專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置有III-V族氮化物半導(dǎo)體層以及設(shè)置有形成在其腔的端面 上的端面涂覆膜的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
近年，由于對光盤不斷增加的高密度存儲能力的需要，人們已經(jīng)擬定了使用藍(lán)色 半導(dǎo)體激光的藍(lán)光盤(BD)和高密度DVD(HD-DVD)的標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)有了用于它們的商用解 碼器等。這些新近開發(fā)的盤提供了更高的密度(通過更易于形成雙層盤)以及允許快速的 寫入。然而，為了獲益于這些優(yōu)點，需要使用高度可靠、高輸出的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。
通常，從⑶和DVD重放和對其的寫入通過使用AlGaAs基或InGaAlP基半導(dǎo)體激 光器實現(xiàn)，其中為了防止腔端面的退化和防止對腔端面的光學(xué)損傷，對腔端面涂敷了比如 Si02、Si3N4、氧化鋁等的電介質(zhì)膜。但是，不利的是，已經(jīng)確認(rèn)在藍(lán)色半導(dǎo)體激光器中使用該 技術(shù)將導(dǎo)致驅(qū)動電流的快速增加。這就必需涂敷技術(shù)的改進(jìn)。
JP-A-2002-335053認(rèn)為導(dǎo)致端面退化的一個原因就是端面涂敷膜較差的粘附，并 提出了使用置于之間的金屬粘附層在腔端面上形成端面涂敷膜。
然而，不利的是，使用金屬膜作為粘附層導(dǎo)致腔端面上pn結(jié)處的短路，還導(dǎo)致光 吸收的增加。由于氮化物半導(dǎo)體激光器以短激發(fā)波長工作，并且其發(fā)射的光具有高的能量， 因此即使是略微的光吸收也使得發(fā)射端面退化，使得不能實現(xiàn)光輸出高于IOOmW的高輸出 器件。另一方面，從避免Pn結(jié)處的短路和減小光吸收的觀點來看，需要膜厚度為IOnm以下， 更優(yōu)選的為5nm以下，特別優(yōu)選的為2nm以下。這涉及膜厚度控制困難，導(dǎo)致產(chǎn)率下降。
其他的不利之處在于，當(dāng)氧化物形成的端面涂敷膜直接形成在腔端面上，或者在 之間具有形成為粘附層的金屬層，包含在端面涂敷膜中的氧會氧化了腔端面或粘附層，由 此降低了激光的激發(fā)效率。這不但增加了工作電壓和功耗，而且導(dǎo)致低的壽命。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件 通過提供將腔端面與包含在氧化鋁形成的端面涂覆膜中的氧分隔開的隔離層而具有高的 可靠性和高的制造效率，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件因此不需要形成金屬粘附層時所要求的 膜厚度的精確控制，盡管該金屬粘附層在腔端面和端面涂覆膜之間提供了足夠的粘附。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件， 其包括III-V族氮化物半導(dǎo)體層；設(shè)置在III-V族氮化物半導(dǎo)體層中的腔；以及在腔的端 面上形成的端面涂覆膜。這里，端面涂敷膜具有在其面對腔的端面的一側(cè)上的氧化鋁層。而 且，在端面涂覆膜和腔的端面之間設(shè)置由氮化鋁形成的隔離層；以及隔離層具有1nm以上且20nm以下的厚度。
通過該結(jié)構(gòu)，在由氮化鋁形成的隔離層和具有與隔離層接觸的氧化鋁(也含有 鋁)的端面涂覆膜之間的界面上發(fā)生氮原子和氧原子的互擴(kuò)散。這在隔離層和端面涂覆膜 之間得到了好的粘附性，由此允許端面涂覆膜經(jīng)隔離層牢固地結(jié)合到腔端面上。形成隔離 層的氮化鋁的至少部分是非晶態(tài)的。這使得比涉及完全結(jié)晶時易于制造。而且，在隔離層 中使用不含氧的氮化鋁有助于將端面從含在端面涂覆膜之間的氧分隔開，由此有助于防止 端面氧化。
