CN101471536B - 氮化物半导体激光器芯片及其制造方法 - Google Patents

氮化物半导体激光器芯片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种氮化物半导体激光器芯片及其制造方法，该氮化物半导体激光器芯片既可以改善其COD水平，也可以防止其I-L特性曲线陡峭上升并可以降低工作电压。该氮化物半导体激光器芯片包括：构成氮化物半导体层并形成在n型GaN衬底上的层；镜面，包括光发射镜面和光反射镜面；p侧欧姆接触，形成在上接触层上以到达镜面；和p侧垫接触，形成在离光发射镜面为距离L1的区域中。调节p侧欧姆接触的厚度d和p侧垫接触到光发射镜面的距离L1，使得注入至光发射镜面的电流量是注入至在p侧垫接触正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下。

Description

氮化物半导体激光器芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及氮化物半导体激光器芯片以及该氮化物半导体激光器芯片的制造方法。
背景技术
人们期望氮化物半导体，Al、Ga、In等III族元素和V族元素N的化合物能够因为其能带结构和化学稳定性而用作用于发光器件和功率器件的半导体材料，并且已经做出了在各应用领域中使用氮化物半导体的各种尝试。目前，在这些应用之一的氮化物半导体激光器芯片中，即，用作例如光盘驱动的光信息记录装置的光源，由于采用了GaN衬底，所以提高了晶体生长技术，采用了更优良的设计芯片结构的方法，提高了晶片加工技术，并且还取得了其它的进展，实现了高的稳定性和成本的降低。因此，市场正在出现。
这样的光信息记录装置的下一个发展目标是加倍写入速度并将它们应用于例如移动装置的装置中。从而，在用作光信息记录装置的光源的氮化物半导体激光器芯片中，愈加需要更高的功率输出、进一步地提高稳定性、降低成本、更低的功率消耗等。其中，已知为了达到产生更高的功率输出的要求，可以通过防止在氮化物半导体激光器芯片的光发射的镜面(mirror facet)附近发生COD(灾变性光损伤，catastrophic optical damage)而芯片很可能被损坏，从而提高氮化物半导体激光器芯片的光输出水平。这样的氮化物半导体激光器芯片在例如JP-A-2003-031894中被披露。
图24为立体视图，以简化的方式示出了JP-A-2003-031894披露的传统氮化物半导体激光器芯片。如图24所示，在JP-A-2003-031894披露的传统氮化物半导体激光器芯片中，发射激光所需要的氮化物半导体多层结构102形成在衬底101上。在该多层结构102中，形成用作电流通路的脊形条103，掩埋层104形成在脊形条103的两侧。欧姆接触105形成在脊形条103和掩埋层104的上表面。欧姆接触105形成在与谐振腔的镜面110具有预定距离的区域中。从而，防止电流被注入到欧姆接触105和镜面110之间的区域。具体地，防止电流注入其中的电流注入防止区120形成在镜面110附近。
在上述构造的传统氮化物半导体激光器芯片100中，电流注入防止区120设置在了镜面110附近。从而，可以防止镜面110附近的COD。这使得可以改善其COD水平，并从而可以增加其光输出水平。
然而，当本发明的发明人制造和图24中所示的传统氮化物半导体激光器芯片100相同的氮化物半导体激光器芯片并测量其注入电流-光输出特性(I-L)时，他们发现大量的芯片表现出如图25所示的陡峭上升曲线。不利地，当表现出这样的陡峭上升曲线的氮化物半导体激光器芯片用作光信息记录装置的光源时，从光盘介质稳定地读出信息将变得非常困难。当信息从光盘介质读出时，氮化物半导体激光器芯片的激光输出降低。从而，在I-L特性曲线的上升部分附近的输出区域中的输出光被使用。因此，当I-L特性曲线陡峭地上升时，例如，将难于调节光输出。这使得难于稳定地读出信息。
可能地，I-L特性曲线由于下面的原因而陡峭上升。当电流注入防止区形成在谐振腔的镜面附近时，镜面附近的区域将更可能地变成光被吸收的可饱和吸收区。当可饱和吸收区存在于镜面附近时，可饱和吸收区吸收光并从而在饱和阶段对激光透明。从而，突然引起激光发射。这可能引起了I-L特性曲线陡峭上升。
如上所述，尽管传统的氮化物半导体激光器芯片100可以改善其COD水平，但是它不利地显示出了陡峭上升的I-L特性曲线。即使可以获得既可以改善COD水平又可以显示出稳定上升的I-L特性曲线的传统的氮化物半导体激光器芯片100，也将难以高产率地生产。此外，在镜面110附近设置电流注入防止区域120将不利地减小电流被注入的区域，导致电压增加，这就增加了工作电压。
发明内容
本发明旨在克服上述缺点。本发明的目标是提供一种氮化物半导体激光器芯片，既可以改善其COD水平也可以防止其I-L特性曲线陡峭地上升，并可以降低工作电压。
本发明的另一个目的是提供一种以高产率制造氮化物半导体激光器芯片方法，该氮化物半导体激光器芯片既可以改善其COD水平也可以防止其I-L特性曲线陡峭地上升，并可以降低工作电压。
为了实现上述目的，本发明的发明人仔细地研究并发现，通过将电流也注入到镜面(光发射镜面)附近并将该注入电流的量调节至预定量，可以使I-L特性曲线稳定地上升且不会使COD水平退化。
从而，根据本发明的第一个方面，提供了一种氮化物半导体激光器芯片，包括：氮化物半导体层，形成在衬底上；成对的镜面，形成在氮化物半导体层上并包括光发射镜面；第一金属接触层，形成在氮化物半导体层上；和第二金属接触层，以离光发射镜面的预定距离形成在氮化物半导体层上的预定区域中，使得第二金属接触层覆盖部分第一金属接触层。该氮化物半导体激光器芯片构造为使得注入至光发射镜面的电流量是注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下。
在根据本发明第一个方面的氮化物半导体激光器芯片中，如上所述，通过将注入至光发射镜面的电流量设定为注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％以上，可以防止由于注入至光发射镜面的电流量小于注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％而导致的I-L特性曲线不利地陡峭上升。也就是，即使将注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％以上注入至光发射镜面并且因此可饱和吸收区存在于镜面附近，也可以降低发生在镜面附近的可饱和吸收区中的光损失。这使得可以有效地降低光吸收的量。从而，可以防止激光迅速发生。这有助于防止I-L特性曲线陡峭上升。
在根据本发明第一个方面的氮化物半导体激光器芯片中，如上所述，通过将注入至光发射镜面的电流量设定为注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的70％以下，可以避免由于注入至光发射镜面的电流量大于注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的70％而导致的难于改善COD水平的缺点。如上所述，在根据本发明第一个方面的氮化物半导体激光器芯片中，通过将注入至光发射镜面的电流量设定为注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下，不仅可以改善COD水平，而且可以防止I-L特性曲线陡峭上升。
以该构造，由于预定量的电流也被注入到了光发射镜面的附近，所以与没有电流注入至光发射镜面(镜面)附近的具有电流注入防止区的传统氮化物半导体激光器芯片相比，可以降低工作电压。
优选地，在根据本发明第一个方面的氮化物半导体激光器芯片中，第一金属接触层形成为具有厚度d并且到达光发射镜面，第二金属接触层形成在离光发射镜面为距离L1的区域中，调节第一金属接触层的厚度d和第二金属接触层到光发射镜面的距离L1，使得注入至光发射镜面的电流量是注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下。以该构造，可以容易地调节注入至光发射镜面的电流量，从而可以容易地将注入至光发射镜面的电流量调节为注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下。这使得不仅可以改善COD水平，而且可以防止I-L特性曲线陡峭上升。
以该构造，由于第二金属接触层到光发射镜面的距离L1和第一金属接触层的厚度d均变化，这使得注入至光发射镜面的电流量可以调节，可以保持第二金属接触层到光发射镜面的距离L1等于或大于预定距离。从而，可以防止第二金属接触层到光发射镜面的距离L1被过度地减小。因此，可以避免例如由距离L1过度地减小而导致的难于划分(分离)芯片的缺点。这使得可以方便制造工艺。这有助于以高产率获得不仅可以改善COD水平而且还可以防止I-L特性曲线陡峭上升的氮化物半导体激光器芯片。
根据本发明的第二个方面，提供了一种氮化物半导体激光器芯片，包括：氮化物半导体层，形成在衬底上；成对的镜面，形成在氮化物半导体层上并包括光发射镜面；第一金属接触层，形成在氮化物半导体层上；和第二金属接触层，以离光发射镜面的预定距离形成在氮化物半导体层上的预定区域中，使得第二金属接触层覆盖部分第一金属接触层。该氮化物半导体激光器芯片构造为使得第一金属接触层形成为具有厚度d并且到达光发射镜面，第二金属接触层形成在离光发射镜面为距离L1的区域中，第一金属接触层的厚度d和第二金属接触层到光发射镜面的距离L1之间的关系由下面的公式给出：
161 ≤ L 1 d ≤ 727 .
