CN102170089A - 氮化物基半导体发光元件和封装中安装该元件的发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氮化物基半导体发光元件和封装中安装该元件的发光器件。为了抑制杂质附着到半导体发光元件，提供一种氮化物基半导体发光元件，包括：层压体，所述层压体具有第一包覆层、第一包覆层上方形成的有源层以及在该有源层上方形成的第二包覆层；以及电介质膜，所述电介质膜具有3μm或更大厚度，所述电介质膜被形成在发射光侧上的层压体的侧表面上，并且至少覆盖有源层的第一侧表面。

Description

氮化物基半导体发光元件和封装中安装该元件的发光器件

相关申请的交叉引用

包括说明书、附图和摘要的、于2010年1月25日提交的日本专利申请No.2010-13305的全部公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种氮化物基半导体发光元件和封装中安装有该氮化物基发光元件的发光器件。

背景技术

由于从由氮化镓代表的III族氮化物半导体可以获得高效蓝紫发光，所以这种半导体作为用于发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的材料已引起了关注。其中，期望具有405nm波长的LD作为具有大容量的光盘设备的光源，因为LD的光束可以比具有650nm波长的常规LD更窄。近年来，随着大屏幕TV等的普及，为了重放高质量移动图像，增加了对蓝紫光重放LD的需求。

在图7中示出典型的氮化物基半导体发光元件(半导体激光器)的结构。氮化物基半导体发光元件具有层压结构，其中，n型包覆层102、光导层103、有源层104、光导层105以及p型包覆层106按次序层压在GaN衬底101上。p型包覆层106被处理成脊形状。脊的顶部用具有其中提供p型电极108的条带形孔径的绝缘膜107覆盖。通过条带形电极形成电流阻挡结构，并且通过调节脊的宽度和高度来控制横模。激光束从通过解理形成的谐振腔镜(未示出)辐射出。

在由解理形成的谐振腔镜上，形成电介质膜(未示出)，作为端表面保护膜。作为用于具有405nm波长的蓝紫光半导体激光器的端表面保护膜，例如，由Al₂O₃单层构成的抗反射(AR)膜被提供在辐射激光束侧的表面上，并且由诸如Al₂O₃/TiO₂的多层膜构成的高反射(HR)膜被提供在与前述表面相反的表面上。利用这种构造，保护半导体的表面，并且减小振荡阈值电流，由此允许激光束从提供AR膜的表面有效率地辐射出。

由此制造的半导体发光元件被包封在CAN封装中，使得更容易地并入到光学拾取器件中。具体地，在半导体发光元件熔融结合到热沉上、随后将其熔融结合到管座(stem)上之后，该管座利用具有玻璃窗口的盖帽包封。利用这种封装，可以防止半导体发光元件在装配工作期间被损坏，并且能够确保发光操作期间的热辐射性质以使半导体发光元件稳定地操作。

这里，蓝紫光半导体发光元件的振荡波长为405nm那么短，并且激光束的光子能量有3.0eV那么高。因此，会产生如下问题：残留在气氛中的有机物质通过半导体发光元件发射的光来化学地降解，并因此诸如碳、硅等的杂质附着到辐射光侧上的半导体发光元件的表面。

从而，日本未审专利公布No.2004-289010描述了一种发光器件，其中通过限制CAN封装中硅有机化合物气体的蒸气压力，可以抑制杂质对半导体发光元件的附着。

此外，日本未审专利公布No.2006-344727描述了一种制造激光器件的方法，其中，在已经包封了半导体发光元件的CAN封装被加热到70℃或更高的同时，通过将具有420nm或更少的波长的光辐射到CAN封装中来降解和消灭CAN封装中的有机气体的情况下，抑制发光操作期间杂质对半导体发光元件的附着。

此外，日本未审专利公布No.2004-40051描述了一种技术，其中，通过将紫外光或等离子体辐射到半导体发光元件支撑构件上来消除有机物质之后，将半导体发光元件包封在CAN封装中。此外，日本未审专利公布No.2004-273908描述了一种技术，其中在臭氧气氛下将半导体发光元件包封在CAN封装之后，将紫外光辐射到CAN封装中。

