TWI247466B - Nitride semiconductor laser device - Google Patents

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TWI247466B
TWI247466B TW093117362A TW93117362A TWI247466B TW I247466 B TWI247466 B TW I247466B TW 093117362 A TW093117362 A TW 093117362A TW 93117362 A TW93117362 A TW 93117362A TW I247466 B TWI247466 B TW I247466B
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TW
Taiwan
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light guiding
nitride semiconductor
strip
sheath
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TW093117362A
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Tokuya Kozaki
Masahiko Sano
Shuji Nakamura
Shinichi Nagahama
Original Assignee
Nichia Corp
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1247466 玖、發明說明： 【發明所屬之技街領域】 本發明係關於氮化物半導體雷射元件，特別係關於使用 於先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（ΚΙΝΚ)之高輸出下可連續振逢之雷射元件。 【先前技術】 、料來，隨著資訊絲會之發展，而需求記憶大量資訊 裝置’特別是期待以短波長之雷射光源作為DM等 大容量媒體之切、’或作為通訊用等光源。本發明人等在 本文中發表錢化物半㈣雷射元件於室溫中以單-模式 波長403.7毫微米達到連續振盧}萬小時以上。 、上^ $到連續振盧之氮化物半導體雷射元件之下一 課題係j 了其實用化及進_步擴大應用領域之重要課題， 兀件w輸出化，因而必須實現安定之連續振i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：須為可錄放之光輸出，且振盪橫模式必須為安定性。 具=而吕，供作記錄再生之光輸出，必須以5 mW&3〇 mW 振盛’在該振靈下之電流·光輸出特性必須為無扭曲。 /是，增加對雷射元件之注人電流，以增加光輸出時， 元件之電流-光輸出特性中，在振盪開始後之線性區域中一 般而奋因橫模式會持續不安定化而會出現扭曲。為了使雷 射—件κ用化，在自雷射元件開始振盧後至3 〇之光輸 出區域中，必須製得無扭曲之安定之基本單一橫模式，且 必須可長時間振盪。 94040.doc 1247466 【發明内容】 鑒於上述問題點，本發明之第丨目的，係提供自光輸出較 低區域至較高區域之範圍内，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？側接觸 層，自該P側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、其特徵為藉如下予以達成： 依岫述蝕刻所配置之條帶紋寬度係介於狹條區域丨〜3微 米範圍、 月’J述蝕刻深度為在活性層以上，前述1)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 黾及-光輸出特性之扭曲不會發生，之半導體雷射元件。 較佳為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p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丨.2〜2微米為佳。此氮化物半導體 94040.doc 1247466 雷射兀件在諸如超過5毫瓦之高光輸出區域中，形成橫模式 《安疋折射率波導輯，而使基本（單―）模式之m為良好 而可在廣la固之光輸出中不發生扭曲之振盧。 ^非矽氧化物之絕緣膜具體而言係選自包含鈦、釩、 m备族中至少一種元素之氧化物，或則、_ N中之土少一種，以確保在高區域中元件之信賴 性。 ’、 、等田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。此万法係具備在包含第心型氮化物半導體之卩側稍層 上，積層包含第2之P型氮化物半導體之p侧接觸層後，在該 _接觸層之表面上形成條帶狀之第1保護膜之第1製程，及 將第1保遵膜間之該未形成第丨保護膜部份之氮化物半導 體予以㈣，而在保護膜正下部份形成條帶狀波導路區域 t第2製程，及在第2製程之後，在條帶波導之侧面及經蝕 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保護膜以形成如第丨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 94040.doc 1247466 ^狀波導路結構巾，制_深度、條帶高度，因改變 只效折射率’此類結構之改變造成對元件特性之大影座 。故本發明之第2目的係雷射光束形狀，即F.F.P.(遠視野像曰) :縱橫比之改善。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 孩補正光學系統之規模變大，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 現波紋雷射元件《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-P侧導光層、p侧鞘層、及p侧接觸層，自該p側接觸 層至上述活性層上方予以触刻’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p侧導光層具有狹窄條帶狀突出部，且在該突 出部上具有P型氮化物半導體層，該p側導光層突出部之膜 厚為1微米以下予以達成。 故，因膜厚1微米以下之p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p側導 光層之突出邵’及該突出部上之P型氮化物半導體層，藉由 蚀刻P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P側導光層，故可獲直束狀雷射光。 94040.doc 1247466 較佳，前述突出部中之p側導光層膜厚，介於15〇〇入(埃） 以上至4_人以下之範圍為佳。可同時實現良好之直束狀 雷射光，及艮好之輸出特性。具體而言，直束狀 在水平方向（X方向）FmiG°以上之寬廣，外部光學系統 縱橫比亦收歛於易於補正之可能範園内，因易於應用於光 資訊機器，而具大效果。 又利用在前述?側導光層之前述突出部以外區域中膜厚 介於谓A(埃）以上至觸人以下之範圍，形成良好條帶狀 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·水平方向為在Π。〜20。之範圍，可 獲得縱橫比為2.0附近，更進一步為15附近之雷射元件。 另外，前述突出部之條帶寬度，利用其在！微米以上至3 微米以下之範圍，可獲得單—橫模式㈣之良好雷射元件。 又在前述P側導光層中，利用其突出部高度為⑽入以上 ，可獲得具有良好直束狀之雷射元件，較佳，在·入以上 時，即使其輸出為高輸出，亦為單一模式振盈。因此，可 无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側導光層利用InxGaixN(〇Sx<i)，可製得更 佳之光波導’而形成元件特性良好之雷射元件。 波ΐ:導m第3目的，自另—觀點而言乃著眼於構成 ，導切，_用P料光層與η料光層之膜厚差異 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 曰η侧、ρ側導光層、η侧、ρ侧鞘層、及續、Ρ側接觸層，、 94040.doc 1247466 自忒P側接觸層至上述活性層上方予以蝕刻，而於條帶狀波 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11側導光層膜厚為厚而達成氮化物半 導體雷射元件。 藉本發明，不致使閾值電流上昇，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p侧導光層位置之場合，與傳統相比較 因可增加钱刻精度而佳。 前述p侧導光層具有條帶狀突出部，且在該突出部上具有 P型氮化物半導體層，該P側導光層突出部之膜厚為丨微米以 下時為佳。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，因為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FFP. 光之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 度以上之閾值電流抑制於低值及在長壽命下振靈之下，仍 可維持傳統振盪相關之諸項特性。 削述P側導光層之突出邵，及在該突出部上之p型氮化物 半導體層，利用自p型氮化物半導體層側之蝕刻以形成條帶 狀脊狀波導路為佳。因為在P側導光層上形成之脊狀波導路 ，可實現在低值之良好閾值電流、長壽命、單一模式下之 安定振盈’且因橫模式閉鎖良好，可獲得縱橫比良好之雷 射光。 前述p側導光層之膜厚為2500 A(埃）以上時為佳。雷射光 94040.doc -11- 1247466 於導波時更佳效果之實效折射率發揮則強化水平橫模式 之閉鎖放果’可獲得安定而良好縱橫比之雷射光。 前述p侧導光層之非突出部區域之膜厚，較佳為5〇〇入以 上至1000 A以下。而可實現製造出安定之雷射元件，且元 件之品質不均現象稀少，製造合格率提高。 月5迟突出碩之條帶寬度，較佳為〗微米以上至3微米以下 可拴制氣好之橫模式，特別是可在單一模式下振盪，即 使在高輸出下可抑制扭曲等之發生。 另外在本發明中別述P側導光層，利用inxGai χΝ(〇 ‘ x<l) ’因可形成良好之光波導而為佳。 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為第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1鞘層及閉入光波之第2鞘層層、而在第1 鞘層及第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i鞘層 、及P侧導光層、及p側第2鞘層、及p侧接觸層之一積層， 自該P側接觸層侧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， 其特徵為前述P侧導光層具有狹窄條帶狀突出部，同時在 該突出邵上具有P型氮化物半導體層，該p側導光層之突出 部之膜厚為1微米以下。 前述P側第1鞘層係載子閉入層，係由AlyGawN (〇<y<〇 〇 製成，而前述p側第2鞘層係光閉入層，係由A〗n 94040.doc • 12 - 1247466 龜 (0<ζ<0·5 ; y>z)製成，特別是前述p侧第1鞘層由AlxGa^N t (0<y<0.3 5)製成為佳。另外，較佳為前述p侧第1鞠層至少由 兩層製成，第1層係在氮氣環境下由AlxGa1-xN製成，第2層 係在氫氣環境下由AlxGa^xN製成。 【實施方式】 第1實施形態 在本發明中為形成條狀波導路區域之颠刻，如圖1之剖面 圖所示形成波導之蝕刻，以下詳細說明P側鞘層、p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 P側鞘層、P侧接觸層，且係自P侧接觸層側蝕刻而形成條狀 波導路區域。 在本發明中之活性層及P侧鞘層之間，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示，配 置有波導層、及/或間隔層等（與鞘層分別配置時，間隔層為 用於閉入載子之第1鞘層，上述鞘層之意為用於閉入光之第 2鞠層）。在活性層上直接形成p侧鞘層時，在p側鞘層與活 性層界面之間p側鞘層之膜厚為〇1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，若在膜厚為〇1微米之？側鞘層 置之下且在發光層之上，貫施P側鞘層與活性層間之姓刻 為佳。此時，觀察圖10，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 區域為佳，在如圖之元件結構中，形成深度不致到達口側間 94040.doc -13- 1247466 隔層之波導路區域。另外，就活性層而言，單一或多重量 子陈結構所製仔之活性層亦佳，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陈結構 之阱層以採用InGaN為佳。 (P侧鞘層） 在本發明中p側鞘層，雖然為閉入光而配置成足夠折射率 差為佳，但較佳係採用含A1之氮化物半導體層。另外，此 層為單一或多層膜均佳，如具體實例所示，為A1GaN及GaN 父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，在振盪波長為長波長之430〜550 nm之雷 射元件中，此鞘層為摻雜p型不純物之GaN為佳。 (P侧接觸層） 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，條帶之寬度調整於丨〜3微米之範 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 I向。較佳為在i _2〜2微米之範圍内調整，則在高光輸出 區域會進—步增加橫模式之安定性。 :下針對本發明中之波導路區域予以詳細說明。條帶狀 波導形成時，蚀刻深度係在活性層之上，而在前述p側鞠層 =活性層側起膜厚〇.m米位置處之下。詳細而言，利用蝕 相开/成波導路區域，該條帶兩側面及連續氮化物半導體 94040.doc -14- 1247466 平面位置即為蝕刻深度。此利用蝕刻所露出之氮化物半導 體平面，其膜厚方向為在膜厚01微米之p側鞘層位置以下（ 活性層方向），而在活性層（p側接觸層方向）以上之位置。即 此蝕刻係較自P側鞘層之下側界面起朝p側接觸層方向達 0 · 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O.i微米膜 厚之p侧鞘層以下係包含01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 域下更為顯著，因而可形成長時間振盪。另外，自卩側鞘層 膜厚方向（p側接觸層方向…·丨微米至活性層側，藉形成經蝕 刻之上述條帶，在寬廣之光輸出範圍内，具體而言在數十 毫瓦之範圍内，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、蝕刻深度 之本發明之雷射元件，在雷射開始振靈至光輸出達較大區 域時，可在不發生扭曲下振盪安定之單一基本橫模式，係 在輸出為5¾瓦下元件壽命可超過一萬小時之實用程度，且 在輸出為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 蝕刻而露出之部份，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 表不知f狀波導路區域形成時之餘刻深度。 94040.doc •15- 1247466 另外，表示蝕刻深度之上述膜厚0.丨微米之p侧鞘層之位 置，係自P侧鞘層下端界面朝_接觸層方向達〇1微米之位 置，係自P侧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側鞘層膜厚〇1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_銷層中， 活性層與_鞘層之間層’並不特加設限，兩層相接為佳， 如後述〈實例所示，配置有卩侧間隔層（閉入載子用之第樓 層）、P侧導光層等之隔離結構亦佳。 此處，活性層係量子陈結構為佳，此時為單一量子陈或 多重量讀均佳’在此活性層以上之位置，形成量子胖結 構且至少不深達最後在所形成之障壁層m層間持續所形 成層間。 本發明中《氮化物半導體發光元件之共振器長較佳若在 400〜900微米之範園内在控制前後鏡面之反射率下，可降低 驅動電流。 & ^本發明之氮化物半導體雷射元件係在藉前述蝕刻 、4蝰氧化物〈絕緣膜以露出條帶之兩侧面及其側面處形成 最上 < 氮化物半導體平面，在介於該絕緣膜間於前述條帶 並之邊則述P侧接觸層表面形成電極之高信賴性物件 :中1^係採用Slc>2絕緣膜，而為確保足夠絕緣性之狀 心主難於達成之俩 ，备。 、向。因此所獲之元件，因閾值上昇之故 緣滕B每70件〈^賴性。但是’採用非上述石夕氧化物之絕
