專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體激光器元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器元件，具體涉及在脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器的組裝后可提高可靠性的脊形結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，半導(dǎo)體激光器廣泛用作DVD等光盤(pán)、醫(yī)療器械、加工機(jī)器、光纖通信等的光源。特別是由氮化物半導(dǎo)體(InxAlyGa11-x-yN、0≤x、0≤y、x+y≤1)構(gòu)成的半導(dǎo)體激光器，作為可從相對(duì)短波長(zhǎng)的紫外區(qū)域發(fā)紅色光的半導(dǎo)體元件，引人注目。
在這些半導(dǎo)體激光器中，作為用于橫向模式控制的條形結(jié)構(gòu)，多采用能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)增益波導(dǎo)和折射率波導(dǎo)的脊形波導(dǎo)型。此外，特別是氮化物半導(dǎo)體激光器，由于多形成在導(dǎo)熱率小的藍(lán)寶石基板等，為提高激光器元件的散熱性，優(yōu)選采用將接近活性層的p電極側(cè)放在下面的倒裝焊接法(down junction)進(jìn)行組裝。此外，即使在采用不是藍(lán)寶石基板等的異種基板的氮化物半導(dǎo)體基板時(shí)，為了抑制高輸出時(shí)產(chǎn)生的熱造成的元件劣化，通過(guò)或采用導(dǎo)熱率比基板大得多的輔助固定架，或?qū)層側(cè)放在下面，可有效地進(jìn)行倒裝組裝。
圖5是表示倒裝焊接脊形波導(dǎo)型激光器的以往例的概略剖面圖(例如，參照特開(kāi)2000-58965號(hào)公報(bào))。在圖5中，采用焊錫等導(dǎo)電性粘合劑23將氮化物半導(dǎo)體激光器10倒裝組裝在組裝基板20上。氮化物半導(dǎo)體激光器10是通過(guò)在基板11的上面依次疊層n型氮化物半導(dǎo)體層12、活性層13及p型氮化物半導(dǎo)體層14，在p型氮化物半導(dǎo)體層上形成條形狀的脊形部14a的脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器。氮化物半導(dǎo)體激光器10的n型電極16及p型電極15和19通過(guò)焊錫等導(dǎo)電性粘合劑23接合在組裝用基板20的電極21及22上。
但是，在上述以往的脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器中，在組裝基板20上組裝激光器10后，存在或是初期的激光器特性發(fā)生異常，或是元件壽命縮短等問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容為此，本發(fā)明就脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器，提供一種新型的脊形結(jié)構(gòu)，能夠防止組裝時(shí)產(chǎn)生的激光器特性異常或壽命特性的劣化。
本發(fā)明人等經(jīng)過(guò)深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組裝脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器后產(chǎn)生的激光器特性異?；驂勖踊脑蛟谟诋a(chǎn)生在脊形部的異常，特別是在于組裝時(shí)使用的導(dǎo)電性粘合劑向p側(cè)歐姆電極的擴(kuò)散、或脊形部的絕緣保護(hù)膜或p型電極的剝離，由此完成本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體激光器元件，具有由夾著活性層的n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體層，在含有活性層的區(qū)域具有條形狀波導(dǎo)區(qū)域，在所述n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層上分別具有歐姆接觸的n側(cè)歐姆電極和p側(cè)歐姆電極，在其歐姆電極上具有借助絕緣性保護(hù)膜能夠電接觸地形成的n側(cè)墊片電極和p側(cè)墊片電極，在所述n側(cè)歐姆電極和/或p側(cè)歐姆電極與所述n側(cè)墊片電極和/或p側(cè)墊片電極之間具有中間層。
另外，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體激光器元件，在上述半導(dǎo)體激光器元件的基礎(chǔ)上，所述n型半導(dǎo)體層和/或p型半導(dǎo)體層具有條形狀的脊形。
下面，采用圖6說(shuō)明上述情況。圖6是局部放大氮化物半導(dǎo)體激光器的脊形部的剖面圖。此外，圖6表示與圖5上下逆轉(zhuǎn)的圖面。如圖6所示，在氮化物半導(dǎo)體激光器10的p型氮化物半導(dǎo)體層14上，設(shè)有波導(dǎo)形成用的脊形14a，露出脊形14a的頂面地形成第1絕緣保護(hù)膜17。第1絕緣保護(hù)膜17采用光折射率與脊形14a有較大不同的材料，基于該光折射率的差異發(fā)揮脊形14a的光封閉功能。此外，整體覆蓋脊形14a地形成p側(cè)歐姆電極15，在與在脊形14a的頂面露出的p型氮化物半導(dǎo)體14之間形成歐姆接合。此外，與脊形部14a分離地并在第1絕緣保護(hù)膜17的上面形成第2絕緣保護(hù)膜18。
在該脊形部14a，p側(cè)歐姆電極15與組裝基板的接合按如下進(jìn)行。首先，在p側(cè)歐姆電極15的上面，形成由與導(dǎo)電性粘合劑23有良好接合性的金屬構(gòu)成的p側(cè)墊片電極19，利用導(dǎo)電性粘合劑23將p側(cè)墊片電極19接合在組裝基板的電極上。一邊在組裝基板上安裝激光器元件，一邊將元件加熱到導(dǎo)電性粘合劑的熔點(diǎn)以上，如此進(jìn)行該接合。
本發(fā)明人等對(duì)產(chǎn)生工作不良的激光器元件進(jìn)行了多種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電性粘合劑23中的Sn等金屬成分到達(dá)覆蓋脊形部14a的p側(cè)歐姆電極15，阻礙p側(cè)歐姆電極15和p型氮化物半導(dǎo)體層14的歐姆接觸。關(guān)于導(dǎo)電性粘合劑23，通常采用焊錫等低熔點(diǎn)金屬，但由于接合時(shí)的加熱，該低熔點(diǎn)金屬(Sn等)沿p側(cè)墊片電極19內(nèi)擴(kuò)散，推斷能到達(dá)p側(cè)歐姆電極15。Sn等低熔點(diǎn)金屬一旦到達(dá)p側(cè)歐姆電極15，則阻礙p側(cè)歐姆電極15和p型氮化物半導(dǎo)體間的歐姆接觸，增大接觸電阻。
此外，除上述問(wèn)題外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在p型氮化物半導(dǎo)體層的脊形部14a的側(cè)面，在p型氮化物半導(dǎo)體層14和第1絕緣保護(hù)膜17之間或絕緣保護(hù)膜17和p側(cè)歐姆電極15之間產(chǎn)生剝離，結(jié)果引起激光器的特性劣化及壽命劣化。在利用倒裝焊接在基板上接合激光器芯片時(shí)，對(duì)在激光器芯片的結(jié)構(gòu)上最突出的脊形部14a施加大的力。而且，脊形部14a的側(cè)面，特別是脊形14a的側(cè)面和頂面結(jié)成的角部25或側(cè)面和底面結(jié)成的角部26，作為制膜工序的一般的傾向，容易減薄第1絕緣保護(hù)膜17的膜厚度。此外，絕緣保護(hù)膜一般與氮化物半導(dǎo)體或金屬的密合性不好。因此，因在組裝基板上接合激光器芯片時(shí)的熱或加壓，第1絕緣保護(hù)膜17和p型氮化物半導(dǎo)體層14之間或第1絕緣保護(hù)膜17和p側(cè)歐姆電極15之間產(chǎn)生剝離。由于一旦在第1絕緣保護(hù)膜17產(chǎn)生剝離，脊形部14a周?chē)墓庹凵渎示桶l(fā)生異常，所以嚴(yán)重阻礙脊形部14a的光封閉功能。
