TWI258906B - Semiconductor laser device - Google Patents

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TWI258906B
TWI258906B TW094106679A TW94106679A TWI258906B TW I258906 B TWI258906 B TW I258906B TW 094106679 A TW094106679 A TW 094106679A TW 94106679 A TW94106679 A TW 94106679A TW I258906 B TWI258906 B TW I258906B
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Hiroaki Matsumura
Yasuhisa Kotani
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Nichia Corp
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Description

1258906 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種遠場圖形（以下記作F F P)良好的半導 體雷射元件。 ' 【先前技術】 在半導體雷射器中，爲控制光的橫向模式而形成條狀社 構，、在條狀波導通路區域内使發光共振。然而，光從料 區域Λ漏，洩漏的散射光就會變成從端面放出的弱光。因 此^雜訊搭在主雷射光上，而漣波（ripple)出現於Μ。尤 ’、疋Ik著使半導體雷射高輸出化，這種現象變得顯著。這 種4 Λ(漣波）舆光纖或透鏡結合時會引起各種障礙，所以被 要求種忐夠實現高輸出而且沒有漣波的FFP的半導酽φ 射器。 a田 H在本申凊人提出的專利文獻1中，在基板上層疊了 -有井層和阻擋層的多重量子井層結構的活性層的半導體 的半導體雷射元件中，在_傳導層與基板之間形成光吸^ 層。光吸收層作成比活性層的井層帶隙能小的未摻雜的含 / g田/舌性層發出的一部分光從η型包層漏出的情況下， 彺彺會：比基板折射率大的_傳導層中導波。由於這種散 射光也是漣波的-種成因，所以利用在η型傳導層下側形成 的光吸收層吸收，抑制漣波。 f㈣文獻1中，例如，在基板上使Ιη。8#以〇,2微 ^厚生長作爲光吸收層，進而在該層上層疊η型傳導層、 11型包層和活性層等作成半導體雷射元件。藉由作成這種雷 100090.doc 1258906 射元件結構，以前述来明&昆心^ / 先及收層吸收從起作用作爲光封閉馬 的η型包層向基板側漏出的光，抑制漣波。 [專利文獻1]特開2000490 99號公報 【發明内容】 然而上述習知半導體雷射元件，抑制漣波仍不充分。而 且，專利文獻1所示的半導體雷射元件，是在半導體層心 上額外增加光吸收層的結構。雖“吸收層需要形成^
僅具有光吸收作用的Ιη的組成，但是Ιη含量多的氮化物半^ 體-般結晶性低。因此，層疊在光吸收層上的其他層的結 、谷易IV低巾冑了防止這一點就有對其他層的膜厚或 組成產生限制之虞。
