CN1983751B - 氮化物半导体激光元件及其制造方法 - Google Patents

氮化物半导体激光元件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1983751B
CN1983751B CN2006101631016A CN200610163101A CN1983751B CN 1983751 B CN1983751 B CN 1983751B CN 2006101631016 A CN2006101631016 A CN 2006101631016A CN 200610163101 A CN200610163101 A CN 200610163101A CN 1983751 B CN1983751 B CN 1983751B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitride semiconductor
groove
laser device
semiconductor laser
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2006101631016A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1983751A (zh
Inventor
川上俊之
山崎幸生
山本秀一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Fukuyama Laser Co Ltd
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of CN1983751A publication Critical patent/CN1983751A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1983751B publication Critical patent/CN1983751B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种氮化物半导体激光元件及其制造方法。所述半导体激光元件包括：基板；设置在该基板表面的氮化物半导体层，该氮化物半导体层包括产生激光的有源层和防止有源层的恶化的防蒸镀层；形成在该氮化物半导体中以作为光限定区域的条形波导；由解理该氮化物半导体层而形成的镜面；和形成在该镜面的至少在该条形波导的一侧的沟槽，该沟槽形成为在该氮化物半导体层的表面具有开口的雕刻区域，该沟槽具有位于该防蒸镀层的附近的底表面。形成在镜面上的表面变形通过设置在该表面变形起始位置附近的该沟槽重置，从而防止了表面变形在发射激光的条形波导中形成。这使得高产率制造氮化物半导体激光元件成为可能。

