1+a)＝450nm，λ*(1+b)＝460nm，可以设定5个周期的金属氧化物薄膜的厚度为452.5nm的四分之一的奇数倍，10个周期的金属氧化物薄膜的厚度为455nm的四分之一的奇数倍，5个周期的金属氧化物薄膜的厚度为457.5nm的四分之一的奇数倍，可以最大程度提高LED的发光效率。
[0064] 另外，第二反射层中2个周期的金属氧化物薄膜的厚度为455nm的四分之一的奇数倍。
[0065] 进一步地，金属氧化物薄膜的材料可以采用二氟化镁(MgF2)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)或者二氧化硅(SiO2)。其中，二氟化镁的折射率为1.22，五氧化二钽的折射率为2.06，二氧化锆的折射率为1.92，三氧化二铝的折射率为1.77，二氧化钛的折射率为2.35，二氧化硅的折射率为1.46。
[0066] 示例性地，每个周期的金属氧化物薄膜可以包括两种材料的金属氧化物薄膜，一种材料的金属氧化物薄膜的材料采用二氧化钛，另一种材料的金属氧化物薄膜的材料采用二氟化镁。二氧化钛和二氟化镁的折射率相差最大，反射效果最好。
[0067] 进一步地，第一反射层41还可以包括层叠在多个周期的金属氧化物薄膜上的金属薄膜，加强反射效果，提高激光二极管的出光效率。
[0068] 示例性地，金属薄膜的材料可以为铝、银和铂中的一种，反射效果好。
[0069] 可选地，激光二极管还可以包括应力释放层，应力释放层设置在缓冲层21和N型半导体层22之间。图4为本公开实施例提供的应力释放层的结构示意图。参见图4，应力释放层25包括第一超晶格层251，第一超晶格层251由交替层叠的第一子层251a和第二子层251b组成。第一子层251a和第二子层251b为生长速率不同的N型GaN层，且第一子层251a与相邻的第二子层252b的生长速率之差沿第一超晶格层2的层叠方向逐渐减小。
[0070] 通过先生长速率相差较大的第一子层和第二子层，可以利用快速生长有效缓解衬底与外延层晶格失配产生的应力延伸，后续逐渐减小第一子层和第二子层在生长速率上的差距，使得外延生长逐渐趋于稳定。
[0071] 示例性地，第一子层251a的生长速率可以为6～10埃/秒，第二子层251b的生长速率可以为1～3埃/秒。例如，第一超晶格层251中各个子层的生长速率依次为10埃/秒(第一子层251a)、3埃/秒(第二子层251b)、8埃/秒(第一子层251a)、2埃/秒(第二子层251b)、6埃/秒(第一子层251a)、1埃/秒(第二子层251b)。
[0072] 进一步地，如图4所示，应力释放层25还可以包括层叠在第一超晶格层251上的第二超晶格层252，第二超晶格层252由交替层叠的第三子层252a和第四子层252b组成。第三子层252a为N型AlGaN层，第四子层252b为N型InGaN层。
[0074] 示例性地，第三子层252a中Al组分的含量可以为3％，第四子层252b中In组分的含量可以为5％。
[0075] 更进一步地，如图2所示，脊波导结构中脊的高度h可以为1.8μm～2.2μm。
[0076] 优选地，脊波导结构中脊的高度h可以为2μm。
[0077] 在激光二极管质量改善的基础上，将脊波导结构中脊的高度增加至2μm左右，可以有效提高脊波导对谐振腔内光线传输方向的引导效果，减少高阶横模的占比，有利于提升激光二极管的发光效果。
[0079] 进一步地，钝化保护层可以包括依次层叠的第一氮氧化硅层、第二氮氧化硅层和二氧化硅层，第一氮氧化硅层中氮组分的含量大于第二氮氧化硅层中氮组分的含量；钝化保护层的厚度可以为1.5μm，第一氮氧化硅层、第二氮氧化硅层和二氧化硅层的厚度可以相等。
[0080] 示例性地，第一氮氧化硅层中氮组分的含量可以为20％，第二氮氧化硅层中氮组分的含量可以为10％，有利于提高钝化保护层的保护效果。
[0081] 本公开实施例提供了一种激光二极管的制作方法，适用于制作图1和图2所示的激光二极管。图5为本公开实施例提供的一种激光二极管的制作方法的流程图。参见图5，制作方法包括：
[0082] 步骤201：在衬底上生长外延层，外延层包括依次层叠的缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层。
[0083] 可选地，该步骤201可以包括：
[0084] 在氮气气氛下，对铝靶进行溅射，在衬底上形成氮化铝层；
[0085] 采用金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)技术在缓冲层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层。
[0086] 可选地，在该步骤201之前，该制作方法还可以包括：
[0087] 对衬底进行清洗。
[0088] 通过清洗衬底，为后续的外延生长提供一个洁净的表面，提高外延生长的晶体质量，有利于提升LED的发光效率。
[0089] 具体地，可以采用硫酸溶液清洗衬底。
[0090] 步骤202：在P型半导体层上开设延伸至N型半导体层的第一凹槽。
[0091] 可选地，该步骤202可以包括：
[0094] 去除光刻胶。
[0096] 具体地，刻蚀气体可以采用Cl2、BCl3和Ar的混合气体，实现效果好。