者、、可解決此類問題，且對上述之橫模式之安定性亦 有艮好影塑夕柄A ."，、向。就非矽氧化物而言，具體而言係選自 94040.doc -16- 1247466 包含鈦、釩、锆、鈮、銓、鈕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 良好元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，可製得在上述範圍内精度良好之條帶狀波導 。此時’絕緣膜之厚度若為500〜5000 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，且製造上可得高合格率。以下詳細說明其製造方法。 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 形狀為佳，而與此相反則寬度變窄呈反式台地形狀，或寬 度呈大致一固定之形狀亦佳。較佳為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 成-對正、負電極時，4 了將形成負電極之η側接觸層露出 ，而實施達孩深度之蝕刻，然後進行形成條帶狀波導路區 域之蚀刻。 (條帶狀波導路區域之形成方法） 圖3係供說明本發明之電極形成方法製程，其係顯示氮化 物半導體晶圓之模式剖面圖，乃是表示在對應於藉蚀刻所 >成之I γ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 層為P側接觸層13之上形成條帶狀之第丨保護膜Η。 94040.doc -17- 1247466 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3 Sl〇2)、光阻等，較佳為然後配置成與所形成之第2保 護膜呈落解度差，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為佳。第i保護膜之條帶寬度 (W)調整為3微米〜1微米。第i保護膜61之條帶寬度約相當於 波導路區域之條帶寬度。 圖3A、B係·表示供形成前述第}保護膜61之具體製程。即 如圖3A所示，第1保護膜61形成於p側接觸層13之整體表面 ’接著在該第1保護膜61之上形成第3保護膜63。然後，如 圖3B所示，在塗佈該第3保護膜63，而蝕刻第i保護膜61之 後，若去除第3保護膜63，可形成如圖3C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下改變蝕刻氣體 或蝕刻方法等，以自p側接觸層13進行蝕刻。 又如圖3C所示，形成第1保護膜61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 之第1保護膜，然後藉溶解除去光阻層，僅殘留與？側接觸 層接觸之第1保護膜。另外以削去法形成條帶狀第1保護膜 時’如前述圖3A、3B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61 中，自P側接觸層13之未形成該第1保護膜61部份蚀刻，在 第1保護膜61正下部份，對應於保護膜之形狀形成條帶狀之 94040.doc -18- 1247466 、導各區或進行勉刻時，姓刻終止部在何位置則雷射元‘ 件之結構、特性會不同。 就韻刻方法而言’例如採用如RIE(反應性離子蚀刻）之乾 蝕J時蝕刻在第1製程所常用之矽氧化物製之第i保護膜 時、’較佳為採用如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〜ν族化合物半導體 ’故較佳為加大與所採用之ci2、cci4、sicl4氯元素類氣體 、及矽氧化物之選擇比。 接著在第3製程，如圖3E所示，係與第丨保護膜61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（在圖犯為？侧鞘 層I2)之平面。為使第1保護膜61與形成第2保護膜62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丨保護膜61除去，接著如圖 所示可在P側鞘層12之表面（藉姓刻所露出之氮化物半 導體之平面）及條帶之側面形成第2保護膜Μ。藉連續形成 第2保護膜，可保持高度之絕緣性。另外，自第丨保護膜61 之上形成連續之第2保護膜62，因為在p側鞘層12上形成均 勻之膜厚，而不易發生膜厚不勻，故不致發生因膜厚不均 而造成電流集中。另外，因在第2製程中將蝕刻終止部形成 於P侧鞘層12中，雖然在圖3E之第2保護膜62形成於p側鞘層 之平面，蝕刻終止部形成於p側鞘層12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Si〇2材料，較佳係選自包含鈥 94040.doc -19- 1247466 、釩、锆、鈮、铪、鈕族群中至少一種元素之氧化物，_ 、BN、SiC、A1N中之至少—種所製得者為佳，其中採用錐 、給氧化物、BN、SiC為特佳。此等材料對應於氟酸雖狹 具些許溶解性’但就作為雷射元件之絕緣層言與供作喪埋
層之Si〇2相比，其信賴性有變高之傾向。另外，在如 、CVD之氣相中成膜之氧化物類薄膜，因該元素與氧元素 :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，在本發明巾前述由所選定 元素之藉PVD、CVD製得之氧化物、BN、Sic、Am與碎氧 化物相比，其絕緣信賴性呈優異之傾向。另外，選定氧化 物之折射率比氮化料導體小之材料（例如非加），極適合 於供作雷射元件之欲埋層。又时氧化物作保護膜Η 」因對應_氧化物而了 ’利用其對氟酸具有選擇性，如 圖3E所不，在條帶波導之側面，該條帶所形成之平面（敍刻 、、止層）’及第1保護膜6丨之表面上連續形成，藉削去法，
僅將第1保護膜61除去，如圖3F所示，對平面而言可形成膜 厚均一之第2保護膜62。 /妾著在本發明之第4製程中，如圖3F所示，係除去第！保 ^膜61。然後接著如圖3G所示，在第2保護膜“與^側接觸 層13之上，形成與該P側接觸層呈連續電氣接續之P電極。 在本發日种’首先為了先行形成第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 可形成大面積。另外，選定兼具歐姆接觸之電極材料 同步形成兼具歐姆及接合用電極之電極。 94040.doc -20- 1247466 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為重要，故採 用Si〇2作為第1保護膜。然而在蝕刻終止層平面上亦形成 Si〇2以作為第2保護膜，其絕緣性不足，且因與第i保護膜 具相同材料，單獨除去第i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，以獲取第丨保護膜之選 擇性，且第2保護膜形成後因不再蝕刻氮化物半導體，第2 保護膜中並無與氮化物半導體之蝕刻速度相關之問題。 弟2實施形態 以下於圖17中顯示本發明之實例，於以下文中以此具體 實例詳細說明本發明。本發明之氮化物半導體雷射元件具 體而言，係在基材上積層η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 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Ρ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11侧導光層、活性層，及ρ型氮 化物半導體所製得之Ρ側導光層之積層結構，ρ側導光層具 有條帶狀突出部係具條帶狀之波導路區域。另外在該突出 邵上係由Ρ型氮化物半導體層所形成之雷射元件。本發明之 雷射元件，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。 94040.doc -21- 1247466 (蝕刻深度） 本發明之雷射元件具體而言，係n型氮化物半導體所製得 之η侧導光層、活性層，及ρ型氮化物半導體所製得之ρ侧導 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？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側導二 層之突出部高度，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為提高。另外，蝕刻 深度以不達到活性層之深度為要，在本發明中僅蝕刻至^侧 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為順式台地型或反式台地型之形 狀，若為順式台地形狀，預期具有可實現良好橫模式控制 之傾向。 (蝕刻方法） 上述之ρ側導光層或脊狀波導路之形成等，在蝕刻氮化物 半導體時，有澄蝕刻、乾蝕刻等方法，諸如乾蝕刻方面有 反應性離子蝕刻（RIE)、反應性離子束蝕刻（RIBE)、電子迴 旋加速器（CYCLOTRON)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） 將活性層包挾於η侧導光層及p侧導光層之間的結構即形 成波導。本發明之雷射元件藉在p侧導光層上配置條帶狀突 出部而成具有條帶狀波導路區域之物件。 94040.doc -22- 1247466 在本發明中，P侧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雷射元件。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{)型氮化物半導體側蝕刻 而成，而在p侧導光層之膜内形成蝕刻終止部。在本發明中 ，此P側導光層具有條帶狀突出部，且該膜厚（突出部）為1 微米以下。此處，膜厚即相當於？側導光層成長時之膜厚， 在P侧導光層形成後藉上述蝕刻以形成突出部時，因除去了 =邵份預選定p側導光層之膜厚，突出部之膜厚即成為p侧 導光層膜厚。此時，P侧導光層之膜厚超過丨微米而大幅度 提高了閾值’造成雷射振I極困#，而造成振盧及元件壽 命極短<雷射元件。較佳導光層之膜厚，即突出部之 膜厚在1500 A以上至4_ A以下之範圍。即較15〇〇 A薄時 則雷射光IF.F.P.不夠良好，或膜厚超過4〇〇〇人時，則振盪 起始電流有上昇之傾向。具體而言，較15〇〇 A薄時則水平 橫模式之控制不足，該F.F.Pjx方向形成1〇。以下之光束形 狀〜果，縱橫比成為大於2·0以上，在3·〇附近或超過。 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。此與敍刻深度關聯者，為精度，例如在 曰曰圓内之元件之間常發生不平均現象而必須避免之。具體 =夺，木度超過0.7微米之蝕刻，形成上述條帶狀突出部（ 脊狀）時1急速發生上述問題之傾肖，因此較佳為實施淺 層蚀刻。即在本發明中’較佳為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 94040.doc -23- 1247466 :突出部以外區域，p側導光層之平面，即自藉蝕刻露出之 二出邵侧面之連續平面開始，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 :面至突出部之上面之高度，另外，P型氮化物半導體層之 取上面係餘刻開始位置。 (突出部之高度） 另外，在本發明之上述P侧導光層中，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 效益。即輸出增加則實現單一模式之安定性振盪，且因振 盪起始電流良好而大幅度抑制了元件之劣化，而具有在長 竒咋下實現連績振I之效益。 除以上之外，在利用蚀刻形成之時，藉姓刻露出所形成 之表面’即在P側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。此藉蝕刻，以形成上述條帶狀突 出邵之時，藉此蝕刻以露出之P侧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侧導光層之上面，在晶圓 内於該深度下（於突出部以外區域之P侧導光層之膜厚）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500 A以上 ’較佳在500 A以上至1500 A以下範圍蚀刻所剩深度，則形 成上述之P側導光層之突出部。此膜厚500 A以上所剩之深 94040.doc •24· 1247466 度，及較P侧導光層更深之蝕刻，幾乎無所殘留，而形成精 -度良好之突出部。另外，在1500 A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。