此外，日本未审专利公布No.2008-182208描述了一种关于氮化物基半导体发光元件的技术。

发明内容

虽然CAN封装在实现激光的稳定操作方面是有效的，但是在外层方面具有缺点，例如，必须具有玻璃窗的盖帽。因此，在用于光盘应用的红光和红外线光激光器中，便宜的框架封装是主流。框架封装具有半导体发光元件附着到扁平支撑构件上的结构，并且在没有玻璃盖帽和用于外壳焊接工艺的情况下，可以制造框架封装。因此，框架封装适合降低组件和工艺成本方面的花费。

相信，通过将框架封装应用到蓝紫光半导体发光器件，可以实现成本的急剧降低。

即使当半导体发光元件要安装在这样的封装中时，也需要解决残留在气氛中的有机物质可以通过半导体发光元件发射的光来化学降解以附着到其上的问题。

然而，上面提到的四个专利文献的任何一个都公开了一种抑制杂质附着到已经包封在CAN封装中的半导体发光元件的技术，并因此在应用框架封装时不能抑制杂质附着到半导体发光元件。

框架封装与CAN封装的极大不同在于半导体发光元件暴露于空气。从而，由于空气中的有机化合物气体而发生杂质对半导体发光元件的附着，并因此即使通过清洗和封装组件，也不能抑制杂质对半导体发光元件的附着。

根据本发明的一方面，氮化物基半导体发光元件包括：层压体，所述层压体包括第一包覆层、第一包覆层上方形成的有源层以及在该有源层上方形成的第二包覆层；以及电介质膜，所述电介质膜具有3μm或更大厚度，被形成在发射光侧上的层压体侧表面上并且至少覆盖有源层的第一侧表面。

因为蓝紫光半导体发光元件的光子能量高，所以气氛中的诸如硅氧烷的硅有机化合物，通过由半导体发光元件发射的光来光化学地降解，以成为诸如SiO₂的杂质，使得杂质附着到半导体发光元件，具体地，附着到其光辐射表面。

在日本未审专利公布No.2004-289010中，描述了光化学降解成SiO₂等的反应速度与光强度(光密度)的平方大致成比例，并且描述了光化学降解反应是包括两个光子的双光子过程。这里，因为从半导体发光元件的有源层辐射的光被辐射成具有特定角度，所以其光强度随着远离有源层的第一侧表面而逐渐变得更弱。也就是说，上述光化学降解反应最可能发生在半导体发光元件的光辐射表面上，即，在光辐射侧上与气氛气体接触的表面上。在本发明中，通过上面提到的构造来减少光辐射表面上的光强度。

在根据本发明的氮化物基半导体发光元件的情况下，电介质膜的暴露于气氛的表面成为光辐射表面。因为穿过电介质膜行进得越远，从有源层辐射的光的光强度就变得越弱，所以电介质层的暴露表面(光辐射表面)上的光强度在电介质膜厚度制作得更厚时会急剧减小。

在这种情况下，可以抑制气氛中的诸如硅氧烷的硅有机化合物会通过从半导体发光元件辐射的光来光化学降解，并因此能够抑制杂质可以附着到半导体发光元件，具体地，附着到其光辐射表面。

根据本发明，其变得可以抑制杂质附着到半导体发光元件。

附图说明

图1是示意性示出根据本实施例的氮化物基半导体发光元件的实例的截面图；

图2是示意性示出根据该实施例的氮化物基半导体发光元件的一部分的实例的截面图；

图3是示出在框架封装中安装的蓝紫光激光器的APC测试中操作电流变化的曲线图；

图4是示出电介质膜厚度与电介质膜的标准化光密度：S₀/S₁的关系曲线图；

图5A至5F是示意性示出用于制造根据该实施例的氮化物基半导体发光元件的工艺过程图的实例的图；

图6是示出氮化物基半导体发光元件的APC测试中ΔI_OP的时间变化的曲线图；以及

图7是示意性示出一般的氮化物基半导体发光元件的实例的截面图。

具体实施方式

现在将参考附图来描述本发明的实施例。在所有图中，相同的组成元件利用相同的附图标记来表示，并且将不再重复一些描述。

<实施例>

图1和2示出根据本实施例的氮化物基半导体发光元件应用于半导体激光器作为实例的情况。图1是示意性示出根据本实施例的氮化物基半导体发光元件的实例的截面图。在图1中，光在与平面相垂直的方向上在近侧辐射。图2是示意性示出在沿着图1中的氮化物基半导体发光元件的X-X’线截取的部分截面的截面图。在该图中，光从右侧辐射到左侧。

