CN102088162B

CN102088162B - 半导体激光器芯片及其制造方法、半导体激光装置

Info

Publication number: CN102088162B
Application number: CN201010574071.4A
Authority: CN
Inventors: 川上俊之; 有吉章
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Fukuyama Laser Co Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: US20110134948A1; CN102088162A; JP2011119521A; US8861561B2; JP5368957B2

Abstract

本发明公开了一种半导体激光器芯片及其制造方法、半导体激光装置。该半导体激光器芯片的散热性能更加改善。该半导体激光器芯片包括：基板，具有前表面和背表面；氮化物半导体层，形成在基板的前表面上；光波导(脊部分)，形成在氮化物半导体层中；n侧电极，形成在基板的背表面上；以及切口部分，形成在包括基板的区域中且沿光波导(脊部分)行进。切口部分具有切口表面，在切口表面上形成连接到n侧电极的金属层。

Description

半导体激光器芯片及其制造方法、半导体激光装置

技术领域

本发明涉及半导体激光器芯片、半导体激光装置以及半导体激光器芯片的制造方法。

背景技术

由于其能带结构和化学稳定性，为诸如Al、Ga或In的III族元素和V族元素N的化合物的氮化物半导体对于发光元件和功率元件等是有前途的半导体材料。因此，已经尝试了氮化物半导体的各种应用，这些应用之一是用作诸如光盘驱动器的光学信息记录装置的光源的氮化物半导体激光器元件。近年来，由于GaN基板的使用、晶体生长技术的进步、良好设计的元件结构、改善的晶片处理技术以及其他因素，氮化物半导体激光元件已经实现了可靠性和成本降低，并且已经产生了作为商用产品的市场。

由于氮化物半导体的短振荡波长，对于氮化物半导体作为荧光材料激发光源的期望也是非常高的。荧光材料激发光源的典型应用是使用氮化物半导体的白光LED。近年来，由氮化物半导体制造的高功率激光器在需要方向性和高功率的下一代定向灯（directional light）和电视机等中的使用也引起了人们的注意。在这些应用中，半导体激光器产生大量的热，如何散热是重要的。

改善散热性能的一种已知方法为将多条导线连接到氮化物半导体激光元件的p侧电极（正电极）。JP3618989B中描述了该方法的示例。

图40是JP3618989B中描述的常规氮化物半导体激光装置的透视图。如图40所示，JP3618989B中描述的氮化物半导体激光装置包括半导体激光器元件1000、电极端子1100以及多条导线1200。半导体激光器元件1000具有基板1010，在基板1010上为由激光器振荡所必需的氮化物半导体形成的层叠结构1020。在层叠结构1020中，条状（条纹状）振荡区域（光波导）1030被形成。p侧欧姆金属接触1040形成在层叠结构1020的顶表面上。多条导线1200以沿振荡区域1030的长度分布导线1200的方式连接到p侧欧姆金属接触1040的顶表面。在JP3618989B的如此构造的氮化物半导体激光装置中，振荡区域1030中产生的热经由连接到p侧欧姆金属接触1040的多条导线1200散发。

用于下一代灯和电视机等的半导体激光器或针对加工应用的工业激光器产生大量的热，这意味着它们的激光器会快速劣化。因此，通常的做法是使针对这些应用的激光器元件为“宽区域类型（broad area type）”，其中脊条（脊宽度）设定为宽的。

本申请的发明人对具有7微米的脊宽度且采用了JP3618989B的散热措施的宽区域氮化物半导体激光器元件进行了可靠性测试。结果发现：元件的寿命并没有单独因上述常规散热方法而显著地改善。

尽管光学信息记录装置的光源通常需要具有约几千小时到一万小时的寿命，然而，对于激发光源所要求的寿命则需要更长，为几万小时到十万小时。作为激发光源使用所必须的光功率非常高，为一瓦到几瓦，并且由作为激发光源使用的激光器元件产生的热量因此为由作为光学信息记录装置的光源使用的激光器元件产生的热量的几倍。考虑到这些情况，可靠性测试差的结果之原因推测起来可能是因为通过设定脊宽度为宽并因此降低光学密度来减慢发光层的劣化没有产生足够的效果，并且因为仅有有限的热量经由导线散发。

简而言之，JP3618989B中描述的常规散热方法在增强散热性能方面不是令人满意的且仍留下改善散热性能的空间。

因此，将多条导线连接到p侧电极的常规方法具有难以满意地改善散热性能的问题。不充分的散热性能通过使元件性能退化并降低可靠性而引起另一问题。当激光器元件用作激发光源并产生大量的热时这些问题尤其严重。

发明内容

已进行本发明来解决上述问题，因此，本发明的目标是提供能够在散热性能方面更加改善的半导体激光器芯片、安装有该半导体激光器芯片的半导体激光装置以及制造该半导体激光器芯片的方法。

本发明的另一个目标是提供具有优良特性的高可靠性半导体激光器芯片、包括该半导体激光器芯片的半导体激光装置以及制造该半导体激光器芯片的方法。

为了达到上述目标，根据本发明第一方面的半导体激光器芯片包括：包括一个主表面和与该一个主表面相反的另一主表面的基板；形成在基板的该一个主表面上的半导体层；形成在半导体层中的光波导；形成在基板的另一主表面上的第一金属层；以及形成在包括基板的区域中且沿光波导行进的第一切口部分。第一切口部分包括至少部分地覆盖有与第一金属层接触的第二金属层的切口表面。

如上所述，在根据第一方面的半导体激光器芯片中，沿光波导行进的第一切口部分形成在包括基板的区域中，并且与第一金属层接触的第二金属层形成在第一切口部分的至少部分切口表面上。因此，当被结向上安装时，半导体激光器芯片直到第二金属层被嵌入诸如焊料的散热材料中。这缩短了从光波导（有源层）到散热材料的距离，因此在光波导（有源层）中产生的热被有效地散发。光波导（有源层）的温度因此被降低，从而减慢了光波导（有源层）的劣化。结果，延长了元件寿命并获得了高可靠性。

在第二金属层形成在第一切口部分的切口表面上的第一方面中，例如固定到副底座上的半导体激光器芯片增加了与副底座热接触的面积。这也改善了散热性能。

如上所述构造的第一方面更加改善了散热性能，因此防止了由于不充分的散热性能导致的特性劣化。另外，因为延长的元件寿命，更多芯片具有在第一方面中的标准范围内的寿命。因此，也提高了产量。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，优选半导体激光器芯片还包括沿光波导伸展的侧面，并且优选第一切口部分形成在侧面中。如此构造的半导体激光器芯片易于直到第二金属层嵌入诸如焊料的散热材料中。因此，在光波导（有源层）中产生的热易于散发。

在该情况下，优选基板和半导体层包括彼此相对的一对侧面，并且优选一个第一切口部分形成在该一对侧面的每个中。利用该结构，在光波导中产生的热甚至更有效地被散发。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，优选半导体层包括氮化物半导体层。利用该结构，易于获得具有优良特性的高可靠性的氮化物半导体激光器芯片。另外，将如此构造的氮化物半导体激光器芯片结向上安装降低了操作电压，同时减慢了光波导（有源层）的劣化。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，优选第一切口部分的切口表面由相对于基板的法线方向倾斜的斜面构成。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，更优选第一切口部分的切口表面由相对于基板的法线方向倾斜7°或更小的角度的斜面构成。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，优选第一切口部分具有自基板的另一主表面且在基板的厚度方向上的深度，该深度为基板和半导体层的总共厚度的10%或更多且小于50%。利用该结构，防止了产量下降同时更改善了散热性能。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，半导体激光器芯片还可以包括与光波导正交的镜面，且优选镜面具有形成在基板侧的第二切口部分。在该情况下，优选通过延伸第一金属层，第一金属层也形成在第二切口部分上。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，优选半导体激光器芯片还包括沿光波导伸展的侧面，且优选光波导不设置在半导体层的中心而是接近于侧面之一。该结构缩短了从光波导到第一切口部分的距离，并且在光波导中产生的热更有效地散发。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，优选第一金属层和第二金属层由相同的金属材料形成。利用该结构，第一金属层和第二金属层可以通过相同的工艺形成，并且减少了半导体激光器芯片的制造工时，这意味着更少的制造成本。