此外，這樣的事情不局限于利用倒裝焊接進(jìn)行脊形波導(dǎo)型激光器元件的組裝。如果是在激光器元件的脊形部附近，在p側(cè)墊片電極上，利用由低熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的導(dǎo)電性粘合劑進(jìn)行接合的組裝方法，都產(chǎn)生同樣的問(wèn)題。另外，即使在組裝以外的工序，在具有暴露于高溫下的工序時(shí)，也降低電極(特別是p側(cè)電極)和絕緣膜或半導(dǎo)體層的接合性，是使元件特性劣化的原因。
因此，本發(fā)明脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器，具有夾著活性層的n側(cè)半導(dǎo)體層及p側(cè)半導(dǎo)體層、形成在p側(cè)半導(dǎo)體層的波導(dǎo)形成用脊形部、至少部分露出所述脊形部頂面地覆蓋的絕緣保護(hù)膜、在從所述絕緣保護(hù)膜露出的脊形部歐姆接觸的p側(cè)歐姆電極、與該p側(cè)歐姆電極上電接觸地形成的p側(cè)墊片電極，其特征在于在上述p側(cè)歐姆電極和上述p側(cè)墊片電極之間，形成可防止上述低熔點(diǎn)金屬擴(kuò)散的中間層，該中間層至少覆蓋從上述絕緣保護(hù)膜露出的上述脊形部。
在p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極之間，通過(guò)形成中間層，能夠抑制低熔點(diǎn)金屬向脊形部擴(kuò)散，能夠防止阻礙p側(cè)墊片電極和p側(cè)半導(dǎo)體層的歐姆接觸。
此外，為了防止脊形部側(cè)面的絕緣保護(hù)膜的剝離，優(yōu)選進(jìn)一步覆蓋脊形部的側(cè)面地形成中間層。中間層擴(kuò)展到脊形部的側(cè)面，通過(guò)填埋容易產(chǎn)生絕緣保護(hù)膜剝離的脊形側(cè)面和頂面結(jié)成的角部及脊形側(cè)面、底面結(jié)成的角部，可緩和施加給絕緣保護(hù)膜的熱及壓力的集中。此外，中間層通過(guò)采用與電極密合性弱的材料(例如氧化物等)，填埋角部，不僅有緩和倒裝組裝時(shí)的應(yīng)力集中的效果，無(wú)論組裝方式如何，還能得到電極結(jié)構(gòu)具有自由度的效果，由此能夠提高相對(duì)于熱膨脹等造成的熱結(jié)構(gòu)變化的機(jī)械耐性。作為得到如此效果的原因，認(rèn)為是，與p側(cè)歐姆電極或p側(cè)墊片電極的界面經(jīng)過(guò)包括脊形上部的(大范圍)，與金屬-金屬結(jié)合時(shí)相比，通過(guò)加入密合性弱的材料，能夠緩和該強(qiáng)固金屬間的結(jié)合力。其結(jié)果是，與歐姆接觸相關(guān)的區(qū)域(p側(cè)接觸層～p側(cè)墊片電極)整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提高了相對(duì)于熱的或物理的外部應(yīng)力的自由度，能夠分散(擴(kuò)散)施加給歐姆接觸部的負(fù)荷。此外，在這樣的密合性弱的中間層為絕緣性時(shí)，即使剝離中間層和p側(cè)歐姆電極或p側(cè)墊片電極，只要能確保歐姆接觸部的密合性，對(duì)元件驅(qū)動(dòng)也無(wú)問(wèn)題。
對(duì)于中間層的形成區(qū)域，通過(guò)在脊的左右設(shè)置為大致相同寬度和長(zhǎng)度，由于可以使向脊的電流供給容易變得均勻，因此是理想的。尤其在脊的寬度大時(shí)或設(shè)置多個(gè)脊時(shí)等，無(wú)論是作為緩沖層發(fā)揮作用的情況下還是作為擴(kuò)散防止層發(fā)揮作用的情況下，對(duì)于左右方向可以使熱的負(fù)荷或機(jī)械負(fù)荷大致均等地分散，因此可以抑制光密度的偏在等，可以容易獲得COD發(fā)生的抑制、部分發(fā)光的抑制等效果。
如上述，也可使以在中間層具有作為擴(kuò)散防止層的功能和防止剝離的即作為調(diào)整密合性的緩沖層的功能的兩種不同功能。在這種情況下，既可以以單層形成兼具兩種功能的層，也可以形成疊層兩層以上的層的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要的功能等，進(jìn)行各種組合。例如，可以選擇在防止擴(kuò)散層上疊層緩沖層或在緩沖層上疊層擴(kuò)散防止層或在緩沖層上進(jìn)一步疊層緩沖層等的組合。尤其是考慮到密合性時(shí)，可以根據(jù)p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極的各個(gè)界面?zhèn)人玫牟牧?，考慮各自的密合性來(lái)選擇最適的材料。
作為形成多層結(jié)構(gòu)情況的具體例子，對(duì)于在擴(kuò)散防止層上與緩沖層的組合，可以舉出Ti/SiO2、Ni/SiO2等。這是由于僅以SiO2就可以滿足擴(kuò)散防止功能與緩沖功能(密合性調(diào)整功能)的兩方面功能，但是電極的材料，例如歐姆電極使用在Ni/Au或Ni/Au/pt等最上層不易氧化的材料時(shí)，與氧化物的密合性不好，因此有時(shí)在氧化膜成膜時(shí)，不能形成所需形成和膜厚。因此，通過(guò)設(shè)置作為補(bǔ)足氧化膜與歐姆電極材料之間的密合性的層，可以形成所需形狀。這樣，與其說(shuō)作為緩沖層的功能，倒不如說(shuō)作為增強(qiáng)擴(kuò)散防止層的密合性的層發(fā)揮作用。除此以外，還可以舉出以SiO2/TiO2等、氧化膜/氧化膜等構(gòu)成結(jié)構(gòu)；或以SiO2/Si等、氧化膜/金屬、Pt/SiO2等、金屬/氧化膜等構(gòu)成的結(jié)構(gòu)；以AlN/Al2O3等、氮化物/氧化物構(gòu)成的結(jié)構(gòu)；以Pt/Rh等金屬/金屬構(gòu)成的結(jié)構(gòu)等。另外，可以將設(shè)置于脊頂部與側(cè)面部上的中間層作為同一功能的層，也可以根據(jù)各自的形狀使功能分離地設(shè)置為緩沖層與擴(kuò)散防止層。另外，這樣在形成多層結(jié)構(gòu)時(shí)，若各層形成相同，則可以以少的工序形成，因此是理想的，但是并不限于這些，也可以根據(jù)目的、工序進(jìn)而所用材料等形成為不同的形狀。例如，作為增強(qiáng)上述的由氧化膜構(gòu)成的擴(kuò)散防止層的密合性的層，使用具有吸收光形狀的材料時(shí)，僅通過(guò)使在稍微遠(yuǎn)離脊部的部分存在，可以保持光學(xué)特性的同時(shí)調(diào)整密合性。
通過(guò)如此提高歐姆接觸部的自由度，也能夠緩和倒裝組裝時(shí)芯棒(stem)及輔助固定架等組裝基板間的熱膨脹率差，降低組裝不良。關(guān)于與組裝基板的密合性，由于在倒裝組裝時(shí)，受元件和組裝基板之間的粘合劑的材料及組裝基板的材料等的熱膨脹率的影響，也可通過(guò)調(diào)整這些部件提高密合性。此外，如本申請(qǐng)所述，通過(guò)元件本身提高相對(duì)于對(duì)熱膨脹率等的結(jié)構(gòu)變化的自由度，即使在因考慮其他因素而選擇的材料增大了熱膨脹率差等時(shí)，粘合劑及組裝基板的材料也能適應(yīng)。這樣，通過(guò)具有中間層可以進(jìn)一步有效地提高耐熱性。