如图1所示，根据本实施例的氮化物基半导体发光元件具有层压体，所述层压体包括第一包覆层303、在第一包覆层303上方形成的有源层305以及在有源层305上方形成的第二包覆层308。

在有源层305中，注入的电子和空穴复合以发光。第一包覆层303和第二包覆层308具有增加有源层305的电子密度和空穴密度的功能。在本实施例中，第一包覆层303、有源层305和第二包覆层308的构造没有具体限制。例如，第一包覆层303可以是掺杂Si的Al_X1Ga_Y1N层(例如：4×10¹⁷cm^-3的Si浓度、2μm的厚度)。有源层305可以是由In_X2Ga_Y2N(例如：3nm的厚度)阱层和掺杂Si的In_X3Ga_Y3N(例如：1×10¹⁸cm^-3的Si浓度、4nm厚度)阻挡层构成的三周期的多量子阱(MQW)有源层。第二包覆层308可以是p型Al_X4Ga_Y4N层(例如：0.8μm的厚度)。

如图1所示，例如，包括第一包覆层303、有源层305和第二包覆层308的层压体可以被形成在n型GaN衬底301上。该层压体可以具有其中按顺序层压掺杂Si的n型GaN层302、第一包覆层303、n型GaN光限制层304、有源层305、帽盖层306、p型GaN光限制层307、第二包覆层308、p型GaN接触层309以及由Pd/Pt构成的p接触312的结构。

在第二包覆层308和p型GaN接触层309中，通过利用干法蚀刻制成的脊结构被形成为条带形状。分别地，P型电极313被提供在该脊结构的顶部上的p性GaN接触层309上方，并且n型电极316被提供在n型GaN衬底301下方。

如图2所示，根据本实施例的氮化物基半导体发光元件具有电介质膜201，电介质膜210被形成在包括第一包覆层303、有源层305和第二包覆层308的层压体的侧表面(图2中的左侧表面)上，光从该侧表面辐射出，并且电介质膜至少覆盖有源层305的第一侧表面305A。

电介质膜201的厚度d大于或等于3μm。假设在大致垂直于有源层305的方向上从有源层305的第一侧表面305A的上侧(在与图2平面相垂直的方向上延伸的边)到电介质膜201的侧表面201A的顶部的距离是h，并且假设在大致垂直于有源层305的方向上从有源层305的第一侧表面305A辐射的光的辐射角是θ_V，其厚度d的最大值可以小于或等于h·cot(θ_V/2)。也就是说，电介质膜201的厚度d可以是3μm≤d≤h·cot(θ_V/2)。

电介质膜210可以由任意材料制成，只要其不吸收光并且不会被光所劣化，具体地，不会被半导体发光元件辐射的光劣化即可。并且，期望的是，在膜厚度制作得大时，材料不会剥落和破裂。例如，电介质膜201可以是：由每一种都是通过溅射、沉积、CVD(化学气相沉积)等形成的Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、MgF₂、CaF₂、AlN和Si₃N₄中的任意一种构成的膜，或通过灌注(potting)或喷墨而附着的硅树脂构成的膜；或者由两个或更多个前面的膜组合的多层膜。期望的是，该电介质膜201具有1至30％的激光束端表面反射系数，并且通过适当组合由上面提到的材料构成的膜，能够稳定地形成具有预定折射率的电介质膜201。

可替选地，HR膜(未示出)可以形成在与包括第一包覆层303、有源层305和第二包覆层308的层压体的光被辐射侧上的表面(图2中左侧上的表面)相反的表面上。该HR膜可以是组合具有低折射率的电介质膜和具有高折射率的电介质膜的多层膜，并且期望的是，使HR膜具有70％至99％的激光束反射系数。HR膜可以由：全部可以通过溅射、沉积、CVD等形成的诸如Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅等的氧化物，诸如MgF₂、CaF₂等的氟化物，诸如AlN、Si₃N₄等的氮化物；或诸如硅树脂的有机膜等来构成。

