CN1404641A - 氮化物半导体激光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明氮化物半导体激光元件，为了提供能够精确控制p侧欧姆电极与p型接触层之间的接触宽度且可靠性高的氮化物半导体激光元件，备有，在基板上依次形成的n型氮化物半导体层、活性层及p型氮化物半导体层；该p型氮化物半导体层，包含最上层的p型接触层在内形成有一脊部，且该脊部上面的p型接触层上形成有一p侧欧姆电极；又形成有第1绝缘膜，其于脊部上面有开口部，并覆盖脊部的侧面及该侧面外侧附近；并形成p侧欧姆电极，其是介以开口部形成为与p型接触层相接；进一步形成第2绝缘膜于第1绝缘膜之上方。

Description

氮化物半导体激光元件
技术領域
本发明与氮化物半导体(AlbIncGa1-b-cN、0≤b、0≤c、b+c＜1)所构成的激光元件有关。
背景技术
近年来，可于蓝光波长范围产生激光振荡的氮化物半导体激光元件渐受瞩目。并且，最近，因应对于高输出功率氮化物半导体激光元件的需求，兼顾FFP(远场图形)良好的单一扩模，已有人探讨研究由p型接触层至p型覆盖层做部分蚀刻的脊部构造激光元件。可是，该脊部宽度非常狭窄，仅1μm至2μm，要形成与该脊部同样宽度的欧姆电极可谓相当困难。于是露出脊部頂面及n电极形成面，除端面以外全部氮化物半导体均覆盖绝缘膜，然后在脊部上的大致宽度上形成电极，即仅于脊部頂面形成与氮化物半导体接触的p侧欧姆电极。再于p侧欧姆电极上，以Au单层或先Ni再Au积层的兩层构造，形成垫整电极。
然而，以往的氮化物半导体激光元件，除端面以外覆盖全部氮化物半导体的绝缘膜，为了保护元件必須有一定以上的膜厚，因此难以在脊部上面精确地形成开口部，存在难以精确控制p侧欧姆电极与p型接触层接触宽度的問题。因此难以制造元件特性品质稳定的激光元件。
并且，激光元件通电时产生的热使得垫整电极的Au逐渐往下层扩散，有元件特性劣化的同题。尤其是激光元件面朝下接合封装时，面朝下接合的加热温度为350℃左右，故Au易发生扩散，元件特性显著劣化。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能精确控制p侧欧姆电极与p型接触层的接触宽度、元件特性劣化较少、可靠性较高的氮化物半导体激光元件。
为成上述目的，本发明为一种氮化物半导体激光元件，具备在基板上依次形成的n型氮化物半导体层、活性层及p型氮化物半导体层；该p型氮化物半导体层中以至少包括最上层的p型接触层之方式形成有脊部，且与脊部上面的p型接触层做欧姆接触的p侧欧姆电极，是与谐振方向大自平行地形成，其特征在于：
形成有第1绝缘膜，其是于前述脊部上面具有开口部，并至少覆盖前述脊部的侧面及该侧面外侧附近；所形成的前述p侧欧姆电极是介以前述开口部与前述p型接触层相接；
前述第1绝缘膜之上进一步形成有第2绝缘膜。
藉此构成，因形成精确度良好的前述第1绝缘膜，故可精确控制p侧欧姆电极与p型接触层间的接触宽度，其上形成的第2绝缘膜可有效保护元件，能夠实现特性稳定且高度可靠的氮化物半导体激光元件。
又，在本发明相关氮化物半导体激光元件之中，前述第2绝缘膜与谐振端面呈连续形成，该谐振端面也可形成激光反射面。
如此可一个工序即形成前述第2绝缘膜与激光反射面。
并且，本发明相关氮化物半导体激光元件的前述第1及第2绝缘膜最好是由氧化物所组成。
甚且，根据本发明的氮化物半导体激光元件的前述第1绝缘膜最好是由ZrO2所组成。
又，根据本发明的氮化物半导体激光元件的前述第2绝缘膜可由TiO2及SiO2所组成，如使用这些材料，则前述第2绝缘膜与谐振端面可连续形成，该谐振端面可形成激光反射面，前述第2绝缘膜与激光反射面也可形成于一个工序。
并且，利用连续形成的前述第2绝缘膜与谐振端面以构成谐振端面的激光反射面时，前述第2绝缘膜最好是TiO2层与SiO2层交互积层的多层膜结构。
又，根据本发明的氮化物半导体激光元件当中，前述p侧欧姆电极之构成最好是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中的至少1种与Au积层之后，经退火处理的合金。
根据本发明的氮化物半导体激光元件，可形成在前述p侧欧姆电极上有开口部的前述第2绝缘膜，也可形成通过该开口部与p侧欧姆电极接触的p侧垫整电极。
又，根据本发明的氮化物半导体激光元件当中，前述p侧垫整电极的组成，按照与p侧欧姆电极相接的层的順序，以包括密接层、阻障层、Au层等3层为佳；前述密接层的用料最好比前述Au层的用料，对前述第2绝缘膜以及前述p侧欧姆电极有更好的密接性；前述阻障层的用料最好比前述Au层的用料更不易发生扩散。