在根据第一方面的半导体激光器芯片中，第一金属层和第二金属层可以由不同的金属材料形成。

根据本发明第二方面的半导体激光装置包括根据第一方面的半导体激光器芯片，且半导体激光器芯片直到第一切口部分的切口表面嵌入在散热材料中。

如上所述，在根据第二方面的半导体激光装置中，半导体激光器芯片直到第一切口部分的切口表面嵌入在散热材料中，从而缩短了从光波导（有源层）到散热材料的距离。因此，在光波导（有源层）中产生的热被有效地散发。这降低了光波导（有源层）的温度，因而减慢了光波导（有源层）的劣化。结果，延长了半导体激光器芯片的寿命并且半导体激光装置获得了高可靠性。

在根据第二方面的半导体激光装置中，优选半导体激光装置还包括散热基底，半导体激光器芯片安装在散热基底上，且优选半导体激光器芯片结向上地经由散热材料固定在散热基底上。利用该结构，易于减慢光波导（有源层）的劣化并且易于延长半导体激光器芯片的寿命。

在该情况下，优选散热基底包括具有底表面和侧壁的台阶部分，且优选通过将半导体激光器芯片固定到该台阶部分的底表面上，至少形成在切口表面之一上的第二金属层经由散热材料与侧壁热接触。该结构更改善了散热效率，且获得了具有更高可靠性的半导体激光装置。

在包括散热基底的结构中，优选散热基底为副底座。

在根据第二方面的半导体激光装置中，优选散热材料为焊料。

根据本发明第三方面的制造半导体激光器芯片的方法包括：在基板的前表面上生长氮化物半导体层；在氮化物半导体层中形成电流通路部分；在基板的背表面中形成沟槽部分，以平行于电流通路部分行进；在包括沟槽部分的至少部分侧面的基板的背表面上形成金属层；以及沿沟槽部分分割基板。此外，形成沟槽部分包括通过激光划片形成沟槽。

如上所述，根据第三实施例的半导体激光器芯片的制造方法包括通过激光划片形成沟槽部分。因此，沟槽部分的深度可以自由调整并且设定为满意的深度。这便于沿沟槽部分分割基板并防止在将晶片分离成芯片时产量下降。

在第三方面中，金属层形成在包括沟槽部分的至少部分侧面的基板的背面上，从而在沟槽部分的侧面上也形成金属层。因此，易于制造在散热性能方面更加改善的半导体激光器芯片。

在如上构造的第三方面中，易于制造具有优良特性的高可靠性半导体激光器芯片。

在根据第三方面的半导体激光器芯片的制造方法中，优选形成金属层包括通过溅射形成金属层。利用该结构，金属层也更加有效地形成在没有正对靶的沟槽的侧面上。

根据第三方面的半导体激光器芯片的制造方法还可包括在形成金属层之后在金属层上形成镀覆层。当金属层形成在包括沟槽部分的至少部分侧面的基板的背表面上时，在某些情况下，在沟槽部分的侧面上形成的金属层会非常薄。这可能在当将半导体激光器芯片嵌入散热材料时降低诸如焊料的散热材料的润湿性。在如上构造的第三方面中，镀覆层也在沟槽的侧面上形成为均匀的厚度，并且防止了焊料的润湿性的降低。

在根据第三方面的半导体激光器芯片的制造方法中，优选沟槽部分形成为沟槽部分的侧面形成相对于基板的法线方向倾斜7°或更小的角度的斜面。这种结构更加便于沿沟槽部分分割基板，且易于防止在将晶片分离成芯片中的产量下降。

在根据第三方面的半导体激光器芯片的制造方法中，优选将沟槽部分的深度设定为基板和半导体层的总共厚度的10%或更多且小于50%。利用该结构，可以以更高的产量制造高散热性能的半导体激光器芯片。

根据本发明第四方面的一种半导体激光器芯片，包括：基板，包括一个主表面和与该一个主表面相反的另一个主表面；半导体层，形成在所述基板的所述一个主表面上；光波导，形成在所述半导体层中；第一切口部分，形成在包括所述基板的区域中且沿所述光波导行进，所述第一切口部分包括切口表面；以及金属层，形成在至少部分所述切口表面上，且接触所述切口表面，其中，与所述金属层不同的另一金属层形成为接触所述另一个主表面，且也形成在所述金属层上。

根据本发明第五方面的一种半导体激光装置，包括根据本发明第四方面的半导体激光器芯片，其中所述半导体激光器芯片直到所述第一切口部分的切口表面嵌入散热材料中。

根据本发明第六方面的一种半导体激光器芯片的制造方法，包括：在基板的前表面上生长氮化物半导体层；在所述氮化物半导体层中形成电流通路部分；在所述基板的背表面中形成作为用于芯片分离的分割沟槽的沟槽部分，以平行于所述电流通路部分行进；形成金属层，从而与所述沟槽部分的至少部分侧面接触；形成与所述基板的背表面接触的与所述金属层不同的另一金属层；以及沿所述沟槽部分分割所述基板，其中形成所述沟槽部分包括通过激光划片形成沟槽，其中形成所述另一金属层包括在所述金属层上形成所述另一金属层，以及其中所述沟槽部分的侧面包括相对于所述基板的法线方向倾斜7°或更小的角度的斜面。

如上所述，根据本发明，易于获得散热性能更加改善的半导体激光器芯片，以及安装有这种半导体激光器芯片的半导体激光装置和半导体激光器芯片的制造方法。

另外，根据本发明，易于获得具有良好特性的高可靠性半导体激光器芯片，以及安装有这种半导体激光器芯片的半导体激光装置和半导体激光器芯片的制造方法。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的透视图；

图2是根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的透视图；

图3是从上方看时根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的平面图；

图4是根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的截面图；

图5是示意性地示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的截面图；

图6是根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的一部分的放大截面图；

图7是根据本发明第一实施例的半导体激光装置的透视图；

图8是示出根据本发明第一实施例如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的示例的截面图；

图9是示出根据本发明的第一实施例关于如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的图8的示例的透视图；

图10是示出根据本发明第一实施例如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的另一示例的截面图；

图11是示出根据本发明第一实施例如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的其他示例的透视图；

图12是示出根据本发明第一实施例如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的其他示例的图（副底座的透视图）；

图13是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的截面图；

图14是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的截面图；

图15是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的截面图。

图16是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的截面图；

图17是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的截面图；

图18是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的截面图；

图19是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的透视图；

图20是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的平面图（半导体晶片从其背面侧看时的图）。

图21是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的截面图；

图22是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的截面图；

图23是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片制造方法的平面图（从基板的背面侧看时切割成条形片段的半导体晶片的图）；

图24是当沟槽部分的深度设定为晶片厚度的23%时分割难易度差异相对于纵横比绘制的图；

图25是根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片的截面图；

图26是根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片的制造方法的截面图；

图27是根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的一部分的放大截面图；

图28是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的制造方法的截面图；

图29是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的制造方法的截面图；

图30是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的制造方法的截面图；

图31是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的制造方法的截面图；

图32是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的制造方法的截面图；

图33是根据本发明第三实施例的半导体激光器芯片的透视图；

图34是图33沿B-B线剖取的截面图；

图35是示出根据本发明第三实施例的半导体激光器芯片制造方法的平面图（半导体晶片从其背面侧看时的图）；

图36是根据本发明第四实施例的半导体激光器芯片的透视图；

图37是图36沿C-C线剖取的截面图；

图38是示出根据本发明第四实施例如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的另一示例的截面图；

图39是示出根据本发明第四实施例如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的其他示例的透视图；

图40是JP3618989B中描述的常规氮化物半导体激光装置的透视图。

具体实施方式

在描述本发明的具体实施例之前，讨论了本发明的发明人通过各种研究得到的发现。

本发明的发明人首先尝试将氮化物半导体激光器芯片结向下地（元件的脊部分位于诸如副底座的散热基底一侧的安装方法）安装在副底座（submount）上。与结向上安装（元件基板位于诸如副底座的散热基底一侧的安装方法）相比，结向下安装在散发来自光波导的热方面是有效的。