當(dāng)假設(shè)20nm以下的層厚時，可以形成很好狀況的隔離層而沒有產(chǎn)生裂紋。當(dāng)將氮 化鋁膜形成在分裂氮化物半導(dǎo)體所形成的腔端面上時，膜緊密地堆積，但是含有較高的內(nèi) 應(yīng)力，該高的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致細(xì)微的裂紋和剝離。但是，該不利之處可以通過形成厚度非常薄 的為20nm以下的隔離層來克服，并且其厚度優(yōu)選為IOnm以下。如果隔離層的膜厚度小于 lnm，則不能充分地形成隔離層，并且不能提供足夠的粘附。而且，由于半導(dǎo)體激光器是連續(xù) 驅(qū)動的，所以熱使得包含在涂覆膜中的氧從其內(nèi)側(cè)擴(kuò)散到達(dá)端面，這可能損傷端面。因此， 優(yōu)選隔離層具有Inm以上且20nm以下的厚度。
隔離層通常通過磁控濺射工藝、等離子體化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝或電子回旋加 速諧振(ECR)濺射工藝制備。通常，氮化鋁通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝在 400°C以上的高溫下生長；比較而言，氮化鋁可以通過磁控管濺射工藝或ECR濺射工藝在室 溫下生長，以及通過等離子CVD工藝在200°C以下的溫度生長，因此這些工藝允許形成隔離 層而不使有源層退化。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制備氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其包 括形成III-V族氮化物半導(dǎo)體層；通過分裂III-V族氮化物半導(dǎo)體層將III-V族氮化物半 導(dǎo)體層形成為腔的步驟；使用惰性氣體清洗通過分裂所形成的腔的端面的步驟；在腔清洗 后的端面上形成氮化鋁層的步驟；以及在氮化鋁層的表面上形成氧化鋁層的步驟。
由于隔離層非常薄，使用惰性氣體清洗該隔離層，由此盡可能多地除去腔端面上 將形成隔離層的位置處的濕氣和氧化膜，這有助于增加對端面的粘附，并由此有助于增加 粘附的效果。優(yōu)選首先通過ECR濺射使用惰性氣體的等離子體清洗腔端面，然后形成隔離 層。只要使用了惰性氣體的等離子體，則可以通過進(jìn)行使用比如He、Ne、Ar或Xe的稀有氣 體或氮氣的ECR濺射就可以獲得希望的效果。


圖1是沿垂直于腔的長度方向截取的氮化物半導(dǎo)體晶片條的剖面圖。
圖2是從腔長度側(cè)面查看的氮化物半導(dǎo)體激光器條的側(cè)視圖。
圖3是使用實現(xiàn)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光器件進(jìn)行的壽命測試結(jié)果。
圖4是從腔長度側(cè)面查看的第一實施方式的氮化物半導(dǎo)體激光器條的另一側(cè)視 圖。
圖5是示出了設(shè)置有隔離層和未設(shè)置隔離層的器件中的COD級的時間變化的圖。
圖6示出了涂覆有氮化鋁膜并進(jìn)行老煉的器件的端面部分的AES分析的結(jié)果。
圖7是示出了提供有分隔層并進(jìn)行200小時的老煉的器件的COD級與涂覆膜厚度 之間的關(guān)系的圖。
圖8A是示出了提供有6nm厚的隔離層的器件的老煉特性的圖。
圖8B是示出了提供有50nm厚的隔離層的器件的老煉特性的圖。
具體實施方式
第一實施方式