在根据本发明第二个方面的氮化物半导体激光器芯片中，如上所述，通过形成具有厚度d的第一金属接触层使其到达光发射镜面并通过在离光发射镜面为距离L1的区域中形成第二金属接触层，也可以将电流注入至光发射镜面附近。此外，通过设定厚度d和距离L1使得第一金属接触层的厚度d和第二金属接触层到光发射镜面的距离L1之间的关系满足上述公式，可以将小于注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量的预定量的电流注入至光发射镜面。从而，不仅可以改善其COD水平，而且可以防止其I-L特性曲线陡峭上升。
以该构造，由于预定量的电流也被注入到了光发射镜面的附近，所以与没有电流注入至光发射镜面(镜面)附近的具有电流注入防止区的传统氮化物半导体激光器芯片相比，可以降低工作电压。
优选地，在根据本发明第一个和第二个方面的氮化物半导体激光器芯片中，氮化物半导体层包括自衬底依次形成在衬底上的n型半导体层、有源层和p型半导体层，并且还包括电流通路，形成在构成氮化物半导体层的至少一层上并垂直于镜面延伸，第一金属接触层形成在电流通路上以与p型半导体层接触，第二金属接触层形成在p型半导体层上以与部分第一金属接触层接触。以该构造，不仅可以改善其COD水平，而且可以防止其I-L特性曲线陡峭上升并可以降低工作电压。
第一金属接触层的厚度d优选为0.005μm以上且0.1μm以下。以该构造，可以避免由于第一金属接触层的厚度d小于0.005μm而导致的第一金属接触层形成时难以使第一金属接触层作为层(膜)稳定地形成且不经历三维生长的缺点。这里，三维生长是指，在形成薄膜的初始阶段，发生通过表面积减少而使能量减小的行为，这样产生的不是膜，而是岛，该岛在其中心具有用于膜生长的籽核(seed)。在这样三维生长形成的膜中，难以获得导电性。此外，通过设定第一金属接触层的厚度d为0.005μm以上，可以防止例如芯片驱动时芯片产生的热所引起的温度增加而导致的第一金属接触层退化。通过以这样的方式设定第一金属接触层的厚度d为0.005μm以上，可以获得适合于将电流注入至光发射镜面的第一金属接触层。通过设定第一金属接触层的厚度d为0.1μm以下，可以防止由于第一金属接触层的厚度d大于0.1μm而导致的第一金属接触层的电阻被不利地且过度地降低。从而可以降低注入至光发射镜面附近的电流量且不会对芯片其它特性造成不利影响。这使得可以改善COD水平。
在此情形下，第一金属接触层的厚度d优选为0.01μm以上且0.05μm以下。以该构造，不仅可以获得适合于将电流注入至光发射镜面附近的第一金属接触层，而且还可以降低注入至光发射镜面附近的电流量且不会对芯片其它特性造成不利影响。
在此情形下，第一金属接触层的厚度d更优选为0.01μm以上且0.025μm以下。以该构造，可以防止对第一金属接触层进行蚀刻时第一金属接触层蚀刻质量的变化。这使得可以防止第一金属接触不良地形成。以该构造，也可以防止第一金属接触层的粘结并从而方便了氮化物半导体激光器芯片的制造。因此，制造产率可以提高。以该构造，不仅可以容易地获得适合于将电流注入至光发射镜面附近的第一金属接触层，而且还可以降低注入至光发射镜面附近的电流量且不会对芯片其它特性造成不利影响。
优选地，在根据本发明第一个和第二个方面的氮化物半导体激光器芯片中，第二金属接触层的厚度大于第一金属接触层的厚度。以该构造，可以降低第二金属接触层的电阻。这使得可以使注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量基本恒定。从而，可以使从第二金属接触层注入至第一金属接触层的电流量基本恒定且不产生电压降。
在第二金属接触层形成在离光发射镜面为距离L1的区域中的结构中，第二金属接触层到光发射镜面的距离L1优选为镜面之间的距离(激光器长度)的20％以下。以该构造，可以防止由于第二金属接触层到光发射镜面的距离L1大于镜面之间的距离(激光器长度)的20％而导致的注入至整个芯片的电流量过度地减少。从而，可以防止工作电压(驱动电压)增加。
优选地，在第二金属接触层形成在离光发射镜面为距离L1的区域中的结构中，成对的镜面包括与光发射镜面相对的光反射镜面，光反射镜面到第二金属接触层的距离小于光发射镜面到第二金属接触层的距离L1。以该构造，可以容易地防止注入至整个芯片的电流量减少。从而，可以容易地防止工作电压(驱动电压)增加。
在根据本发明第一个和第二个方面的氮化物半导体激光器芯片中，成对的镜面每个都可以由解理形成。
根据本发明的第三个方面，提供了一种氮化物半导体激光器芯片的制造方法，该方法包括步骤：在衬底上依次生长n型半导体层、有源层和p型半导体层，该些层为氮化物半导体层；在构成氮化物半导体层的至少一层上形成沿预定方向延伸的电流通路；在电流通路上形成与p型半导体层接触的第一金属接触层；在p型半导体层上形成第二金属接触层以覆盖部分第一金属接触层；以及通过沿与电流通路延伸的方向垂直的方向解理衬底而形成镜面。这里，形成第二金属接触层的步骤包括形成在电流通路延伸方向以预定距离隔开的多个第二金属接触层的步骤，形成镜面的步骤包括解理衬底的步骤，使得如平面图中看镜面形成的位置到相邻的第二金属接触层中的一个的距离不同于镜面的形成位置到相邻的第二金属接触层中的另一个的距离。
以根据本发明第三个方面的氮化物半导体激光器芯片的制造方法，如上所述，通过形成在电流通路延伸方向以预定距离隔开的多个第二金属接触层并通过解理衬底而使得镜面形成的位置到相邻的第二金属接触层中的一个的距离不同于镜面的形成位置到相邻的第二金属接触层中的另一个的距离，可以同时形成相邻的芯片(激光器芯片)中的一个的光发射镜面和相邻的芯片(激光器芯片)中的另一个的光反射镜面，并可以容易地调节光发射镜面到相邻的第二金属接触层中的一个的距离使其大于光反射镜面到相邻的第二金属接触层中的另一个的距离。从而，可以容易地将注入至光发射镜面的电流量调节至预定量(20％以上且70％以下)，其小于注入至在第二金属接触层正下方的区域的电流量。这使得可以容易地制造可以改善COD水平并可以防止I-L特性曲线陡峭上升的氮化物半导体激光器芯片。因此，可以以高产率制造该氮化物半导体激光器芯片。
通过在电流通路延伸的方向将相邻的第二金属接触层中的一个到相邻的第二金属接触层中的另一个的距离调节至易于进行解理的预定距离，可以容易地分离芯片。以根据本发明第三个方面的氮化物半导体激光器芯片的制造方法，光反射镜面到第二金属接触层的距离可以容易地设定为小于光发射镜面到第二金属接触层的距离。从而，可以容易地制造氮化物半导体激光器芯片，在该氮化物半导体激光器芯片中防止了工作电压(驱动电压)增加(在该氮化物半导体激光器芯片中工作电压可以降低)。
如上所述，根据本发明，可以容易地获得一种氮化物半导体激光器芯片，不仅可以改善其COD水平，而且还可以防止其I-L特性曲线陡峭上升并可以降低工作电压。
以根据本发明的制造方法，可以以高产率制造一种氮化物半导体激光器芯片，不仅可以改善其COD水平，而且还可以防止其I-L特性曲线陡峭上升并可以降低工作电压。
附图说明
图1是根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的整体立体视图；
图2是根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的平面视图；
图3是根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的截面视图；
