專利名稱：氮化物半導(dǎo)體激光器芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體激光器芯片，具有層疊在具有特定平面晶向 的氮化物半導(dǎo)體襯底上的氮化物半導(dǎo)體層，以及一種制造上述氮化物半導(dǎo) 體激光器芯片的方法。
背景技術(shù)：
氮化物半導(dǎo)體是V族元素N (氮)和III族元素(比如A1 (鋁)、Ga (鎵)和In (銦))的化合物。由于氮化物的能帶結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性，氮 化物半導(dǎo)體作為用于發(fā)光器件和功率器件的半導(dǎo)體材料已經(jīng)受到廣泛關(guān) 注，并己經(jīng)被嘗試于許多應(yīng)用中。特別是，將能夠發(fā)出紫外到可見光的氮 化物激光器芯片用作光學(xué)信息記錄設(shè)備、照明設(shè)備、顯示設(shè)備和傳感器等 的光源。
在氮化物半導(dǎo)體激光器芯片中，通常采用氮化物半導(dǎo)體襯底，也就是 其材料類型與將要層疊在其表面上的氮化物半導(dǎo)體層相同的襯底。這將有 助于提高層疊氮化物半導(dǎo)體層的質(zhì)量，從而提高半導(dǎo)體激光器芯片的性 能。為了便于制造，通常采用具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)且以(0001)面為其主平面的 晶體作為這種襯底。當(dāng)在這種襯底上形成氮化物半導(dǎo)體層的晶體時(shí)，它將 類似地以(0001)面作為其主平面來生長。
對(duì)于這種具有以(0001)面為主平面而層疊的氮化物半導(dǎo)體(也就是， 將氮化物半導(dǎo)體沿
方向(沿C軸方向)層疊)的半導(dǎo)體激光器芯片， 存在以下問題由于量子阱有源層中的內(nèi)部電場的影響所引起的Stark效 應(yīng)，將導(dǎo)致電子空穴復(fù)合概率下降。作為緩解這個(gè)問題的芯片結(jié)構(gòu)，人們 也研究過具有沿垂直于C軸的方向形成的疊層結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光器 芯片(參見JP-A-H8-213692和JP-A-H10-51029)。對(duì)于這種沿與C軸垂直的方向?qū)盈B的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片，可以
預(yù)期的是，由于Stark效應(yīng)影響的減小和量子阱平面內(nèi)晶體對(duì)稱性的增加， 將導(dǎo)致增益的增加，而且可以抑制傾向于沿C軸方向生成的穿透性位錯(cuò)， 可以預(yù)期的是，沿層疊方向的生長將提高結(jié)晶度，從而降低閾值電流密度。 所有這些都將導(dǎo)致具有極佳可靠性的高性能芯片。
在用來表示晶面或晶向的表達(dá)式中，晶體學(xué)中通常約定在指數(shù)的絕對(duì) 值上加一水平橫線來表示負(fù)指數(shù)。但是，在本發(fā)明中，由于不能采用這種 表示方法，將采用在指數(shù)的絕對(duì)值前加一負(fù)號(hào)"-"來表示負(fù)指數(shù)的方法， 作為代替。
然而，不利的是，即使是如上所述的、層疊在以(1-ioo)面作為主平 面的氮化物半導(dǎo)體襯底上的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片，也不能提供令人滿 意的性能當(dāng)這種芯片用于CW (連續(xù)波)激射(連續(xù)激射)，而達(dá)到較高 輸出時(shí)，樣品(實(shí)際制造的單個(gè)芯片)中的一部分在達(dá)到滿意的光輸出前 失效。
而且，對(duì)于這種現(xiàn)有的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片，失效樣品的比例隨 著驅(qū)動(dòng)時(shí)間的增加而增加。根據(jù)其驅(qū)動(dòng)條件，甚至可能出現(xiàn)大部分制成的 氮化物半導(dǎo)體激光器芯片樣品都不能提供令人滿意的可靠性的情況。這表 明層疊在以(1-100)面為主平面的氮化物半導(dǎo)體襯底上的氮化物半導(dǎo)體激 光器芯片，由于它本身的特性而具有現(xiàn)有知識(shí)所不能克服的缺陷，特別是 極低的樣品生產(chǎn)優(yōu)良率和實(shí)際長時(shí)間使用中的突然失效。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人在尋找原因的過程中，通過大量研究發(fā)現(xiàn)以下
事實(shí)在諧振器(腔)端面處，在有源層中，平行于氮化物半導(dǎo)體層產(chǎn)生
的臺(tái)階(不平整)導(dǎo)致了較差的平坦度；進(jìn)一步，這個(gè)臺(tái)階破壞了附近的 晶體，并導(dǎo)致了周圍覆蓋薄膜的不良附著，從而造成端面的不良保護(hù)，產(chǎn) 生了破壞激光諧振器端面的不良電阻。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能 夠抑制氮化物半導(dǎo)體層上的臺(tái)階(不平整)生成的氮化物半導(dǎo)體激光器芯 片。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造能夠抑制氮化物半導(dǎo)體層土的臺(tái)階生成的氮化物半導(dǎo)體的方法，從而提高其產(chǎn)量和可靠性。
