CN1305187C - 氮化物半导体激光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种氮化物半导体激光元件的制造方法，包括：第一步骤，在基底(101)上形成半导体叠层体，该半导体叠层体至少有n型氮化物半导体层(102)、活性层(105)及p型氮化物半导体层(108)；第二步骤，通过选择性蚀刻上述半导体叠层体，使n型氮化物半导体层(102)和p型氮化物半导体层(108)的表面分别在不同高度的位置露出；第三步骤，通过绝缘膜(109)来覆盖包含n型氮化物半导体层(102)和p型氮化物半导体层(108)的露出面的上述半导体叠层体的表面，该绝缘膜具有比n型氮化物半导体层(102)的露出面和p型氮化物半导体层(108)的露出面之间产生的台阶大的膜厚；第四步骤，将绝缘膜(109)表面平坦化；以及第五步骤，贯通绝缘膜(109)并分别形成与n型氮化物半导体层(102)和p型氮化物半导体层(108)电连接的n型电极(111)及p型电极(110)。根据该制造方法，可以获得可靠性高、并且具有良好散热特性的氮化物半导体激光元件。

Description

氮化物半导体激光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体激光器等氮化物半导体激光元件及其制造方法。
背景技术
氮化物半导体因其带隙的大小而有望作为短波长发光元件的材料，被期待应用于光信息处理领域等。其中，氮化镓类化合物半导体(例如，GaN、AlGaN、GaInN、AlGaInN等GaN类半导体)的研究深入进行，蓝色发光二极管(LED)和绿色LED已实用化。此外，为了光盘装置的大容量化，需要在400nm带中具有振荡波长的半导体激光器，以GaN类半导体作为材料的半导体激光器引人注目，目前正在达到实用水平。
作为现有的GaN类半导体激光元件，已知公开于特开2001-168442号公报(美国专利第6479325号说明书)中的元件。如图3所示，该半导体通过将包含作为芯片210的发光部的活性层的pn结部侧安装在连接到散热性高的散热片230的辅助支架220上的结向下型(junction-down)而形成。
在蓝宝石构成的基底211的表面上，依次叠层n型接触层212、n型覆盖层213、活性层214、p型覆盖层215、p型接触层216和p型电极217而构成芯片210，通过蚀刻在被局部除去而露出的n型接触层212的表面上，形成n型电极218。从图3可知，p型电极217和n型电极218距基底211表面的高度有所不同，p型电极217比n型电极218例如约突出3.5μm。
此外，辅助支架220在支承板221的表面上叠层引线电极层222a、222b和焊料膜223a、223b而构成，通过在将焊料膜223a、223b加热熔融的状态下压接芯片210和辅助支架220，芯片210的p型电极217和n型电极218分别接合在引线电极层222a、222b上。支承板221的背面侧经由焊料膜222c连接散热片230。
辅助支架220的表面侧的焊料膜223a、223b分别具有与芯片210中的p型电极217和n型电极218的突出高度对应的厚度。例如，通过使图3左侧的焊料膜223a的厚度约为3.5μm，右侧的焊料膜223b的厚度约为7μm，在焊料膜223a、223b间形成约3.5μm的台阶，通过该台阶，吸收芯片210中的p型电极217和n型电极218的突出高度的差异。
可是，根据这样的半导体激光元件的结构，由于在焊料膜223a、223b间有台阶，所以特别是在p型电极217和焊料膜223a之间容易产生接触不良，不仅可靠性下降，而且存在芯片210中产生的热不能经由焊料膜223a、223b高效率地释放的问题。
另一方面，在p型电极217和n型电极218对应的各焊料膜223a、223b的膜厚相同时，由于p型电极217和n型电极218的突出高度不同，所以如图4(a)所示，p型电极217对应的焊料膜223a被拉伸得薄，引线电极层222a、222b间产生短路，如图4(b)所示在芯片210在相对于辅助支架220倾斜的状态下被安装时，可能产生导通不良等的问题。
发明内容
本发明用于解决这些问题，其目的在于提供可靠性高、并且具有良好的散热特性的氮化物半导体激光元件及其制造方法。