图4是沿图2的80-80线截取的截面视图；
图5是示出根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的有源层部分的放大截面视图；
图6是示出在根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片中的注入电流量的示意图；
图7是示出p侧垫接触到光发射镜面的距离和电流注入比之间的关系的曲线图；
图8是示出芯片特性测量结果的曲线图；
图9是示出根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的I-L特性曲线的实例的示意图；
图10是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的截面视图；
图11是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图12是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图13是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图14是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图15是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图16是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图17是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图18是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图19是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图20是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图21是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图22是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图23是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的另一个截面视图；
图24是以简化的方式示出在JP-A-2003-031894中披露的传统氮化物半导体激光器芯片的立体视图。
图25是示出传统氮化物半导体激光器芯片的I-L特性曲线的实例的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图描述详细地描述根据本发明的实施例。
图1是根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的整体立体视图。图2是根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的平面视图。图3是根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的截面视图。图4至6是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的结构的示意图。下面将参考图1至6给出根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的结构的描述。
如图1和2所示，本实施例的氮化物半导体激光器芯片通过解理形成，并具有谐振腔的成对的相对的镜面20(下面，称为镜面20)。该成对的镜面20包括：发射激光的光发射镜面20a和配置在光发射镜面20a的相对侧的光反射镜面20b。本实施例的氮化物半导体激光器芯片在沿垂直于镜面20的方向([1-100]方向)具有大约800μm的长度L(激光器长度L)，并在沿着镜面20的方向([11-20]方向)具有大约400μm的宽度W(谐振腔的宽度W)。
如图1和3所示，在本实施例的氮化物半导体激光器芯片中，厚度为大约0.1μm到大约10μm(例如，大约4μm)并由n型GaN形成的下接触层(lowercontact layer)2形成在n型GaN衬底1的(0001)面上。在下接触层2上，形成厚度为大约0.5μm到大约3.0μm(例如，大约2μm)并由n型Al0.05Ga0.95N形成的下覆盖层(lower cladding layer)3。在下覆盖层3上，形成厚度为0到大约0.2μm(例如，大约0.1μm)并由n型GaN形成的下引导层(lowerguiding layer)4。在下引导层4上，形成有源层5。
如图5所示，有源层5具有多量子阱(multiple quantum well，MQW)结构，其中Inx1Ga1-x1N形成的三个量子阱层5a和Inx2Ga1-x2N形成的四个势垒层5b(其中x1＞x2)交替地沉积。例如，量子阱层5a每个约为4nm厚并由Inx1Ga1-x1N形成(x1＝0.05到0.1)。例如，势垒层5b每个约为8nm厚并由Inx2Ga1-x2N形成(x2＝0到0.05)。
如图1和3所示，在有源层5上，形成厚度为0到大约0.02μm(例如，大约0.01μm)并由p型Al0.3Ga0.7N形成的蒸发防止层6。在蒸发防止层6上，形成厚度为0到大约0.2μm(例如，大约0.01μm)并由p型GaN形成的上引导层7。在上引导层7上，形成具有突出部分和除突出部分之外的平坦部分并由p型Al0.05Ga0.95N形成的上覆盖层8。
在上覆盖层8的突出部分上，形成厚度为大约0.01μm到大约1.0μm(例如，大约0.05μm)并由p型GaN形成的上接触层9形成。具有大约1μm到大约3μm(例如，大约1.5μm)的宽度的条形(狭长形)脊部分10由上接触层9和上覆盖层8的突出部分形成。如图2所示，脊部分10形成为沿垂直于镜面20的方向([1-100])延伸。n型GaN衬底是根据本发明的“衬底”的实例。脊部分10是根据本发明的“电流通路”的实例。此外，下接触层2、下覆盖层3和下引导层4每个都是“n型半导体层”的实例；蒸发防止层6、上引导层7、上覆盖层8和上接触层9每个都是“p型半导体层”的实例。
如图1至3所示，在脊部分10的上接触层9上，具有厚度d的p侧欧姆接触11形成(见图3)，从而其为条形(狭长形)。该p侧欧姆接触11形成为与上接触层9直接接触。不利地，在氮化物半导体中，p形半导体具有高的电阻率，这使得难以产生p型载流子。因此，难以获得欧姆接触。因此，为了与上接触层9形成欧姆接触，p侧欧姆接触11由Pd(钯)形成，钯是具有较大功函数的金属材料。p侧欧姆接触11形成为沿纵向方向([1-100]方向)的它的一端和另一端分别到达光发射镜面20a和光反射镜面20b。也就是，p侧欧姆接触11构造为使其纵向长度基本等于激光器长度L。p侧欧姆接触11是根据本发明的“第一金属接触层”的实例。
在本实施例中，p侧欧姆接触11的厚度d设定为5nm(0.005μm)以上且100nm(0.1μm)以下(例如，大约15nm)。