更 佳，在500 A以上至1000 A以下可獲得在閾值下振盪、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為佳， 單一膜或多層膜亦佳。例如，在370〜470 nm處採用掺雜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側導光層及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為6000 Α以下，更佳為在4500 Α以下 。然而因上述波導之膜厚之總和，超過6000 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為極困難 ，在4500 A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η側導光層並不加以限制，具體而言大 約與Ρ側導光層膜厚大致相同，以形成η側導光層，係以兩 導光層包挾活性層所製得之結構。另外，η側導光層較佳係 以GaN、InGaN成長之，具體而言，係在未摻雜之GaN、活 性層附近交互積層較傳統In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ρ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 94040.doc -25- 1247466 係p侧鞘層、p側接觸層等之積層。因此，在本發明中，在p 侧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。 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AlxGahN^SxS 1)所製得之p側間隙層。此時，所形成 之條帶狀脊狀波導路，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 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P側導光層中形成脊狀波導路，可實 現安定且精度良好之光束形狀之控制（良好iFFP)。此時 ,若不足1微米時，在製造上，條帶狀脊狀結構或上述突出 邵 < 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$x$ 1，0巧各 i，〇gx+yg ”表示之 ，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，如上述之雷射光橫模式 、光束形狀之控制達最佳之傾向。 此處，F.RP.之水平方向（χ方向），如圖⑴斤示係以與接合 94040.doc -26- 1247466 面（或pn接合面）平行之方向（圖中之箭頭（d)方向）表示之，在 該方向之橫模式記為水平橫模式。 圖11係說明’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。一般 而言’在出射面之點形狀⑷在與接合面平行之方向延伸， 而在RRP.之X方向（d)為10。以下且變狹窄，比亦變差。但 疋在本發月中’如圖所π，點形狀之縱軸方向雖，然與傳統 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Χ方向較傳統者為寬，具體而言呈12。〜20。為佳， 且縱橫比亦紅0前後為佳1此，輸崎性、元件信賴性 不致心化’改善光學特性後，如上述般，係藉配置有條帶 狀突出部之Ρ侧導光層，將具有良好實 波導路區域形成於雷衫件上。另外如上述，與傳 比，藉增加Ρ侧導光層之膜厚，或增加於其上加如側導光 層膜k兩波導層之總膜厚，雖然在圖上與接合面垂直方 向(y万向)之光束會延伸，藉控制減少繞射效應，此亦對於 本！明之雷射元件之光學特性，特別是縱橫比之改善有所 助应。、即不僅如上述控制水平橫模式，與傳統者相比，在 FUm向光 < 延伸受到抑制’而可獲得將傳統在垂直 万:為扁平之遠視野像（Faf.㈣.ρ_叫變 <雷射光。 罘3實施形態 以下採用具體例說明本發 k企、* 货<貫她万式。本發明之氮化 物半導體雷射元件具體而古， ^係在基材上具有由η型氮化物 94040.doc -27- 1247466 半導體製得之η侧導光層、及活性層、由p型氮化物半導體 製得之p側導光層之積層結構，且如圖17所示，與第2實例 相較，除了 p側導光層之膜厚比η側導光層之膜厚更厚之外 其餘相同。 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侧導光層與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、纹之產生。 (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 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之11侧導光層、活性層，及？型 氮化物半導體所製得之ρ側導光層之積層結構，^^則導光層 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ρ型氮化物半導體層之 雷射凡件。具體而言係具有此類條帶狀波導路區域之折射 率波導型雷射元件。 (I虫刻深度） 本發明足雷射元件具體而言，係η型氮化物半導體所製得 之11侧導光層、活性層，及Ρ型氮化物半導ft所製得之ρ側導 94040.doc -28- 1247466 光層’及另外在其上之？型氮化物半導體層積層之後，利用 自p型氮化物半導體層㈣刻’以除去p型氮化物半導體層 、一邵份_導光層’而形成條帶狀結構。此時，p側導光 層之突出部高度，因係由#刻深度所決^，如同後文所述 ，比較於傳統之㈣深度之控制性更為提高。另外，㈣ 深度以不it料㈣之深度為要，在本發明巾僅 導光層之位置。 p 在本發明中，上述p側導光層之突出部，或條帶狀之脊狀 波導路之形狀賴不限定為順式台地型或反式台地型之形 狀，若為順式台地形狀，_具有可實現良好橫模式控制 之傾向。 (蝕刻方法） 上通之p侧導光層或脊狀波導路之形成等，在触刻氮化物 半導體時，有㈣刻、乾_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（rib幻、電子迴 ^加速器㈣（ECR)、料束姓刻等裝置，ϋ選定任一種適 當地餘刻氣體即可蝕刻氮化物半導體。 (導光層） 、將活性層包挾於η侧導光層及ρ側導光層之間的結構即形 成波導。本發明之雷射元件藉在1)側導光層上配置條帶狀突 出部而成具有條帶狀波導路區域之物件。 (Ρ側導光層） 在本發明中，包挾活性層側導光層、ρ側導光層之膜 厚相異，Ρ側導光層之膜厚為較厚。另外可預期者，因{)侧 94040.doc -29- 1247466 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型氣化物半導體，以構成具有條帶狀波導路區域之雷射 兀件。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 體側#刻而成’而在P側導光層之膜内形成蝕刻終止部。此 處，p側導光層纟膜厚膜厚即相當於？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，突出部之膜厚即成為 ?側導光層膜厚。此時，p側導光層之膜厚超過i微米而大幅 度提高了閾值，造成雷射振餘困難，而造成振i及元件 壽命極短之雷射元件’因此要求P側導光層之膜厚為i微米 以下。另外，較佳導光層之膜厚，即突出部之膜厚在 1500 A以上至5000 A以下之範圍。因為較15〇〇人薄時則雷 射光<F.RP•不夠良好，或膜厚超過5000 A時，則振盪起始 電流有上昇之傾向。具體而言，較1500 A薄時則水平橫模 式《控制不足，該F.F.Pjx方向形成1〇。以上之光束形狀， 結果，縱橫比成為大於2·〇以上。此時，特別是在本發明中 Ρ側導光層之膜厚在2500 Α以上時，與包挾活性層之波導 層之膜厚相同者比較時，確定可抑制使閾值電流上昇減低 <傾向，如本發明之P侧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，為精度， 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 94040.doc -30- 1247466 :,而σ /衣度超過0.7微米之㈣，形成上述條帶狀突 、二脊狀)時，呈急速發生上述問題之傾向，因此較佳為實 二：蝕刻。即在本發明中，較佳為調整脊狀之高度而在 =靶圍内形成雷射元件。此處，突出部之高度具體而言 '、在上述突出部以外區域之_導光層之平面，即自藉姑 刻露出之突出部側面之連續平面，至_，脊狀之高度 «成於該突出部上之㈣氮化物半導體層為止，指向該膜
厚万向度’而_氮化物半導體層之最上面係㈣開始 位置。 ， (突出邵之高度） 另=，在本發明之上述p侧導光層中，可預期突出部之高 度變高，咖|起料时降低之傾向。即連帶㈣變深 、’而增加了輸出之钱性，而對雷射元件之應用提供諸多 ，益。即輸出增加則實現單—模式之线性振盡，且因振 盔起始電流良好而大幅度抑制了元件之劣化，而具有在長 筹命下實現連續振i之效益。在前述P側導光層中，因突出 部之高度為1GG A以上，而可獲得具良好光束形狀之雷射元 件可預期者，在500 A以上時就輸出而言，亦可在高輸出 下進行早一模式振盪。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，在藉蝕刻以形成之場合，經由蝕刻所露出 之表面 < 平坦性亦予以考慮為佳。此藉蝕刻以形成上述條 帶狀突出部之時，該藉蝕刻所露出之P侧導光層之表面之位 置，係在膜厚方向，為在元件之間會產生某種程度不均勻 94040.doc -31 - 1247466 之區域，因此必須考慮此不均勻現象。具體而言，p側導光 層之膜厚500人以上，較佳為500至1〇〇〇人以下範圍所剩之深 度予以蝕刻，而形成上述p側導光層之突出部。此膜厚5〇〇 A 以上之殘留深度，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。 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為佳， 單一膜或多層膜亦佳。例如，在37〇〜48〇 nm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側導光層及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，較佳為5〇〇〇 Α以下，更佳為在4500 Α以 下。然而因上述波導之膜厚之總和，超過5000 A時會使閾 值上昇，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為極困難，在4500 A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 n側導光層較P側導光層膜厚為薄之外 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。另外，η侧導光層較佳係以GaN、InGaN成長之，具體 而言’係在未摻雜之GaN、活性層附近交互積層較傳統In 之混晶比小之InGaN、及GaN等多層膜。此處，InGaN係指 94040.doc -32- 1247466
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侧導光層 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侧接觸層等之積層。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。 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AlxGa^xNOSxS 1)所製得之p侧間隙層。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 元件哥命低下之傾向，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 出邵之條帶寬度，在1微米至3微米以下之區域範圍且可控 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p側導光層中形成脊狀波導路，可 實現妥足且精度良好之光束形狀之控制（良好之F F p )。此 時，若不足1微米時，在製造上，條帶狀脊狀結構或上述突 出邵 < 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(〇S x^l，〇$y^l，〇$ 1)表示之 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 94040.doc • 33 - 1247466 製得之在基材上積層之雷射元件，如上述之雷射光橫模式 、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），係以與接合面（或叩接 合面）平行之方向表示之，係圖20中遠視野像（FFPXA)之％ 方向（d) ’在該方向之橫模式記為水平橫模式。 在本實例中，在包挾活性層之導光層内，p侧導光層之膜 厚比η侧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式 不同之方法，可獲得預期光束形狀之雷射光。 較佳為ρ侧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。具體而言 ，如圖20所示，具有條帶狀突出部之Ρ侧導光層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，FFp·之水平方向&方 向）變狹窄，雖然縱橫比為3以上，在本發明中為了良好控 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Ιη，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In ’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，ρ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 94040.doc -34- 1247466 失利用使導光層之膜厚變厚，而形成填補閾值電流上昇 之田射元件。以此為主，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，其結果為，認定可能在閾值電流與傳統相比為相同值 或以下值之振盈。