Description

氮化物半导体激光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及氮化物半导体激光元件及其制造方法。特别是，本发明涉及具有氮化物半导体设置在基板上的氮化物半导体元件及这样的氮化物半导体元件的制造方法，氮化物半导体设置在类似氮化物基板的基板上，具有缺陷密集区(defect-concentrated region)。
背景技术
氮化物半导体由三价元素如Al、Ga或In与五价元素的N化合。因为他们的能带结构和化学稳定性，氮化物半导体作为发光元件和功率装置的材料已经引起兴趣。特别是，人们已经进行多种尝试来制造发蓝光的氮化物半导体激光元件，作为光学信息记录设备的光源。
在这样的氮化物半导体激光元件中，利用具有相同解理方向(cleavagedirection)的氮化物半导体基板作为设置其上的氮化物半导体层，来帮助改善基板和设置其上的氮化物半导体层之间的晶格匹配，也帮助消除热膨胀系数的差别。这样，能够减小产生在氮化物半导体激光元件中的应力和缺陷等。并且因此延长其寿命。然而，不利的是，氮化物半导体基板包含缺陷(如空隙、间隙原子和位错，这扰乱了晶体的规则性)，而这样的缺陷密度严重影响氮化物半导体激光元件的寿命。
因此，在氮化物半导体基板中，人们寻求减少缺陷密度。一个公开报告的制造低缺陷密度GaN基板的方法如下(见Applied Physics Letter.Vol.73No.6(1998)pp.832-834)。通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)工艺，在蓝宝石基板上生长2.0μm厚的GaN层，然后，还在其上形成具有周期性条形开口(11μm的周期)的0.1μm厚SiO2掩模图案；然后，再通过MOCVD，形成20μm厚的GaN。这样，生产晶片。
这称为ELOG(epitaxial lateral overgrowth外延横向过度生长)工艺的技术，其利用横向生长来减少缺陷。随后，通过HVPE(hydride vapor phaseepitaxy，氢化物气相外延)工艺，形成200μm厚的GaN层，并且然后移除形成基层的蓝宝石基板。这样，产生了150μm厚的GaN基板，并且然后抛平其表面。众所周知，这样产生的GaN基板具有低如106cm-2或更小的位错密度。
然而，不利的是，甚至当氮化物半导体激光元件通过在这样的低缺陷氮化物半导体基板上设置氮化物半导体层来制造时，由于氮化物半导体层本身由不同种类的膜如GaN、AlGaN和InGaN组成，所以在形成氮化物半导体层的各膜中的晶格常数的差别产生晶格失配(lattice mismatch)。结果，氮化物半导体层产生应力和裂纹，这严重影响了氮化物半导体激光元件的恶化和产率。
在这种背景下，已经开发了下面的方法。所采用的氮化物半导体基板具有形成在其表面上的凹槽即下位部分、和脊即高位部分。在这样的半导体基板上，生长氮化物半导体层。这释放了在氮化物半导体层中的应力，并且因此帮助减少裂纹。就这样的方法而言，可以减少归因于基板的裂纹和应力，也可以减少归因形成在基板上形成的氮化物半导体层的各膜之间的晶格失配的裂纹和应力。这样，可以减轻氮化物半导体激光元件的恶化，并且提高其产率。(见：JP-A-2004-356454和JP-A-2005-0064469)
图11是刚刚描述的传统氮化物半导体激光元件的截面图。该氮化物半导体激光元件50具有n型GaN基板501作为氮化物半导体基板。该n型GaN基板501在其一部分上具有缺陷密集区518和该缺陷密集区518之外的低缺陷区。在n型GaN基板501上，氮化物半导体层外延生长。因此，这个氮化物半导体层在其一部分上也具有从n型GaN基板501的该缺陷密集区518生长的缺陷密集区518a和该缺陷密集区518a之外的低缺陷区。而且，该n型GaN基板501在其形成该缺陷密集区518的部分被蚀刻以形成条形凹槽，这样，在设置该n型GaN基板501的该缺陷密集区518和518a和该氮化物半导体的位置形成有凹槽500，凹槽500看上去相对于该下缺陷区蚀刻而形成。
更具体地，在该n型GaN基板501中的该缺陷密集区518上方形成有6μm的凹槽500a。然后，在该n型GaN基板501上，氮化物半导体层通过用MOCVD(金属有机化学气相沉积)方法进行半导体生长来设置。这样形成在该n型GaN基板501上的该氮化物半导体层从下向上由下列层组成：由n型GaN形成的下接触层502；由不同组成的n型ALGaN形成的下三层覆层503；由n型GaN形成的下导层504；由InGaN形成的多量子阱结构组成的有源层505；由p型AlGaN形成的防蒸镀层506；由p型GaN形成的上导层507；由p型GaN形成的上覆层508；和由p型GaN形成的上接触层509。
此外，该氮化物半导体激光元件50具有形成在氮化物半导体层的该下缺陷区上的脊条纹510。而且，在该脊条纹510的两个侧壁上方和在该脊条纹510形成时出现的该蚀刻底面上方设置由SiO2形成的介电层，即掩埋层511，其用于产生平行于该有源层505的逐步折射率分布，从而实现限制为水平横向模式。该掩埋层511也作为电流限制层，从而只允许电源通过该脊条纹510的脊顶供给。为使该氮化物半导体激光元件50可以接收来自外部的电源，p型电极512沉积在该脊条纹510的脊的上方和该掩埋层511的上方，n型电极513沉积在该氮化物半导体激光元件50的整个下表面的上方。
上述结构的该氮化物半导体激光元件50在脊条纹510中用逐步折射率分布来实现光的限制，从而以水平横向模式实现稳定的激光发射。当实际制造的这种氮化物半导体激光元件的样品在60℃、30mW的低输出功率下工作时，其多达80％的样品都具有3000小时或更长的寿命。因此，通过在晶片中形成产生如上所述的雕刻的区域500的凹槽，可以达到很高的产率。
然而，不利的是，当通过如光刻法、真空蒸镀、抛光、解理和涂布的常规工艺制造的传统的氮化物半导体激光元件50在CW(连续波)激光作用下工作，输出高达100mW或更大时，其中的部分元件最终会被元件击穿，从而不能达到足够的光学输出，以实现预期的可靠性。在这些传统的氮化物半导体激光元件中，最终被元件击穿的那部分会随着其工作持续时间的增加而增加。因此，根据工作条件，可能会发生大多数制造的氮化物半导体激光元件50不能提供预期的可靠性的情况。结果，当制造作为在高达100mW或更大的输出功率下工作的元件的传统氮化物半导体激光元件时，不仅其产率会非常低，而且当实际长时间工作时，其易于遭受突然击穿。
研究氮化物半导体激光元件失效的原因
为研究如图11所示结构的传统的氮化物半导体激光元件50在达到足够的光学输出之前击穿的原因，本发明的申请人进行了该氮化物半导体激光元件50的检测。具体地，为研究该氮化物激光元件50击穿的原因，利用其击穿的样品，移除其镜面(mirror facet)上的涂层，并且在电子显微镜下检测该镜面的脊条纹510部分。
图12为脊条纹510部分的放大示意图，如图12所示，通过在电子显微镜下检测该镜面的脊条纹510部分，我们确认，在该氮化物半导体层的镜面上形成了表面变形(irregularity)517，该表面变形517平行于该氮化物半导体层延伸。这个形成在该镜面上的表面变形517具有如图13A或13B所示的形状，图13A和13B都是沿着图12中的A-A线剖取的放大示意性截面图。
在此，设置p型电极512的一侧为顶侧，然而设置在该表面变形517的上方的该氮化物半导体层的该解理面520部分和设置在该表面变形517的下方的该氮化物半导体的解理面521都是平面，表面粗糙度RMS值约为该表面变形517大到几十纳米。也就是如图13A所示，该表面变形517下方的该解理面521相对于该表面变形517上方的该解理面520凸起，或者如图13B所示，该表面变形517上方的该解理面520相对于该表面变形517下方的该解理面521凸起。此外，图14为整个解理面的示意图，如图14所示，该表面变形517平行于该氮化物半导体延伸几十微米至几百微米。
然后我们更加仔细地检测了形成在该氮化物半导体激光元件50的该镜面上的该上表面变形517上的该脊条纹510限定光的部分。从而我们发现集中在各层之间的界面上的该表面变形517，如设置在该下导层504和该上导层507之间的该有源层505和该防蒸镀层506。另一方面，我们也确认，当在高达100mW或更高的输出功率下工作时，如果没有这样的表面变形517，该氮化物半导体激光元件50可提供足够的可靠性。
如上所述，传统的氮化物半导体易于在该镜面上形成表面变形，该表面变形平行于该氮化物半导体层延伸。结果，当CW激光作用下在高输出功率的下工作时，其可能遭受元件击穿而不能达到足够的光学输出。因此，当它们制造为在高达100mW或更大的输出功率下工作的元件时，不仅有效工作的元件的产率会非常低，而且当实际长时间工作时，其易于突然击穿。
发明内容
考虑到上述讨论的传统氮化物半导体激光元件的不利因素，本发明的目标是提供可以减少氮化物半导体层中表面变形形成的氮化物半导体激光元件的结构。本发明的另一个目标是提供可以减少氮化物半导体层中表面变形形成的氮化物半导体激光元件的制造方法，从而改善氮化物半导体激光元件的产率和可靠性。
为实现上述目标，根据本发明的方面，氮化物半导体激光元件提供有：基板；生长在该基板表面上的氮化物半导体层，其中该氮化物半导体层包括产生激光的有源层和防止有源层恶化的防蒸镀层；形成在该氮化物半导体中以作为光限制区域的条形波导；由解理该氮化物半导体层而形成的镜面；形成在该镜面中的沟槽，其至少在该条形波导的一侧，该沟槽形成为在该氮化物半导体层的表面具有开口的雕刻的区域，该沟槽的底面设置在该防蒸镀层的附近区域中。
根据本发明的另一方面，氮化物半导体激光元件的制造方法包括：第一步，在基板上外延生长包括产生激光的有源层和防止有源层恶化的防蒸镀层的氮化物半导体层；第二步，在第一步中形成的该氮化物半导体层中，形成作为光限制区域的条形波导；第三步，沿着该基板，解理具有条形波导形成在其中的该氮化物半导体层；第四步，在第三步中实施解理形成的镜面处，至少在该条形波导的一侧，从其表面向下至该防蒸镀层的附近区域调刻该氮化物半导体层，以便形成沟槽作为在该氮化物半导体层的表面具有开口的雕刻的区域。