在脊部分10的两侧，形成限制电流的掩埋层12。具体地，在上覆盖层8上并在上接触层9和p侧欧姆接触11的侧面，形成具有大约0.1μm到大约0.3μm(例如，大约0.15μm)的厚度并具有SiO2作为主要成分的掩埋层12。以这样的构造，可以限制水平横模和垂直横模的光。当掩埋层12的厚度小于50nm时，波导损失可能会由光吸收引起。除非当这样的性能(光吸收)被主动利用的时候，否则该厚度优选设定为50nm以上。
在掩埋层12的上表面上，比p侧欧姆接触11具有较大表面积的p侧垫接触13形成为覆盖部分p侧欧姆接触11。如图2至4所示，在p侧垫接触13覆盖部分p侧欧姆接触11的区域中，p侧垫接触13与p侧欧姆接触11直接接触。p侧垫接触13具有多层结构，其中从掩埋层12一侧依次沉积Ti层(未示出)、Mo层(未示出)和Au层(未示出)。如图3所示，p侧垫接触13的电阻(薄膜电阻)降低，从而电流从外部供应至p侧欧姆接触11。具体地，p侧垫接触13构造为使其厚度大于p侧欧姆接触11的厚度。更具体地，p侧垫接触13的总厚度设定为大约0.2μm。从而，可以以基本均匀的方式将电流注入至p侧欧姆接触11，而不会产生电压降。
在本实施例中，如图2所示，p侧垫接触13形成为使其基本为矩形，正如平面视图所看到的。p侧垫接触13沉积在与镜面20(光发射镜面20a和光反射镜面20b)具有预定距离的区域中。具体地，如图2和4所示，p侧垫接触13形成为使得p侧垫接触13的一个镜面13a(在光发射镜面20a的一侧)位于向内离光发射镜面20a为距离L1(例如，大约25μm)的位置处，另一个镜面13b(在光反射镜面20b的一侧)位于向内离光反射镜面20b为距离L2(例如，大约5μm)的位置处。
在本实施例中，光反射镜面20b至p侧垫接触13的距离L2设定为小于光发射镜面20a至p侧垫接触13的距离L1。光发射镜面20a和p侧垫接触13间的距离L1设定为激光器长度L(光发射镜面20a和光反射镜面20b间的距离)的20％以下。p侧垫接触13是根据本发明的“第二金属接触层”的实例。
如图1、3和4所示，在n型GaN衬底1的背面，n侧金属接触14形成为具有多层结构，其中从n型GaN衬底1的背侧依次沉积Hf层(未示出)和Al层(未示出)。在n侧金属接触14上，n侧垫接触15形成为具有多层结构，其中从n侧金属接触14的一侧依次沉积Mo层(未示出)、Pt层(未示出)和Au层(未示出)。形成n侧垫接触15以便于将氮化物半导体激光器芯片安装到底座(submount)上。
如图2和4所示，在光发射镜面20a上，形成了由两个层构成的AR(抗反射，anti-reflection)涂层30，其中例如从光发射镜面20a的一侧沉积氮化铝层(未示出)和氧化铝层(未示出)。在光反射镜面20b上，形成了HR(高反射，high reflection)涂层40，其中例如氧化硅层(未示出)和氧化钛层(未示出)交替沉积，使得沉积总层数为九层。
在上述并根据本实施例构造的氮化物半导体激光器芯片中，p侧垫接触13形成在离光发射镜面20a为预定距离L1的区域中，p侧欧姆接触11形成为到达光发射镜面20a(镜面20)。从而，电流也被通过p侧欧姆接触11而注入至光发射镜面20a的附近(光发射镜面20a至p侧垫接触13的区域(距离L1中的区域))。
氮化物半导体的电阻率相对较高，并且例如，p型GaN的电阻率大约为1Ω·cm。从而，无法期望氮化物半导体内微米量级的电流延伸。因此，注入到光发射镜面20a附近的电流量由p侧欧姆接触11控制，并且注入电流可以可能地驱动有源层5而不被影响。因此，如图6所示，电流在沿从p侧垫接触13的镜面13a到光发射镜面20a的方向延伸的过程中，注入到光发射镜面20a附近(从p侧垫接触13至光发射镜面20a的区域(在距离L1中的区域))的电流的量根据p侧欧姆接触11的电阻所引起的电压降的量而变化。
从而，可以通过调节p侧欧姆接触11的厚度d以及从p侧垫接触13至光发射镜面20a的距离L1来调节注入到光发射镜面20a附近的电流的量。在本实施例的氮化物半导体激光器芯片中，通过调节p侧欧姆接触11的厚度d以及从p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1，通过光发射镜面20a注入至有源层5的电流的量被设定为通过在p侧垫接触13正下方的区域而注入至有源层5的电流的量的20％以上且70％以上。
在本实施例中，从光发射镜面20a到p侧垫接触13的距离L1(μm)和p侧欧姆接触11的厚度d(μm)设定为满足下面的方程(1)
161 ≤ L 1 d ≤ 727 - - - ( 1 )
从而，不仅可以改善COD水平也可以防止I-L特性曲线陡峭上升。
在光发射镜面20a一侧设定限制的原因如下。由于形成在镜面20上的涂层，光发射镜面20a的反射率低于光反射镜面20b的反射率。从而，光波导内部的光强度在光发射镜面20a附近最大。由于随着光输出的增加COD更可能发生，所以与光反射镜面20b一侧的注入电流量被限制的情形相比，优选限制光发射镜面20a一侧的注入电流量，光发射镜面20a的光输出高于通过光发射镜面20b的光输出。
p侧欧姆接触11的电阻(薄膜电阻)对于控制注入到光发射镜面20a的电流量是个重要的参数。注入至远离电源(p侧垫接触13)的区域的电流量随着金属接触的电阻而减小。从而，当设置具有过大厚度d的p侧欧姆接触11以允许金属接触的薄膜电阻被过多地降低时，将难于通过降低注入至光发射镜面20a的电流量来改善COD水平而不对激光器芯片的其它特性造成不利的影响。因此，如前所述考虑到在激光器芯片制造或驱动时还需要防止p侧欧姆接触11悬在镜面20上(这会引起干涉)的事实，p侧欧姆接触11的厚度最大值优选设定为100nm(0.1μm)以下。
如前所述考虑到例如p侧欧姆接触11可以稳定地形成为膜形成而不经历三维生长并且当激光器芯片驱动时在高温下不变形的条件，p侧欧姆接触11的厚度d的最小值优选设定为5nm(0.005μm)以上。
为了防止制造过程中的热处理以及激光器芯片驱动时的电流注入所导致的例如金属接触的电阻率的变化以及工作电压(驱动电压)的增加，更优选设定p侧欧姆接触11的厚度d为10nm(0.01μm)以上且50nm(0.05μm)以下。最好优选设定p侧欧姆接触11的厚度d为10nm(0.01μm)以上且25nm(0.025μm)以下。当进行上述的设定时，可以防止制造过程中p侧欧姆接触11的蚀刻质量的变化，这将在后面描述。这可以防止p侧欧姆接触11被不良地形成。也可以防止p侧欧姆接触11的粘结并从而方便氮化物半导体激光器芯片的制造。因此，制造产率可以提高。
现在，将给出确定通过光发射镜面20a注入至有源层5的电流量的实验的描述。
为了得到当本实施例的氮化物半导体激光器芯片中的距离L1变化时注入至光发射镜面20a的电流量的变化，通过计算确定在p侧垫接触13到光发射镜面20a的方向的不同距离的电流注入比(注入电流量I相对于注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量I0的比：I/I0)。
图7是示出p侧垫接触到光发射镜面的距离和电流注入比之间的关系的曲线图。图7的纵轴示出在各个距离的注入电流量I相对于注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量I0的比(电流注入比)，图7的横轴示出了在p侧垫接触13(的镜面13a)到光发射镜面20a的方向的距离(μm)。由于注入电流量I根据p侧欧姆接触11的厚度d变化，各种厚度的计算值示于图7中。在图7中，假定p侧欧姆接触11的电阻率为10μΩ·cm，并且假定一维模式被设置，其中脊部分10被看作直线并且没有电流被从脊部分10的侧面注入。