於是本發明目的在於提供—種FFP成為漣波少的良好高 斯形狀的半導體雷射元件。 N 本毛明的半導體雷射元件，係在基板主面上備有第一導 私型半導體層、活性層、與第一導電型不同導電型的第二 導電型半導體層、在前述第二導電型半導體層中使條狀區 域内電流狹窄而形成的波導通路區域及設於對於該波導通 路區域大致垂直的端面上的共振面而形成者，其特徵2 於·在接近前述共振面的區域中，離開前述波導通路區域， 在前述第二導電型半導體層上形成多個凹部。 籍由作成上述構成，能夠防止散射光從共振面的波導通 路附近射出。其理由是利用上述的多個凹部使散射光散射 和折射的緣故。上述的凹部最好在共振面的出射端面側。 处凹。卩最好形成至少兩個以上。藉此取得高的散射 i00090.doc 1258906 效果。此外，前述半導體雷射元件最好在波導通路區域的 兩侧具有凹部。藉此取得使得到的光束形狀更成為左右對 稱的效果。 此外，本發明中所謂波導通路區域是指傳播條狀光的區 域。此處，被傳播的光藉由在共振面共振而放大，作雷射
振盪。而且在波導通路區域上，朝向波導通路區域使電流 變窄以便能有效注入電流。爲使電流在波導通路區域變 窄，最好從共振面側觀察的第二導電型半導體層剖面形狀 馬凸部形狀。這是因爲藉此還具有光封閉作用的緣故。在 以下的說明中，將這種凸部稱爲隆脊部（ddge)。 基板最好是僅由單一半導體形成的單體基板。但是基板 係遍及基板的全面或部分備有與構成基板表面的半導體不 同的異種材料亦可。基板具有的異種材料係例如藍寶石、 、Sl、尖晶石、Si〇2、SiN等。而且半導體是化合物半 =體，特別疋III-V族化合物半導體、Π-VI族化合物半導體 寻較么。具體貫例有GaN系化合物半導體、GaAs系化合物 半$體、ZnO系化合物半導體等。 凹邛取好是在共振面的出射端面側。藉由此構造，與共 振：長度或隆脊部寬度無關，可防止附的紊亂。…、 月11述凹部最好與共振面連接和/或在共振面的附近。此 处’凹部與共振面連接是指凹料外周與共振 十共振面的附近是指凹部的外周與共振面的最短距離 易確採用，些構成能夠降低波導損失。而且容 、，田射斋的線性。此外，從波導通路洩漏的光 100090.doc !2589〇6 ;:遍及波導通路的長度方向全部區域產生。因此，夢由 2可能接近出射端面位置處使光散射.折射，能夠更^效 也抑制漣波的産生。 形^外1^取好與出射端面連接或交叉地在出射端面上 辟切口精此’在將共振面劈開形成之工序中，能夠使 刀開位置穩定。因此，妒 y φ b同一形狀提供晶片化的半導體 田射7L件的端面形狀。 本發明的半導體雷έ 田Λ二、、 田射70件中，在與共振面平行的剖面， 取好别述凹部的側面最好 取好相對於基板主面傾斜。採用這種 冓成，能夠提高散射效果。 本發明的半導體雷M i # 射70件中’前述凹部的平面形狀最好 Γ如圓形、三角形、六角形、平行四邊形、直線形、曲 ?形。藉由作成這些形狀，能_整散射.折射效果。尤置 =如果凹部的平面形狀為圓形或六㈣，則製程將會變得 谷易。此處，將凹部的平面 、 十面元狀作成圓形時的直徑最好爲 1〜10微米，更好爲2〜5微求。 本發明的半導體雷射元件中，凹部的底面最好是第一導 電型半導體層内。半導體雷 ^… 股田射70件，由於在基板的主面上 依第一導電型丰導體屏、 曰/舌性層和第二導電型半導體層的 順序被層疊，因此凹部的底面不僅到達第二導電型半導體 層，、而且貫通活性層到達第—導電型半導體層。採用這種 構成，旎夠提高散射光散射的效果。 凹部上最好具有光吸收層藉此，當散射光通過凹部時， 不僅能使散射光散射.折射，而且還能將其吸收。因而能夠 100090.doc 1258906 進一步抑制FFP的漣波。 光吸收層最好是比活性層帶隙窄的半導體。作爲具體每 例，當活性層㈣含_ GaN系半導料，光吸收層最= 為In混晶比較前述活性層高的㈣系半導體。此外，也可以 採用ί η P系半導體、G a A s系半導體等。採用這種構成，能夠 有效地進行光吸收。
