專利名稱：氮化物半導體激光元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明是關于在諧振器端面上形成由單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜的氮化物半導體激光元件及其制造方法。
背景技術：
以前被廣泛使用的應用GaAs類的半導體的半導體激光元件，通過在其諧振器端面上形成保護膜的窗型結(jié)構(gòu)，可使激光元件長壽命化。即使是氮化物半導體激光元件，因為氮化物半導體通過RIE(反應性離子蝕刻)和開裂形成的諧振器端面上的禁帶寬度(hand gap)能量小，所以在端面上產(chǎn)生射出光的吸收，由該吸收在端面上產(chǎn)生熱，要實現(xiàn)100mW以上的高輸出激光的話就會有壽命特性的問題。這是因為提出形成氮化物半導體激光元件的窗型結(jié)構(gòu)，作為保護膜，提出形成AlGaInN半導體膜的方法(專利公開平7-249830)，形成AlN等的保護膜的方法(專利公開2002-26442)。
不過，為了由單結(jié)晶通過氣相生長法形成上述中的保護膜需要1000℃以上的生長溫度，在所需的生長溫度下含有In的活性層受到損傷。因此，要使該保護膜在不損傷活性層的溫度下形成的話，保護膜就是非結(jié)晶的。在將這個非結(jié)晶的保護膜應用在半導體激光元件的窗型結(jié)構(gòu)上時，因為不是單結(jié)晶，產(chǎn)生反射光散射，激光束形狀不均勻，并且，還會有因為非結(jié)晶具有顏色而產(chǎn)生光吸收，在端面產(chǎn)生發(fā)熱引起端面惡化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明為解決上述問題，其目的是提供一種氮化物半導體激光元件，在不使活性層受到損傷的低溫下且由不產(chǎn)生上述問題的單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜。
本發(fā)明的氮化物半導體激光元件，在n型氮化物半導體層和p型氮化物半導體層之間具有包括由含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層的諧振器，其特征在于在所述激光元件的相對向的諧振器端面的至少放射端面上，以不損傷所述活性層的低溫形成與活性層相比禁帶寬度能量大的單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜。
這里所謂不損傷由含In氮化物半導體構(gòu)成的活性層的低溫，是指由含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層的形成溫度以下的溫度。因為由含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層溫度是在通常生長溫度900℃生長的，因此，若是在其生長溫度以下的溫度的話，上述活性層等就不會因分解等受到損傷。因此，端面膜的生長溫度在900℃以下，優(yōu)選600℃以下，最好是500℃以下。
并且，在關于本發(fā)明的氮化物半導體激光元件上，所謂包括由含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層的諧振器是指光導波區(qū)域，通常由活性層和光導層構(gòu)成。因此，在本發(fā)明的端面膜形成只要至少覆蓋所述諧振器端面區(qū)域即可。所述活性層是由至少一個InGaN阱層或InAlGaN阱層，單個或多重量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
本發(fā)明的端面膜是由單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成。該混晶比率是由與端面膜的功能的關系決定的。也就是說，活性層的放射端面的禁帶寬度能量由于在放射端面形成時進行蝕刻和開裂而變狹窄，所以能夠由端面膜使該端面的禁帶寬度能量擴大到不進行光吸收的禁帶寬度能量來決定混晶比?？紤]端面膜的結(jié)晶性，Al混晶比為0.3以下，最好是0.15以下。在關于本發(fā)明的氮化物半導體激光元件上，所述端面膜的膜厚希望為50以上，但為保證端面膜的均勻性，希望是在1微米以下，優(yōu)選2000。