因此，根据本发明，由于形成的沟槽的影响，解理时形成在镜面上的表面变形可以通过该沟槽重置。因此，形成在镜面上的表面变形通过设置在该表面变形起始位置附近的该沟槽重置，从而防止了表面变形在发射激光的条形波导中形成。这使得高产率制造氮化物半导体激光元件成为可能，即使长时间工作，该氮化物半导体激光元件也可以以高于100mW的输出功率发射足够可靠的激光。
附图说明
图1A和1B为晶片的截面图，其示出了根据本发明的氮化物半导体激光元件的制造过程；
图2A至2C为晶片的截面图，其示出了根据本发明的氮化物半导体激光元件的制造过程；
图3A和3B为晶片的俯视图，其示出了根据本发明的氮化物半导体激光元件的制造过程；
图4为晶片的截面图，其示出了根据本发明的氮化物半导体激光元件的制造过程；
图5为本发明示例1的氮化物半导体激光元件的外部透视图；
图6为本发明示例2的氮化物半导体激光元件的外部透视图；
图7为本发明示例3的氮化物半导体激光元件的外部透视图；
图8为在具有氮化物半导体层叠结构形成其上的n型GaN基板中凹槽周围的放大截面图；
图9为晶片的俯视图，示出了本发明示例3的氮化物半导体激光元件的制造过程；
图10为本发明示例4的氮化物半导体激光元件的外部透视图；
图11为传统的氮化物半导体激光元件的示意性截面图；
图12为图11中所展示的氮化物半导体的脊条纹部分的放大示意图；
图13A和13B为沿着图12中所展示脊条纹部分中的A-A线剖取的截面图；
图14为展示图11中所示的该氮化物半导体激光元件的整个解理面情况的示意图；
图15为展示图11中该氮化物半导体激光元件中当形成脊条纹时出现的蚀刻底面表面和该防蒸镀层的上表面之间的关系的图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述本发明的实施例。
研究解理面上的表面变形
在前述“背景技术”部分中，我们研究了传统的氮化物半导体激光元件失效的原因，并且确认当该氮化物半导体激光元件在高达100mW或更高输出功率的条件下工作时，形成在图12、13A、13B和14中镜面上的表面变形517会引起元件击穿。因此，我们研究了该氮化物半导体激光元件的表面变形517易于形成在镜面上的条件。在下面将要提出的多种实验和检验中，我们采用与如研究了其失效的前述的检测中的如图11中所示的同样结构的氮化物半导体激光元件50。
首先，我们制造如图11所示结构的该氮化物半导体激光元件50的样品，同时变化当该脊条纹510形成时出现的该蚀刻底面表面的水平，以便判断对于每个不同的蚀刻底面表面水平的表面变形517的发生率。通过这个实验，我们发现，当形成该脊条纹510时出现的该蚀刻底面表面和该防蒸镀层506的该上表面之间留下的膜厚度(其厚度称为未蚀刻厚度)大于0.05μm时，该氮化物半导体激光元件50中的表面变形517的发生率急剧增加。另一方面，我们也发现，当形成该脊条纹510并且蚀刻实施向下至该防蒸镀层506时，在该氮化物半导体激光元件50的样品中没有观察到表面变形。
接下来，我们检查形成在如图11中所示结构的该氮化物半导体激光元件50中的平行于该氮化物半导体层的表面变形517，以研究镜面上表面变形517的形成原因。通过这项检查，我们发现下列结果。如图14所示，在该表面变形517的明显的起始部分中，贝壳形台阶(表面变形为多个台阶)531延伸穿过该氮化物半导体层的分层，其中，认为该贝壳形台阶是当实施解理以产生它时出现在该镜面上的冲击波的波前干扰。即均延伸穿过该氮化物半导体层的多个台阶531平行于该氮化物半导体层并排形成。
我们还检查了出现在该表面变形517的起始位置附近的该贝壳形台阶531起始的位置，并且发现下列情况。在该贝壳形台阶531起始的位置，以70％或更大的发生率存在凹槽或者存在该n型GaN基板501的缺陷密集区518，该凹槽具有在该晶片表面中形成雕刻区500的微米级表面变形，在该晶片连续形成表面解理之前的多个单独的氮化物半导体激光元件50。在该台阶531起始的位置既没有形成雕刻区500的凹槽，也没有该n型GaN基板501的缺陷密集区518的情况下，该台阶由分裂线(解理线)的偏移造成，其假定由解理时的对准偏移引起。
从前述，将会理解，当实施解理以形成该氮化物半导体激光元件50的镜面时，如果仅仅在晶片表面有微米级的表面变形，或仅仅在该n型GaN基板501中有缺陷密集区518，或仅仅解理线的对准有偏移，台阶531由解理导致的冲击波的波前中出现的干扰形成。除了这样形成的台阶以外，如果当形成该脊条纹510时留下的未蚀刻厚度L1满足上述条件，平行于该氮化物半导体层延伸的表面变形517易于在该有源层505附近形成。
当该晶片用形成在该晶片的顶面(在其p型电极512侧面上，即，与该n型GaN基板501相对侧的面)上的划线劈开时和当该晶片用形成在该晶片的底面(在其n型电极513侧面上，即，与该n型GaN基板501同侧的面)上的划线劈开时，该表面变形517都会形成。然而，当用形成在其顶面上的划线劈开该晶片时，该表面变形517的形成会更明显。
基于上述研究，上述的传统的氮化物半导体激光元件50(见图11)的不利之处已经在根据本发明的氮化物半导体激光元件中克服，以下将对其进行描述。与该传统的氮化物半导体激光元件50相似，该氮化物半导体激光元件具有在通常条件下通过MOCVD设置在氮化物基板上的氮化物半导体层。图1A、1B、2A至2C和4是在该氮化物半导体激光元件的制造过程的不同步骤中的该晶片的截面图；图3A和3B是在该氮化物半导体激光元件的制造过程的不同步骤中的该晶片的俯视图；而图5是展示所制造的该氮化物半导体激光元件的结构轮廓的外部透视图。
制备基板
图1为该晶片的示意性截面图，首先，将参照晶片图1描述该氮化物半导体基板。在下面的描述中假定，在本实施例中，n型GaN基板用作该氮化物半导体基板。
首先，在具有缺陷密集区117的n型GaN基板101的整个表面上，气相沉积膜厚度为1μm的SiO2或类似物，随后，通过普通的光刻工艺，形成在该缺陷密集区117和其附近区域上方具有开口的条纹形光致抗蚀剂图案。接下来，通过如RIE(反应离子蚀刻)的干蚀刻技术，蚀刻该光致抗蚀剂图案和在该光致抗蚀剂图案开口中的n型GaN基板101的表面，从而在该光致抗蚀剂图案开口中，凹槽形成在该n型GaN基板101的表面中。
然后，通过利用HF(氢氟酸)或类似物作为蚀刻剂，移除该光致抗蚀剂图案。现在，如图1A所示，完成该n型GaN基板101，其具有周期地形成在其表面中的条形凹槽100。即，作为通过光刻和干蚀刻结合处理该n型GaN基板101的结果，在该n型GaN基板101的表面中，形成垂直于该解理方向的并且宽度为2μm至100μm和深度为1μm至10μm的条形凹槽100。上述提到的该SiO2或类似物可以通过除了溅射以外的任何工艺来气相沉积；例如，其可以通过电子束沉积工艺或等离子体CVD工艺来气相沉积。
通过以这种方式在该表面中形成凹槽100，可以减少单独的氮化物半导体层的厚度的变化，该变化归因于n型GaN基板101中的缺陷密集区117。即使采用没有缺陷密集区117的氮化物半导体基板，通过如上所述形成条形凹槽100，也可以防止生长在该氮化物半导体基板的表面上的该氮化物半导体层中裂纹的产生。当采用没有缺陷密集区117的氮化物半导体基板时，该凹槽100可以形成为适合预期的芯片尺寸。对于任一种氮化物半导体基板，建议该凹槽100连续地尽可能长地形成。
在该n型GaN基板101中的凹槽100可以通过上述干蚀刻技术或湿蚀刻技术形成。
通过外延生长形成各层
在该n型GaN基板101的表面上因此具有形成在其中的凹槽100，然后，通过利用合适的传统已知技术，如通过MOCVD工艺，氮化物半导体外延生长以形成各氮化物半导体层。在此，这些氮化物半导体层不是形成在该n型GaN基板101中的凹槽100上方，而是依次形成在第一主平面上，其中形成有该n型GaN基板101中的凹槽100。
具体地，如图1B所示，在该n型GaN基板101的第一主平面上，下列层依次顺序设置：厚度为0.1μm至10μm(如，4μm)的n型GaN下接触层102；厚度为0.5μm至3.0μm(如，1μm)的n型Al0.1Ga0.9N下覆层103；厚度为0μm至0.2μm(如，0.1μm)的n型GaN下导层104；由Inx1Ga1-x1N量子阱层和Ga1-x2N阻挡层交替设置组成的有源层105(其中x 1＞x2)；p型Al0.3Ga0.7N防蒸镀层106；厚度为0μm至0.2μm(如，0.01μm)的p型GaN上导层107；p型Al0.1Ga0.9N上覆层108；和p型GaN上接触层109。
该下覆层103可以由与n型Al0.1Ga0.9N不同的任何材料形成；它可以由提供期望的光学特性的任何材料形成，例如，n型GaN和n型AlGaN超晶格结构，或具有不同组成的多个AlGaN层的组合。该下导层104和该上导层107可以分别由与上述n型和p型GaN不同的任何材料形成；它们可以分别由n型和p型InGaN或AlGaN形成；如果设计上不需要它们甚至可以将其略去。在该有源层105中，其量子阱与阻挡层的成分和它们如何交替设置被如此设计从而发射大约405nm波长的光。
该防蒸镀层106可以由与Al0.3Ga0.7N不同的任何组成形成，或者可以掺杂有杂质如As或P，只要在有源层105生长后直到生长上导层107，其可以用于防止该有源层105恶化。与该下覆层103相似，该上覆层108可以由与p型Al0.1Ga0.9N不同的任何材料形成；它可以由提供期望的光学特性的任何材料形成，例如，p型GaN和p型AlGaN超晶格结构，或具有不同组成的多个AlGaN层的组合。该上接触层109可以由与p型GaN不同的任何材料形成；例如，其可以由p型InGaN、GaInNAs或GaInNP形成。
形成脊条纹
如上所述，当各氮化物半导体层在该n型GaN基板101的表面上完成生长时，现完成了具有层叠的氮化物半导体层的晶片，如图1B所示。然后，通过气相沉积或类似方法，在该晶片的整个表面上方，形成主要由Pd、Ni或类似物形成的第一p型电极112a。具体地，在图1B中最顶层的该上接触层109的整个表面上方形成p型电极112a。