这种组成，可使p侧欧姆电极与p侧垫整电极強力密接，且于p型氮化物半导体层侧，可防止当元件通电时产生的热造成该垫整电极最上方位置的Au往其他层扩散。
又，于本发明相关氮化物半导体激光元件，为了使p侧欧姆电极与p侧垫整电极之间有更強的密接力，前述p侧垫整电极密接层的组成，最好是包含Ni、Cu、Ru、RuO2、Ti、W、Zr、Rh、RhO群中所选出的至少1种金属。
又，于本发明氮化物半导体激光元件，为了有效防止Au往他层扩散，前述p侧垫整电极阻障层的组成，最好是包含Ti、Pt、W、Ta、Mo、左列金属氮化物及RhO群中所选出的至少1种金属。
又，于本发明氮化物半导体激光元件，前述n型氮化物半导体层包含部分露出的n型接触层，该露出的n型接触层上通过n侧欧姆电极而形成n侧垫整电极时，前述n侧垫整电极最好使用与p侧垫整电极相同的材料。
如此一来，前述n侧垫整电极与p侧垫整电极可形成于同一工序。
又，根据本发明的氮化物半导体激光元件中，前述p侧欧姆电极可包含一合金层，是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群常中选出至少1种来与Au积层后经過退火处理所得的合金层，也可形成p侧垫整电极，透過开口部与前述p侧欧姆电极相接触，开口部是前述第2绝缘膜位于前述p侧欧姆电极上方所形成的。
该氮化物半导体激光元件的前述p侧垫整电极，可由密接层及密接层上方所形成的Au层所组成；密接层由Rh或RhO所组成，与前述p侧欧姆电极相接触。
如此一来可使得p侧欧姆电极及p侧垫整电极有良好的耐热特性。
这种状況下，前述p侧垫整电极进一步可由密接层、密接层上形成的阻障层以及阻障层上形成的Au层所组成；密接层由Rh或RhO所组成，与前述p侧欧姆电极相接触；阻障层是由Ti、Pt、W、Ta、Mo、左列金属氮化物等所构成群之中选出至少1种所组成。
为了使p侧欧姆电极及p侧垫整电极有更良好的耐热特性，前述p侧欧姆电极之组成最好是在最上层包含一RhO层，同时前述密接层由RhO所组成。
又，根据本发明的氮化物半导体元件，具备p型氮化物半导体层、该p型氮化物半导体层上方所形成的p侧欧姆电极、以及该p侧欧姆电极上方所形成的p侧垫整电极，其特征如下：
前述p侧欧姆电极之构成是Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中选出至少1种来与Au积层后，经退火处理所得的合金层，
前述p侧垫整电极之构成包括，与前述p侧欧姆电极相接触由Rh或RhO所形成的密接层，以及与密接层上方相接或透過阻障层相接的Au层；阻障层形成于前述密接层之上方，由Ti、Pt、W、Ta、Mo、及左列金属氮化物所构成群之中的至少1种所形成。
如此构成下的本发明氮化物半导体元件，能使p侧欧姆电极与p型氮化物半导体层之间有良好的欧姆接触，且p侧欧姆电极与p侧垫整电极的耐热特性優良，实现使用寿命长的氮化物半导体元件。
根据本发明的氮化物半导体元件，为了进一步提高p侧欧姆电极及p侧垫整电极的耐热特性，最好于前述p侧欧姆电极的最上层有一RhO层，且前述密接层由RhO所组成。
又，氮化物半导体元件的电极的形成方法，即p型氮化物半导体层上方形成电极的方法，其特征为包括下列步驟：
p型氮化物半导体层上，按順序形成第1层、Au层、RhO层以构成p侧欧姆电极；第1层是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中至少1种金属所组成；
前述p侧欧姆电极做热退火处理；
前述退火处理過的p侧欧姆电极上，包括形成一RhO层及形成一Au层，以构成前述p侧欧姆电极上方的p侧垫整电极。
如此构成下依本发明方法制作的氮化物半导体元件，能使p侧欧姆电极与p型氮化物半导体层之间有良好的欧姆接触，且p侧欧姆电极与p侧垫整电极的耐热特性優良，能制造使用壽命长的氮化物半导体元件。
附图说明
图1是显示本发明一种实施形态下的氮化物半导体激光元件的结构的断面图
图2是显示本发明一种变形例的氮化物半导体激光元件的结构的局部断面图
图3是图1的氮化物半导体激光元件的斜視图。
具体实施例
以下参照图面来说明一下根据本发明实施形态的半导体激光二极管。图1是显示本实施形态下的氮化物半导体激光元件的结构的断面图，它也显示出与激光光谐振方向垂直的断面图。
本实施形态的半导体激光二极管，具有多個半导体层，如图1所示，在基板1之上依序有缓冲层(未图示)、n型接触层2、n型覆盖层3、n型光导层4、活性层5、p侧罩(cap)层6、p型光导层7、p型覆盖层8、p型接触层9等积层。另外，沿谐振方向足夠长度的脊部状p型接触层9上，介于第1绝缘膜30开口部30a形成一与p型接触层9相接的p侧欧姆电极20。另于藉蚀刻而露出的n型接触层2上，介于第1绝缘膜30开口部30b形成一与n型接触层2相接的n侧欧姆电极21。