使用金剛石尖通過刻線和分裂，將其上形成有激光器結(jié)構(gòu)和電極的氮化物半導(dǎo)體 晶片劈裂為條。圖1是沿垂直于腔的長度的方向截取的氮化物半導(dǎo)體晶片條的剖面圖。該 氮化物半導(dǎo)體條100具有形成在η型GaN襯底101上的下列層，其名稱依次為m-AWalnN 緩沖層102，n-AWalnN覆層103、n-AWalnN引導(dǎo)層104、AlfeJnN多量子阱有源層105、 P-AlGaInN引導(dǎo)層106、p-AlGalnN覆層107、p-AlGalnN接觸層108。這些氮化物半導(dǎo)體層 可以由III-V族氮化物半導(dǎo)體形成。
有源層105可以含有大約0. 01 %至10 %的比如As或P的V族材料。在p-AlGalnN 引導(dǎo)層106、ρ-ΑΚ^ΙηΝ覆層107、ρ-ΑΚ^ΙηΝ接觸層108的至少部分中，提供了沿著腔延伸 的條狀脊111。該條具有大約1. 2微米至2. 4微米的寬度，典型地為1. 8微米。
ρ電極110提供來與p-AKkilnN接觸層108接觸。在ρ電極110之下，在除設(shè)置了 脊111之外的其他位置提供了絕緣膜109。因此，氮化物半導(dǎo)體條100具有所謂的脊條結(jié) 構(gòu)。而且，在氮化物半導(dǎo)體條100的底面上，形成了 η電極112。
圖2是從腔長度側(cè)面查看的氮化物半導(dǎo)體激光器條的側(cè)視圖。在一個腔端面113 上，設(shè)置了由不含氧的六方晶體形成的隔離層115，而且在隔離層115之上，設(shè)置了端面涂 敷膜116。在另一個腔端面114上，設(shè)置了端面涂敷膜117。隔離層115由選自GaN、AKiaN、 InGaN等的材料形成。
氮化物半導(dǎo)體條100的劈裂面形成腔端面113和114。制造過程如下。將氮化物 半導(dǎo)體條100固定在夾具上，送入ECR濺射機(jī)器。然后，通過Ar的ECR濺射，將前側(cè)腔端面 113的表面處理由此將其清潔，從而在表面吸附的濕氣和以天然氧化物膜形式存在的氧化 物被去除。這有助于增加腔端面113和隔離層115之間的粘附。這里所使用的氣體可以是 任何的惰性氣體，例如除Ar之外的稀有氣體，即He、Ne或Xe，或氮氣、或氮氣和Ar的混合 氣體、或稀有氣體和氮氣的混合氣體。
隨后，通過ECR濺射，在腔端面113的表面上，設(shè)置了厚度為IOnm的氮化鋁(隔離 層115)，然后，還在其上設(shè)置了單層的氧化物鋁(端面涂敷膜116)。賦予單層的氧化鋁大 約3入/如或λ/4η(其中λ表示激光波長，η表示折射系數(shù))的厚度以給與5%的反射率。
接下來，通過Ar的ECR濺射，將后側(cè)腔端面114的表面進(jìn)行處理，從而在表面吸附 的濕氣和存在的氧化物被去除。隨后，通過ECR濺射，在腔端面114的表面上，形成端面涂 敷膜117。端面涂敷膜117由總共8層構(gòu)成的多層膜形成，該8層由氧化鋁/11 的四個周 期即“對”構(gòu)成，每層具有λ/4η的厚度，從而總的反射率為95%。該多層膜具有作為其第 一層(腔端面114側(cè)層)的氧化鋁。
然后將氮化物半導(dǎo)體條100分為氮化物半導(dǎo)體激光器的多個單獨的芯片，之后將 它們進(jìn)行封裝。使用這樣制造的氮化物半導(dǎo)體激光器的樣品，進(jìn)行壽命的測試，在圖3中示 出了該測試的結(jié)果。該測試是在60°C的封裝溫度下進(jìn)行，同時以脈沖電流驅(qū)動這些激光器， 從而它們以120mW的固定峰值輸出發(fā)射光。以七個樣品分別取得這些結(jié)果。如圖3所示，在整個通電周期內(nèi)的驅(qū)動電流的增加要比以前小，并且平均失效時間(MTTF)大約為5000 小時(以500和1000小時的驅(qū)動電流的增加估計而得)。而且，產(chǎn)率沒有因為端面電流泄 漏而降低，而且在整個加電周期中驅(qū)動電流沒有表現(xiàn)出急劇的增加。