然后，通过光刻工艺，在设置在该n型GaN基板101中相邻凹槽100之间的第一主平面上的该p型电极112a的表面上，形成宽度为1μm至3μm(如1.5μm)的条纹形抗蚀剂114。随后，如图2A所示，通过离子蚀刻或湿蚀刻，移除除了该条纹形抗蚀剂114下之外的该p型电极112a。也可以在后形成该p型电极112a，同时在后形成焊盘电极112b。在这种情况下，如图1B所示，在具有层叠的氮化物半导体层形成在其上的该晶片表面上直接形成该抗蚀剂114，然后执行下面描述的步骤。
然后，通过干蚀刻如采用SiCl4或Cl2气的RIE，移除设置在没有形成该抗蚀剂114的区域中的部分该上覆层108和该上接触层109至一定深度以形成脊条纹110。在此，蚀刻优选地停止在0.05μm至0.2μm以上的高度，即在层厚度方向上相对于该防蒸镀层106的上表面接近该上覆层108。作为蚀刻的结果，位于抗蚀剂114下面区域中的部分上接触层109和上覆层108留下，相对于其它区域突起，并且该上接触层109和该上覆层108的该突起部分形成脊条纹110。该脊条纹110远离在该n型GaN基板101的该第一主平面上的该凹槽形成。
原因如下。如果向下实施蚀刻的高度小于0.05μm以上，即相对于该防蒸镀层106的上表面更接近该上覆层108，而该氮化物半导体激光元件的激光阈值降低，则结点水平(kink level)降低以至于不适合高输出功率工作。相反，如果只向下实施蚀刻到高于0.2μm以上，即相对于该防蒸镀层106的上表面更接近该上覆层108，不希望的是，该氮化物半导体激光元件的激光阈值变得很高，另外也变得很难控制发射激光的光学特性，如远场图案(FFP)。
当已经以这种方式形成该脊条纹110时，然后，如图2A所示，在具有周期形成的该脊条纹110的该晶片的整个表面上方，形成有厚度为0.1μm至0.5μm(如0.3μm)的SiO2掩埋层111，从而由此掩埋该脊条纹110。在此，在由SiO2形成的掩埋层111上，可以形成一层或多层用于增强与稍后描述的焊盘电极112b的粘附力。这个(或这些)用于增强与焊盘电极112b的粘附力的层由氧化物如TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5，或氮化物如TiN、TaN或WN，或金属如Ti、Zr、Hf、Ta、或Mo形成。
随后，形成在该脊条纹110上的抗蚀剂用溶剂溶解，然后通过超声波清洗或类似方法剥离，以便沿着该抗蚀剂114移除形成在该抗蚀剂114上的掩埋层。作为这个工艺的结果，如图2C所示，该掩埋层111留在形成该脊条纹110之外的区域中，形成该脊条纹110的上表面的该p型电极112a的表面暴露。在没有形成该p型电极112a的情况下，当该抗蚀剂114溶解时，形成该脊条纹110的上表面的该上接触层109的表面暴露。
形成焊盘电极
如上所述，如图2C所示，作为实施蚀刻和形成该掩埋层111的结果，现在完成了具有被该掩埋层111掩埋的该脊条纹110的晶片。然后，通过利用抗蚀剂进行光刻工艺，构图作为p电极的焊盘电极112b。在此，如图3A所示，该抗蚀剂120被构图以具有在其中形成为矩阵状构成的开口120a，该开口120a被成形为充分覆盖该脊条纹110，该脊条纹110沿着开口120a的中心线设置。即在该抗蚀剂120中，该开口120a相对于该脊条纹110延伸的方向断续地形成在相邻的凹槽100之间。
然后，在这样的具有形成在其上的该抗蚀剂120的该晶片的表面上，通过气相沉积或类似方法顺序形成Mo/Au、W/Au膜或类似物，以与该p型电极112a的大部分接触，从而形成作为p电极的焊盘电极112b。在该脊条纹110形成之前没有形成该p型电极112a的情况下，在形成该焊盘电极12b的步骤中，形成Ni/Au、Pd/Mo/Au膜或类似物，以作为经其从外侧提供电源的p电极。
随后，该抗蚀剂120用溶剂溶解，然后通过超声波清洗或类似方法去除，以便沿着该抗蚀剂120移除形成在该抗蚀剂120上的金属膜。以这种方式，该焊盘电极112b形成有与该抗蚀剂120中的该开口120a同样的形状。该抗蚀剂120中的该开口120a的图案可以是考虑引线键合区域等之后给定的预期的形状。
如果该焊盘电极112b靠近该晶片解理成单个氮化物半导体激光元件10的解理表面形成(见图5)，或靠近后续步骤中稍后描述的沟槽115的位置形成，则可能导致漏电流或电极剥落。这就是如上述构图该焊盘电极112b的原因。该焊盘电极112b可以通过蚀刻构图。这种情况下，将作为p电极的金属膜气相沉积在如图2C所示结构的晶片的整个表面上；随后，通过光刻，作为该焊盘电极112b的该金属膜部分用抗蚀剂保护，然后用如王水基蚀刻剂构图该金属膜图案；这样就形成了该焊盘电极112b。
形成脊条纹旁边的沟槽
如上所述形成该焊盘电极112b之后，接下来，形成沟槽，以防止形成在该有源层附近区域中的表面变形形成在该氮化物半导体激光元件10的解理面上(见图5)。首先，如图3B中的俯视图，通过光刻，抗蚀剂121设置成在没有设置焊盘电极112b的该脊条纹110两侧的区域中具有开口。在如此设置抗蚀剂121的情况下，该氮化物半导体层可以在该开口121a处通过干蚀刻来雕刻。在此，用干蚀刻或湿蚀刻移除由SiO2形成的该掩埋层111，随后通过干蚀刻雕刻该掩埋层111下方的该氮化物半导体层，从而在开口121a中形成沟槽115作为雕刻的区域。
而且，在抗蚀剂121的开口121a中由此雕刻的该晶片表面上，通过溅射或类似方法气相沉积SiO2以形成厚度约为0.15μm的SiO2膜。然后，从这样具有形成其上的SiO2膜的该晶片上，该抗蚀剂121用溶剂溶解并且然后通过超声波清洗或类似方法剥离，以便沿着该抗蚀剂121移除形成在该抗蚀剂121上的SiO2膜。结果，如图4所示的截面图，在开口121a中的该雕刻的区域中，该SiO2膜作为保护层116留下来。这个保护层116保护形成为开口121a中的雕刻区域的沟槽115的蚀刻底面和侧面。
由于涂有该保护层116的该沟槽115的形成，即使如果由该n型GaN基板101中的该凹槽100引起的形成在该晶片表面的微米级的表面变形，从而导致在解理时形成的贝壳形台阶531，由此形成该有源层105附近的平行表面变形517(见图12、13A、13B和14)，也可以防止该表面变形517达到该脊条纹110的附近区域。这是因为该沟槽115相对于该冲击波的传输方向设置在该脊条纹110的前方，该冲击波来自在解理时形成在该晶片表面上的微米级表面变形或类似物。
即，尽管所呈现的平行于该氮化物半导体层的冲击波产生表面变形，该表面变形接近该有源层105平行于该氮化物半导体层延伸，但是该沟槽115防止了冲击波的传输，从而中断了该表面变形517。因此，除非在解理时台阶形成在该沟槽115和该脊条纹110之间，在接近该有源层105平行于该氮化物半导体层的表面变形517的发生率在该沟槽115和该脊条纹110之间可以大大地减小。
当该沟槽115以这种方式形成时，其优选地如此形成，在用于形成沟槽115的该抗蚀剂121中的开口121a中，沿着预设解理线125最接近该脊条纹110的边缘121b离开该脊条纹110的边缘110a 2μm或更大，在预设解理线125上将进行解理以形成镜面。如果该开口121a的该边缘121b离开该1102μm或更小，则形成在该开口121a处的该沟槽115的结构会影响该氮化物半导体激光元件10的光学特性(见图5)。
而且，该抗蚀剂121的该开口121a形成为与该脊条纹110的该边缘110a的距离为100μm或更小，以便在该开口121a的该边缘121b和该脊条纹110之间的晶片表面上不会形成大的表面变形，如受该凹槽100影响的表面变形。这是因为，如果该沟槽115形成具有与该脊条纹110之间为100μm或更大距离的该开口121a，根据表面变形的大小和该表面变形和该脊条纹110之间的距离，更可能在该沟槽115和该脊条纹110之间形成新的贝壳形台阶531。在形成该沟槽115的该开口121a和该脊条纹110之间的晶片上有大的表面变形时，该沟槽115不会产生预设的作用。
而且，优选的是，未蚀刻厚度L2，即从该防蒸镀层106的顶面到该沟槽115底面的距离在至少部分的该预设解理线125上小于0.05μm。进一步优选的是，该未蚀刻厚度L2，即从该防蒸镀层106的顶面到该沟槽115底面的距离在0μm-0.3μm的范围内。在此，当该未蚀刻厚度L2具有负值时，这意味着当雕刻该沟槽115时，实施该雕刻至达到低于该防蒸镀层106的顶表面的层。
这是因为，通过前述研究已经确认，当该脊条纹510形成在传统的氮化物半导体激光元件50(见图11)中时留下的未蚀刻厚度L1小于0.05μm时，表面变形517不太可能形成在该有源层505的附近区域中。即形成该沟槽115意味着相对于解理时冲击波传播的方向，在该脊条纹110的前面形成该未蚀刻厚度L2小于0.05μm的区域，因此，形成该沟槽115的区域消除了形成在该有源层105附近的镜面上的表面变形517。
当有某些未蚀刻厚度时，冲击波预期以不同的方式在该有源层105的上方和下方的层中传播。因此，当该未蚀刻厚度L2小于零时，该沟槽115可以完全消除接近该有源层105的平行表面变形。另一方面，如果该沟槽115本身制得更深，其角会成为形成平行表面变形的新原因。因此，该沟槽115优选地向下形成至该防蒸镀层106以下约0.5μm。
如图4所示，该沟槽115优选地形成在该脊条纹110的两侧。通常，当进行解理时，分裂凹槽形成在具有形成其上的氮化物半导体层的该晶片的边缘上，并且解理的冲击波从该分裂凹槽开始传播。因此，当该沟槽115之一相对于解理时冲击波传播的方向设置在该脊条纹110之前时，实现了本发明预设的作用。
然而，在一些情况下，分裂凹槽也形成在该晶片的中间部分，以防止在解理该晶片至棒(bar)的过程中棒宽度的意外偏差(激光腔长度的偏差)。在这些情况下，冲击波不会总是在固定方向传播。在这样的情况下，为确保防止该有源层105附近的平行表面变形517的形成从而改善产率，该沟槽115需要形成在该脊条纹110的两侧。