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值電流上昇之傾 向，在本發明中藉減少上述光繞射之損失，在閾值電流與 傳統為相同程度之狀態，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（3)於與接合面平行 之方向變寬，在F.F.P.之X方向（句為1〇。以下之窄縱橫比亦 變差。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方向較傳統者為寬，具體而言為12。〜2〇。，因 良好而使縱橫比為良好之2.0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p側導光層，將具有良好實效折射率之條 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p側導光層之膜厚或11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（=方 向之光束變寬，藉減少繞射效果之控制，此亦對本發明Z 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，亦可抑制FFP.之y 94040.doc -35- 1247466 方方向光《寬度’而可獲得比在傳統之垂直方向呈扁平遠 視野像（A)更接近實圓之雷射光。因此，_導光層之膜厚 較η侧導光層厚時，則不僅酿在X方向、且在y方向之光 束开/狀之改吾有所助益，此對達成本發明之效果具重要性。 第4實施形態 在本實例中，P侧間隙層即用以閉入光之第1鞘層成長於 活性層上。P型第1鞘層係由摻雜鎂之 得’較佳為d在G.1以上及〇.5以下，更佳為設定在⑶以下 範圍。在本發明中第丨鞘層雖然係適用上述範圍之混晶比， 其洋細如後述。 另外，p型第1鞘層整體之膜厚係1〇埃以上1000埃以下， 較佳為設定在20埃以上4〇〇埃以下。p型第以奇層整體膜厚設 定在此一範圍之理由如下。 即以AlGaN層作為p型第！鞘層之場合，可發揮閉入載子 機能之效果，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 元件之阻抗值上昇，因而設定在1〇〇〇埃以下，較佳為4〇〇埃 以下。 另外，此p型第1鞘層之原本機能係上述之閉入載子機能 ，為發揮該機能之效果，該膜厚設定在1 〇埃以上，較佳為 20埃以上。 所以，膜厚在上述範圍下，在活性層6内具有閉入載子之 效果，且整體阻抗值可抑制在低值。 又p型第1鞘層之鎂掺雜量在1X1019/立方公分〜1χ 1〇21/ 94040.doc -36- 1247466 立公分為佳。摻雜量設定在此範圍，則使整體阻抗進—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1Χ 1〇1δ/立方公分〜丨χ 1〇1^ 立公分之範圍内。 〜此f特別者，雖然本實例中15型第1鞘層可由AlaGal-山製 :《第1 p型氮化物半導體，及在其上之由ALGai bN製得之 第2 P錢化物半導體等2層所構纟，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lp型氮化物半導體時，㈣晶比&若為。以 上，則可達到抑制活性層分解之效果。為了發揮此機能， 較佳為形成之a>〇之AlaGai_aN層，其係在氮化物半導體中具 較高熔點之化學安定性層’可配置在活性層附近，而可達 到抑制活性層進-步分解之效果。另外在本發明中，第b 型氮化物半導體層及第2 P型氮化物半導體層之各銘混晶比 a、b，較佳為比（M大，更佳為比〇2大，則在活性層之間可 具艮好之補償（補償）（形成電位屏障），可實現無載子溢流 (〇VERFL〇W)之良好載子注入。此時第1 P型氮化物半導體 層及第2 p型氮化物半導體層較佳係同—組成，即㈣，在 此條件下，於製造時因各來源氣體、不純物氣體之供給量 ，易調整4控制性高’可成長得安定而精度佳之第^型 氮化物半導體層及第2p型氮化物半導體層。 接著說明第1 ?型氮化物半導體層及第2 p型氮化物半導 94040.doc -37- 1247466 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為佳。 特別者，第1 p型氮化物半導體層之具體成長溫度在8〇(rc 以上為佳，更佳為850〜950°C左右，活性層之成長溫度設定 在相同之溫度。 又第2 p型氮化物半導體層之成長溫度較佳設定為較活 性層之成長溫度高loot：之溫度，因此可形成具有更佳結晶 性之AlGaN層-。 另外，第lp型氮化物半導體層及第2 p型氮化物半導體層 4成長環境較佳為不同之環境。即第lp型氮化物半導體層 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。X第2 p型氮化物半導體層在對形&良好補償較佳 之環境下成長。如此經由2層結晶成長形態之差異，第ι p 型氮化物半導體層供防止活性層分解，第2卩型氮化物半導 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lp型氮化物半導體層之成長環境係&，而 第2p型氮化物半導體層之成長環境係&，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。 另外由前述至少2層構成時之p型第㈣層之各層膜厚，為 了將藉P型第1稱層所形成之發光元件之Vf(順向電壓）上昇 抑制降低，較佳第1p型氮化物半導體層設定在10〜100埃之 範園’第2P型氮化物半導體層設定在ι〇〜3〇〇埃之範圍。另 外，為了將W之上昇抑制在更小值，更佳為將第 94040.doc -38- 1247466 物半導體層設定在10〜30埃之範圍，將第2 p型氮化物半導 體層設定在10〜100埃之範圍。 然後，將P型波導層成長於？型第丨鞘層上。卩型波導層較 佳係由未摻雜之之⑺輯製得之氮化物半導體成長而形成 。膜厚較佳為0.1〜0.07微米，膜厚達到此範圍時則起始值可 降低。另外如以上所述，雖然p型波導層係以非摻雜層方式 成長，摻雜於p型第1鞘層7中之鎂擴散時，係在 X1018/立方公分之範圍内含有鎂。 在Ρ型波導層上形成與上述實施例相同之口型第2鞘層，以 實施光之閉入。 以下根據實例進一步具體說明本發明。 [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 根據此圖以說明實例j。 (緩衝層2) 將由藍寶石製得之以直徑1英吋，C面作為主面之異種基 材1放置於MOVPE反應容器内，使溫度達5〇〇。〇，採用三甲 基嫁（TMG) ’氨氣（ΝΗ3)，以成長膜厚200 Α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1〇5〇。〇，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。 94040.doc 39- 1247466 (η側接觸.層5) 接著，採用氨及TMG、供作不純物氣體之矽甲烷，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3x1 〇18/立方公分矽之GaN製得之η側接觸層5。 (防止破裂層6) 接著，採用TMG、ΤΜΙ(三甲基錮）、氨，於8〇〇°C下，成 長膜厚0·15微米之由Ino.MGao.^N製得之防止破裂層6。然而 此防止破裂層可予以省略。 (η側鞘層7> 然後，於1050°C下，採用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG、氨， 成長膜厚25A之無摻雜Al〇.16Ga().84N層，接著停止TMA，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25A之掺雜1 X 1〇19/立方公分碎之n 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚1 ·2微米之超結晶製得之η侧稍層7。 (η侧導光層8) 接著，停止矽甲烷氣體，於105(TCT，成長膜厚01微米 之操摻雜GaN製得之η側導光層8。此11側導光層8摻雜η型不 純物亦佳。 (活性層9) 接著，使溫度達到800°C，成長膜厚1〇〇 Α之摻雜矽之由 Ino.MGao.^N製得之障壁層，接著在同溫度下，成長膜厚4〇 a 之供掺雜InuGauN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 94040.doc -40· 1247466 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值降低。 (Ρ侧間隙層10) 接著’使溫度達到l〇5〇°C以上，採用TMG、ΤΜΑ、氨氣 、CpzMg(環戊間二烯基鎂），成長膜厚3〇〇 a之摻雜丨χ 1〇2〇/ 亙方公分鎂之由ρ型Alo.sGao^N製得之障壁能帶較ρ側導光 層11更大之ρ側間隙層7。 (Ρ側導光層11) 接著停止ChMg、ΤΜΑ，在1〇5(rc下，成長膜厚〇1微米 <由無摻雜GaN製得之障壁能帶較p側導光層1〇更小之ρ側 導光層11。 此P側導光層11，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 上鍰辰度達5X1G16/立方公分，而形成具掺雜鎂之層。 (P側鞘層12) 接著，在105(TC下成長膜厚25 A之無掺雜 ，然後，停正cP2Mg、TMA，成長膜厚25 A之無掺雜_層 ’成長為總膜厚0.6微米之超結晶製得之ρ側鞘層12。？側鞘 ^ ^側含有具鋁之氮化物半導體層，在交互積層障壁 此咿相異〈氮化物半導體以製得超結晶之場合，雖然在層 」曰側摻雜較多不純物時，即實施所謂不規則摻雜，則 、。阳隹有笑好〈傾向，兩側摻雜相同量亦佳。鞘層12以含 〈氮化物半導體層為佳，較佳係，更佳 94040.doc 1247466 者則為由GaN及AlGaN積層之超結晶結構。利用p側鞘層12 · 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變小，接著因障壁能帶變大，而 使降低閾值方面非常有效。另外，藉形成超結晶，因很少 在稍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) 最後’於1050°C下，在p侧鞘層9之上，成長膜厚150 A之 摻雜1X102G/立方公分鎂之由p型GaN製得之p侧接觸層。p 側接觸層雖然可由p型之InxAlyGai^yN(0 S X、0 $ y、x+y $ 1)構成’較佳為若GaN摻雜鎂，可獲得具最佳歐姆接觸之p 電極20。接觸層13因係電極形成層，較佳為具lx 1〇!7/立方 公分以上高載子濃度。較1 X 1〇17/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作為接觸層之 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，利 用RIE(反應性離子蚀刻）精SiC 1_4氣體予以蚀刻，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 導體加深蝕刻時以Si02作為保護膜最適合。 接著，針對上述條帶狀波導路區域之形成方法加以詳細 說明。首先，如圖3 A所示，在最上層之p側接觸層13之整體 表面上，藉PVD裝置，在形成由矽氧化物（主要為Si02)製得 之膜厚0·5微米之第1保護膜61後，在第1保護膜61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 94040.doc -42- 1247466 之第3保護膜63。 接著，如圖3B所示，在形成第3保護膜63後，藉RIE(反應 性離子蝕刻）裝置，採用CF4氣體，以保護膜63作為光罩， 韻刻前述第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3C所示可在p側接觸層13之上形成條帶寬 度2微米之第1保護膜61。 另外，如圖3D所示，形成條帶狀第1保護膜6丨之後，再度 藉RIE，採用SiCU氣體，蝕刻p侧接觸層π及p侧鞘層12，p 側鞘層之膜厚供作為深度〇·〇丨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3E所 示’在第1保護膜61上及藉蝕刻所露出之p侧鞘層12上連續 形成膜厚0.5微米之锆氧化物（主要為Zr02)製得之第2保護 膜62。 形成第2保護膜62之後，以600°C處理晶圓。以此類非Si02 材料作為第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（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，故較佳為追加此工程。 接著將晶圓浸泡於氟酸中，如圓3 F所示，藉削去法將第1 保護膜61除去。 接著如圖3 G所示，在除去p側接觸層13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p電極20 。但P電極20之條帶寬度係100微米，如此圖所示，沿著第2 94040.doc -43- 1247466 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侧接觸層5之表面形成由鈦/鋁製成之η 電極21。 接著’在供形成η電極而韻刻露出面之ρ、η電極上，為配 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 知疋介電體多層膜64後，在p、n電極上各自配置由鎳_鈦_ 金（1000 A-1000 A-8000 A)製得之電極端子（pad)22、23。 如以上，將形成!!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（（Π_00)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&Ti〇2 製得之介電體多層膜。最後在？電極之平行方向將棒狀切斷 而製彳于如圖1所不之雷射元件。又此時之共振器長為8〇〇微 米。 將此田射元件放置於吸熱設備（heatsink)，並將各自電極 布子以導線接合，在罜溫下試行振盪，以顯示在振盪波長 0 420 nm、閾值電流密度29kA/平方公分下之室溫連續 振盛。另外，電流值升高則輸出升高，以橫模式為基本模 式(單-模式）之條件τ，所獲得之電流_光輸出特性如圖5 所不’即使在5毫瓦下亦不會產生扭曲，進而在達到％毫瓦 下即使光輸出提高亦不會產生扭曲，故為安定化之橫模式 ^另^卜’在元件之壽命試驗時，確認在5毫瓦之輸出下可連 、.男振盈1萬。小時’在3〇毫瓦之光輸出下可連續振盧！