中間層只要是能夠防止低熔點(diǎn)金屬擴(kuò)散的材料，不做特別限定，可以采用絕緣體、半導(dǎo)體、金屬中的任何一種。作為中間層優(yōu)選的材料是氧化物、氮化物或高熔點(diǎn)金屬等，例如可以采用Si、Al、Rh、Zr、Ti、Zn、Ga、Nb等的氧化物及氮化物，W、Mo、鉑族金屬(Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os)等金屬，或InN、AlN、GaN及其它們的混晶AlInGaN系、GaAs系、GaP系及InP系，以及Si、SiC等半導(dǎo)體層，其中更優(yōu)選采用SiO2、TiO2、ZrO2、AlN、SiN、GaN、AlGaN、InGaN、Pt等。此外，在中間層是絕緣物或半導(dǎo)體時(shí)，為保證p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極的電接觸，需要部分露出p側(cè)歐姆電極地形成中間層。
在中間層主要由金屬等導(dǎo)電材料構(gòu)成時(shí)，導(dǎo)通路徑與不設(shè)置中間層時(shí)相同。作為中間層優(yōu)選的材料，可以是在多種材料疊層的電極層內(nèi)部也具有作為用于防止各層擴(kuò)散的阻擋層的功能的材料，但在本申請(qǐng)中，不同于這樣的電極層內(nèi)部的中間層，不是遍及電極整面地形成，而只是在脊形部附近形成。這樣，能夠補(bǔ)償脊形部附近的光學(xué)特性，例如，作為由鉑構(gòu)成的中間層，在設(shè)在脊形部附近時(shí)，由于鉑很難吸收來(lái)自發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)，所以波導(dǎo)損失小。該效果是在p側(cè)墊片電極含鉑時(shí)也能得到的效果。但是，在稍微遠(yuǎn)離脊形的區(qū)域(發(fā)生1次模式的區(qū)域)，如為了連接p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極而限制中間層的寬度，就能夠例如用由Ni/Au構(gòu)成的p側(cè)墊片電極吸收來(lái)自發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)。由此，能夠吸收高次的水平橫向模式，能夠只選出基本模式。這樣的效果是在p側(cè)墊片電極包含阻擋層(例如鉑)時(shí)是得不到的。如本申請(qǐng)所述，通過(guò)用比p側(cè)墊片電極窄的寬度形成采用導(dǎo)電性材料的中間層，能夠?qū)崿F(xiàn)該效果。
此外，在中間層主要為由氧化物構(gòu)成的絕緣形材料時(shí)，從p側(cè)墊片電極至p側(cè)歐姆電極的導(dǎo)通路徑由于不是脊形上部，為一度相對(duì)于條形狀的脊形的橫向擴(kuò)展的徑路，因此，容易在整個(gè)條形區(qū)域均勻流動(dòng)。在用另外工序形成p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極時(shí)，形成其長(zhǎng)度(條形方向)不同的形狀。特別是，p側(cè)墊片電極與p側(cè)歐姆電極相比容易縮短。因此，p側(cè)歐姆電極的端部有時(shí)不與p側(cè)墊片電極直接相接。此時(shí)，電流不容易流到p側(cè)歐姆電極的端部，電流也不容易在其正下面的半導(dǎo)體層流動(dòng)，結(jié)果形成發(fā)光弱的區(qū)域。并且，由于電流容易集中在p側(cè)墊片電極的端部的正下面的p側(cè)歐姆電極，形成發(fā)光強(qiáng)的區(qū)域，所以更增強(qiáng)發(fā)光的不均勻性。如本申請(qǐng)所述，通過(guò)形成絕緣性的中間層，緩和電流路徑的不均勻性，能夠易于提供全條形區(qū)域均勻的電流。
在中間層為氧化物時(shí)，除防止低熔點(diǎn)金屬在倒裝時(shí)擴(kuò)散外，在以正裝組裝時(shí)也具有能提高耐熱性的效果。詳細(xì)情況雖不確定，但也可認(rèn)為這是起因于為在另外工序形成p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極而在其界面存在氧。在芯片焊接時(shí)，不只是倒裝組裝時(shí)，在正裝組裝時(shí)也對(duì)激光器元件施加約300℃的熱。因暴露在這樣的高溫下，歐姆性降低，容易使部分發(fā)光(發(fā)光不均)或Vf上升等元件特性惡化。歐姆性降低的原因之一認(rèn)為是組裝時(shí)施加給元件的熱使原本存在p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極的界面的氧向其界面以外的區(qū)域(例如外部)等擴(kuò)散，由此降低歐姆性。如本申請(qǐng)所述，通過(guò)使氧化物存在于p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極的界面，作為中間層能夠補(bǔ)償認(rèn)為輔助歐姆性的氧濃度的降低。由此，能夠抑制因組裝時(shí)的加熱而使氧移動(dòng)(擴(kuò)散)造成的歐姆特性的降低，形成耐熱性優(yōu)良的激光器元件。
此外，在絕緣保護(hù)膜的上面形成第2絕緣保護(hù)膜(例如，為絕緣保護(hù)n電極形成區(qū)域以外部分的膜)時(shí)，上述中間層優(yōu)選由與第2絕緣保護(hù)膜相同的組成構(gòu)成。這樣，即使在以往的制造方法中不增加新的工序，而只增加變更形成第2絕緣保護(hù)膜的光刻蝕法的掩模形狀，也能夠形成中間層。
在使中間層發(fā)揮緩和(調(diào)整)密合性的緩沖層作用時(shí)，對(duì)于導(dǎo)電性不作限制，因此可以使用導(dǎo)電性材料、絕緣性材料、半導(dǎo)體材料等。優(yōu)選由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣性材料，通過(guò)使用這種材料，可以緩和由金屬材料構(gòu)成的歐姆電極與墊片電極之間的密合性。
本發(fā)明由于按以上說(shuō)明構(gòu)成，能夠抑制組裝時(shí)使用的導(dǎo)電性粘合劑向p側(cè)歐姆電極擴(kuò)散，能夠抑制脊形部的絕緣保護(hù)膜或p型電極的剝離。因此，能夠防止在脊形波導(dǎo)型激光器的組裝中產(chǎn)生的激光特性異常及壽命特性的劣化。


圖1是表示在組裝基板上組裝本發(fā)明實(shí)施方式1的脊形波導(dǎo)型激光器時(shí)的模式剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的脊形波導(dǎo)型激光器的脊形部附近結(jié)構(gòu)的模式剖面圖。
圖3是從上面看本發(fā)明實(shí)施方式2的脊形波導(dǎo)型激光器的p側(cè)半導(dǎo)體層的局部圖，表示形成電極等的工序。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的脊形波導(dǎo)型激光器的脊形部附近的結(jié)構(gòu)的模式剖面圖。
圖5是表示一例以往的脊形波導(dǎo)型氮化物半導(dǎo)體激光器的模式剖面圖。
圖6是表示以往的氮化物半導(dǎo)體激光器的脊形部附近結(jié)構(gòu)的模式剖面圖。
圖中10半導(dǎo)體激光器，11基板，12n型氮化物半導(dǎo)體層，13活性層，14p型氮化物半導(dǎo)體層，14a脊形部，15p側(cè)歐姆電極，16n側(cè)歐姆電極，17第1絕緣保護(hù)膜，18第2絕緣保護(hù)膜，19p側(cè)墊片電極，20組裝基板，21、22組裝基板上的電極，23導(dǎo)電性粘合劑(焊錫凸面)，30中間層。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施方式1圖1是模式表示本發(fā)明實(shí)施方式1的脊形波導(dǎo)型激光器的剖面圖。在圖1中，氮化物半導(dǎo)體激光器10用焊錫等導(dǎo)電性粘合劑23倒裝組裝在組裝基板20上。氮化物半導(dǎo)體激光器10是在藍(lán)寶石等絕緣性基板11的上面依次疊加n側(cè)氮化物半導(dǎo)體層12、活性層13及p側(cè)氮化物半導(dǎo)體層14，并在p側(cè)氮化物半導(dǎo)體層上形成條形狀的脊形部的脊形波導(dǎo)型激光器。n側(cè)氮化物半導(dǎo)體層12和p側(cè)氮化物半導(dǎo)體層14各自主要具有為活性層13提供電子和空穴的功能，一般由n型氮化物半導(dǎo)體和p型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。氮化物半導(dǎo)體激光器10的n側(cè)電極16和29以及p側(cè)電極15和19通過(guò)焊錫等導(dǎo)電性粘合劑23接合在組裝用基板20的電極21及22上。