制造根据本实施例的这样的氮化物基半导体发光元件的方法没有具体限制，但可以通过利用所有常规的技术来实现。

例如，通过利用例如MOVPE(金属有机气相外延)系统等的生长系统，在衬底上形成包括第一包覆层303、在第一包覆层303上方形成的有源层305和在有源层305上方形成的第二包覆层的层压体；其后通过利用例如真空沉积方法或溅射方法在辐射光侧上的层压体的表面上形成具有预定厚度的电介质膜201，可以制造氮化物基半导体发光元件。

其后，利用常规的技术，可以将氮化物基半导体发光元件安装在诸如框架封装和CAN封装的所有封装中。

随后，将描述根据本实施例的氮化物基半导体发光元件的操作效果。

通过本发明人对氮化物基半导体发光元件(在下文中，有时简称为“半导体发光元件”)各种研究的结果，已经发现：通过使电介质膜201变厚，可以抑制杂质附着到半导体发光元件，具体地，抑制杂质附着到辐射光侧上的半导体发光元件的表面(在下文中，称为“光辐射表面”)。

如上所述，因为蓝紫光半导体发光元件的光子能量高，所以气氛中的诸如硅氧烷的硅有机化合物，在长期发光中会被光而光化学降解成为诸如SiO₂的杂质，使得杂质附着到半导体发光元件，具体地，附着到其光辐射表面。结果，随着杂质的附着，光辐射表面的反射系数变化，由此造成驱动电流变化的现象，如图3所示。

根据日本未审专利公布No.2004-289010，描述了光化学降解成为SiO₂等的反应速度大致与光强度的平方(光密度)成比例，并且描述了光化学降解反应是包含两个光子的双光子过程。这里，因为从半导体发光元件的有源层305辐射的光被辐射成具有特定角度，所以其光强度随着远离有源层305的第一侧表面305A而变弱。也就是说，上述光化学降解反应最可能发生在半导体发光元件的光辐射表面上，即，在辐射光侧上的与气氛气体接触的表面上。在根据本实施例的半导体发光元件中，可以减小光辐射表面上的光强度。

这里，应该注意，暴露于气氛的电介质膜201的表面201B(见图2)，在本实施例中是光辐射表面。

如上所述，因为从半导体发光元件的有源层305辐射的光被辐射成具有特定角度，所以其光强度随着远离有源层305的第一侧表面305A而变弱。也就是说，当电介质膜210的厚度制作得越大时，暴露表面(光辐射表面)201B上的光强度会急剧减小。在这种情况下，可以抑制气氛中的诸如硅氧烷的硅有机化合物通过半导体发光元件辐射的光来光化学降解，并因此可以抑制杂质附着到半导体发光元件，具体地，可以抑制杂质附着到其光辐射表面。

在下文中，以蓝紫光激光器作为示例，将详细描述本实施例的操作效果。

如图1所示，从辐射光侧上的层压体的侧表面上(图2中示出的表面)的非常窄的椭圆形区域(椭圆A)辐射光，该层压体包括第一包覆层303、有源层305和第二包覆层308。椭圆A的长轴平行于有源层305，并且其尺寸几乎等于电流阻挡结构的宽度th。椭圆A的短轴垂直于有源层305，并且其尺寸几乎等于有源层305的厚度tv。

考虑到光学拾取器件中的收集效率等，用于光盘应用的蓝紫光激光器典型地具有1至3μm的th和0.1至0.2μm的tv。

从有源层305辐射的光被辐射成分别在与有源层305相垂直的方向上(图2中的垂直方向)和与有源层305相平行的方向上(与图2中的平面相垂直的方向)具有特定角度。也就是说，辐射的光被传播，同时通过电介质膜201散播。在蓝紫光激光器的情况下，在垂直方向上典型的辐射角在15°到25°(包括15°和25°)的范围内，并且在水平方向上的辐射角在7°到10°(包括7°和10°)的范围内。

在这种情况下，半导体发光元件的暴露表面(光辐射表面)201B上的光强度(光密度)成为电介质膜201厚度的函数。具体地，假设：辐射光侧上的层压体的侧表面上(图1中示出的表面)的激光光面积为S₀，该层压体包括第一包覆层303、有源层305和第二包覆层308；电介质膜201的暴露表面(光辐射表面)201B上的激光光面积为S₁；S₀/S₁等效于暴露表面(光辐射表面)201B上的标准化光密度。