另一方面，對于設(shè)置有傳統(tǒng)的金屬粘附層的激光器，MTTF大約為3000小時，并且 在十分之五即50%的激光器中，觀察到由于端面電流泄漏所導(dǎo)致的產(chǎn)率降低。在遭受端面 電流泄漏的激光器中，不管它們是否進(jìn)行老煉，在它們的起始特性中工作電流已經(jīng)過很大。 另一方面，使MTTF退化的原因之一是驅(qū)動期間驅(qū)動電流的急劇增加這一現(xiàn)象。這伴隨著在 端面的光吸收、膜脫落或膜惡化所導(dǎo)致的腔端面的破壞性退化。當(dāng)如傳統(tǒng)操作中使用金屬 層作為粘附層時，雖然該金屬層很薄，但是它吸收光由此導(dǎo)致上述退化。比較而言，根據(jù)本 發(fā)明，隔離層115不會吸收光；而且，隔離層115具有低的導(dǎo)電率，因此不可能導(dǎo)致端面電流 泄漏；另外，隔離層115在其上于腔端面113和端面涂敷膜116之間提供了優(yōu)良的粘附；而 且，隔離層115防止端面涂敷膜中的氧的擴(kuò)散到端面，由此防止端面的氧化。這些好處結(jié)合 起來防止了上述現(xiàn)象。
圖4是從腔長度側(cè)面查看的第一實施方式的氮化物半導(dǎo)體激光器條的另一側(cè)視 圖。在一個腔端面113上，設(shè)置了由六方晶體形成的隔離層115，而且在隔離層115的表面 上，設(shè)置了端面涂敷膜116。在另一個腔端面114上，設(shè)置了由六方晶體形成的隔離層118， 而且在隔離層118的表面上，設(shè)置了端面涂敷膜117。
制造過程如下。將氮化物半導(dǎo)體條100固定在夾具上，送入ECR濺射機(jī)器。然后，通 過Ar的ECR濺射，將前側(cè)腔端面113的表面處理，從而將在表面吸附的濕氣和存在的氧化 物去除。隨后，通過ECR濺射，在腔端面113的表面上，設(shè)置了 20nm厚的隔離層115)， 然后，還在其上設(shè)置了單層的氧化鋁(端面涂敷膜116)。賦予單層的氧化鋁大約3 λ /4n (其 中λ表示激光波長，η表示折射系數(shù))的厚度以給與5%的反射率。
接下來，通過Ar的ECR濺射，將后側(cè)腔端面114的表面進(jìn)行處理，從而將表面吸附 的濕氣和存在的氧化物被去除。隨后，通過ECR濺射，在腔端面114的表面上，設(shè)置了 20nm 厚的由AlxGa1J (其中X = 0.2或在中的任何值)形成的隔離層118，然后，還 在其上設(shè)置了端面涂敷膜117。端面涂敷膜117是由總共8層構(gòu)成的多層膜，該8層由氧化 鋁/T^2的四個周期即“對”構(gòu)成，每層具有λ /4η的厚度，從而總的反射率為95%。
然后將氮化物半導(dǎo)體條100分為氮化物半導(dǎo)體激光器的多個單獨的芯片，之后將 它們封裝。使用這樣制造的氮化物半導(dǎo)體激光器的樣品，在與前面所述的那些相同條件下 進(jìn)行壽命的測試(省略了結(jié)果)。同樣在這些壽命測試中，在整個加電周期中驅(qū)動電流沒有 表現(xiàn)出急劇的增加。
在第一實施方式中，隔離層115和118可以每個由可以形成六方晶體的材料形成， 例如，GaN、AWaN或hGaN。傳統(tǒng)上，粘結(jié)層形成為金屬層，其中端面涂敷膜通過分子間力結(jié) 合到其上，分子間力是一種較弱的結(jié)合力。比較而言，當(dāng)在隔離層115和118中使用上述一 種材料時，由于這些材料具有和形成氮化物半導(dǎo)體層的AKialnN半導(dǎo)體相同的晶體結(jié)構(gòu)， 所以隔離層115和118比之前更加牢固地結(jié)合到端面涂敷膜116和117以及結(jié)合到腔端面 113和114。如此，可以保持端面涂敷膜116和117與腔端面113和114通過隔離層115和 118的牢固而緊密的接觸，同時抑制當(dāng)使用金屬層作為粘附層時所發(fā)生的電流泄漏和光吸 收。
在產(chǎn)生短波長激光的氮化物半導(dǎo)體激光器中，用于形成在腔端面113和114上的 端面涂敷膜116和117的優(yōu)選的材料為氧化鋁，因為氧化鋁在大約400nm的短波長區(qū)域內(nèi) 是透明的，因為它產(chǎn)生相對低的應(yīng)力(雖然這依賴于膜形成條件)，以及因為它是熱穩(wěn)定 的。因此，使用氧化鋁形成端面涂敷膜116和117可以制造適于高光輸出的氮化物半導(dǎo)體 激光器。這樣，優(yōu)選隔離層115和118由含有與設(shè)置在其上的端面涂敷膜116和117的材 料共同的組成元素的化合物形成。因此，用于隔離層115和118的優(yōu)選的材料是含有對于 氧化鋁共同的元素鋁的化合物，比如氮化鋁。