在这个实施例中，该沟槽115只形成在该脊条纹110的附近区域中该预设的分裂线125上，并且形成在对应于该氮化物半导体激光元件10的四个角的位置(见图5)。作为选择，该沟槽115可以通过蚀刻除了该脊条纹110的附近区域以外的整个表面而形成，以满足前述的条件，或者可以如此成形从而具有平行于该脊条纹110的条形蚀刻部分。在该沟槽115以这种方式形成为条形时，在该焊盘电极112b形成之前，该沟槽115需要用绝缘膜掩埋。
作为选择，该沟槽115可以在形成该脊条纹110之前形成。在这种情况下，不需要蚀刻该掩埋层111或在该沟槽115中形成该保护层116。这有利于减少制造氮化物半导体激光元件的步骤。而且，如果存在电流漏到该沟槽115中的很小的风险，则可能省略该沟槽115中的保护层116；相反，也可以形成该保护层116如此厚以致完全填满该沟槽115。
形成n侧电极
当如上所述形成了该沟槽115后，然后抛光或研磨具有形成在其中的该沟槽115的该晶片的底面(即n型GaN基板101的底面)，直到该晶片具有60μm至150μm(如，100μm)的厚度。然后，如图4所示，在这样的抛光或研磨后的该晶片的底面(即，该抛光或研磨后的表面)上，通过气相沉积或类似方法依次形成Hf/Al或Ti/Al膜以形成n电极113a。此外，该n电极113a经历热处理以保证其欧姆特性。而且，通过气相沉积金属膜如Au，形成便于安装该氮化物半导体激光元件10的焊盘电极113b，以便覆盖该n电极113a。
形成镜面
如上所述，该晶片具有形成于其底表面的n电极113a和该焊盘电极113b，然后在基本垂直于该脊条纹110的方向上解理该晶片，以便把该晶片解理成每个都具有宽度为250μm至1000μm(例如，650μm)的多个棒，该宽度作为腔长度，并且解理面形成镜面。由于该晶片薄，因此易于解理。一般通过划线-折断工艺、激光划线基折断的工艺或类似方法实现解理成棒。
然后，在具有多个氮化物半导体激光元件10(见图5)在其上排列成行的每个棒两侧的该镜面上实施膜形成。具体地，在后侧镜面上形成由设置在一起的两层或多层组成的高反射率膜(未示出)；在前侧镜面上形成由设置在一起的两层或多层组成的低反射率膜(未示出)；由于这种结构，在从该棒解理的每个氮化物半导体激光元件10(见图5)中，通过其内侧激发产生的激光发射穿过该前侧镜面。
形成激光芯片
这样的具有形成在其镜面上的反射膜的每个棒进一步解理成每个具有宽度为约200μm至300μm单个芯片。以这样方式，就制造了具有图5中外部透视图所示形状的氮化物半导体激光元件10。在此，例如，实施解理以便该脊条纹设置在该氮化物半导体激光元件10的中间部分中；即实施解理以使解理的位置不影响该脊条纹110。
用于实施将单个氮化物半导体激光元件解理的芯片的宽度充分由该凹槽100形成在该n型GaN基板101中的周期决定。而且，在这样解理的氮化物半导体激光元件中，形成在该n型GaN基板101中的该凹槽100处和上方的氮化物半导体层可能被切断。
然后安装如上所述的通过解理获得的该氮化物半导体激光元件10在管柱(stem)上，然后从外侧引入的布线连接到作为p电极的该焊盘电极112b上和作为n电极的该焊盘电极113b上。然后，为了密封安装在该管柱上该氮化物半导体激光元件10，用盖罩住该管柱。此时，作为氮化物半导体激光装置的该氮化物半导体激光元件制造完成。
用这样通过解理具有形成在其中的该沟槽115的晶片制造的该氮化物半导体激光元件10的样品，我们对其性能进行了评估，下面将提供评估结果。在下面描述的示例中，将提供该氮化物半导体激光元件10结构的更具体的示例和其性能评估的结果。
示例1
该示例的氮化物半导体激光元件10的结构外形展示在图5所示的外部透视图中。下面将以其制造过程的方式描述这个氮化物半导体激光元件10的结构。
在该示例的氮化物半导体激光元件10中，在该n型GaN基板101的表面中，以400μm的间隔形成凹槽100，以便设置在缺陷密集区117的上方。然后，在这样的具有以400μm的间隔形成的凹槽100的该n型GaN基板101的第一主平面上，下述层依次形成：厚度为2.5μm的n型GaN下接触层102；厚度为3.0μm的n型Al0.05Ga0.95N下覆层103；由Inx1Ga1-x1N量子阱层和Inx2Ga1-x2N阻挡层交替设置组成的有源层105(其中x1＞x2)；厚度为0.01μm的p型Al0.3Ga0.7N防蒸镀层106；厚度为0.5μm的p型Al0.05Ga0.95N上覆层108；和p型GaN上接触层109。
随后，Pd的p电极112a形成在该p型GaN的上接触层109上，然后蚀刻该上覆层108和该上接触层109以形成宽度为1.5μm的脊条纹110。在此，蚀刻如此进行，从而从该上覆层108中的蚀刻底面表面到该防蒸镀层106的顶面的该未蚀刻厚度L1为0.08μm。然后，该脊条纹110用0.2μm厚的SiO2掩埋层111掩埋，然后构图Mo/Au膜以形成作为p电极的焊盘电极112b。其后，在预设的解理线125(见图4)上，沟槽115形成为与该脊条纹110相隔50μm的距离，该沟槽115的尺寸为30μm×30μm，0.25μm深，并且用0.2μm厚的SiO2掩埋。作为该氮化物半导体激光元件10的腔长度的该预设的解理线125的间隔为650μm。
以这种方式在该晶片上形成该氮化物半导体层，并且在该n型GaN基板101中形成该沟槽115之后，在该晶片的底面抛光或研磨该晶片，直到其厚度为100μm的厚度。然后，形成n电极113a和焊盘电极113b。然后，用形成在该晶片的边缘上的解理凹槽，沿着该预设的解理线125解理该晶片，以便解理成每个宽度等于该腔长度的棒。在这个阶段，在显微镜下检查镜面，即检查仍然逐个相连的每个氮化物半导体激光元件10的每个镜面，没有发现表面变形517(见图12、13A、13B和14)的形成。
在如上述解理成每个宽度等于腔长度的棒之后，低和高反射率的涂层(未示出)分别形成在每个解理棒的前侧和后侧镜面上，然后沿着该n型GaN基板101中的凹槽100将每个棒进一步解理，以形成单独的芯片。这样，完成该氮化物半导体激光元件10的制造。然后将该氮化物半导体激光元件10安装在管柱上以形成氮化物半导体激光装置，然后其工作。这个氮化物半导体激光装置以30mA的阈值电流、1.5W/A的斜度效率、405nm的波长发射激光。而且，当该氮化物半导体激光装置工作至高输出功率时，其产生足够的输出以提供期望的可靠性，并且不会引起常规经历的由该有源层105附近的平行表面变形517导致的失效。
示例2
该示例的氮化物半导体激光元件10a的结构外形展示在图6所示的外部透视图中。下面将以其制造过程的方式描述这个氮化物半导体激光元件10a的结构。在图6中展示的氮化物半导体激光元件10a的结构中，同样可以在图5中展示的氮化物半导体激光元件10中找到的部分用同样的参考标号指代，因此下面不会重复其细节解释。与示例1不同，在这个示例中，用条性沟槽115a替代沟槽115形成在晶片中。
在这个示例的氮化物半导体激光元件10a中，形成在该n型GaN基板101中的凹槽100之间的间隔为300μm，并且，在该n型GaN基板101的第一主平面上，如下层依次顺序形成：厚度为2.5μm的n型GaN下接触层102；厚度为3.0μm的n型Al0.05Ga0.95N下覆层103；由Inx1Ga1-x1N量子阱层和Inx2Ga1-x2N阻挡层交替层叠组成的有源层105(其中x1＞x2)；厚度为0.01μm的p型Al0.3Ga0.7N防蒸镀层106；厚度为0.5μm的p型Al0.05Ga0.95N上覆层108；和p型GaN上接触层109。
随后，形成Pd的p电极112a，然后平行于该凹槽100实施蚀刻以形成深度为0.2μm的条形沟槽115a。在此，该沟槽115a形成为使其到以300μm的间隔形成的凹槽100之间的中心线的左和右侧的距离都是5μm，其中每个沟槽的宽度为15μm。蚀刻后不立即用SiO2掩埋这些沟槽115，因为它们将在稍后的形成掩埋层111的步骤中掩埋。
进一步蚀刻这样的具有形成在其中的该沟槽115的晶片以形成宽度为的1.5μm的脊条纹110，以使该未蚀刻厚度L1为0.08μm。在此，该脊条纹110形成在凹槽100之间，在沟槽115a之间；更精确地，该脊条纹110形成在直接设置在该脊条纹110的两侧的该凹槽100之间的中间，在直接设置在该脊条纹110的两侧的该凹槽115a之间的中间。
用0.2μm厚的SiO2掩埋层111掩埋该脊条纹110和该沟槽115a。然后构图Mo/Au膜以形成作为p电极的焊盘电极112b。在此，另外通过干蚀刻来蚀刻该沟槽115a以形成该脊条纹110，结果该沟槽115底面未蚀刻厚度L2(在这个示例中，从该沟槽115a底面至蒸发层106的顶标面的距离)为-0.12μm.
然后调整具有形成在该n型GaN基板101上的氮化物半导体层的晶片的厚度为100μm，该沟槽115形成在该氮化物半导体层中，然后形成n电极113a和焊盘电极113b。然后，用形成在该晶片的边缘上的解理凹槽，解理该晶片为每个具有等于腔长度的宽度600μm的棒。在这个阶段，在显微镜下检查镜面。如同示例1中的氮化物半导体激光元件一样，在该有源层105附近没有观察到表面变形的形成。
接下来，分别在每个解理棒的前侧和后侧镜面上形成低和高反射率的涂层(未示出)，然后沿着该n型GaN基板101中的凹槽100将每个棒进一步解理以形成单独的芯片。以这种方式，完成该氮化物半导体激光元件10a的制造。然后将该氮化物半导体激光元件10a安装在管柱上，以形成氮化物半导体激光装置，然后其工作。该氮化物半导体激光装置以30mA的阈值电流、1.5W/A的斜度效率、405nm的波长发射激光。而且，如同示例1中的氮化物半导体激光元件10一样，当该氮化物半导体激光装置工作至高输出功率时，其产生足够的输出以提供期望的可靠性，并且不会引起常规经历的由该有源层105附近的平行表面变形517导致的失效。
示例3
