TWI235501B - Nitride semiconductor laser device - Google Patents

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TWI235501B
TWI235501B TW089103882A TW89103882A TWI235501B TW I235501 B TWI235501 B TW I235501B TW 089103882 A TW089103882 A TW 089103882A TW 89103882 A TW89103882 A TW 89103882A TW I235501 B TWI235501 B TW I235501B
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TW
Taiwan
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layer
light guide
nitride semiconductor
side light
guide layer
Prior art date
Application number
TW089103882A
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English (en)
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Tokuya Kozaki
Masahiko Sano
Shuji Nakamura
Shinichi Nagahama
Original Assignee
Nichia Corp
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Description

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五、發明說明（1 ) 技術領域 本發明係關於氮化物半導體雷射元件，特別係關於使用 於光資訊處理領域中具有實效折射率型條帶脊狀結構，而 在無扭曲（KINK)之高輸出下可連續振盪之雷射元件。 技術背景 近年來，隨著資訊化社會之發展，而需求記憶大量資訊 <檔案裝置，特別是期待以短波長之雷射光源作爲dvd等 大容量媒體之光源，或作爲通訊用等光源。本發明人等在 本文中發表以氮化物半導體雷射元件於室溫中以單一模式 波長403 · 7宅微米達到連續振靈1萬小時以上。 如上述，達到連續振盪之氮化物半導體雷射元件之下一 課題係爲了其實用化及進一步擴大應用領域之重要課題， 7G件之高輸出化，因而必須實現安定之連續振盪及長壽命。 特別者，供作DVD等大容量光碟之光源所採用之雷射元 件必須爲可錄放之光輸出，且振盪橫模式必須爲安定性。 具體而言，供作記錄再生之光輸出，必須以5 mW及30 mw 振每’在#亥振被下之電流·光輸出特性必須爲無扭曲。 但是’增加對雷射元件之注入電流，以增加光輸出時， 元件之電流-光輸出特性中，在振靈開始後之線性區域中一 般而言因橫模式會持續不安定化而會出現扭曲。爲了使雷 射元件實用化，在自雷射元件開始振盪後至3〇 mW之光輸 出區域中，必須製得無扭曲之安定之基本單一橫模式，且 必須可長時間振靈。 發明之開示 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501
發明說明（2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鑒於上述問題點，本發明之第1目的，係提供自光輸出較 低區域至較高區域之範園内，基本模式之橫模式形成安定 之振盈，在其範圍内電流_光輸出特性之扭曲不會發生，之 半導體雷射元件，該目的係： 依序積層活性層及在其上之至少—p側鞘層、及0側接觸 層，自該P侧接觸層侧至上述活性層上方予以蝕刻，而配置 有條帶狀波導路區域之實效折射率型之氮化物半導體雷射 元件、其特徵爲藉如下予以達成： 依前述蚀刻所配置之條帶紋寬度係介於狹條區域1〜3微 米範圍、 則述蝕刻深度爲在活性層以上，前述p側鞘層殘膜厚度 〇 · 1微米以下位置處。 即，根據本發明提供具有此類條帶寬度及深度所形成之 波導’在基本模式之橫模式形成安定之振盪，在其範圍内 電流·光輸出特性之扭曲不會發生，之半導體雷射元件。 較佳爲在藉前述蝕刻所露出之條帶之兩側面及在該側面 上所形成之連續氮化物半導體之平面上，形成非矽氧化物 之絕緣膜，在該絕緣膜間具前述條帶之最上層前述1)側接觸 層表面上，形成電極。因此，此氮化物半導體雷射元件在正 電極及P側接觸層間之絕緣性大，特別是光輸出變大，即具 驅動電流變大而使其效果顯著之趨勢，而漏電流變少性賴 性高之元件。 較佳前述條帶之寬度以1·2〜2微米爲佳。此氮化物半導 體雷射元件在諸如超過5毫瓦之高光輸出區域中，形成橫模 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — — — i — — — — — --— — — — — — — ^ i^w— (請先，讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501 五、發明說明（3 ) 式之安定折射率波導結構， 〇 ^ jgi , ^ ^ _ 吏基本（單一）模式之振盪肩 ,..^ ^ %殉出中不發生扭曲之振盪。 上述非矽氧化物之絕緣膜 杜^ 家腱具體而-係選自包含鈦、釩、 姜口、說、給、赵族中至，j、— 一 種70素之氧化物，或SiN、BN、
SiC、A1N中之至少一種， 以確保在高區域中元件之信賴 此等雷射元件中之條帶狀波導路區域藉以下製程予以形 成，而獲得精度極佳’合格率亦佳之氮化物半導體雷射元 件。此方法係具備在包含第1之P型氮化物半導體之P側鞘 層上，積層包含第2之p型氮化物半導體之1)侧接觸層後， 在該P側接觸層之表面上形成條帶狀之第丨保護膜之第]製 程，及，將第1保護膜間之該未形成第！保護膜部份之氣化 物半導體予以蚀刻，而在保護膜正下部份形成條帶狀波導 路區域之第2製程，及在第2製程之後，在條帶波導之側面 及經蚀刻而露出之氮化物半導體層平面上形成具有絕緣材 之與第1保護膜相異材料之第2保護膜之第3製程，及在第3 製程之後，除去第1保護膜之第4製程。此時，如本文以下 所述’採用第3保護膜以形成如第1保護膜之預期形狀亦佳。 另外’在如上述之雷射光源之應用方面，雷射元件之特 性需進一步提高，特別是光學特性之提，即半導體雷射之 光波導之雷射光束形狀之縱橫比、遠視野像之改善、防止 漏光等，必須予以改善。具體而言，上述長壽命之雷射元 件係脊狀波導路結構，因而必須實現高精度之橫模式控制 。脊狀波導路結構中，利用蚀刻深度、條帶高度，因改變 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
1235501 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 。从士折射率’此類結構之改變造成對元件特性之大影響 發明〈弟2目的係雷射光束形狀，即F.F.P.(遠視野像 比之改善°在應用於光碟系統或雷射印表機時利用 ，光學系統將雷射光補正、調整。若上述縱橫比變大，則 μ補正光予系統之規模變大，而經由該設計、製造或光學 系統之損耗之問題變大。另夕卜，氮化物半導體發光元件中 必須具有漏光之傳統問題之對策，而在此雷射元件中會出 現波紋，對雷射元件之應用而言會產生雜音問題。 利用本發明，上述第2目的，係積層活性層，及在其上之 至少一 Ρ側導光層、Ρ側鞘層、及ρ側接觸層，自該Ρ側接觸 層至上述活性層上方予以蚀刻，而配置有條帶狀波導路區 域之實效折射率型氮化物半導體雷射元件， 且係藉前述ρ側導光層具有狹窄條帶狀突出部，且在該突 出邵上具有p型氮化物半導體層，該Ρ側導光層突出部之膜 厚爲1微米以下予以達成。 故’因膜厚1微米以下之ρ側導光層具有條帶狀突出部， 而實現了傳統無法實現之良好水平橫模式控制，藉此而獲 得良好之縱橫比之雷射光。即此雷射元件在基本模式之連 續振盪下，可獲得良好直束狀之雷射光。另外，前述Ρ側導. 光層之突出部，及該突出部上之Ρ型氮化物半導體層，藉由 蚀刻Ρ型氮化物半導體側所形成之條帶狀脊狀波導路，經由 蝕刻而形成生產性良好之脊狀波導路，而因此時蝕刻深度 係Ρ側導光層，故可獲直束狀雷射光。 較佳，前述突出部中之ρ側導光層膜厚，介於1500Α(埃） 本紙張尺度適用巾關家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） — 1®^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 Α7 Β7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 以上至400〇A以下之範圍爲佳。可ρη你 了同時實現良好之直束狀 雷射光，及良好之輸出特性。具體而言，直束狀係可實現 在水平方向(X方向)F.F.P.MO、上之寬廣，外部光學 系統縱橫比亦收欽於易於補正之可能益阁 ^ Γ- ΠΠ 〜J把fe圍内，因易於應用 於光資訊機器，而具大效果。 又利用在前述P側導光層之前述突出部以外區域中膜厚介 於5〇〇A(埃）以上至1000A以下之範圍，形成良好條夢狀波 導路區域，而可獲得生產性良好之直束狀良好雷射元件。 此時，直束狀之在F.F.P·水平方向爲在12。〜2〇。之範園， 可獲得縱橫比爲2.0附近，更進一步爲丨5附近之雷射元件。 另外，前述突出部之條帶寬度，利用其在i微米以上至3 微米以下之範圍，可獲得單一橫模式振盪之良好雷射元件。 又在前述p側導光層中，利用其突出部高度爲1〇〇入以上 ，可獲得具有良好直束狀之雷射元件，較佳，在5〇〇a以上 時’即使其輸出爲咼輸出’亦爲單一模式振靈。因此，可 充分確保在雷射元件之應用時所必須之元件信賴性。 另外，前述p侧導光層利用InxGa^NC 0 S X < 1 )，可製得更 佳之光波導，而形成元件特性良好之雷射元件。 另外，本發明之第3目的，自另一觀點而言乃著眼於構成 波導之導光層，係利用p側導光層與n侧導光層之膜厚差異 獲得直束狀之良好雷射元件。 即本發明之第3目的，係活性層，及在其兩側至少各自積 層η側、ρ側導光層、η側、ρ側鞘層、及η側、ρ側接觸層， 自該ρ側接觸層至上述活性層上方予以蚀刻，而於條帶狀波 -8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 導路區域配置實效折射率型氮化物半導體雷射元件，且係 利用前述p側導光層較η側導光層膜厚爲厚而達成氮化物半 導體雷射元件。 藉本發明，不致使閾値電流上昇，而實現良好光閉入效 果，可減少波紋。又在製造時，藉蝕刻以形成條帶狀波導 等之時，蝕刻深度達ρ側導光層位置之場合，與傳統相比較 ，因可增加蚀刻精度而佳。 前述Ρ侧導光層具有條帶狀突出部，且在該突出部上具有 ρ型氮化物半導體層，該ρ侧導光層突出部之膜厚爲i微米 以下時爲佳。因此之故，形成條帶狀波導路區域，而可實 現良好橫模式控制，因爲形成了具體之實效折射率差之效 果，輸出光之光束形狀，特別是在平行方向之接合面之 F.F.P·光 < 寬度比較於傳統式有所提高，縱橫比於元件應用 時亦變佳。另外，此類光學特性之提高，於可將與傳統對 等程度以上之閾値電流抑制於低値及在長壽命下振盪之下 ’仍可維持傳統振盛相關之諸項特性。 則述P側導光層之突出邵，及在該突出部上之ρ型氮化物 半導體層，利用自ρ型氮化物半導體層側之蝕刻以形成條帶 狀脊狀波導路爲佳。因爲在ρ侧導光層上形成之脊狀波導路 ，可實現在低値之良好閾値電流、長壽命、單一模式下之 安定振盪，且因橫模式閉鎖良好，可獲得縱橫比良好之雷 射光。 前述P侧導光層之膜厚爲2500A(埃）以上時爲佳❶雷射光 於導波時，更佳效果之實效折射率發揮則強化水平橫模式 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------t--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
五、發明說明（7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之^鎖效果，可獲得钱而良好縱橫比之雷射光。 上導光層之非突出部區域之膜厚，較佳爲5〇〇人以 件1以下。而可實現製造出钱之雷射㈣，且元 .心口口貝不均現象稀少，製造合格率提高。 前述突出部之條帶寬度，較佳爲1微米以上至3微米以下 。可控制良好之橫模式，特別是可在單—模式下振靈，即 使在南輸出下可抑制扭曲等之發生。 另外’在本發明中前述P側導光層，利用InxGa^xNCO S X<1)’因可形成良好之光波導而爲佳。 另外’本發明係在上述與本發明相關之雷射元件中以嘴 試提高輸出及元件信賴性爲第4目的。 本發明之第4目的係在接近活性層側配置有閉入載子 (CARRIER)用之第！鞘層及閉入光波之第2鞘層層、而在第 1雜層及第2鞘層間配置導光層之對應適用於上述本發明結 構之半導體雷射元件，且係在活性層上至少與p側第1鞘層 、及P側導光層、及p側第2鞘層、及p側接觸層之一積層， 自為p側接觸層側蚀刻至上述活性層上方，配置有條帶狀波 導路區域之實效折射率型氮化物半導體雷射元件， 其特徵爲前述p側導光層具有狹窄條帶狀突出部，同時在 該突出部上具有P型氮化物半導體層，該P側導光層之突出 部之膜厚爲1微米以下。 前述P側第1鞘層係載子閉入層，係由A1yGai-yN (〇<y<0· 5)製成，而前述p側第2鞘層係光閉入層，係由 AlzGa^N (0<z<0.5 ; y>z)製成，特別是前述P側第1鞘層 10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---I---— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) [235501 A7 B7 五、發明說明（8 由AUGa^N (0<y<〇35)製成爲佳。另外，較佳爲前述p側 第1輔層至少由兩層製成，第1層係在氮氣環境下由AlxGai_ XN製成，第2層係在氫氣環境下由AlxGaixN製成。 圖示之簡易説明 圖1係關於在本發明之第1實施例中所示之雷射元件之模 式剖面圖。 圖2係關於在本發明之其他實施例中所示之雷射元件之模 式剖面圖。 圖3A〜G係説明本發明方法之各製程之模式剖面圖。 圖4係供比較所示之雷射元件之模式剖面圖。 圖5係關於在本發明之一實例中雷射元件之電流-光輸出 特性圖。 圖6係關於在本發明之一實例中因雷射元件劣化之驅動電 流變化之示意圖。 圖7係在本發明中條帶寬度與單一橫模式振盪關係之示意 圖 圖8係在本發明中蝕刻深度與單一橫模式振盪關係之示意 圖。 圖9係在本發明中蝕刻深度與驅動電流關係之示意圖。 圖10係在本發明中蚀刻深度與元件壽命關係之示意圖。 圖11係關於在本發明之第2實施例中所示之雷射元件之 模式圖。 、圖1 2係在本發明之雷射元件中蝕刻深度與元件特性關係 之說明圖。 -11 - 庙福規格⑽ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 . ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ 一-口、 ^ ^ ^ ^ ^ ^ I I I I I — I ^ I ^ X 297公釐） 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^—--— ----B7______ 五、發明說明（9 ) 圖1 3係關於本發明士料, 、 、 貧〈交形例1心雷射元件之模式剖面圖。 圖14係關於本發明之變形例2之雷射元件之模式剖面圖。 圖15係關於本發明之變形例3之雷射元件之模式剖面圖。 圖1 6係關於本發明夕辦 ^ , Λ ^ & Λ <變形例4、5 <雷射元件之模式剖面 圖。 圖17係關於在本發明之第2實施例中所示之雷射元件之 結構之模式剖面圖。 圖1 8係關於在本發明之第3實施例中所示之雷射元件之 結構之模式剖面圖。 圖19Α〜G係本發明之第2及第3實例之雷射元件之製造方 法之各製程示意模式剖面圖。 圖2 0係供説明關於本發明之第3實施例中之雷射元件之 模式圖。 實施發明之最佳例 第1實施形態 在本發明中爲形成條狀波導路區域之蝕刻，如圖1之剖面 圖所示形成波導之蚀刻，以下詳細説明Ρ側鞘層、Ρ側接觸 層。 本發明之氮化物半導體雷射元件係在活性層上依序積層Ρ 側鞘層、Ρ側接觸層，且係自ρ側接觸層側蚀刻而形成條狀 波導路區域。 在本發明中之活性層及ρ側鞘層之間，雖然不必予以任何 配置，如以下實例所述，通常如本文後述之實例所系’配 置有波導層、及/或間隔層等（與鞘層分別配置時，間隔層 -12- ^紙張尺厪週用肀國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）~ --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1〇 ) j用於閉入載子之第1鞘層，上述鞘層之意爲用於閉入光之 第2雜層）。在活性層上直接形成p側鞘層時，在p側鞘層與 活性層界面之間P側鞘層之膜厚爲〇. 1微米之位置處，配置 有蝕刻成條帶狀波導路區域。另外，在p側鞘層及活性層間 配置波導層、間隔層等層時，若在膜厚爲〇 i微米之？側鞘 層位置之下且在發光層之上，實施p側鞘層與活性層間之蝕 刻爲佳。此時，觀察圖1 0，就壽命特性而言，接近活性層 位置處元件壽命顯著惡化時，形成深度足以迴避此之波導 路區域爲佳，在如圖之元件给構中，形成深度不致到達P側 間隔層之波導路區域。另外，就活性層而言，單一或多重 量子阱結構所製得之活性層亦佳，在此層中η型或p型不純 物摻雜其中亦佳。就組成而言，活性層或構成其量子阱結 構之阱層以採用InGaN爲佳。 (P側鞘層） 在本發明中p側鞘層，雖然爲閉入光而配置成足夠折射率 差爲佳，但較佳係採用含A1之氮化物半導體層。另外，此 層爲單一或多層膜均佳，如具體實例所示，爲 人互積層之超結晶結構亦佳。又此層以p型不純物摻雜或不 摻雜均佳。另外，在振盪波長爲長波長之43〇〜55〇nm之雷射 儿件中’此鞘層爲摻雜P型不純物之GaN爲佳。 (P側接觸層） 在本發明中’ p側接觸層係形成於P側鞘層之上，與電極 間形成良好之歐姆接觸。 在本發明之雷射元件中，條帶之寬度調整於1〜3微米之 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -13 -