于是，于本实施形态的半导体激光二极管，进一步形成在p侧欧姆电极20及n侧欧姆电极21上各有开口部31a、31b的第2绝缘膜31；还形成p侧垫整电极22与n侧垫整电极23，该两电极各通过开口部31a、31b与p侧欧姆电极20及n侧欧姆电极21导通。
在此，本实施形态的半导体激光二极管的第1绝缘膜30，其形成主要是为了让p侧欧姆电极20精确接触到p型接触层9的上面(确保欧姆接触部分的形状的精度)，由于p侧欧姆电极20形成后需做热退火处理因此要有耐热性。
又，由于第1绝缘膜30形成于脊部的兩侧面，因此其折射率需比构成脊部的p型氮化物半导体低(越接近真空中的介电常数越好。)
而且，由于第1绝缘膜30形成于脊部及其周围，且必須高精度地形成开口部30a，因此膜厚必須要薄。例如，通常脊部宽及高各約1.5μm、0.5μm，故第1绝缘膜30之膜厚要设定于0.5μm或以下。
本实施形态的半导体激光二极管的第2绝缘膜31，其形成的主要目的是保护元件，由能夠发挥保护功能的材料所构成。
又，本实施形态下的第2绝缘膜31，在p侧欧姆电极20及n侧欧姆电极21上各形成开口部31a、31b，并形成通过该开口部31a、31b，与p侧欧姆电极20及n侧欧姆电极21导通的p侧垫整电极及n侧垫整电极。
然而，用来导通p侧欧姆电极20及p侧垫整电极的开口部31a以及用来导通n侧欧姆电极21及n侧垫整电极的开口部31b，其尺寸精确度不必如第1绝缘膜30的开口部30a那般高，因此第2绝缘膜31的膜厚可设定得比较厚。
并且，第2绝缘膜31不似第1绝缘膜在形成后要经过热退火工程，因此并不要求如第1绝缘膜30般的高耐热性。
因此，第2绝缘膜31的材料可由能夠发挥保护功能效果的材料中自由选择出适合于半导体激光二极管的。
又，本实施形态的半导体激光二极管的p侧垫整电极22，是由与p侧欧姆电极接触的密接层22a、阻障层22b及Au层22c等3层所构成。
本实施形态下，p侧垫整电极22的密接层22a的使用材料要与形成于脊部的第2绝缘膜31及p侧欧姆电极20密接性良好，且材料本身不易产生扩散，例如Ni、Cu、Ru、RuO2、Ti、W、Zr、Rh、RhO等都是令人滿意的材料。尤其是第2绝缘膜由氧化物形成时，与此第2绝缘膜密接性高的Ni可谓最佳材料。又为了提高p侧垫整电极22的耐热性，密接层22a最好是由Rh、RhO所构成。
又，该密接层22a的适宜膜厚为100～5000，最好是500～2000。
密接层22a由Rh或RhO构成时，该Rh层及RhO层还均起到阻障层22b的作用，可防止Au层22c的扩散。因此，密接层22a由Rh或RhO构成时，p侧垫整电极22可略去阻障层22b，可由Rh层或RhO层，以及Au层22c两层构成。
若以Rh层或RhO层以及Au层22c之2层来构成p侧垫整电极22，则比起依本实施形态所示其他组合所构成的p侧垫整电极22，该p侧垫整电极22的耐热性可展现相同或更高的耐热性。
又，依这种组合，p侧垫整电极22由2层构成时，以设定Rh层或RhO层之膜厚于100～10000范围，Au层22c之膜厚于1000～30000范围为佳。
本发明的p侧垫整电极22的阻障层22b，由不使最上层Au往密接层以下扩散的高熔點金属，或其氮化物所形成，例如Ti、Pt、W、Ta、Mo、TiN等都是适宜材料，最好的是Ti。并且膜厚以100～5000为佳，最好是500～2000。
尚且，如上所述，密接层22a由Rh或RhO所构成时，可略去阻障层22b。
本发明p侧垫整电极22最上层位置的Au层22c，是同氮化物半导体激光元件做连线焊接时的最佳材料。该Au之适宜膜厚为1000～20000，较好膜厚则为5000～10000。
本发明的p侧欧姆电极20是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群当中选出至少1种来与Au所形成。Ni、Co、Fe、Ti、Cu均为可形成2价离子之金属。由Ni、Co、Fe、Ti、Cu之1种与Au按順序积层后，经退火使合金化，可获得与p型氮化物半导体层之间良好的欧姆特性。退火温度是对氮化物半导体没有影响的温度，例如欧姆电极积层之前所形成InGaN的In不致产生分解，以400℃以上700℃以下为佳，较好是500℃以上650℃以下。并且，p侧欧姆电极20，于前述金属群中选择Ni，由Ni与Au之构成可得最佳欧姆特性。Ni、Au順序积层后，由于经退火的合金含有Ni，当p侧欧姆电极上面做部分接触的p侧垫整电极22的密接层22a为Ni时，Ni之间接合力更向上提升，可谓最佳构造。并且，前述金属群或Ni，与Au之总膜厚为150～5000，最好是1500。
在此，如密接层22a以RhO层形成时，则p侧欧姆电极20的Au之上另形成一RhO层经退火处理后再形成p侧垫整电极为佳。