在本發(fā)明中，為使所述單結(jié)晶的AlXGa1-XN(0≤X≤1)在所述低溫下形成而適用AMMONO法。是在氨的超臨界狀態(tài)下，將AlXGa1-XN(0≤X≤1)單結(jié)晶層形成在所定的晶種面(本發(fā)明是激光元件的諧振器端面)上的方法，通過采用AMMONO法所述單結(jié)晶端面膜能夠在900℃以下，優(yōu)選600℃以下，最好500℃以下形成單結(jié)晶端面膜。采用AMMONO法后，受通常高壓釜組成的影響，有時所述端面膜含有從Ni、Cr、Co、Ti、Fe、Al、Si、Mn構(gòu)成的群中選擇出的至少一種。并且，所述端面膜作為AMMONO法的特征，含有作為礦化劑使用的族編號1(IVPAC.1989)元素、Li、K、Na或Cs中的至少一種。所述端面膜因為不吸收從所述氮化物半導激光元件的反射光，故沒有放射端面的熱吸收，即使是在100mW以上的氮化物半導體激光元件中也可以抑制COD的產(chǎn)生。
并且，所述氮化物半導激光元件，形成在從GaN基板、藍寶石基板、尖晶石基板、ZnO基板、SiC基板、在其他上藍寶石基板等的不同類基板上由GaN的橫向生長形成的ELO生長基板、使表面具有凹凸的氮化物半導體生長的基板所構(gòu)成的群體選出的基板上。這里，所謂ELO(Epitaxial-Lateral-Overgrowth)基板是利用GaN的橫方向生長的基板，是降低轉(zhuǎn)位缺陷的基板。在超臨界氨中使AlXGa1-XN(0≤X≤1)作為端面膜生長的本發(fā)明中希望是GaN基板。這是因為在使用和端面膜不同構(gòu)成的不同種類基板的氮化物半導體激光元件的情況時，要極力避免混入到端面膜的形成中溶解于超臨界氨中再結(jié)晶的端面膜的半導體中而不純物的情況。所述GaN基板是在超臨界氨中生長的GaN基板等。在和氮化物半導體不同的基板上生長的氮化物半導體激光元件在器件工序中進行開裂是困難的。這是因為將GaN生長的不同種類的基板沒有開裂性。不過，因為GaN基板具有開裂性，所以在諧振器端面形成時，可以利用優(yōu)良地得到鏡面的開裂形成端面。并且，因為同質(zhì)外延生長，可以在生長所述激光元件后抑制基板的翹曲。由此，不會產(chǎn)生裂縫。還有，所述GaN基板一般形成激光元件的生長面是C面。得到由氣相生長法得到的GaN基板。由AMMONO法，在超臨界氨中使GaN的塊狀單結(jié)晶在C軸方向以厚度2.5cm生長后，若切削就可得到φ1英寸以上的以A面或M面為主面的GaN基板。因為A面或M面沒有極性(non-polar)，所以對活性層不產(chǎn)生分極作用。除此之外通過將(00-1)面為主面的GaN基板極性置換，能夠?qū)面(0-001)面作為主面。
所述氮化物半導體激光元件形成在GaN基板上的C面上后，所述端面膜形成在M或A面上，能夠成為沒有極性的端面膜。當所述氮化物半導體激光元件形成在超臨界氨中生長的GaN基板上的A面上時，對激光元件的活性層沒有分極作用，并且諧振器反射面成為M面，在M面上形成M面端面膜，對開裂有益。當所述氮化物半導體激光元件形成在超臨界氨中生長的GaN基板上的M面上時，對活性層沒有分極作用，并且在諧振器反射面上形成沒有極性的A面端面膜。
本發(fā)明，提供氮化物半導體激光元件的制造方法，其特征是，在n型氮化物半導體層和p型氮化物半導體層之間具有包括含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層的諧振器，并且該制造方法包括所述在激光元件上進行蝕刻或開裂形成相對向的諧振器端面的第1工序，和在所述激光元件的相對向的諧振器的至少放射端面上，形成由以不損傷所述活性層的低溫形成的單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜的所述第2工序。
所述第2工序，通過在超臨界氨中形成所述端面膜，能夠在不對活性層有損傷的低溫下形成單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)。