當(dāng)直接在腔端面113和114上設(shè)置作為端面涂敷膜116和117的氧化鋁時，產(chǎn)生了 差的粘附，并且另外在氧化鋁中的氧將腔端面113和114氧化。如此氧化的腔端面113和 114已經(jīng)被確認(rèn)導(dǎo)致數(shù)量增加的非發(fā)光中心，并且因此在界面產(chǎn)生數(shù)量增加的熱量，導(dǎo)致氮 化物半導(dǎo)體激光器的較差的長期可靠性及降低了突變光學(xué)損傷(COD)極。比較而言，使用 不含有氧作為組成元素的氮化鋁來形成隔離層115和118有助于保持形成端面涂敷膜116 和117的氧化鋁遠(yuǎn)離腔端面113和114，因此有助于防止腔端面113和114的氧化，且由此 增加了氮化物半導(dǎo)體激光器的長期可靠性。
通常，氧化物材料(例如，氧化鋁、SiO2, TiO2, Ta2O5, Nb2O5或&02)產(chǎn)生了低的內(nèi) 部應(yīng)力，因此在氮化物半導(dǎo)體上設(shè)置它們的厚膜對其影響很小。比較而言，氮化物材料趨向 于產(chǎn)生高的內(nèi)應(yīng)力，并且因此在氮化物半導(dǎo)體上設(shè)置它們的厚膜強(qiáng)烈地影響了氮化物半導(dǎo) 體，以至使其老煉特性退化。為此，將氧化物材料設(shè)置為直接在腔端面上的端面涂敷膜從影 響內(nèi)應(yīng)力的觀點來看是優(yōu)選的，但是實際上是不可行的，因為這樣將導(dǎo)致腔端面的氧化。
端面涂敷膜116和117可以有含有與設(shè)置在其上的隔離層115和118的材料共同 的組成元素。端面涂敷膜116和117可以具有上述任意的氧化物和氮化物的多層結(jié)構(gòu)。
在隔離層115和118中，設(shè)置在腔的光出射側(cè)端面和端面涂敷膜116和117之間的 至少一個不是必要的。給定20nm以下的厚度，可以在較好的條件下設(shè)置隔離層115和118 而不會產(chǎn)生裂紋。隔離層115和118可以通過上述的ECR濺射工藝形成，或者可以通過等 離子CVD工藝或磁控管濺射工藝形成。通常，氮化鋁、GaN、AWaN、InGaN等通過MOCVD工藝 在400°C以上的高溫下生長；比較而言，它們可以通過磁控管濺射工藝或ECR濺射工藝在室 溫下生長，以及通過等離子CVD工藝在200°C以下的溫度生長，因此這些工藝允許形成隔離 層115和118而不使有源層105退化。
第二實施方案
接下來，將說明本發(fā)明的第二實施方案。除第二實施方案中隔離層僅由氮化鋁形 成之外，第二實施方案與第一實施方案相同。
第二實施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器條具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)，但是隔離層115 僅由氮化鋁形成。氮化物半導(dǎo)體層具有和第一實施方案中相同的結(jié)構(gòu)。該端面涂敷膜116 由氧化鋁形成，并且端面涂敷膜117由氧化鋁/TiO2的多層膜形成。
氧化鋁是用于形成在氮化物半導(dǎo)體激光器條100的腔端面113上的低反射端面涂 敷膜116的適當(dāng)材料，因為它在大約400nm的短波長范圍內(nèi)是透明的，因為它產(chǎn)生相對較低 的應(yīng)力(雖然這依賴于膜形成條件)，并且因為它是熱穩(wěn)定的，這些性質(zhì)使得氧化鋁適于形 成產(chǎn)生短波長激光的氮化物半導(dǎo)體激光器中的涂敷膜。使用氧化鋁形成端面涂敷膜116使 得制造的氮化物半導(dǎo)體激光器件適于在高光輸出下驅(qū)動。