形成於凹部的光吸收層是選自包含Ni、cr、丁卜cu、Fe、 Zr、Hf、Nb、W、Rh、Ru、Mg、Si、A1、&、γ、—、丁&、 c〇、Pd、Ag、Au、Pt、In、此等的氧化物、siN、随、^ 及Am的財的至少—種。採料種構成，能夠有效進行光 吸收。而且這些材料中除光吸收作用之外，還有具備光 射作用的。而且SiN、BN、SiC、A1N最好為非晶質。 而且本發明的其他形態，係在基板主面上具備第一導電 型的半導體層、活性層、與第—導電型不同導電型的第二 導電型的半導體層、前述第二導電型半導體層上的條狀隆 脊部及在對於該隆脊部大致垂直的端面上的共振面形成的 半導體雷射元件’其特徵在於：在離開前述隆脊部的側面 的前述第二導電料#體層纟面上具有離子注入區域和凹 部。 藉由作成上述構成，在條狀隆脊部附近，散射光不僅可 被凹部散射，而且還被其進一步吸收。能夠吸收的散射光 的波長雖然因材料不同而異，但是最好是從365 nm以下紫 外區域至6 0 0 nm以下的區域。藉由吸收在含有活性層或引 ^層的核心區域導波的散射光，能夠獲得良好的FFP。 I0u090.doc -10- 1258906 。隆脊邛係起作用作為波導通路區域，以條狀將光封閉的 區域。隆脊部將剖面形狀作成凸狀，於此使封閉的光放大 而從共振面的出射端面侧使雷射振盪。隆脊部是能夠有效 注入電流的狹窄區域，也具有光封閉作用。 離卞主人區域最好是隆脊部附近’形成於共振面的出射 ^面側。但疋離子注人區域與隆脊部連接，會使波導通路 區域的結晶性降低，所以離子注入區域需要離開隆脊部。 料注入區域的形狀，最好是從以隆脊部爲中心離開隆脊 =兩側1〜10微米的區域向外側延伸的區域。離子注入區域 最好疋在隆脊部的條方向上距離出射端面20微米以内的範 圍。 最好從共振面的出射端面侧朝著反射端面側依次有離子 庄入區域、凹部。採用這種構成，能使從反射端面返回的 =凹部散射·折射，用離子注入區域吸收出射端面側的波 導光由以上，旎夠在主雷射光的FFP上容易得到漣波少的 φ 半導體田射元件。此處最好從出射端面有離子注入區域， 從出射端面至凹部的距離最好至少1微米以上。 \也可以從共振面的出射端面侧朝向反射端面側依次具有 第-離子注入區域、凹部、第二離子注入區域。採用這種 構成，能將從反射端面返回的光以第一離子注入區域吸 進而在凹。卩使放射光散射·折射，而出射端面側的波導 光則以第二離子注入區域吸收。 第一離子注入區域雖然能吸收散射光是第二離子注 入區域也具有使電容降低的效果。也就是說，第二離子注 I00090.doc -11 - 1258906
入區域若處於雷搞A 兒極的下方，則能夠降低半導體雷射器的電 容。若半導體雷突 版田射為的電容降低，則因半導體雷射器的應 答速度上升而右女I ,., 有利。例如，以第一離子注入區域的離子為 A1，則最好第—籬； 離子左入區域的離子為B或A1。第一離子 注入區域與凹部，-V、土 . 、u。卩，或者凹部與第二離子注入區域最好連續。 月的半導體雷射元件中，向離子注入區域注入的離 子最好是選自包含銘（A1)、_)、鎂⑽）、辞㈣、鍵㈣、 碳（C)、#5(Ca)、曾；,口、AA 2 丄 、（）的、、且中的至少一種。這些材料能夠 容易在深度方向卜 上形成雔子注入區域。具體而言，能夠至 比活性層下層形成離子注入區域。 