正如将要从图7看到的，对于p侧欧姆接触11的任何厚度d，注入电流比都随着离p侧垫接触13的距离而指数下降。电流注入比的下降速率随着p侧欧姆接触11的厚度d而下降。从而，为了将预定量或更少的电流注入至光发射镜面20a的附近以改善COD水平，当增加p侧垫接触13的厚度时，就需要增加p侧垫接触13至光发射镜面20a的距离L1。
为了改善氮化物半导体激光器芯片的I-L特性曲线的陡峭上升部分，就需要通过将预定量或更多的电流注入至距离L1中的区域(至光发射镜面20a的附近)而将可饱和吸收区中的光吸收量降低至给定阈值或者更小。从图7可以知道，即使当p侧欧姆接触11的厚度d设定为图7所示的最小厚度即5nm(0.005μm)的厚度d，并且在p侧垫接触13到光发射镜面20a的方向的距离设定为大约20μm，对于芯片制造是可行的，也可以获得大约0.5(50％)的电流注入比。从而可以清楚即使当p侧欧姆接触11的厚度d设定为最小的大约5nm厚并且从p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1设定为大约20μm时，通过在p侧垫接触13正下方的区域注入至有源层5的电流的约50％的电流通过光发射镜面20a注入至有源层5。从而，发现与没有电流注入至光发射镜面20a附近的情形相比，到达光发射镜面20a(镜面20)的p侧欧姆接触11的设置使得可饱和吸收区中的光吸收量显著地降低。
从而，发现通过调节p侧欧姆接触11的厚度d以及从p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1，不仅可以改善COD水平，而且还可以将不影响I-L特性曲线的上升部分的电流注入至光发射镜面20a。当厚度d增加，距离L1也被增加。从而，在此情形下，在芯片分离工艺中，可以为分离区域设置足够的余量，这将在后面描述。从而，方便了制造工艺。
相反地，注入至距离L1中的区域的电流的平均量减小，就整个芯片的电流-电压(I-V)特性而言，串联电阻增加。从而，当考虑对I-V特性这样的影响时，不希望距离L1太大。考虑到这一点，距离L1优选为激光器长度L的20％或更小(见图2)。以这样的构造，不仅方便了制造工艺，而且还可以降低驱动电压的增加。
基于上述的发现，进行了确定COD水平和I-L特性的实验。在该实验中，对于本实施例的氮化物半导体激光器芯片，制造了两种类型的氮化物半导体激光器芯片，其中p侧欧姆接触11的厚度d设定为8nm和15nm，并测试了COD水平和I-L特性。对于COD水平的测试，使用了六个氮化物半导体激光器芯片，其中p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1设定为5μm、15μm和25μm。对于I-L特性的测试，制造了氮化物半导体激光器芯片，其中p侧欧姆接触11的厚度d设定为8nm并且电流注入比降低至0.2(20％)，并从而使用了如此制造的氮化物半导体激光器芯片。
图8是示出芯片特性的测试结果的曲线图。图8的纵轴示出电流注入比，如同图7；图8的横轴示出了在p侧垫接触13(的镜面13a)到光发射镜面20a的方向的距离(μm)，如同图7。在p侧欧姆接触11的厚度d设定为8nm和15nm的芯片中，它们在p侧垫接触13到光发射镜面20a的方向的不同距离的电流注入比通过计算确定，如同图7，计算结果由图8中的虚线示出。
正如将要从图8看到的，发现了下述结果。对于具有5μm距离L1的芯片(●)，p侧欧姆接触11的厚度d为8nm和15nm的芯片均未表现出COD水平的改善。对于具有15μm距离L1的芯片(△和▲)，p侧欧姆接触11的厚度d为8nm的芯片(△)表现出了COD水平的改善，而p侧欧姆接触11的厚度d为15nm的芯片(▲)未表现出COD水平的改善。对于具有25μm距离L1的芯片(□)，p侧欧姆接触11的厚度d为8nm和15nm的芯片均表现出了COD水平的改善。在距离L1为15μm且p侧欧姆接触11的厚度d为8nm的芯片(△)以及具有25μm距离L1的芯片(□)中，它们的COD水平与距离L1为5μm的芯片(●)相比以1.5的系数增加了。从而，发现为了改善COD水平，需要设定光发射镜面20a的电流注入比为大约0.7(70％)以下。
在p侧欧姆接触11的厚度d设定为8nm并且电流注入比降低至0.2(20％)的芯片中，测试了I-L特性。结果，即使当电流注入比降低至0.2(20％)，I-L特性曲线也没有陡峭地上升。也就是，在电流注入比为0.2(20％)的芯片(◎)中，发现I-L特性改善了。从而，发现为了改善I-L特性曲线的陡峭上升部分，需要将光发射镜面20a的电流注入比设定为大约0.2(20％)以上。
从而，发现为了改善COD水平并防止I-L特性曲线陡峭上升，通过光发射镜面20a注入至有源层5的电流量优选设定为通过在p侧垫接触13正下方的区域注入至有源层5的电流量的20％(0.2)以上且70％(0.7)以下。
下面公式(2)为在电流注入比和在p侧垫接触到光发射镜面(镜面)的方向的距离之间的关系：
I nom = exp ( - L A R S / R m d ) - - - ( 2 )
其中LA表示在p侧垫接触到光发射镜面(镜面)的方向的距离(μm)，Inom表示在离p侧垫接触为距离LA的电流注入比(注入电流量I相对于注入至在p侧垫接触正下方的区域的电流量I0的比：I/I0)，Rm表示p侧欧姆接触的电阻率，d表示p侧欧姆接触的厚度(μm)，Rs表示结合至p侧欧姆接触的氮化物半导体的每单位面积的串联电阻成分。
在上述公式(2)中，当将0.2或0.7代入Inom，并将10μΩ·cm和2.04×10-4μΩ·cm分别代入Rm和Rs时，公式(2)给出下面的公式(3)：
161 ≤ L A d ≤ 727 - - - ( 3 )
公式(3)中的距离LA对应于从p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1，从而先前描述的公式(1)的关系保持在从p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1和p侧欧姆接触11的厚度d之间。
制造芯片以满足上述公式(1)，并测试芯片的特性。在如此制造的芯片中，基于本实施例的氮化物半导体激光器芯片的构造，p侧欧姆接触11的厚度d设定为15nm(0.015μm)，从p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1设定为25μm。从p侧垫接触13到光反射镜面20b的距离L2设定为5μm。
半导体激光器装置(激光器装置)用制造的芯片组装并驱动几个小时，然后测试芯片的特性。结果，获得了35mA的阈值电流和1.2W/A的斜度效率(slope efficiency)，这是令人满意的结果。半导体激光器芯片在405nm波长稳定地发射激光。如图9所示，发现I-L特性曲线的陡峭上升部分改善了。测试了COD水平，结果获得了比不满足公式(1)的芯片高140mW以上的COD水平。