千小時 ，此在單-之橫模式（基本模式），在增加光輸出及提高輸 94040.doc 1247466 出之下可獲得安定之橫模式，而可適用於記錄、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侧鞘層之膜厚 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（Ρ側鞘層之露出表面）係自ρ側鞘層及ρ側導光層之界面起 始’在Ρ側接觸層方向達0」微米之位置即成為其深度，除 此之外，製作與實例1相同之雷射元件。所獲得之雷射元件 其笔二-光輸出特性如圖5之1 〇 2所示。雖然在較低之光輸 出下與實例1具相同之特性，在20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 ’在元件哥命方面，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Ρ側鞘層之膜厚 〇·〇5微米所形成之深度，即藉蝕刻所露出之氮化物半導體 平面（Ρ側鞘層之露出表面）係自Ρ側鞘層及Ρ侧導光層之界面 起始，在ρ側接觸層方向達〇·〇5微米之位置即成為其深度， 除此之外，製作與實例1相同之雷射元件。所獲得之雷射元 件，與實例1比較橫模式之安定性，特別是僅在輸出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1及2同樣在5毫瓦輸出下係超 過1萬小時，即使在30毫瓦下與實例1比較為少比例，係超 過1千小時。此處，對應於70°C、5毫瓦動作時間之驅動電 94040.doc -45- ^4^466 流變化如圖6所示。士闽 田圖6顯而易見，與比較實例3之驅動電 泥變化相比，自初勸义 ^ _ 、月劣化起至達固定劣化速度止之偏移區 ㈣3顯然不同’固定之劣化速度下驅動電流值降低， =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相比為良好。 [實例4] 、J讀係13側鞘層之膜厚〇·1微米所成之深度，即藉！虫 4斤路出（氮化物半導體平面，大致為除去p側導光層之深 度’即自p侧鞘層及活性層界面起始，在P侧接觸層方向達 〇.〇3微米之位置即成為其深度，且不形成第2保護膜，除此 之外，製作與實例i相同之如圖❻之雷射元件。 所獲得（雷射元件，光輸出升高時之橫模式安定性與實 例3為大致相同之程度，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側鞘層之膜厚〇 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中除了脊狀寬度為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園 94040.doc -46 - 1247466 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] 蝕刻深度達到活性層之深度，除了在自活性層及？側間隙 層义界面起僅達到活性層側之深度外，製作以獲得與實例i 相同之雷射元件。 所獲得之雷射元件，在其元件壽命方面，各元件為不平 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，除了蝕刻達到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值升高，而其劣化速度亦大，而顯示 哥命特性之低下。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] 除了脊狀寬度為3_5微米之外，製得與實例丨相同之雷射 94040.doc -47- 1247466 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3〜1〇毫瓦之範 圍幾乎全部之元件會產生扭曲。 [實例7] 圖17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。以下根據此圖說明實例7。 基材係採用·以（0001 )C面為主面之藍寶石基材。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（ 主面為C面、R面、A面）之外，已知Sic、Zn〇、尖晶石 (SPINEL)(MgAl2〇4)、GaAs等，在供成長氮化物半導體時， 可採用作為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徑1英吋，C面作為主面之異種基 材101放置於MOVPE反應容器内，使溫度達5〇〇它，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) 缓衝層長成後，使溫度達1050°C，採用TMG、氨，以成 長膜厚4微米之由無摻雜之GaN製得之氮化物半導體層103 。此層係供作形成元件結構之各層成長時之基材。因此， 94040.doc -48 - 1247466 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屠 為佳。 (η側接觸層104) 接著，採用氨及TMG、供作不純物氣體之矽甲烷，在氮 化物半導體基材101上，於1050X：下，成長膜厚4微米之由 摻雜3X1018/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(三甲基銦）、氨，於800°C之溫度 下，成長膜厚〇·15微米之由Ino.^Gao.^N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25A之無接雜Alo.i6Gao.84N層’接著停止TMA，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25A之摻雜1 X 1019/立方公分碎之η 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總月奠 厚1·2微米之超結晶製得之n侧鞘層1〇6。 (η侧導光層107) 接著，停止矽甲烷氣體，於1〇5〇°C下，成長膜厚0.2微米 之由無掺雜GaN製得之n側導光層1〇7。此n側導光層1〇7摻 雜η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.^Gao.^N製得之障壁層，接著在同溫度下，成長膜厚4〇a 94040.doc -49- 1247466 之由無摻雜In〇.2Ga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380A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值降低。 (Ρ側間隙層109) 接著’使溫度達到1050°C以上，採用TMG、ΤΜΑ、氨氣 、ChMg(環戊間二烯基鎂），成長膜厚3〇〇A之摻雜ιχ1〇2〇/ 立方公分鎂之由ρ型Al^Ga^N製得之障壁能帶較ρ側導光一 層ii更大之P側間隙層109。 (P側導光層110) 接著停止Cp2Mg、TMA，在1050°c下，成長膜厚〇·2微米 之由無摻雜GaN製得之障壁能帶較ρ侧間隙層1〇更小之ρ侧 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ρ型第1鞘層、ρ型第2鞘層之相鄰層產生擴散，實 際上鎂之ί辰度達5X1016/立方公分，而形成具摻雜鍰之層。 (Ρ側鞘層111) 接著，在105(TC下成長膜厚25Α之無摻雜AlGi6GaQ84is^ ，然後，停止Cp2Mg、ΤΜΑ，成長膜厚25A之無摻雜GaN層 ，成長為總膜厚0.6微米之超結晶製得之ρ側鞘層lu。p侧鞘 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 94040.doc -50- 1247466 二：接雜較多不純物時，即實施所 == 好之傾向’兩側摻雜相同… 銘之氮化物半導體居五社 干令版層為佳，較佳係形成 ㈣之超結晶結構，更佳者則為由㈣及八^ 超結晶結構。利用P側鞠層lu所製得之超結晶結構二； 知同在料整體中之_晶比，而使鞠層本身之折射率變 U接著因障壁能帶變大，而使降低闊值方面非常有效。 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105(TC下，在p側鞘層⑴之上，成長膜厚i5〇A 之掺雜立方公分錢之―型㈣製得之p側接觸層 112。卩侧接觸層雖然可由p型之InxAlyGai x.yN_ χ、^ ^ 、x+yS 1)構成，較佳為若GaN摻雜鎂，可獲得具最佳歐姆 接觸之P電極20。接觸層112因係電極形成層，較佳為具1χ 1017/立方公分以上高載子濃度。較1χ1〇17/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作為 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(反應性離子蝕刻）以SiCU氣體予以蝕刻，如圖17所示 ，η電極形成而使η侧接觸層104之表面露出。對此類氮化物 半導體加深蝕刻時以Si〇2作為保護膜最適合。 接著，針對條帶狀波導路區域之形成方法加以說明。首 94040.doc -51- 1247466 先，如圖19A所示，在最上層之{)側接觸層112之整體表面上 ，藉PVD裝置，在形成由矽氧化物（主要為Si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 保濩膜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，較佳係為使與後續 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。採用氟酸作為酸為佳，因 而對應於氟酸易於溶解之材料，以採用矽氧化物為佳。 接著，如圖19B所示，在形成第3保護膜163後，藉RIE( 反應性離子姓刻）裝置，採用CF4氣體，以保護膜163作為光 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19D所示，形成條帶狀第1保護膜161之後，再 度藉RIE ’採用SiCU氣體，触刻p側接觸層112及ρ侧鞘層111 、卩側導光層110，在p側導光層之已蝕刻區域（突出部以外 之區域）以膜厚供作為深度1000A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19E所 tf ’在弟1保護膜161上及藉蚀刻所露出之p側導光層111上（ 突出部以外之區域）連續形成膜厚0.5微米之由锆氧化物（主 要為Zr02)製得之第2保護膜162。 94040.doc -52- 1247466 此處，弟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、錐、鈮、給、钽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為佳，其 中採用錘、銓氧化物、BN、SiC為特佳。此等材料對應於 氟酸雖然具些許溶解性，但就作為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《氧化物，@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、βν、8沱、 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siq ’極適合於供作雷射元件之嵌埋層。又以♦氧化物作為幻 保護膜61，貝因對應碎氧化物而t，利 擇性，如圖-所示，在條帶波導之側面，該條 平面（蝕刻終止層），及第丨保護膜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 T可形成膜厚均一之第2保護膜162。 形成第2保護膜162之後，以處理晶圓。以此類非 ⑽材料作為第2保護膜而形成之場合，在第2保護膜成膜 之後，於靖以上，較佳峨以上，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 保護膜之溶解材料（氟酸）之溶解性不佳，故較佳為追加此工 程。 94040.doc -53 · 1247466 接奢將晶圓浸泡於氟酸中，如圖19F所示，藉削去法將第 1保護膜161除去。 接著如圖19G所示，在除去p側接觸層112上之第1保護膜 16丨而露出該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100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侧接觸層5之表面上形成由鈦 /鋁製成之η電極121。 接奢’在供形成η電極而敍刻露出面之ρ、η電極上，為配 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（1000 Α-1000 Α-8000 Α)製得之電極端子（pad)l22、123。 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及丁丨〇2 製得之介電體多層膜。最後在？電極之平行方向將棒狀切斷 而製得如圖17所示之雷射元件。又此時之共振器長為8〇〇微 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，以顯示在振盪波長 400〜420 nm、振盪起始電流密度2·9 kA/平方公分下之單一 模。式之室溫連續振盪。接著測定雷射光之RFp•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 94040.doc -54- 1247466 =較大二相同良好之程度，，大約為1.5。 可大幅度抑制波紋::广閉入艮好’與比較實例5相比 [實例8] 制除了將η側導光層、P側導光層之膜厚製成2500 A之外， 成與實例7相同之雷射元件。所製得之雷射元件大致上鱼 只例7具相同程度之水平橫模式控制，FFp.之水平方向為 :、歹|目比稍差，疋件壽命亦低下。此由兩個導光層包挟 ，性層所構成之波導膜厚之總和係超過侧Α，而在咖 附近則具大影響。但兩導光層之膜厚之厚度不-，特別是 Ρ侧導光2層變厚則触刻之控制變得容易，而對提製造合格率 有所助班°另夕卜，藉此方式，諸元件間之輸出特性極少不 平均，而可達到良好之雷射元件製造^此時之雷射元件， 在輸出特性達劣化之驅動時，係以比實例_差程度之振盧 另外兩導光層之膜厚為3000、35〇〇、4〇〇〇 Α時，振盪 起始電流呈上昇之傾向。特別者，超過35⑼A時呈顯著上 昇傾向’而7〇件壽命呈下降傾向。因此，p側導光層之膜厚 較佳為3500 A以下’更佳為25〇〇入以下’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為15〇〇A之外，製成與實例7 相同之田射元件。其F.F.P.在X方向之光束寬度與實例7相比 稍f而約為13。’縱橫比亦比實例7稍差而為丨8。但是闕值 電流為大致相同之程度，因具良好之輸出特性而可獲得長 94040.doc -55- 1247466