在所述第2工序中，其特征是至少在諧振器的p型接觸層的上表面形成相對于超臨界氨溶解度與端面膜組成同等或低的掩膜后，形成所述端面膜。通過形成該掩膜而可以抑制在溶解性強的超臨界氨中在氮化物半導體激光元件的端面形成時激光元件諧振器從p型接觸型層的上表面和端面的角溶解。所述掩膜可以從氧化硅、氮化硅、氮化鋁、鉬、鎢等群中選擇。因為這些掩膜材料在超臨界氨中比GaN穩(wěn)定，在用該掩膜覆蓋區(qū)域的接觸層表面上能夠抑制溶解。掩膜在后工序脊形成時容易去除。
在所述氮化物半導體激光元件的制造方法上，所述端面膜在超臨界氨中的成膜溫度為100℃以上900℃以下。因為氮物半導體激光元件是含有InGaN的量子阱結(jié)構(gòu)，所以如果以比900℃高的溫度在活性層上進行層生長的話，該活性層可能會分解。利用本發(fā)明，能夠在900℃以下最好是600℃以下的溫度下使端面膜生長。


圖1是關于本發(fā)明的氮化物半導體激光元件的端面剖視圖。
圖2A-2D是表示在兩端面上無掩膜地形成端面膜的制造工序的剖視圖。
圖3A-3E是表示關于本發(fā)明實施形式的氮化物半導體激光元件端面膜的制造工序的剖視圖。
圖4是在基板上形成保護膜、適用本發(fā)明情況的實施形式的晶片的剖視圖。
圖5A-5E是通過開裂的氮化物半導體激光元件的制造方法中，適用于本發(fā)明情況的工序說明圖。
具體實施例方式
下面，對關于本發(fā)明的實施形式進行說明。
圖1是有關于本發(fā)明的半導體激光的剖視圖，在藍寶石基板1上，n型氮化物半導體層2和p型氮化物半導體層4進行層疊，其之間形成有由含In的氮化物半導體構(gòu)成的單一或多重量子阱結(jié)構(gòu)的活性層3。因此，在從近紫外光到可視光綠色的波長區(qū)域(370nm以上550nm以下)獲得發(fā)光效率優(yōu)良的激光元件。N型氮化物半導體層2由n-接觸層21、裂紋防止層22、n型覆蓋層23及n型光導層24構(gòu)成。并且，所述裂紋防止層22在使用GaN基板的情況下，為了抑制晶片的翹曲可以省略。P型氮化物半導體層4由罩層41、p型光導層42、p型覆蓋層43、p接觸層44構(gòu)成。這里，在所述藍寶石基板1上通過以降低移位缺陷層的ELO層或以降低凹痕為目的的AlGaN層可以形成n-接觸層21。在所述上述實施形式中，半導體激光元件的諧振器是由所述活性層3和p型層及n型層的光導層24、42或罩層41構(gòu)成的。在諧振器端面的放射端面上形成由單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜5。該端面膜也可以在諧振器端面的光反射側(cè)上形成(圖2)，能夠抑制由反射光產(chǎn)生的端面惡化。
下面，說明關于本實施形式的氮化物半導體激光元件的代表性3個制造方法。
圖2A～D表示不形成掩膜、在諧振器兩端面上設置端面膜的工序。
圖3A～E是在諧振器的放射端面?zhèn)纫酝庠O置掩膜，在放射端面上形成端面膜的工序。
圖5A～E是將諧振器的放射端面作為M面，形成脊、電極后由開裂形成放射端面。接著，在其端面?zhèn)纫酝庠O置掩膜，在放射端面上形成M面端面膜，其后由開裂等薄片化形成激光元件的工序。
在圖2所示的第1方法上，是準備首先在藍寶石基板1上形成以700℃以下的低溫生長的緩沖層11，在其緩沖層11上依次生長n型氮化物半導體層2、活性層3及p型氮化物半導體層4的晶片(圖2A)。這里，能夠在低緩沖層11上通過ELO層生長n型氮化物半導體層2，降低缺陷。
接著，將所述晶片通過蝕刻使諧振器端面及n-接觸層21露出(圖2B)。其后，在露出諧振器端面的晶片上采用AMMONO法形成端面膜5。
在高壓釜內(nèi)與成為端面膜原料的原料、成為反應催化劑的礦化劑一起設置晶片，投入氨，通過所定的溫度控制達到超臨界狀態(tài)。
所述晶片是采用在藍寶石基板1上依次生長n型氮化物半導體層2、活性層3及p型氮化物半導體層4的晶片，但取代之也可以使用除去像藍寶石這樣的不同種類基板的晶片；在基板1上依次生長n型氮化物半導體層、活性層3及p型氮化物半導體層4，用無論是否溶解在超臨界氨中均不混入端面膜中的材料如Ag等掩蔽6諧振器端面的只反射光一側(cè)構(gòu)成的晶片；用所述Ag等掩蔽6諧振器端面的放射端面以外的所有面構(gòu)成的晶片；只掩蔽所述基板的晶片(圖4)。