而且，在第二實施方案中，由氧化鋁形成的端面涂敷膜116和其上形成有端面涂 敷膜116且由氮化鋁形成的隔離層115都含有Al作為它們共同的組成元素，并且這在端面 涂敷膜116和隔離層115之間幾個原子厚的界面層導(dǎo)致了 N和0的互擴(kuò)散，產(chǎn)生AlNxOyU < 1，y < 1，和x+y = 1)。因此，即使當(dāng)形成隔離層115的氮化鋁不是完全結(jié)晶的時，它也 表現(xiàn)出對形成端面涂敷膜116的增加的粘附。這有助于穩(wěn)定氮化物半導(dǎo)體激光器件的COD 級、壽命以及其它性質(zhì)。因此，氮化鋁可以被完全結(jié)晶；或者其部分可以保持為非晶態(tài)，這種 情形下隔離層115可以比進(jìn)行完全結(jié)晶時要容易形成。而且，如此形成的界面不會吸收光， 使得這樣的隔離層115和端面涂敷膜116的組合是一種優(yōu)良的選擇。
當(dāng)直接在腔端面113上設(shè)置氧化鋁作為端面涂敷膜116時，得到了較差的粘附，另 外在氧化鋁中的氧將腔端面113氧化。這樣氧化的腔端面113產(chǎn)生了數(shù)目增加的非發(fā)光中 心，并且因此在腔端面113和端面涂敷膜116之間產(chǎn)生了數(shù)量增加的熱，這導(dǎo)致較差的長期 可靠性。比較而言，使用氮化鋁形成隔離層115有助于將形成端面涂敷膜116的氧化鋁中 的氧遠(yuǎn)離腔端面113，因此有助于防止腔端面113的氧化，從而增加了由氮化物半導(dǎo)體激光 器條100獲得的氮化物半導(dǎo)體激光器件的長期可靠性。
而且，在設(shè)置為氮化鋁膜的隔離層115上形成作為端面涂敷膜116的氧化鋁膜使 得Al為它們共同的元素。在該情形，通過將ECR反應(yīng)濺射機(jī)器等與Al金屬靶組合使用，在 濺射期間可以通過選擇是否將氮氣或氧氣與Ar混合來改變形成的膜的類型。因此，可以無 需將氮化物半導(dǎo)體激光器條100從ECR濺射機(jī)器中取出而連續(xù)地進(jìn)行膜形成，因此不會將 隔離層115和端面涂敷膜116暴露于大氣。這抑制了在形成端面涂敷膜116之前在隔離層 115的表面上天然形成的氧化物的形成，以及抑制了空氣中的雜質(zhì)附著到隔離層115的表 面上，因此有助于通過隔離層115增加腔端面113和端面涂敷膜116之間的粘附。
接下來，將說明第二實施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器條100的制備方法。
預(yù)處理
將氮化物半導(dǎo)體激光器條100固定在夾具上，引入到ECR濺射機(jī)器中。然后，通過 Ar的ECR濺射，處理前側(cè)腔端面113的表面從而去除吸附在表面上的濕氣和存在的氧化物。 這有助于增加腔端面113和隔離層115之間的粘附。這里所使用的氣體可以是任何惰性氣 體，例如除Ar之外的稀有氣體，即He、Ne或Xe，或氮氣，或Ar和氮氣的混合氣體，或稀有氣 體和氮氣的混合氣體。
膜形成(低反射側(cè))
接下來，將說明隔離層115和端面涂敷膜116如何在ECR濺射機(jī)器中形成。在第 二實施方案中，設(shè)置來與腔端面113接觸的形成隔離層115的氮化鋁膜具有20nm的厚度， 形成腔端面膜116的氧化鋁膜具有70nm的厚度。這里，由于形成隔離層115的氮化鋁膜薄 至20nm，所以它對端面涂敷膜116的反射性影響很小。
首先，氬氣(以20ccm的流速)和氮氣(以5至6ccm的流速)被引入到ECR濺射 機(jī)器中，并且被轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體狀態(tài)。在ECR濺射機(jī)器中的氣壓為大約5X10_2Pa，微波功 率是500W，并且連接到Al靶的RF功率源的輸出為500W。在該狀態(tài)，當(dāng)直接在夾具的之下 設(shè)置的將Al靶與ECR濺射機(jī)器分隔開的快門被打開時，開始形成作為隔離層115的氮化鋁 膜。這里，氮化鋁膜的厚度被控制為20nm以下，例如在該實施方案中為20nm。之后，關(guān)閉快 門，并且使用Ar等離子體濺射Al靶的氮化物表面從而露出金屬表面。8