此外，在本實(shí)施方式中，接合前的導(dǎo)電性粘合劑23，如圖1所示，由Sn、Pb、Ag、Bi、Cu、In、Zn等構(gòu)成的低熔點(diǎn)金屬層23a和由Au、Pt等抗氧化金屬構(gòu)成的保護(hù)層23b這兩層組成。保護(hù)層23b具有防止低熔點(diǎn)金屬層23a在接合前因空氣而氧化的功能，形成在可以被接合時(shí)的熱和壓力破壞的薄膜上。即，保護(hù)層23b在被接合時(shí)的熱和壓力破壞的同時(shí)，低熔點(diǎn)金屬層23a熔化，接合氮化物半導(dǎo)體激光器10和組裝用基板20的電極。
此外，氮化物半導(dǎo)體激光器10的n側(cè)電極16及29由于形成在去除p側(cè)氮化物半導(dǎo)體層14及活性層13而露出的n側(cè)氮化物半導(dǎo)體層12的表面，因此位于不同于p側(cè)電極15和19的高度。因此，為補(bǔ)償該高度的差異，在組裝用基板20側(cè)的墊片電極22的上面形成由Au層24b和Pt層24a兩層構(gòu)成的電極24。
下面參照?qǐng)D2說(shuō)明本發(fā)明的特征即脊形部附近的結(jié)構(gòu)。圖2是放大表示圖1的脊形部附近的結(jié)構(gòu)的局部放大剖面圖。此外，圖2表示與圖1上下逆轉(zhuǎn)的圖面。如圖2所示，在氮化物半導(dǎo)體激光器10的p側(cè)氮化物半導(dǎo)體層14上，設(shè)有波導(dǎo)形成用的脊形14a，以露出脊形14a的頂面地形成第1絕緣保護(hù)膜17。在第1絕緣保護(hù)膜17上，采用光折射率與脊形14a有較大差異的材料，基于該光折射率的差異，脊形14a發(fā)揮光封閉的功能。此外，以整體覆蓋脊形部14a地形成p側(cè)歐姆電極15，在與脊形部14a的頂面露出的p側(cè)氮化物半導(dǎo)體層14的之間形成歐姆接合。然后，與脊形部14a分離地，在第1絕緣保護(hù)膜17的上面形成第2絕緣保護(hù)膜18。
然后，在p側(cè)歐姆電極15和p側(cè)墊片電極19之間，以覆蓋從第1絕緣保護(hù)膜17露出的脊形部14a的頂面地形成中間層30。即，以至少覆蓋p側(cè)歐姆電極15和p側(cè)氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層14的歐姆接合部的方式形成中間層30。這樣形成的中間層30可抑制，因接合組裝基板時(shí)的加熱和加壓，或因組裝后的通電，從組成中含有Sn、Pb、Ag、Bi、Cu、In、Zn等低熔點(diǎn)金屬的導(dǎo)電性粘合劑23擴(kuò)散低熔點(diǎn)金屬，達(dá)到p側(cè)歐姆電極15。所以，能夠抑制發(fā)生由氮化物半導(dǎo)體激光器的組裝或其后的通電造成的p側(cè)歐姆電極的接觸不良。
此外，以從脊形14a的頂面全面覆蓋其側(cè)面地形成中間層30，并埋沒(méi)脊形14a的頂面和側(cè)面結(jié)成的角部25及頂面和底面結(jié)成的角部26。在如此形成的角部25及26，作為半導(dǎo)體制造工藝的一般傾向，局部減薄形成在其上面的第1絕緣保護(hù)膜17及p側(cè)歐姆電極15的膜厚度。其結(jié)果是在角部25及26形成第1絕緣保護(hù)膜17及p側(cè)歐姆電極被掘成溝槽狀的形狀。中間層30通過(guò)填埋上述溝槽，緩和角部25及26的熱或壓力，能夠防止第1絕緣保護(hù)膜17從p側(cè)氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層14剝離以及p側(cè)歐姆電極15從第1絕緣保護(hù)膜17剝離。因此，能夠防止產(chǎn)生因剝離而造成的脊形部14a的光封閉功能的異常。
中間層30只要是能夠防止低熔點(diǎn)金屬?gòu)膶?dǎo)電性粘合劑23擴(kuò)散的材料，不做特別限定，可以采用絕緣物、半導(dǎo)體、金屬中的任何一種。但是，中間層30不能是阻礙p側(cè)歐姆電極15的歐姆接合的材料。例如，要求中間層30不能以阻礙p側(cè)歐姆電極15的歐姆接合的濃度含有Sn、Pb、Ag、Bi、Cu、In、Zn等低熔點(diǎn)金屬。此外，中間層30優(yōu)選不與p側(cè)電極1 5反應(yīng)的材料。作為中間層的優(yōu)選材料是氧化物、氮化物或高熔點(diǎn)金屬等，例如優(yōu)選采用SiO2、AlN、SiN、GaN、AlGaN、InGaN、Pt等。
其中，如果用SiO2等絕緣物形成中間層30，能夠同時(shí)形成中間層30和第2絕緣保護(hù)膜18。即，在以往的制造方法中，即使不附加新的工序，只通過(guò)變更形成第2絕緣保護(hù)膜18時(shí)的掩模圖形，也能形成中間層30。此外，在中間層30為絕緣物或半導(dǎo)體時(shí)，為確保p側(cè)歐姆電極15和p側(cè)墊片電極19的電接觸，需要以部分露出p側(cè)歐姆電極15地形成中間層30。在圖1所示例中，從基板上面看，通過(guò)使中間層30的形成面積比p側(cè)歐姆電極15狹窄，可確保p側(cè)歐姆電極15和p側(cè)墊片電極19間的電接觸。
實(shí)施方式2在本實(shí)施方式中，說(shuō)明本發(fā)明的脊形波導(dǎo)型氮化物半導(dǎo)體激光器的制造方法。
圖3(a)～(e)是從上面看本發(fā)明的脊形波導(dǎo)型氮化物半導(dǎo)體激光器的p型氮化物半導(dǎo)體層的局部圖，表示形成電極等的工序。
首先，如圖(a)所示，在p型氮化物半導(dǎo)體層的上面，形成條形狀的脊形部。通過(guò)利用蝕刻等手段去除部分p型氮化物半導(dǎo)體層，形成凸部，作為脊形部。脊形部可以是凸部的底面?zhèn)鹊膶挾却?、隨著逐漸靠近上面條形寬度變窄的正臺(tái)形形狀，相反，也可以是隨著接近凸部的平面條形的寬度變窄的反臺(tái)形形狀。此外，也可以是具有垂直于疊層面的側(cè)面的條形。
然后，如圖3(b)所示，除脊形部14a的頂面外，以全面覆蓋p型氮化物半導(dǎo)體層14地形成第1絕緣保護(hù)膜17(＝圖3(b)的斜線的區(qū)域)。在第1絕緣保護(hù)膜17上，優(yōu)選采用p型氮化物半導(dǎo)體14和折射率差大的材料，例如可以采用ZrO2、SiO2、Al2O3、AlN、BN、DLC、C、MgO、SiN、SiON、CrO、ZnO、GaO、AlGaN、HfO、Ta2O5等。
然后，如圖3(c)所示，以大致全面覆蓋p型氮化物半導(dǎo)體14和第1絕緣保護(hù)膜地形成p側(cè)歐姆電極15，在脊形部14a的頂面，使p型氮化物半導(dǎo)體層14和p側(cè)歐姆電極15歐姆接觸。
然后，如圖3(d)所示，同時(shí)形成第2絕緣保護(hù)膜18和中間層30。即，在比p側(cè)歐姆電極15寬的范圍內(nèi)形成第2絕緣保護(hù)膜18，在脊形部14a的兩肋各設(shè)一個(gè)與脊形平行的細(xì)長(zhǎng)的開(kāi)口部18a。以至少與p側(cè)歐姆電極15重合地形成該開(kāi)口部18a，優(yōu)選以位于p側(cè)歐姆電極15的內(nèi)側(cè)地形成該開(kāi)口部18a。被這兩個(gè)開(kāi)口部18a夾著的區(qū)域18b成為中間層30。此外，該第2絕緣保護(hù)膜18(兼中間層30)以去除n電極的形成區(qū)域覆蓋到激光器芯片的側(cè)面的方式形成。關(guān)于該第2絕緣保護(hù)膜18(兼中間層30)，可以采用SiO2、ZrO、SiC、TiO2、ZnO、Al2O3、DLC、C、MgO、SiON、CrO、ZnO、GaO、AlGaN、HfO、Ta2O5、RhO、RhO2、Nb2O5、ITO等氧化物或AlN、BN、SiN、RhN、ZrN、TiN、ZnN、GaN、NbN等。