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五、發明說明（11 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 範圍時，在基本（單一）模式下可振盪安定之橫模式。條帶 之寬度在不足1微米時不易形成條帶，而在3微米以上時則 傾向於形成多模式，在上述範圍以外有無法形成安定之橫 模式之傾向。較佳爲在1.2〜2微米之範園内調整，則在高 光輸出區域會進一步增加橫模式之安定性。 以下針對本發明中之波導路區域予以詳細説明。條帶狀 波導形成時，蚀刻深度係在活性層之上，而在前述p側鞘層 之活性層側起膜厚O.i微米位置處之下。詳細而言，利用蝕 刻以形成波導路區域，該條帶兩側面及連續氮化物半導體 平面位置即爲蝕刻深度。此利用蝕刻所露出之氮化物半導 體平面，其膜厚方向爲在膜厚0.1微米之P側鞘層位置以下（ 活性層方向），而在活性層（P侧接觸層方向）以上之位置。 即此蚀刻係較自P側鞘層之下側界面起朝P側接觸層方向達 〇.1微米之位置更深（活性層方向），而活性層不露出之深度 ，以形成條帶狀波導路區域。又在本發明中，在〇」微米膜 厚之P側鞘層以下係包含0.1微米之位置。因此，利用蝕刻 未達到活性層之深度以形成波導，大幅度提高了元件壽命 ，特別是在高光輸出之區域，具體而言，在超過5毫瓦之區 域下更爲顯著’因而可形成長時間振靈。另外，自p側銷層 膜厚方向（P側接觸層方向）0.1微米至活性層側，藉形成經 蚀刻之上述條帶，在寬廣之光輸出範圍内，具體而言在數 + ¾瓦之範圍内，可振盪安定之橫模式，而在此範圍内可 獲得無扭曲之電流-光輸出特性。 具有上述條帶狀波導路區域’上述條帶寬度、蚀刻深度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------tr---------^i^w. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) !2355〇1
五、發明說明（12 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 之本發明之雷射元件，在雷射開始振盛至光輸出達較大區 域時’可在不發生扭曲下振i安定之單一基本橫模式，係 在輪出爲5毫瓦下元件壽命可超過一萬小時之實用程度，且 在輪出爲30毫瓦下可超過一千小時之良好壽命特性之雷射 元件。 上述氮化物半導體平面係藉條帶狀波導路區域形成時之 蚀刻而露出之部份，該露出面係在條帶側處形成連續之氮 化物半導體平面。因此，上述氮化物半導體平面之位置係 表示條帶狀波導路區域形成時之蚀刻深度。 另外，表示蝕刻深度之上述膜厚0.1微米之p側鞘層之位 置，係自p侧鞘層下端界面朝p側接觸層方向達〇 ；!微米之 位置，係自p側鞘層開始成長之表面至達〇 . 1微米膜厚之位 置’係在上述波導路區域中P侧鞘層膜厚〇 · 1微米以下之位 置形成上述露出之氮化物半導體平面。此時，在P側輔層中 ’活性層與P側鞘層之間層，並不特加設限，兩層相接爲佳 ，如後述之實例所示，配置有P側間隔層（閉入载子用之第i 鞘層）、P側導光層等之隔離結構亦佳。 此處，活性層係量子阱結構爲佳，此時爲單一量子陈或 多重量子阱均佳，在此活性層以上之位置，形成量子陈結 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 構且至少不深達最後在所形成之障壁層/阱層間持續所形成 層之間。 本發明中之氮化物半導體發光元件之共振器長較佳若在 400〜900微米之範圍内在控制前後鏡面之反射率下，可降低 驅動電流。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1235501
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另=’本發明 < 氮化物半導體雷射元件係在藉前述蚀刻 ㈣氧化物之絕緣膜以露出條帶之兩側面及其側面處形成 ，、貝之氮化物半導體平面，在介於該絕緣膜間於前述條帶 最上層之述P側接觸層表面形成電極之高信賴性物件。 /、中I ¥係採用Si〇2絕緣膜，而爲確保足夠絕緣性之狀態 呈難於達成之傾向。因此所獲之元件，因閾値上昇之故， 會損及S件之信賴性。但是，採用非上料氧化物之絕緣 膜時，可解決此類問題，且對上㉛之橫模式之安定性亦有 良好影響（傾向。就非矽氧化物而言，具體而言係選自包 含鈦、釩、锆、鈮、給、妲族群中至少一種元素之氧化物 ，BN SiC、A1N中之至少一種所製得之絕緣膜，則可獲良 好π件信賴性之雷射元件。另外，利用藉後述之方法所形 成之條帶，可製得在上述範園内精度良好之條帶狀波導。 此時’絕緣膜之厚度若爲5〇〇〜5〇〇〇A即足夠。 如以上’具有本發明之條帶狀波導路區域之雷射元件， 係具良好元件特性之物件，且該條帶係藉以下之方法製成 ’因而在本發明之雷射元件中條帶狀波導路區域之精度良 好’且製造上可得鬲合格率。以下詳細説明其製造方法。 此處，在本發明中，藉蝕刻所形成之條帶之形狀不特定 限制，如圖1之剖面圖所示深度伴隨寬度變寬而呈順式台地 形狀爲佳，而與此相反則寬度變窄呈反式台地形狀，或寬 度主大致一固定之形狀亦佳。較佳爲呈順式台地形狀時則 橫模式有呈安定之基本模式之傾向。 另外，如圖1、2所示，在不同種類之基板之同一面側形 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------tr---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 成一對正、負電極時，爲了將形成負電極側接觸層露出 ，而實施達該深度之蝕刻，然後進行形成條帶狀波導路區 域之蝕刻。 .(條帶狀波導路區域之形成方法） 圖3係供説明本發明之電極形成方法製程，其係顯示氮化 物半導體晶圓 < 模式剖面圖，乃是表示在對應於藉蝕刻所 形成之條帶波導之垂直方向，即對應於共振面之平行方向 處切斷時之圖示。本發明之第1製程如圖3所示，係在最上 層爲P側接觸層13之上形成條帶狀之第！保護膜。 第1保護膜6 1，特別是不考量絕緣性下，與氮化物半導 體之蝕刻速度具差異之任一種材料均佳。例如採用矽氧化 物（包含si〇2)、光阻等，較佳爲然後配置成與所形成之第2 保護膜呈溶解度差，選定對應於酸比第2保護膜更具溶解性 之材料。就酸而言，較佳係採用氟酸，因此對應於氟酸較 易溶解之材料係採用矽氧化物爲佳。第丨保護膜之條帶寬度 (W )碉整爲3微米〜1微米。第1保護膜6〗之條帶寬度約相當 於波導路區域之條帶寬度。 圖3 A、B係表示供形成前述第1保護膜6〗之具體製程。 即如圖3 A所示，第1保護膜6 1形成於p側接觸層j 3之整體 表面’接著在該第1保護膜6 1之上形成第3保護膜6 3。然後 ，如圖3 B所示，在塗佈該第3保護膜63，而蝕刻第、保護 膜6 1之後，若去除第3保護膜6 3，可形成如圖3 c所示之條 帶狀第1保護膜61。另外，亦可在保留·第3保護膜63下改變 蚀刻氣體或蝕刻方法等，以自p側接觸層〗3進行蚀刻。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
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又如圖3 C所π，形成第1保護膜6 1時亦可採用削去法。 即，形成條帶狀開孔形狀之光阻層，在該光阻層上形成全 面 < 第1保護膜，然後藉溶解除去光阻層，僅殘留與ρ側接 觸層接觸 < 第1保護膜。另外以削去法形成條帶狀第1保護 2時，如前述圖3Α、3Β所示，有易於獲得藉蝕刻形成時 幾乎與端面垂直而呈規則形狀之條帶之傾向。 接著在本發明之第2製程，如圖3D所示，在第1保護膜Η 中，自P側接觸層13之未形成該第1保護膜61部份蝕刻，在 第1保護膜6 1正下部份，對應於保護膜之形狀形成條帶狀 之波導路區域。進行蝕刻時，蝕刻終止部在何位置則雷射 元件之結構、特性會不同。 就蝕刻方法而言，例如採用如RIE(反應性離子蝕刻）之乾 蝕刻時，蝕刻在第1製程所常用之矽氧化物製之第〗保護膜 時，較佳爲採用如CF4之氟元素化合物類氣體，在第2製程 蚀刻氮化物半導體時，係常用其它之ΙΠ〜V族化合物半導體 ，故較佳爲加大與所採用之Ch、ccu、sicl4氣元素類氣體 、及矽氧化物之選擇比。 接著在第3製程，如圖3 E所示，係與第1保護膜6 1相異之 材料，而使具有絕緣性之第2保護膜62形成於條帶狀波導 之側面，與經蝕刻所露出之氮化物半導體層（在圖3E爲p側 鞘層1 2 )之平面。爲使第丨保護膜6丨與形成第2保護膜6 2之 材料相異’所對應之蝕刻方法中，對第2保護膜具有選擇性 。因此，然後例如使用氟酸單獨將第1保護膜6丨除去，接 著如圖3 F所示，可在p側鞘層！ 2之表面（藉蝕刻所露出之氮 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501
I匕物半導體之平面）及條帶之侧面形成第2保護膜62。藉連 ~形成第2保護膜，可保持高度之絕緣性。另外，自第工保 護膜61之上形成連續之第2保護膜62，因爲在p側鞘層 上形成均勾之膜厚，而不易發生膜厚不勾，故不致發生因 膜厚不均而造成電流集中。另外，因在第2製程中將蚀刻終 止邵形成於p側鞘層12中，雖然在圖3E之第2保護膜62形 成於P侧鞘層之平面，蝕刻終止部形成於p侧鞘層丨2以下， 而第2保護膜不至於應形成於蝕刻止部之氮化物半導體層平 面上。 第2保護膜之材料係採用非&〇2材料，較佳係選自包含鈦 、釩、锆、鈮、铪、鈕族群中至少一種元素之氧化物， SiN、BN、SiC、A1N中之至少一種所製得者爲佳，其中採 用錐、給氧化物、BN、SiC爲特佳。此等材料對應於氟酸 雖然具些許溶解性，但就作爲雷射元件之絕緣層言與供作 嵌埋層之Si〇2相比，其信賴性有變高之傾向。另外，在如 PVD、CVD之氣相中成膜之氧化物類薄膜，因該元素與氧 元素不易形成當量反應之氧化物，而致對應於氧化物類薄 膜 < 絕緣性之信賴性有不足之傾向，在本發明中前述由所 選定元素之藉P VD、CVD製得之氧化物、BN、sic、Am與 石夕氧化物相比，其絕緣信賴性呈優異之傾向。另外，選^ 氧化物之折射率比氮化物半導體小之材料（例如非sic)，極 適合於供作雷射7C件之嵌埋層。又以矽氧化物作爲第1保護 膜61，則因對應矽氧化物而言，利用其對氟酸具有選擇性 ，如圖3 E所示，在條帶波導之侧面，該條帶所形成之平面 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱）
1235501 A7 五、發明說明（17 ) (蚀刻、、止層），及第1保護膜6〗之表面上連續形成，藉削 去法’僅將第1保護膜6 1除去，如圖3 F所示，對平面而古 可形成膜厚均一之第2保護膜62。 口 Ϊ 注 接著在本發明之第4製程中，如圖3F所示，係除去第1保 護膜61。然後接著如圖3G所示，在第2保護膜^與卩側接 觸層1 3之上，形成與該p側接觸層呈連續電氣接續之p電極 。在本發明中，首先爲了先行形成第2保護膜，在此p電極 形成<時，不必要在條帶之寬度部份形成單獨之狹窄接觸 層下，可形成大面積。另外，選定兼具歐姆接觸之電極材 料可同步形成兼具歐姆及接合用電極之電極。 氮化物半導體雷射元件中在形成條帶狀波導路區域時， 因以溼式蝕刻進行蝕刻較困難，係採用乾蝕刻。就乾蝕刻 而言，因第1保護膜與氮化物半導體之選擇性爲重要，故採 用Si〇2作爲第1保護膜。然而在蝕刻終止層平面上亦形成 Si〇2以作爲第2保護膜，其絕緣性不足，且因與第1保護膜 具相同材料，單獨除去第！保護膜即變得困難。因此本發明 中，第2保護膜係採非Si〇2之材料，以獲取第j保護膜之選 擇性，且第2保護膜形成後因不再蝕刻氮化物半導體，第2 保漢膜中並操與氮化物半導體之蚀刻速度相關之問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2實施形態 以下於圖1 7中顯示本發明之實例，於以下文中以此具體 實例詳細説明本發明。本發明之氮化物半導體雷射元件具 體而g，係在基材上積層n型氮化物半導體、活性層、p型 氮化物半導體，且藉自ρ型氮化物半導體側蝕刻而具有條帶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20 _ 1235501 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（18 ) 狀之脊狀結構。 (條帶狀波導路區域） 本發明之氮化物半導體雷射元件係具有在活性層之上部 ’自P側導光層以上處形成脊狀結構之物件。即在基材上， 係η型氮化物半導體所製得之n側導光層、活性層，及p刑 氮化物半導體所製得之ρ側導光層之積層結構，ρ側導光= 具有條帶狀突出部係具條帶狀之波導路區域。另外在該突 出部上係由Ρ型氮化物半導體層所形成之雷射元件。本 ι雷射兀件，具體而言係具有條帶狀波導路區域之折射率 波導型雷射元件。 (蚀刻深度） 本發明之雷射元件具體而言，係η型氮化物半導體所製得 之η側導光層、活性層，及ρ型氮化物半導體所製得之ρ側 導光層，及另外在其上之ρ型氮化物半導體層積層之後，利 用自Ρ型氮化物半導體層側蚀刻，以除去ρ型氮化物半導體 層、一部份ρ側導光層，而形成條帶狀結構。此時，ρ側導 光層之突出邵高度，因係由蚀刻深度所決定，如同後文所 述，比較於傳統之蝕刻深度之控制性更爲提高。另外，蝕 刻深度以不達到活性層之深度爲要，在本發明中僅蝕刻至Ρ 側導光層之位置。 在本發明中，上述ρ侧導光層之突出部，或條帶狀之脊狀 波導路之形狀雖然不限定爲順式台地型或反式台地型之形 狀，若爲順式台地形狀，預期具有可實現良好橫模式控制 之傾向。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (蚀刻方法） 上述之P侧導光層或絲波導路切鱗，在㈣氮化物 +導體時’有㈣刻、乾㈣等方法，諸如乾㈣方面有 反應性離子蝕刻（RIE)、反應性離子束蝕刻（RIBE)、電子迴 ，加速H(CYCL〇TR〇N)㈣（ECR)、離子束㈣等裝置， 藉選定任一種適當地蝕刻氣體即可蝕刻氮化物半導體。 (導光層） 將活性層包挾於η側導光層及p側導光層之間的結構即形 成波導。本發明之雷射元件藉在ρ側導光層上配置條帶狀突 出邵而成具有條帶狀波導路區域之物件。 在本發明中，ρ側導光層係具有條帶狀突出部，具體而言 係在此突出部上形成ρ型氮化物半導體以構成雷射元件。具 體而言，係在Ρ側導光層形成脊狀波導路之雷射元件。另外 ，此犬出邵如上述具體而言，係自Ρ型氮化物半導體側蝕刻 而成，而在Ρ側導光層之膜内形成蝕刻終止部。在本發明中 ’此Ρ側導光層具有條帶狀突出部，且該膜厚（突出部）爲1 微米以下。此處，膜厚即相當於ρ側導光層成長時之膜厚， 在Ρ側導光層形成後藉上述蚀刻以形成突出部時，因除去了 一部份預選定ρ側導光層之膜厚，突出部之膜厚即成爲ρ側 導光層膜厚。此時，Ρ側導光層之膜厚超過1微米而大幅度 提高了閾値，造成雷射振盪極困難，而造成振盪及元件壽 命極短之雷射元件。較佳爲Ρ側導光層之膜厚，即突出部之 膜厚在1500Α以上至4000Α以下之範圍。即較1500Α薄時則 雷射光之F.F.P·不夠良好，或膜厚超過4〇〇〇Α時，則振i -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------------線. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
五、發明說明（2〇 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 己始電流有上昇之傾向。具體而言，較15GGA薄時則水平 橫模式之控制不足，該F.F.P.在x方向形成10。以下之光 束形狀，結果，縱橫比成爲大於2〇以上，在3 〇附近或超 過0 另卜、、二由蚀刻，形成上述脊狀波導路、突出部時，亦 必須考慮生產性。此與蚀刻深度關聯者，爲精度，例如在 晶圓内之元件之間常發生不平均現象而必須避免之。具體 而言，深度超過〇·7微米之蝕刻，形成上述條帶狀突出部（ 脊狀）時，主急速發生上述問題之傾向，因此較佳爲實施淺 層蝕刻。即在本發明中，較佳爲調整脊狀之高度而在上述 範圍内形成雷射元件。此處，脊狀之高度具體而言係在上 j突出邵以外區域，P側導光層之平面，即自藉蝕刻露出之 大出邵側面之連續平面開始，在形成於突出部及其上之P型 氮化物半導體層膜厚方向之高度，而突出部之高度係自該 平面至突出部之上面之高度，另外，p型氮化物半導體層之 最上面係蝕刻開始位置。 (突出部之高度） 另外’在本發明之上述p側導光層中，可預期突出部之高 度變南’則振盪起始電流有降低之傾向。即連帶蝕刻變深 ’而增加了輸出之安定性，而對雷射元件之應用提供諸多 效盈。即輸出增加則實現單一模式之安定性振盪，且因振 盈起始電流良好而大幅度抑制了元件之劣化，而具有在長 壽命下實現連續振盪之效益。 除以上之外，在利用蚀刻形成之時，藉蝕刻露出所形成 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G χ 297公髮） --------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