如果在所述超臨界氨中CaN的溶解度也高，并不在p型氮化物半導體層4的表面上形成掩膜的話，氮化物半導體層從最表面和放射端面之間的角部溶解。因此，掩蔽p型氮化物半導體層4的最表面的p型接觸層。該掩膜材料可以從氮化硅、氮化硅、氮化鋁、鉬、鎢中選擇。因為這些掩膜材料在超臨界氨中比GaN穩(wěn)定，所以能夠抑制GaN的溶解。因此就意味著若在p型接觸層上形成掩膜則可抑制p型接觸層和放射端面之間的角部溶解。并且，最好在形成端面膜后的工序上容易除去。該掩膜的膜厚為1μm以上。
上述晶片在高壓釜內(nèi)反應后的晶片在氮化物半導體層的露出面上形成由單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜(圖2C)。
接著，去除p型半導體層4上的端面膜，在放射端面上形成上述保護膜、在相反側(cè)上形成反射膜，在溝槽部切除得到激光元件。這里，上述保護膜和反射膜可以是同一材料，由具有保護作用和反射作用的SiO2、TiO2或它們的多層膜形成。
在如圖3所示的第2方法中，首先，準備在GaN基板1的C面上將n型氮化物半導體層2也就是n-接觸層21、裂紋防止層22、n型覆蓋層23及n型光導層24、其次，活性層3、p型氮化物半導體層4也就是罩層41、p型光導層42、p型裂紋防止層43、p接觸層44順序生長的晶片(圖3A)。這里，因為使用GaN基板，所以不是如第1方法那樣在低溫緩沖層11上通過ELO層使n型氮化物半導體層2生長，能夠降低外延層的缺陷。
接著，將所述晶片由蝕刻露出諧振器及n-接觸層21，除了諧振器端面的反射面?zhèn)韧庑纬裳谀?(圖3B)。然后，在露出諧振器端面的晶片上采用AMMONO法形成端面膜5(圖3C)。
接著，形成端面膜后，除去掩膜7，由通常的器件工序形成脊(圖3D)。進行光導波的脊形帶(ridge stripe)是在諧振器方向上形成的。脊的幅寬為1.0-20μm，脊的深度達到p型覆蓋層或p型光導層。然后以覆蓋脊的方式，形成由ZrO2膜構(gòu)成的嵌入層70。為接觸脊上部的p型接觸層43形成p歐姆電極80。所述脊數(shù)不僅可以是單數(shù)，也可以復數(shù)形成成為多帶型激光元件。接著，在n型接觸層21的表面上與p型電極平行形成n電極90。接著，形成p-平頭電極110(pad electrode)、及n-平頭電極120。并且，通過交替形成SiO2和TiO2的圖形，而以覆蓋除p電極及n電極上方的整個元件的方式將SiO2/TiO2絕緣膜作為激光發(fā)振的反射膜100發(fā)揮功能。最后，從晶片上通過劃線，分割各個氮化物半導體激光元件。能夠制作如上所述的氮化物半導體激光元件(圖3E、圖)。
并且，也可以在所述端面膜上設置為有效進行諧振的保護膜。該保護膜是與端面膜AlGaN具有折射率差的。具體的是Nb、Ni、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、W、Rh、Ru、Mg、Al、Sc、Y、Mo、Ta、Co、Pd、Ag、Au、Pt、Ga，還有它們的氧化物、氮化物、氟化物等化合物。
圖5A～E作為第3方法，表示作為基板使用GaN基板1的A面，將放射端面作為M面由開裂得到激光元件的工序。在這個GaN基板上和第2方法相同形成氮化物半導體激光元件。在同一部件上對于同一序號省略說明。接著，通過蝕刻露出n型接觸層21(圖5A)。其后，形成脊(圖5B)、進一步形成與脊的最上部的p型接觸層43接觸的p歐姆電極80。接著，在n型接觸層21的表面上形成n電極90。接著，形成p-平頭電極110、n-平頭電極120(圖5C)。接著，通過開裂形成放射端面。因此，晶片形成為棱狀。其后，在超臨界氨中形成端面膜5(圖5D)。能夠?qū)⑵溟_裂制作激光元件(圖5E)。
作為使用超臨界氨的AMMONO法，是利用在超臨界狀態(tài)的氨中氮化鎵系化合物表現(xiàn)的負溶解度曲線的氮化物半導體的生長方法，在波蘭申請(P-347918號及P-350375號)及PCT申請(PCT/IB02/04185)詳細記載，普通技術人員能夠參照以下簡要說明及實施例容易地實施本案發(fā)明。