[0097] 在具体实现时，采用光刻技术形成一定图形的光刻胶，可以包括：
[0098] 铺设一层光刻胶；
[0099] 通过一定图形的掩膜版对光刻胶进行曝光；
[0100] 将曝光后的光刻胶浸泡在显影液中，溶解部分光刻胶，留下的光刻胶即为所需图形的光刻胶。
[0101] 步骤203：在P型半导体层上形成脊波导结构。
[0102] 可选地，该步骤203可以包括：
[0103] 将多个衬底放置在刻蚀设备的圆形承载盘上；
[0104] 驱动圆形承载盘绕圆形承载盘的圆心进行公转，同时驱动各个衬底绕衬底的圆心自转，在P型半导体层上形成脊波导结构。
[0105] 对衬底进行公转加自转，有利于对P型半导体层进行均匀刻蚀，可以避免在脊波导结构上形成锯齿。
[0106] 步骤204：在P型半导体层上开设延伸至衬底的第二凹槽，P型半导体层和有源层形成独立于衬底的柱体结构。
[0107] 在本实施例中，柱体结构的侧面包括首尾顺次连接的第一曲面、第一平面、第二曲面和第二平面，第一平面和第二平面平行于脊波导结构中脊的延伸方向，第一曲面和第二曲面上点的曲率在从第一平面到第二平面的方向上先减小至0、再保持为0、最后从0开始增大。
[0108] 可选地，该步骤204可以包括：
[0109] 将多个衬底放置在刻蚀设备的圆形承载盘上；
[0110] 驱动圆形承载盘绕圆形承载盘的圆心进行公转，同时驱动各个衬底绕衬底的圆心自转，在P型半导体层上开设延伸至衬底的第二凹槽，在P型半导体层上开设延伸至衬底的第二凹槽。
[0111] 对衬底进行公转加自转，有利于均匀刻蚀。
[0112] 在实际应用中，在开设第二凹槽的过程中进行过刻蚀，以保证第二凹槽的侧壁被充分刻蚀，垂直于衬底表面。
[0113] 步骤205：在凹槽内的N型半导体层上设置N型电极，在P型半导体层上设置P型电极。
[0114] 可选地，该步骤205可以包括：
[0115] 采用光刻技术在凹槽内和P型半导体层上形成设定图形的光刻胶；
[0117] 去除光刻胶和光刻胶上的电极材料，P型半导体层上留下的电极材料形成P型电极，N型半导体层上留下的电极材料形成N型电极。
[0118] 示例性地，可以采用蒸镀技术铺设电极材料。蒸镀时反应室的真空度在5*10-6torr以上。
[0119] 进一步地，在P型电极形成之前，该制作方法还可以包括：
[0120] 在P型半导体层上形成透明导电层。
[0121] 具体地，透明导电层的主要作用是提高电流的横向扩展能力，扩大电流作用的区域；透明导电层的材料可以采用氧化铟锡(英文：Indium tin oxide，简称：ITO)或者氧化锌(ZnO)，导电性和透过率都很好，制作成本也低。以ITO为例，氧化铟和氧化锡的摩尔含量比为19:1，氧化铟中的铟主要呈3价，氧化锡中的锡主要呈4价，氧化锡在ITO中的摩尔含量达到5％，这样可以产生较多的电子，获得良好的导电性。
[0123] 在具体实现时，先不通入氧气，在常温下溅射ITO，再进行含氧退火，最后对ITO进行图形化。
[0124] 相应地，P型电极设置在透明导电层上。
[0125] 可选地，在步骤205之后，该制作方法还可以包括：
[0126] 在P型半导体层上除P型电极所在区域之外的区域、第一凹槽内除N型电极所在区域之外的区域形成钝化保护层。
[0127] 在实际应用中，钝化保护层采用等离子体增强化学的气相沉积法(英文：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，简称：PECVD)方式加工，气体为硅烷、笑气和氨气，硅烷采用比例为10％的混合气，笑气为纯笑气，氨气为纯氨气。
[0128] 需要说明的是，利用光刻技术和刻蚀技术对某层(透明导电层或者钝化保护层)图形化的过程可以与凹槽的形成过程类似，因此不再一一详述。
[0129] 步骤206：在第一曲面上铺设第一反射层，在第二曲面上铺设第二反射层。
[0130] 可选地，在步骤206之后，制作方法还可以包括：
[0131] 对衬底进行减薄和研磨；
[0132] 划裂衬底，形成多个相互独立的芯片；
[0133] 相应地，该步骤206可以包括：
[0134] 将蒸镀设备倾斜45°，在第一曲面上铺设第一反射层，在第二曲面上铺设第二反射层。
[0135] 通过在芯片未分离之间形成反射层，与裂片之后形成反射层相比，可以有效避免裂片过程中产生的杂质污染反射层，有利于增强反射层的粘附性，还可以保证反射层的形成速度。
[0136] 进一步地，切割衬底，得到至少两个相互独立的芯片，可以包括：
[0137] 对衬底进行隐形切割，衬底内至少两个深度的位置分别在激光焦点的作用下形成划痕；
[0138] 对衬底进行裂片，得到至少两个相互独立的芯片。
[0139] 通过多道隐形切割，减少裂痕边缘的崩伤，缩小划道宽度，最终提高LED芯片的发光亮度。
[0140] 示例性地，激光器的功率可以为5W，激光的波长可以为1024nm。
[0141] 经过对采用本实施例提供的激光二极管芯片和传统方式加工的芯片进行测试对比，本实施例提供的激光二极管芯片光束半径比传统芯片缩小9.2％，光效从传统芯片的8.1％提高到了8.6％，芯片的稳定性得到明显的改善。
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