1235501 五、發明說明⑺） 之表面，即在P侧導光層之突出部以外區域之上面之平坦性 亦具重要性而予以考慮。此藉蚀刻，以形成上述條帶狀突 出部之時，藉此蚀刻以露出之P側導光層之表面之膜厚方向 位置，因呈現部份不平均，此係產生元件之間不平均之原 因，故亦有考慮之必要。另外，形成比較微小之上述·條帶 上之突出邵，及觀察到該露出之P側導光層之上面，在晶圓 内於該深度下（於突出部以外區域之p側導光層之膜厚）產生 不平均，因此原因，所獲得之雷射元件之輸出特性，產生 光學特性不均勻。具體而言p側導光層之膜厚在5〇〇A以上 ，較佳在500A以上至1500A以下範圍蝕刻所剩深度，則形 成上述之p侧導光層之突出部。此膜厚500A以上所剩之深 度，及較P側導光層更深之蝕刻，幾乎無所殘留，而形成精 度良好之突出部。另外，在1500A以上時，則上述振蓋起 始電流會呈上昇，而使橫模式之控制性呈變差之傾向。更 佳，在500A以上至1000A以下可獲得在閾値下振盪、橫模 式之控制良好之雷射元件。 在本發明中，P側導光層之組成，並不加以特別限制，若 由氮化物半導體形成，則在波導形成足夠能量帶者爲佳， 單一膜或多層膜亦佳。例如，在370〜470nm處採用摻雜GaN ，而比此更長波長下則採用InGaN/GaN之多層膜結構。 另外，在本發明中，藉以η侧導光層及p側導光層包挾活 性層之結構以構成波導，該膜厚之總合，即以兩導光層包 挾之區域之膜厚較佳爲6000Α以下，更佳爲在4500Α以下。 然而因上述波導之膜厚之總和，超過6000Α時會使振盪起 -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ; --------1--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501
、發明說明（ 22 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 始電流急速增加，而使基本模式下連續振盪變爲極困難， 在4500A以下時，則可抑制類此之振盪起始電流增加，可 達到以基本模式且長壽命下之連續振盪。 .在本發明中，雖然n側導光層並不加以限制，具體而士大 約與Ρ側導光層膜厚大致相同，以形成11側導光層，係以兩 導光層包挾活性層所製得之結構。另外，11側導光層較佳係 以GaN、InGaN成長之，具體而言，係在未摻雜之、活 f層附近父互和層較傳統I n之混晶比小之、及GaN等 多層膜。此處，InGaN係指GaN中包含in之三元混晶。 在本發明之氮化物半導體雷射元件中，在上述卩側導光層 之上所形成之ρ型氮化物半導體層，具體而言，如實例所示 係P側鞘層、ρ側接觸層等之積層。因此，在本發明中，在 P側導光層之突出邵上所形成之ρ型氮化物半導體層係在形 成條帶狀下形成脊狀波導路。 在本發明中，在導光層與活性層之間形成間隙層亦佳。 例如’在活性層與P侧導光層之間可形成由摻雜P型不純物 之AlxGai-xl^OSxS l)所製得之ρ側間隙層。此時，所形成 之條帶狀脊狀波導路，深度達到ρ側間隙層，此造成不佳之 元件#命低下之傾向，在此類場合如上述，在P側導光層之 處配置條帶狀突出部結構，較佳另外具有脊狀波導路。 在本發明中，脊狀波導路之條帶寬度或在ρ側導光層之突 出部之條帶寬度，在1微米至3微米以下之區域範圍可控制 良好之橫模式。在此上述範圍中，以單一橫模式實現比較 良好之振盪，或在上述ρ側導光層中形成脊狀波導路，可實 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------線 i^w. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ------—_ B7___ 五、發明綱（23 ) "" -- 現安定且精度良好之^束形狀之控制（良好f p )。此 時’若不足！微米時，在製造上，條帶狀脊狀結構或上述突 出邵i形成變得困難，合格率降低，若超過3微米則水平模 式之控制呈現困難之傾向。 在本發明中構成氮化物半導體雷射元件之氮化物半導體 係以 InxAlyGai-x-yN(0 sxSi，OSyS1，〇Sx + ysiMe 〈，係氮化鎵以外之3元類、4元類之混晶等。在本發明中 如上述實例如示，係以上述組成式所表示之氮化物半導體 所製得之在基材上積層之雷射元件，如上述之雷射光横^ 式、光束形狀之控制達最佳之傾向。 此處，F.F.P.之水平方向（χ方向），如圖u所示係以與 接合面（或pn接合面）平行之方向（圖中之箭頭（d)方向）表示 之，在該方向之橫模式記爲水平橫模式。 圖1 1係説明，在本發明中雷射元件之光學特性，特別是 在出射面之光點形狀、遠視野像（F F p )(A)之模式圖疋 一般而言，在出射面之點形狀（a)在與接合面平行之方向延 伸，而在F.F.P·之x方向（4)爲10。以下且變狹窄，比亦變 差。但是在本發明中，如圖所示，點形狀之縱軸方向雖= 與傳統者相同，係在水平方向，該縱軸方向之延伸會變狹 窄，F.F.P.(A)之X方向較傳統者爲寬，具體而^呈 12°〜20。爲佳，且縱橫比亦成2·〇前後爲佳。因此，輸:二 性、元件信賴性不致惡化，改善光學特性後，如上述般， 係藉配置有條帶狀突出部之p側導光層，將具有良好實效性 折射率之條帶狀波導路區域形成於雷射元件上。另外如上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -26- 1235501
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 迟，與傳統者相比，藉增加P側導光層之膜厚，或增加於其 上加諸11側導光層膜厚之兩波導層之總膜厚，雖然在圖1與 接合面垂直方向(y方向)之光束會延伸，藉控制減少繞射： 應，此亦對於本發明之雷射元件之光學特性，特別是縱樺 比之改善有所助益。即不僅如上述控制水平橫模式，盥= 統者相比，在F.F.P.iy*向光之延伸受到抑制，而^獲 得將傳統在垂直方向爲扁平之遠視野像(，Far Field Par二 變成接近圓形之雷射光。 第3實施形態 以下採用具體例説明本發明之實施方式。本發明之氮化 物半導體雷射元件具體而言，係在基材上具有由11型氮化物 半導體製得之η側導光層、及活性層、由p型氮化物半導體 製得之ρ側導光層之積層結構，且如圖17所示，與第2實例 相較，除了ρ側導光層之膜厚比!!側導光層之膜厚更厚之外 其餘相同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之氮化物半導體雷射元件，係以Ρ側導光層及η側 導光層包挾活性層之結構構成波導，且ρ側導光層之膜厚比 η側導光層之膜厚更厚，而具有良好之雷射光。藉包挾此活 性層之Ρ側導光層與η側導光層之膜厚差異，在膜厚方向之 光分布之增益分布會偏移，而經由控制傳統橫模式之變化 性’可產生良好的雷射光。另外，閉入光則亦增加該效應 ，而抑制波紋之產生。 (條帶狀波導路區域） 本發明之氮化物半導體雷射元件係在上述之導光層之膜 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1235501 A7 B7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 厚追加非對稱之包挾活性層，而具配置有條帶狀波導路區 域以控制橫模式、折射率波導型結構之物件。即在基材上 ，係η型氮化物半導體所製得側導光層、活性層，及 型氮化物半導體所製得之1)侧導光層之積層結構，/側導光 層具有條帶狀突出部係具條帶狀之波導路區域。另外，本 發明之雷射元件係在該突出部上形成P型氮化物半導體層之 铪射元件具體而s係具有此類條帶狀波導路區域之折射 率波導型雷射元件。 < 、 (蚀刻深度） 本發明之雷射元件具體而言，係η型氮化物半導體所製得 m側導光層、活性層，及ρ型氮化物半導體所製得之ρ = 導光層，及另外在其上之ρ型氮化物半導體層積層之後，利 用自Ρ型氮化物半導體層側蝕刻，以除去ρ型氮化物半導體 層、一邵份ρ側導光層，而形成條帶狀結構。此時，ρ側導 光層足突出部高度，因係由蝕刻深度所決定，如同後文所 述，比較於傳統之蝕刻深度之控制性更爲提高。另外，蝕 刻深度以不達到活性層之深度爲要，在本發明中僅蝕刻至 側導光層之位置。 在本發明中，上述Ρ側導光層之突出部，或條帶狀之脊狀 波導路之形狀雖然不限定爲順式台地型或反式台地型之形 狀，右爲順式台地形狀，預期具有可實現良好橫模式控制 之傾向。 (蚀刻方法） 上述之Ρ側導光層或脊狀波導路之形成等，在蝕刻氮化物 丨^^^ · I — — 訂-· — — — — 線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 28-
本紙張尺度甲關冢標準（CNS)A4規格⑵G χ撕公餐）
1235501 發明說明（26 ) "導版時’有澄蚀刻、乾蚀刻等方法，諸如乾蚀刻方面有 反應性離子蝕刻（RIE)、反應性離子束蝕刻（RIBE)、電子迴 旋加速為蝕刻（ECR)、離子束蝕刻等裝置，藉選定任一種 適當地蝕刻氣體即可蝕刻氮化物半導體。 (導光層） ' 舲活性層包挾於n側導光層及p側導光層之間的結構即形 成波導。本發明之雷射元件藉在p側導光層上配置條帶狀突 出邵而成具有條帶狀波導路區域之物件。 (P側導光層） 在本發明中，包挾活性層側導光層、p側導光層之膜 厚相異，P側導光層之膜厚爲較厚。另外可預期者，因1)側 導光層係具有條帶狀突出部，具體而言係在此突出部上形 成P型氮化物半導體，以構成具有條帶狀波導路區域之雷射 儿件。具體而言，係在P側導光層形成脊狀波導路之雷射元 件。另外，此突出部如上述具體而言，係自p型氮化物半導 體侧蚀刻而成，而在P側導光層之膜内形成蝕刻終止部。此 處，P側導光層之膜厚膜厚即相當於p側導光層成長時之膜 厚，在P側導光層形成後藉上述蝕刻以形成突出部時，因除 去了 一部份預選定p側導光層之膜厚，突出部之膜厚即成爲 P側導光層膜厚。此時，P側導光層之膜厚超過1微米而大 幅度提高了閾値，造成雷射振盪極困難，而造成振蓋及元 件壽命極短之雷射元件，因此要求P側導光層之膜厚爲J微 米以下。另外，較佳爲P側導光層之膜厚，即突出部之膜厚 在1500A以上至5000A以下之範圍。因爲較i50〇A薄時則雷 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------tr---------, (請先閲讀背面之注意亊項再填寫本頁〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501
二= 1.F.P•不夠艮好，或膜厚超過5曝時，則振i起 二成有上昇（傾向。具體而言，較测A薄時則水平棒 板式之控制不足，該F.F.P·在χ方向形成1〇、上之光束 =狀，結果，縱橫比成爲大於2.G以上。此時，特別是在本 發明中’ P侧導光層之膜厚在测人以上時，與包挾活性層 (波導層之膜厚相同者比較時，確定可抑制使閾値電流上 昇減低之i、向，如本發明之p側導光層之膜厚變厚且具有非 對稱波導之作法呈有利之傾向。 另外，經由蝕刻，形成上述脊狀波導路、突出部時，亦 必須考慮生產性。此與蝕刻深度進一步關聯者，爲精度， 例如在晶圓内之元件之間常發生不平均現象而必須避免之 。具體而言，深度超過〇·7微米之蝕刻，形成上述條帶狀突 出邵（脊狀）時，呈急速發生上述問題之傾向，因此較佳爲 實施淺層蝕刻。即在本發明中，較佳爲調整脊狀之高度而 在上述範圍内形成雷射元件。此處，突出部之高度具體而 言係自在上述突出部以外區域之Ρ側導光層之平面，即自藉 蚀刻露出之突出部側面之連續平面，至突出部，脊狀之高 度係形成於該突出部上之Ρ型氮化物半導體層爲止，指向該 膜厚方向之高度，而ρ型氮化物半導體層之最上面係蚀刻開 始位置。 (突出部之高度） 另外，在本發明之上述Ρ側導光層中，可預期突出部之高 度變高，則振盪起始電流有降低之傾向。即連帶蚀刻變深 ，而增加了輸出之安定性，而對雷射元件之應用提供諸多 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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五、發明說明（28 效显。即輸出增加則會規罝 句J則貫現皁一模式〈安足性振盪，且因振 f起始電流良好而大幅度抑制了元件之劣化，而具有在長 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) π呻I實見連續振盪之效益。在前述P側導光層中，因突出 部之高度爲100Α以上，而可獲得具良好光束形狀之雷射元 件、、可”、月者’在500人以上時就輸出而言，亦可在高輸出 下進行單一模式振盪。因此，雷射元件之應用中必須可完 整地確保元件之信賴性。 除以上之外，在藉蚀刻以形成之場合，經由蚀刻所露出 之表面之平坦性亦予以考慮爲佳。此藉蚀刻以形成上述條 帶狀突出郅之時，該藉蝕刻所露出之Ρ側導光層之表面之位 置，係在膜厚方向，爲在元件之間會產生某種程度不均勻 之區域，因此必須考慮此不均勻現象。具體而言，Ρ側導光 層之膜厚500Α以上，較佳爲500至1000入以下範圍所剩之深 度予以蚀刻’而形成上述Ρ側導光層之突出部。此膜厚 500Α以上之殘留深度’及較ρ側導光層更深之蚀刻，幾乎 無所殘留，而形成精度良好之突出部。另外，在1000人以 上時，則上述振盪起始電流會呈上昇，而使橫模式之控制 性呈變差之傾向。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在本發明中，Ρ側導光層之組成，並不加以特別限制，若 由氮化物半導體形成，則在波導形成足夠能量帶者爲佳， 單一膜或多層膜亦佳。例如，在370〜480nm處採用糝雜GaN ’而比此更長波長下則採用InGaN/GaN之多層膜結構。 另外，在本發明中，藉以η侧導光層及ρ側導光層包挾活 性層之結構以構成波導，該膜厚之總合，即以兩導光層包 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1235501
五、發明說明) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 挾之區域之膜厚，較佳爲5000A以下，更佳爲在450〇A以下 。然而因上述波導之膜厚之總和，超過5〇0〇A時會使閾値 上昇，而進一步超過7〇〇〇A時會使振盪起始電流急速增加 ，.而使基本模式下連續振盪變爲極困難，在4500A以下時 ，則可抑制類此之振盪起始電流增加，在基本模式且長壽 命下可達到連續振盪。 在本發明中，除了 η側導光層較P侧導光層膜厚爲薄之外 並不特別加以限制，係以兩導光層包挾活性層所製得之結 構。另夕卜，η側導光層較佳係以GaN、InGaN成長之，具體 而。’係在未捧雜之G aN、活性層附近父互積層較傳統I η 之混晶比小之InGaN、及GaN等多層膜。此處，InGaN係指 GaN中包含In之三元混晶。 在本發明之氮化物半導體雷射元件中，在上述p側導光層 之上所形成之P型氮化物半導體層，具體而言，如實例所示 係P側鞘層、p側接觸層等之積層。因此，在本發明中，在 P側導光層之突出部上所形成之p型氮化物半導體層係在形 成條帶狀下形成脊狀波導路。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在本發明中，在導光層與活性層之間形成間隙層亦佳。 例如，在活性層與p側導光層之間可形成由摻雜p型不純物 之AlxGa^Ni； 0 S X s 1)所製得之P側間隙層。此時，條帶狀 脊狀波導路，所形成之深度達到p側間隙層，此造成不佳之 元件壽命低下之傾向，在此類場合如上述，在P側導光層之 處配置條帶狀突出部結構，較佳另外具有脊狀波導路。 在本發明中，脊狀波導路之條帶寬度或在p側導光層之突 -32 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -----------B7___ 五、發明說明（SO ) 出部之條帶寬度，在i微米至3微米以下之區域範圍且可控 制艮好之橫模式。在此上述範圍中，以單一横模式實現比 較艮好之㈣，或在上·側導光層中形成脊狀波導路，可 實現安定且精度良好之光東形狀之控制（良好2FFp)。 此時，若不足1微米時，在製造上，條帶狀脊狀結構或上述 哭出部之形成變得困難，合格率降低，若超過3微米則水平 模式之控制呈現困難之傾向。 在本發明中構成氮化物半導體雷射元件之氮化物半導體 係以11^1冲1_5^(0“$1，（^>^1，〇^ + 41)表: <，係氮化鎵以外之3元類、4元類之混晶等。在本發明中 如上述實例如示，係以上述組成式所表示之氮化物半導鹘 所製得之在基材上積層之雷射元件，如上述之雷射光橫^ 式、光束形狀之控制達最佳之傾向。 此處’ F.F.P.之水平方向(x方向），係以與接合面卜戈 接合面）平行之方向表示之，係圖2〇中遠視野像 (1?.17.1>.)(八）之\方向（(1)，在該方向之橫模式記爲水平橫 模式。 、 在本實例中，在包挾活性層之導光層内，p側導光層之膜 厚比η側導光層之膜厚更厚而具有非對稱之結構，在藉兩導 光層包挾活性層之波導路區域内，與傳統之雷射元件比較 ，即光分布與增益分布會偏移，而經由與控制傳統橫模^ 不同之方法，可獲得預期光束形狀之雷射光。 ^ 較佳爲ρ側導光層具有條帶狀突出部·，因此形成如上述之 條帶狀波導路區域，而形成實效之折射率分布。具體而士 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -33- 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（31 ) ’如圖2 0所示，具有條帶狀突出部之P側導光層109側，出 射光之雷射光點（a)偏移，可實現良好水平橫模式之控制。 藉此’傳統條帶結構之雷射元件中，：F · F · P ·之水平方向（x 方向）變狹窄，雖然縱橫比爲3以上，在本發明中爲了良好 控制此水平方向之橫模式，與傳統相比縱橫比呈顯著良好。 另外，在本發明中，活性層係包含In，例如InGaN之三元 混晶之氮化物半導體，在此情況下，活性層之發光因活性 層内之I η ’而必須考慮光之散射。即來自活性層之光，利 用活性層内光繞射物質In以承接損失而不阻礙提高輸出之 本意。本發明之雷射元件如以上所述，利用包挾活性層之 導光層内，p側導光層之膜厚較厚，因而以不同於傳統之波 導方式獲得雷射光，故減少了因上述光繞射物質所致之損 失’利用使導光層之膜厚變厚，而形成填補閾値電流上昇 之雷射元件。以此爲主，在膜厚方向之波導内因光分布之 增益分布偏移，在具有上述光繞射物質之差異性區域（活性 層），實施光之分布性波導。因此，藉減少上述之光繞射損 失，其結果爲，認定可能在閾値電流與傳統相比爲相同値 或以下値之振餐。因此，比較於傳統之導光層之膜厚，特 別是P側導光層之膜厚變厚則具有抑制閾値電流上昇之傾向 ，在本發明中藉減少上述光繞射之損失，在閾値電流與傳 統爲相同程度之狀態，可獲得雷射光束形狀良好之雷射元 件。 、另外在圖20中，在出射面之光點形狀（&)於與接合面平行 之方向交寬，在F.F.P·之X方向（d)爲丨〇。以下之窄縱橫比 --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -34 -