然而，该研究揭示出通过结向下地安装氮化物半导体激光器芯片引起的新问题。该问题是操作电压上升，这是因为欧姆金属接触（p侧电极）相对于p型氮化物半导体层的温度在激光器芯片结向下地安装时比在激光器芯片结向上地安装时更低。

氮化物半导体激光器芯片的p侧电极的接触电阻非常高，因此对于元件的操作电压具有大的影响。另外，p型氮化物半导体层自身具有高串联电阻。另一方面，当温度高时氮化物半导体的接触电阻和串联电阻低。因此，从降低操作电压的观点来看，高温对于p型氮化物半导体层是优选的。

当氮化物半导体激光器芯片结向下地安装时，p侧电极比有源层更接近副底座（散热基底），并且p型氮化物半导体层的温度因此更有效地降低。本发明的发明人发现这加重了结向下地安装激光器芯片的问题。

当氮化物半导体激光器芯片结向上地安装时，另一方面，p侧电极自身由于接触电阻而产生热，并且p侧电极比作为热产生的主要来源的有源层离副底座（散热基底）更远。因此，在结向上安装的激光器芯片中，p侧电极和p型氮化物半导体层比在结向下安装的激光器芯片中更容易达到高温，并且操作电压趋于低。

因此，本发明的发明人通过上述研究发现结向上地安装半导体激光器芯片在易于降低p型半导体层侧电极的电阻方面具有效果。

下面将参照附图详细描述体现本发明的实施例。

第一实施例

图1和2是根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的透视图。图3是从上看时根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的平面图。图4是根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的截面图。图5和6是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的结构的图。图4的截面图沿图3的A-A线剖取。首先参照图1至6描述根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的结构，该半导体激光器芯片由100表示。

如图1、2和4所示，根据第一实施例的半导体激光器芯片100包括具有前表面（一个主表面）10a和背表面（另一主表面）10b的基板10。多个氮化物半导体层层叠在基板10的前表面10a上。稍后描述的条状脊部分19形成在堆叠在基板10的前表面10a上的氮化物半导体层的一部分中。

如图2所示，根据第一实施例的半导体激光器芯片100还具有与脊部分19正交的一对镜面（mirror facet）30。该对镜面30由出射激光的光出射面30a和与光出射面30a相反的光反射面30b组成。如图3和4所示，一对侧面40沿脊部分19形成，从而在脊部分19的每一侧有一个侧面40。平行于脊部分19行进的切口部分5形成在侧面40的包括基板10的区域（在基板10侧的区域）中，如图2至4所示。切口部分5具有切口表面5a，连接到n侧电极（负电极）23的金属层24形成在切口表面5a上。切口部分5是本发明的“第一切口部分”的示例。n侧电极23是本发明的“第一金属层”的示例。金属层24是本发明的“第二金属层”的示例。

为了给出根据第一实施例的半导体激光器芯片100的结构的具体示例，基板10是厚度为约100μm的n型GaN基板。在基板10的前表面10a上由n型GaN形成下接触层11到约0.1μm至约10μm（例如，约4μm）的厚度。在下接触层11上由n型Al_0.05Ga_0.95N形成下覆层12到约0.5μm至约3.0μm（例如，约2μm）的厚度。在下覆层12上由n型GaN形成下引导层13到0μm至约0.2μm（例如，约0.1μm）的厚度。有源层14形成在下引导层13上。

有源层14具有多量子阱（MQW）结构，其中由In_x1Ga_1-x1N制成的量子阱层和由In_x2Ga_1-x2N（x1>x2）制成的势垒层交替堆叠。量子阱层的每个由In_x1Ga_1-x1N（x1=0.05至0.1）形成为例如大约4nm的厚度。势垒层的每个由In_x2Ga_1-x2N（x2=0至0.05）形成为例如大约8nm的厚度。

蒸发防止层15在有源层14上由p型Al_0.3Ga_0.7N形成为0μm至大约0.02μm（例如，大约0.01μm）的厚度。上引导层16在蒸发防止层15上由p型GaN形成为0μm至大约0.2μm（例如，大约0.01μm）的厚度。上覆层17在上引导层16上由p型Al_0.05Ga_0.95N形成为具有凸出部分和平坦部分，平坦部分是除凸出部分之外的全部上覆层17。

上接触层18在上覆层17的凸出部分上由p型GaN形成为大约0.01μm至大约1.0μm（例如，大约0.05μm）的厚度。上接触层18和上覆层17的凸出部分构成条形脊部分19。脊部分19为本发明的“电流通路部分”的示例。

脊部分19形成为沿正交于镜面30的方向行进，如图1至3所示。位于脊部分19之下的有源层14的条形部分用作光波导20。

埋入层21形成在脊部分19的每侧，如图2和4所示。埋入层21由诸如SiO₂、SiN、Al₂O₃或ZrO₂的绝缘材料制成。利用该结构，光可以以水平横模和垂直横模被限制。当厚度小于时，埋入层21具有因光吸收而引起波导损失的可能性。因此，除非有意地积极利用埋入层21的这一属性（光吸收），否则优选埋入层21的厚度为或更大。

p侧电极22形成在埋入层21和上接触层18的顶面，从而从脊部分19的顶面将载流子注入。p侧电极22形成为覆盖上接触层18的一部分，且与由p型GaN制成的上接触层18形成欧姆接触。氮化物半导体层的主要特征是它们的p型半导体电阻高且不易于产生p型载流子。因此，难以为p侧电极形成欧姆接触。因此，形成p侧电极22的优选的电极金属为诸如Ni、Pd、Pt或Au的具有大功函数的金属材料。p侧电极22可以为这些金属的层的堆叠（多层结构），以经由导线等将电流提供给脊部分19。为了给出p侧电极22的多层结构的具体示例，Pd层和Au层可以从埋入层21侧开始依次堆叠，或者Ni层和Au层可以从埋入层21侧依次堆叠。p侧电极22也可以具有夹设Ti层或W层的多层结构，这改善了层之间的粘结。

在基板10的背表面10b上形成n侧电极23，如图1、2和4所示，以将载流子从基板10下面注入。n侧电极23与由n型GaN制成的基板10形成欧姆接触。形成n侧电极23的优选电极金属为诸如Hf、Ti、Al或W的具有小功函数的金属材料。为了给出n侧电极23的结构的具体示例，n侧电极23可以具有其中Hf层、Al层、Mo层、Pt层和Au层从基板10侧依次堆叠的多层结构，或者具有其中Ti层、Pt层和Au层从基板10侧依次堆叠的多层结构。

在第一实施例中，平行于脊部分19行进的切口部分5形成在基板10一侧的半导体激光器芯片100的侧面40中，如图1至4所示。在一对侧面40的每个中形成一个切口部分5，从而切口部分5横跨侧表面40（脊部分10）的整个长度。

在第一实施例中的切口部分5从基板10的背表面10b沿基板10的厚度方向具有给定的深度d。优选切口部分5的深度d为元件厚度T的10%或更多且小于50%（见图5）。如图5所示，元件厚度T为从基板10的背表面10b到脊部分19的顶表面的厚度，并且等于基板10和氮化物半导体层11至18的总共厚度。

如图6所示，在第一实施例中，切口部分5的切口表面5a为相对于基板10的法线方向（法线L的方向）倾斜给定角度θ的斜面。优选切口部分5的切口表面5a的斜面相对于基板10的法线方向倾斜的角度θ为7°或更小。

切口部分5的切口表面5a沿半导体激光器芯片100的侧面40延伸，从而使得切口部分5成为半导体激光器芯片100的侧面40的一部分。

在第一实施例中，连接到n侧电极23的金属层24形成在切口部分5的切口表面5a上。金属层24由与n侧电极23的材料相同的金属材料形成，且金属层24和n侧电极23一体地形成。具体地，金属层24通过将n侧电极23伸展到切口部分5的切口表面5a而形成在切口部分5的切口表面5a上。n侧电极23和金属层24因此彼此连接而没有在基板10的背表面10b的拐角处中断。