然后，如圖3(e)所示，在第2絕緣保護(hù)膜18的內(nèi)側(cè)，p側(cè)歐姆電極15的外側(cè)，形成p側(cè)墊片電極19。p側(cè)墊片電極19借助設(shè)在第2絕緣保護(hù)膜18上的開(kāi)口部18a能夠與p側(cè)歐姆電極15電接觸。
如果采用這樣的制造方法，即使不需要在以往的制造方法中增加新的工序，只需變更形成第2絕緣保護(hù)膜18的光刻法的掩模形狀，就能夠形成中間層30。
實(shí)施例1以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
在本發(fā)明中，作為構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)體的n型氮化物半導(dǎo)體層、活性層、p型氮化物半導(dǎo)體層，不做特別限定，可以采用多種層結(jié)構(gòu)。關(guān)于設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)，例如有在后述的實(shí)施例記載的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。此外，電極、絕緣膜(保護(hù)膜)等也不做特限定，也可以采用多種材料。關(guān)于用于疊層結(jié)構(gòu)體的氮化物半導(dǎo)體，可以采用GaN、AlN或InN等氮化物半導(dǎo)體或它們混晶的III-V族氮化物半導(dǎo)體(InxAlyGa1-x-yN，0≤x、0≤y、x+y≤1)。氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)可以采用MOVPE、MOCVD(有機(jī)金屬化學(xué)氣相生長(zhǎng)法)、HVPE(鹵化物氣相生長(zhǎng)法)、MBE(分子射線氣相生長(zhǎng)法)等已知所有生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體的方法。
以下，作為實(shí)施例，說(shuō)明采用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器元件，但是，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器元件并不局限于此，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思中，當(dāng)然可以在各種半導(dǎo)體中實(shí)施。
基板在實(shí)施例1中，采用以C面為主面的藍(lán)寶石作基板。
此外，也可以采用由GaN基板等的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的基板，代替不同于藍(lán)寶石這樣的氮化物半導(dǎo)體的異種基板。關(guān)于以C面為主面的藍(lán)寶石基板以外的異種基板，例如可以采用以R面及A面任何一面為主面的藍(lán)寶石、尖晶石、ZnS、ZnO、GaAs、Si、SiC及與氮化物半導(dǎo)體晶格匹配的氧化物基板等，以及可使氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)的基板材料。作為優(yōu)選的異種基板，有藍(lán)寶石、尖晶石。
緩沖層將直徑2時(shí)、由以C面為主面的藍(lán)寶石構(gòu)成的異種基板設(shè)定在MOVPE反應(yīng)容器內(nèi)，升溫到500℃，采用三甲基鎵(TMG)、氨(NH3)，以200的膜厚度生長(zhǎng)由GaN構(gòu)成的緩沖層。
襯底層緩沖層形成后，將溫度升到1050℃，采用TMG、氨，按4μm的膜厚生長(zhǎng)由不摻雜GaN構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體層。該層在形成元件結(jié)構(gòu)的各層的成長(zhǎng)中起到襯底層(生長(zhǎng)基板)的作用。作為襯底層，除此之外，如采用ELOG(Epitaxially Laterally Overgrowth)生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體，可得到結(jié)晶性良好的生長(zhǎng)基板。作為ELOG生長(zhǎng)層的具體例子有在異種基板上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體層，在其表面上設(shè)置生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體困難的保護(hù)膜等，將如此形成的掩模區(qū)域和生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體的非掩模區(qū)域設(shè)計(jì)成條形狀，通過(guò)從該非掩模區(qū)域生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體，以及通過(guò)除向膜厚度方向生長(zhǎng)外還向橫向生長(zhǎng)，在掩模區(qū)域也生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體，從而進(jìn)行成膜的例子；以及在異種基板上生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層上設(shè)開(kāi)口部，從其開(kāi)口部側(cè)面向橫向形成生長(zhǎng)從而進(jìn)行成膜的例子等。
n側(cè)接觸層然后，在襯底層(氮化物半導(dǎo)體基板)上以4.5μm的膜厚度生長(zhǎng)，由在1050℃，采用TMG、TMA、氨，硅烷雜質(zhì)氣體采用硅烷，1×1018/cm3摻雜Si的n型AlGaN構(gòu)成的n側(cè)接觸層。n側(cè)接觸層也可以通過(guò)AlGaN以外的n型氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成，例如也可以是GaN。
裂紋防止層下面，采用TMG、TMI(三甲基銦)、氨，溫度升至800℃，以0.15μm的膜厚度生長(zhǎng)由In0.06Ga0.94N構(gòu)成的裂紋防止層。另外，可省略該裂紋防止層。
n側(cè)包覆層下面，溫度升至1050℃，原料氣體中采用TMA(三甲基鋁)、TMG及氨，以25的膜厚度生長(zhǎng)由不摻雜的AlGaN構(gòu)成的A層，然后，停止TMA，以25的膜厚度生長(zhǎng)采用硅烷作為雜質(zhì)氣體并以5×1018/cm3摻雜Si的GaN構(gòu)成的B層。然后，分別160次重復(fù)上述操作，交替疊加A層和B層，生長(zhǎng)由總膜厚8000的多層膜(超晶格結(jié)構(gòu))構(gòu)成的n側(cè)包覆層。此時(shí)，關(guān)于不摻雜AlGaN的Al的混晶比，如果在0.05以上0.3以下的范圍，能夠設(shè)置充分具有包覆層功能的折射率差。此外，n側(cè)包覆層只要是禁帶寬度比活性層寬的、能夠供給電子的氮化物半導(dǎo)體就行，但優(yōu)選含鋁的氮化物半導(dǎo)體。