在本实施例中，如上所述，通过将注入至光发射镜面20a的电流量设定为注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量的20％以上，可以防止注入至光发射镜面20a的电流量小于注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量的20％而导致的I-L特性曲线不利地陡峭上升。也就是，由于通过将注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量的20％以上注入至光发射镜面20a，可以降低发生在镜面20的可饱和吸收区中的光损失，所以可以有效地降低光吸收的量。这使得可以防止激光发射的快速发生。从而，可以防止I-L特性曲线陡峭上升。
在本实施例中，通过将注入至光发射镜面20a的电流量设定为注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量的70％以下，可以避免由于注入至光发射镜面20a的电流量大于注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量的70％而导致的难于改善COD水平的缺点。如上所述，以本实施例的氮化物半导体激光器芯片，通过将注入至光发射镜面20a的电流量设定为注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下，不仅可以改善COD水平，而且可以防止I-L特性曲线陡峭上升。
以该构造，由于预定量的电流也被注入到了光发射镜面20a的附近，所以与没有电流注入至光发射镜面20a(镜面20)附近的具有电流注入防止区的传统氮化物半导体激光器芯片相比，可以降低工作电压。
在本实施例中，通过执行下面的方法可以容易地将注入至光发射镜面20a的电流量设定为注入至在p侧垫接触13正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下：具有厚度d的p侧欧姆接触11形成为达到光发射镜面20a(镜面20)；p侧垫接触13形成在离光发射镜面20a为距离L1的区域中；p侧欧姆接触11的厚度d和p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1设定为满足前述的公式(1)。从而，可以容易地改善COD水平并防止I-L特性曲线陡峭上升。
在本实施例中，p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1和p侧欧姆接触11的厚度d均变化，这使得注入至光发射镜面20a的电流量可以调节。从而，可以保持p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1等于或大于预定距离。这使得可以防止p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1被过度地减小。因此，可以避免例如由距离L1过度地减小导致的难于划分(分离)芯片的缺点。这使得可以方便制造工艺，并从而以高产率获得不仅可以改善COD水平而且还可以防止I-L特性曲线陡峭上升的氮化物半导体激光器芯片。
在本实施例中，通过将p侧欧姆接触11的厚度d设定为5nm(0.005μm)以上且100nm(0.1μm)以下，不仅可以令人满意地形成适合于将电流注入至光发射镜面20a附近的p侧欧姆接触11，而且还可以减小注入至光发射镜面20a附近的电流量且不会对芯片的其它特性造成不利影响，例如驱动电压增加。从而，可以改善COD水平。当p侧欧姆接触11的厚度d设定为0.01μm以上且0.05μm以下时，可以更令人满意地形成适合于改善COD水平并防止I-L特性陡峭上升的p侧欧姆接触11。当p侧欧姆接触11的厚度d设定为10nm(0.01μm)以上且25nm(0.025μm)以下时，由于可以避免p侧欧姆接触11的不良形成等，所以可以更令人满意地形成适合于改善COD水平并防止I-L特性陡峭上升的p侧欧姆接触11。
在本实施例中，通过将p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1设定为激光器长度L的20％以下，可以防止由p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1大于激光器长度L的20％导致的注入至整个芯片的电流量被过度地降低。从而，不仅可以方便制造工艺，而且可以防止工作电压(驱动电压)增加。
在本实施例中，通过设定p侧垫接触13到光反射镜面20b的距离L2小于p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1，可以容易地防止注入至整个芯片的电流量被降低。这使得可以容易地防止工作电压(驱动电压)增加。
图10到23是描述根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的示意图。参考图1到5和图10到23，现在将给出根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法的描述。
如图10所示，氮化物半导体层2到9首先通过MOCVD(金属有机化学气相沉积，metal organic chemical deposition)沉积在n型GaN衬底1上。具体地，下面的层依次形成在n型GaN衬底1的(0001)面上：具有大约0.1μm到大约10μm(例如，大约4μm)的厚度并由n型GaN形成的下接触层2；具有大约0.5μm到大约3.0μm(例如，大约2μm)的厚度并由n型Al0.05Ga0.95N形成的下覆盖层3；具有0到大约0.2μm(例如，大约0.1μm)的厚度并由n型GaN形成的下引导层4；和有源层5。当有源层形成时，如图5所示，具有8nm的厚度并由Inx2Ga1-x2N形成(x2＝0到0.05)的四个势垒层5b和具有4nm的厚度并由Inx1Ga1-x1N形成(x1＝0.05到0.1)的三个量子阱层5a交替地形成。从而，在下引导层4上，形成有源层5，具有由三个量子阱层5a和四个势垒层5b构成的MQW结构。
然后，如图10所示，下面的层依次形成在有源层5上：具有0到大约0.02μm(例如，大约0.01μm)的厚度并由p型Al0.3Ga0.7N形成的蒸发防止层6；具有0到大约0.2μm(例如，大约0.01μm)的厚度并由p型GaN形成的上引导层7；具有0.1μm到大约1.0μm(例如，大约0.5μm)的厚度并由p型Al0.05Ga0.95N形成的上覆盖层8；和具有大约0.01μm到大约1.0μm(例如，大约0.05μm)的厚度并由p型GaN形成的上接触层9。
然后，如图11所示，Pd的p侧欧姆接触11通过真空蒸发等形成在上接触层9上。这里，p侧欧姆接触11形成为厚度为5nm(0.005μm)以上且100nm(0.1μm)以下(例如，大约15nm)。然后，如图12所示，在p侧欧姆接触11上，通过光刻形成抗蚀剂层50，使得其具有大约1μm到大约3μm(例如，大约1.5μm)的宽度，沿[1-100]方向延伸并为条形(狭长形)。
然后，如图13所示，通过RIE(反应离子蚀刻，reactive ion etching)，使用抗蚀剂层50作为掩模将上覆盖层8在深度方向部分蚀刻，其中在RIE中使用例如像SiCl4或Cl2的氯基气体或者Ar气的气体。以这样的方式，由上覆盖层8和上接触层9的突出部分构成的脊部分10形成，沿[1-100]方向延伸并为条形(狭长形)。
然后，如图14所示，通过留在脊部分10上的抗蚀剂层50，具有大约0.1μm到大约0.3μm(例如，大约0.15μm)的厚度并由SiO2形成的掩埋层12a通过溅射等形成，脊部分10被掩埋。然后，抗蚀剂层50通过剥离被移除，从而在脊部分10的上部分中的p侧欧姆接触11被暴露。通过这样做，图15所示的掩埋层12形成在脊部分10的两侧。