關于所需的方法，簡要說，所謂上述的負溶解度曲線是指在反應系內(nèi)在高溫區(qū)域氮化物半導體的溶解度低、在低溫區(qū)域氮化物半導體的溶解度高的意思，在高壓釜中形成高溫區(qū)域和低溫區(qū)域?qū)⑵錅囟炔钸M行適當控制，在低溫區(qū)域產(chǎn)生氮化物溶解的同時，在高溫區(qū)域發(fā)生氮化物的再結(jié)晶，通過將從低溫區(qū)域到高溫區(qū)域進行對流，在高溫區(qū)域?qū)⒌锞S持在一定的濃度，也可以使氮化物有選擇地在晶種上生長。
因此，上述晶片在上述高壓釜反應系內(nèi)配置在高溫區(qū)域，原料配置在低溫區(qū)域。因此，首先，低溫區(qū)域的原料溶解，形成過飽和狀態(tài)。接著，在反應系內(nèi)產(chǎn)生對流，溶解的原料流向高溫區(qū)域。因為這個高溫區(qū)域溶解度低，溶解的原料在作為晶粒在作為晶種的晶片上再結(jié)晶。通過這個再結(jié)晶，本發(fā)明形成端面膜。并且，這種方法的特征是，不是在像氮化物半導體的氣相生長那樣的900℃以上生長氮化物半導體，而是在900℃以下，優(yōu)選600℃以下，更優(yōu)選是500℃的低溫下生長氮化物半導體，因此，不會使配置在高溫區(qū)域的晶片含In的活性層因受熱而分解。
在所述原料中因單結(jié)晶層的組成不同而不同，端面膜用GaN形成的情況下通常是使用GaN單結(jié)晶或多結(jié)晶，或者使用GaN的前驅(qū)體和Ga金屬，一旦形成GaN單結(jié)晶或多結(jié)晶，能夠使其再結(jié)晶。GaN能夠使用由HVPE法或MOCVD法的氣相生長法形成的和由AMMONO法、溶化法、或高壓法形成的。GaN的前驅(qū)體上能夠使用迭氮化鎵、亞氨化鎵、氨化鎵或它們的混合物。
AlN的情況和GaN同樣，使用AlN單結(jié)晶或多結(jié)晶，或者使用AlN的前驅(qū)體或Al金屬，一旦形成AlN單結(jié)晶或多結(jié)晶，并使其再結(jié)晶。
AlGaN的情況，因為是AlN和GaN的共晶，使兩者原料適宜混合使用，但使用金屬和單結(jié)晶或多結(jié)晶(如Al金屬和GaN單結(jié)晶或多結(jié)晶)，希望可以通過將礦化劑2種以上使用來得到所定的構(gòu)成。
在所述礦化劑上可以使用堿金屬(Li、Na、K、Cs)或者堿金屬配位化合物(酰氨化堿金屬、亞酰氨化堿金屬)。這里，所述堿金屬與氨的摩爾比為1∶200～1∶20，優(yōu)選使用Li。因為Li是溶解度低的礦化劑，所以，能夠抑制露出的端面溶解，并且，在形成50以上、1μm以下的厚度的保護膜的情況好。
所述高壓釜主要是由Ni、Cr、Co構(gòu)成的合金構(gòu)成的，此外含有Ti、Fe、Al、Si、Mn等。
這里，由單結(jié)晶AlXGa1-XN構(gòu)成的端面膜5的膜厚優(yōu)選在50以上。這是因為該膜厚比50A薄且使蝕刻端面平坦化的效果變小。并且，作為膜厚的上限，只要是普通技術人員可以實施的膜厚即可。并且，在本發(fā)明中，端面膜是在帶(stripe)的側(cè)面和端面及n型接觸層21的表面上生長的，但是至少是在n型接觸層21的表面上生長的膜，最好是以不嵌埋帶的活性層的方式在1μm以下中止生長。
并且，在端面膜5上為了效果的平坦化而優(yōu)選降低Al的混晶。不過，要提高如本發(fā)明中的阱結(jié)構(gòu)的效果可使Al盡量少混晶。這是因為Al混晶即使為零也可以，端面膜5是AlXGa1-XN，優(yōu)選0≤X≤0.3，最好是0≤X≤0.15。
并且，在使蝕刻后的帶的側(cè)面和端面上生長端面層后，能夠使帶的側(cè)面和端面成為接近鏡面狀態(tài)的面。也就是說，在剛剛蝕刻后，帶的側(cè)面和端面是凹凸比較多的面，通過端面膜的生長，其凹凸消除成為平滑面。并且，端面膜可以是單一膜，也可以是由Al構(gòu)成的不同的多個層構(gòu)成的多層膜。
以下說明關于本發(fā)明的實施例。
并且，本發(fā)明并不限定于以下的實施例。
實施例1首先將以2英寸直徑、C面為主面的藍寶石基板1設置在MOCVD反應容器內(nèi)，將溫度控制在510℃，作為載體氣體使用氫、作為原料氣體使用氨和TMG(三甲基鎵)，在藍寶石基板將由GaN構(gòu)成的低溫生長的緩沖層11成形為200的膜厚。