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制 方 導 且 效 製 下 亦笑差。但是在本發明中，如圖所示，光點形狀之縱（長手 )方向與傳統者相同而位於水平方向，該縱方向之寬度變窄 ，F.F.P.(A)之x方向較傳統者爲寬，具體而言爲12。〜:〇。 ，.因良好而使縱橫比爲良好之2·〇前後。因此輸出特性、元 件信賴性不致惡化，光學特性得以改善，如以上所述，條 帶狀突出部係藉配置有ρ側導光層，將具有良好實效折射率 <條帶狀波導路區域形成於雷射元件上之物件。另外，如 以上所述，與傳統相比，追加ρ側導光層之膜厚或η側導光 層之膜厚，使總膜厚增加，因此在圖中接合面之垂直方向 (y)方向之光束變寬，藉減少繞射效果之控制，此亦對本發 明之雷射元件中之光學特性，特別是縱橫比之改善有所助 益。即，不僅控制了如上述之水平橫模式，亦可抑 f.f.p·之y方方向光之寬度，而可獲得比在傳統之垂直 向呈扁平遠視野像（A)更接近實圓之雷射光。因此，ρ側 光層之膜厚較η側導光層厚時，則不僅1? F p在乂方向、 在y方向之光束形狀之改善有所助益，此對達成本發明之 果具重要性。 第4實施形態 在本實例中，ρ側間隙層即用以閉入光之第丨鞘層成長於 =性層上。P型第i鞘層係由摻雜鎂之AldGaidN(〇<dsi)、 得，較佳爲d在0·1以上及〇·5以下，更佳爲設定在〇乃以 範圍。在本發明中第〗鞘層雖然係適用上述範園之混晶比 其詳細如後述。 另外，ρ型第1鞘層整體之膜厚係丨〇埃以上〗〇⑼埃以下 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（21G χ 297公爱） --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 35- 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（33 ) 較佳爲設定在20埃以上400埃以下。p型第i鞘層整體膜厚 設定在此一範圍之理由如下。 即以A1GaN層作爲p型第i雜層之場合，可發揮閉入載子 機旎I效果，AlGaN層係比較於包含鋁之氮化鎵類半導體 係具有高整體阻抗。因此，必須藉形成第丨鞘層以抑制發光 元件之阻抗値上昇，因而設定在1〇〇〇埃以下，較佳爲4〇〇埃 以下。 另外，此P型第丨鞘層之原本機能係上述之閉入載子機能 ，爲發揮該機能之效果，該膜厚設定在10埃以上，較佳爲 2 0埃以上。 所以，膜厚在上述範圍下，在活性層6内具有閉入载子之 效果，且整體阻抗値可抑制在低値。 又P型第1鞘層之鎂摻雜量在！ X1019/立方公分〜i 么刀爲佳。摻雜量設定在此範圍，則使整體阻抗進一步降 低，在後述非摻雜成長之p型波導層上擴散鎂時，於更薄層 之P型波導層上可使鎂含量在1X10，立方公分〜lxl〇U/立 公分之範圍内。 此處特別者，雖然本實例中P型第J鞘層可由八丨刀心以製 得之第1 P型氮化物半導體，及在其上之由AlbGaibN製得之 第2 p型氮化物半導體等2層所構成，本發明並不加以限制 ，超過2層亦可，例如，第2 p型氮化物半導體由多數層予 以積層亦佳。 另外’各層之鋁混晶比並不加以特別限制。但是在以 AlaGai_aN表示第1 p型氮化物半導體時，鋁混晶比&若爲〇以 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------訂 -------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 五 、發明說明（34 較二分解之效果。爲了發揮此機能， 點之化學安定性層，可配^性層附近，^ 達到抑制活性層進一步分解之 P型氮化物半導體層及第2 另外在本發明中’第1 比3… 層弟2 p型氮化物半導體層之各鋁混晶 間可且 為比ο:1大，更佳爲比〇·2大，則在活性層之 # 、、^ro^F好（補仏（補仏）（形成電位料），可實現無載子 2 〇W)之良好載子注人。此時第1 p型氮化物半 、版層及第2 p型氮化物半導體層較佳係同_組成，即㈣ 二在此條件T，於製料0各來源㈣、頻物氣體之供 量容易碰，且㈣性高，可成長得线而較佳之第^ P型氮化物半導體層及第2 p型氮化物半導體層。 接著説明第1 p型氮化物半導體層及第2 p型氮化物半導 體層之成長條件。 就成長溫度而言，第1 P型氮化物半導體層在較第2 P型 氮化物半導體層更高之溫度下成長爲佳。 線 。特別者，第1 p型氮化物半導體層之具體成長溫度在8〇{) C以上爲佳，更佳爲850〜95〇 c左右，活性層之成長溫度設 定在相同之溫度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又第2 p型氮化物半導體層之成長溫度較佳設定爲較活性 層之成長溫度高1 o〇°C之溫度，因此可形成具有更佳結晶性 之AlGaN層。 另外’第1 p型氮化物半導體層及第2 p型氮化物半導體 層之成長環境較佳爲不同之環境。即第1 P型氮化物半導體 37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1235501 A7 --------~___ 五、發明說明（35 ) 層與活性層較佳在幾乎相同之環境成長，如此可防止活性 層之分解。又第2 P型氮化物半導體層在對形成良好補償較 佳疋環境下成長。如此經由2層結晶成長形態之差里，第】 P型氮化物半導體層供防止活性層分解，第2 p型氮化物半 導體層可擔當實現良好之補償，使各層具有各自之特有機 能。具體而言，第i P型氮化物半導體層之成長環境係N2 ，而第2 P型氮化物半導體層之成長環境係Η”因而可形 成各自具上述機能之各層’而可獲得具有良好發光特性之 元件。 一另外由前述至少2層構成時之ρ型第丨鞘層之各層膜厚， 爲了將藉ρ型第1鞘層所形成之發光元件之Vf(順向電壓）上 昇抑制降低，較佳第1 p型氮化物半導體層設定在丨〇〜 埃之範圍，第2 p型氮化物半導體層設定在1〇〜3〇〇埃之範 圍。另外，爲了將vf之上昇抑制在更小値，更佳爲將第γ P型氮化物半導體層設定在10〜3〇埃之範園，將第2 化物半導體層設定在10〜100埃之範園。 然後，將P型波導層成長於P型第！鞘層上。P型波導層較 佳係由未摻雜之之GaN所製得之氮化物半導體成長而^ ^ 。膜厚較佳爲0.1〜0.07微米，膜厚達到此範圍時則起始値 可降低。另外如以上所述，雖然p型波導層係以非摻雜層= 式成長，摻雜於p型第1鞘層7中之鎂擴散時，係在工X 10〜ΐχίο18/立方公分之範園内含有鎮。 ' 在P型波導層上形成與上述實施例相同之P型第2鞠層， 以實施光之閉入。 以下根據實例進一步具體説明本發明。 -38· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ------- ---------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 訂i I ϋ ϋ I I I 線—舞-------i—r------------ 1235501 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（％ ) [實例1 ] 圖2係關於在本發明之一實施例中所示之雷射元件之模式 剖面圖’係條帶波導在垂直方向剖斷時之示意圖。以下根 據此圖以説明實例1。 (緩衝層2 ) 將由藍寶石製得之以直徑1英吋，C面作爲主面之異種基 材1放置於MOVPE反應容器内，使溫度達500°c，採用三甲 基鎵（TMG)，氨氣（丽3)，以成長膜厚200A之由GaN製得之 緩衝層。 (氮化物半導體（基礎層）4 ) 緩衝層長成後，使溫度達l〇5(TC，採用TMG、氨，以成 長膜厚4微米之由無摻雜之GaN製得之氮化物半導體層4。 此層係供作形成元件結構之各層成長時之基礎層。 (η側接觸層5) 接著’採用氣及TMG、供作不純物氣體之石夕甲院，在氮 化物半導體基材1上，於1050Χ：下，成長膜厚4微米之由接 雜3x1ο18/立方公分碎之GaN製得之η側接觸層5。 (防止破裂層6) 接著，採用TMG、ΤΜΙ(三甲基銦）、氨，於8〇(rc下，成 長膜厚0.15微米之由111().()6〇30.94>1製得之防止破裂層6。然而 此防止破裂層可予以省略。 (η側雜層7 ) 然後，於1050°C下，採用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG、氨， 成長膜厚25A之無掺雜Alo^Gao·84]^層，接著停止τμα，、甬 2--------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -39-
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五、發明說明（37 ) 入矽甲烷氣體，成長膜厚25 A之摻雜lx 1〇19/立方公分矽之 η型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長爲總膜 厚1 · 2微米之超結晶製得之^側鞘層7。 (η側導光層8) 接著，停止矽甲烷氣體，於105(rc下，成長膜厚〇」微米 之操摻雜GaN製得之n側導光層8。此n側導光層8摻雜n型 不純物亦佳。 (活性層9) 接著，使溫度達到800°C，成長膜厚100Α之摻雜矽之由 In〇_()5Ga().95N製得之障壁層，接著在同溫度下，成長膜厚 40A之無摻雜In^Ga^N製得之凹槽層。交互積層障壁層及 凹槽層2次，最後以障壁層結束之，成長得總膜厚38〇a之 多重量子阱結構（MQW)之活性層。活性層亦可如本實例不 予摻雜，或摻雜η型不純物及/或p型不純物亦佳。不純物亦 可摻雜於凹槽層及障壁層兩者，亦可摻雜於任一層。另外 ，僅障壁層摻雜η型不純物則易於使閾値降低。 (Ρ側間隙層1 0) 接著，使溫度達到1050°C以上，採用TMG、ΤΜΑ、氨氣 、Cp2Mg(環戊間二烯基鎂），成長膜厚300A之摻雜lxio20/ 立方公分鎂之由ρ型AU.3Gao.7N製得之障壁能帶較ρ側導光 層1 1更大之ρ側間隙層7。 (P側導光層1 1) 接著停止Cp2Mg、TMA，在1050°C下·，成長膜厚0.1微米 之由無摻雜GaN製得之障壁能帶較ρ側導光層1 〇更小之ρ側 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Γ --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（38 ) 導光層1 1。 此P側導光層1 1，即雖然係ρ嘗試在無掺雜狀態下成長之 ，鎂會自ρ型第1鞘層、Ρ型第2鞘層之相鄰層產生擴散，實 降上鎂之濃度達5xl〇16/立方公分，而形成具摻雜鎂之層。 (Ρ側鞘層12) 接著，在1050X：下成長膜厚25Α之無摻雜八丨❹^以^以層 ，然後，停止Cp2Mg、ΤΜΑ，成長膜厚以入之無摻雜^抓層 ’成長爲總膜厚0.6微米之超結晶製得之p側鞘層i 2。ρ側 鞘層至少一側含有具鋁之氮化物半導體層，在交互積層障 壁能帶相異之氮化物半導體以製得超結晶之場合，雖然在 層<任一側摻雜較多不純物時，即實施所謂不規則掺雜， 則結晶性有變好之傾向，兩侧摻雜相同量亦佳。鞘以 含鋁之氮化物半導體層爲佳，較佳係AlxGaixN(〇<x<1)， 更佳者則爲由GaN及AlGaN積層之超結晶結構。利用p側鞘 f 1 2所製得<超結晶結構，因可提高在鞘層整體中之鋁混 w比，而使鞘層本身之折射率變小，接著因障壁能帶變大 :而使降低閾値方面非常有效。另外，藉形成超結晶，因 很少在鞘層本身發生具凹陷之超結晶，短路之發生率亦降 低。 (P側接觸層13) 取後，於105CTC下，在ρ側稍層9之上，成長膜厚15〇人之 二f 1X1〇2〇/立方公分鎂之由P型GaN製得之ρ侧接觸層。ρ 侧接觸層雖然可由ρ型之InxAlyGai χ yN(〇Sx、、— 叫構成，較佳爲若GaN摻賴，可獲得具最佳歐姆接觸 本紙張尺度適（CNS)A4規長⑽χ 297公__ ------------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1_1 ϋ ϋ 訂----------線· -41 - 1235501
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（39 ) 之p電極20。接觸層13因係電極形成層，較佳爲具i χ ι〇η/ 立方公分以上高載子濃度。較lxl〇n/立方公分低時電極欲 獲得較佳歐姆接觸則傾向於困難。另外，以GaN作爲接觸 層之組成，則較易獲得良好歐姆接觸之電極材料。 將如上述氮化物半導體成長得之晶圓自反應容器取出， 在最上層之p側接觸層表面上形成由^〇2製得之保護膜，利 用RIE(反應性離子蝕刻）藉Sicu氣體予以蝕刻，如圖1所示 ，η電極形成而使n側接觸層5之表面露出。對此類氮化物 半導體加深蚀刻時以Si02作爲保護膜最適合。 接著’針對上述條帶狀波導路區域之形成方法加以詳細 説明。首先，如圖3 A所示，在最上層之p側接觸層丨3之整 體表面上’藉PVD裝置’在形成由；5夕氧化物（主要爲別〇2)製 得之膜厚0.5微米之第1保護膜6〗後，在第1保護膜6〗之上 依預定形狀之光罩，形成由光阻製得之條帶寬2微米、厚j 微米之第3保護膜6 3。 接著，如圖3 B所示，在形成第3保護膜6 3後，藉RIE(反 應性離子蝕刻）裝置，採用CF4氣體，以保護膜6 3作爲光罩 ，蚀刻前述第1保護膜，製成條帶狀。然後藉蝕刻液處理以 單獨除去光阻，如圖3 C所示可在p側接觸層1 3之上形成條 帶寬度2微未之第1保護膜6 1。 另外，如圖3 D所示，形成條帶狀第1保護膜6 1之後，再 度藉RIE，採用SiCl4氣體，蝕刻p側接觸層1 3及p側鞘層1 2 ，P側鞘層之膜厚供作爲深度〇.〇1微米之條帶狀波導路區域 ，而形成脊狀條帶。 -42 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ --------1--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（4〇 ) 形成脊狀條帶之後，將晶圓移至PVD裝置中，如圖3 E所 不’在第1保護膜6 1上及藉蚀刻所露出之p側鞘層1 2上連續 形成膜厚0 · 5微米之锆氧化物（主要爲Zr02)製得之第2保護 膜6 2 〇 形成第2保護膜62之後，以600Ό處理晶圓。以此類非 Si〇2材料作爲第2保護膜而形成之場合，在第2保護膜成膜 之後，於300°C以上，較佳400°C以上，在氮化物半導體之 分解溫度以下（12〇(TC )予以熱處理，第2保護膜對應於第1 保護膜之溶解材料（氟酸）之溶解性不佳，故較佳爲追加此 工程。 接著將晶圓浸泡於氟酸中，如圓3 F所示，藉削去法將第 1保瘦膜6 1除去。 接著如圖3 G所示，在除去p側接觸層1 3上之第1保護膜 61而露出之p側接觸層之表面上，形成由鎳/金製得之？電 極2 0。但p電極2 〇之條帶寬度係ι〇〇微米，如此圖所示，沿 著第2保護膜62形成於其上。在第2保護膜形成之後，於條 帶及平行方向在已露出之η側接觸層5之表面形成由鈦/鋁製 成之η電極2 1。 接著，在供形成η電極而蚀刻露出面之ρ、η電極上，爲 配置電極端子將預定區域予以遮罩，在配置由si〇2及Ti〇2 製得之介電體多層膜64後，在ρ、η電極上各自配置由鎳 -鈥-金（1000Α- 1000Α·8000Α )製得之電極端子（pad)22、 23 〇 如以上’將形成η電極及ρ電極之晶圓之藍寶石基材研磨 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） Γ-------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