為了達(dá)到以上目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種氮化物半導(dǎo)體 激光器芯片，具有氮化物半導(dǎo)體襯底；多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層，層疊在所 述氮化物半導(dǎo)體襯底的表面上，并包括有源層；形成在所述氮化物半導(dǎo)體 層上的條帶形波導(dǎo)；和諧振器(腔)端面，由被解理的氮化物半導(dǎo)體層與 所述氮化物半導(dǎo)體襯底共同形成。這里，所述氮化物半導(dǎo)體襯底的主平面 是(1-IOO)面，并且所述諧振器端面與所述主平面垂直。此外，在形成所 述諧振器端面的解理表面中，至少在所述條帶形波導(dǎo)的一邊，形成刻入部 分，作為朝向所述氮化物半導(dǎo)體層的表面開口的刻入?yún)^(qū)域。
采用這種結(jié)構(gòu)，能夠通過刻入部分重置在解理過程中在諧振器端面形 成的臺(tái)階。這將阻止條帶形波導(dǎo)上的臺(tái)階形成。
在上述的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片中，優(yōu)選的是，所述刻入部分的底 面達(dá)到位于比所述有源層更靠近所述氮化物半導(dǎo)體襯底的氮化物半導(dǎo)體 層。
優(yōu)選地，所述刻入部分被形成為距所述條帶形波導(dǎo)的距離大于等于 2戶但小于等于200戶。
優(yōu)選地，在所述刻入部分的表面上形成保護(hù)膜。
優(yōu)選地，沿所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的諧振器方向，僅在所述氮 化物半導(dǎo)體激光器芯片的、包括所述解理表面的一部分中，形成所述刻入 部分，而并未使其從一端完全延伸至另一端。
可選地，沿所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的諧振器方向，從一端到另 一端形成所述刻入部分，與所述條帶形波導(dǎo)平行。
作為所述條帶形波導(dǎo)，可以形成多個(gè)條帶形波導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種制造氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的方法可 以包括將包括有源層在內(nèi)的多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層層疊在以(卜100)表面 作為晶體生長主表面的氮化物半導(dǎo)體襯底上；在所述氮化物半導(dǎo)體層上形 成條帶形波導(dǎo)；在所述氮化物半導(dǎo)體層中形成刻入部分，作為朝向所述氮 化物半導(dǎo)體層的表面開口的刻入?yún)^(qū)域；在晶片的、形成有所述條帶形波導(dǎo) 和所述刻入部分的一部分上，形成作為解理起始點(diǎn)的凹槽；和沿所述凹槽， 向所述晶片施加外力，以形成與所述主表面垂直的解理表面。這里，在所述條帶形波導(dǎo)的一邊的解理表面切割位置處，形成所述刻入部分。
在這種制造氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的方法中，優(yōu)選的是，所述刻入 部分的底面達(dá)到位于比所述有源層更靠近所述氮化物半導(dǎo)體襯底的氮化 物半導(dǎo)體層。
優(yōu)選地，所述刻入部分被形成為距所述條帶形波導(dǎo)的距離大于等于
2戶但小于等于200戶。
優(yōu)選地，沿所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的諧振器方向，僅在所述氮 化物半導(dǎo)體激光器芯片的、包括所述解理表面的一部分中，形成所述刻入 部分，而并未使其從一端完全延伸至另一端。
可選地，沿所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的諧振器方向，從一端到另 一端形成所述刻入部分，與所述條帶形波導(dǎo)平行。
根據(jù)本發(fā)明，提供刻入部分能夠以所述刻入部分重置在解理過程中在 諧振器端面上形成的臺(tái)階。這樣，可以在刻入部分重置臺(tái)階，其接近諧振 器端面上形成的臺(tái)階的起始位置，從而可以阻止在產(chǎn)生激光發(fā)射的條帶形 波導(dǎo)處的臺(tái)階形成。采用這種方法，可以避免激光發(fā)射部分處對(duì)端面的破 壞，從而可以制造出即使經(jīng)過長時(shí)間驅(qū)動(dòng)仍然具有滿意的可靠性的氮化物 半導(dǎo)體激光器芯片。