n側(cè)光波導(dǎo)層下面，在相同的溫度下，原料氣體采用TMG及氨，以0.1μm的膜厚度生長(zhǎng)由無(wú)摻雜的GaN構(gòu)成的n側(cè)光波導(dǎo)層。該層也可以摻雜n型雜質(zhì)。作為用于波導(dǎo)層的氮化物半導(dǎo)體，與設(shè)在其外側(cè)的裂紋層相比較，波導(dǎo)型形成只要具有足夠的折射率就可以，單層膜或多層膜都可以。具體是，振蕩波長(zhǎng)在370nm～470nm時(shí)，優(yōu)選無(wú)摻雜的GaN，在比較長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域(450nm以上)，優(yōu)選采用InGaN/GaN的多層膜結(jié)構(gòu)。
活性層下面，溫度升至800℃，原料氣體采用TMI(三甲基銦)、TMG及氨，采用硅烷氣體作雜質(zhì)氣體，并以100的膜厚生長(zhǎng)由以5×1018/cm3摻雜Si的In0.05Ga0.95N構(gòu)成的阻擋層。然后，停止硅烷氣體，以50的膜厚生長(zhǎng)由In0.1Ga0.9N構(gòu)成的阱層。該操作重復(fù)3次，最后，疊加阻擋層，生長(zhǎng)總膜厚550的多重量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)的活性層。
此外，活性層優(yōu)選采用含In的氮化物半導(dǎo)體層。由此，能夠在紫外線及可視區(qū)從紫色系得到紅色系的波長(zhǎng)的激光。此外，在采用含In的氮化物半導(dǎo)體層時(shí)，如活性層暴露于大氣下，在激光元件驅(qū)動(dòng)時(shí)，引起極大的元件劣化。這是由于In的熔點(diǎn)低，易引起分解及蒸發(fā)，被形成凸部時(shí)的蝕刻損傷，由于在活性層露出后的加工中，很難確保其結(jié)晶性，所以優(yōu)選在未達(dá)到活性層的深度形成條形狀的凸部?；钚詫涌梢允橇孔于褰Y(jié)構(gòu)，此時(shí)，單一量子勢(shì)阱或多重量子阱都可以。
p側(cè)電子封閉層下面，在相同的溫度下，原料氣體采用TMA、TMG及氨，采用Cp2Mg(茂基鎂)作雜質(zhì)氣體，以100的膜厚度生長(zhǎng)由以1×1019/cm3摻雜Mg的AlGaN構(gòu)成的p側(cè)電子封閉層。
p側(cè)光波導(dǎo)層下面，溫度升至1050℃，原料氣體采用TMG及氨，以750的膜厚度生長(zhǎng)由無(wú)摻雜的GaN構(gòu)成的p側(cè)光波導(dǎo)層。該p側(cè)光波導(dǎo)層可無(wú)摻雜生長(zhǎng)，但也可以摻雜Mg。作為用于波導(dǎo)層的氮化物半導(dǎo)體，與設(shè)在其外側(cè)的包覆層相比較，只要具有足夠形成波導(dǎo)的折射率就可以，單層膜或多層膜都可以。具體是，振蕩波長(zhǎng)在370nm～470nm時(shí)，優(yōu)選無(wú)摻雜的GaN，在比較長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域(450nm以上)，優(yōu)選采用InGaN/GaN的多層膜結(jié)構(gòu)。
p側(cè)包覆層下面，在1050℃，以25的膜厚度生長(zhǎng)由不摻雜的Al0.16Ga0.84N構(gòu)成的層，然后，停止TMG，采用Cp2Mg，以25的膜厚度生長(zhǎng)由摻雜Mg的GaN構(gòu)成的層，生長(zhǎng)由總膜厚度0.6μm的超晶格層構(gòu)成的p側(cè)包覆層。p側(cè)包覆層至少一方包含含有Al的氮化物半導(dǎo)體層，在用疊加禁帶寬度能相互不同的氮化物半導(dǎo)體層的超晶格制作時(shí)，可在任何一方的層中多摻雜雜質(zhì)，即有如進(jìn)行調(diào)制摻雜能提高結(jié)晶性的傾向，但也可以同樣向雙方摻雜。p側(cè)包覆層只要是禁帶寬度比活性層寬的、能夠提供電子的氮化物半導(dǎo)體層就可以，但優(yōu)選含Al的氮化物半導(dǎo)體。
p側(cè)接觸層最后，在1050℃，在p側(cè)包覆層的上面，以150的膜厚度生長(zhǎng)由以1×1020/cm3摻雜Mg的p型GaN構(gòu)成的p側(cè)接觸層。p側(cè)接觸層可由InxAlyGa1-x-yN(x≤0、y≤0、x+y≤1)構(gòu)成，如優(yōu)選摻雜Mg的GaN，可得到與p電極最優(yōu)選的歐姆接觸。反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)在反應(yīng)容器內(nèi)，在氮保護(hù)氣氛中，700℃退火晶片，可進(jìn)一步使p側(cè)接觸層低電阻化。
n側(cè)接觸層露出及諧振器面形成按上述方法，在通過(guò)生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體形成疊層結(jié)構(gòu)體后，從反應(yīng)容器中取出晶片，在最上層的p側(cè)接觸層的表面形成由SiO2構(gòu)成的保護(hù)膜，采用RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)，利用SiCl4氣體進(jìn)行蝕刻，露出形成n電極的n側(cè)接觸層的表面。此時(shí)，露出成為諧振器面的活性層端面，將蝕刻端面作為諧振器面。
脊形部形成下面，為了形成條形狀的波導(dǎo)型區(qū)域，在最上層的p側(cè)接觸層的大致整個(gè)表面上，利用CVD裝置，以0.5μm的膜厚度形成由Si氧化物(主要是SiO2)構(gòu)成的保護(hù)膜，然后，在保護(hù)膜上施加規(guī)定形狀的掩模，采用利用RIE裝置和采用CF4氣體的光刻技術(shù)形成條形狀的保護(hù)模。然后，再次利用RIE和采用SiCl4氣體，蝕刻p側(cè)接觸層及p側(cè)包覆層，形成條形寬2μm的脊形部14a。
第1絕緣保護(hù)膜下面，帶著SiO2掩模，在p側(cè)氮化物半導(dǎo)體層表面形成由ZrO2構(gòu)成的第1絕緣膜17。該第1絕緣膜17掩蔽n側(cè)歐姆電極16形成面并設(shè)置在半導(dǎo)體層的整個(gè)表面上。此外，設(shè)置未形成絕緣膜17的部分，以易于后面的分割。形成第1絕緣膜17后，浸漬在緩沖液中，溶解去除形成在條形狀凸部14a的上面的SiO2，利用剝離法與SiO2一起去除脊形部14a上(具體是n型接觸層上)的ZrO217。由此，露出脊形部14a的頂面，形成脊形部14a的側(cè)面被ZrO217覆蓋的結(jié)構(gòu)。
p側(cè)歐姆電極下面，在第1絕緣保護(hù)膜17上形成p側(cè)歐姆電極15。p側(cè)歐姆電極15形成在p側(cè)氮化物半導(dǎo)體層14的內(nèi)側(cè)。該p側(cè)歐姆電極15由Ni-Au構(gòu)成。此外，在蝕刻露出的n側(cè)接觸層的表面也形成條形狀的n側(cè)歐姆電極16。n側(cè)歐姆電極16由Ti-Al構(gòu)成。形成上述電極后，將其分別在氧∶氮比為80∶20氣氛中，600℃退火，由此使p側(cè)和n側(cè)的歐姆電極都合金化，得到良好的歐姆特性。
第2絕緣保護(hù)膜、中間層下面，在與脊形部14a的兩肋的p側(cè)歐姆電極15上的脊形平行的細(xì)長(zhǎng)的兩個(gè)區(qū)域、n側(cè)歐姆電極16的局部涂布抗蝕劑，除芯片分割位置外，全面形成由Si氧化物(主要是SiO2)構(gòu)成的第2絕緣保護(hù)膜18。之后，通過(guò)剝離抗蝕劑，如圖3(d)所示，形成具有兩個(gè)開(kāi)口部18a的第2絕緣保護(hù)膜18。被該第2絕緣保護(hù)膜18的開(kāi)口部18a夾著的區(qū)域?yàn)橹虚g層30。
墊片電極下面，為覆蓋上述絕緣膜，分別形成p側(cè)墊片電極19和n側(cè)墊片電極29。比p側(cè)歐姆電極15寬地、并比第2絕緣保護(hù)膜18窄地形成p側(cè)墊片電極19。通過(guò)如此形成，通過(guò)設(shè)在第2絕緣保護(hù)膜18的開(kāi)口部18a，p側(cè)墊片電極19和p側(cè)歐姆電極15能夠接觸。p側(cè)墊片電極19和n側(cè)墊片電極29由Ni-Ti-Au構(gòu)成。該墊片電極與露出的歐姆電極15及16條形狀接合。