如此一来，p侧欧姆电极20呈Ni-Au-RhO构造，并形成作为密接层22a包含RhO层的p侧垫整电极22，能使p侧垫整电极22的耐热特性更好。
今將以上所说明p侧欧姆电极20之构成以及p侧垫整电极之构成，各种组合下的电极特性，以耐热性方面的比较结果列于表1。
此处，p侧垫整电极的耐热特性，以欧姆特性发生变化的温度加以评估。
并且，欧姆特性变化之观測，是于p型氮化鎵系化合物半导体层上，依一定间隔形成p侧欧姆电极与p侧垫整电极，测定该两电极间之电阻。
表1
 No   p侧欧姆电极 p侧垫整电极 AuSn 特性变化温度
 1   Ni-Au  Ni-Au   无     325
 2   Ni-Au  Ni-Au   有     325
 3   Ni-Au  Ni-Ti-Au   无     325
 4   Ni-Au  Ni-Ti-Au   有     325
 5   Ni-Au  Rh-Au   无     325
 6   Ni-Au  Rh-Au   有     325
 7   Ni-Au  RhO-Au   无     350
 8   Ni-Au  RhO-Au   有     350
 9   Ni-Au  RhO-Pt-Au   无     350
 10   Ni-Au  RhO-Pt-Au   有     350
 11   Ni-Au-RhO  Ni-Ti-Au   无     300
 12   Ni-Au-RhO  Ni-Ti-Au   有     300
 13   Ni-Au-RhO  RhO-Au   无     375
 14   Ni-Au-RhO  RhO-Au   有     375
 15   Ni-Au-RhO  RhO-Pt-Au   无     375
 16   Ni-Au-RhO  RhO-Pt-Au   有     375
此处，表1所示检讨用p侧垫整电极及p侧欧姆电极，其Ni、Au、RhO层各膜厚之设定如下。No.1～No.10之p侧欧姆电极，其Ni为100、Au为1300。No.11～NO.16之p侧欧姆电极，其Ni为100、Au为660、RhO为1500。
另外，表1所示p侧垫整电极，其相当于密接层及阻障层之膜厚为1500，Au层为6000。
并且，表1的No.1、2，乃作为比较之用。
又，通常，以AuSn锡焊接之后耐热性多劣化，AuSn之有无，表示p侧垫整电极上已经AuSn锡焊(有)及未锡焊(無)。
象这样，p侧垫整电极以RhO-Au或RhO-Pt-Au形成时，可防止与p侧欧姆电极的合金化，并可防止通常用于p侧垫整电极与其他电极间连接的AuSn向p侧欧姆电极扩散。
因此，以RhO-Au或RhO-Pt-Au形成p侧垫整电极时，可防止p侧欧姆电极及p侧垫整电极引起的寿命特性劣化，也可实現使用寿命长的氮化物半导体激光二极管。
为评估p侧欧姆电极与p侧垫整电极其耐热特性与寿命特性的关系，特制作具备表1 No.7所示p侧欧姆电极与p侧垫整电极的激光二极管(LD1)，以及具备表1 No.3所示p侧欧姆电极与p侧垫整电极的激光二极管(LD2)，于50℃、5mW的连续振荡條件下评估其寿命。其结果，以连线焊接连接的试验下，LD1的3个样本平均寿命为5934小时，LD2的3个样本平均寿命为1805小时。
以倒装片接合连接的试验下，LD1的3个样本平均寿命为3346小时。
另外，n侧垫整电极23是由密接层23a、阻障层23b、Au层23c等3层所形成。
本实施形态下n侧垫整电极23的密接层23a，是由与n型接触层上的第2绝缘膜31以及n侧欧姆电极21密接性良好，且材料本身不易扩散的材料所构成。特别是第2绝缘膜为氧化物所形成时，与此第2绝缘膜31密接性高的Ni为最佳材料。又，膜厚以100～5000为佳，最好是500～2000。
本实施形态下n侧垫整电极23的阻障层23b，由不使最上层Au往密接层以下扩散的高熔点金属，或其氮化物所形成，例如Ti、Pt、W、Ta、Mo、TiN等都是适宜材料，最好的是Ti。并且膜厚以100～5000为佳，最好是500～2000。
本实施形态下n侧垫整电极23最上层位置的Au层23c，是氮化物半导体激光元件做连线焊接时的最佳材料。该Au之适宜膜厚为1000～20000，较好膜厚则为5000～10000。
这些n侧垫整电极23之构成可与p侧垫整电极22之构成相同也可以不同。然而，n侧垫整电极与p侧垫整电极有相同之构成，好处在于可使激光元件之制造工序简化。