金属层24优选形成在整个切口表面5a之上，但切口表面5a可以具有没有形成金属层24的区域。简而言之，如果金属层24形成在每个切口表面5a的至少一部分上就足够了。

相对于焊料具有高润湿性的Au层优选作为n侧电极23和金属层24的最上表面，以改善用于将半导体激光器芯片100固定到副底座的焊料的润湿性。

半导体激光器芯片100的光出射面30a包括具有例如5%至80%的反射率的出射（发射）侧涂层膜（未示出）。光反射面30b包括具有例如95%的反射率的反射侧涂层膜（未示出）。出射（发射）侧涂层膜例如是多层膜，其中具有30nm厚度的氮氧化铝或氮化铝（AlO_xN_1-x（0≤X≤1））膜和具有215nm厚度的氧化铝（Al₂O₃）膜从半导体激光器芯片100的出射（发射）端面依次层叠。反射侧涂层膜例如为SiO₂和TiO₂的多层膜。除了这些材料，SiN、ZrO₂、Ta₂O₅和MgF₂等电介质膜也可以使用。

如上所述，在根据第一实施例的半导体激光器芯片100中，沿脊部分19（光波导20）行进的切口部分5形成在侧面40的包括基板10的区域（基板10侧的区域）中，且连接到n侧电极23的金属层24形成在切口部分5的每个切口表面5a的至少一部分上，从而当半导体激光器芯片100结向上地被安装时以诸如焊料的散热材料润湿侧面40（切口部分5）。这样，半导体激光器芯片100直到金属层24可以嵌入散热材料中，从而减少从光波导20（有源层14）到散热材料的距离。在光波导20（有源层14）中产生的热因此被有效地散发，且光波导20（有源层14）的温度被降低。因此，减慢了光波导20（有源层14）的劣化，结果元件获得了延长的寿命和高可靠性。

因此，根据第一实施例的半导体激光器芯片100通过降低整体温度同时使用结向上安装的优势而减慢了有源层14的劣化，在结向上安装中易于降低p型半导体侧电极（p侧电极22）的电阻。

如上构造的第一实施例更加改善了散热性能，因此防止了由于不充分散热性能引起的特性退化。

在其中具有覆盖金属层24的一个切口部分5形成在一对侧面40的每个中的第一实施例也能够更加有效地散发光波导20中产生的热。

利用设定为元件厚度T的10%或更大且小于50%的切口部分5的深度d，更改善散热性能，另外，防止产量下降。

图7是根据本发明第一实施例的半导体激光装置的透视图。图8和9是示出根据本发明第一实施例如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的示例的图。在图8和9中，根据第一实施例的半导体激光器芯片被结向上地安装。下面参照图5和图7至9给出根据第一实施例的半导体激光装置的描述。

根据第一实施例的半导体激光装置为罐式封装，如图7所示，且上述第一实施例的半导体激光器芯片100安装到该半导体激光装置。

根据第一实施例的半导体激光装置还包括基座（stem）110、放置在基座110的顶表面上以用作热沉的块体部分（block portion）120、连接到块体部分120的侧表面的副底座130、固定到基座110的顶表面的帽140以及引脚150。副底座130为本发明的“散热基底”的示例。

在根据第一实施例的半导体激光装置中，半导体激光器芯片100结向上地固定到副底座130的顶表面。固定到副底座130的半导体激光器芯片100经由导线160电连接到引脚150。

如图8和9所示，第一实施例使用焊料170将半导体激光器芯片100固定到副底座130，从而将半导体激光器芯片100直到形成在侧面40中的切口部分5嵌入焊料170中。焊料170为本发明的“散热材料”的示例。副底座130例如由诸如AlN、SiC或金刚石的具有优良导热性的材料形成。

在根据第一实施例的半导体激光装置中，在半导体激光器芯片100直到侧面40被嵌入焊料170中的情况下，从光波导20（有源层14）到焊料170的距离短，且因此光波导20（有源层14）中产生的热被有效地散发。这降低了光波导20（有源层14）的温度，从而减慢了光波导20（有源层14）的劣化。结果，延长了元件的寿命并获得了高可靠性。

如上所述构造的第一实施例的半导体激光器芯片100经由焊料170热接触副底座130的面积大。当半导体激光器芯片100的芯片宽度为200μm且切口部分5的深度d（见图5）为50μm时，例如，热接触的面积为没有提供切口部分5时的1.5倍。这种效果在芯片宽度较小时更加显著。例如，在芯片宽度为120μm且切口部分5深50μm时，热接触的面积大约为1.83倍。当与副底座130热接触的面积较大时，来自半导体激光器芯片100的光波导20的热更易于散发。大的热接触面积是改善散热性能的第一实施例的另一特征。因此，这种结构易于减慢光波导20（有源层14）的劣化且易于延长元件的寿命。

此外，在第一实施例中，半导体激光器芯片100结向上地安装，从而将p侧电极22放置在最远离副底座130和焊料170的点，从而防止了p侧电极22的温度下降并避免了不必要的电压升高。操作电压因此可以设定为低的。该布置也将作为热产生源的有源层14及其周围的部件放置为比p侧电极22更加靠近副底座130，因此，保证了寿命提高效果。

图10至12示出根据本发明第一实施例如何将半导体激光器芯片安装到半导体激光装置的另一示例。下面将参照图10至12描述如何安装半导体激光器芯片100的其他示例。

在第一实施例的其他芯片安装示例中，适于半导体激光器芯片100的宽度的沟槽131（在平面图中）形成在副底座130的顶表面中，如图10和12所示。沟槽131具有底表面131a和侧壁131b。半导体激光器芯片100经由焊料170固定到沟槽131的底表面131a。沟槽131为本发明的“台阶部分”的示例。

在第一实施例的其他芯片安装示例中，半导体激光器芯片100布置为其侧面40（切口部分5）与沟槽131的侧壁131b相对，且焊料170填充在侧面40（切口部分5）和沟槽131的侧壁131b之间的间隙。因此，切口部分5上的金属层24经由焊料170热接触副底座130（侧壁131b）。

焊料170的导热性是氮化物半导体的导热性的几分之一。因此，优选通过在半导体激光器芯片100的侧面40与沟槽131的侧壁131b之间设定小的间隙而在半导体激光器芯片100的侧面40和副底座130之间仅插设少量的焊料170。利用该结构，半导体激光器芯片100嵌入副底座130（焊料170）中，从而半导体激光器芯片100放置得更靠近副底座130（以将半导体激光器芯片100的侧面40（切口部分5）和沟槽131的侧壁131b放置得彼此跨过较短的距离的方式）。

如上所述，在第一实施例的其他芯片安装示例中，具有底表面131a和侧壁131b的沟槽131形成在副底座130的顶表面中，且半导体激光器芯片100安装在沟槽131的底表面131a上。这使得n侧电极23经由焊料170与沟槽131的底表面131a热接触，且使得形成在切口部分5上的金属层24经由焊料170与沟槽131的侧壁131b热接触，从而将光波导20（有源层14）放置得更靠近副底座130。因此，光波导20（有源层14）中产生的热经由形成在切口部分5上的金属层24更有效地传输到副底座130，因而被有效地散发。因此，易于降低光波导20（有源层14）的温度，使得易于减慢光波导20（有源层14）的劣化。结果，易于延长元件的寿命。

图13至23是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器芯片的制造方法的图。下面参照图4、5和8以及图13-23描述根据第一实施例的半导体激光器芯片100的制造方法。

首先，如图13所示，使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）在由n型GaN制成的基板10上生长氮化物半导体层11至18。具体地，由n型GaN制成的且具有大约0.1μm至大约10μm（例如，大约4μm）的厚度的下接触层11、由n型Al_0.05Ga_0.95N制成的且具有约0.5μm至约3.0μm（例如，约2μm）的厚度的下覆层12、由n型GaN制成且具有0μm至约0.2μm（例如，约0.1μm）的厚度的下引导层13以及有源层14在基板10的前表面10a上依次生长。有源层14例如通过交替生长四个势垒层和三个量子阱层来生长，每个势垒层具有大约8nm的厚度且由In_x2Ga_1-x2N（x2=0至0.05）制成，每个量子阱层具有大约4nm的厚度且由In_x1Ga_1-x1N（x1＝0.05至0.1）制成。具有由量子阱层和势垒层构成的MQW结构的有源层14以此方式形成在下引导层13上。