而且，根據(jù)本發(fā)明，可以預(yù)期的是，Stark效應(yīng)影響的減小和量子阱 平面中晶體對(duì)稱性的增加將導(dǎo)致增益的增加，并且可以抑制傾向于沿C軸 方向生成的穿透性位錯(cuò)，可以預(yù)期的是，沿層疊方向的生長可以提高結(jié)晶 度，由此降低閾值電流密度。因此，可以得到具有極佳穩(wěn)定性的高性能芯 片。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的結(jié)構(gòu)輪廓的 正視圖2是用來表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟 的晶片截面圖3是用來表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟 的晶片截面圖； '圖4是用來表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟
的晶片俯視圖5是用來表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟 的晶片截面圖6是用來表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟 的晶片俯視圖7是用來表示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟 的激光器條(laser bar)俯視圖8是作為對(duì)照例的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的解理表面的放大示 意圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明。圖l是示出了氮化 物半導(dǎo)體激光器芯片的結(jié)構(gòu)輪廓的正視圖。圖2， 3和5是用來表示氮化 物半導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟的晶片截面圖。圖4和6是用來表示氮化 物半導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟的晶片俯視圖。圖7是用于表示氮化物半 導(dǎo)體激光器芯片的制造步驟的激光器條俯視圖。圖8是作為對(duì)照例的氮化 物半導(dǎo)體激光器芯片的解理表面的放大示意圖。
通過外延生長形成各個(gè)層在以(1-100)面(也叫作m-面)為晶體生 長主平面的n型GaN襯底101的表面，通過例如M0CVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣 相沉積)等晶體生長技術(shù)，外延生長氮化物半導(dǎo)體，以形成各個(gè)氮化物半 導(dǎo)體層。
具體地，如圖2所示，在n型GaN襯底101的主平面上，按以下描述 的順序?qū)盈B以下各層厚度為0. 1到10/ira (比如4戶)的n型GaN下接觸 層102;厚度為0. 5到3. 0戶(比如2, 0—的n型AlGaN下包層103 (其 中鋁含量約為O到O. 3，比如，0.02);厚度為O到O. 3戶(比如，0.1— 的n型GaN下波導(dǎo)層104;具有由交替層疊的Inx,Ga-xlN量子阱層和 Inx2Ga,i2N勢(shì)壘層(其中xl > x2 > 0)構(gòu)成的多量子阱層結(jié)構(gòu)的有源層 105;厚度為0. 01到0. l戶(比如0. 03戶)的GaN中間層120;厚度為0. 01到0. l戶(比如0. 03戶)的p型AlGaN蒸發(fā)阻擋層106 (其中鋁含量約為 0.05到0.4，例如O. 2);厚度為O到O. 2戶(比如，0.01—的GaN上波 導(dǎo)層107;厚度為O. 3妾U2戶(比如，0. 5戶)的p型GaN上包層108 (其 中鋁含量約為O到O. 3，例如，0.02);和p型GaN上接觸層109。
代替AlGaN，下包層103和上包層108也可以由任何具有合適的光學(xué) 特性的材料形成，比如GaN和AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)、GaN和InAlN超晶格結(jié) 構(gòu)、或具有不同成分的多層AlGaN層的組合。在激射波長為430nm或更短 的情況下，出于光約束的考慮，優(yōu)選的是，平均A1含量約為0.02或更多； 然而，如果阱層更厚，或者波導(dǎo)層和勢(shì)壘層由具有高折射率的InGaN形成， 則可以代替地采用GaN。另一方面，在激射波長為430mn或更長的情況下， 可以代替地采用GaN或AlGaN。
代替上述GaN,下波導(dǎo)層104、上波導(dǎo)層107和GaN中間層120還可 以由InGaN或AlGaN形成，或者如果設(shè)計(jì)不需要，也可以省略這些層。通 過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置量子阱層和勢(shì)壘層的組成成分、以及量子阱層和勢(shì)壘層交替 層疊的結(jié)構(gòu)，將有源層105設(shè)計(jì)為發(fā)射波長約為405nm的光。
除AlGaN以外，蒸發(fā)阻擋層106還可以由任何組分構(gòu)成，或者可以摻 雜有As、 P等，只要其能夠在有源層105生長后并直至上包層108生長時(shí) 止防止有源層105的退化。根據(jù)有源層105和上包層108形成的條件，可 以省略蒸發(fā)阻擋層106。代替GaN，上接觸層109可以由InGaN、 GalnNAs、 GalnP或類似的材料形成。