假设这是具有th(μm)和tv(μm)的轴的椭圆，则激光光面积S0用下面的等式(1)来表示，

S₀＝t_h×t_v×π/4    ...(1)

另一方面，假设电介质膜201的厚度为d(μm)并且垂直和水平辐射角分别是θ_v和θ_h，那么激光光面积S1用下面的等式(2)来表示，

$S_1=\{d\&times;\tan ({\mathrm{\&theta;}}_v/2)+\frac{t_v}{2}\}\&times;\{d\&times;\tan ({\mathrm{\&theta;}}_h/2)+\frac{t_h}{2}\}\&times;\mathrm{\&pi;}...\left(2\right)$

这里，当垂直辐射角为20°且水平辐射角为9°时，在图4中示出S₀/S₁与电介质膜的厚度d(μm)之间的关系。由图4可以得知，通过使电介质膜201的厚度d为3μm或更大，与气氛气体接触的半导体发光元件的表面上的光密度，可以减少到没有提供电介质膜201(d＝0，S₀＝S₁)时的十分之一或者更低。也就是说，可以将光化学降解速度减小到百分之一或更小。

随后，将描述通过使电介质膜201的厚度为h·cot(θ_V/2)或更小时的操作效果。

如果电介质膜201的厚度太大，被辐射成在与有源层305相垂直的方向上(图2中的垂直方向)具有特定角度的光，不仅从暴露表面(光辐射表面)201B辐射出，而且从电介质膜201的顶部上的侧表面201A辐射出。因此，在辐射图案中会出现干扰。

在根据本实施例的半导体发光元件中，通过使电介质膜201的厚度为h·cot(θ_V/2)或更小，可以避免从有源层305辐射的光可以从电介质膜201的顶部上的侧表面201A辐射出。

根据如上所述的本实施例的氮化物基半导体发光元件，即使在该氮化物基半导体发光元件在暴露于空气的情况下使用时，也可以抑制杂质会附着到氮化物基半导体发光元件，具体地，可以抑制杂质会附着到其光辐射表面上。也就是说，即使在应用根据实施例的氮化物基半导体发光元件暴露于空气的例如框架封装的封装时，也能够抑制杂质会附着到氮化物基半导体发光元件，具体地，可以抑制杂质会附着到其光辐射表面。

即使在使用CAN封装时，根据本实施例的氮化物基半导体发光元件也自然地具有与上述相同的优点。在这种情况下，没有必要执行去除或减少CAN封装中有机气体的处理，并且因此可以有效率地进行封装。

实例

作为本实施例的第一实施例，将描述脊-条带激光器。

《氮化物基半导体发光元件的制造》

图5A至5F示出用于制造根据本实施例的氮化物基半导体发光元件的工艺过程图。

N型GaN(0001)衬底用作衬底。使用300-hPa减压MOVPE系统来制造元件结构。氢和氮的混合气体用作载气。此外，分别使用三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMAl)和三甲基铟(TMI)作为Ga、Al和In源，并且分别使用硅烷(SiH₄)和二(环戊二烯基)镁(Cp₂Mg)作为n型掺杂剂和p型掺杂剂。

在放入生长系统中之后，在供给NH₃的同时加热n型GaN衬底301，使得在温度达到生长温度时才开始生长。也就是说，如图5A所示，在n型GaN衬底301上，顺序沉积掺杂Si的n型GaN层302(Si浓度为4×10¹⁷cm^-3、厚度为1μm)、由掺杂Si的n型Al_0.1Ga_0.9N层构成的n型包覆层303(Si浓度为4×10¹⁷cm^-3、厚度为2μm)、由掺杂Si的n型GaN层构成的n型光限制层304(Si浓度为4×10¹⁷cm^-3、厚度为0.1μm)、由In_0.15Ga_0.85N(厚度3nm)阱层和掺杂硅的In_0.01Ga_0.99N(Si浓度为1×10¹⁸cm^-3、厚度为4nm)阻挡层构成的三周期多量子阱(MQW)有源层305、由掺杂Mg的p型Al_0.2Ga_0.8N构成的帽盖层306(Mg浓度为2×10¹⁹cm^-3、厚度为10nm)、由掺杂Mg的p型GaN构成的p型光限制层307(Mg浓度为2×10¹⁹cm^-3、厚度为0.1μm)、由掺杂Mg的p型Al_0.1Ga_0.9N层构成的p型包覆层308(Mg浓度为1×10¹⁹cm^-3、厚度为0.8μm)和由掺杂Mg的p型GaN构成的p型GaN接触层309(Mg浓度为1×10²⁰cm^-3、厚度为20nm)。