随后，在有源层14上，依次生长由p型Al_0.3Ga_0.7N制成且具有0μm至大约0.02μm（例如，大约0.01μm）的厚度的蒸发防止层15、由p型GaN制成的且具有0μm至大约0.2μm（例如，大约0.1μm）的厚度的上引导层16、由p型Al_0.05Ga_0.95N制成且具有大约0.1μm至大约1.0μm（例如，大约0.5μm）的厚度的上覆层17以及由p型GaN制成且具有大约0.01μm至大约1.0μm（例如，大约0.05μm）的厚度的上接触层18。

下面，如图14所示，使用光刻等在上接触层18上将抗蚀剂180形成为条形图案，使得抗蚀剂180沿给定方向彼此平行地行进。如图15所示，使用抗蚀剂180作为掩模，以通过反应离子蚀刻（RIE）将各层向下蚀刻到上覆层17中的一点，该反应离子蚀刻利用诸如SiCl₄或Cl₂的氯基气体或利用Ar气。因此，多个脊部分19形成为条形图案，以沿给定的方向彼此平行地行进。每个脊部分19由上覆层17和上接触层18的凸出部分构成。

如图16所示，抗蚀剂180留在脊部分19上，同时进行溅射等以形成具有约0.1μm至约0.3μm（例如，约0.15μm）厚度的SiO₂层21a，脊部分19嵌入SiO₂层21a中。然后，抗蚀剂180通过剥离被去除，以暴露每个脊部分19的顶部（上接触层18的顶表面）。图17中所示的埋入层21因此形成在每个脊部分19的每侧上。

下面通过光刻和蒸发的组合、或者通过其他方法形成如图18所示被图案化的p侧电极22。此后，基板10（半导体晶片）的背表面10b通过研磨或抛光至大约80μm至大约150μm（例如，大约100μm）的厚度而被减薄，从而便于分割基板10（半导体晶片）。

如图19至21所示，下面在基板10的背表面10b上进行激光划片，以形成沟槽部分55，沟槽部分55沿平行于脊部分19的方向线性地行进。沟槽部分55的位置与预计的分割线（parting line）P2一致，分割线P2的每个设置在两个邻近的脊部分19之间（在X方向彼此邻近的一个p侧电极22和另一个p侧电极22之间）。具体地，沟槽部分55形成在条形图案的脊部分19之间，使得每个沟槽部分55距两个相邻的脊部分19相等的距离。沟槽部分55在稍后描述的将芯片彼此分割的后续步骤中兼作为分割沟槽。

使用激光划片形成沟槽部分55的原因是，利用激光划片，沟槽部分55的深度d（见图21）可以自由调整且能够被设定为满意的深度。具体地，沟槽部分55的深度d通过加快划片速度而制得稍浅而通过减慢划片速度而制得稍深。另外，沟槽部分55的纵横比（w/d），也就是沟槽部分55的开口宽度w与深度d之比，可以通过调整通过激光划片形成沟槽部分55中使用的加工激光器的功率来改变。

沟槽部分55的深度d可以为在元件厚度T的从10%至50%的范围内的期望深度（见图5）。深度d也可以设定为芯片宽度的10%至50％，从而给予沟槽部分55散热的功能。例如，设定为芯片宽度的10%的沟槽深度对应于与焊料170热接触的面积20%的增加（见图8）。将沟槽部分55的深度d设定得深将导致半导体晶片（基板10）易受意外破裂，但半导体晶片（基板10）可以通过改变沟槽部分55的纵横比而使得能够抵抗意外破裂而与沟槽部分55的深的深度d无关。

为了方便在后续步骤中在沟槽部分55的侧面上形成金属层24（见图4），优选将沟槽55形成为沟槽部分55的侧面为相对于基板10（半导体激光器芯片100）的法线方向倾斜几度的斜面。在沟槽部分55通过激光划片形成后，为了去除通过激光器熔化的物质，基板10可以以酸或碱清洗。

下面，如图22所示，Hf/Al/Mo/Pt/Au膜或Ti/Pt/Au膜以所述顺序形成在基板10的背表面10b上，从而在基板10的背表面10b上形成n侧电极（金属制成的层）23。在形成n侧电极23中，连接到n侧电极23的金属层24通过容许电极金属行进到沟槽部分55的侧面而形成在沟槽部分55的侧面上。可以使用真空蒸发形成n侧电极23。然而，利用溅射会有更多的电极金属行进，因此在没有正对靶的位置的表面（诸如沟槽部分25的侧面）上更有效地形成金属层24。

在形成n侧电极23之前，可以进行干蚀刻或湿蚀刻，以调整n侧的电属性。

接下来，如图23所示，半导体晶片（基板10）通过解离被切成棒状片段。具体地，半导体晶片（基板10）通过在预计的分割线P1处（见图20）解理晶片而被切成棒状片段，每个分割线P1设置于在Y方向彼此邻近的一个p侧电极22和另一个p侧电极22之间。以此方式，产生元件棒且元件棒的解理端面构成镜面（用于形成镜面30）。

此后，光学涂层膜（未示出）形成在通过解理产生的每个元件棒的两个端面上，从而完成镜面30。

最后，元件棒沿预计的分割线P2（见图20）被切割，以将邻近的元件彼此分割并获得单独的芯片。具体地，切割器（未示出）的刃压向基板10的前表面10a（基板10的与形成沟槽部分55的表面相反的表面），从而将压力施加到元件并以沟槽部分55作为起点将元件棒中的邻接元件彼此分割。结果形成沿脊部分19伸展的侧面40（见图4）。在如此形成的侧面40中，由于元件彼此分割的位置的沟槽部分55而形成切口部分5（见图4）。芯片的分割将沟槽部分55的侧面转变为切口部分5的切口表面5a，金属层24形成在切口表面5a上。根据第一实施例的半导体激光器芯片100以此方式被制造。

如上所述，根据第一实施例的半导体激光器芯片的制造方法使用激光划片形成沟槽部分55，因此允许沟槽部分55的深度d自由调整并被设定为满意的深度。这便于半导体晶片（基板10）沿沟槽部分55分割。因此，防止了将晶片切成芯片的产量的下降。

在第一实施例中，包括沟槽部分55的侧面的至少一部分的基板10的背表面10b上形成n侧电极23，金属层24形成在沟槽部分55的侧面上。因此，可以易于制造散热性能更加改善的半导体激光器芯片100。

在第一实施例中，在连接到n侧电极的金属层24通过允许电极金属行进到沟槽部分55的侧面上而形成在沟槽部分55的侧面上的情况下，金属层24和n侧电极23通过相同的工艺形成。这减少了半导体激光器芯片的制造工时，意味着减少的制造成本。

利用如上所述构造的第一实施例的制造方法，易于制造具有优良特性的高可靠性的半导体激光器芯片100。

如果构成第一实施例中的沟槽部分55的侧面的斜面相对于基板10的法线方向倾斜7°或更小的角度，则半导体晶片可以沿沟槽部分55被更容易地分割。因此易于防止将半导体晶片切成芯片的产量下降。

在第一实施例中，通过将沟槽部分55的深度d设定为元件厚度T的10%或更多且小于50%，可以以甚至更高的产量制造散热性能提高的半导体激光器芯片100。提高产量降低了成本。

缩短从结向上地安装的半导体激光器芯片的脊部分（光波导）到焊料或副底座的距离的另一种可能的方法是减少半导体激光器芯片（基板）的厚度。然而，应用此方法的半导体晶片不易于处理。在第一实施例中，另一方面，半导体激光器芯片的散热性能被满意地改善而不用减小半导体激光器芯片（基板）的厚度，并且处理半导体晶片的难易性没有降低。半导体晶片意外破裂（cracking）的危险因而降低，这是提高产量的第一实施例的另一特征。