该示例的氮化物半导体激光元件10b的结构外形展示在图7所示的外部透视图中。该氮化物半导体激光元件10b通过其制造过程描述如下。在图7所示的氮化物半导体激光元件10b的结构中，也找到图5所示的氮化物半导体激光元件10的部分，其用相同的参考标号予以指代，并且不再重复对其的解释。
在该示例的氮化物半导体激光元件10b中，采用n型GaN基板101，其中缺陷密集区和低缺陷区以400μm的间隔交替设置。首先，在n型GaN基板101上，以大约80μm的间隔、大约3μm的深度形成宽度大约为5μm的凹槽100，从而以大约400μm的间隔设置在缺陷密集区117的两侧。作为该工艺的结果，凹槽100在晶片上以大约80μm和大约320μm的间隔成对重复。
在由此具有在其中形成的凹槽100的n型GaN基板101的第一主平面上，形成氮化物半导体层叠结构150。该氮化物半导体层叠结构150的内容与示例1中氮化物半导体层102至109相同。图8是在n型GaN基板101中的凹槽周围的放大截面图，该n型GaN基板101具有形成其上的氮化物半导体层叠结构150。如图8所示，甚至在氮化物半导体层叠结构150形成之后，凹槽100也未填充，而且可以最终变得更深。这使得靠近有源层平行表面变形的形成更可能。
随后，如图9所示，由Pd形成的p电极112a形成在p型GaN上接触层109的表面上，然后沿着垂直于凹槽100的方向延伸的解理线，以宽度W1为50μm的条形在平行于凹槽100的方向上实施干蚀刻；因此形成深度为0.25μm的多个沟槽115。在此，沟槽115形成，从而在相同的预设解理线125上相邻沟槽115之间的距离W2为70μm；因此脊条纹110形成在相邻沟槽115之间。顺便提及，在沟槽115之间的70μm未蚀刻区被如此调整以形成在低缺陷区域中，并且设置成距凹槽100至少50μm。这是因为氮化物半.导体层叠结构150在凹槽100附近受到干扰。
在如此具有形成其中的沟槽115的晶片上，进一步实施干蚀刻，以形成1.5μm宽平行于凹槽100的脊条纹110。该脊条纹110形成为基本上位于70μm未蚀刻区的中间位置，该未蚀刻区上没有形成沟槽115。在该示例中，从上覆层108中的蚀刻底面表面到防蒸镀层106的上表面的未蚀刻厚度L1为0.06μm。
接下来，脊条纹110和沟槽115用0.2μm厚的SiO2掩埋层111掩埋，然后构图Mo/Au膜来形成将用作p电极的焊盘电极112b。在此，沟槽115再次通过干蚀刻予以蚀刻，来形成脊条纹110，从而在沟槽115底面的未蚀刻厚度L2(从沟槽115的底面表面到防蒸镀层的上表面的距离)为大约-0.19μm。
接下来，如此形成的晶片的厚度调整到130μm，然后形成n电极113a和焊盘电极113b(未示出)。接下来，镜片被解理成棒，各棒具有415μm的宽度，该宽度等于腔长度。在此阶段，在电子显微镜下检查仍处于彼此连续的各氮化物半导体激光元件10的镜面。作为示例1的氮化物半导体激光元件的结果，没有发现靠近有源层105的平行表面变形的形成。
接下来，在各个解理的棒的前侧和后侧镜面上分别形成低和高反射涂层(未示出)，然后将进一步解理各个棒，来形成为单独的芯片。这样，制造了氮化物半导体激光元件10b。该氮化物半导体激光元件10b然后安装在管柱上，以便形成氮化物半导体激光装置，该装置然后工作。该氮化物半导体激光装置以25mA的阈值电流、1.0W/A的斜度效率、405nm的波长发射激光。而且，当该氮化物半导体激光装置工作至高输出功率时，其产生足够的输出以提供期望的可靠性，并且不会引起常规经历的由该有源层105附近的平行表面变形517导致的失效。
在该示例的氮化物半导体激光元件10b中，与前面描述的示例1和示例2中的氮化物半导体激光元件10和10a不同，在该n型GaN基板101上，凹槽100形成在不包括缺陷密集区117的区域中。即使采用该示例的结构，与采用示例1和2的氮化物半导体激光元件10和10a一样，可以降低裂纹的发展，并且获得长的激光器寿命。
示例4
该示例的氮化物半导体激光元件10c的结构外形展示在图10中的外部透视图中。在如图10所示的氮化物半导体激光元件10c的结构中，在图5和7所示的氮化物半导体激光元件10和10b中也有的部分用相同的标号予以指代，并且不再重复对其的解释。在该示例中，沟槽115假定具有如示例3相同的形状。
在该示例的氮化物半导体激光元件10c中，采用没有缺陷密集区的n型GaN基板101，并且凹槽100以200μm的间距形成。然后，与在示例1的氮化物半导体激光元件10一样，在该n型GaN基板101上生长氮化物半导体层叠结构150。随后，与制造示例3的氮化物半导体激光元件10b时相类似，形成沟槽115和脊条纹110，然后构图焊盘电极112b和113b。此后，沿着预设的解理线125解理晶片，以便解理成棒。然后，再各个解理的棒的前侧和后侧镜面上分别形成低和高反射涂层，然后各棒进一步解理为芯片；这样，就制造了氮化物半导体激光元件10c。
对这样制造的氮化物半导体激光元件10c分析证明，与采用示例1的氮化物半导体激光元件10一样，没有发现靠近有源层105的平行表面变形。此外，当该氮化物半导体激光元件10b安装在管柱上以便制造成氮化物半导体激光装置然后工作时，没有发现由靠近有源层105的平行表面变形引起的失效。
即使在示例3和4中，凹槽100没有形成在缺陷密集区之上，由于沟槽115的形成引起在设计中的增加的灵活性，凹槽100的宽度和深度也可以变化。具体地讲，即使在凹槽100的宽度和深度自结合示例3具体阐述的值(5μm宽、3μm深)变化时，只要凹槽100没有被氮化物半导体层的生长填充，也可以获得如示例1和2相同的效果。具体地讲，凹槽的宽度可以在大约2μm至大约100μm的范围自由变化，而凹槽的深度变化范围为大约1μm至10μm。
形成凹槽100的工艺可以在部分氮化物半导体层叠结构150生长之后进行。特别是，在生长有源层105之前形成凹槽100使得能够部分获得前面结合实例1和2所述的效果。顺便提及，在凹槽100中，甚至在其底面和侧面上都沉积了氮化物半导体。因此，在凹槽100在部分氮化物半导体层生长之后形成的情形，凹槽100的最终截面形状根据在凹槽100形成后生长的氮化物半导体层而变化。即使在这种情况下，即凹槽100在部分氮化物半导体层结构150生长之后形成，形成沟槽115仍可以获得上述效果。
关于沟槽115，即使在晶片沿着偏移预设解理线125的解理线解理时，为了以足够的裕量获得上述效果，建议沟槽115宽度W1尽可能宽。具体地讲，如果沟槽115的宽度W1为10μm或更小，则很难精确对准解理线，并且因此实际的解理线落入沟槽115的区域外侧，通常使得不能充分获得提供沟槽115的效果。如果沟槽115的宽度W1为30μm，则确实能够精确控制解理，但是当考虑到相对于预设的解理线125的掩模对准误差或其他误差时，可能导致降低产率。相反，如果沟槽115的宽度为40μm或更宽，则即使在考虑到相对于预设的解理线125的掩模对准误差或其他误差时，在元件的制造中仍可以获得更好的产率。
从不同的观点看，要保证电极区域从而电极112b不设置在沟槽115中，减小沟槽115的宽度W1有助于增强设计灵活性。电极112b所需的区域尺寸取决于所制造的氮化物半导体激光元件的腔长度；腔长度越小，需要制造的沟槽115的宽度W1越小。例如，当氮化物半导体激光元件制造成具有腔长度为300μm时，优选沟槽115的宽度W1为60μm或更小。
除了上面考虑的之外，在上述的示例3和4构造的氮化物半导体激光元件10b和10c中，沟槽115的给定宽度W1为50μm。优选沟槽115的给定宽度为10μm或更大至100μm或更小，更优选30μm或更大至80μm或更小，特别优选40μm或更大至60μm或更小。顺便提及，在同一预设解理线125上的相邻沟槽115之间的距离W2(在示例3中为70μm)可以根据他们与脊条纹110的前述关系自由设计。
在包括上述示例的氮化物半导体激光元件的根据本发明的氮化物半导体激光元件中，沟槽115的深度都参照防蒸镀层106的上表面确定。在没有设置防蒸镀层106的情况下，有源层105的上表面可以用于参考面。此外，关于氮化物半导体激光元件10的结构，可以采用双沟道型，其中氮化物半导体层叠结构150的非蚀刻区域留在脊的两侧。该结构帮助防止脊条纹110在制造工艺中损坏。即使在这种情况下，沟槽115也可以形成在凹槽100和脊条纹110之间。
根据本发明的氮化物半导体激光元件的效果不仅可以通过在晶片中形成为微米量级的表面变形的凹槽获得，还可以通过当n电极形成在顶面时形成的表面变形获得，或者可以通过氮化物半导体层生长需要的多种表面变形获得。因此，不仅在具有生长在氮化物半导体基板上的氮化物半导体层的氮化物半导体激光元件中，而且在具有生长在与氮化物半导体不同的基板如蓝宝石基板上的氮化物半导体层的氮化物半导体激光元件中，也可能减少在生长过程中形成在该晶片表面上的表面变形的影响，从而减少解理时在镜面上表面变形的形成。相反，这些效果可以在该基板具有缺陷密集区而不是表面变形时获得。
根据本发明的氮化物半导体激光元件可以应用到用在光源设备如光学拾取器中的氮化物半导体激光装置中。具体地，根据本发明的氮化物半导体激光元件例如甚至可以应用到，用于照明的可以产生高达几瓦的输出功率的大面积半导体激光装置中，而不需要对光学特性如FFP进行严格的控制。具体地，根据本发明，由于它们能产生高输出功率，大面积半导体激光装置将重负担放在氮化物半导体激光元件的镜面上，因此基本上需要在氮化物半导体激光元件的镜面上没有表面变形。因此，期望在用于大面积半导体激光装置中的氮化物半导体激光元件的脊条纹旁边形成沟槽可以帮助防止表面变形和增强可靠性。在这样的大面积半导体激光装置中，建议氮化物半导体激光元件的脊条纹的宽度是5μm至100μm。
根据本发明的氮化物半导体激光元件不仅可以应用到上述具有脊形条纹形波导的氮化物半导体激光元件中，而且可以应用到具有除了脊形之外的条形波导的氮化物半导体激光元件中，如BH型、RiS型或其它型式的条形波导。在BH型氮化物半导体激光元件中，建议从该防蒸镀层的顶面至沟槽的底面的未蚀刻厚度在-0.3μm至0.050μm的范围。而且，根据本发明的氮化物半导体激光元件也可以应用到这样的情况，其中上述结构中的p型和n型层颠倒，波导形成在n型半导体侧。