緩沖層生長后(1)作為n型接觸層將摻質(zhì)Si為3×1018/cm3的GaN成形為4μm。
(2)作為n型裂紋防止層，將無摻質(zhì)的In0.06Ga0..49N成形為1.5μm。
(3)作為n型覆蓋層，將無摻質(zhì)的Al0.1Ga0.9N25、和摻質(zhì)Si為1×1019/cm3n型GaN交替反復層疊成為總膜厚為1.2μm的超晶格。
(4)作為n光導層將無摻質(zhì)GaN成形為0.2μm。
(5)作為活性層，將由摻質(zhì)Si的In0.005Ga0.95N構(gòu)成的阻擋層100和無摻質(zhì)In0.1Ga0.9N構(gòu)成的阱層40交替層疊，成為由阻擋層/阱層/阻擋層/阱層/阻擋層構(gòu)成的總膜厚380的量子阱層。
(6)作為p型覆蓋層將摻質(zhì)Mg為1×1020/cm3的p型Al0.3Ga0.7N形成為300。
(7)作為p型光導層將無摻質(zhì)的GaN層成形為0.2μm(8)作為p型覆蓋層將無摻質(zhì)的Al0.16Ga0.84N25和無摻質(zhì)的GaNA25交替層疊形成總膜厚為0.6μm的超晶格層(9)作為p型接觸層將摻質(zhì)Mg為1×1020/cm3的p型GaN層依次層疊為150。
層疊后，將MOCVD反應裝置內(nèi)充入氮氣氣氛，在700℃下將晶片進行退火，使p型氮化物半導體層更加低阻抗化。
退火后，將晶片從反應容器中取出，在最上層的p型接觸層表面上形成由帶狀的SiO2構(gòu)成的保護膜(掩膜)，由RIE進行蝕刻形成帶，使諧振器端面及n型接觸層的表面露出。p型接觸層表面上形成的SiO2的保護膜(掩膜)通過濕式蝕刻除去。
接著，將晶片配置在系統(tǒng)內(nèi)為超臨界氨的反應容器(高壓釜)內(nèi)。在高壓釜(36cm3)內(nèi)，除晶片外作為原料準備GaN為0.5g，氨為14.7g，并且作為礦化劑準備Li為0.036g，進行密閉。該高壓釜內(nèi)的溫度為500℃以下，形成高溫區(qū)域和低溫區(qū)域。在550℃的高溫區(qū)域中配置晶片，在450℃的低溫區(qū)域上配置原料的GaN、Ga金屬。將該高壓釜內(nèi)以密閉狀態(tài)放置3天。
通過以上，以低溫條件在超臨界氨中使由單結(jié)晶GaN構(gòu)成的端面膜以100的膜厚，生長在帶的端面和側(cè)面及露出的n型接觸層的表面、p型接觸層的表面上。
接著，形成由單結(jié)晶GaN構(gòu)成的端面膜后，將最上層的p型接觸層上表面形成的單結(jié)晶GaN蝕刻除去后，在該p型接觸層上表面形成1.5μm的帶狀的SiO2掩膜，到p型覆蓋層的中途通過蝕刻在帶部再形成脊。該蝕刻的進行使得蝕刻后脊兩側(cè)的p型覆蓋層的膜厚為0.1μm。
以上形成的是幅寬為1.5μ的脊部。
接著，采用濺射從SiO2掩膜上覆蓋帶部的上表面地形成膜厚為0.5μm的ZrO2膜。
熱處理后，在帶部的上表面，在脊部的側(cè)面及脊部兩側(cè)的p型覆蓋層的表面上形成由ZrO2膜構(gòu)成的嵌入層70。通過該ZrO2膜能夠使激光發(fā)振時的橫向狀態(tài)穩(wěn)定。
接著，在p型接觸層上歐姆接觸地形成由Ni/Au構(gòu)成的p電極80，在n型接觸層上形成由Ti/Al構(gòu)成的n電極90。接著，將晶片在600℃下進行熱處理。其后，在p、n電極上分別形成由Ni(1000)-Ti(1000)-Au(8000)構(gòu)成的平頭電極。并且，在形成由SiO2和TiO2構(gòu)成的反射膜100后，最后，由晶片通過劃線，分割各個氮化物半導體元件。
在由以上所述得到的氮化物半導體元件上分別設置散熱器，進行激光發(fā)振，希望通過COD級別的提高，閾值為2.0KA/cm2、100mW，優(yōu)選在200mW輸出的發(fā)振波長405nm的連續(xù)發(fā)振時間提高。
實施例2在實施例1中，只在帶部一側(cè)的放射端面上，生長由單結(jié)晶GaN構(gòu)成的端面膜，其膜厚1μm，其他點與實施例1同樣，制作氮化物半導體元件。
在由以所得到的激光元件上分別設置散熱器，在激光發(fā)振時，與實施例1同樣，期待閾值2.0KA/cm2、100mW輸出的發(fā)振波長405nm的連續(xù)發(fā)振壽命的延長。