脊?fàn)顥l帶的形成通過上述在n型GaN襯底101上外延生長不同的氮 化物半導(dǎo)體，可以得到具有如圖2所示的氮化物半導(dǎo)體層的層疊結(jié)構(gòu)的晶 片。接下來，以Pd、 Ni或類似元素作為主要成分，通過真空沉積或類似 技術(shù)在這個(gè)晶片的整個(gè)表面上形成第一 p-電極112a。具體地，p-電極112a 形成在作為圖2中的最頂層的上接觸層109的整個(gè)表面上。
然后，通過光刻技術(shù)，在p-電極112a的表面上，形成寬度為0.5到 30戶(例如，1.5戶)的條帶形抗蝕劑層。這個(gè)條帶形圖案對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體 激光器的波導(dǎo)，并且在晶片上形成大量相互平行的這種條帶。接下來，通 過離子刻蝕或濕法刻蝕，P-電極U2a中除了位于條帶形抗蝕劑層下面的部分以外的其余部分均被去除。P電極112a也可以與稍后形成的焊盤電極 112b同時(shí)形成。在這種情況下，在具有如圖2所示的氮化物半導(dǎo)體層的層 疊結(jié)構(gòu)的晶片表面上，直接形成抗蝕劑層，之后進(jìn)行下面將要描述的工藝。
然后，通過采用sic:u或Cl2氣的反應(yīng)等離子體干法刻蝕，在沒有形 成抗蝕劑層的區(qū)域中，上接觸層109和上包層108被去除掉至少為其深度 的一半，以形成脊型條帶110。這里，優(yōu)選的是，刻蝕停止于從蒸發(fā)阻擋 層106的頂表面沿層厚度方向向上包層108前進(jìn)約0. 05到0. 3戶的位置 處(在圖3和其他附圖中，為了方便，將刻蝕顯示為停止在上波導(dǎo)層107 和上包層108之間的交界處)。
這樣使脊形條帶110在橫向上形成有效折射率的差異，從而使其能夠 用作折射率波導(dǎo)。與其他區(qū)域相比，刻燭使位于抗蝕劑層下的上接觸層109 和上包層108部分被抬升，上接觸層109和上包層108的抬升部分形成脊 形條帶110。
在其上以預(yù)定間隔形成有脊形條帶110的晶片上，在所述晶片的整個(gè) 表面上，形成厚度為0. 1，到0. 5戶(例如，0. 3/ira)的Si02層，作為掩 埋脊形條帶110的掩埋層111。這里，在由Si02構(gòu)成的掩埋層lll上，可 以額外形成一層或多層以增強(qiáng)與焊盤電極U2b之間的結(jié)合，稍后將進(jìn)行 描述。這(些)用來增強(qiáng)與焊盤電極112b之間結(jié)合的層由諸如Ti02、 Zr02、 Hf02、或Ta^的氧化物，或者諸如TiN、 TaN、或麗的氮化物，或者諸如 Ti、 Zr、 Hf、 Ta、或Mo的金屬形成。
接下來，以溶液溶解形成在脊形條帶110上的抗蝕劑層，并通過超聲 波清潔或其他類似技術(shù)去除，形成在抗蝕劑層上表面上的掩埋層111也與 抗蝕劑層一同被去除。通過這個(gè)過程，由于掩埋層lll存在于沒有形成脊 形條帶110的區(qū)域，脊形條帶110上表面上的p-電極112a的表面被暴露 出來。在未形成p-電極112a的情況，當(dāng)抗蝕劑層被溶解時(shí)，脊形條帶110 上表面上的上接觸層109的表面被暴露出來。
焊盤電極的形成通過上述刻蝕和掩埋層lll形成，晶片具有埋在掩 埋層111中的脊形條帶110。接下來，通過光刻技術(shù)，形成用于確定焊盤 電極112b圖形的抗蝕劑層，稍后，焊盤電極112b將形成為p-電極。這里形成的抗蝕劑層(未示出)被構(gòu)圖為具有矩陣式陣列的開口，每個(gè)開口的
位置和大小被設(shè)計(jì)為能夠在其中心充分地顯示出脊形條帶iio。具體地， 在脊形條帶iio延伸的方向上和與之垂直的方向上，抗蝕劑層都具有這種
不連續(xù)形成的開口。
于是，在其上形成有抗蝕劑層的晶片的表面上，通過真空沉積或其他
類似技術(shù)，順序形成Mo/Au或W/Au或其他類似層，從而形成為p-電極的 焊盤電極112b (參見圖3和圖4)與形成在脊形條帶110表面上的p-電極 112a的大部分相接觸。在脊形條帶110形成之前未形成p-電極112a的情 況下，在形成焊盤電極U2b的過程中，代替地形成Ni/Au或Pd/Mo/Au層， 作為從外部饋入電力的P-電極。
接下來，抗蝕劑層被溶液溶解，并通過超聲波清潔或類似技術(shù)去除， 形成在抗蝕劑層上表面上的金屬薄膜與抗蝕劑層一起被去除。這樣，焊盤 電極112b被形成為具有與抗蝕劑層中的開口相同的形狀?？紤]到引線鍵 合區(qū)域等因素，抗蝕劑層中的開口可以具有需要的形狀。
如果焊盤電極112b被形成為達(dá)到用于將晶片切割為獨(dú)立氮化物半導(dǎo) 體激光器芯片10的切割表面(參見圖1)，或者接近于在后續(xù)工藝中形成 的刻入部分115 (稍后描述)，則將存在電流泄漏和電極剝落的風(fēng)險(xiǎn)。為了 避免這些不便，按上述方式對(duì)焊盤電極112b進(jìn)行構(gòu)圖。代替移除，也可 以通過選擇性電鍍，對(duì)焊盤電極U2b進(jìn)行構(gòu)圖。甚至可以采用刻蝕來構(gòu) 圖，在這種情況下，首先，在晶片的整個(gè)表面上真空沉積作為P-電極材料 的金屬膜，然后，通過光刻技術(shù)，以抗蝕劑層保護(hù)將被留下用作焊盤電極 112b的金屬膜部分，然后，以基于王水的刻蝕劑，對(duì)金屬膜進(jìn)行構(gòu)圖，以 形成焊盤電極U2b。