Claims (15)

1.一种氮化物半导体激光元件，包括：
基板；
设置在该基板表面的氮化物半导体层，该氮化物半导体层包括产生激光的有源层和
防止有源层的恶化的防蒸镀层；
形成在该氮化物半导体层中以作为光限定区域的条形波导；
由解理该氮化物半导体层而形成的镜面；和
形成在该镜面的至少在该条形波导的一侧的沟槽，该沟槽形成为在该氮化物半导体层的表面具有开口的雕刻区域，该沟槽具有位于该防蒸镀层的附近的底表面。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，该沟槽形成为与该条形波导的距离大于等于2μm但小于等于100μm。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，保护膜形成在该沟槽的表面上。
4.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，该沟槽的底表面设置在该防蒸镀层的顶表面上，并且从该沟槽的底表面到该防蒸镀层的顶表面的厚度小于0.05μm。
5.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，该沟槽的底表面位于该防蒸镀层下面，并且从该沟槽的底表面到该防蒸镀层的顶表面的厚度为0.3μm或更小。
6.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，该基板具有形成其中的条形凹槽，该条形凹槽通过从其与该氮化物半导体接触的表面向下雕刻至1μm或更深来形成，形成的该条形凹槽平行于该条形波导，并且
其中，该条形波导形成在与该条形凹槽不同的位置，以及其中，至少部分该沟槽设置在该条形波导与该条形凹槽之间。
7.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，在该条形波导的每侧，从该条形波导的底面到该防蒸镀层的顶表面的厚度大于等于0.05μm但小于等于0.2μm。
8.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，该条形波导的宽度大于等于5μm但小于等于100μm。
9.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，该基板和该氮化物半导体层具有作为其一部分的条形缺陷密集区，并且在该缺陷密集区以外的位置具有低缺陷区，并且
其中，该条形波导形成在该低缺陷区中。
10.一种制造氮化物半导体激光元件的方法，包括：
第一步，在基板上外延生长氮化物半导体层，该外延生长氮化物半导体层包括产生激光的有源层和防止有源层恶化的防蒸镀层；
第二步，在第一步中形成的该氮化物半导体层中，形成作为光限制区域的条形波导；并且
第三步，与该基板一起，解理具有形成在其中的条形波导的该氮化物半导体层，以便形成镜面，其中
在第二步之前，或者在第二步之后，从该氮化物半导体层的表面向下至该防蒸镀层的附近区域雕刻该氮化物半导体层，从而在第三步中将进行解理形成的镜面之处，至少在第二步中将形成的该条形波导的一侧，形成作为在该氮化物半导体层的表面具有开口的雕刻区的沟槽。
11.根据权利要求10所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，其中，
在第一步中，在该基板上外延生长氮化物半导体层之前，通过从与该氮化物半导体层接触的该基板表面雕刻该基板，在该基板的表面中形成平行于在第二步中将形成的该条形波导的凹槽；
其中，至少部分该沟槽设置在该条形波导与该凹槽之间。
12.根据权利要求10所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，还包括：
第六步，在该沟槽的表面上形成保护膜。
13.根据权利要求10所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，还包括：
在第一步中，在包括在该氮化物半导体层中的有源层形成之前，形成深度为1μm或更深的凹槽，该凹槽大致平行于在第二步中将形成的该条形波导，
其中，至少部分该沟槽设置在该条形波导与该凹槽之间。
14.根据权利要求13所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，
其中，该沟槽设置在该条形波导的每侧上。
15.根据权利要求13所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，
其中，该凹槽在垂直于该条形波导的方向上的宽度为大于等于2μm，但小于等于100μm。
CN2006101631016A 2005-11-30 2006-11-30 氮化物半导体激光元件及其制造方法 Active CN1983751B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP345746/05 2005-11-30
JP2005345746 2005-11-30
JP318141/06 2006-11-27
JP2006318141A JP4963060B2 (ja) 2005-11-30 2006-11-27 窒化物系半導体レーザ素子及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1983751A CN1983751A (zh) 2007-06-20
CN1983751B true CN1983751B (zh) 2010-06-16