之后，氬氣(以40ccm的流速)和氧氣(以6至7ccm的流速)被引入到處理腔中， 并且被轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體狀態(tài)。在ECR濺射機(jī)器中的氣壓為大約1 X KT1Pa,微波功率是500W， 并且連接到Al靶的RF功率源的輸出為500W。在該狀態(tài)，直接在夾具之下設(shè)置的快門被打 開，氧化鋁膜待形成作為端面涂敷膜116。在入氮化物激光器件中以大約400nm的波長產(chǎn)生 激光的情形中，由于激發(fā)波長λ = 400nm和折射系數(shù)=1. 6，因此λ /4n = 62. 5nm，則氧化 鋁膜的厚度為約70nm使得它可以提供5%的反射率。這里，以如下的方式控制膜厚度預(yù) 先在偽條等上臨時進(jìn)行膜的形成，測量反射率來研究膜形成速率；然后，基于這樣研究的膜 形成速率，控制將快門保持打開的延續(xù)時間。因此具有形成在其上的低反射率端面涂敷膜 116的腔端面113為前側(cè)端面，而相對的腔端面114則為后側(cè)端面。
這里，隔離層115可以通過除ECR濺射工藝之外的方法形成；例如，它可以通過濺 射或等離子CVD工藝形成。然而，MOCVD工藝需要400°C以上的高溫，通過ECR濺射工藝在 室溫以及通過等離子CVD工藝在200°C以下的溫度下可以形成緊密堆積的膜。因此，在氮化 物半導(dǎo)體層的激發(fā)波長(大約300nm到600nm的波長)附近，沒有任何的光吸收發(fā)生，而且 在氮化物半導(dǎo)體層和隔離層115之間的界面也不會吸收光。而且，由于不需要加熱，所以在 氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)不會發(fā)生退化。因此，優(yōu)選通過濺射、等離子CVD工藝或通過ECR濺射工 藝形成隔離層115。端面涂敷膜116可以形成為除單層氧化鋁膜之外的形式；它可以形成 不同組分的多層，只要設(shè)置來與隔離層115接觸的層是氧化鋁層即可。
膜形成(高反射側(cè))
接下來，即完成端面涂敷膜116的形成之后，將夾具取出，并且這樣改變設(shè)置使得 現(xiàn)在可以在后側(cè)腔端面114上形成膜。然后，通過基本上與前側(cè)相同的過程形成反射率高 達(dá)95%的端面涂敷膜117。具體而言，在后側(cè)腔端面114上，就如在相反側(cè)，形成氮化鋁膜 作為隔離層118。隨后，在隔離層118上，形成端面涂敷膜117，這里該端面涂敷膜117由4 個周期(即，對)的氧化鋁/TiO2總共8層構(gòu)成多層膜形成。這些層的每個具有λ/4η的 厚度，從而總的反射率為95%。形成隔離層118的氮化鋁膜具有大約6nm的厚度。由于隔 離層118較薄，所以它對端面涂敷膜117的反射率影響很小。這里，使用與前側(cè)上相同的隔 離層涂敷(雖然膜的厚度不同，但是預(yù)處理、膜形成條件等是相同的)有助于賦予后側(cè)腔端 面114足夠的壽命。
但是，通常在后側(cè)的高反射端面涂敷膜117附近的光密度要小于前側(cè)的低反射端 面涂敷膜116附近的光密度。因此，在后側(cè)上比在前側(cè)上產(chǎn)生更少的熱量，使得在后側(cè)的毀 壞不太可能。因此，雖然后側(cè)隔離層118在第二實施方案中以與前側(cè)隔離層115相同的條 件形成，但是后側(cè)隔離層118可以在不同的條件下形成，或者可以是不同種類的膜(即，比 如TiO2, Ta2O5, ZrO2, Nb2O5或Y2O5的不同的材料)。端面涂敷膜117可以由氧化鋁/TiO2之 外的材料形成，只要它可以提供大約95%的反射率即可；例如，它可以由Si02/Ti02/Si02/ Ti02/Si02/Ti02/Si02/Ti02/Si0j^成的九層涂層形成。
分離為芯片和安裝