奇命〈雷射儿件。另外，P側導光層之突出部高度為500 A ’即除了藉㈣將突出部形成時以P侧導光層之膜厚作為蚀 刻深度而形絲度為_ A之條帶狀波導外，製成與實例7 相同〈雷射X件。所獲得雷射元件之閾值電流與實例7相比 呈較低傾向而可獲具良好輸_性之雷射元件。又雷射之 光束形狀在RRR之x方向寬度大致為14。之程度故實效折 射率呈良好機能之傾向。 [實例9] 除了 P侧導光層之突出部高度製成500 A之深度’在被蚀 刻區域（突出部以外之區域mp侧導光層之膜厚製成深度 1500 A微米，而予以㈣之外，製成與實例7相同之雷射元 件。所獲得之雷射元件，其閾值電流有上昇之傾向，與實 例7相比’其輸出特性較差。但其閾值電流稍為上昇，在實 用上仍為滿足，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 P側導光層之條帶侧寬度為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丨相比，水平橫 挺式 <控制變差，F.F.P,之縱橫比約為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 帶寬度為在2微米土 〇·5微米（15微米以上，2·5微米以下）之 範圍内，7G件之橫模式之控制性少有不平均，而雷射光之 94040.doc -56- 1247466 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，具體而今為 470 nm以上之長波長之雷射元件於下文中加以說明。在以c 面為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200 A之缓衝層2、由未掺雜之GaN製得之 4微米基礎層1〇3,在其上成長膜厚4·5微米之由摻雜i X 立方公分梦之GaN製得之n側接觸層1〇4、將由摻雜秒之 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。 (η側鞘層1〇6) 然後’於1050Χ：下，通入TMG、氨、ΤΜΑ(三甲基銘）， 成長膜厚25 Α之無摻雜Alo.uGao.wN層，接著停止ΤΜΑ，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25A之摻雜lx 10i9/立方公分矽之n 型GaN層。X互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚0.2微米〜1.5微米，較佳為由〇·7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為佳，較佳係 AlxGa^xNiiXxcl)，更佳者則為由（jaN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 ’即實施所謂不規則摻雜時，則結晶性有變好之傾向，兩 側摻雜相同量亦佳。 (η侧導光層107) 接著，停止矽甲燒氣體，通入ΤΜΙ，於850°C〜95〇°C，較 佳為880°C，成長膜厚10 A之無摻雜inG1GaG 9N層，接著停 94040.doc -57- 1247466 止TMI，成長膜厚10 A之無掺雜GaN層。交互積層此等層而 構成超結晶層’成長為總膜厚50 A〜2500 A，較佳為 500A〜800 A，更佳為由750 A之超結晶製得侧導光層1〇7。 (活性層108) 接著，通入TMI，在750°C〜850°C，較佳為820°C，成長 膜厚30人之由無摻雜之111().3〇&().7：^製得之凹槽層，1〇人之由 播捧雜之In〇.3Ga〇7N製得之間隙層，接著在〜95〇°c， 較佳為880 C下，成長60 A之由無摻雜之inQiGa()9N製得之 障壁層，以上·述為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〜95 0°C，較佳為 880 C下，成長膜厚1〇 A以上，〇.1微米以下，較佳為1〇() A S摻雜1 X 102G/立方公分鎂之由卩型A1〇 3Ga() 7N製得之間隙 層 109 〇 (P侧導光層110) 接著’停止TMA、通入TMI，在850°C〜950°c，較佳為 880C下，成長膜厚1〇 A之無摻雜之inG1Ga().9N層，接著停 止TMI，成長膜厚10 A之摻雜lX10i8〜3xl〇iV立方公分鎂 之GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚50 A〜2500 A，較佳為500 A〜800 A，更佳為由750 A之超 結晶製得之P側導光層1 1 〇。 (P側鞘層111) 接著，通入TMA，在850°C〜1050°C下成長膜厚25 A之無 摻雜Alo.bGao^N層，然後，停止TMA，成長膜厚25 A之摻 94040.doc -58 - Ϊ247466 雜3\1〇18〜5><1〇18/上、、 /义万公分鎂之GaN層無摻雜GaN層。交互 、男層此等層而構成超結晶層，成長為總膜厚G.2微米〜L5微 米車乂佳為由0.7微米之超結晶製得之卩側鞘層⑴。 (P側接觸層112)
最後於850 C〜l〇5〇°c下，在p側鞘層⑴之上，成長膜 旱150 A之摻雜1 X⑻。/立方公分鎂之由p型ο·製得之_ 接觸層112 p側接觸層雖然可由p型之㈣X 〇^y ' x+y$ 1)構成，較佳為若GaN捧雜鎂，製成㈣心 寺可獲得具最佳歐姆接觸之p電極。接觸層丨12因係電極形 成^較佳為具1X1Ql8/立方公分以上高載子濃度。較1X /乂方A刀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之超結晶作為接 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，予以姓刻，使η側接觸 層104之表面露出，進_㈣成條帶狀絲波導路，及形成 η電極121、ρ電極120、介電體多層膜164、電極端子a:、 123獲得田射元件。所獲得之雷射元件，確認在闕值電流 衣度2.0 kA/平万公分、閾值電壓4 〇 ν下可以振靈波長 nm連續振I，顯示咖小時以上之壽命。另外，該雷射光 之F.F.P· ’光束形狀之水平方向方向戌度為約ρ。左右， 縱橫比大約為1.5，為大致良好之程度。即使為長波長雷射 兀件’在應用艮好雷射光下，因振盪起始值電流亦降低而 佳，因而亦獲致良好之壽命特性。 [實例12] 94040.doc -59- 1247466 除了 P侧導光層之膜厚製成1000 A之外，將與實例u相同 之雷射元件結構之各層予以積層。接著與實例7相同，藉蚀 刻以形成脊狀波導路，而獲得雷射元件。此時，在p侧導光 層之已蝕刻區域（突出部以外之區域）以膜厚5〇〇 A供作為深 度’而在p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，確認在閾值電流密度2 〇 kA/平方公 分、閾值電壓4.0 V下可以振盪波長470咖連續振盪，顯示 1000小時以上之壽命。另外，該雷射光之FFp·，光束形狀 炙水平方向（X方向）寬度為約17。左右，縱橫比大約為15， 為大致良好之程度。即使為長波長雷射元件，在應用良好 雷射光下，因振盪起始值電流亦降低而佳，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侧導光層之膜厚為1〇〇〇 a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方向寬度變狹窄而為8。，其縱 橫比為3。 [比較實例6] 除了在積層各層之後，藉使P側鞘層之膜厚蝕刻達〇1微 米之深度，將條帶狀之突出部配置在p側鞘層上，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，蝕刻深度或P側導光層之條帶狀突出部之高度 94040.doc -60- 1247466 相對於元件特性之變化(圖12)，係先測定實例i3之雷射元件 ，將活性層包挾在兩導光層之内，其中p側導光層之膜厚係 為厚的場合。 圖12係對應於蚀刻深度、p側稍層、p側導光層之積層結 構’顯示閾值電流變化、縱橫比變化。由圖12顯而易見， 在達到p側導光層、深度處触刻以形成脊狀結構，即利用p侧 導光層具有條帶狀突岭’而可在呈現良好之閾值下振靈 ，獲得雷射光之縱橫比更接近1之傾向。此如圖2G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〈實效折射率。藉此而使水平橫模式之閉人有效動作 、〜果，獲彳于在F.F.P.之水平方向（χ方向）之光束形狀1〇。以 上，較佳12〜20 <良好雷射光，亦顯示可獲得縱橫比亦 艮好之雷射元件。另外，在ρ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，因而閾值電流、縱橫比 同時呈現低下之傾向’較佳為突出部之高度在上述範圍内。 [實例13] 圖18係㈣在本發明之—實施財所示之雷射元件之結 構（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。以下根據此圖說明實例丨3。 基材係採用以（0001 )C面為主面之藍寶石基材。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 (王面為C面、R面、A面）之外，已知Sic、Zn〇、尖晶石 (SPINEL)(MgAl2〇4)、GaAs等，在供成長氮化物半導體時， 可採用作為與氮化物半導體相異之材料所製得之機種基材 94040.doc -61- 1247466 。另外’在&GaN等氮化物半㈣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徑1英吋，c面作為主面之異種基 材1放置於MOVPE反應容器内，使溫度達5〇〇t：，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微米之由無摻雜之GaN製得之氮化物半導體層J 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 為佳。 (η侧接觸層104) 接著，採用氨及TMG、供作不純物氣體之矽甲烷，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3X1018/立方公分矽之GaN製得之η側接觸層1〇4。 (防止破裂層105) 接著，採用TMG、ΤΜΙ(三甲基銦）、氨，於800°C之溫度 下，成長膜厚〇·15微米之由In〇.()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侧鞘層1〇6) 然後，於1050。(：下，採用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG、氨， 94040.doc -62 - 1247466 成長膜厚25A之無摻雜Al〇.i6GaG.84N層，接著停止tma，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25Α之摻雜lxlO19/立方公分碎之η 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚1.2微米之超結晶製得之η側鞘層106。 (η侧導光層107) 接著，停止矽甲烷氣體，於1050°C下，成長膜厚1000 A 之由無摻雜GaN製得之η侧導光層107。此η側導光層1 〇7摻 雜η型不純物亦佳。 (活性層108) 接著，使溫度達到800°C，成長膜厚100 Α之摻雜矽之由 Ino.osGao.^N製得之障壁層，接著在同一溫度下，成長膜厚 40 A之由無摻雜inG 2Ga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3 8 〇 A 之多重量子阱結構（MQW)之活性層。活性層亦可如本實例 不丁摻雜’或摻雜n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，亦可掺雜於任一層。另 外’僅障壁層摻雜η型不純物則易於使閾值降低。 (Ρ側間隙層109) 接著，使溫度上昇達到1050°C以上，採用TMG、ΤΜΑ、 氨氣、CpzMg(環戊間二晞基鎂），成長膜厚300 A之摻雜1 X l〇2G/立方公分鎂之由ρ型AlG 3Ga〇.7N製得之障壁能帶較ρ側 導光層111更大之p側間隙層109。 (P側導光層110) 接著停止〇卩21^、丁]^八，在1〇50。(：下，成長膜厚25 00入 94040.doc -63- 1247466 之由楼摻雜GaN製得之障s能帶較？側間隙層iiq更小 側導光層110。 (P側鞘層111) 接著，在1〇5〇°C下成長膜厚25 A之無摻雜A1〇.16Ga〇 84N層 ，然後，停止CP2Mg、TMA，成長膜厚25 A之無摻雜^ 層，成長為總膜厚〇·6微米之超結晶製得之？側鞠層⑴。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<任一側摻雜較多不純物時，即實施所謂不規則摻雜 /、J…卵性有’菱好之傾向，兩側掺雜相同量亦佳。鞘層111 以含鋁 < 氮化物半導體層為佳，較佳係形成含有 (〇<χ<ΐ)之超結晶結構，更佳者則為由GaN&A1GaN積層之 超結晶結構。利用p側鞘層lu所製得之超結晶結構，因可 k n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，而使降低閾值方面非常有效。 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侧接觸層112) 最後，於1050°C下，在p側鞘層1U之上，成長膜厚15〇a 〈摻雜1 X i〇2G/立方公分鎂之由卩型GaN製得之p侧接觸層 112 ° ?側接觸層雖然可由P型之WAlyGaH.yN (OSx、〇^y 、x+yS 1)構成，較佳為若GaN摻雜鎂，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，較佳為具j xi〇17/立方公分以上高載子濃度。較1X1017/立方公分低時 94040.doc -64- 1247466 龟極欲獲得較佳歐姆接觸則傾向於困難。另外，以作 為接觸層之組成，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， 在取上層之P侧接觸層表面上形成由Si〇2製得之保護膜，採 用RIE(反應性離子蝕刻）&Sicl4氣體予以蝕刻，如圖18所示 ，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Si%作為保護膜最適合。 接著，針對條帶狀波導路區域之形成方法加以說明。