五、發明說明（41 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 成7〇微米後，在與條帶狀電極垂直之方向，自基材侧劈開 成棒狀，在劈開面（（11-00)面，在六方晶系之侧面而言相 當於面=M面）製成共振器。在此共振器面上形成由&〇2及
Ti〇2製得之介電體多層膜。最後在卩電極之平行方向將棒狀 切斷而製得如圖1所示之雷射元件。又此時之共振器長爲 8 00微米。 將此雷射元件放置於吸熱設備（heatsink)，並將各自電極 端子以導線接合，在室溫下試行振盪，以顯示在振盪波長 400〜420nm、閾値電流密度2 · 9ka/平方公分下之室溫連續 振盪。另外，電流値升高則輸出升高，以橫模式爲基本模 式（單一援式）之條件下，所獲得之電流-光輸出特性如圖5 所示，即使在5毫瓦下亦不會產生扭曲，進而在達到3〇毫 瓦下即使光輸出提高亦不會產生扭曲，故爲安定化之橫模 式。另外，在元件之壽命試驗時，確認在5毫瓦之輸出下可 連續振盪1萬小時，在3 0毫瓦之光輸出下可連續振靈i千小 時。因此在單一之橫模式（基本模式），在增加光輸出及提 高輸出之下可獲得安定之橫模式，而可適用於記綠、播放 之光碟。 [實例2] 供形成條帶狀波導路區域之蝕刻深度，係P側鞘層之膜厚 〇·1微米所形成之深度，即藉蝕刻所露出之氮化物半導體平 面（P側鞘層之露出表面）係自p側鞘層及p側導光層之界面 起始，在p側接觸層方向達〇. 1微米之位置即成爲其深度， 除此之外，製作與實例1相同之雷射元件。所獲得之雷射元 •44- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -. --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（42 ) 件，其電流-光輸出特性如圖5之102所示。雖然在較低之光 輸出下與實例i具相同之特性，在2〇毫瓦附近可觀察到發 生扭曲，比較於實例1在高輸出區域具有不安定之橫模式。 另外，在元件壽命方面，係在5毫瓦輸出下可超過一萬小時 之良好物件。 [實例3 ] 供形成條帶狀波導路區域之蝕刻深度，係p側鞘層之膜厚 1〇5微米所形成之深度，即藉蝕刻所露出之氮化物半導體 平面（p側鞘層之露出表面）係自p侧鞘層及口側導光層之界 面起始，在!3側接觸層方向達〇·〇5微米之位置即成爲其深度 :除此之外，製作與實例丨相同之雷射元件。所獲得之雷^ =件，與實例1比較橫模式之安定性，特別是僅在輪出2 〇 毫瓦以上之區域劣化，比較於實例2具良好之橫模式安定性 。另外，在元件壽命方面，與實例同樣在5毫瓦輸出 下係超過！萬小時，即使在30毫瓦下與實例i比較爲少比例 ，係超過1千小時。此處，對應於7〇。(：、5毫瓦動作時間之 驅動電流變化如圖6所示。由圖6顯而易見，與比較實例3 <驅動電流變化相比，自初期劣化起至達固定劣化速度止 之偏移區域，實例3顯然不同，固定之劣化速度下驅動電流 値降低，劣化速度（圖中之直線部份之斜率）亦降低，壽命 特性與比較實例3相比爲良好。 [實例4 ] 蝕刻深度係p側鞘層之膜厚^丨微米所成之深度，即藉蝕 刻所露出 <氮化物半導體平面，大致爲除去p側導光層之深 〔狀湖中嶋標準疏A4規格咖: 297公釐） j--------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -45- 1235501
五、發明說明U3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 度’即自P側鞘層及活性層界面起始，在P側接觸層方向達 〇·〇3微米之位置即成爲其深度，且不形成第2保護膜，除此 之外，製作與實例1相同之如圖i示之雷射元件。 .所獲得之雷射元件，光輸出升高時之橫模式安定性與實 例3爲大致相同之程度，在較寬廣之輸出區域中不會產生整 體扭曲，在元件壽命方面，係在5毫瓦輸出下可超過一萬小 時之良好物件。 [實例5 ] 在實例4中，除了蝕刻深度係p侧鞘層之膜厚〇 · 〇 5微米位 置所成之深度之外，製作與其相同之雷射元件。所獲得之 雷射元件，具有與實例4大玫相同程度之橫模式安定性，且 係長壽命之雷射元件。 [實例6 ] 在實例1中除了脊狀寬度爲1 · 2微米之外，製作相同之雷 射元件。 所獲得之雷射元件，在數毫〜數十毫瓦之寬廣光輸出範圍 不會發生扭曲，另外其元件壽命亦具相同之良好壽命。 [比較實例1 ] 在實例4中除了蝕刻深度達〇 · 2微米位置之深度外，製作 相同之雷射元件。 所獲得之雷射元件，橫模式之不安定性各個元件並不平 均’輸出達5毫瓦時極少發生扭曲，另外在元件壽命方面雖 然可獲得具有某種程度之優質傾向，與實例2相比較仍不足。 [比較實例2 ] -46· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） • Γ-------------------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（44 ) 蚀刻深度達到活性層之深度，除了在自活性層及P側間隙 層之界面起僅達到活性層側之深度外，製作以獲得與實例1 相同之雷射元件。 所獲得之雷射元件，在其元件壽命方面，各元件爲不平 均，與各實例相比大幅度下降，在5毫瓦下之振盪，元件壽 命接近100小時左右。 [比較實例3 ] 如圖4所示，除了蚀刻達到n側接觸層7之深度外，製得 與實例5相同之雷射元件。 所獲得之雷射元件，其元件壽命與比較實例2同樣差，其 如圖6所示。圖6中在70 °C、5毫瓦之條件下，在劣化速度 安定前變大的驅動電流値升高，而其劣化速度亦大，而顯 下命咋特性之低下。另外’橫模式亦不安定，因而元件間 諸多不平均，在光輸出變大時該傾向特別明顯。 [比較實例4 ] 除了脊狀寬度爲3 . 5微米之外，製得與實例1相同之雷射 元件。 所獲得之雷射元件，其橫模式不安定，及其橫模式之安 定性均在元件之間呈現極不平均之現象，在3〜1 〇亳瓦之範 圍幾乎全部之元件會產生扭曲。 [實例7 ] 圖1 7係關於在本發明之一實施例中所示之雷射元件之择 構之模式剖面圖，其係在條帶狀之突出部之垂直面切斷時 之積層結構示意圖。以下根據此圖説明實例7。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---I-----------------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -47- 1235501
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（45 ) 基材係採用以（0001)C面爲主面之藍寶石基材。此時，開 口面係A面。就成長氮化物半導體之基材而言，除藍寶石（ 主面爲C面、R面、A面）之外，已知Sic、Zn〇、尖晶石 (SPINEL) ( MgAl204)、GaAs等，在供成長氮化物半導體時， 可採用作爲與氮化物半導體相異之材料所製得之機種基材 。另外，在由GaN等氮化物半導體所製得之基材上直接積 層亦佳。 (緩衝層102) 將由藍寶石製得之以直fel英忖，c面作爲主面之異種基 材101放置於MOVPE反應容器内，使溫度達50(rc，採用三 甲基鎵（TMG)，氨氣（NH3)，以成長膜厚2〇〇a之由GaN製 得之緩衝層。 (基礎層103) 緩衝層長成後，使溫度達1050°C，採用TMG、氨，以成 長膜厚4微米之由供捧雜之(JaN製得之氮化物半導體層1 〇3 。此層係供作形成元件結構之各層成長時之基材。因此， 在相異之基材上，形成氮化物半導體之元件結構時，以形 成低溫成長緩衝層、由氮化物半導體所製得基材之基礎層 爲佳。 (η側接觸層104) 接著，採用氨及TMG、供作不純物氣體之石夕甲燒，在氮 化物半導體基材101上’於1〇5〇 °C下，成長膜厚4微米之由 摻雜3 X 1018/立方公分秒之GaN製得之η侧接觸層1 〇4。 (防止破裂層105) -48- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ：--------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（你） 接著，採用TMG、TMI(三甲基銦）、氨，於8〇〇χ：之溫度 下，成長膜厚0.15微米之由inG(>6Ga()_94N製得之防止破裂層 1 〇5。然而此防止破裂層可予以省略。 (η側鞘層106) 然後，於105(TC下，採用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG、氨， 成長膜厚25A之無摻雜AlG.^GaowN層，接著停止TMA，通 入秒甲烷氣體，成長膜厚25A之摻雜1X10,立方公分秒之 η型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長爲總膜 厚1.2微米之超結晶製得之η側鞘層1〇6。 (η側導光層1〇7) 接著，停止砍甲烷氣體，於l〇5(TC下，成長膜厚〇 2微米 之由供捧雜GaN製得之η側導光層107。此η側導光層1 〇7按 雜η型不純物亦佳。 (活性層10 8 ) 接著，使溫度達到800°C，成長膜厚100Α之摻雜矽之由 InowGao^N製得之障壁層，接著在同溫度下，成長膜厚 4〇A之由無摻雜inQ2Ga〇.8N製得之凹槽層。交互積層障壁層 及凹槽層2次，最後以障壁層結束之，成長得總膜厚38〇a 之多重量子阱結構（MQW)之活性層。活性層亦可如本實例 不予摻雜，或掺雜η型不純物及/或p型不純物亦佳。不純物 亦可掺雜於凹槽層及障壁層兩者，亦可摻雜於任一層。另 外’僅障壁層掺雜η型不純物則易於使閾値降低。 (Ρ側間隙層109) 接著，使溫度達到1050Χ：以上，採用TMG、ΤΜΑ、氨氣 -49- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ^ --------訂---------線"4^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 A7 B7 五、發明說明（47 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、CpaMg(環戊間二烯基鎂），成長膜厚3〇〇a之掺雜ΐχΐ〇2〇/ 互方公分鍰之由ρ型Alo^Gao^N製得之障壁能帶較ρ側導光 層1 1更大之p側間隙層109。 (P側導光層110) 接著停止Cp2Mg、TMA，在105(rC下，成長膜厚〇2微米 之由無摻雜GaN製得之障壁能帶較ρ側間隙層1〇更小之？側 導光層110。 此P側導光層110,即雖然係嚐試在無摻雜狀態下成長之 ，鎂會自P型第1鞘層、p型第2鞘層之相鄰層產生擴散，實 際上鎂之濃度達5 X1016/立方公分，而形成具摻雜鎂之層。 (P側鞘層111) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 接著，在1050°C下成長膜厚25人之無摻雜 ，然後，停止Cp2Mg、TMA，成長膜厚25A之無摻雜GaN層 ，成長爲總膜厚0 · 6微米之超結晶製得之p側鞘層丨i丨。p側 鞘層至少一側含有具鋁之氮化物半導體層，在交互積層障 壁能帶相異之氮化物半導體以製得超結晶之場合，雖然在 層之任一側摻雜較多不純物時，即實施所謂不規則摻雜， 則t 性有變好之傾向，兩側摻雜相同量亦佳。鞘層丨丨丄以 含鋁之氮化物半導體層爲佳，較佳係形成含有八丨…化-χΝ( 0 <x < 1)之超結晶結構，更佳者則爲由〇抓及積層 <超結晶結構。利用p側鞘層lu所製得之超結晶結構，因 可提高在鞘層整體中之鋁混晶比，而使鞘層本身之折射率 僉】，接著因障壁能帶變大，而使降低閾値方面非常有效 。另外，藉形成超結晶，因很少在鞘層本身發生具凹陷之 巧張尺度適用_家標準㈣驗規格咖χ 29 ) -50· 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（48 ) 超結晶，亦可抑制使短路之發生降低。 (P侧接觸層112) 取後，於1050X：下，在p側鞘層ln之上，成長膜厚15〇A 々摻雉1 X ίο20 /立方公分鎂之由p型製得之卩側接觸層 112。？側接觸層雖然可由1)型之111一1#1"汛(）$乂、（）$丫 X +y S 1)構成，較佳爲若GaN摻雜鎂，可獲得具最佳歐姆 接=之p電極20。接觸層112因係電極形成層，較佳爲具1χ 10 /i方公分以上高載子濃度。較1χ1〇1?/立方公分低時電 極欲獲得較佳歐姆接觸則傾向於困難。另外，以GaN作爲 接觸層之組成，則較易獲得良好歐姆接觸之電極材料。 將如上述氮化物半導體成長得之晶圓自反應容器取出， 在最上層之p側接觸層表面上形成由&〇2製得之保護膜，採 用RIE(反應性離子蝕刻）以sicl4氣體予以蝕刻，如圖i 7所 示，η電極形成而使n側接觸層1〇4之表面露出。對此類氮化 物半導體加深蝕刻時以Si〇2作爲保護膜最適合。 接著’針對條帶狀波導路區域之形成方法加以説明。首 先，如圖1 9 A所示，在最上層之p側接觸層丨12之整體表面 上，藉PVD裝置，在形成由石夕氧化物（主要爲以〇2)製得之膜 厚〇·5微米之第1保護膜161後，在第丨保護膜161之上依預定 形狀之光罩，形成由光阻製得之條帶寬2微米、厚1微米之 第3保護膜163。此處，第1保護膜161，特別是不論其絕緣 性，若係與氮化物半導體之蝕刻速度有所差異之任意材料 亦佳。例如採用矽氧化物（含Si〇2)、光阻等，較佳係爲使 與後續形成之第2保護膜間呈溶解度差異，而選定具有較第 J. l· --------^---------^19! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -51 - 1235501 A7
五、發明說明（49 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2保濩膜更易溶解於fe之性質之材料。採用氟酸作爲酸爲佳 ’因而對應於氟酸易於溶解之材料，以採用矽氧化物爲佳。 接著，如圖19B所示，在形成第3保護膜163後，藉rie( 反應性離子蚀刻）裝置，採用CF4氣體，以保護膜163作爲光 罩’蚀刻如述弟1保護膜’製成條帶狀。然後藉蚀刻液處理 以單獨除去光阻，如圖19C所示可在p側接觸層112之上形 成條帶寬度2微米之第1保護膜161。 另外，如圖1 9D所示，形成條帶狀第1保護膜ι61之後， 再度藉RIE，採用SiCU氣體，蚀刻p側接觸層ι12及p側鞘層 111、p側導光層110，在p側導光層之已蝕刻區域（突出部以 外之區域）以膜厚供作爲深度1 〇OOA微米之條帶狀波導路區 域，而形成脊狀條帶。 形成脊狀條帶之後，將晶圓移至PVD裝置中，如圖丨9E所 示’在第1保護膜161上及藉蚀刻所露出之P側導光層1 i丨上（ 突出部以外之區域）連續形成膜厚〇 · 5微米之由锆氧化物（主 要爲Zr02)製得之第2保護膜102。 此處，第2保護膜之材料係採用非Si〇2材料，較佳係選自 包含鈦、釩、锆、鈮、铪、妲族群中至少一種元素之氧化 物，SiN、BN、SiC、A1N中之至少一種所製得者爲佳，其 中採用鍺、铪氧化物、BN、SiC爲特佳。此等材料對應於 氟酸雖然具些許溶解性，但就作爲雷射元件之絕緣層言與 供作嵌埋層之Si〇2相比，其信賴性有變高之傾向。另外， 在如PVD、CVD之氣相中成膜之氧化物類薄膜，因該元素與 氧元素不易形成當量反應之氧化物，而致對應於氧化物類 -52- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） T--U-----------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
五、發明說明（50 )