在脊形條帶的一邊形成刻入部分如上所述形成焊盤電極112b后， 下一步，將形成用于防止氮化物半導(dǎo)體激光器芯片10的解理表面上的有 源層附近的臺(tái)階(不平整)生成的刻入部分(參見圖1)。首先，通過光刻 技術(shù)，在未形成焊盤電極112b的區(qū)域中，形成具有開口的抗蝕劑層(未 示出)，在脊形條帶110的每一邊各有一個(gè)開口。通過這樣形成的抗蝕劑 層，采用干法刻蝕，這些開口中的氮化物半導(dǎo)體層被刻蝕。這里，首先，通過干法刻蝕或濕法刻蝕去除掩埋層111，接下來，通過干法刻蝕來刻蝕 掩埋層lll下面的氮化物半導(dǎo)體層，這樣，在開口處，形成刻入部分115 (參見圖5和6)。
然后，在通過抗蝕劑層開口處這樣刻蝕得到的晶片的表面上，采用濺
射或CVD (化學(xué)氣相沉積)技術(shù)，形成厚度約為O. 15戶的Si02層。然后， 從形成有Si02膜的晶片上，以溶液溶解抗蝕劑層，并隨后以超聲波清潔或 類似技術(shù)去除，形成在抗蝕劑層上表面上的Si02膜隨著抗蝕劑層也被去 除。這樣，在開口處的刻入部分中，形成Si02保護(hù)層116 (如圖5的截面 圖所示)。保護(hù)層116用于保護(hù)刻入部分115中的刻蝕底面和側(cè)面，這些 是在抗蝕劑層開口處被刻蝕的部分。
n側(cè)電極的形成如上所述形成刻入部分115后，對(duì)其中形成有刻入 部分115的晶片的底表面進(jìn)行研磨和拋光，直到晶片的厚度為60到150， (比如，IOO戶)。然后，在晶片的底表面(研磨并拋光的表面)上，通過 真空沉積或類似技術(shù)，順序形成Hf/Al或Ti/Al層，這樣就形成了 n-電極 113a。之后，為了確保n-電極113a具有需要的歐姆特性，將進(jìn)行熱處理。 然后，為了在安裝時(shí)便于氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的安裝(參見圖1)，通 過氣相沉積Au或類似的金屬膜以覆蓋n-電極113a，來形成金屬化電極 113b。
鏡面的形成在晶片的底表面上形成n-電極113a和金屬化電極113b 后，沿著切割線部分地形成劃線(直線劃痕)117,然后晶片被沿著大體 上垂直于脊形條帶110的方向，解理成多個(gè)寬度為300到2000戶(例如， 800戶)的條，這個(gè)寬度就是諧振器(腔)的寬度。
典型地，劃線117形成于晶片的一個(gè)邊沿，但是它也可以沿切割線形 成在多個(gè)位置，以使解理成條的過程精確地沿切割線進(jìn)行。在每種情況中， 解理開始于劃線117，并向一個(gè)方向延伸(如圖7中的箭頭所示)，最終解 理成條。解理表面形成了諧振器端面。晶片的厚度被調(diào)整到足夠小以允許 精確的解理。劃線117使用金剛石點(diǎn)劃或激光劃切來形成。
選擇具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體的所有解理表面中、垂直于層疊 表面的那個(gè)解理表面作為條之間的切割表面。在采用以(1-ioo)面作為主平面的襯底的情況下，解理表面的一個(gè)選擇是(0001)面。這樣，解理線被
選擇為沿著晶片的[11-20]方向前進(jìn)，波導(dǎo)也相應(yīng)地精確對(duì)齊。解理表面 的另一個(gè)可替代的選擇是(11-20)面。然而，與(1-100)面相比，選擇這個(gè) 面更容易導(dǎo)致偏離切割線，因此需要更嚴(yán)格的工藝控制。在這種情況下， 將選擇沿晶片
方向的切割表面。在一些情況下，選擇(ll-26)面也 能實(shí)現(xiàn)解理。
然后，在由多個(gè)彼此連續(xù)的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片IO構(gòu)成的每個(gè) 條的相對(duì)側(cè)的諧振器端面上，形成涂覆膜(參見圖1)。前側(cè)和后側(cè)涂覆膜 被設(shè)計(jì)為具有需要的反射率的結(jié)構(gòu)。例如，在后側(cè)諧振器端面，形成由兩 層或更多疊層構(gòu)成的高反射膜(未示出)；在前側(cè)諧振器端面，形成由一 層或更多疊層構(gòu)成的低反射膜(未示出)，比如涂覆膜中包含5%的氧化鋁。 這允許在從所述條切割得到的每個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光器芯片內(nèi)激勵(lì)的激 光可以經(jīng)過前側(cè)諧振器端面出射。
切割成獨(dú)立的激光器芯片然后，在諧振器端面形成有反射膜的條形 物被切割成寬度約為200到300//m的獨(dú)立芯片，這樣就得到了圖1所示的 氮化物半導(dǎo)體激光器芯片10。這里，選擇不影響脊形條帶110的切割位置 進(jìn)行切割，例如，使脊形條帶IIO位于氮化物半導(dǎo)體激光器芯片10的中 央。
然后，將這樣切割得到的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片10安裝在基座上， 將外部的導(dǎo)線電連接在作為p-電極的焊盤電極112b和作為n-電極的金屬 化電極113b上。然后，以放置在基座上的帽部密封安裝在基座上的氮化 物半導(dǎo)體激光器芯片10，由此將其封裝為半導(dǎo)體激光器件。