本发明的n侧欧姆电极21，可由与n型氮化物半导体之间欧姆性及密接性良好的材料如Ti、Al順序积层而得。又为提高欧姆性以经退火处理形成合金为佳。退火温度与p侧欧姆电极形成时相同，应是不对氮化物半导体产生影响的温度，也即不致使欧姆电极积层之前所形成的InGaN的In产生分解的温度，以400℃以上700℃以下为佳，更好是设定于500℃以上650℃以下的范围。又，n侧欧姆电极之膜厚，Ti/Al总膜厚以150～10000为佳，最好是5000。另外，涉及到欧姆性及密接性的适宜材料有：W/Al、Ti/Au、V/Al、V/Au等积层后经退火处理形成的合金或Al、Ti、W等单体。
本发明p侧及n侧欧姆电极的退火处理，最好是在氧气环境中进行，藉供应氧气可得好的欧姆特性。
本发明ZH中，形成脊部的p型氮化物半导体层等氮化物半导体，覆盖其上的第1绝缘膜是使用氧化物，如ZrO2等可谓适合材料。
于本实施形态，形成脊部的p型氮化物半导体等氮化物半导体，覆盖其上的第1绝缘膜30最好是使用对热退火温度有耐热性的氧化物。并且，第2绝缘膜31最好也使用氧化物材料，SiO2、TiO2都是适合的材料。像这样以氧化物构成第2绝缘膜31，可得p侧及n侧垫整电极与密接层之间较強的密接力。又，该第2绝缘膜，与形成于谐振端面构成激光反射面的反射膜为共通膜，可以同一材料同一工序形成之，此时，以SiO2及TiO2的多层膜构造为佳。举具体例而言，例如，700的SiO2膜与400的TiO2成对(SiO2/TiO2)两次重复积层，则端面可作为反射膜用，其他部分做保护膜之用。
又，于本发明，(SiO2/TiO2)对可以两对以上重复积层，并且，与构成激光反射面的反射膜可共通化的第2绝缘膜，并不限于(SiO2/TiO2)对。
以下说明本实施形态下的其他构成。当然，本发明并不限于以下之构成。
基板可使用蓝宝石等异质结构基板，或利用公知方法制造的GaN基板。且基板上最好形成一GaN缓冲层，可使后来在基板上形成的氮化物半导体有良好的结晶性质。该缓冲层对于在异质结构基板上形成氮化物半导体时特别有效。又，异质结构基板是指与氮化物半导体不同材料所形成的基板。
本发明不论采用何种氮化物半导体之层构成都可以。氮化物半导体利用有机金属气相磊晶法(MOVPE)、氢化物化学气相沉积法(HDCVD)等气相成长法而生成。
n型接触层是形成n侧电极的一层，掺杂Si等n型杂质，使其欧姆特性良好。该层，是于p侧层形成后由p侧层蚀刻露出n型接触层的部分，再于露出的n型接触层上形成n侧电极。
n型接触层上形成的防裂层为未掺杂质，为减低基板方向过来的龟裂而形成。该防裂层，由InGaN等材料所形成，与上方n型覆盖层设有折射率差，可防止由活性层发出之光射到异质基板后反射回到氮化物半导体层。该层也可省略。
n型覆盖层不但是供给电子给活性层的供给层，也將载子及光封入活性层，可为掺Si等n型杂质的单层，或未掺杂质层与掺n型杂质层交互积层的超结晶格构造。
n型光导层补充活性层多重量子阱结构膜厚之不足，并与活性层共同构成光波导路。因此，与上方活性层的折射率差很小，与n型覆盖层的折射率差则充分设定，又该层可掺n型杂质，也可不掺杂，也可以是掺n型杂质层与未掺杂层的超结晶格构造。
活性层为InGaN的单一量子阱结构，或至少InGaN之阱层及障壁层包括在内的多重量子阱结构。多重量子阱结构下，阱层及障壁层之一方或兩方可掺杂质。最好是障壁层掺杂杂质，使临界电流降低。阱层之膜厚为30～60，障壁层之膜厚为90～150。
又，多重量子阱结构之活性层，可由障壁层开始阱层结束，或障壁层开始障壁层结束，或阱层开始障壁层结束，或阱层开始阱层结束。以障壁层开始，阱层与障壁层成对重复2～5回者为佳，最好是阱层与障壁层成对重复3回，可降低临界电流并提高使用寿命。
活性层上方的p侧cap层高度掺杂了Mg等p型杂质，可补充空穴之不足，对于n侧供给电子给活性层，空穴常感不足。且p型杂质浓度比p型光导层、p型覆盖层高，可使p型杂质往p侧cap层上形成的p侧层扩散。甚且该层可抑制活性层的In的分解，若着重发挥该功能，则可不掺杂。又，该p侧cap层也可省略。
p型光导层含有Mg等p型杂质，当然可以刻意掺杂p型杂质予以形成，但当p侧cap层为掺杂p型杂质而形成时，因p型杂质由p侧cap层扩散出来，故也可在不掺杂下形成该层。该p型光导层与n型光导层相同，为形成光波导路的一层，与下方活性层之间的折射率差很小，与p型覆盖层之间的折射率差则充分设定。
p型覆盖层的功用是作为活性层空穴的供给层，其构成可为掺杂例如Mg等p型杂质的单层，或例如未掺杂层与掺杂p型杂质层交互积层之超结晶格构造。
p型接触层为p侧电极的形成层，Mg等p型杂质掺杂得比较多，使其与p侧电极之间有良好的欧姆性。
如上述般构成的本实施形态的半导体激光二极管，另形成第1绝缘膜30与第2绝缘膜31；第1绝缘膜30的目的是要精确地形成与p侧欧姆电极20做欧姆接触的p型接触层9的接触部分；第2绝缘膜31的目的是保护元件。则，对于第1绝缘膜30及第2绝缘膜31，因应其功能选用最适宜的材料及形状(厚度等)，可得稳定的激光振荡，且可防止因绝缘性不足引发的短路及减少漏泄电流，能构成可靠的半导体激光二极管。