下面参照图7至11描述安装半导体激光器芯片100的方法。

首先，半导体激光器芯片100结向上地固定到副底座130，如图8和9所示。为了给出具体示例，半导体激光器芯片100被放置在已经涂敷有充足量的焊料170（例如，AuZn焊料）的副底座130上并被加热。当涂敷的焊料170的量是充足的且加热时间的长度又足够时，焊料170通过扩展和上升而与设置在切口部分5上的金属层24反应，结果半导体激光器芯片100嵌入焊料170中。

副底座130可以具有适于半导体激光器芯片100的宽度（在平面图中）的沟槽131，如图10和11所示。在这种情况下，半导体激光器芯片100接合到副底座130同时嵌入沟槽131。

设定涂敷的焊料170的量，使得焊料170上升，结果反应到达形成在半导体激光器芯片100的侧面40上的金属层24。具体地，当平面面积比半导体激光器芯片100大的焊料图案形成时，焊料图案的厚度设定为例如2μm至3μm。足够的加热时间是将半导体激光器芯片100嵌入在焊料170中所必要的时间。

下面，如图7所示，已经固定有半导体激光器芯片100的副底座130以例如SnAgCu焊料固定到基座110（块体部分120）。与固定半导体激光器芯片100的焊料170（例如，AuZn焊料）相同的焊料可以用于将副底座130固定到基座110（块体部分120），从而半导体激光器芯片100接合到副底座130以及副底座130固定到基座110同时进行。

此后，半导体激光器芯片100通过引线接合经由导线160电连接到引脚150。

最后，帽140焊接到基座110。根据第一实施例的半导体激光装置以此方式被组装。

在如此构造的第一实施例的半导体激光装置中，半导体激光器芯片100结向上地安装，降低了操作电压，且避免了结向下地安装半导体激光器芯片100中的定位困难。另外，利用安装的第一实施例的半导体激光器芯片100，半导体激光装置改善了散热性能并具有延长的寿命。

下面描述检验将元件棒中邻接的元件分割成半导体激光器芯片的难易度所进行的试验。在该试验中，沟槽部分的纵横比（w/d）对元件棒的易碎性的影响通过将各种沟槽部分纵横比的棒分离成元件并测量棒的易碎性来检验。沟槽部分的深度（d）被设定为元件厚度（晶片厚度）的23%。通过改变沟槽部分的开口宽度（w）来改变纵横比。

图24是其中当沟槽部分具有晶片厚度的23%的深度时，分割的难易程度差异相对于纵横比所绘制的图。在图24中，纵坐标示出棒的易碎性，而横坐标示出沟槽部分的纵横比。棒的易碎性定义为通过将切割器的刃压向棒而使棒中邻接的元件彼此分割所需的负荷。然而，因为棒的易碎性也依赖于棒的长度，所以在预定的点将具有特定纵横比的棒切割成元件所需要的负荷被设定为1（参考值），该图以相对于参考值的相对值示出每次切割必须的负荷。

图24示出当纵横比较高时棒的易碎性（breakable）（纵坐标）呈现较大的值。换言之，随着沟槽部分的纵横比增加，棒变得更难以断裂。将沟槽部分的深度保持为常数，较高的纵横比意味着更宽的沟槽部分的开口。因此，当纵横比增加时，施加到棒的负荷从沟槽部分的尖端分散，从而使得棒难以断裂（break）。

棒的易碎性的下降降低了产量，已证实将晶片切割成芯片的产量在0.25的纵横比时开始下降。换言之，已证实当纵横比大于0.25时产量下降到可接受的水平之下。虽然难以断裂的棒易于处理，当棒过于难以断裂时产量下降。考虑到这些事实，优选沟槽部分的纵横比为0.25或更小。

赋予沟槽部分0.25的纵横比对应于沟槽部分的侧面相对于半导体晶片（基板10）的法线方向倾斜大约7°。因此，已证实：沟槽部分的侧面（切口部分的切口表面）优选为相对于半导体晶片（基板10）的法线方向倾斜7°或更小的角度的斜面。

第一实施例的变型示例

图25是根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片的截面图。下面参照图25对由100a表示的根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片的结构给出描述。

如图25所示，根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片100a通过在第一实施例的结构中在n侧电极23和金属层24上附加地形成镀覆层60而获得。镀覆层60由金、或由镍/金膜形成，且覆盖形成在切口表面5a上的金属层24。

在第一实施例的变型示例中，如上所述，在镀覆层60附加地形成在金属层24上的情况下，防止了焊料相对于结向上地安装的半导体激光器芯片100a的侧面40的润湿性的下降。半导体激光器芯片100a因此可以易于直到切口部分5的切口表面5a而被嵌入焊料中。

第一实施例的变型示例的其他效果与第一实施例的相同。

根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片100a被结向上地安装，以组装成如第一实施例的半导体激光装置。

图26是示出根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片的制造方法的截面图。下面参照图26描述根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片100a的制造方法。该变型示例的制造步骤直到形成n侧电极23与第一实施例中的那些都相同，并省略了对它们的描述。

在第一实施例的变型示例中，在形成n侧电极23后使用镀覆，以在n侧电极23和金属层24上附加地形成镀覆层60，如图26所示。因此，具有均一厚度的镀覆层60形成在包括沟槽部分55的侧面的这些表面上。

此后，使用如第一实施例中的相同的方法以将半导体晶片（基板）切割成棒状片段，且光学涂层膜（未示出）形成在元件棒的解理端面上。最后，其中已经形成光学涂层膜的元件的每个棒被切割成单独的半导体激光器芯片。以此方式制造了根据第一实施例的变型示例的半导体激光器芯片100a。

第二实施例

图27是根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的放大截面图。下面参照图27给出关于由200表示的根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的结构的描述。

根据第二实施例的半导体激光器芯片200与第一实施例的不同之处在于金属层223由与n侧电极23的材料不同的金属材料形成在切口表面5a上。具体地，金属层223通过在切口部分5的切口表面5a上堆叠金属层221和222来形成。金属层221与n侧电极23分开形成，然而，金属层222与n侧电极23一体地形成。金属层223是本发明的“第二金属层”的示例。金属层221例如由钨、钛或金、或者这些元素的化合物制成。

根据第二实施例的半导体激光器芯片200的结构的其他方面与第一实施例相同。半导体激光器芯片200可以包括如在第一实施例的变型示例中的附加地形成在n侧电极23和金属层223上的镀覆层。

在第二实施例中，形成在切口部分5的切口表面5a上的金属层223使用与如上所述的n侧电极23的材料不同的金属材料，切口表面5a上的金属层223可以设定为厚的。这改善了焊料的润湿性，因此结向上安装的半导体激光器芯片200易于直到切口部分5的切口表面5a嵌入焊料中。

第二实施例的其他效果与第一实施例中的那些相同。

根据第二实施例的半导体激光器芯片200被结向上地安装，以如同第一实施例组装到半导体激光装置中。

图28至32示出根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片的制造方法。下面参照图27至32描述根据本发明第二实施例的半导体激光器芯片200的制造方法。第二实施例的制造步骤直到基板10（半导体晶片）的背表面10b的研磨或抛光与第一实施例中的那些均相同，因此省略对此的描述。

在第二实施例中，在基板10（半导体晶片）的背表面10b被研磨或抛光后，抗蚀剂层230形成在基板10的整个背表面10b上，如图28所示。下面，如图29所示，在已经形成有抗蚀剂层230的基板10的背表面10b上进行激光划片，从而形成与第一实施例中的那些相同的沟槽部分55。

接下来，在基板10的背表面10b上进行溅射等，以在整个表面上形成金属层221，如图30所示。然后通过剥离去除抗蚀剂层230。这仅在沟槽部分55的侧面上留下金属层221，如图31所示。

替代剥离，可以使用光蚀刻等在沟槽部分55的内部形成金属层221。

下面，如图32所示，使用与第一实施例中的相同方法以在基板10的背表面10b上形成n侧电极23。在形成n侧电极23中，通过容许电极金属行进到沟槽部分55的侧面，金属层222（见图27）与n侧电极23一体地形成在沟槽部分55的侧面之上（金属层221上）。由金属层221和金属层222构成且连接到n侧电极的金属层223以这种方式形成在沟槽部分55的侧面上。