性能測定對(duì)如上制造的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片10的測定表明其 在CW (連續(xù)波)激射下能夠產(chǎn)生大約600mW的光輸出。進(jìn)一步增大驅(qū)動(dòng)電 流將導(dǎo)致器件失效，因此不能獲得更高的光輸出。對(duì)失效進(jìn)行仔細(xì)檢查表 明晶體在波導(dǎo)的光出射側(cè)端面被損毀，機(jī)械地破壞了諧振器端面。因此， 芯片被評(píng)價(jià)為具有大約600mW的COD (災(zāi)變性光學(xué)損傷)。
作為對(duì)照例，采用與上述相同方式制造氮化物半導(dǎo)體激光器10，區(qū)別僅在于未形成刻入部分。對(duì)照例的芯片被測定為具有約150mW的COD, 明顯差于根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片10。
分析在SEM (掃描電子顯微鏡)下，仔細(xì)檢査對(duì)照例的已解理的條 的解理表面300。觀察表明，在靠近有源層的位置處，產(chǎn)生了一個(gè)約0. l戶 或更小的平行于疊層表面的極小的臺(tái)階(不平整)(參見圖8)。這樣一個(gè) 臺(tái)階對(duì)激光發(fā)射的影響很小，只有通過非常仔細(xì)的分析才能檢測到；因此， 并沒有被廣泛地了解到它存在于采用以(1-100)面作為主平面的襯底并解 理形成的激光器芯片中。相反，采用根據(jù)本發(fā)明的解理后的條，在波導(dǎo)附 近的解理表面幾乎看不到這種臺(tái)階，因此解理表面是平坦的。
因此，本發(fā)明抑制了以下現(xiàn)象在其結(jié)構(gòu)為在(1-100)平面上層疊氮 化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器芯片中，在垂直于(i-ioo)面的表面進(jìn)行解理 將產(chǎn)生臺(tái)階。
通常，在氮化物半導(dǎo)體激光器芯片中，有源層由具有小能隙和相對(duì)大 晶格常數(shù)的組合的材料(比如，InGaN)形成，與有源層連續(xù)的波導(dǎo)層和 包層由具有大能隙和相對(duì)小的晶格常數(shù)的組合的材料(例如，GaN或AlGaN) 形成。因此，有源層包含由于晶格常數(shù)的不同而導(dǎo)致的應(yīng)變。
而且，可以理解，有源層的材料在機(jī)械性能上也不同于波導(dǎo)層和包層 的材料。因此，當(dāng)試圖在垂直于(i-ioo)面的表面整體上解理這樣一個(gè)疊 層結(jié)構(gòu)時(shí)，假設(shè)當(dāng)有源層以上和以下的層同時(shí)裂開，包含InGaN的有源層 將輕微偏離地裂開，隨著解理沿一個(gè)方向延伸，這個(gè)偏離將積累而形成臺(tái) 階。
然而，在刻入?yún)^(qū)域中，從表面到有源層以下，刻蝕位于切割表面處的 一部分。這樣，刻入部分115阻止了沖擊波的傳輸，因此，消除了臺(tái)階而 使其不再繼續(xù)發(fā)展。因此，除非在解理過程中臺(tái)階在刻入部分115和脊?fàn)?條帶110之間發(fā)展，這種方法將極大地減小在刻入部分115和脊?fàn)顥l帶110 之間、有源層105附近、平行于氮化物半導(dǎo)體的臺(tái)階301的生成。
當(dāng)采用這種方法形成刻入部分115后，優(yōu)選的是，刻入部分115位于 離脊?fàn)顥l帶110的邊緣2戶或更遠(yuǎn)的位置處。如果刻入部分115位于離脊 狀條帶110的邊緣2戶或更近的位置，刻入部分115的結(jié)構(gòu)將影響氮化物半導(dǎo)體激光器芯片10的光學(xué)特性。另一方面，刻入部分115位置的過度 遠(yuǎn)離將降低消除臺(tái)階使其不再延伸的效果。所以，合適的是，將刻入部分
115形成在距離脊形條帶110的邊緣200戶或更近的地方，以防止在刻入 部分115的邊緣和脊形條帶110之間的晶片表面中的臺(tái)階生成。
進(jìn)一步，優(yōu)選的是，至少在部分設(shè)計(jì)切割線處，從有源區(qū)的底表面到 刻入部分115的底表面的距離小于l戶。過深的刻蝕將在該位置導(dǎo)致從晶 片頂端到晶片底端的、跨越整個(gè)晶片厚度的、解理表面的偏離。
如圖7所示，在脊形條帶110的每一邊上形成刻入部分115;然而，
原則上，只要在解理前進(jìn)方向的上游設(shè)置所述刻入部分就足夠了。只要刻 入部分115相對(duì)于解理過程中沖擊波傳播的方向位于脊形條帶110的前面 (只要刻入部分115形成于切割槽和脊形條帶110之間)，就能夠得到本 發(fā)明的效果。
然而，在每一邊上都形成刻入部分115是方便的，因?yàn)檫@允許在任何 一邊進(jìn)行解理。具體地，當(dāng)在處理中晶片經(jīng)歷切片或類似動(dòng)作，而難以在 進(jìn)行切片的一邊形成劃線時(shí)，可能會(huì)在與設(shè)計(jì)的一側(cè)相反的一側(cè)形成劃 線。因此，在每一邊都形成刻入部分115有助于提高產(chǎn)量。