薄月吴之絕緣性之彳含料古丁 γ 4 L 賴性有不足<傾向，在本發明中前述由 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ㈣定it素之藉PVD' CVD製得之氧化物、BNSicA1N 與=氧化物相比，其絕緣信賴性呈優異之傾向。另外，選 定氧化物之折I率比氮化物半導體小之材料（例如非sic)， 極適合於供作雷射元件之嵌埋層。又以矽氧化物作爲第1保 濩膜6 1則因對應矽氧化物而言，利用其對氟酸具有選擇 性，如圖19EK不，在條帶波導之側面，該條帶所形成之 平面（蚀刻終止層），及第i保護膜161之表面上連續形成， 藉削去法，僅將第1保護膜161除去，如圖19F所示，對平 面而言可形成膜厚均一之第2保護膜162。 形成第2保護膜162之後，以600°C處理晶圓。以此類非 Si〇2材料作爲第2保護膜而形成之場合，在第2保護膜成膜 之後，於3〇〇 C以上，較佳400X：以上，在氮化物半導體之 分解溫度以下（120(TC )予以熱處理，第2保護膜對應於第j 保護膜之溶解材料（氟酸）之溶解性不佳，故較佳爲追加此 工程。 接著將晶圓浸泡於氟酸中，如圖〗9 F所示，藉削去法將 第1保護膜161除去。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著如圖1 9 G所示，在除去p側接觸層U2上之第1保護膜 161而露出該p側接觸層之表面上，形成由鎳/金製得之p電 極120。但p電極120之條帶寬度係1〇〇微米，如此圖所示， 沿著第2保護膜162形成於其上。在第2保護膜形成之後，於 條帶及平行方向在已露出之η側接觸層5之表面上形成由鈦/ 53- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（51 ) 館製成之η電極121。 接著，在供形成η電極而蝕刻露出面之ρ、η電極上，爲 配置電極端子將預定區域予以遮罩，在配置由si〇2&Ti〇2 製得之介電體多層膜164後，在p、n電極上各自配置由鎳 -鈦 _ 金（ιοοοΑ_ιοοοΑ-8〇οοΑ)製得之電極端子（pad)122、 123 〇 如以上，將形成η電極及p電極之晶圓之藍寶石基材研磨 成70微米後，在與條帶狀電極垂直之方向，自基材側劈開 成棒狀，在劈開面（（11 _〇〇)面，在六方晶系之側面而言相 當於面=Μ面）製成共振器。在此共振器面上形成由以〇2及
Tl〇2製得之介電體多層膜。最後在ρ電極之平行方向將棒狀 切斷而製得如圖1 7所示之雷射元件。又此時之共振器長爲 8 00微米。 將此雷射元件放置於吸熱設備，並將各自電極端子以導 線接合’在室溫下試行雷射振盪，以顯示在振靈波長 400〜420nm、振盪起始電流密度2 · 9k Α/平方公分下之單一 模式之室溫連續振靈。接著測定雷射光之F · F p可獲得在 15。〜20。水平方向之良好水平橫模式。另外，水平橫模 式與比較實例5具大致相同良好之程度，縱橫比大約爲j $ 。另外，藉導光層之厚膜，光之閉入良好，與比較實例5相 比可大幅度抑制波紋之發生。 [實例8 ] 除了將η側導光層、p側導光層之膜厚製成25〇〇a之外， 製成與實例7相同之雷射元件。所製得之雷射元件大致上與 -54- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -Γ------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
五、發明說明（52 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 =具相同程度之水平橫模式控制，FFP之水平方向爲 ▼以相同&度抑制波紋之發生。另外，其振盧特性 、例7相比稍差，兀4牛壽命亦低下。此由兩個導光層包挾 性層所構成之波導膜厚之總和係超過4500A，而在6_入 十L則具大於響。但兩導光層之膜厚之厚度不一，特別是p 側導光層變厚則蝕刻之控制變得容易，而對提製造合格率 有所助盈。另夕卜，藉此方式，諸元件間之輸出特性極少不 ' 而了達到良好之雷射元件製造。此時之雷射元件， 在知出特性達劣化之驅動時，係以比實例丨稍差程度之振盪 。另外，兩導光層之膜厚爲3〇〇〇、35〇〇、4〇〇〇人時，振盪起 始電流呈上昇之傾向。特別者，超過35〇〇A時呈顯著上昇 傾向，而7L件壽命呈下降傾向。因此，p側導光層之 佳爲纖A以下，更佳爲·，以獲得良好之雷射光 ’且亦可獲得充分振盪特性之傾向。
另外，除了兩導光層之膜厚爲150〇A之外，製成與實例7 相^炙雷射元件。其F.F.P·在x方向之光束寬度與實例7相比 稍窄而約爲1 3。，縱橫比亦比實例7稍差而爲1 · 8。但是閾 値電流爲大致相同之程度，因具良好之輸出特性而可獲得 長#命足雷射元件。另外，P側導光層之突出部高度爲 5〇〇A，即除了藉蝕刻將突出部形成時以p侧導光層之ς厚 作爲蚀刻深度而形成深度爲500Α之條帶狀波導外，製成與 實例7相同之雷射元件。所獲得雷射元件之閾値電流與實例 7相比呈較低傾向而可獲具良好輸出特性之雷射元件。又雷 射之光束形狀在F.F.P·之X方向寬度大致爲14。之程度，I -55 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
五、發明說明（53 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 貝效折射率呈良好機能之傾向。 [實例9] 列：了域=光層之突出部高度製成5〇〇A之深度，在被蚀 1= 外之區域)使P側導光層之膜厚製成深度 A:未，、而予以触刻之外，製成與實例7相同之雷射元 件。所獲Μ雷射元件，其閾値電流有上昇之傾向，盘實 例7相比，其輸出特性較差。但其閾値電流稍爲上昇，在實 用上仍爲滿足，反之藉在突出部以外區域之膜厚變厚，使 製造合格率提高，且呈現元件間之輸出特性不平均現象極 少之傾向。 [實例10] 除了 Ρ側導光層之條帶側寬度爲3微米之外，製成與實例 7相同之雷射元件。所獲得之雷射元件與實例i相比，水平 橫模式之控制變差，F.F.P·之縱橫比約爲2，與實例7相比較 差。另外，與實例7相比單一橫模式之振盪安定性較差，發 生扭曲不良品之元件之比例有變高之傾向。因此，更佳之 條帶寬度爲在2微米土〇·5微米（15微米以上，2 5微米以 下）之範圍内，元件之橫模式之控制性少有不平均，而雷射 光之縱橫比亦佳，故可獲得單一模式振盪之雷射元件。 [實例11] 本發明之實施方式以較實例7更長之波長，具體而言爲 470nm以上之長波長之雷射元件於下文中加以説明。在以c 面爲主面之由藍寶石製得之異種基材1上，與實例7相同， 成長由GaN製得之200A之緩衝層2、由未摻雜之GaN製得之 56- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ,--------------------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _________B7___— 五、發明說明（54 ) 4微米基礎層103，在其上成長膜厚4 5微米之由摻雜ix ι〇1δ/立方公分矽之GaN製得之11側接觸層104、將由摻雜矽 llnwGaojN製得之中間層取代成防止破裂層1〇5。此時中 間層可省略。 Ο側鞘層106) 然後，於105(TC下，通入TMG、氨、TMA(三甲基銘）， 成長膜厚25人之無摻雜八1〇.15〇3().851^層，接著停止丁]^1八，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25A之摻雜ΐχ10ΐ9/立方公分矽之 η型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長爲總膜 厚〇· 2微米〜1.5微米，較佳爲由〇.7微米之超結晶製得之n 側鞘層106。η側鞘層以含鋁之氮化物半導體層爲佳，較佳 係AlxGakNCOcxci)，更佳者則爲由GaN及AlGaN積層之超 結晶結構。就超結晶而言，雖然在任一層摻雜較多不純物 時’即實施所謂不規則掺雜時，則結晶性有變好之傾向， 兩側摻雜相同量亦佳。 (η側導光層1〇7) 接著，停止矽甲烷氣體，通入ΤΜΙ，於850°C〜950°C，較 佳爲880°C，成長膜厚i〇A之無摻雜lnGlGaG9：N^，接著停 止TMI ’成長膜厚i〇A之無捧雜GaN層。交互積層此等層而 構成超結晶層，成長爲總膜厚50A〜2500A，較佳爲 500A〜800A，更佳爲由750A之超結晶製得之n側導光層107。 (活性層108) 接著，通入ΤΜΙ，在750X：〜850°C，較佳爲820°C，成長膜 厚3 0A之由無摻雜之ln〇 3Ga〇.7N製得之凹槽層，1〇Α之由無 -57- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） A --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501 A7 ----------Β7 五、發明說明（55 ) 摻雜之In〇.3Ga〇.7N製得之間隙層，接著在85(TC〜950°C，較 佳爲880X：下，成長6〇A之由無摻雜之in()1Ga().9N製得之障 壁層’以上述爲1對合計積層6對而得活性層1 〇8。 (P側間隙層109) 接著，停止TMI、通入TMA,在850。〇〜950°C，較佳爲880 C下’成長膜厚ι〇Α以上，〇·ι微米以下，較佳爲1 〇〇 a之 接雜1 X 1020/立方公分鎂之由p型Al〇3Ga〇.7N製得之間隙層 109 〇 (P側導光層110) 接著，停止TMA、通入TMI，在850°C〜950X：，較佳爲880 °0下，成長膜厚10A之無摻雜之IncMGa^N層，接著停止 TMI，成長膜厚i〇A之掺雜1χ ι〇ΐ8〜3 X ι〇18/立方公分鎂之 GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長爲總膜厚 50A〜2500A，較佳爲500A〜800A，更佳爲由750A之超結晶 製得之P側導光層110。 (P側鞘層111) 接著，通入丁]^八，在850。(：〜1050^：下成長膜厚25人之無 掺雜AlouGao.wN層，然後，停止TMA，成長膜厚25A之掺 雜3xl〇18〜5xl〇18/立方公分鎂之GaN層無掺雜GaN層。交互 積層此等層而構成超結晶層，成長爲總膜厚〇 2微米〜1 . 5 微米，較佳爲由〇· 7微米之超結晶製得之p側鞘層n i。 (P側接觸層112) 最後，於850°C〜1050Ό下，在p側勒層111之上，成長膜 厚15 〇A之掺雜lxi 〇2G/立方公分鍰之由p型GaN製得之p側接 -58- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（56 ) 觸層112。p側接觸層雖然可由P型之InxGayAli x yN ( o s χ、 〇 S y、x + y s 1)構成，較佳爲若GaN掺雜鎂，製成InGals^ 可獲得具最佳歐姆接觸之p電極。接觸層U2因係電極形成 層1’較佳爲具1 X 1〇18/立方公分以上高載子濃度。較1 X 1 〇 /_^方公分低時電極欲獲得較佳歐姆接觸則傾向於困難 。另外，以GaN、InGaN或含GaN、InGaN之超結晶作爲接觸 層之組成，則較易獲得具良好歐姆接觸之電極材料。 以上各層積層後，與實例7相同，予以蚀刻，使η側接觸 層104之表面露出，進一步形成條帶狀脊狀波導路，及形成 η電極121、ρ電極120、介電體多層膜164、電極端子122、 123，獲得雷射元件。所獲得之雷射元件，確認在閾値電流 密度2 · OkA/平方公分、閾値電壓4 〇 ν下可以振盧波長 47〇nm連續振盪，顯示1000小時以上之壽命。另外，該雷射 光之F.F.P·，光束形狀之水平方向（χ方向）寬度爲約17。 左右，縱橫比大約爲1 · 5，爲大致良好之程度。即使爲長波 長雷射元件，在應用良好雷射光下，因振盪起始値電流亦 降低而佳，因而亦獲致良好之壽命特性。 [實例12] 除了Ρ側導光層之膜厚製成1000Α之外，將與實例11相同 之雷射元件結構之各層予以積層。接著與實例7相同，藉蝕 刻以形成脊狀波導路，而獲得雷射元件。此時，在Ρ側導光 層之已蝕刻區域（突出部以外之區域）以膜厚5〇〇α供作爲深 度，而在ρ側導光層突出部形成所配置之脊狀條帶。 所獲得之雷射元件，確認在閾値電流密度2卟八/平方公 -59- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） e--------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（57 ) 分、閾値電壓4.0V下可以振盪波長470nm連續振盪，顯示 WOO小時以上之壽命。另外，該雷射光F p，光束形狀 之水平方向（X方向）寬度爲約17。左右，縱橫比大約爲ι5 爲大致良好之程度。即使爲長波長雷射元件，在應用良 好雷射光下，因振盪起始値電流亦降低而佳，因而亦獲致 良好之壽命特性。 [比較實例5 ] 除了 P側導光層及η側導光層之膜厚爲1000A之外，製成 與實例7相同之雷射元件。所獲得之雷射元件雖具有同程度 之振盪起始電流，F.F.P·之X方向寬度變狹窄而爲8。，其縱 橫比爲3。 [比較實例6 ] 除了在積層各層之後，藉使Ρ侧鞘層之膜厚蚀刻達〇 1微 米之深度’將條帶狀之突出部配置在ρ側輔層上，形成條帶 狀之脊狀波導路之外，製成與實例7相同之雷射元件。所獲 得之雷射元件與實例7相比輸出特性變差，元件壽命亦大幅 度減少。 如以所示’蚀刻深度或Ρ側導光層之條帶狀突出部之高度 相對於元件特性之變化（圖1 2)，係先測定實例1 3之雷射元 件，將活性層包挾在兩導光層之内，其中ρ側導光層之膜厚 係爲厚的場合。 圖1 2係對應於蝕刻深度、ρ側鞘層、ρ側導光層之積層結 構，顯示閾値電流變化、縱橫比變化。由圖1 2顯而易見， 在達到ρ側導光層深度處蝕刻以形成脊狀結構，即利用ρ側 -60 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •--------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（μ ) 導光層具有條帶狀突出部，而可在呈現良好之閾値下振藍 ’獲得雷射光之縱橫比更接近1之傾向。此如圖2 0所示， 在P側導光層之條帶狀突出部側，出射光呈偏移狀態，而形 成良好之實效折射率。藉此而使水平橫模式之閉入有效動 作。結果，獲得在F.F.P·之水平方向（X方向）之光束形狀i 〇 。以上，較佳12。〜20。之良好雷射光，亦顯示可獲得縱 檢比亦良好之雷射元件。另外，在p側導光層之突出部以外 之區域膜厚變薄，即突出部之高度變高，因而閾値電流、 縱橫比同時呈現低下之傾向，較佳爲突出部之高度在上述 範圍内。 [實例1 3 ] 圖1 8係關於在本發明之一實施例中所示之雷射元件之結 構之模式剖面圖，其係在條帶狀之突出部之垂直面切斷時 之積層結構示意圖。以下根據此圖説明實例13。 基材係採用以（0001)C面爲主面之藍寶石基材。此時，開 口面係A面。就成長氮化物半導體之基材而言，除了藍寶 石（王面爲C面、R面、A面）之外，已知Sic、Zn〇、尖晶石 (SPINEL) ( MgAhCU)、GaAs等，在供成長氮化物半導體時， 可採用作爲與氮化物半導體相異之材料所製得之機種基材 。另外，在由GaN等氮化物半導體所製得之基材上直接積 層亦佳。 (緩衝層102) 將由監寶石製得之以直徑i英吋，c面作爲主面之異種基 材1放置於MOVPE反應容器内，使溫度達5〇〇π，採用三甲 .!丨丨丨！丨！ — — I訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -61 -
1235501 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（59 ) 基鎵（TMG)，氨氣（NH3)，以成長膜厚200A之由GaN製得之 緩衝層。 (基礎層103) 缓衝層長成後，使溫度達1050°C，採用TMG、氨，以成 長膜厚4微米之由無掺雜之GaN製得之氮化物半導體層jog 。此層係供作形成元件結構之各層成長時之基材。因此， 在相異之基材上，形成氮化物半導體之元件結構時，以形 成低溫成長緩衝層、由氮化物半導體所製得基材之基礎層 爲佳。 (η側接觸層104) 接著，採用氨及TMG、供作不純物氣體之石夕甲燒，在氮 化物半導體基材1上，於1050°C下，成長膜厚4微米之由摻 雜3 X1018/立方公分矽之GaN製得之η侧接觸層1〇4。 (防止破裂層105) 接著，採用TMG、ΤΜΙ(三甲基錮）、氨，於8〇〇。0之溫度 下’成長膜厚0.15械米之由In〇 〇6Ga〇.94N製得之防止破裂層 105。然而此防止破裂層可予以省略。 (η側鞘層106) 然後，於1050°C下，採用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG、氨， 成長膜厚25人之無摻雜八1〇.16〇3()』41^層，接著停止丁1^八，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25A之掺雜lxio19/立方公分碎之n 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長爲總膜 厚1.2微米之超結晶製得之n側鞘層1〇6。 (η側導光層107) -62- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6〇 ) 接著’停止矽甲烷氣體，於105(TC下，成長膜厚1000A之 由播摻雜GaN製得之η側導光層107。此η側導光層1〇7摻雜n 型不純物亦佳^ .(活性層108) 接著，使溫度達到800°C，成長膜厚100Α之摻雜矽之由 Ino.^GaowN製得之障壁層，接著在同一溫度下，成長膜厚 40A之由無摻雜In〇2Ga()8N製得之凹槽層。交互積層障壁層 及凹槽層2次，最後以障壁層結束之，成長得總膜厚38〇A 之多重量子阱結構（MQW)之活性層。活性層亦可如本實例 不予掺雜，或掺雜η型不純物及/或p型不純物亦佳。不純物 亦可摻雜於凹槽層及障壁層兩者，亦可摻雜於任一層。另 外’僅障壁層摻雜η型不純物則易於使閾値降低。 (Ρ側間隙層109) 接著，使溫度上昇達到1050Ό以上，採用TMG、ΤΜΑ、 氨氣、Cp2Mg(環戊間二烯基鎂），成長膜厚300Α之摻雜1 X l〇2Q/立方公分鎂之由ρ型Al〇.3Ga().7N製得之障壁能帶較ρ側 導光層111更大之ρ側間隙層109。 (P側導光層110) 接著停止Cp2Mg、TMA，在1050°C下，成長膜厚2500A之 由無摻雜GaN製得之障壁能帶較ρ側間隙層110更小之P側導 光層110。 (P側鞘層111) 接著，在1050°C下成長膜厚25人之無摻雜八1〇.160&().841^層 ，然後，停止〇02]^^、丁]^八，成長膜厚25人之無摻雜<^1^層 -63- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