此后，使用与第一实施例中相同的方法来将半导体晶片（基板）分离成棒状片段，且光学涂层膜（未示出）形成在元件棒的解理端面上。最后，将已经形成有光学涂层膜的每个元件棒中的邻接元件彼此分割，以获得单独的半导体激光器芯片200。以此方式制造了根据第二实施例的半导体激光器芯片200。

第三实施例

图33为根据本发明第三实施例的半导体激光器芯片的透视图。图34是沿图33的B-B线剖取的截面图。下面参照图33和34给出对由300表示的根据本发明第三实施例的半导体激光器芯片的结构的描述。

如图33和34所示，根据第三实施例的半导体激光器芯片300具有形成在镜面30中的切口部分6（见图34），切口部分6与形成在侧面40中的切口部分5（见图4）相同。形成在镜面30中的切口部分6具有切口表面6a，在切口表面6a上形成连接到n侧电极23的金属层24。金属层24由与n侧电极23的材料相同的金属材料制成，且与n侧电极23一体地形成。具体地，金属层24通过将n侧电极23伸展到切口部分6的切口表面6a而形成在切口部分6的切口表面6a上。由此，n侧电极23和金属层24彼此连接而没有在基板10的背表面10b的拐角处中断。形成在镜面30中的切口部分6是本发明的“第二切口部分”的示例，且形成在切口部分6的切口表面6a上的金属层24为本发明的“第一金属层”的示例。

根据第三实施例的半导体激光器芯片300的结构的其他方面与第一实施例相同。半导体激光器芯片300可以包括如同第一实施例的变型示例的附加地形成在n侧电极23和金属层24上的镀覆层。

在如上构造的第三实施例中，易于改善结向上地安装的半导体激光器芯片300的散热性能。

在第三实施例中，切口部分6形成在镜面30中，因此，也可以预期具有这样的效果：防止焊料从基板10的背表面10b沿镜面30升起到不期望的水平并影响激光器的功率特性。

第三实施例的其他效果与第一实施例中的那些相同。

根据第三实施例的半导体激光器芯片300被结向上地安装以组装成如第一实施例的半导体激光装置。

图35示出根据本发明第三实施例的半导体激光器芯片的制造方法。下面参照图20和23以及图33至35描述根据本发明第三实施例的半导体激光器芯片300的制造方法。第三实施例的制造步骤直到在基板10（半导体晶片）的背表面10b中形成沟槽部分55与第一实施例中的那些均是相同的，因此省略对此之描述。

在第三实施例中，在基板10（半导体晶片）的背表面10b被研磨或抛光后，在基板10的背表面10b上进行激光划片，以形成沿与脊部分19平行的方向线性地行进的沟槽部分55，如图35所示。沟槽部分55位于与预计的分割线P2一致的位置，分割线P2的每个设置在两个相邻的脊部分19之间（在X方向上彼此邻近的一个p侧电极22和另一个p侧电极22之间）。在第三实施例中，在基板10的背表面10b上进行激光划片，以形成解理辅助沟槽56，其与沟槽部分55相同且位于与预想的分割线P1一致的位置处。解理辅助沟槽56沿正交于脊部分19的方向（X方向）线性地行进。

下面，使用与第一实施例相同的方法在基板10的背表面10b上形成n侧电极23。在形成n侧电极23时，通过允许电极金属行进到沟槽部分55和解理辅助沟槽56的侧面，连接到n侧电极23的金属层24（见图33和34）形成在沟槽部分55的侧面和解理辅助沟槽56的侧面上。

下面，如图23所示，半导体晶片（基板）通过解理分离成棒状片段。具体地，切割器的刃（未示出）压向基板10的前表面10a（基板10的与形成有沟槽部分55的表面相反的表面），从而施加压力到元件并沿预计的分割线P1解理半导体晶片，以解理辅助沟槽56为起点。以此种方式，半导体晶片（基板）被分离成棒状片段，且棒的解理的端面构成镜面（用于形成镜面30）。通过以解理辅助沟槽56为起点解理半导体晶片，切口部分6（见图34）形成在所得到的用于形成镜面30的解理端面中。

此后，光学涂层膜（未示出）形成在元件棒的解理端面（用于形成镜面30）上。最后，已经形成有光学涂层膜的每个元件棒中邻接的元件被彼此分割，以获得单独的半导体激光器芯片300。以此方式制造了根据第三实施例的半导体激光器芯片300。

第四实施例

图36是根据本发明第四实施例的半导体激光器芯片的透视图。图37是沿图36的C-C线剖取的截面图。下面参照图36和37给出对由400表示的根据本发明第四实施例的半导体激光器芯片的结构的描述。

在根据第四实施例的半导体激光器芯片400中，脊部分19（光波导）没有在半导体激光器芯片400（半导体层）的中心M（见图37），而是靠近侧面40之一，如图36和37所示。这使得脊部分19（光波导）靠近形成在该侧面40中的切口部分5上的金属层24。

根据第四实施例的半导体激光器芯片400的结构的其他方面与第一实施例相同。半导体激光器芯片400可以包括如在第一实施例的变型示例中的附加地形成在n侧电极23和金属层24上的镀覆层。

在第四实施例中，如上所述，脊部分19（光波导）偏离半导体激光器芯片400（半导体层）的中心M，而是靠近侧面40之一，在这种情况下，从脊部分19（光波导）到切口部分5的距离被缩短，并且光波导中产生的热被更有效地散发。

第四实施例的其他效果与第一实施例中的那些相同。

根据第四实施例的半导体激光器芯片400被结向上地安装以组装成如第一实施例的半导体激光装置。

根据第四实施例的半导体激光器芯片400可以这样来制造：通过激光划片在基板10的背表面10b中形成沿平行于脊部分19的方向行进的沟槽部分，以使得沟槽部分更靠近两个相邻的脊部分19之一。通过由以此方式的加工使沟槽部分形成为靠近两个相邻的脊部分19之一，如上所述，从每个脊部分19到沟槽部分的距离缩短且热被更加有效地散发。

图38和39是示出根据本发明第四实施例如何安装半导体激光器芯片到半导体激光器装置的另一示例的图。下面参照图38和39描述如何安装半导体激光器芯片400的其他示例。

在第四实施例的其他芯片安装示例中，台阶（台阶部分）132形成在副底座130的顶表面中，如图38和39所示。台阶132具有底表面132a和侧壁132b。半导体激光器芯片400经由焊料170固定到台阶132的底表面132a上。

在第四实施例的其他芯片安装示例中，半导体激光器芯片400布置为其侧面40（较靠近脊部分19的侧面40）面对侧壁132b，且焊料170填充在该侧面40（切口部分5）和侧壁132b之间的间隙。切口部分5上的金属层24因此经由焊料170与副底座130（侧壁132b）热接触。利用该结构，半导体激光器芯片400以半导体激光器芯片400的脊部分19更靠近副底座130的方式嵌入焊料170中。

这里公开的实施例在每个方面是范例，并不应该解释为是限制的。本发明的范围通过权利要求的范围中阐述的术语而不是由上面给出的实施例的描述来限定，并且包括等同于权利要求的范围的手段和权利要求的范围内的所有变型。

例如，虽然第一至第四实施例描述将本发明应用到氮化物基半导体激光器芯片的示例，但本发明不限于此且可以应用到由除氮化物基材料之外的其他材料形成的半导体激光器芯片。

第一至第四实施例描述其中使用GaN基板的示例，但是本发明不限于此且可以使用由InGaN、AlGaN或AlGaInN等制成的基板。或者，也可以采用诸如蓝宝石基底的绝缘基板。在基板上通过晶体生长形成的氮化物半导体层的厚度、成分以及其他属性可以改变，或可以组合合适的属性，以获得期望的元件特性。例如，可以增加半导体层到这些半导体层或从这些半导体层除去半导体层，且可以变换一些半导体层的顺序。可以改变一些半导体层的导电类型。简而言之，半导体层可以自由改变，只要能获得氮化物半导体激光器元件的基本特性。上述实施例的半导体激光器芯片也可以具有宽区域元件结构。