本发明的上述目的通过提供一种氮化物半导体激光元件的制造方法来实现，该方法包括：第一步骤，在基底上形成半导体叠层体，该半导体叠层体至少有n型氮化物半导体层、活性层及p型氮化物半导体层；第二步骤，通过选择性蚀刻上述半导体叠层体，使上述n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层的表面分别在不同高度的位置露出；第三步骤，通过绝缘膜来覆盖包含上述n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层的露出面的上述半导体叠层体的表面，该绝缘膜具有比上述n型氮化物半导体层的露出面和上述p型氮化物半导体层的露出面之间产生的台阶大的膜厚；第四步骤，将上述绝缘膜表面平坦化；以及第五步骤，贯通上述绝缘膜，分别形成与n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层电连接的n型电极及p型电极。
此外，本发明的上述目的通过提供一种氮化物半导体激光元件来实现，该氮化物半导体激光元件包括：半导体叠层体，形成在基底上，至少具有n型氮化物半导体层、活性层、及p型氮化物半导体层；以及n型电极和p型电极，分别电连接上述n型氮化物半导体层和上述p型氮化物半导体层。其特征在于，具有覆盖上述半导体叠层体的绝缘膜，上述n型电极和上述p型电极贯通上述绝缘膜并分别电连接上述n型氮化物半导体层和上述p型氮化物半导体层，上述绝缘膜的厚度比n型电极和上述n型氮化物半导体层接触的面与上述p型氮化物半导体层的最外表面之间的台阶厚，上述绝缘膜的表面平坦。
附图说明
图1是用于说明本发明一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的工序剖面图。
图2是本发明一实施方式的氮化物半导体激光元件的剖面图。
图3是现有的氮化物半导体激光元件的剖面图。
图4是现有的另一氮化物半导体激光元件的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1是用于说明本发明一实施方式的氮化物半导体激光元件的制造方法的工序剖面图。在本实施方式中，以氮化物半导体激光元件为GaN类半导体激光器的情况为例进行说明。
首先，如图1(a)所示，在蓝宝石基底101上，按照有机金属气相磊晶法(MOVPE法)等，通过依次叠层GaN构成的缓冲层(未图示)、n-GaN构成的n型接触层102、n-AlGaN构成的n型覆盖层103、n-GaN构成的n型光导向层104、Ga1-xInxN/Ga1-yInyN(0＜y＜x＜1)构成的多量子阱(MQW)活性层105、p-GaN构成的p型光导向层106、p-AlGaN构成的p型覆盖层107、以及p-GaN构成的p型接触层108，构成在p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层之间夹置活性层的半导体叠层体。
接着，通过光刻，在p型接触层108上形成条纹状的抗蚀图形(未图示)。然后，以该抗蚀图形作为掩模，按照使用氯系气体的反应性离子蚀刻法，选择性蚀刻p型接触层108和p型覆盖层107的一部分，如图1(b)所示，在半导体叠层体的表面上形成宽度2μm左右、高度1μm左右的隆起条纹R。
进而，通过光刻，将具有几十μm至几百μm宽度的条纹状的抗蚀图形(未图示)按隆起条纹R可被该抗蚀图形覆盖的位置关系形成在半导体叠层体的表面。然后，以该抗蚀图形作为掩模，按照使用氯系气体的反应性离子蚀刻法，选择性蚀刻p型覆盖层107、p型光导向层106、多量子阱活性层105、n型光导向层104、n型覆盖层103和n型接触层102的一部分，如图1(b)所示，使n型接触层102的表面露出。该蚀刻膜厚例如为1μm左右。然后，除去抗蚀图形。
然后，如图1(b)所示，在半导体叠层体的表面上形成台阶，n型接触层102的表面102a和p型接触层108的最外表面108a分别在不同的高度位置露出。半导体叠层体的表面上产生的台阶s、即n型接触层102的露出面102a和p型接触层108的最外表面108a的台阶例如为2μm左右。
然后，如图1(c)所示，例如按照以SiH4和N2O为原料的等离子体CVD法，在半导体叠层体的表面上堆积硅氧化膜，形成绝缘膜109。堆积的绝缘膜109的膜厚比上述的半导体叠层体的最大台阶s(本实施方式中为2μm)大，在本实施方式中设为4μm左右。该最大台阶s也是n型接触层102的露出面102a和p型接触层108的最外表面108a之间的高度。此外，如图1(b)所示，最外表面108a是由p型接触层108、p型覆盖层107、以及p型光导向层106构成的p型化合物半导体层中存在于最高位置的部分。
接着，如图1(d)所示，例如按照化学机械研磨法(CMP法)和抗蚀剂反复蚀刻(etch back)法等，研磨或蚀刻绝缘膜109的表面，使半导体叠层体的表面平坦。