實施例3在實施例1上，在藍寶石基板上形成緩沖層后，通過HVPE法形成膜厚為100μm的GaN。其后，和實施例同樣，形成n型氮化物半導體層、活性層、p型氮化物半導體層，除去藍寶石基板成為單體GaN基板。其他點和實施例1相同，形成諧振器端面，其后在超臨界氨中使單結(jié)晶GaN以100的膜厚形成端面膜。
制作的氮化物半導體激光元件能夠期待和實施例1相同的效果。
實施例4在實施例1中，在藍寶石基板上形成緩沖層后，通過ELO層由HVPE法，形成膜厚為100μm的GaN。其后，和實施例1同樣，形成n型氮化物半導體層、活性層、p型氮化物半導體層，除去藍寶石基板而在單體GaN基板上形成氮化物半導體激光元件。因為所述單體GaN基板具有開裂性，所以通過開裂得到端面膜的形成面。其后，作為端面膜將單結(jié)晶GaN在超臨界氨中形成膜厚為1μm的放射端面。其他點和實施例1相同，形成諧振器端面，其他點和實施例1相同制作氮化物半導體激光元件。
制作的氮化物半導體激光元件，期待和實施例1同樣效果。
實施例5在實施例1上，在藍寶石基板進行Ag涂層。其他點和實施例1相同制作氮化物半導體激光元件。
實施例6在實施例1上，在最上層的p型接觸層的表面上形成由晶格圖形狀的SiO2構(gòu)成的保護膜，通過RIE進行蝕刻使諧振器端面及n型接觸層的表面露出。接著，在p型接觸層的表面上形成的所述SiO2掩膜其膜厚為0.5μm的狀態(tài)下，將晶片配置在系統(tǒng)內(nèi)為超臨界氨的反應容器(高壓釜)內(nèi)。其他點和實施例1同樣制作氮化物半導體激光元件。
在由以上所述得到的激光元件上分別設置散熱器，當激光發(fā)振時，和實施例1同樣，期待閾值為2.0KA/cm2、100mW輸出時發(fā)振波長405nm的連續(xù)發(fā)振的長壽命。
實施例7在實施例1上，在基板上使用厚度為100μm的單結(jié)晶GaN基板。并且，為形成諧振器端面，通過開裂使端面露出，形成由SiO2構(gòu)成的掩膜，其后，生長端面膜。其他點和實施例1同樣制作氮化物半導體激光元件。
在由以上所述得到的激光元件上分別設置散熱器，當激光發(fā)振時，和實施例1同樣，期待閾值為2.0KA/cm2、100mW輸出時發(fā)振波長405nm的連續(xù)發(fā)振的長壽命。
(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)
如上所述，本發(fā)明的氮化物半導體激光元件，在n型氮化物半導體層和p型氮化物半導體層之間具有由含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層的諧振器，并在所述激光元件相對向的諧振器端面的至少放射端面上，具有由與含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層相比低溫形成的由單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜，能夠使放射端面的禁帶寬度能量擴大。因此能夠抑制其端面的光吸收，提高COD級別。由此，由本發(fā)明可能提供可靠性高壽命特性好，輸出100mW以上的氮化物半導體激光元件。
權利要求
1.一種氮化物半導體激光元件，在n型氮化物半導體層和p型氮化物半導體層之間具有包括由含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層的諧振器，其特征在于在所述激光元件的相對向的諧振器端面的至少放射端面上，以不損傷所述活性層的低溫條件形成與活性層相比禁帶寬度能量大的單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜。
2.如權利要求1所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于所述端面膜的膜厚為50以下1μm以下。
3.如權利要求1中所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于在所述諧振器端面上在超臨界氨中形成由單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜。