按以上方法形成墊片電極后，除芯片分割區(qū)域外，在整個(gè)晶片表面形成第1抗蝕劑膜。然后，在整個(gè)晶片表面形成SiO2掩模。此外，在該SiO2掩模上形成第2抗蝕劑膜。此時(shí)，進(jìn)行第2抗蝕劑膜的圖案形成，以蝕刻到接近光出射側(cè)的諧振器面。此外，第2抗蝕劑膜也可以達(dá)到半導(dǎo)體層的端面。這樣，在按第1抗蝕劑膜-SiO2-第2抗蝕劑膜的順序形成掩模后，首先，采用CHF3作為蝕刻氣體，蝕刻SiO2，然后以該SiO2的圖案作為掩模，蝕刻半導(dǎo)體層，直到露出基板。在蝕刻半導(dǎo)體基板時(shí)，采用SiCl4作為蝕刻氣體。這樣，蝕刻未被第2抗蝕劑膜覆蓋的SiO2的露出部及其下面的半導(dǎo)體層。然后，去除第1抗蝕劑膜、SiO2、第2抗蝕劑膜。如此就形成從諧振器面突出的具有n型半導(dǎo)體層的端面。
條狀分割按以上方法形成p側(cè)歐姆電極及n側(cè)歐姆電極后，研磨基板，使包括基板的總膜厚度為200μm，在背面形成由Ti-Pt-Au構(gòu)成的背面金屬后，按與條形狀電極垂直的方向從基板側(cè)分割成條狀。此時(shí)，在分割成條狀之前，如與從基板背面?zhèn)确指畹奈恢脤?duì)應(yīng)地引入劃線，易于后面工序的分割。此外，作為劃線的方法，可以采用使用刀具等刻刀的機(jī)械或物理的劃線及使用YAG激光器等的光學(xué)或熱能的劃線等。
光反射側(cè)反射鏡對(duì)于按以上方法分割成條狀的半導(dǎo)體，在條的一方并排光出射側(cè)的諧振器面，在相對(duì)的一側(cè)并排光反射側(cè)的諧振器面。沿如此的多個(gè)條變化角度，使光出射側(cè)的諧振器面及光反射側(cè)的諧振器面朝同一方向。然后，在各條之間，通過(guò)隔片，無(wú)間隙地排列成膜夾具。通過(guò)這樣的隔片，可以在形成在元件上的電極等上不形成保護(hù)膜。首先，在光反射側(cè)的諧振器面形成6對(duì)ZrO2和(SiO2/ZrO2)，成為反射鏡。如此形成脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器。
組裝下面，在組裝基板上倒裝組裝得到的脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器。在組裝基板上的組裝用電極上形成作為粘合劑的Sn/Au凸度23，使p側(cè)歐姆電極19和n側(cè)歐姆電極29與該Sn/Au凸度23接觸，通過(guò)加熱，組裝激光器芯片。
按以上方法得到的氮化物半導(dǎo)體激光器，輸出功率為60mW，閾值電流大約達(dá)到40mA。與以往例相比，通過(guò)降低熱電阻及驅(qū)動(dòng)電流，提高了高溫工作時(shí)的可靠性，此外也提高了壽命特性。
實(shí)施例2在實(shí)施例2中，分別形成第2絕緣保護(hù)膜和中間層，作為中間層的材料采用SiN。以下，說(shuō)明第2絕緣保護(hù)膜和中間層的形成。其他方面與實(shí)施例1相同。
第2絕緣保護(hù)膜在脊形直交的方向，在p側(cè)歐姆電極的大約整個(gè)表面和n側(cè)歐姆電極的局部涂布抗蝕劑，除芯片分割位置外，全面形成由Si氧化物(主要是SiO2)構(gòu)成的第2絕緣膜。之后，通過(guò)剝離抗蝕劑，能夠以露出包括脊形部的p側(cè)歐姆電極的大部分和n側(cè)歐姆電極的局部的方式，形成第2絕緣保護(hù)膜。
中間層下面，在p側(cè)歐姆電極上，以全面覆蓋脊形部的頂面，并且，部分露出p側(cè)歐姆電極的方式形成由Si構(gòu)成的中間層。在本實(shí)施例中，在該p側(cè)歐姆電極的露出部，p側(cè)墊片電極與p側(cè)歐姆電極接觸。在中間層的圖案形成中，例如可使用采用抗蝕劑的剝離法。
對(duì)于按上述方法得到的氮化物半導(dǎo)體激光器，與實(shí)施例1一樣，通過(guò)降低熱電阻及驅(qū)動(dòng)電流，提高了高溫工作時(shí)的可靠性，此外也提高了壽命特性。
比較例在實(shí)施例2中，除不形成中間層外，在同樣制作氮化物半導(dǎo)體激光器時(shí)，在微小電流區(qū)產(chǎn)生非發(fā)光點(diǎn)，在波導(dǎo)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生發(fā)光不均勻。
實(shí)施例3除將脊形部的條形寬度設(shè)為5μm外，如與實(shí)施例1同樣制作氮化物半導(dǎo)體激光器，輸出功率為100mW，閾值電流為70mA。此外，與實(shí)施例1一樣，通過(guò)降低熱電阻及驅(qū)動(dòng)電流，提高了高溫工作時(shí)的可靠性，此外也提高了壽命特性。
實(shí)施例4在本實(shí)施例中，將本發(fā)明用于多帶型激光器。除以下說(shuō)明外，其余的與實(shí)施例1相同。
首先，如圖4所示，以空2μm的間隔，兩根并列形成條形寬3μm的脊形部14a。然后，露出脊形部14a的頂面地形成由ZrO2構(gòu)成的第1絕緣保護(hù)膜17。隨后，在第1絕緣保護(hù)膜17上形成由Ni-Au構(gòu)成的p側(cè)歐姆電極15。在本實(shí)例中，覆蓋兩個(gè)脊形部14a的頂面地連續(xù)形成p側(cè)歐姆電極15。并且，在整體看兩個(gè)脊形部14a時(shí)，在與脊形縱向平行的最外側(cè)，即在圖4中左側(cè)脊形14a的左側(cè)及右側(cè)脊形14a的右側(cè)，具有開(kāi)口部18a地形成第2絕緣保護(hù)膜18兼中間層30。如以覆蓋如此形成的第2絕緣保護(hù)膜18兼中間層30的方式形成p側(cè)墊片電極19，則通過(guò)開(kāi)口部18a，能夠選擇p側(cè)墊片電極19和p側(cè)歐姆電極15間的導(dǎo)通。
按上述方法形成的激光器，輸出功率為100mW，閾值電流為100mA。此外，與實(shí)施例1一樣，通過(guò)降低熱電阻及驅(qū)動(dòng)電流，提高了高溫工作時(shí)的可靠性，此外也提高了壽命特性。
這樣，在是具有多個(gè)脊形部的多帶型激光器的情況下，遍及多個(gè)脊形部地連續(xù)形成p側(cè)歐姆電極，在與多個(gè)并列的脊形部的脊形縱向平行的最外側(cè)的區(qū)域，露出p側(cè)歐姆電極地形成中間層30，優(yōu)選在其最外側(cè)的區(qū)域選擇p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極的導(dǎo)通。即，在多個(gè)脊形部并列時(shí)，在脊形部相互之間的部分，連續(xù)形成p側(cè)歐姆電極和中間層，在與多個(gè)并列的脊形部的脊形縱向平行的最外側(cè)的區(qū)域，使p側(cè)歐姆電極從中間層露出，確保與p側(cè)墊片電極的導(dǎo)通。由此，即使在脊形部相互間的間隔窄時(shí)，通過(guò)中間層30，能夠一邊有效地覆蓋到每各脊形部的角部，一邊確保p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極間的導(dǎo)通。因此，通過(guò)使脊形部相互間的間隔變窄，能夠減小多帶型激光器的出射光點(diǎn)的直徑。
此外，在能夠擴(kuò)大脊形部相互間的間隔時(shí)，或不需要通過(guò)中間層30覆蓋到脊形部的角部時(shí)，不連續(xù)形成p側(cè)歐姆電極或中間層，在每個(gè)脊形部14a的兩肋，可以選擇p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極的導(dǎo)通。
實(shí)施例5在本實(shí)施例中，本發(fā)明用于不采用氮化鎵系而采用砷化鎵系化合物半導(dǎo)體的激光器。本實(shí)施例在基板背面形成n電極這一點(diǎn)不同于實(shí)施例1～4。但是，由于通過(guò)將p電極側(cè)置于下側(cè)進(jìn)行組裝，可與實(shí)施例1～4同樣采用本發(fā)明。