在本發明的另—丑彡能 义么各分 、 乂心，係在基板主面上備有第一導電型 的半導體層、活性岸、访楚 a ，、弟一蛉黾型不同導電型的第二導 電型的半導體層、前述第二導電型半導體層上的條狀隆脊 部及對於該隆脊部大致垂直的端面上的共振面形成的半導 體雷射元件，i中名舒、+、4仏 ，、在則述共振面的出射端面侧且離開隆脊 部的側面的前述第二導電型 身 干绔脰層上具有光吸收區域和 光散射區域。光散射區域是 匕x疋扣政射散射光的區域。 本發明的半導體雷射义 _ 忏〒月丨」逑第一導電型的半導體 層 '丽述活性層、前述第二導 ^ ^ 宁弘尘半V體層由氮化物半導 體構成。氮化半導體的通式爲 ^ inxAlyGa!-x-yN (0^ 1 , 〇 ^ 1、OS x+y$ 1)。 第-半導體層最好具有㈣氮化物半導體，前述第二半導 體層最好具有P型氮化物半導體。而且在η型氮化物半導體 中’作爲η型雜質最好含有Si、Ge、〇等任一種以上。而且 100090.doc 1258906 在P型氮化物半導體中，作爲雜質最好含有Mg、Zn等。 採用本發明的半導體兩- 、
午¥體田射几件’能夠抑制雷射光的FFP 的連波。而且逛能抑制縱 祕… 门的杈式跳5隹。藉由減少雷射光 的FFP的漣波，與透鏡或光 的設計變得容易。 +糸、“件的結合或透鏡 【實施方式】 實施方式1
圖1疋表不關於本發明的實施方式1的半導體雷射元件的 :體圖。彻雷射元件在具有第一主面和第二主面的半 ¥體基板1G1的第—主面上層疊有第-導電型氮化物半導 體層2⑽、活性層2〇5和第二導電型氮化物半導體層21〇。而 且基板HH具有導電性，成為在基板1〇1的第二主面上和第 二導：型氮化物半導體層21〇上形成電極的對向電極結 冓π藉由作成對向電極結構，能通入大電流，能作高輸出 振盟。另外’第二導電型半導體層21G上形成有條狀隆脊部 、隆脊W1 0的下方形成條狀的波導通路區域。對於此波 導通路區域大致垂直的端面2G形成雷射的共振面。 圖2疋表不圖i所示的半導體雷射器結構細節的剖面 回關於本貝靶方式的半導體雷射器採取分離封閉型（SCH 土）、、口構但疋本發明並不限於分離封閉型結構，也可以是 不有光V層的結構。在基板1〇1上層疊n側包層2〇3、n側 ^ "〇4 /舌性層205、Ρ側電子封入層206、ρ側光導層 一07 ?側包層208、Ρ側接觸層209。此處，η側包層203和η 侧光導層204構成第一導電型氮化物半導體層2〇〇。另一方 100090..；i〇c 1258906 面’ p側電子封入層206、p侧光導層207、p側包層208和p 側接觸層209構成第二導電型氮化物半導體層21〇。上述p 側電子封入層206有時也稱爲p侧帽蓋層。p侧接觸層209和p 側包層208的一部分殘留隆脊狀部分而被蝕刻除去，藉此形 成了波導通路形成用的隆脊部丨〇。隆脊部丨〇的兩側以露出p 側接觸層209的上面的方式形成絶緣膜220。上述絕緣膜220 有時也稱爲絕緣層或掩埋膜。而且在露出的p侧接觸層209 的表面上形成p電極230,進而形成p墊片電極250。另一方 面’在基板1 〇 1的背面形成η電極232。 而且從ρ側接觸層2〇9至η側包層203的中途被蝕刻，使η 側半¥體層200的一部分露出。此η側包層的露出面2〇3&成 爲k晶圓切出各個雷射元件時的切割線。而且利用此蝕刻 緩和晶圓全體的應力變形。在露出的半導體層的側面上形 成有保護膜240。 本貫施方式的半導體雷射元件，如圖丨所示，其特徵在 於·在從形成波導通路區域的隆脊部丨〇離開的位置，於第 一 型半導體層210的表面上形成多個凹部11〇之點。圖1 中的凹部110成為到達第一導電型半導體層2〇〇的深度。而 且多個凹部110以矩陣狀排列在共振面2〇的附近。 藉由這樣在共振面20的附近形成多個凹部丨丨〇，能使從半 體田射為的波導通路區域漏出的光被凹部丨丨〇所散射。