當(dāng)晶片被切割成條后，為了避免不必要的條寬度偏離(激光諧振器的 長度偏離)，也可以在晶片的中部形成切割凹槽(多個(gè)劃線可以形成在一 條直線上)。在這種情況下，沖擊波將沿切割線以不均勻的方向傳播(在 晶片的一小部分中，解理可能會(huì)沿相反方向發(fā)生)。因此，為了確保能夠 避免有源層105附近的平行臺(tái)階301的形成，以提高產(chǎn)量，優(yōu)選的是，將 刻入部分115形成在脊形條帶110的每一邊。
在上述的實(shí)施例中，僅在脊形條帶110附近的切割線上形成刻入部分 115，以使刻入部分115形成在與氮化物半導(dǎo)體激光器芯片10的四個(gè)角相 對(duì)應(yīng)的位置上。代替地，可以通過按照上述條件進(jìn)行刻蝕，在除了靠近脊 形條帶110以外的整個(gè)表面上形成刻入部分115。
具體地，以在諧振器長度方向上、平行于脊形條帶110的條帶形凹槽 的形式形成刻入部分，這樣做將不必考慮刻入部分與發(fā)生解理所遵循的線 (設(shè)計(jì)的切割線)之間的對(duì)齊問題。這對(duì)于生產(chǎn)工藝管理是有利的。但是， 當(dāng)以這種方法將刻入部分U5形成為條帶形時(shí)，引線鍵合的位置通常將遠(yuǎn)離條帶。因此，為了避免在刻入部分處的電流泄漏，焊盤電極需要仔細(xì)地 形成在形成焊盤電極112b之前，需要將刻入部分115埋入絕緣薄膜中。 在上述的制造步驟中，刻入部分115是在脊形條帶110形成之后形成 的?？蛇x地，刻入部分115可以在脊形條帶110形成之前形成。在這種情 況下，沒有必要刻蝕掩埋層111或在刻入部分115中形成保護(hù)層116，這 將有助于減少制造步驟。此外，如果在刻入部分115幾乎沒有電流泄漏的
風(fēng)險(xiǎn)，就沒有必要在刻入部分115中形成保護(hù)層116;在相反的情況下，
可以將保護(hù)層116形成為足夠厚以使其完全填充刻入部分115。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片可以應(yīng)用于各種光源設(shè)備中 的半導(dǎo)體激光器裝置，比如，光學(xué)拾取器、液晶顯示器、激光顯示器、照 明設(shè)備等。例如，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片甚至也可以應(yīng)用 于照明用大面積半導(dǎo)體激光器裝置，用來產(chǎn)生幾瓦特的極高輸出，盡管這 種應(yīng)用在光學(xué)性能(比如FFP (遠(yuǎn)場模式))控制方面限制較為寬松。
具體地，在大面積半導(dǎo)體激光器裝置中，其高輸出對(duì)氮化物半導(dǎo)體激 光器芯片的諧振器端面造成較大應(yīng)變。重要的是，在諧振器端面上不能有 臺(tái)階形成，與根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片中的情形相同。相應(yīng) 地，在應(yīng)用于大面積半導(dǎo)體激光器裝置中的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片上， 通過在脊形條帶邊緣形成刻入部分以阻止臺(tái)階的生成可預(yù)期實(shí)現(xiàn)更高的 可靠性。在大面積半導(dǎo)體激光器裝置中，優(yōu)選的是，氮化物半導(dǎo)體激光器 芯片的脊形條帶具有5到IOO戶的寬度。
另外，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片不僅可以應(yīng)用于上述的 具有脊形的條帶形波導(dǎo)的器件，也可以應(yīng)用于那些具有其他形狀的條帶形 波導(dǎo)的器件，比如，BH (掩埋異質(zhì))型或RiS (選擇再生長形成的脊)型。 單一氮化物半導(dǎo)體激光器芯片可以具有多個(gè)條帶形波導(dǎo)。
在上述實(shí)施例的附圖中，用于形成脊形條帶的刻蝕被表示為實(shí)施在除 了脊形條帶以外的整個(gè)區(qū)域上。然而，如果只是簡單地形成脊形波導(dǎo)，則 不需要以這種方式在整個(gè)區(qū)域上進(jìn)行刻蝕，僅在波導(dǎo)附近進(jìn)行刻蝕就足夠 了。例如，可以僅在距離脊形邊緣3到30戶的地方進(jìn)行刻蝕(雙溝道結(jié)
構(gòu))。 '
在采用這種雙溝道結(jié)構(gòu)時(shí)，在某些情況下，刻入部分可以從半導(dǎo)體層的表面開始刻入。然而，這也能夠提供相似的效果。在BH型氮化物半導(dǎo) 體激光器芯片中；刻入部分的底表面位于比定義了形成波導(dǎo)的臺(tái)面的刻蝕
底面更接近襯底的位置。而且，在將上述結(jié)構(gòu)中的p-型和n-型互換，且 在n-型半導(dǎo)體側(cè)形成波導(dǎo)的情況下，也可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo) 體激光器芯片。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片可以應(yīng)用于用在各種光源設(shè) 備中的半導(dǎo)體激光器裝置中，比如光學(xué)拾取器、液晶顯示器、激光顯示器、 照明設(shè)備等。
權(quán)利要求