在完成形成前側(cè)和后側(cè)端面涂敷膜116和117之后，然后通過使用刻劃和分裂機(jī) 器將氮化物半導(dǎo)體激光器條100分為單個芯片形式的單獨的氮化物半導(dǎo)體激光器件。之 后，分離的氮化物半導(dǎo)體激光器件單獨地安裝在氮化鋁、SiC等的基板上，這些基板每個然 后隨同已經(jīng)安裝其上的部件單獨地安裝在主干(Stem)上。之后，將氮化物半導(dǎo)體激光器件進(jìn)行引線鍵合從而可以連接到設(shè)置在主干上的管腳上，然后在大氣中通過蓋進(jìn)行密封從而 得到最終產(chǎn)品。
具有隔離層的激光器件與不具有隔離層的激光器件之間的比較
使用如下的每個測量在最初狀態(tài)下觀察的COD級和在200小時的老煉之后觀察 的COD級(a)如上所述制造的第二實施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器件，即，該氮化物半導(dǎo) 體激光器件具有在其前側(cè)腔端面113上形成且由氮化鋁形成的隔離層115，以及還具有在 該隔離層115上由氧化鋁形成的端面涂敷膜116 ；以及(b)比較示例，具體而言一種氮化物 半導(dǎo)體激光器件，其具有僅在其前側(cè)腔端面113上形成且由氧化鋁形成的端面涂敷膜，在 之間沒有隔離層。老煉是在如下的條件下進(jìn)行的通過自動(即固定)功率控制(APC)驅(qū) 動，70°C的器件溫度以及60mW的輸出。COD級在如下的條件下測量使用脈沖寬度為50nm 以及50%的占空比的脈沖，以及在室溫下進(jìn)行。圖5示出了 COD級的時間變化。結(jié)果如表 1所示
表 權(quán)利要求
1. 一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括 III-V族氮化物半導(dǎo)體層；腔，設(shè)置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層中，且具有包括前端面和后端面的成對的端端面涂覆膜，形成在所述腔的所述前端面的前側(cè)以及所述腔的所述后端面的后側(cè)， 隔離層設(shè)置于所述端面涂覆膜與所述腔的所述成對的端面之間的界面的至少之一處，其中所述隔離層由氮化鋁形成，所述氮化鋁具有與所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層相同晶系 的六方晶體結(jié)構(gòu)，并且所述隔離層的至少部分是非晶態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述隔離層形成在所述腔的所 述前端面和所述后端面二者處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述端面涂覆膜具有由氧化物 形成的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述氧化物是氧化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述隔離層通過磁控濺射工 藝、等離子體CVD工藝或ECR濺射工藝制備。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括III-V族氮化物半導(dǎo)體層；設(shè)置在III-V族氮化物半導(dǎo)體層中的腔；以及在腔的端面上形成的端面涂覆膜；其中，端面涂敷膜具有在其面對腔的端面的一側(cè)上的氧化鋁層，設(shè)置在端面涂覆膜和腔的端面之間的由氮化鋁形成的隔離層；以及隔離層具有1nm以上且20nm以下的厚度。
文檔編號H01S5/028GK102044843SQ20101055924
公開日2011年5月4日 申請日期2006年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月7日
發(fā)明者川口佳伸, 神川剛 申請人:夏普株式會社