因 此，能夠降低在f射器主射束方向上所放出的漏光，得到 漣波受到抑制的FFP。 此外在圖1中，在凹部丨丨〇的形成區域未形成絕緣層和 I00090.doc 1258906 的半導體層，也可以 域。另一方面，Ρ電極 上。這是因爲第一導 而在與ρ電極230之間 P電極23 0。但是爲了保護凹部内露出 使絕緣層220形成至凹部π〇的形成區 230最好不覆蓋在凹部η〇的形成區域 電型半導體層200露出於凹部1内， 有可能引起短路的緣故。 ν叫π兀〈類的深 度。例如，最好凹部110的底面為至少達到第_導電 體層細的深度，以便能將來自活性層2G5在横向漏出的光 有效地散射。尤其是本實施方式之類的分離光封閉型（咖 型）半導體雷射器的情況，最好凹部110的底面抵達比第一 ，電型半導體層中光導層⑽下面更下方。也就是說， 取好凹部110的底面抵達第—導電型半導體層2⑼中的包層 :、f此能夠有效地使從由η側光導層⑽、活性層205和曰p 側光¾^層2 0 7構成的站*導彳g牧、p f + 风的渡¥通路漏出來的光散射。此外，由於 =層内也因光渗出而光沒漏，所以形成凹包 二中她度更佳。而且凹部u。的底面爲決定雷射元件 的檢向見度（或者為使電極形成面露出），最好在和露出的η 侧半導體層表面2〇3a同一面上...^ ^ , 、 田射7L件時掩模的對合次數， 今 品率，同時抑制特性偏差。㈤，田、盗的製造成 =凹部⑽最好形成在雷射共振面的出射端面_4 土出射端面20的附近形成凹部11(^ 3 放出的漏光散射，減少在與雷射……出射知面20 射的漏光。因此一豹右的先束相同方向上出 口此4有政地抑制漣波向附産生 100090.doc 12589〇6 也可以在雷射元件的出射端面附近和反射端面附近的雙方 成凹。卩11 0若在反射端面附近也形成凹部11 〇，則能使 在雷射器的反射端面朝著雷射内反射的漏光向外部散射。 口此，能夠使在雷射器内反覆導波的漏光減少，更加有效 地抑制漣波的産生。 此外，凹口 [U 1 〇形成至過度離開共振端自的位置，反而有 毛光效率降低之虞。因此，最好在距離共振面3峨米以内， 更好的距離共振面Π)微米以内的區域形成凹部11〇。 而且凹部110過度接近波導通路，則在形成凹部110時就 有損傷波導通路内半導體結晶之虞。因此，凹部U0最好形 成在其外緣距離波導通路（本實施方式中是隆脊部10)外緣 至少0.1微米’更好是0.5微米的位置上。另一方面，在過度 :開波導通路的位置上形成凹部11〇，漣波的抑制效果就會 牛低。因此’凹部UG的外緣與波導通路的外緣之間的最短 距離最好是15微米以下，更好是職米以下。 ^於凹部U〇的平面形狀可以考慮各種構造。圖3A〜圖3D 疋表示凹部110平面形狀的實例的模式圖。凹部no的平面 :若是能狗使從波導通路漏出來的光向與主光束的行 二二不同的方向散射(微觀上折射)的形狀，則任何 ’可。例如可以作成圓形（圖3A)、六角形（圖3b)、三圖 =、直線狀（圖3D)等各種形態。如這些實例所示，爲使& 束：=°Γ而在雷射器内導波的光在與雷射器的主光 束不同的方向上散射/折射，凹部110的平面形狀 先 線方向是連續變化的圓形或擴圓形疋切 4 /、有相對於出射 i00090.doc 1258906 端面20傾斜的構成邊。 、例士如圖3 A所7^，凹部11 0的平面形狀若爲圓形，則與波 導通路平行行進而來的光，除了在圓的中心、行進情況以 外，還在與主光束的行進方向（相對於出射端面垂直的方向） :同的方向彎曲。而凹部11()的平面形狀爲擴圓形的情況也 疋同樣。因此，藉由排列多數具有圓形或橢圓形平面形狀 9凹4 11 0 ’此夠抑制漏光對主光束的影響，並得到良好 FFP 〇