、發明說明（61 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ’成長爲總膜厚Ο · 6微米之釦姓曰制〜、， <起結晶製得心Ρ側鞘層111。ρ側 =少-侧含有具銘之氮化物半導體層，在交互積層障 帶相異之氮化物半導體以製得超結晶之場合，雖然在 ^任-側摻雜較多不純物時，即實施所謂不規則㈣， 則結晶性有變好之傾向，兩侧摻雜相同量亦佳。鞘層ιη以 ，銘之氮化物半導體層爲佳，較佳係形成含有顺』 (〇<χ<ι)之超結晶結構，更佳者則爲由GaN&AiGaN積層之 1結晶結構。利用P侧鞘層ηι所製得之超結晶結構，因可 提呵在鞘層整體中之鋁混晶比，而使鞘層本身之折射率變 小，接著因障壁能帶變大，而使降低閾値方面非常有效。 另外，藉形成超結晶，因很少在鞘層本身發生具凹陷之超 結晶，亦可抑制使短路之發生降低。 (P側接觸層112) 最後，於1050°C下，在p側鞘層lu之上，成長膜厚15〇a 〈掺雜1 X 102G/立方公分鎂之由p型GaN製得之p側接觸層 112。p側接觸層雖然可由p型之InxAlyGai+yN $ X、〇 ^ 丫 、x + y S 1)構成，較佳爲若GaN掺雜鎂，可獲得具最佳歐姆 接觸之p電極120。接觸層112因係電極形成層，較佳爲具i X1017/立方公分以上高載子濃度。較lxl〇17/立方公分低時 電極欲獲得較佳歐姆接觸則傾向於困難。另外，以GaN作 爲接觸層之組成，則較易獲得良好歐姆接觸之電極材料。 將如上述氮化物半導體成長得之晶圓自反應容器取出， 在最上層之p側接觸層表面上形成由Si〇2製得之保護膜，採 用RIE(反應性離子蚀刻）以SiC“氣體予以蚀刻，如圖1 8所 -64 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
五、發明說明（62 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 不，η電極形成而使11側接觸層4之表面露出。對此類氮化 物半導體加深蝕刻時以SiCb作爲保護膜最適合。 接著，針對條帶狀波導路區域之形成方法加以説明。首 先，如圖19A所示，在最上層之p側接觸層112之整體表面 上，藉PVD裝置，在形成由矽氧化物（主要爲&〇2)製得之膜 厚〇·5微米之第丨保護膜161後，在第丨保護膜i6i之上依預定 形狀 < 光罩，形成由光阻製得之條帶寬2微米、厚〗微米之 第3保護膜163。此處，第1保護膜161，特別是不論其絕緣 性，若爲與氮化物半導體之蝕刻速度有所差異之任意材料 亦佳。例如採用矽氧化物（含Si〇2)、光阻等，較佳係爲使 與後續形成之第2保護膜間呈溶解度差異，而選定具有較第 2保護膜更易溶解於酸之性質之材料。採用氟酸作爲酸爲佳 ，因而對應於氟酸易於溶解之材料，以採用矽氧化物爲佳。 接著’如圖1 9 B所示’在形成第3保護膜163後，藉RJE ( 反應性離子蚀刻）裝置，採用CF4氣體，以保護膜163作爲光 罩，蚀刻前述第1保護膜，製成條帶狀。然後藉蚀刻液處理 以單獨除去光阻，如圖19C所示可在p側接觸層112之上形 成條帶寬度2微米之第1保護膜161。 另外’如圖1 9 D所示，形成條帶狀第1保護膜161之後， 再度藉RIE ’採用SiC“氣體，蚀刻p側接觸層112及p側鞘層 111、p側導光層11 〇 ’在p側導光層之已蚀刻區域（突出部以 外之區域）以膜厚供作爲深度丨000A微米之條帶狀波導路區 域，而形成脊狀條帶。 形成脊狀條帶之後，將晶圓移至PVD裝置中，如圖1 9E所 -65- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 1235501 A7 ---------- 五、發明說明ς3 ) 不，在第1保護膜161上及藉蚀刻所露出導光層^上（ 突出部以外之區域）連續形成膜厚〇 5微米之由锆氧化物（主 要爲Zr02)製得之第2保護膜162。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此處，第2保護膜之材料係採用非Si〇2材料，較佳係選自 包含鈦、釩、锆、鈮、铪、妲族群中至少一種元素之氧化 物，SiN、BN、SiC、SiC、A1N中之至少一種所製得者爲佳 ，其中採用锆、铪氧化物、BN、Si C爲特佳。此等材料對 應於氟酸雖然具些許溶解性，但就作爲雷射元件之絕緣層 言與供作嵌埋層之Si〇2相比，其信賴性有變高之傾向。另 外，在如PVD、CVD之氣相中成膜之氧化物類薄膜，因該 元素與氧元素不易形成當量反應之氧化物，而致對應於氧 化物類薄膜之絕緣性之信賴性有不足之傾向，在本發明中 前述由所選定元素之藉PVD、CVD製得之氧化物、bn、sic 、A1N與矽氧化物相比，其絕緣信賴性呈優異之傾向。另外 ，選定氧化物之折射率比氮化物半導體小之材料（例如非 SiC)，極適合於供作雷射元件之嵌埋層。又以矽氧化物作 爲第1保護膜61，則因對應矽氧化物而言，利用其對氣酸 具有選擇性，如圖1 9E所示，在條帶波導之侧面，該條帶 所形成之平面（蝕刻終止層），及第1保護膜6 1之表面上連 續形成，藉削去法，僅將第1保護膜161除去，如圖丨9 F所 示’對平面而言可形成膜厚均一之第2保護膜162。 形成第2保護膜162之後，以60(TC處理晶圓。以此類非 Si〇2材料作爲第2保護膜而形成之場合，在第2保護膜成膜 之後’於300°C以上’較佳400 C以上，在氮化物半導體之 -66 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501 A7 -------— B7__ 五、發明說明（64 ) 刀解溫度以下(1200 C )予以熱處理，第2保護膜對應於第1 保護膜之溶解材料（氟酸）之溶解性不佳，故較佳爲追加此 工程。 接著將晶圓浸泡於氟酸中，如圖19F所示，藉削去法將 第1保護膜1 6 1除去。 接著如圖19G所示，在除去1)側接觸層112上之第i保護膜 161而露出該p側接觸層之表面上，形成由鎳/金製得之p電 極12〇。但P電極120之條帶寬度係1〇〇微米，如此圖所示， /口著第2保濩膜162形成於其上。在第2保護膜形成之後，於 條帶及平行方向在已露出側接觸層1〇5之表面上形成由 鈇/銘製成之η電極121。 接著，在供形成η電極而蝕刻露出面之ρ、η電極上，爲 配置電極端子將預足區域予以遮罩，在配置由以〇2及Ti〇2 製得之介電體多層膜164後，在p、n電極上各自配置由鎳 鈦-金（ioooA_ loooA-8〇ooA)製得之電極端子（pad) 122、 123 〇 如以上，將形成n電極及ρ電極之晶圓之藍寶石基材研磨 成7 〇微米後’在與條帶狀電極垂直之方向，自基材側劈開 成棒狀，在劈開面（（1 1 - 〇 〇 )面，在六方晶系之側面而言相 當於面=Μ面）製成共振器。在此共振器面上形成由si〇2及
Ti〇2製得之介電體多層膜。最後在p電極之平行方向將棒狀 切斷而製得如圖1所示之雷射元件。又此時之共振器長爲 800微米。 知此雷射元件放置於吸熱設備，並將各自電極端子以導 -67- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501
五、發明說明（65 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、、泉接合，在室溫下試行雷射振盪，以顯示在振盪波長 400〜42〇nm、振盪起始電流密度2 9kA/平方公分下之單一 模式之室溫連續振靈。接著測定雷射光之？^可獲得在 6 2 〇水平方向之良好水平橫模式。另外，水平橫模式 ，比較實例1具大致相同良好之程度，縱橫比爲2。另'外， 藉導光層之厚膜，光之閉入良好，與比較實例〗相比可大幅 度抑制波紋之發生。 [實例1 4 ] 除了將η側導光層之膜厚製成2〇〇〇A之外，製成與實例1 3 相同之雷射元件。所製得之雷射元件，與實例〗3相比其橫 模式控制稍差，雖然F.F.P·之χ方向爲14。，縱橫比爲2， 與比較實例7相比爲大幅度提高。因縱橫比在2 5以下，在 光資訊裝置之應用上爲相當簡易。另外，就閉入光而言， 與實例1 3相同而良好，故亦大幅度減少了波紋之發生。就 輸出特性而言，ρ侧導光層及η側導光層所包挾之波導路區 域之膜厚因係5〇0〇Α以上，與實例丨3相比閾値電流會上昇 ，元件與實例1 3相比也差。 [實例1 5 ] 除了 ρ側導光層之膜厚製成深度3000A微米，而突出部以 外之區域膜厚爲1000A，即蚀刻得之ρ側導光層之膜厚 1000A作爲深度之外，製成與實例1 3相同之雷射元件。所 獲得之雷射元件，與實例13相比，其F.F.P·在X方向之光束 寬度爲1 8 ° ，縱橫比1 · 4亦足夠實用。另外，在ρ侧導光層 之膜厚爲3500A下，而ρ側導光層之突出部高度爲25〇〇a時 -68- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） - --------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501 A7 ___ B7____ 五、發明說明（邱） (突出部以外區域之膜厚爲1〇〇〇A)，閾値電流上昇而元件壽 命有降低之傾向。而出射光之光束形狀爲大致相同之程度 。此由兩個導光層包挾活性層之膜厚之總和係超過5〇〇〇A ’·而有所影響。 [實例1 6 ] 降了 P側導光層之突出部之條帶寬度，即條帶狀之脊狀波 導路之寬度爲3微米之外，與實例1 3相同，製成雷射元件 。所獲得之雷射元件與實例i 3相比，水平橫模式之控制變 差’ F.F.P·之縱橫比約爲2，與實例1 3相比較差。另外，與 實例1 3相比單一橫模式之振盪安定性較差，發生扭曲不良 品之元件之比例有變高之傾向。因此，更佳之條帶寬度爲 在2微米±〇.5微米（1.5微米以上，2.5微米以下）之範圍内 ’元件之橫模式之控制性少有不平均，而雷射光之縱橫比 亦佳，故可獲得單一模式振盪之雷射元件。 [實例1 7 ] 本發明之實施方式以較實例1 3更長之波長，具體而言爲 480nm以上之長波長之雷射元件於下文中加以説明。在以c 面爲主面之由藍寶石製得之異種基材101上，與實例13相同 ，成長由GaN製得之200A之緩衝層2、由未摻雜之GaN製得 之4微米基礎層103，在其上成長膜厚4.5微米之由掺雜lx 1018/立方公分矽之GaN製得之η側接觸層1〇4、成長由掺雜 矽之In〇.3Ga().7N製得之中間層105。此時中間層可省略。 (η側輔層106) 然後，通入TMG、氨、ΤΜΑ(三甲基鋁），於1〇5〇χ：下成 -69- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ,—·---------0^--------訂---------線# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（67 ) 長膜厚25A之無摻雜Al^GaowN層，接著停止TMA，通入 ♦甲烷氣體，成長膜厚25A之摻雜1X1019/立方公分矽之η 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長爲總膜 厚〇 . 2微米〜1 · 5微米，較佳爲由〇 . 7微米之超結晶製得之η 側鞘層106。η側鞘層以含鋁之氮化物半導體層爲佳，較佳 係AlxGai-xNCiXxd )，更佳者則爲由GaN及AlGaN積層之超 、'口日日結構。就超結晶而言，雖然在任一層捧雜較多不純物 時，即實施所謂不規則摻雜時，則結晶性有變好之傾向， 兩側掺雜相同量亦佳。 (η側導光層1〇7) 接著，停止矽甲烷氣體，通入ΤΜΙ，於85〇°C〜95〇°C，較 佳爲880°C，成長膜厚10A之無掺雜Ino^Ga^N層，接著停止 TMI，成長膜厚i〇A之無摻雜GaN層。交互積層此等層而構 成超結晶層，成長爲總膜厚50A〜2500A，較佳爲 500A〜800A，更佳爲由750A之超結晶製得之η側導光層107。 (活性層108) 接著，通入ΤΜΙ，在750°C〜850°C，較佳爲820°C，成長膜 厚30A之由無摻雜之In〇.4Ga〇.6N製得之凹槽層，10A之由無 摻雜之In〇.3Ga〇.7N製得之間隙層，接著在850°C〜95〇°C，較 佳爲880°C下，成長60A之由無摻雜之InuGauN製得之障 壁層，以上述爲1對合計積層6對而得活性層1〇8。 (P側間隙層109) 接著，停止TMI、通入TMA，在850°C〜950°C，較佳爲880 C下，成長膜厚1〇Α以上’ 0.1微米以下，較佳爲1 〇〇 a之 -70- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 、-------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 A7
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I 訂 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ~ -~~*--__ 五、發明說明（69 ) 之、、且成則車义易獲得具良好歐姆接觸之電極材料。 以上各層和層後’與實例i 3相同，予以蝕刻，使η侧接 觸+層4之表面露出，進—步形成條帶狀脊狀波導路，及形成 η私極121 Ρ %極120、介電體多層膜j 64、電極端子122、 3獲得田射元件。所獲得之雷射元件，確認在閾値電流 密度2· OkA/平方公分、閾値電壓4〇ν下可以振盪波長 48〇nm連續振盪，顯示1〇〇〇小時以上之壽命。另外，該雷射 光IF.F.P.，光束形狀之水平方向方向）寬度爲約17。左 =，縱橫比大約爲15，爲大致良好之程度。即使爲長波長 雷射元件，在良好之雷射光下，因振盪起始電流亦降低而 佳，因而亦獲致良好之壽命特性。 [實例1 8 ] 除了 ρ側導光層之膜厚製成2000Α之外，將與實例1 7相同 之雷射元件結構之各層予以積層。接著與實例1 3相同，藉 姓刻以形成脊狀波導路，而獲得雷射元件。此時，在ρ側導 光層之已蚀刻區域（突出部以外之區域）以膜厚供丨5〇〇人作 爲深度，而在ρ側導光層突出部形成所配置之脊狀條帶。 所獲得之雷射元件，確認在閾値電流密度2.0kA/平方公 分、閾値電壓4.0 V下可以振盪波長470nm連續振盪，顯示 1000小時以上之壽命。另外，該雷射光之F F.P.，光束形狀 之水平方向（X方向）寬度爲約17°左右，縱橫比大約爲1.5 ，爲大致良好之程度。即使爲長波長雷射元件，在良好雷 射光下，因振盪起始値電流亦降低而佳，因而亦獲致良好 之壽命特性。 -72- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---.-----------------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 A7 B7 五、發明說明（7〇 ) [比較實例7 ] 除了 P側導光層及n側導光層之膜厚爲1〇〇〇A之外，製成 舁實例1 3相同之雷射元件。所獲得之雷射元件雖具有同程 度之振盪起始電流，F.F.P.之X方向寬度變狹窄而爲8。，其 縱橫比爲3.2左右。 以下根據本發明採用圖1 3至圖1 6以説明變化實例，圖中 同一編號表示與上述説明爲同一部份。 [變化實例1 ] (η側鞘層-活性層· p側第2鞘層） 交化實例係’在基材上如表1所示之依η側接觸層〜ρ側接 觸層順序積層，藉蝕刻以形成條帶狀之波導，進而露出η側 接觸層’在此等接觸層上形成ρ、η電極以獲得如圖1 3所示 之雷射元件。此時形成條帶狀波導時之蚀刻深度係在ρ側第 2鞘層膜厚爲0 · 1微米之位置（接近活性層之方向）以下，而 在活性層（未達活性層之深度）以上所製成之深度。 所獲得之雷射元件與具有ρ側導光層及ρ側第1鞘層之雷 射元件相比，驅動電流有大幅度提高之傾向，係在1〇〇毫安 培附近。 --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -73 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1235501