在衬底温度为1080℃、TMG供应量为58μmol/min以及NH₃供应量为0.36mol/min的条件下，进行GaN生长。在衬底温度为1080℃、TMA供应量为36μmol/min、TMG供应量为58μmol/min以及NH₃供应量为0.36mol/min的条件下，进行AlGaN生长。以及，在衬底温度为800℃、TMG供应量为8μmol/min、NH₃供应量为0.36mol/min以及对于阱层为48μmol/min TMI供应量和对于阻挡层3μmol/min TMI供应量的条件下，进行InGaN生长。

在如上所述制造的层压体上，如图5B所示形成SiO₂膜310，随后通过光刻形成具有1.3μm宽度的条带形SiO₂膜310，如图5C所示。

其后，通过利用条带形SiO₂膜310作为掩模的干法蚀刻来去除部分p型包覆层308和p型GaN接触层309，由此形成如图5C所示的脊结构。然后，去除条带形SiO₂膜310，以在整个表面上新沉积SiO₂膜311，由此获得图5D中示出的结构。

随后，在SiO₂膜311上厚厚地涂覆抗蚀剂(未示出)之后，在氧等离子体中通过回蚀刻去除脊状结构的顶部上的抗蚀剂。其后，用缓冲的氢氟酸去除了脊结构的顶部上的SiO₂膜311，随后通过电子束沉积Pd/Pt。在通过剥离法在脊结构的顶部上形成除了Pd/Pt之外的p接触312之后，在氮气氛中、在600℃下进行RTA(快速热退火)30秒，由此形成p欧姆电极。

随后，通过溅射在其上沉积具有50nm厚度的Ti膜、具有100nm厚的Pt膜以及具有2μm厚的Au膜，由此形成p型覆盖电极313。此外，对层压体的背表面(晶片背表面)进行抛光，使得晶片的厚度被制作为100μm那么小，然后按次序真空沉积具有5nm厚度的Ti膜、具有20nm厚度的Al膜、具有10nm厚度的Ti膜以及具有500nm厚度的Au膜，由此形成n型电极(未示出)。

随后，在与条带相垂直的方向上解理已经形成电极的晶片，以形成具有400μm谐振长度的激光器条。

随后，在通过上述方法制造的层压体的端表面上形成电介质膜201。具体地，通过利用RF(射频)磁控管溅射系统，在要辐射激光束侧上的层压体的表面上沉积由SiO₂构成的膜。制造电介质膜210，使得具有0.2μm、1μm、2μm、3μm和6μm五个膜厚度等级。

在形成电介质膜201之后，从该系统一次去除上面已经形成电介质膜210的层压体，随后再次利用RF磁控管溅射系统，在与形成电介质膜201的表面相反的表面上形成由SiO₂/TiO₂构成的具有90％反射率的HR膜。随后，通过元件隔离制造了具有200μm元件宽度的激光器芯片(氮化物基半导体发光元件)。

《测试1》

由前述工艺获得的激光器芯片被熔融结合到具有银膏的Si热沉，并且进一步将该热沉熔融结合到具有银膏的框架封装以获得激光器元件。这些激光器元件被并入到市场上可买到的光盘设备中，然后将其放置到温度保持在80℃的恒温室中进行APC(自动能量控制)测试。使得恒温室内部处于空气气氛下。APC测试的激光器输出设定为0.3mW、1mW、3mW、10mW和20mW五个等级，并通过CW(连续波)驱动该激光器。在半导体激光器元件中，由于它们在制造中的不同，所以其θ_V通常是分布式的。在该APC测试中，使用一组选择的元件，使得对于每个测试等级θ_V都在15°至25°的范围内均匀分布。