Family

ID=38087446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006101631016A Active CN1983751B (zh) 2005-11-30 2006-11-30 氮化物半导体激光元件及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7724793B2 (zh)
JP (1) JP4963060B2 (zh)
CN (1) CN1983751B (zh)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101262226B1 (ko) * 2006-10-31 2013-05-15 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자의 제조방법
US7718454B2 (en) 2007-02-15 2010-05-18 Mitsubishi Electric Corporation Method for manufacturing a semiconductor laser
JP4614988B2 (ja) 2007-05-31 2011-01-19 シャープ株式会社 窒化物系半導体レーザ素子及びその製造方法
JP4446315B2 (ja) * 2007-06-06 2010-04-07 シャープ株式会社 窒化物系半導体レーザ素子の製造方法
WO2009057254A1 (ja) * 2007-11-02 2009-05-07 Panasonic Corporation 半導体レーザ装置
JP2009158647A (ja) * 2007-12-26 2009-07-16 Sharp Corp 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2009170639A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Sanyo Electric Co Ltd 窒化物半導体レーザチップ及び窒化物半導体レーザ素子並びに窒化物半導体レーザチップの製造方法
DE102008018038A1 (de) * 2008-02-22 2009-08-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
JP2009231820A (ja) * 2008-02-29 2009-10-08 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP5207944B2 (ja) * 2008-12-11 2013-06-12 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子の製造方法
JP5004989B2 (ja) * 2009-03-27 2012-08-22 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びに、半導体光学装置
JP2010267871A (ja) * 2009-05-15 2010-11-25 Sony Corp 半導体レーザおよびその製造方法
JP4927121B2 (ja) * 2009-05-29 2012-05-09 シャープ株式会社 窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法
JP2011009610A (ja) * 2009-06-29 2011-01-13 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子及びウェハ
US20110001126A1 (en) * 2009-07-02 2011-01-06 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor chip, method of fabrication thereof, and semiconductor device
US20110042646A1 (en) * 2009-08-21 2011-02-24 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor wafer, nitride semiconductor chip, method of manufacture thereof, and semiconductor device
JP2011077456A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体光素子及び半導体光デバイス
JP2011124521A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Sony Corp 半導体レーザおよびその製造方法
JP2013012680A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Renesas Electronics Corp 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
JP5803457B2 (ja) * 2011-09-08 2015-11-04 三菱電機株式会社 レーザダイオード素子の製造方法
JP5961989B2 (ja) * 2011-12-02 2016-08-03 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法
CN103545714B (zh) * 2013-10-20 2016-04-06 北京工业大学 一种具有新型近腔面电流非注入区结构的半导体激光器及制造方法
DE102014117510A1 (de) 2014-11-28 2016-06-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
JP6390485B2 (ja) * 2015-03-26 2018-09-19 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置、半導体レーザ装置の製造方法
DE102015116712A1 (de) * 2015-10-01 2017-04-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
CN106451074B (zh) * 2016-10-31 2019-05-17 中国科学院半导体研究所 一种波导优化的掩埋异质结量子级联激光器
DE102018123019A1 (de) * 2018-09-19 2020-03-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Gewinngeführter halbleiterlaser und herstellungsverfahren hierfür
JP7346876B2 (ja) * 2019-03-29 2023-09-20 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子
CN110265316B (zh) * 2019-06-28 2020-12-25 上海理工大学 一种半导体材料解理过程中偏移裂片载荷的获取方法
JP7428051B2 (ja) * 2020-03-31 2024-02-06 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子とそれを用いた光変調デバイス及び光送信装置
JP2023111096A (ja) * 2022-01-31 2023-08-10 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1677775A (zh) * 2004-03-31 2005-10-05 三洋电机株式会社 氮化物系半导体元件的制造方法及氮化物系半导体元件

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3728332B2 (ja) * 1995-04-24 2005-12-21 シャープ株式会社 化合物半導体発光素子
JP3348024B2 (ja) * 1998-08-17 2002-11-20 松下電器産業株式会社 半導体レーザ装置
JP4370904B2 (ja) 2001-05-31 2009-11-25 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ素子
JP2003017791A (ja) * 2001-07-03 2003-01-17 Sharp Corp 窒化物半導体素子及びこの窒化物半導体素子の製造方法
GB0124427D0 (en) * 2001-10-11 2001-12-05 Eblana Photonics Ltd A method of manufacturing a semiconductor device
JP3805295B2 (ja) * 2002-09-19 2006-08-02 株式会社東芝 窒化物半導体レーザ
US7338827B2 (en) * 2003-03-25 2008-03-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor laser and method for fabricating the same
JP4266694B2 (ja) * 2003-04-28 2009-05-20 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子および光学装置
JP3913194B2 (ja) * 2003-05-30 2007-05-09 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子
JP4390640B2 (ja) * 2003-07-31 2009-12-24 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子、窒化物半導体発光素子、窒化物半導体ウェハおよびそれらの製造方法
JP4830315B2 (ja) 2004-03-05 2011-12-07 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ素子

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1677775A (zh) * 2004-03-31 2005-10-05 三洋电机株式会社 氮化物系半导体元件的制造方法及氮化物系半导体元件

Also Published As

Publication number Publication date
US20070121692A1 (en) 2007-05-31
JP4963060B2 (ja) 2012-06-27
JP2007180522A (ja) 2007-07-12
CN1983751A (zh) 2007-06-20
US7724793B2 (en) 2010-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1983751B (zh) 氮化物半导体激光元件及其制造方法
CN101316026B (zh) 氮化物半导体激光器芯片及其制造方法
US7501299B2 (en) Method for controlling the structure and surface qualities of a thin film and product produced thereby
JP4938267B2 (ja) レーザダイオードの製造方法
JP4901477B2 (ja) 窒化化合物半導体素子およびその製造方法
US20090053845A1 (en) Method For Controlling The Structure And Surface Qualities Of A Thin Film And Product Produced Thereby
JP4201725B2 (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法
JP4651312B2 (ja) 半導体素子の製造方法
CN114830296A (zh) 在外延横向过度生长区域的翼上制造用于垂直腔表面发射激光器的谐振腔和分布式布拉格反射器反射镜的方法
JP2011077326A (ja) 半導体レーザ集積素子及びその作製方法
JP2009004645A (ja) 窒化物系半導体レーザ装置およびその製造方法
JP4294077B2 (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法
US20090117676A1 (en) Semiconductor optical device
CN101902012B (zh) 半导体激光装置
JP2006032925A (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法、光ピックアップ装置
CN100356641C (zh) 半导体激光器元件的制造方法
JP3655767B2 (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP4601403B2 (ja) 半導体レーザ素子の製造方法及びその製造装置
JP2013074278A (ja) 窒化物半導体基板及びその製造方法、並びにそれを用いた窒化物半導体発光素子
US20040264534A1 (en) Semiconductor laser device and method for manufacturing the same
JP2000082866A (ja) 窒化物半導体レ―ザ素子及びその製造方法
KR100674835B1 (ko) 다파장 반도체 레이저 제조방법
JP2008066384A (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法
JP2013105864A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP4964026B2 (ja) 窒化物系半導体レーザ素子の作製方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220415

Address after: Asahi 1, Damen Machi, Fukuyama, Hiroshima, Japan

Patentee after: Sharp Fukuyama laser Co.,Ltd.

Address before: Osaka, Japan

Patentee before: Sharp Corp.