汝圖3B 3D所示，若具有相對於出射端面2〇僅僅傾 斜角度α的構成邊，則通過這些構成邊的光也在與主光束 不同的方向上寫、曲。此處爲有效地抑制漏光産生的漣波， 凹部110平面形狀中的構成邊具有的傾斜角^最好爲5。〜 / :更好為10〜60。此外，凹部11〇的平面形狀最好根據 形成凹部的半導體層的結晶方位決定。例h，當半導體是 日日系、、口日日（氮化物丨導體結晶等），出射端面是六方晶系 賴面的情況下，如圖3B所示，凹部11G的平面形狀最好是 具有與出射端面20平行的構成邊的六角形。藉由作成這種 形狀，可以穩定的形妝《 尺寸开> 成凹部11 0。此外凹部11 〇 的平面形狀並不限於此處所示的實例。 此外’無論凹部110平面形狀如何，都最好凹部110的最 窄部分的寬度為0.1微米以上，更好為0.5微米以上。但是當 凹部no的平面形狀爲圓形的情況下，凹部u 為〇·1微米以上，更好為〇 止、 、、·彳放米以上。這是因爲凹部Η 〇過 小，則容易産生凹部11(3塌陷等的緣故。 I00090.doc 12589〇6 ^成在第二導電型半導體層21q上的凹部的數目並㈣ ❿制’但是最好在相對於隸波導通
直方向均排列多數個。例如，若相對於條狀料::在: :方向和垂直方向各三個棋盤格狀形成凹部，則全部將具 、：個凹部。凹部110彼此的間隔既可以是等間隔的，也可 以是間隔變化的。而且凹部110彼此之間為了光不被散射而 ^過:最好使凹部U0配置於偶數列與奇數列互相錯開的位 。4寸別是從共振面側朝著導波方向觀察凹部ug時，使偶 數列的凹部與奇數列的凹部互相連接或部分重疊，就能提 高漏光的散射效率。而且爲使發光效率不降低而有錢抑 制漣波’最好凹部110的排列在與波導通路垂直的方向比與 波導通路平行的方向長地延伸。 、，茲說明凹部110的具體排列實例。圖4A〜圖4D是表示排列 平面形狀爲圓形的凹部110的實例的模式圖。在圖4A所示之 實例中，在與隆脊部10垂直的方向上以等間隔配置凹部 110，該凹部110的排列在與隆脊部1〇平行的方向上反覆三 列。在圖4A的實例中，凹部110的間隔（=凹部ιι〇外端之間 的最短距離）與凹部110本身的直徑大致相等。而且如圖4A 所示相對於弟一列凹部11 〇 a偏離半個間距配置著第二列 凹部ll〇b，相對於第二列凹部11013也偏離半個間距配置著 第一列凹部11 〇c。藉此當從共振面20之側朝著波導通路方 向觀察雷射元件時’偶數列凹部110與奇數列凹部110互相 連接。因此，在雷射器内沿著波導通路方向行進的漏光一 定會通過任何一個凹部；Π0，漏光的散射效率提高。此外， 100090.doc -18- 1258906 當從共振面20之側朝著波導通路方向觀察雷射元件時，偶 數列凹部u 0與奇數列凹部110若互相重疊則更妤。因此， 使凹部110的間隔卜凹部11〇外端之間的最短距離）比凹部 110本身的直徑小即可。 在圖4B所示的實例中，將平面形狀為圓形的凹部11〇排列 成w字形。這種情況，當從共振面2〇之側朝著波導通路方 向觀察雷射元件時，也最好相鄰凹部11〇彼此互相連接或重 且藉由配置成W子形，能以較少個數的凹部丨1 〇有效地將 漏光政射。此外，也可以使圖4B所示的W字形排列在與波 T通路平行的方向重複兩次。而且也可以使圖4B所示的w 子幵y在與波導通路垂直的方向上重覆。再者，以W字形為Μ 子形也能獲得同樣的效果。 在圖4C所示的貫例中，平面形狀爲圓形的凹部11 〇以與圖 同樣的方法在波導通路方向重複七列。