發明說明（71 ) 表1 組成及膜厚 η側接觸層104 摻雜矽（1 X 1018/立方公分）之GaN膜厚 4.5微米 破裂防止層105 摻雜矽之In〇 〇6Ga〇 94N膜厚0· 15微米 η側勒層106 未摻雜之Al〇.16Ga().84N 25A及摻雜矽（1 x 1〇19/立方公分）之GaN 25A，交互積 層，總膜厚1.2微米 活性層1 0 8 將摻雜矽之GaN障壁層（B)、未摻雜之 ln0.2Ga〇.8N 40A 之凹槽層（W)依（B)-(W)_(B)-(W)-(B)-(W)_(B)之順序 積層、最上層及最下層障壁層之膜厚 爲300A、其它爲15〇a，總膜厚爲 1020A Ρ側第2鞘層111 "~: -----—--- Al0.16Ga〇.84N 25A 及摻雜鎂（i x 1〇19/ 立 万公分）之GaN 25入，交互積層，總膜 厚〇·6微米 Ρ側接觸層112 掺雜鎂（1 X l〇2G/立方公分）之GaN -------------------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [變化實例2 ] (η側鞘層-活性層-p側第1鞘層_p側第2鞘層） 變化實例係，在基材上如表2所示之依_接觸層〜p侧接 觸層順序積層，藉蝕刻以形成條帶狀之波導，進而露 接觸層，在此等接觸層上形成ρ、η電極以赚 * 側 乂縵侍如圖1 4所示 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 -74 - 1235501 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（72 之雷射元件。此時形成條帶狀波導時之蝕刻深度係在p側第 2鞘層膜厚爲0 . 1微米之位置（接近活性層之方向）以下，而 在活性層（未達活性層之深度）以上所製成之深度。 所獲得之雷射元件與變化實例1相比，驅動電流有降低達 10〜20毫安培左右之傾向。 表2 ----- 組成及膜厚 η側接觸層104 ----— 摻雜矽（lxlO18/立方公分）之GaN膜 厚4.5微米 破裂防止層105 摻雜矽之In0_06Ga0.94N膜厚0.15撒夹 η側鞘層106 未掺雜之Al〇 wGao.uN 25A及掺雜石夕 (1X1019/立方公分）之GaN25A，交 互積層，總膜厚1.2微米 活性層108 將摻雜矽之GaN障壁層（B)、摻雜石夕 (5 X 1018/立方公）之 ln〇 2Ga〇 sN 4〇a 之凹槽層（W)依（B)-(W)_(B)-(W)_(B)-(W)-(B)之順序積層、最 上層及最下層障壁層之膜厚爲3 〇〇 A 、其它爲150A，總膜厚爲i〇2〇A Ρ側第1鞘層109 摻雜鎂（1 X 102G/立方公分）之 Al〇.3Ga〇.7N 膜厚 100A Ρ側第2鞘層111 _-_ A1〇_i6Ga〇_84N 25A 及摻雜鎂（！ X 1〇i9/ 互方公分）之GaN 25 A，交互積層， 1膜厚0.6微米_____ ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21() x挪公爱） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -75- !2355〇1
[變化實例3 ] .(讀J稍層·η側導光層·活性層-請導光層側第2稍層） 變化實例係，在基材上如表3所示之依11側接觸層〜？側接 觸層順序積層，藉蝕刻以形成條帶狀之波導，進而露出η側 接觸層，在此等接觸層上形成Ρ、η電極以獲得如圖工5所示 之雷射元件。此時形成條帶狀波導時之蝕刻深度係側第 革肖層膜尽舄0 . 1微米之位置（接近活性層之方向）以下，而 在活性層（未達活性層之深度）以上所製成之深度。在圖中 條帶狀脊狀波導路係以達到P側導光層丨丨〇之深度而形成。 所獲得之雷射元件與具有P側第1鞘層之雷射元件相比， 驅動電壓Vf有降低之傾向，而閾値電流呈上昇5〜6倍之傾 向，所獲得之雷射元件之大部份呈不顯示雷射振盪之傾向。 ' --------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -76- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1235501 A7 -—-----B7 五、發明說明（74 )
--_ 組成及膜厚 η側接觸層104 接雜矽（1 X 1〇18/立方公分）之GaN膜 曼微米 破裂防止層105 ------ 摻雜秒之111()(30〇3〇.941^膜厚0.15微米 η側鞘層106 未摻雜之AlG.16Ga〇.84N 25A及摻雜矽 (lxl〇19/立方公分）之GaN25A，交 互積層，總膜厚1 · 2微米 Ν側導光層107 未摻雜之GaN膜厚〇 . 2微米 活性層108 將摻雜矽之GaN障壁層（B)、摻雜矽 (5 X 1018/立方公）之 ln。2Ga。8n 40A 之凹槽層（W)依（3)-(^\〇-(6)-(W ) - ( B ) · ( W ) - ( B )之順序積層、總 膜厚爲420A Ρ側導光層1 1 0 掺雜鎂（5 X 1016/立方公分）之GaN膜 厚0.2微米 ρ側第2鞘層111 Al〇.i6Ga〇_8 5N 25A 及捧雜 1 X 1019/ 立 方公分鎂之GaN 25A，交互積層， 總膜厚〇 . 7微米 Ρ側接觸層112 摻雜1 X 102G/立方公分鎂之GaN (長波長之雷射元件） 本發明之雷射元件在450nm以上，具體而言在450以上 520nm以下，藍色〜綠色之長波長區域，供以構成以下各層 爲佳。但本發明並不受限於此波長區域。 -77- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（75 ) 在長波長區域中，以追加凹槽層、障壁層作爲活性層， 於其中間配置中間層可連帶提高振盪特性。 使用於短波長區域，具體而言爲45〇njn以下之波長區域， 之活性層中，由InGaN製得之凹槽層，以障壁能帶較該凹槽 層更大<障壁層包挾所成之量子阱結構，具體而言係採用 由InGaN製得之凹槽層及與該凹槽層之混晶比或組成相異之 由AlGalnN製得之障壁層。就此類結構而言係採用障壁層/ 凹槽層/障壁層之單一量子阱結構（SQW)、由凹槽層及障壁 層重覆積層之多重量子阱結構（MQW)。但是，爲了使此凹 槽層及障壁層之混晶比或組成不同，在各層成長時之適切 溫度即相異，而有成長困難之傾向。此時，係在凹槽層上 製成較其成長溫度更高之障壁層。在含有錮之凹槽層中， 於障壁層成長時之升溫過程發生銦之分解，而無法獲得銳 利之發光吸收峰。另外，使障壁層在與凹槽層大致相同之 /里度下成長時，在活性層形成後，接著形成其它層（勒層、 導光層）時’爲獲得良好之結晶而必要經升溫過程。此類成 長困難性伴隨振盪波長變長下呈顯著之傾向，因而在上述 長波長區域中配置中間層爲佳。 因此，在介於上述中間層可藉上述升溫解決問題。在此 中間層之配置下，可觀察到上述錮之部份分解，另外亦可 觀察到該中間層表面形態呈現凹凸之傾向。此等狀況可考 量對驅動電壓及閾値電壓之大幅度降度有所助益。此中間 層係配置在凹槽層及障壁層之間，其障壁能帶係較障壁層 大。此中間層之活性層爲MQW時，必須至少配置在1層凹 '-------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 78- Ι23550Ί A7
五、發明說明（76 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 槽層上，較佳爲配置在全部凹槽層上，則解決上述凹槽層 上障壁層整體之問題。 另外，就中間層之膜厚而言，其較障壁層之膜厚薄，較 佳爲在1個原子層以上looA以下範圍内，此膜厚在1〇〇人以 ^時，在中間層及障壁層之間形成微小能帶，因而呈現振 邊特性惡化之傾向。此時之障壁層係在1〇A以上4〇〇A以下 之範圍。另外’中間層之組成較佳係由A1uGai uN(〇 s u S 1) 氣知’而上述銦之部份分解，因中間層之表面狀態使驅動 私壓及閾値電壓顯示低下之傾向，更佳爲以AlvGai vN(〇 3 製得可大幅度降低上述各電壓。 [變化實例4 ] 在基材上如表4所示依n側接觸層〜p側接觸層順序積層， 形成雷射元件結構。接著，蝕刻條帶寬度丨8微米，及自p 側接觸層至p側第1鞘層之膜厚以達到5〇〇A之深度，而形成 條帶狀脊狀波導路，與其它實例相同，進而藉蝕刻以露出n 側接觸層’在各接觸層上形成ρ、η電極，以獲得露出晶元 之雷射元件。 所獲得之雷射元件，在波長45〇nm，確認在閾値電流密度 2 . Ok A/平方公分下於室溫可以連續振盪1〇〇〇小時以上。此 處’條帶狀波導形成時之蝕刻深度，與位置較p侧第2鞘層 之膜厚1 · 0微米更高之雷射元件相比，顯示優異之元件壽命 、橫模式之控制。另外，蝕刻深度較此更深時，與深度達 不到p側導光層之雷射元件相比，可獲得在橫模式之控制性 、F.F.P·下優異之縱橫比。 -79- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •—^----------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 發明說明（77 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
----- 組成及膜厚 η側接觸層104 ------------ 摻雜矽（1 X 1018/立方公分）之GaN膜厚 4 · 5微米 _^裂防止層105 η側勒層1 〇6 摻雜矽之In0.06Ga0.94N膜厚0·15微米 未掺雜之Al〇16Ga〇.84N 25Α及掺雜秒（1 X1019/立方公分）之GaN25A，交互積 層，總膜厚1.2微米 Ν側導光層1〇7 未摻雜之GaN膜厚750A 活性層108 將未慘雜之In〇.〇iGa〇.99N 100A障壁層 (B)、未掺雜之Al〇.3Ga〇.7N 1〇Α之中間 層（Μ)、未掺雜之In〇.3Ga〇.7N5〇A之凹 槽層（W)依（B)-(W)-(M)(B)_(W)-(M)·(B)-(W)_(M)-(B)之順序積層 、總膜厚爲580A Ρ側第1鞘層109 摻雜鎂（1 X 102G/立方公分）之GaN膜厚 100A Ρ側導光層110 摻雜鎂（5 X 1016/立方公分）之GaN膜 厚0.1微米 Ρ側第2鞘層111 未掺雜之Al〇.2Ga().8N 25 A及掺雜1 X 1〇19/立方公分鎂之GaN25A，交互積 層，總膜厚0.6微米 Ρ側接觸層112 摻雜1 X 102G/立方公分鎂之GaN 150A -80- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1235501 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（78 ) *1凹槽層（W)係在820°C成長、而在880°C成長中間層（M) 、障壁層（B)，另外圖108a係顯示中間層、1〇8b顯示凹槽層 、l〇8c顯示障壁層。 [變化實例5 ] 在基材上積層之元件結構除了如下表所列之外，與變化 實例4相同，製得雷射元件。 所獲彳于之雷射元件，振靈波長爲51 〇nm，之良好雷射元件 。與變化實例4相比，雖然以MQW至SQW作爲活性層之元 件特性呈稍微低下之傾向，經活性層中之中間層GaN，藉 由配置中間層而使效果降低。 表5
組成及膜厚 η側接觸層104 摻雜矽（1 X 1018/立方公分）之GaN膜 厚1 . 5微米 破裂防止層105 摻雜矽之Ino.o6Gao.94N膜厚0.15微米 η側鞘層106 未摻雜之Al〇.16Ga().84N 25A及摻雜矽 (1X1019/立方公分）之GaN25A，交 互積層，總膜厚1.2微米 Ν側導光層107 GaN膜厚 750A 活性層*2 108 將In。.28Ga。_72N150A之障壁層（B)、 GaN 10A之中間層（Μ)、摻雜矽（5X 1〇18/立方公分）之 In〇_5Ga().5N 5〇Α 之 凹槽層（W)依（B)-(W)-(M)_(B)之 順序積層、總膜厚爲360A -81 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---1-----------------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（79 )
〜----- P側第1鞘層109 •----— 摻雜鎂（1 X 102Q/立方公分）之GaN膜 厚 100A P側導光層110 摻雜鎂（5 X 1016/立方公分）之GaN膜 厚〇 · 1微米__ P側第2鞘層111 未摻雜之Al〇.2Ga().8N 25A及掺雜1 X 1〇19/立方公分鎂之GaN25A，交互 積層，總膜厚0.6微米 P側接觸層112 摻雜1 X 102G/立方公分鎂之GaN膜厚 150A *2凹槽層（W)係在820X：成長、而在88(TC成長中間層（M) 、障壁層（B )。 在商業上之應用 利用本發明可實現短波長雷射元件，供作爲DVD、CD等 之寫入、讀取光源，或光纖等通信用光源，在商業上之利 用價値極大。

Claims (1)

  1. =氮化物半導體雷射Μ，其係至少積層有活性層及 在’、上至少炙Ρ側導光層、ρ側鞘層、及ρ側接觸層自 孩Ρ側接觸層側至上述活性層上方係經蝕刻，而配囂有 條帶狀波導路區域之實效折射率型氮化物半導體雷射元 件，其中： 部’其條帶寬度係 依前述姓刻在Ρ側鞘層設置有突出 狹條區域1〜3微米範圍； 前述姓刻深度到達ρ側導光層。 2. -種氮化物半導體雷射元件，其係至少積層有活性層及 在其上至y之ρ側導光層、ρ側鞘層、及ρ側接觸層，自 及Ρ側接觸層債J至上述活性層i方係經姓㉝，而配置有 條帶狀波導路區域之實效折射率型氮化物半導體雷射元 件 依前述蝕刻在p側鞘層設置有突出部，其條帶寬度係 狹條區域1〜3微米範圍； 前述蚀刻深度到達p側導光層；且 藉則述蝕刻所露出之條帶之兩側面及在該側面連續之 氮化物半導體平面上，形成非矽氧化物之絕緣膜，且在 上述絕緣膜及p側接觸層上形成P側電極。 根據申請專利範圍第2項之氮化物半導體雷射元件，其 中則述絕緣膜係選自包含鈦、釩、锆、鈮、铪、钽所組 成之群之至少一種元素之氧化物、SiN、BN、siC、 A1N中之至少一種。 一種氮化物半導體雷射元件，其係至少積層有活性層及 在其上至少之p側導光層、p側鞘層、及p側接觸層，自 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1235501 A8 B8 C8 D8
    申請專利範圍 該P側接觸層側至上述活性層上方係經蝕刻，而配置有 條帶狀波導路區域之實效折射率型氮化物半導體雷射元 件，其中： 依前述姓刻在P側鞘層設置有突出部，其條帶寬度係 狹條區域1〜3微米範圍； 前述蝕刻深度到達p側導光層；且 前述P側導光層為INxGahXN (0^χ<1)，前述ρ側 鞘層包含 AlxGa^xNCOCxCi)。 如申請專利範圍第4項之氮化物半導體雷射元件，其中 前述活性層為IN GaN所構成的井層之量子井構造。 一種氮化物半導體雷射元件，其係至少積層有活性層及 在其上至少之ρ側導光層、ρ側鞘層、及p側接觸層，自 該P側接觸層側至上述活性層上方係經蝕刻，而配置有 條帶狀波導路區域之實效折射率型氮化物半導體雷射元 件，其中： 依前述姓刻在ρ側鞘層設置有突出部，其條帶寬度係 狹條區域1〜3微米範圍； 岫述蝕刻深度到達ρ側導光層，且蝕刻深度不超過〇 . 7 微米。 · 如申請專利範圍第1至6項中任一項之氮化物半導體雷射 元件，其中前述突出部中的9側導光層的膜厚為丨微:以 下。 、 如申請專利範圍第7項之氮化物半導體雷射元件，其中 月’]述哭出部中的P側導光層的膜厚在丨5 〇 〇人（埃）以上 4〇〇〇人（埃）以下之範圍内。 -2-本紙張尺度適用中國國家標準…^^) A4規格（210X297公釐） 1235501 圍範利 專請 中 8 8 8 8 A B c D 如申凊專利範圍第1至6項中任一項之氮化物半導體雷射 元件，其中前述活性層與P側導光層之間設置有P側第^ 鞘層（包覆層）。 1〇·如申請專利範圍第1至6項中任一項之氮化物半導體雷射 70件，其中前述p側導光層中前述突出部以外的區域中 的膜厚在5〇〇人（埃）〜1〇〇〇人（埃）之範圍内。 2申叫專利範圍第1 〇項之氮化物半導體雷射元件，其中 則述條帶寬度在1 · 5微米以上2 · 5微米以下之範圍内。 12· $申請專利範圍第1 0項之氮化物半導體雷射元件，其中 如述條T宽度在1 · 2微米以上2 · 〇微米以下之範圍内。 13·如申凊專利範圍第1至6項中任一項之氮化物半導體雷射 元件，其中前述p側導光層中突出部的高度在1〇〇人（埃) 以上。 14·如申凊專利範圍第1至6項中任一項之氮化物半導體雷射 兀件，其中活性層之兩側至少各積層n側、p側導光層， 且 則述p側導光層較n側導光層的膜厚為厚。 15·如申凊專利範圍第}至6項中任一項之氮化物半導體雷射 兀件，其中前述p側導光層中突出部之高度在1〇〇人（埃 以上。 16，如申請專利範圍第1 5項之氮化物半導體雷射元件，其中 前述突出部中的P側導光層的膜厚在1 5 00人（埃）以'上 5000人（埃）以下的範圍内。 17.如申請專利範圍16項之氮化物半導體雷射元件，其中由 8 8 8 8 ΛΒ c D 1235501 、申請專利範圍 > η測導光層及p側導光層夾者活性層的構造所構成的波導 路的膜厚的總和為5 〇 〇 〇 Α (埃）以下。 18.如申請專利範圍第1 7項之氮化物半導體雷射元件，其中 前述條帶寬度在1 · 5微米以上2.5微米以下之範圍内。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公釐）
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