然后，如图16和17所示，抗蚀剂层51形成在形成有掩埋层12的衬底(晶片)的整个上表面上，并通过光刻形成多个开口51a，通过开口51a包括脊部分10(p侧欧姆接触11)的部分的预定区域被暴露。这里，如图17所示，开口51a形成为它们基本为矩形，如平面视图中所看到的，并且使它们沿脊部分10延伸的方向([1-100]方向)以开口51a隔开距离L10(例如，30μm)的方式来布置。
在形成在脊部分10上的多个开口51a中，相邻开口51a之间的区域(距离L10中的区域)用作分离区53，用于在后续工艺中分离芯片。从而，调节相邻开口51a之间的距离L10，使得形成在开口51a中的p侧垫接触13被分离以具有至少满足前述公式(1)的宽度。这里，关于分离区53的宽度L10，由于稍后分离区53将通过解理等被分离成光发射镜面20a和光反射镜面20b，所以优选考虑由分离导致的宽度L10变化来设定宽度L10。在脊部分10延伸的方向([1-100]方向)，开口51a的图案距离设定为等于所需氮化物半导体激光器芯片的激光器长度L。
然后，在形成有抗蚀剂层51的基板(晶片)上，Ti层(未示出)、Mo层(未示出)、和Au层(未示出)通过真空蒸发等从基板(晶片)侧依次沉积，结果形成了具有多层结构的p侧垫接触。然后抗蚀剂层51通过剥离被移除，从而p侧垫接触被图形化。以这样的方式，如图18到20所示，在掩埋层12上与抗蚀剂层51的开口51a对应的区域中，如平面示意图中所示的基本为矩形的多个p侧垫接触形成为矩阵。如图18所示，p侧垫接触13形成为覆盖p侧欧姆接触11的部分上表面(从而与p侧欧姆接触11的部分上表面直接接触)，并且，如图20所示，在脊部分10延伸的方向([1-100]方向)，p侧垫接触13隔开距离L10(例如，30μm)。
然后，为了方便衬底(晶片)的划分，在n型GaN衬底1的背面进行切割和研磨，从而n型GaN衬底1的厚度减小至大约80μm到150μm(例如，大约130μm)。然后，通过干法蚀刻等调整已进行了切割和研磨的表面。
然后，如图21所示，在n型GaN衬底1的背面，从n型GaN衬底1的背侧通过真空蒸发等依次沉积Hf层(未示出)和Al层(未示出)，从而形成具有多层结构的n侧金属接触14。然后，在n侧金属接触14上，从n侧金属接触14一侧依次沉积Mo层(未示出)、Pt层(未示出)和Au层(未示出)，从而形成具有多层结构的n侧垫接触15。n侧垫接触15形成为覆盖n侧金属接触14。为了例如在n侧金属接触14形成之前调节背面侧的电学属性，可以执行干法蚀刻或者湿法蚀刻。
然后，如图22所示，衬底(晶片)通过解理而分离，从而形成镜面20。沿着图20中所示分离区53中的分离线52，通过例如划线(scribing)并折断或者激光划线将衬底(晶片)解理。以这样的方式，衬底(晶片)沿着分离线52分离，镜面20沿着[11-20]方向形成。通过衬底(晶片)的分离，用作相邻芯片之一的光发射镜面20a和用作相邻芯片中的另一个的光反射镜面20b的镜面20同时形成。通过上述芯片分离工艺，得到了布置为条形的芯片55。
在本实施例中，在p侧垫接触13之间的距离L10中通过分离线52分布，从而分离线52(见图20)到一个p侧垫接触13的距离就是距离L1(例如，25μm)，并且分离线52到另一个p侧垫接触13的距离就是距离L2(例如，5μm)；衬底(晶片)沿着分离线52被解理。也就是，衬底(晶片)被解理，从而镜面20到p侧垫接触13中的一个的距离就是L1(例如，25μm)，并且镜面20到另一个的相邻的p侧垫接触13中的距离就是L2(例如，5μm)。自衬底(晶片)分离的芯片被设计为它们的激光器长度L彼此相等，所以在任何芯片中，p侧垫接触13间的宽度都以均一的比例分布在光发射镜面20a侧和光反射镜面20b侧之间。
从而，通过上述工艺，可以确定镜面20到p侧垫接触13之一(镜面13a)的距离L1。在此情形下，通过将分离线52的位置从宽度L10的中央位置向另一个p侧垫接触13(镜面13b)一侧移动(通过不对称地分配宽度L10)，与一个p侧垫接触13到镜面20(光发射镜面20a)的长度L1相比，可以减小另一个p侧垫接触13到镜面20(光反射镜面20b)的长度L2，正如上面所描述的。
此后，如图23所示，通过气相沉积、溅射等将涂层涂敷至布置成条形的芯片55的镜面(镜面20)。具体地，在光发射镜面20a上，形成由两个层构成的AR(抗反射)涂层30，其中从光发射镜面20a侧沉积例如氮化铝层(未示出)和氧化铝层(未示出)。在光反射镜面20b上，形成HR(高反射)涂层40，其中例如氧化硅层(未示出)和氧化钛层(未示出)被交替沉积，使得共有九层被沉积。
最后，布置为条形的芯片55沿在[1-100]方向上延伸的分离线60被分离成单个的芯片。以这样的方式，就制造出了图1中所示的根据本发明实施例的氮化物半导体激光器芯片。
如上所述，以根据本实施例的氮化物半导体激光器芯片的制造方法，通过沿脊部分10延伸的方向([1-100])形成多个p侧垫接触13使得它们隔开距离L10，并通过解理衬底(晶片)使得从形成镜面20的位置(分离线52的位置)到相邻p侧垫接触13中的一个的距离L1不同于从形成镜面20的位置到相邻p侧垫接触13中的另一个的距离L2，可以同时形成相邻芯片(激光器芯片)中的一个的光发射镜面20a和相邻芯片(激光器芯片)中的另一个的光反射镜面20b，并且可以容易地调节光发射镜面20a到相邻p侧垫接触13中的一个的距离L1和光反射镜面20b到相邻p侧垫接触13中的另一个的距离L2，使得距离L1大于距离L2。
从而，可以容易地将注入至光发射镜面20a的电流量调节至预定量(20％以上且70％以下)，该预定量小于注入至在p侧垫接触13正下方的区域中的电流量。这使得可以容易地制造可以改善COD水平并防止I-L特性曲线陡峭上升的氮化物半导体激光器芯片。结果，该氮化物半导体激光器芯片可以以高产率制造。
在本实施例中，通过将在脊部分10延伸方向的相邻p侧垫接触13中的一个和相邻p侧垫接触13中的另一个之间的距离L10调节至使解理可以容易地进行的预定距离，可以容易地分离芯片。
在本实施例中，p侧垫接触13到光反射镜面20b的距离L2可以容易地设定为小于p侧垫接触13到光发射镜面20a的距离L1。从而，可以容易地制造能够防止工作电压(驱动电压)增加(工作电压减小)的氮化物半导体激光器芯片。
这里所披露的实施例在各个方面都应该被看作是示例性的而不是限制性的。本发明的范围不由上述实施例的描述来给出，而是由权利要求的范围来给出，并且本发明包括等同于权利要求的范围的含义和在权利要求范围内的所有修改。
例如，尽管上述实施例涉及n型GaN衬底用作衬底的情形，但本发明并不局限于此。例如InGaN、AlGaN或AlGaInN的材料所形成衬底以及例如蓝宝石衬底的绝缘衬底也可以使用。在通过晶体生长而形成在衬底上的氮化物半导体层中，为了获得期望的特性，厚度、组分等的组合和修改都是可能的。例如，半导体层可以添加或去除，或者半导体层沉积的顺序可以部分地改变。在一些半导体层中，它们的导电类型可以改变。也就是，任何其它的修改都可以进行，只要可以获得氮化物半导体激光器芯片的基本特性。
尽管上述实施例涉及掩埋层由SiO2形成的情形，但是本发明并不局限于此。掩埋层可以由除SiO2之外的任何绝缘材料形成。例如，掩埋层可以由SiN、Al2O3、或ZrO2形成。