但是在圖的實 例中，將與波導通路垂直的橫向—列中所含的凹部110的數 目隨著離開共振⑽而逐漸減少。而且與波導通路平行的 縱向-列中所含的凹部110的數目也隨著離開波導通路卜 隆脊部10)而逐漸減少。藉此，能夠提高在特別重要的共振 器端面附近和波導通路附近的散射效率。另外，圖奶是圖 4C的變形例。 圖5Α〜圖5C是表示將幾個平面形狀爲圓形的凹部⑽連 接，構成平面形狀為直線狀（或棒狀）凹部ιι〇的實例。此护 俯視:寺，最好凹部110具有相對於出射端面2〇傾斜的構成’ 邊。猎由具有相對於共振面傾斜的構成邊，磁到傾斜邊的 100090.doc -19- 1258906 光將會/口著與主光束不同的方向彎曲，能夠有效地抑制漣 波。在圖5A所示的實例中，沿著與波導通路垂直的方向排 列多數個相對於出射端面2G斜地傾斜的直線狀凹部ιι〇。藉 此通過凹部1 10之間的漏光減少，與排列單純圓形的凹部 1 〇的h况相比’漣波的抑制效果提高。而且圖及圖w 疋將直線狀凹部i i 0a與圓形凹部丨丨〇b組合的實例。 〜圖6A和圖6B進—步表示使直線狀凹部連續的實例。藉由 ^樣將直、、泉狀凹部彼此連接，能夠去掉凹部彼此間隙而且 減少^散射或折射而穿過來的漏光。此外，當使直線狀凹 P連、’、的if況下’如圖6A和圖6B所示，最好將傾斜方向不 同的直、、泉狀凹部父互連接，作成曲折的直線狀（或者曲折的 =狀圖6A中為W字形、圖6B中為M字形）。將凹部形成… 或子形的^况下，凹部將會有相對於共振面的傾斜 角二不同的兩個構成邊（第一構成邊和第二構成邊而且形 、'第構成k和第_構成邊相連，而且角度不同的第一構 成邊和上述第二構成邊交替排列。藉此由於能夠在更窄的 面積内配置多個使光折射的傾斜面，所以能约進行有效的 漣波抑制。而且借助於具有不同傾斜角度的兩種構成邊， 可使漏光在不同的兩個方向上折射。因此，能夠防止被折 射的漏光集中在牲$ 士 ^ L ,, 在知疋方向上。此外，在圖6B的實例中，將 =形凹部U_M字形凹部版组合。而且在圖6C的實例 ,，成為將Μ字形凹部連續接合的形狀。 ^果乂樣將多個凹部連接而形成直線狀，則很難受到基 ”曲的影響。也就是說，基板有彎曲，則凹部形成時曝 I00090.doc -20- 1258906 因此，：谷易在晶圓面内偏# ’凹部尺寸容易產生大小。 凹部110為點狀的情況下，凹部彼此之間隔部 =漏光不經散射·折射而容易通過。但是如果將點狀凹部 、 成直線狀’則即使在曝光時焦點稍微偏移的情況 下’也僅有凹部寬度變化，很難形成漏光穿過的間隙。 : 是表不凹°卩1 1 0剖面形狀的模式圖。凹部1 1 0的剖
/狀如圖7A所不，雖然具有與基板（未圖示）的主面垂 直的側壁，但是最好如圖7B所示，具有相對於基板主面傾 斜的側壁110s。藉由凹部的側壁⑽相對於基板主面傾 斜I到凹口[U10的侧壁110s的光會按側壁ii〇s的傾斜而折 射，容易沿離開主光束的方向行進。也就是說，利用凹部 no能使漏光不僅在X方向上，而且於方向上彎曲，可以 更有效地抑制漣波。此外，如圖7A〜C所示，本實施方式中 凹部110的内面被保護膜220所覆蓋。 而且在圖7C的實例中，在凹部11〇的内壁上還形成光吸收 層（埋入材料）111。藉此能夠利用凹部丨i 〇將漏光散射·折 射，同時吸收，進一步可抑制漏光的影響。在凹部110内壁 上形成的光吸收層111，例如可以採用比活性層帶隙窄的半 導體。當活性層採用含In的GaN系半導體的情況下，可以將 比活性層In混晶比高的GaN系半導體作為光吸收層丨丨}。