图6是示出当电介质膜210的厚度d变化时操作电流时间变化的曲线图。光输出设定为10mW。在典型的光盘再现操作期间激光输出小于或等于5mW，并因此本测试的输出等级全面覆盖典型的使用条件。在图6中，假设每次的操作电流为I_OP并且APC开始时的操作电流是I_OPO，则ΔI_OP代表幅度变化ΔI_OP＝(I_OP-I_OPO)/I_OPO。

由图6清晰示出，经过APC测试的周期，在包含振荡的条件下，具有0.2μm和1μm的电介质膜201厚度d的激光器元件操作电流增加。在APC测试之后，取出激光器元件以观察光辐射表面。作为观察的结果，发现黑色外来物质附着到激光束辐射区域。通过EXD(能量分散X-射线光谱仪)评估附着物质的成分，并且发现该物质由SiO_x构成。由此可以推断出在光盘设备中存在硅有机气体，并且在硅有机气体被激光束降解的情况下而产生的附着物质被积累在上面。

另一方面，在具有2μm电介质膜201厚度d的激光器元件中，还观察到操作电流的振荡。具体地，当经过400小时时，该振荡变大。

相反，在具有3μm电介质膜201厚度的激光器元件中，直到1000小时也没有观察到振荡结构，而且ΔI_OP的幅度有8％那么小。在经过1000小时之后当ΔI_OP＜30％时，将在稳定性方面没有实际问题，在该激光器元件中这完全满足。

另一方面，在其中电介质膜201的厚度d设定为6μm的测试中(在图6中没有示出)，对于θ_v超过19°的元件，在最初的垂直辐射图案中观察到了干扰。假设h＝0.9μm，在θ_v＝20°时h·cot(θ_V/2)为5.4μm，并且因此这些激光器元件的光场覆盖芯片的上表面，并因而可以认为在辐射图案中产生了干扰。

《测试2》

在光输出变为0.3mW、1mW、3mW、10mW和20mW时，进行了具有2μm和3μm的电介质膜201厚度d的激光器元件的APC测试，所述激光器元件通过与测试1相同的装置来制造。在表1中示出每个测试等级进行1000小时之后的ΔI_OP。

表1

在光输出为3mW或更小的条件下，获得了测试结果：对于1000小时的测试周期，具有2μm和3μm的电介质膜201厚度d的激光器元件中的每个激光器元件具有在4％的范围内的ΔI_op。如上所述，因为光化学降解的反应速度是与光输出的平方成正比例，所以在光输出为3mW或更小时产生的反应速度被降低为光输出为10mW时反应速度的十分之一或更小。从而，可以从该评估理解上述结果。

另一方面，在光输出为20mW以及在具有2μm厚度d的激光器元件中的条件下，认识到，操作电流的振荡周期大约为130小时，这短于光输出为10mW时产生的操作电流振荡周期，并且当进行600小时时，ΔI_op超过30％。

相反，在具有3μm厚度d的激光器元件中，已经证明：在经过1000小时时，ΔI_op小于或等于22％，以及即使光输出为20mW时也可实现足够的可靠性。

Claims (5)

1.一种氮化物基半导体发光元件，包括：

层压体，所述层压体包括第一包覆层、在所述第一包覆层上方形成的有源层和在所述有源层上方形成的第二包覆层；以及

具有3μm或更大厚度的电介质膜，所述电介质膜被形成在所述层压体的发射光的一侧的侧表面上，并且至少覆盖所述有源层的第一侧表面。

2.根据权利要求1所述的氮化物基半导体发光元件，

其中，假设在大致垂直于所述有源层的方向上，从所述有源层的所述第一侧表面的上侧到所述电介质膜的所述侧表面的顶部的距离为h，以及在大致垂直于所述有源层的方向上，从所述有源层的所述第一侧表面辐射的光的辐射角度为θ_v，那么所述电介质膜的厚度小于或等于h·cot(θ_V/2)。

3.根据权利要求1所述的氮化物基半导体发光元件，

其中，所述电介质膜是：由Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、MgF₂、CaF₂、AlN、Si₃N₄以及硅树脂中的任何一种构成的膜；或组合两种或多种上述膜的多层膜。

4.一种发光器件，在所述发光器件中封装了根据权利要求1所述的氮化物基半导体发光元件。

5.根据权利要求4所述的发光器件，其中，所述氮化物基半导体发光元件被安装在框架封装中。

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