又，本实施形态的半导体激光二极管，其p侧垫整电极22及n侧垫整电极23，各由与p、n侧欧姆电极及第2绝缘膜31密接性良好的相对高熔点金属或其氮化物所形成的密接层，及其上形成的防止Au层扩散的阻障层，以及Au层等3层所构成。
如此一来，可提高欧姆电极与第2绝缘膜31的密接性能，且可防止通电时产生热所引起的Au的扩散，可防止特性劣化并提高产品可靠性。
变形例.
上述实施形态的氮化物半导体激光元件，p侧欧姆电极20是形成于脊部上面，但本发明不限于此，如图2所示，也可覆盖整佃脊部且延伸到两侧的p型覆盖层8上面。
如上所形成者，也有实施形态相同的功效。
实施例.
其次是本发明的实施例，本发明并不限于这些实施例。
[实施例1]
(缓冲层)
2时∮、以C面为主面的蓝宝石上以公知方法制造的GaN基板置于MOVPE反应容器内，使用三甲基鎵(TMG)、氨(NH3)，使GaN的第1缓冲层成长到200膜厚。第1缓冲层成长后，异温使同样GaN的第2缓冲层成长到1.5μm膜厚。
(n型接触层)
其次使用氨、TMG、及作为杂质气体的硅烷瓦斯，使Si掺杂度1×1018/cm3的GaN所形成的n型接触层成长到4μm膜厚。
(防裂层)
其次，使用TMG、TMI(三甲基鲴)、氨，温度设为800℃使InGaN的防裂层成长到0.15μm膜厚。
(n型覆盖层)
接下来，使用TMA(三甲基铝)、TMG、氨，于1050℃使未掺杂的AlGaN层成长到25膜厚，再停掉TMA，吹入硅烷瓦斯，使Si掺杂度1×1019/cm3的n型GaN层成长到25膜厚。这些层交互积层以构成超结晶格构造，使超结晶格的n型覆盖层成长到总膜厚1.2μm。
(n型光导层)
其次使用TMG及氨作为原料瓦斯，于同样温度下使未掺杂的GaN所形成的n型光导层成长到750膜厚。
(活性层)
其次，温度定为800℃，使用TMG、TMI及氨作为原料瓦斯，使用硅烷瓦斯作为杂质气体，使Si掺杂度5×1018/cm3的InGaN所形成的障壁层成长到100。然后，温度下降到820℃，停掉硅烷瓦斯，使未掺杂的InGaN所形成的阱层成长到50膜厚。该障壁层、阱层更重复积层2回，最后形成障壁层，使多重量子阱(MQW)所形成的活性层成长到总膜厚550。
(p侧cap层)
其次停掉TMI，吹入Cp2Mg，使Mg掺杂度1×1020/cm3的p型GaN所形成的p侧cap层成长到100膜厚。
(p型光导层)
接下来停掉Cp2Mg，于1050℃使未掺杂的GaN所形成的p型光导层成长到0.1μm膜厚。该p型光导层为未掺杂下令其成长，通过p侧cap层Mg扩散，Mg濃度为5×1016/cm3而为p型。
(p型覆盖层)
接下来停掉Cp2Mg，吹入TMA，于1050℃使未掺杂的AlGaN层成长到25膜厚，再停掉TMA，吹入Cp2Mg，使Mg濃度1×1019/cm3的未掺杂的GaN层成长到25，再令超结晶格构造p型覆盖层成长到总膜厚0.6μm。
(p型接触层)
最后于p型覆盖层上，使Mg掺杂度1×1020/cm3的p型GaN所形成的p型接触层成长到150膜厚。
(形成脊部)
將以上做法长成氮化物半导体的晶圓从反应器取出，为了露出n型氮化物半导体层，于p型氮化物半导体层部份形成SiO2遮罩，以RIE(反应性离子蚀刻)进行蚀刻，让n型接触层露出表面。
进一步，最上层p型接触层的表面，与露出来的n型氮化物半导体层的全面上，通过特定形状的遮罩，在p型氮化物半导体层上，做出宽1.5μm条帶SiO2保护膜。保护膜形成后，用RIE法，如图1所示，进行蚀刻直至p型覆盖层与p型光导层接面附近，以形成宽1.5μm的帶状波导路(脊部)。
(第1绝缘膜)
脊部形成后，SiO2遮罩不動，于p型氮化物半导体层表面形成ZrO2的第1绝缘膜，该第1绝缘膜如图1所示，也可先于n侧欧姆电极形成面形成遮罩再于氮化物半导体层全面上形成第1绝缘膜。第1绝缘膜形成后，浸于缓冲用氟酸中，以溶解并除去p型接触层上形成的SiO2，再以剝落法除去SiO2以及p型接触层上(及n型接触层上)的ZrO2。
(欧姆电极)
其次于p型接触层上脊部的最表面处，连接第1绝缘膜帶状形成由Ni、Au构成的p侧欧姆电极。
于n型接触层上面(连接第1绝缘膜)另帶状形成由Ti、Al构成的n侧欧姆电极。
这些都形成后，各以氧∶氮为80∶20比率之气体，于600℃做退火处理使p侧、n侧欧姆电极均合金化，并得到良好的欧姆特性。
(第2绝缘膜)
其次全面形成SiO2的第2绝缘膜，然后除p侧欧姆电极与n侧欧姆电极以外，全面途敷抗蚀剂，以干式蚀刻法，露出p侧欧姆电极与n侧欧姆电极部分。
(垫整电极)