接着，选择性蚀刻绝缘膜109的一部分，形成使隆起条纹R的p型接触层108和n型接触层102的表面露出的接触孔。然后，如图1(e)所示，在到达p型接触层108的接触孔中，例如埋入Ni/Au构成的p型电极110，在到达n型接触层102的接触孔中，例如埋入Ti/Al构成的n型电极111。然后，将基底101割断并分离为芯片10。这样，完成本实施方式的半导体芯片。
另一方面，如图2所示，例如在SiC这样导热系数高的绝缘性材料构成的基底113上，叠层金属布线114a、114b和焊料体115a、115b来形成辅助支架。芯片10对辅助支架20的安装通过在加热熔融的焊料体115a、115b中按压芯片10表面的p型电极110和n型电极111来进行，p型电极110和n型电极111经由焊料体115a、115b被分别连接到金属布线114a、114b。各焊料体115a、115b的厚度大致相同。
在本实施方式中，p型电极110和n型电极111的突出高度大致相等，可在与绝缘膜109的平坦面相同的平面上形成p型电极110和n型电极111的露出面，所以在对于焊料体115a、115b按压p型电极110和n型电极111时，可以使按压力均匀地作用。其结果，不易产生焊料体115a、115b中的附着不良，可以良好地维持作为制品的可靠性和合格率。此外，由于可以提高芯片10和辅助支架20之间的附着性，所以可以将芯片10中产生的热高效率地释放到辅助支架20侧。
这样构成的GaN类半导体激光器，通过在p型电极110和n型电极111之间施加电压，来自p型电极110的空穴和来自n型电极111的电子被注入到多量子阱活性层105，通过在多量子阱活性层105中产生光学增益，产生振荡波长为400nm带的激光振荡。
以上，详述了本发明的一实施方式，但本发明的具体方式不限于上述实施方式，例如，绝缘膜109的形成可以采用热CVD法、光CVD法、旋转涂敷法、溅射法等其他的公知的成膜手段来取代等离子体CVD法。
此外，作为绝缘膜109的材料，除了硅氧化膜以外，也可以使用硅氮化膜和氮化铝等绝缘性高的其他材料。特别是作为绝缘膜109，优选使用含有导热系数高的金属微粒和半导体微粒的绝缘膜，由此可以提高散热性，可以更高效率地释放芯片10中产生的热。
另外，虽然在图1中，n型接触层为102，n型覆盖层为103，n型光导向层为104，但通过将104作为n型氮化物半导体层(它由n型接触层、n型覆盖层、n型光导向层构成)、103为第二n型电极、102为金属等构成的导电构件，将参考符号103～108构成的半导体激光元件附着在设置了导电性构件102的基底101上，通过焊接等安装，然后进行图1(c)～(e)、图2所示的工序。这种情况下，也可以获得与上述大致相同的技术效果。
产业上的利用可能性
如以上那样，根据本发明，可以提供可靠性高、并且具有良好散热性的氮化物半导体激光元件及其制造方法。

Claims (3)

1.一种氮化物半导体激光元件的制造方法，其特征在于，包括：
第一步骤，在基底上形成半导体叠层体，该半导体叠层体至少有n型氮化物半导体层、活性层及p型氮化物半导体层；
第二步骤，通过选择性蚀刻所述半导体叠层体，使所述n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层的表面分别在不同高度的位置露出；
第三步骤，通过绝缘膜来覆盖包含所述n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层的露出面的所述半导体叠层体的表面，该绝缘膜具有比所述n型氮化物半导体层的露出面和所述p型氮化物半导体层的最外表面之间产生的台阶大的膜厚；
第四步骤，将所述绝缘膜表面平坦化；以及
第五步骤，贯通所述绝缘膜，分别形成与n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层电连接的n型电极及p型电极。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，其特征在于，
在所述第五步骤后，还包括第六步骤，对于具有第一布线和第二布线的辅助支架，通过经由加热熔融的焊料体来压接所述绝缘膜的表面，从而将所述n型电极和p型电极分别与所述第一布线和第二布线电连接。
3.如权利要求1所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，其特征在于，
所述绝缘膜含有金属或半导体的微粒。
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