尽管上述实施例涉及p侧欧姆接触由Pd形成的情形，但是本发明并不局限于此。p侧欧姆接触可以由除Pd之外的任何材料形成，只要该材料具有大的功函数。例如，p侧欧姆接触可以由例如Ni、Pt或Au的材料形成。
尽管上述实施例涉及p侧垫接触为大约0.2μm厚的情形，但是本发明并不局限于此。p侧垫接触的厚度可以大于0.2μm。p侧垫接触可以由具有微米量级厚度的厚膜形成。
尽管上述实施例涉及p侧垫接触通过从掩埋层侧依次沉积Ti层、Mo层和Au层来形成的情形，但是本发明并不局限于此。p侧垫接触可以通过从掩埋层侧依次沉积Mo层和Au层而形成。
尽管上述实施例涉及n型金属接触通过从n型GaN衬底背面依次沉积Hf层和Au层来形成的情形，但是本发明并不局限于此。n型金属接触可以通过例如从n型GaN衬底的背面依次沉积Ti层和Al层来形成。
尽管上述实施例涉及将抗蚀剂层用作形成脊部分的掩膜层的情形，但是本发明并不局限于此。脊部分可以由例如SiO2的掩膜层来形成。在此情形下，脊部分的顶端(顶部)可以通过例如将光刻工艺和通过氢氟酸溶液的溶解相结合的方法而露出。
在上述实施例中，可以在脊部分形成之后形成p侧欧姆接触。在此情形下，在脊部分和掩埋层形成之后，优选形成图形化的p侧欧姆接触以与脊部分的顶部接触。
尽管上述实施例涉及通过解理形成镜面的情形，但是本发明并不局限于此。镜面(光发射镜面和光发射镜面)可以通过解理之外的任何方法形成。例如，镜面可以通过干法蚀刻等来形成。
尽管上述实施例涉及本发明应用于脊形激光器的情形，但是本发明并不局限于此。本发明可以应用至脊形激光器结构之外的激光器结构，例如BH(掩埋异质结，buried heterostructure)和RIS(选择性再生长的脊，ridge byselective re-growth)结构。
尽管上述实施例涉及脊部分形成为沿[1-100]方向延伸并且镜面形成为沿[11-20]方向延伸的情形，但是本发明并不局限于此。优选地，脊部分和镜面延伸的那些方向在结晶学上等效于这些方向。也就是，脊部分可以形成为沿由<1-100>表示的方向延伸，镜面可以沿由<11-20>表示的方向延伸。
尽管上述实施例涉及氮化物半导体层的晶体由MOCVD形成的情形，但是本发明并不局限于此。氮化物半导体层的晶体可以由MOCVD之外的任何方法形成。MOCVD之外的方法包括HVPE(氢化物气相外延)和气源MBE(分子束外延)。
除了用作光学摄像管(optical pickup)光源的氮化物半导体激光器芯片之外，举例来说，本发明可以应用至用于照明的大面积半导体激光器芯片、需要产生高的光输出并且关注I-L特性曲线如何上升的芯片例如用于通信的激光器芯片，以及关注工作电压的芯片。

Claims (12)

1.一种氮化物半导体激光器芯片，包括：
氮化物半导体层，形成在衬底上；
成对的镜面，形成在该氮化物半导体层上并包括光发射镜面；
第一金属接触层，形成在该氮化物半导体层上；和
第二金属接触层，以离该光发射镜面的预定距离形成在该氮化物半导体层上的预定区域中，使得该第二金属接触层覆盖部分该第一金属接触层，
其中注入至该光发射镜面的电流量是注入至在该第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该第一金属接触层形成为具有厚度d并且到达该光发射镜面，该第二金属接触层形成在离该光发射镜面为距离L1的区域中，该第一金属接触层的厚度d和该第二金属接触层到该光发射镜面的距离L1被调节，使得注入至该光发射镜面的电流量是注入至在该第二金属接触层正下方的该区域的电流量的20％以上且70％以下。
3.一种氮化物半导体激光器芯片，包括：
氮化物半导体层，形成在衬底上；
成对的镜面，形成在该氮化物半导体层上并包括光发射镜面；
第一金属接触层，形成在该氮化物半导体层上；和
第二金属接触层，以离该光发射镜面的预定距离形成在该氮化物半导体层上的预定区域中，使得该第二金属接触层覆盖部分该第一金属接触层，
其中该第一金属接触层形成为具有厚度d并且到达该光发射镜面，该第二金属接触层形成在离该光发射镜面为距离L1的区域中，该第一金属接触层的厚度d和该第二金属接触层到该光发射镜面的距离L1之间的关系由下面的公式给出：
161 &le; L 1 d &le; 727 .
4.根据权利要求1或3所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该氮化物半导体层包括从该衬底依次形成在该衬底上的n型半导体层、有源层和p型半导体层，并且还包括电流通路，该电流通路形成在构成该氮化物半导体层的至少一层上并垂直于该镜面延伸，该第一金属接触层形成在该电流通路上以与该p型半导体层接触，该第二金属接触层形成在该p型半导体层上以与部分该第一金属接触层接触。
5.根据权利要求1或3所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该第一金属接触层的厚度d为0.005μm以上且0.1μm以下。
6.根据权利要求5所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该第一金属接触层的厚度d为0.01μm以上且0.05μm以下。
7.根据权利要求5或6所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该第一金属接触层的厚度d为0.01μm以上且0.025μm以下。
8.根据权利要求1或3所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该第二金属接触层的厚度大于该第一金属接触层的厚度。
9.根据权利要求2或3所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该第二金属接触层到该光发射镜面的距离L1为该镜面之间的距离的20％以下。
10.根据权利要求2或3所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该成对的镜面包括与该光发射镜面相对的光反射镜面，该第一金属接触层形成为到达该光反射镜面，并且该光反射镜面到该第二金属接触层的距离小于该光发射镜面到该第二金属接触层的距离L1。
11.根据权利要求1或3所述的氮化物半导体激光器芯片，
其中该成对的镜面的每个都由解理形成。
12.一种氮化物半导体激光器芯片的制造方法，包括步骤：
在衬底上依次生长n型半导体层、有源层和p型半导体层，这些层为氮化物半导体层；
在构成该氮化物半导体层的至少一层上形成沿预定方向延伸的电流通路；
在该电流通路上形成与该p型半导体层接触的第一金属接触层；
在该p型半导体层上形成第二金属接触层，使得该第二金属接触层覆盖部分该第一金属接触层；以及
通过沿与该电流通路延伸的方向垂直的方向解理该衬底而形成镜面，并且该镜面包括光发射镜面，
其中形成该第二金属接触层的步骤包括形成在该电流通路延伸的方向上以预定距离隔开的多个第二金属接触层的步骤，形成该镜面的步骤包括解理该衬底，使得在平面图中看时该镜面形成的位置到相邻的第二金属接触层中的一个的距离不同于该镜面形成的位置到相邻的第二金属接触层中的另一个的距离的步骤，从而注入至该光发射镜面的电流量是注入至在该第二金属接触层正下方的区域的电流量的20％以上且70％以下。
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