在n-InGaP基板的上面，疊加n-InP包覆層、n-InGaAsP波導(dǎo)層、InGaAsP活性層、p-InGaAsP波導(dǎo)層、p-InP包覆層、p-InGaAsP接觸層，通過(guò)蝕刻到p-InP包覆層形成脊形部。在p-InGaAsP接觸層的上面形成由Au/Zn構(gòu)成的p側(cè)歐姆電極，在n-InGaP基板的背面形成由Au/Ge構(gòu)成的n側(cè)歐姆電極。然后，在p側(cè)歐姆電極的上面，以覆蓋p側(cè)歐姆電極和p-InGaAsP接觸層的接合部的方式形成由SiO2等構(gòu)成的中間層。然后，在p側(cè)歐姆電極和n側(cè)歐姆電極的上面形成墊片電極，之后，將p側(cè)置于下側(cè)，在組裝用基板上或引線框架上進(jìn)行鍵合連接，對(duì)于n側(cè)墊片電極另外進(jìn)行鍵合連接。此外，這是因?yàn)?，由于GaAs系比GaN系的導(dǎo)熱率差，將p側(cè)電極置于下側(cè)有利于從接近活性層的p型層散熱。
如此制作的GaAs系激光器與以往的不形成中間層時(shí)相比，提高了元件壽命。
此外，上面說(shuō)明了在GaN系或GaAs系脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器中應(yīng)用本發(fā)明時(shí)的情況，但本發(fā)明并不局限于此。例如，與上述具體例同樣，本發(fā)明也能用于由GaN系或GaAs系以外的III-V族化合物半導(dǎo)體或InP、ZnSe等II-VI族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的脊形波導(dǎo)型型半導(dǎo)體激光器。
本發(fā)明可用于需要激光器元件的所有裝置，例如CD唱機(jī)、MD唱機(jī)、各種娛樂(lè)器械、DVD唱機(jī)、電話線路及海底電纜等基干線·光通信系統(tǒng)，激光手術(shù)刀、激光治療器、激光穿耳機(jī)等醫(yī)療器械，激光束印刷、顯示器等印刷機(jī)，各種測(cè)定器、激光水準(zhǔn)儀、激光測(cè)長(zhǎng)儀、激光球速測(cè)定器、激光溫度計(jì)等光讀出儀器，激光電力輸送機(jī)等各種領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體激光器元件，具有由夾著活性層的n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體層，在含有活性層的區(qū)域具有條形狀波導(dǎo)區(qū)域，其特征在于在所述n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層上分別具有歐姆接觸的n側(cè)歐姆電極和p側(cè)歐姆電極，在其歐姆電極上具有借助絕緣性保護(hù)膜能夠電接觸地形成的n側(cè)墊片電極和p側(cè)墊片電極，在所述n側(cè)歐姆電極和/或p側(cè)歐姆電極與所述n側(cè)墊片電極和/或p側(cè)墊片電極之間具有中間層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于所述n型半導(dǎo)體層和/或p型半導(dǎo)體層具有條形狀的脊形。
3.一種半導(dǎo)體激光器元件，具有夾著活性層的n側(cè)半導(dǎo)體層及p側(cè)半導(dǎo)體層、形成在所述p側(cè)半導(dǎo)體層的波導(dǎo)形成用脊形部、至少部分露出脊形部頂面地覆蓋所述脊形部的絕緣保護(hù)膜、在從所述絕緣保護(hù)膜露出的脊形部歐姆接觸的p側(cè)歐姆電極、與該p側(cè)歐姆電極上電接觸地形成的p側(cè)墊片電極，其特征在于在所述p側(cè)歐姆電極和所述p側(cè)墊片電極之間形成中間層，該中間層至少覆蓋從所述絕緣保護(hù)膜露出的所述脊形部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于所述中間層是可以防止低熔點(diǎn)金屬擴(kuò)散的擴(kuò)散防止層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于所述中間層是可以調(diào)整密合性的緩沖層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2～5中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于以進(jìn)一步覆蓋所述脊形部側(cè)面的方式形成所述中間層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于所述中間層為選自氧化物、氮化物或高熔點(diǎn)金屬中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于所述中間層為絕緣性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于所述中間層為從由SiO2、TiO2、ZrO2、AlN、SiN、GaN、AlGaN、InGaN、Pt構(gòu)成的物質(zhì)組中選擇的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于，所述中間層為一層或兩層以上的多層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于在所述絕緣保護(hù)膜上形成第2絕緣保護(hù)膜，所述擴(kuò)散防止層由與所述第2絕緣保護(hù)膜相同的組成構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于所述中間層在所述脊形左右長(zhǎng)度大致相同。
13.根據(jù)權(quán)利要求2～12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于在所述脊形部附近，在所述p側(cè)墊片電極上接合含有低熔點(diǎn)金屬的導(dǎo)電性粘合劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1～13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于所述脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體層由InxAlyGal1-x-yN、其中0≤x、0≤y、x+y≤1的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
專(zhuān)利摘要一種新型的半導(dǎo)體激光器元件，具有形成在p側(cè)半導(dǎo)體層(14)的波導(dǎo)形成用脊形部(14a)、至少部分露出脊形部頂面地覆蓋的絕緣保護(hù)膜(17)、在從此處露出的脊形部歐姆接觸的p側(cè)歐姆電極(15)、與p側(cè)歐姆電極電接觸地形成的p側(cè)墊片電極(19)；在p側(cè)歐姆電極和p側(cè)墊片電極之間，形成可防止低熔點(diǎn)金屬擴(kuò)散的中間層(30)，中間層至少覆蓋從絕緣保護(hù)膜(17)露出的脊形部(14a)。由此能夠在脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器中防止在組裝時(shí)產(chǎn)生的激光特性異常及壽命特性的劣化。通過(guò)中間層，抑制低熔點(diǎn)金屬?gòu)慕M裝用的導(dǎo)電性粘合劑向脊形部擴(kuò)散，良好地維持p側(cè)歐姆電極和p型氮化物半導(dǎo)體的歐姆接觸。
文檔編號(hào)H01S5/042GK2724266SQ20032011672
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者松村拓明 申請(qǐng)人:日亞化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社