首 先，如圖19 A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（主要為81〇2)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、厚丨微米之第3 保遵膜163。此處，第1保護膜丨6丨，特別是不論其絕緣性， 若為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，較佳係為使與後續 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。採用氟酸作為酸為佳，因 而對應於氟酸易於溶解之材料，以採用矽氧化物為佳。 接著’如圖19B所示，在形成第3保護膜163後，藉RIE ( 反應性離子蝕刻）裝置，採用CF4氣體，以保護膜163作為光 罩，姓刻前述第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19D所示，形成條帶狀第1保護膜161之後，再 94040.doc -65- 1247466 度藉RIE，採用SiCl4氣體，蚀刻p側接觸層112及p側鞘層111 、卩側導光層110，在p側導光層之已#刻區域（突出部以外 之區域）以膜厚供作為深度1000 A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19E所 示，在第1保護膜161上及藉餘刻所露出之p侧導光層1丨丨上（ 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 要為Zr02)製得之第2保護膜162。 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、鈴、鈕族群中至少一種元素之氧化 物，SiN、BN、SiC、SiC、趟中之至少一種所製得者為佳 ，其中採用錯、給氧化物、BN、Sic為特佳。此等材料對 應於氟酸雖然具些許溶解性，但就作為雷射元件之絕緣層 言與供作嵌埋層之Si〇2相比，其信賴性有變高之傾向 外，在WVD、CVD之氣相中成膜之氧化物類薄膜，因該 冗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HPVD、CVDM得之氧化物、BN、sic 、Α1Ϊ1 與/氧化物相比，其絕緣信賴性呈優異之傾向。另外 ，選疋氧化物之折射率比氮化物半
Sir、，打、*人 干泽小 < 材料（例如非 S!c)極適合於供作雷射元件之嵌埋層。 為第W关·0替a 1 夕氧化物作 為弟1保遵膜61，則因對應矽氧化 古，禮α 口刊用其對氣酸且 有選擇性’如圖19Ε所示，在條帶波導 ML、 成之平而、丨 、面邊條帶所形 千面（蝕刻終止層），及第】保 〈表面上連續形成 94040.doc -66 - 1247466 ，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材料作為第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（1200°C)予以熱處理，第2保護膜對應於第！ 保護膜之溶解材料（氟酸）之溶解性不佳，故較佳為追加此工 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161除去。 接著如圖19G所示，在除去p側接觸層112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105之表面上形成由 鈦/鋁製成之η電極121。 接著’在供形成η電極而蚀刻露出面之ρ、η電極上，為配 置電極端子將預定區域予以遮罩，在配置由Si02及丁丨02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（1000人-1000人-800〇入)製得之電極端子（卩&〇1)122、123。 如以上，將形成η電極及ρ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（（11-00)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Si02及Ti02 -67- 1247466 製得之介電體多層膜。最後知電極之平行方向將棒狀切斷 而製仔如圖1所τ <雷射元件。又此時之共振器長為綱微 米。 將此雷射元件放置於吸熱設備，並將各自電極端子以導 、泉接口 ，在至溫下試行雷射振盪，以顯示在振盪波長 400〜420 nm、振盪起始電流密度2·9 kA/平方公分下之單一 挺式之罜溫連續振盪。接著測定雷射光之FRp.可獲得在 16〜20°水平方向之良好水平橫模式。另外，水平橫模式與 比較實例1具大致相同良好之程度，縱橫比為2。另外，藉 導光層之厚膜，光之閉入良好，與比較實例丨相比可大幅度 抑制波紋之發生。 [實例14] 除了將11側導光層之膜厚製成2000 A之外，製成與實例13 相同之雷射元件。所製得之雷射元件，與實例13相比其橫 模式控制稍差，雖然F F P·之X方向為14。，縱橫比為2，與 比較實例7相比為大幅度提高。因縱橫比在25以下，在光 資訊裝置之應用上為相當簡易。另外，就閉入光而言，與 實例13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，p側導光層及η侧導光層所包挾之波導路區域 之膜厚因係5000 Α以上，與實例13相比閾值電流會上昇， 元件與實例13相比也差。 [實例15] 除了 P側導光層之膜厚製成深度3000 A微米，而突出部以 外之區域膜厚為1 〇〇〇 A，即蝕刻得之p側導光層之膜厚1〇〇〇 94040.doc -68- 1247466 A作為深度之外，製成與實例13相同之雷射元件。所獲得之 雷射元件，與實例13相比，其F.Fp.|x方向之光束寬度為 18。，縱橫比丨.4亦足夠實用。另外，在？側導光層之膜^為 3500 A下，而P侧導光層之突出部高度為25〇〇人時（突出部 以外區域之膜厚為1〇〇〇A)，閾值電流上昇而元件壽命有降 低之傾向。而出射光之光束形狀為大致相同之程度。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16]- 除了 P侧導光層之哭出邵之條帶寬度，即條帶狀之脊狀波 導路之寬度為3微米之外，與實例13相同，製成雷射元件。 所獲得之雷射元件與實例13相比，水平橫模式之控制變差 ，F.F.P·之縱橫比約為2，與實例13相比較差。另外，與實 例13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，更佳之條帶寬度為在2 微米±0_5微米（1.5微米以上，2.5微米以下）之範圍内，元件 之檢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17] 本發明之實施方式以較實例13更長之波長，具體而言為 480 nm以上之長波長之雷射元件於下文中加以說明。在以c 面為主面之由藍寶石製得之異種基材1〇1上，與實例13相同
，成長由GaN製得之200 A之緩衝層2、由未摻雜之GaN製得 之4微米基礎層1〇3，在其上成長膜厚4·5微米之由掺雜！ X
QdOdO H nr. -69- 1247466 1018/立方公分矽之GaN製得之η側接觸層104、成長由摻雜 矽之In〇.3Ga〇.7N製得之中間層105。此時中間層可省略。 (η侧勒層106) 然後，通入TMG、氨、ΤΜΑ(三甲基鋁），於1050°C下成 長膜厚25A之無摻雜Al〇.15Ga().85N層，接著停止TMA，通入 矽甲烷氣體，成長膜厚25 A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，成長為總膜 厚0.2微米〜1.5微米，較佳為由0.7微米之超結晶製得之η侧 鞘層106。η側.鞘層以含鋁之氮化物半導體層為佳，較佳係 AlxGahNCiXxcl)，更佳者貝U為由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 侧摻雜相同量亦佳。 (η側導光層107) 接著，停止矽甲烷氣體，通入ΤΜΙ，於850°C〜950°C，較 佳為880°C，成長膜厚10 A之無掺雜InuGa^N層，接著停 止TMI，成長膜厚10 A之無摻雜GaN層。交互積層此等層而 構成超結晶層，成長為總膜厚50人〜2500 A，較佳為500 A〜 800 A，更佳為由750Λ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，較佳為820°C，成長 膜厚30人之由無摻雜之111(),40&().6]^製得之凹槽層，10人之由 無摻雜之In〇.3Ga〇.7N製得之間隙層，接著在850°C〜950°C， 較佳為880°C下，成長60 A之由無掺雜之In0.iGa0.9N製得之 94040.doc -70- 1247466 障壁層’以上述為1對合计積層6對而得活性層1 〇 8。 (Ρ側間隙層109) 接著，停止ΤΜΙ、通入ΤΜΑ，在850°C〜950°C，較佳為 880°C下，成長膜厚1〇Α以上，0.1微米以下，較佳為1〇〇入 之摻雜1 X 102G/立方公分鎂之由ρ型Al0.3Ga().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〜950°C，較佳為 880°C下，成長膜厚1〇 A之無摻雜之inG1Ga〇.9N層，接著停 止TMI，成長膜厚1〇 A之摻雜ixiQiSyxwiS/立方公分鎂 之GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚50 A〜2500 A，較佳為500 A〜800 A，更佳為由750 A之超 結晶製得之P側導光層11 〇。 (P侧鞘層111) 接著，通入TMA，在850°c〜1050°c下成長膜厚25 A之無 摻雜AlmGao.wN層，然後，停止TMA，成長膜厚25 A之摻 雜3X1018〜5X1018/立方公分鎂之〇^層無摻雜GaN層。交互 積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜厚〇·2微米〜15微 米’較佳為由〇·7微米之超結晶製得之ρ側鞘層1U。 (P側接觸層112) 最後，於850 C〜1050°C下，在!)側鞘層11〇之上，成長膜 厚150之掺雜1 X 102〇/立方公分鎂之由ρ型GaN製得之p側接 觸層112。{)側接觸層雖然可由ρ型之、 OS Y、X+Yg 1)構成，較佳為若QaN摻雜鎂，製成In(3aN時 94040.doc -71 - 1247466 可獲得具最佳歐姆接觸之P電極。接觸層112因係電極形成 層’較佳為具1 X 1018/立方公分以上高載子濃度。較1 X 1〇1S/ 乂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之超結晶作為接觸層 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13相同，予以蝕刻，使n側接觸 層4之表面露出，進一步形成條帶狀脊狀波導路，及形成打 電極12卜ρ電極12〇、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，確認在閾值電流密 度2.0 kA/平方公分、閾值電壓4〇v下可以振盪波長48〇 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（x方向）寬度為約17。左右，縱 橫比大約為1.5，為大致良好之程度。即使為長波長雷射元 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18] 除了 P側導光層之膜厚製成2000 A之外，將與實例17相同 之雷射元件結構之各層予以積層。接著與實例13相同，藉 姓刻以形成脊狀波導路，而獲得雷射元件。此時，在p侧導 光層之已蝕刻區域（突出部以外之區域）以膜厚供1500 A作 為深度’而在p侧導光層突出部形成所配置之脊狀條帶。 所獲得之雷射元件，確認在閾值電流密度2.0 kA/平方公 分、閾值電壓4.0 V下可以振盛波長470 nm連續振盪，顯示 1000小時以上之壽命。另外，該雷射光之F.RP·，光束形狀 94040.doc Ϊ247466 之水平方向（X方向）寬度為約17。左右，縱橫比大約為15, 為大致良好之程度。即使為長波長雷射元件，在良好雷射 光下，因振盪起始值電流亦降低而佳，因而亦獲致良好之 壽命特性。 [比較實例7] 除了 P側導光層及η側導光層之膜厚為1000 A之外，製成 與實例13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.tx方向寬度變狹窄而為t ，其 縱橫比為3·2左右。 以下根據本發明採用圖13至圖16以說明變化實例，圖中 同一編號表示與上述說明為同一部份。 [變化實例1] (η側鞘層-活性層_ρ側第2鞘層） 支化實例係，在基材上如表1所示之依蝴接觸層〜ρ侧接 觸層順序積層，藉姓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13所示 之雷射元件。此時形成條帶狀波導時之蝕刻深度係在ρ側第 2鞠層膜厚為〇」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侧第1鞘層之雷 射7L件相比，驅動電流有大幅度提高之傾向，係在1〇〇毫安 94040.doc -73- 1247466 表1 η侧接觸層104 ^ 趸裂防止 η侧鞘層loS 活性層108 微米 _ 分 x ^ 立—应 將巧^GaN障翁 心凹槽層(w)依(bmwhb>(w)_(b)_(w)^ 順 積層、最上層及最下層障壁層之膜厚為3〇〇A、並^ 為150 A，總膜厚為1020 A 匕 ρ側第2鞘層111 Al〇.i6Ga〇.84N 25 A及接雜誤(1 X 1019/— 25 A，交互積層，總膜厚〇·6微米 刀XGaN P侧接觸層112 摻雜鎂(1 X i〇2G/立方公分)之GaN~~ ——_ ---^_ [變化實例2] (η侧鞘層-活性層-P侧第1鞘層-P侧第2鞘層） 變化實例係，在基材上如表2所示之依η側接觸層〜ρ側接 觸層順序積層，藉蚀刻以形成條帶狀之波導’進而露出^^侧 接觸層，在此等接觸層上形成Ρ、η電極以獲得如圖14所示 之雷射元件。此時形成條帶狀波導時之领刻深度係在ρ側第 2鞘層膜厚為〇·1微米之位置（接近活性層之方向）以下，二士 1 向在 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。 94040.doc -74- 1247466 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 換雜碎之In〇.〇6Ga〇.94N膜厚0· 15微米 η側鞠層106 未摻雜之Alai6Ga〇.84N 25 A及摻雜矽(1 X 1019/立方公 分)之GaN 25 A，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)、摻雜矽(5X1018/立方公) 之ln〇.2Ga〇.8N 40 A之凹槽層(W)依(BMW)-(BHW)-(B)-(WHB)之順序積層、最上層及最下層障壁層之 膜厚為300 A、其它為150 A，總膜厚為1020 A Ρ側第1鞘層109 摻雜鎂(1X ιο2ϋ/立方公分)之Aio.3Gao.7N膜厚100 A ρ側第2鞘層111 Al〇.16Ga〇.84N 25 Λ及摻雜鎂（1X1019/立方公分）之 GaN 25 A，交互積層，總膜厚0.6微米 ρ側接觸層112 ' 摻雜鎂(1 X l〇2G/立方公分)之GaN [變化實例3] (η侧鞘層-η側導光層-活性層-p側導光層-p側第2鞘層） 變化實例係，在基材上如表3所示之依η側接觸層〜p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侧 接觸層，在此等接觸層上形成ρ、η電極以獲得如圖15所示 之雷射元件。此時形成條帶狀波導時之蝕刻深度係在ρ側第 2鞘層膜厚為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ρ側導光層110之深度而形成。 所獲得之雷射元件與具有Ρ侧第1鞘層之雷射元件相比， 驅動電壓Vf有降低之傾向，而閾值電流呈上昇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。 94040.doc -75- 1247466 表3