第一至第四实施例描述其中具有金属层的切口部分形成在半导体激光器芯片的每个侧面中的示例。然而，本发明不限于此并且切口部分可以仅形成在半导体激光器芯片的一个侧面中。

第一至第四实施例描述其中切口部分形成为跨越半导体激光器芯片的侧面的整个长度的示例。然而，本发明不限于此且沿平行于脊部分的方向行进的切口部分可以仅形成在半导体激光器芯片的侧面的一部分中。

第一至第四实施例描述其中切口部分（沟槽部分、解理辅助沟槽）线性地行进的示例。然而，本发明不限于此，且可以形成断续的切口部分（断续的沟槽部分、断续的解理辅助沟槽）。例如，切口部分（沟槽部分、解理辅助沟槽）可以为短划线。

第一至第四实施例描述其中通过激光划片形成沟槽部分（切口部分）的示例。然而，本发明不限于此，且可以使用激光划片之外的其他方法来形成沟槽部分（切口部分）。激光划片之外的其他方法的示例包括切割。

在第一至第四实施例中，切口部分（沟槽部分、解理辅助沟槽）可以具有足够的深度以到达半导体层。

第一至第四实施例描述其中连接到n侧电极的金属层形成在切口部分的切口表面上的示例。金属层和n侧电极之间的连接可以在基板的背表面的拐角处部分地断开。简而言之，金属层仅需要至少部分地连接到（接触）n侧电极。即使当金属层和n侧电极之间的空间连接在某些位置断开，则半导体激光器芯片也可以直到半导体激光器芯片的侧面（切口部分）被嵌入焊料等中，这依赖于管芯接合条件。然而，为了获得稳定的产量，金属层应该接触（连接到）n侧电极。

第一至第四实施例描述其中焊料用作散热材料的示例。然而，本发明不限于此，且半导体激光器芯片可以使用焊料之外的其他散热材料安装。焊料之外的其他散热材料的示例包括诸如银膏的导热粘结剂。

第一至第四实施例描述其中半导体激光器芯片安装到副底座的示例。然而，本发明不限于此，且半导体激光器芯片可以安装到副底座之外的其他基底上。例如，半导体激光器芯片可以直接安装在诸如基座的散热基底上。

第一至第四实施例描述其中半导体激光器芯片安装到罐式封装半导体激光装置中的示例。然而，本发明不限于此，且半导体激光器芯片可以安装到罐式封装类型之外的其他类型的半导体激光装置中。

第一至第四实施例描述其中半导体激光器芯片制造方法使用SiO₂作为用于形成埋入层的材料的示例。然而，本发明不限于此，且埋入层可以由诸如SiN、Al₂O₃或ZrO₂的除SiO₂之外的其他绝缘材料形成。

第一至第四实施例描述其中在形成脊部分中使用抗蚀剂层作为掩模层的示例。然而，本发明不限于此，且由SiO₂等制作的掩模层可以用于形成脊部分。在这种情况下，可以使用光刻和由氢氟酸溶液的溶解的结合或其他方法来暴露脊部分的顶部（顶表面）。

第一至第四实施例描述将本发明应用到脊型激光器结构的示例。然而，本发明不限于此，且也可以应用到脊型之外的其他激光器结构，比如掩埋异质结构（BH）型和通过选择再生长（RiS）的脊型。

第一至第四实施例描述其中使用MOCVD通过晶体生长形成氮化物半导体层的示例。然而，本发明不限于此，且氮化物半导体层可以通过利用MOCVD之外的其他方法的晶体生长来形成。MOCVD之外的其他可采用的方法的示例包括氢化物气相外延（HVPE）和分子束外延（MBE）。

在第一至第四实施例中，p侧电极的尺寸和形状等可以适当地修改。

在第一至第三实施例中，半导体激光器芯片可以安装在具有如第四实施例的其他芯片安装示例中所示的台阶的副底座上。

Claims

1.一种半导体激光器芯片，包括：

基板，包括一个主表面和与该一个主表面相反的另一个主表面；

半导体层，形成在所述基板的所述一个主表面上；

光波导，形成在所述半导体层中；

第一切口部分，形成在包括所述基板的区域中且沿所述光波导行进，所述第一切口部分包括切口表面；以及

第一金属层，形成在至少部分所述切口表面上，且接触所述切口表面，

其中，所述第一金属层仅形成在所述切口表面上，与所述第一金属层不同的第二金属层形成为接触所述另一个主表面，且也形成在所述第一金属层上，以及

其中，所述切口表面仅被所述第一金属层和所述第二金属层覆盖，且所述另一个主表面仅被所述第二金属层覆盖。

2.如权利要求1所述的半导体激光器芯片，还包括沿所述光波导延伸的侧面，

其中所述第一切口部分形成在所述侧面中。

3.如权利要求2所述的半导体激光器芯片，

其中所述基板和所述半导体层包括彼此相对的一对所述侧面，且

其中一个第一切口部分形成在一对所述侧面的每个中。

4.如权利要求1所述的半导体激光器芯片，其中所述半导体层包括氮化物半导体层。

5.如权利要求1所述的半导体激光器芯片，其中所述第一切口部分的切口表面包括相对于所述基板的法线方向倾斜的斜面。

6.如权利要求1所述的半导体激光器芯片，其中所述第一切口部分的切口表面包括相对于所述基板的法线方向倾斜7°或更小的角度的斜面。

7.如权利要求1所述的半导体激光器芯片，其中所述第一切口部分具有从所述基板的所述另一个主表面沿所述基板的厚度方向的深度，该深度为所述基板和所述半导体层的合计厚度的10％或更多且小于50％。

8.如权利要求1所述的半导体激光器芯片，还包括正交于所述光波导的镜面，

其中所述镜面具有形成在所述基板侧的第二切口部分，且

其中通过延伸所述第二金属层，所述第二金属层也形成在所述第二切口部分上。

9.如权利要求1所述的半导体激光器芯片，还包括沿所述光波导延伸的各侧面，

其中所述光波导没有位于所述半导体层的中心而是更靠近所述侧面之一。

10.一种半导体激光装置，包括如权利要求1至9中任一项所述的半导体激光器芯片，

其中所述半导体激光器芯片直到所述第一切口部分的切口表面嵌入散热材料中。

11.如权利要求10所述的半导体激光装置，还包括散热基底，所述半导体激光器芯片安装在该散热基底上，

其中所述半导体激光器芯片经由所述散热材料结向上地固定在所述散热基底上。

12.如权利要求11所述的半导体激光装置，

其中所述散热基底包括具有底表面和侧壁的台阶部分，以及

其中通过将所述半导体激光器芯片固定到所述台阶部分的底表面，至少形成在所述第一金属层上的所述第二金属层经由所述散热材料热接触所述侧壁。

13.如权利要求11所述的半导体激光装置，其中所述散热基底包括副底座。

14.如权利要求10所述的半导体激光装置，其中所述散热材料包括焊料。

15.一种半导体激光器芯片的制造方法，包括：

在基板的前表面上生长氮化物半导体层；

在所述氮化物半导体层中形成电流通路部分；

在所述基板的背表面中形成作为用于芯片分离的分割沟槽的沟槽部分，以平行于所述电流通路部分行进；

形成第一金属层，从而与所述沟槽部分的至少部分侧面接触；

形成与所述基板的背表面接触的与所述第一金属层不同的第二金属层；以及

沿所述沟槽部分分割所述基板，

其中形成所述第一金属层包括仅在所述沟槽部分的侧面上形成所述第一金属层，

其中形成所述沟槽部分包括通过激光划片形成沟槽，

其中形成所述第二金属层包括在所述第一金属层上形成所述第二金属层，

其中所述沟槽部分的侧面仅被所述第一金属层和所述第二金属层覆盖，且除了所述沟槽部分的侧面外的所述基板的背表面仅被所述第二金属层覆盖，以及

其中所述沟槽部分的侧面包括相对于所述基板的法线方向倾斜7°或更小的角度的斜面。

16.如权利要求15所述的半导体激光器芯片的制造方法，其中形成所述第一金属层包括通过溅射形成所述第一金属层。

17.如权利要求15所述的半导体激光器芯片的制造方法，还包括在形成所述第二金属层后在所述第二金属层上形成镀覆层。