4.如權利要求3中所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于至少先掩蔽所述諧振器的p型接觸層，再在超臨界氨中將由單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜形成在所述諧振器端面上。
5.如權利要求3中記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于所述端面膜上至少含有一個IVPAC.1989中的族編號1的元素。
6.如權利要求1中所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于所述活性層是至少含有一個InGaN阱層或者InAlGaN阱層的量子阱結(jié)構(gòu)。
7.如權利要求1～6任一項中所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于所述氮化物半導體激光元件形成在基板上，該基板從GaN基板、藍寶石基板、尖晶石基板、ZnO基板、SiC基板、ELO生長基板、使表面具有凹凸的氮化物半導體生長的基板所構(gòu)成的群中選擇。
8.如權利要求1～7任一項中所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于所述氮化物半導體激光元件被形成在GaN基板的C面、A面或M面上。
9.如權利要求1中所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于所述氮化物半導體激光元件形成在GaN基板的C面上，所述端面膜是在M面或A面上生長的。
10.如權利要求1中所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于所述氮化物半導體激光元件形成在GaN基板的A面上，諧振器放射面是M面，并在該M面上形成所述端面膜。
11.如權利要求1中所記載的氮化物半導體激光元件，其特征在于所述氮化物半導體激光元件被形成在超臨界氨中生長的GaN基板的M面上，諧振器放射面是A面，并在該A面上形成所述端面膜。
12.一種氮化物半導體激光元件的制造方法，在n型氮化物半導體層和p型氮化物半導體層之間具有包括由含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層的諧振器，其特征在于，具有在所述激光元件上進行蝕刻或開裂處理、形成相對向的諧振器端面的第1工序、在所述激光元件的相對向的諧振器端面的至少放射端面上形成由以不損傷活性層的低溫形成的單結(jié)晶AlXGa1-XN(0≤X≤1)構(gòu)成的端面膜的第2工序。
13.如權利要求12中所記載的制造方法，其特征在于所述第2工序是在超臨界氨中形成所述端面膜。
14.如權利要求13中所記載的氮化物半導體激光元件的制造方法，其特征在于在所述第2工序中，至少在諧振器的p型接觸層的上表面形成相對于超臨界氨、溶解度與端面膜組成同等或低的掩膜，再形成所述端面膜。
15.如權利要求14所記載的氮化物半導體激光元件的制造方法，其特征在于所述掩膜是從由氧化硅、氮化硅、氮化鋁、鉬、鎢構(gòu)成的群中選出的。
16.如權利要求12中所記載的氮化物半導體激光元件的制造方法，其特征在于所述端面膜是在超臨界氨中的成膜溫度為900℃以下、優(yōu)選600℃以下以單結(jié)晶形成的。
全文摘要
一種氮化物半導體激光元件及其制造方法，該具有高輸出型諧振器端面的氮化物半導體激光元件，在n型氮化物半導體層和p型氮化物半導體層之間具有包括由含In的氮化物半導體構(gòu)成的活性層的諧振器，并且，在所述激光元件的相對向的諧振器端面的至少放射端面上形成以不損傷活性層的低溫形成的由單結(jié)晶Al
文檔編號H01S5/00GK1575533SQ0282123
公開日2005年2月2日 申請日期2002年10月28日 優(yōu)先權日2001年10月26日
發(fā)明者羅伯特·德維林斯基, 羅曼·多蘭特金斯基, 耶日·加爾金斯基, 萊擇克·西爾茲普托夫斯基, 神原康雄 申請人:波蘭商艾蒙諾公司, 日亞化學工業(yè)株式會社