第2绝缘膜形成后，在p侧的p型氮化物半导体层上，覆盖第2绝缘膜及p侧欧姆电极，及在n侧，覆盖第2绝缘膜及n侧欧姆电极，以一个工序形成1000膜厚的由Ni构成的密接层以作为垫整电极。
密接层之上更形成1000膜厚的Ti阻障层，以及8000膜厚的Au层。
依照以上做法形成p侧及n侧垫整电极之后，为了得到晶片大小的氮化物半导体，以RIE法將氮化物半导体蚀刻成网目状直至露出蓝宝石基板为止。此时，对激光反射端面蚀刻的程度，是让激光振荡时有良好的FFP(远场图形)的程度。蚀刻后，沿着蓝宝石所露出的网目由内面划片，即得激光晶片。此一激光之晶片化，是只將出射面，在沿蓝宝石基板A面之氮化物半导体的M面(將氮化物半导体以六角柱表示之场合，相当于其六角柱侧面之面)作GaN劈开即可。
其次对各电极做连线焊接处理，于室温试验激光振荡，结果证实室温下临界电流2.0kA/cm2、30mW的输出下，有波长405nm的连续振荡及1000小时以上的寿命。
[实施例2]
制作氮化物半导体激光元件，其中，除了第2绝缘膜使用TiO2之外，其他都同实施例1一样。
结果与实施例1相同，室温下临界电流2.0kA/cm2、30mW的输出下，有波长405nm的连续振荡及1000小时以上的寿命。
[实施例3]
制作氮化物半导体激光元件，其中，除了n侧及p侧的垫整电极的阻障层使用Pt之外，其他都同实施例1一样。
结果与实施例1大致相同，室温下临界电流2.2kA/cm2、30mW的输出下，有波长405nm的连续振荡及1000小时以上的寿命。
[实施例4]
制作氮化物半导体激光元件，其中，除了n侧及p侧的垫整电极的密接层使用Ti、阻障层使用Pt之外，其他都同实施例1一样。
结果与实施例1大致相同，室温下臨限电流2.2kA/cm2、30mW的输出下，有波长405nm的连续振荡及1000小时以上的寿命。
[实施例5]
制作氮化物半导体激光元件，其中除了p侧的垫整电极的构成同样是Ni/Ti/Au、n侧垫整电极则密接层使用Ti、阻障层使用Pt即Ti/Pt/Au之外，其他都同实施例1一样。
此氮化物半导体激光元件的制造工程比实施例1复杂，但结果大致相同，室温下临界电流2.1KA/cm2、30mW的输出下，有波长405nm的连续振荡及1000小时以上的寿命。
[实施例6]
按实施例1，欧姆电极如下制作。
(欧姆电极)
其次于p型接触层上脊部的最表面处，连接第1绝缘膜并帶状形成由Ni、Au构成的p侧欧姆电极。
于n型接触层上面(连接第1绝缘膜)另帶状形成由Ti、Al构成的n侧欧姆电极。
然后，于100％氧气环境中，以600℃做退火处理。
如上所述，除退火处理于100％氧气中进行之外其他同实施例1一样，所制作的氮化物半导体激光元件，结果大致相同，室温下临界电流2.2KA/cm2、30mW的输出下，有波长405nm的连续振荡及1000小时以上的寿命。
如以上所做说明，根据本发明的氮化物半导体激光元件，由于有上述兩层绝缘膜的新构造，可精确控制p侧欧姆电极与p型接触层的接触宽度、故能提供特性稳定的氮化物半导体激光元件。
并且，根据本发明的氮化物半导体激光元件，由于与氮化物半导体有良好的欧姆性，连线焊接也较容易，元件即使通电也能防止垫整电极的Au往他层扩散，故能提供元件特性劣化较少、可靠性较高的氮化物半导体激光元件。

Claims (19)

1.一种氮化物半导体激光元件，具备在基板上依次形成的n型氮化物半导体层、活性层及p型氮化物半导体层；该p型氮化物半导体层中以至少包括最上层的p型接触层之方式形成有脊部，且与脊部上面的p型接触层做欧姆接触的p侧欧姆电极，是与谐振方向大自平行地形成，其特征在于：
形成有第1绝缘膜，其是于前述脊部上面具有开口部，并至少覆盖前述脊部的侧面及该侧面外侧附近；所形成的前述p侧欧姆电极是介以前述开口部与前述p型接触层相接；
前述第1绝缘膜之上进一步形成有第2绝缘膜。
2.根据权利要求1所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述第2绝缘膜与谐振端面呈连续形成，该谐振端面中形成有激光反射面。
3.根据权利要求1或2所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述第1及第2绝缘膜均为氧化物所组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述第1绝缘膜为ZrO2。
5.根据权利要求1至4中任一项所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述第2绝缘膜为TiO2或SiO2。
6.根据权利要求1至4中任一项所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述第2绝缘膜为TiO2层与SiO2层交替积层的多层膜。