η侧鞘層1〇6 未摻雜之Ala^Ga^N 25 Α及摻雜矽(ΐχίο19/立方公 ^^GaN25 A ’交互積層，總膜厚1.2微米 &侧導光層107 主^之GaN膜厚0.2¾~' ί舌性層108 將摻雜矽之GaN障壁層(B)、摻雜矽(5χΐ〇18/立方公) 之40 A之凹槽層(w)依(BHW)-(B)-(W)-(扑〇)-印)之順序積層、總膜厚為42〇人 Ρ側導光層110 摻雜鎂(5 X ΙΟ1。/立方公分)之GaN膜厚0.2微米 Ρ側第2鞘層111 A1〇.i6Ga〇.85N 25 A及摻雜ΐχίο19/立方公分鎂之GaN 25 A，交互積層，總膜厚〇·7微米 Ρ側接觸層112 摻雜1 X 10,立方公分鎂之GaN (長波長之雷射元件） 本發明之雷射元件在450 nm以上，具體而言在450以上 520 nm以下，藍色〜綠色之長波長區域，供以構成以下各層 為佳。但本發明並不受限於此波長區域。 在長波長區域中，以追加凹槽層、障壁層作為活性層， 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，具體而言為450 nm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 槽層更大之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，為了使此 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 94040.doc -76- 1247466 上製成較其成長溫度更高之障壁層。在含有銦之凹槽層中 、於障土成長時之升溫過程發生銦之分解，而無法獲得 銳利《發光吸收導。另外，使障壁層在與凹槽層大致相同 《溫度下成長時’在活性層形成後，接著形成其它層（鞘層 導光目）寺為獲得良好之結晶而必要經升溫過程。此類 成長困難性伴隨振堡波長變長下呈顯著之傾向，因而在1 述長波長區域中配置中間層為佳。 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’可觀察到上述銦之部份分解，另外亦可 ，察到該中間層表面形態呈現凹凸之傾向。此等狀況可考 量對驅動電壓及閾值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 中門層之活性層為MQW時，必須至少配置在1層凹 抬層上’較佳為配置在全部凹槽層上，則解決上述凹槽声 上障壁層整體之問題。 ^㈢ 另外’就中間層之膜厚而言，其較障壁層之膜厚薄，較 為在個原子層以上1〇〇 A以下範圍内，此膜厚在1〇〇入以 上時’在中間層及障壁層之間形成微小能帶，因而呈現振 盟特性惡化之傾向。此時之障壁層係在10 A以上400 A以下 ^範圍另外，中間層之組成較佳係由AiuGai uN(〇g u 製得’而上述铟之部份分解，因中間層之表面狀態使驅動 電壓及閾值電壓顯示低下之傾向，更佳為以AivGa“N(〇3 S 1)製得可大幅度降低上述各電壓。 [變化實例4] 94040.doc -77- 1247466 在基材上如表4所示依η側接觸層〜p侧接觸層順序積層， 形成雷射元件結構。接著，蝕刻條帶寬度1 ·8微米，及自p 侧接觸層至Ρ側第1鞘層之膜厚以達到500 Α之深度，而形成 條帶狀脊狀波導路’與其它實例相同，進而藉餘刻以露出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4 5 0 nm，確認在閾值電流密 度2.0 kA/平方公分下於室溫可以連續振盪1000小時以上。 此處，條帶狀波導形成時之姓刻深度，與位置較ρ側第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ρ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。 表4 組成及膜厚 η側接觸層104 摻雜矽(1 X 1015/立方公分)之GaN膜厚4.5微米 破裂防止層105 摻雜矽之In〇.()6Ga〇.94N膜厚〇. 15微米 η侧輔廣106 未摻雜之Alo.MGao.MN 25A及掺雜;5夕(1 X 1〇,立方 公分)之GaN25 A，交互積層，總膜厚12微釆 Ν側導光層107 未摻雜之GaN膜厚750 A — _ ▼Al〇.3Ga〇.7N 10 A之中間層（Μ)、未摻之 In〇.3Ga〇.7N 50人之凹槽層（W)依(B)-(W)-(M)_(B)-
P側第1鞘層1〇9 P側第2鞘層ill pSSStuT 〇V)-(M)-(BHW>(M>(B)之順序積層、總膜厚為 580A__
X 10ζυ/立方公分)之GaN膜厚100 A 楚^(5X1010/立方公分)之GaN膜厚〇·1微米 未接雜之Al〇.2Ga〇.8N 25 乂及接雜ixiQ19/立方公分 ^|^8Ν25Α，交互積層，總膜厚〇.6微米 102()/立方公分鎂之GaN 150 A 94040.doc -78- 1247466 * 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l〇8a係顯示中間層、l〇8b顯示凹槽層 、108c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。 所獲得之雷射元件，振盪波長為5 10 nm，之良好雷射元 件。與變化實例4相比，雖然以MQW至SQW作為活性層之 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侧接觸層104 摻雜矽(1 X 1018/立方公分)之GaN膜厚L5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側鞘層106 未摻雜之Alai6Gaa84N 25A及摻雜矽(1 X 1019/立方 公分)之GaN 25 A，交互積層，總膜厚1.2微米 Ν侧導光層1〇7 Ι,Μ：猛 u 1 Λ〇 "Ί GaN膜厚 750 A ' UraiN 1U ' 間層(M)、摻雜矽(5Xl018y^*&*^lna5Ga0.5n 5〇 A之凹槽層(w)依(B)-(W)_(M)-(B)之順序積層 P侧第2鞘層ill 厚為360 A___ 赠立方公分)之GaN膜厚100 A ^^(5X 1〇16/立方公分)之GaN膜厘0.1撒失 ，琢系iAl〇.2Gaa8N 25 A 及摻 1〇i9/立 N 曰係在820°C成長、而在880°c成長中間層（Μ 、障壁層（Β)。 在商業上之應用 ^：g^；25 A，交互積層，總撒炎
楚j^X 102Q/立方公分鎂之GaNjg厚150 A 94040.doc -79- 1247466 利用本發明可實現短泰 兄尨/皮長田射兀件，供作為DVD、（：〇等 之寫入、讀取光源，戋夹输箬s 及尤緘寺通^用光源，在商業上之 用價值極大。 【圖式簡單說明】 圖1係關於在本發明之m彳眘 货乃又罘1貫施例中所示之雷射元件 式剖面圖。 吴 圖2係關於在本發明之並 &月乏其他實施例中所示之雷射 模式剖面圖。 田τ u 1干爻 圖3 Α〜G係說明本發明女土 髹明万法灸各製程之模式剖面圖。 圖4係供比較所示之希^ 、 <田射7L件 < 模式剖面圖。 圖5係關於在本發明一 特性圖。 實]中㈣射讀之電流-光輸出 化之驅動 #圖6係關於在本發明之一實例中因雷射元件劣 電流變化之示意圖。 意^係在本發明中條帶寬度與單— 之示 意围圖8係在本發明中_深度與單-橫模式振錢係之示 =係在本發明中㈣深度與驅動電流 Γ係在本發明⑷⑽與元件壽命_之^圖。 之雷射元件之 圖11係騎在本發明之第2實施例中所示 心 模式圖。 元件特性關係 圖2係在本發明〈雷射元件中餘刻深度虚 之說明圖。 ^ 94040.doc 1247466 圖13係關於本發明之變形例1之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16係關於本發明之變形例4、5之雷射元件之模式剖面 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18係關於在本發明$ n 3眘 焱明心罘3實她例中所示之雷射元件之 結構之模式斜面圖。 ，圖19A〜=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20係供說明關於本發明之 之罘3只施例中之雷射元件之 模式圖。 94040.doc 81-

Claims (1)

  1. 拾、申請專利範固： 1. 一種氮化物半導體雷射元件，其係至少依序積層有活性 層及在其上至少之P側第i鞘層、P侧導光層、p側第2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·· 前述第1鞘層至少含有2層，第1層由在氮氣環境下所形成 之AlyGa^yNCiXycO^)所構成，第2層由在氫氣環境下所 形成之 Αΐ3^、_γΝ(0<γ<0·35)所構成； 依前述蝕刻所配置之條帶寬度係狹條區域i〜3微米範圍； 前述韻刻深度為在p側導光層膜内，或是在p侧導光層以 上前述p側鞘層殘膜厚度〇·1微米以下位置處。 2· —種氮化物半導體雷射元件，其係至少依序積層有活性 層及在其上至少之ρ侧第1鞘層、ρ側導光層、ρ側第2鞘層 、及Ρ側接觸層，自該ρ侧接觸層側至上述活性層上方係 經蚀刻，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 如述苐1鞘層至少含有2層’第1層由在氮氣環境下所形成 之AlyGawN(0<y<0.35)所構成，第2層由在氫氣環境下所 形成之AlyGauNCiXycO.SS)所構成； 依前述蝕刻所配置之條帶寬度係狹條區域1〜3微米範圍； 前述领刻深度為在ρ側導光層膜内，或是在ρ側導光層以 上前述ρ側鞘層殘膜厚度0.1微米以下位置；且 藉萷述蚀刻所露出之條帶之兩側面及在該側面連續之氮 94040.doc 1247466 化物半導體平面上，形成非矽氧化物之絕緣膜，介以該 絕緣膜在可述條帶最上層之前述p側接觸層表面上形成 電極。 3.根據申請專利範園第2項之氮化物半導體雷射元件，其中 前述絕緣膜係選自包含鈦、釩、鍺、鈮、給、钽所組成 之群之至少一種元素之氧化物、SiN、BN、SiC、中 之至少一種。 4· 一種氮化物半導體雷射元件，其係至少依序積層有活性 層及在其上·至少之P側第i鞘層、P側導光層、p側第2鞘層 、及P側接觸層，自該p側接觸層侧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： 前述第1鞘層至少含有2層，第1層由在氮氣環境下所形成 之AlyGai_yN(0<y<0.35)所構成，第2層由在氫氣環境下所 形成之AlyGa^yNCOcycOJS)所構成； 前述P侧導光層為INxGaHN (0$χ< 1) 依如述敍刻所配置之條帶寬度係狹條區域1〜3微米範圍； 如述姓刻深度為在P側導光層膜内，或是在P側導光層以 上前述P側鞘層殘膜厚度0.1微米以下位置處。 5·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INGaN所構成的井層之量子井構造。 6· —種氮化物半導體雷射元件，其係至少依序積層有活性 層及在其上至少之P側第1鞘層、P側導光層、p侧第2鞘層 、及p側接觸層，自該p侧接觸層侧至上述活性層上方係 94040.doc 1247466 經姓刻，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： 前述第1鞘層至少含有2層，第1層由在氮氣環境下所形成 之AlyGa1-yN(0<y<0.35)所構成，第2層由在氫氣環境下所 形成之AlyGabyNCiXycOJS)所構成； 依前述蝕刻所配置之條帶寬度係狹條區域i〜3微米範圍； 前述蝕刻深度為在p侧導光層膜内，或是在p側導光層以 上前述p側鞘層殘膜厚度0.1微米以下位置處，且蝕刻深度 不超過0.7微米。 7 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體雷射元件， 其中前述P側第2鞘層具有含AlGaN之超晶格構造。 8.如申請專利範圍7項之氮化物半導體雷射元件，其中含 AlGaN之超晶格構造係積層AlGaN及GaN而構成者。 9· 一種氮化物半導體雷射元件，其係積層有活性層及在其 上至少之p側弟1鞘層、p側導光層、p側第2鞘層、及p側 接觸層，自該P侧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·· 前述p侧導光層具有狹條帶狀突出部，且該突出部上具有 p塑氮化物半導體層； 前述p侧第1鞘層至少由2層所構成，第丨層為在氮氣環境 下形成之AlxGa〗-xN (〇<χ<0·5)，第2層為在氫氣環境下 形成之AlxGa^xN ( 〇< 〇·5);且 該ρ測導光層之突出部之膜厚在1微米以下。 !247466 10·如申請專利範圍第9項之氮化物半導體雷射元件，其中前 迷Ρ側導光層較η側導光層的膜厚為厚，具有狹條帶狀之 突出邵，且突出部中之ρ侧導光層的膜厚在15〇〇人（埃）以 上1微米以下。 11 ·如申請專利範圍第1 〇項之氮化物半導體雷射元件，其中Ρ 侧第2鞘層為含AlGaN之超晶格構造。 94040.doc
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