1、一種氮化物半導(dǎo)體激光器芯片，包括氮化物半導(dǎo)體襯底；多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層，層疊在所述氮化物半導(dǎo)體襯底的表面上，并包括有源層；形成在所述氮化物半導(dǎo)體層上的條帶形波導(dǎo)；和諧振器端面，由被解理的氮化物半導(dǎo)體層與所述氮化物半導(dǎo)體襯底共同形成，其中所述氮化物半導(dǎo)體襯底的主平面是(1-100)面，所述諧振器端面與所述主平面垂直，以及在形成所述諧振器端面的解理表面中，至少在所述條帶形波導(dǎo)的一邊，形成刻入部分，作為朝向所述氮化物半導(dǎo)體層的表面開口的刻入?yún)^(qū)域。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片， 其中所述刻入部分的底面達(dá)到位于比所述有源層更靠近所述氮化物半導(dǎo)體襯底的氮化物半導(dǎo)體層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片， 其中所述刻入部分被形成為距所述條帶形波導(dǎo)的距離大于等于2戶但小于等于200^。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片， 其中在所述刻入部分的表面上形成保護(hù)膜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片， 其中沿所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的諧振器方向，僅在所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的、包括所述解理表面的一部分中，形成所述刻入部分， 而并未使其從一端完全延伸至另一端。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片， 其中沿所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的諧振器方向，從一端到另一端形成所述刻入部分，與所述條帶形波導(dǎo)平行。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片， 其中作為所述條帶形波導(dǎo)，形成多個(gè)條帶形波導(dǎo)。
8、 一種制造氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的方法，包括將包括有源層在內(nèi)的多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層層疊在以a-ioo)表面作為晶體生長主表面的氮化物半導(dǎo)體襯底上；在所述氮化物半導(dǎo)體層上形成條帶形波導(dǎo)；在所述氮化物半導(dǎo)體層中形成刻入部分，作為朝向所述氮化物半導(dǎo)體 層的表面開口的刻入?yún)^(qū)域；在晶片的、形成有所述條帶形波導(dǎo)和所述刻入部分的一部分上，形成 作為解理起始點(diǎn)的凹槽；和沿所述凹槽，向所述晶片施加外力，以形成與所述主表面垂直的解理 表面，其中在所述條帶形波導(dǎo)的一邊的解理表面切割位置處，形成所述刻入 部分。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的方法， 其中所述刻入部分的底面達(dá)到位于比所述有源層更靠近所述氮化物半導(dǎo)體襯底的氮化物半導(dǎo)體層。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的方法， 其中所述刻入部分被形成為距所述條帶形波導(dǎo)的距離大于等于2戶但小于等于200戶。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的方法， 其中沿所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的諧振器方向，僅在所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的、包括所述解理表面的一部分中，形成所述刻入部分， 而并未使其從一端完全延伸至另一端。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的方法， 其中沿所述氮化物半導(dǎo)體激光器芯片的諧振器方向，從一端到另一端形成所述刻入部分，與所述條帶形波導(dǎo)平行。
全文摘要
在一種具有抑制氮化物半導(dǎo)體層上的臺(tái)階生成的結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片中，襯底以(1-100)面為主表面，諧振器端面垂直于主表面，而且，在形成諧振器端面的解理表面中，至少在條帶形波導(dǎo)的一邊，形成刻入部分，作為朝向氮化物半導(dǎo)體層的表面開口的刻入?yún)^(qū)域。
文檔編號(hào)H01S5/22GK101316026SQ20081009997
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者伊藤茂稔, 山下文雄, 山本秀一郎, 川上俊之 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社