7.根据权利要求1至6中任一项所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述p侧欧姆电极之构成是由选自Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中的至少1种与Au积层之后，经退火处理的合金。
8.根据权利要求1至7中任一项所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述第2绝缘膜在前述p侧欧姆电极上方的开口部，介以该开口部，形成有与p侧欧姆电极相接之p侧垫整电极。
9.根据权利要求8说的氮化物半导体激光元件，其中，前述p侧垫整电极，自与p侧欧姆电极相接的层，依序包括密接层、阻障层及Au层等3层，
前述密接层的材料比前述Au层，对前述第2绝缘膜以及前述p侧欧姆电极更有良好密接性；
前述阻障层的材料比前述Au层更不易发生扩散。
10.根据权利要求9说的氮化物半导体激光元件，其中，前述p侧垫整电极的密接层，包括由Ni、Cu、Ru、RuO2、Ti、W、Zr、Rh、RhO之群中所选出的至少1种。
11.根据权利要求9或10所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述p侧垫整电极的阻障层包括由Ti、Pt、W、Ta、Mo、Rh、此等金属之氮化物及RhO的群中所选出的至少1种。
12.根据权利要求9至11中任一项所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述n型氮化物半导体层包含部分露出的n型接触层，该露出的n型接触层上方介以n侧欧姆电极形成有一n侧垫整电极，
且前述n侧垫整电极使用的材料与p侧垫整电极相同。
13.根据权利要求1至6中任一项所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述p侧欧姆电极之构成是由选自Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中的至少1种与Au积层之后，经退火处理的合金，
前述第2绝缘膜在前述p侧欧姆电极上方有开口部，介以该开口部，形成有与p侧欧姆电极相接之p侧垫整电极。
14.根据权利要求13所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述p侧垫整电极是由密接层及密接层上方所形成的Au层所组成，密接层由Rh或RhO所组成并与前述p侧欧姆电极相接。
15.根据权利要求13所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述p侧垫整电极是由密接层、密接层上形成的阻障层以及阻障层上形成的Au层所组成，密接层由Rh或RhO所组成并与前述p侧欧姆电极相接，阻障层是由包括Ti、Pt、W、Ta、Mo、此等金属之氮化物的群中所选出至少1种所组成。
16.根据权利要求14或15所说的氮化物半导体激光元件，其中，前述p侧欧姆电极之组成是于最上层包含一RhO层，前述密接层由RhO所组成。
17.一种氮化物半导体发光元件，其具备p型氮化物半导体层、该p型氮化物半导体层上方所形成的p侧欧姆电极、以及该p侧欧姆电极上方所形成的p侧垫整电极；其特征在于：
前述p侧欧姆电极是將自Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中所选出的至少1种金属与Au积层后，经退火处理所得的合金层；
前述p侧垫整电极包括，与前述p侧欧姆电极相接并由Rh或RhO所形成的密接层，以及与密接层上方相接或介以阻障层形成的Au层；阻障层形成于前述密接层之上方，由包括Ti、Pt、W、Ta、Mo、及此等金属之氮化物的群中的至少1种所形成。
18.根据权利要求17所说的氮化物半导体发光元件，其中，前述p侧欧姆电极的最上层有一RhO层，且前述密接层是由RhO所组成。
19.一种氮化物半导体发光元件之电极形成方法，其中，包括下列步驟：
在p型氮化物半导体层上，按順序形成第1层、Au层、及RhO层以构成p侧欧姆电极；第1层是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中至少1种金属所组成；
將前述p侧欧姆电极做热退火处理；
在前述退火处理过的p侧欧姆电极上，包括形成一RhO层及形成一Au层，以构成前述p侧欧姆电极上方的p侧垫整电极。
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