藉 由使用與本來的雷射元件相同材料系的半導體，可防止半 導體雷射元件因污染或膨脹係數差別等產生的變形。而且 也可以使用InP系半導體或GaAs系半導體等作為光吸收層 1 Π。再者，光吸收層111也可以是金屬或其氧化物。例如 I00090.doc 1258906 可以使用 Ni、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nb、W、Rh、RU、 Mg、Si、A1、Sc、Y、Mo、Ta、Co、Pd、Ag、Au、Pt、In 及此等氧化物（例如RhO)等。而且也可以用SiN、BN、SiC、 AIN等構成光吸收層丨丨1。這些siN、bn、SiC、AIN最好是 非晶質。 此外在圖7A〜C的任何情況下，凹部11 〇的内部最好是空 洞。藉由凹部11 〇内部是空洞，在凹部丨丨0的内壁界面上産
生大的折射率差，由凹部丨丨〇産生的光散射·折射效果提 高。因此最好即使在凹部11〇的内側形成保護膜22〇或光吸 收層111的情況下，也形成不將凹部丨丨〇完全掩埋的膜厚。 此外光吸收層也可以是將凹部11〇掩埋至平坦化的形狀。但 是當將凹部110掩埋至平坦化的情況下，爲了不會喪失凹部 110散射·折射光的功能，需要在光吸收層111採用與半導體 折射率不同的物質。 光吸收層111例如可以在形成凹部110之後，除去形成凹 部110用掩模（抗㈣1圖案等）之前形成。光吸收層lu的形成 方法’可以採用CVD法、減射法、蒸鍍法等。 凹部110例如可以藉由採用掩模的姓刻法作成。適當選擇 此日τ的勉刻條件，> 腾 立 、 千也此將凹部的侧面作成垂直面或傾斜 面：而且利用掩模圖案可將凹部的平面形狀作成圓形、三 角形、六角形或平行四邊形等所需的形狀。 第一導θ電型半導體層200、活性層205和第二導電型半導 體層210取好都是化合物半導體。第 與第-導電型不同的導電 方層具有 右使一方為η型半導體層，另 10⑻90.doc 1258906 =則^型半導體層。活性層205具有多重量子井結構或 者早一 1子井結構。 此外，第二導電型半導體層210，需要能在表面上形成凹 10的耐久性。因此，盡可能抑制來自基板101的差排傳 播到第二導電型半導體層21G者佳。而且也盡可能抑制再產 生在活性層205上的差排傳播到第二導電型半導體層⑽者 佳。因此，最好基板⑻與各半導體層爲同—材料系統的化 合物半導體。 [製造方法] 以下說明本實施方式的半導體雷射元件的製造方法。 本實施方式中，採用具有第—主面和第二主面的基 板。在該基板的第一主面側層疊有半導體層，第二主面側 具有電極。半導體層係以第一導電型半導體層和第二導電 型半導體層夾持活性層的分離光封人型（SCH)結構。這是藉 由在活性層的上下備有比用活性層帶隙大的光導層，構成 光波導通路者。 (1) 基板1 ο 1的製備 首先使半導體層在基板1〇1上生長。本實施方式中，基板 採用氮化物半導體基板1G1。作錢化物半導體基板ι〇ι， 最好採用是m族元素的卜以^時以及是與氮的化合 物的GaN、細、A1GaN、InAlGaN#。而且也可以使氮化 物半導體基板101含有n型雜質或P型雜質。 氮化物半導體基板的製備方法有多種。例如在與氮化物 100090.doc 1258906 半導體不同材料的異種基板上使氮化物半導體層生長後， 除去用作生長基板的異種基板，取出單體氮化物半導體基 板。在異種基板上使氮化物半導體層生長的情況下，最好 知用MOCVD法或HVPE法等氣相生長法使氮化物半導體層 生長。更具體而言’首先在藍f石或Sic、GaAs等異種基板 上使由氮化物半導體組成的緩衝層生長。此時，緩衝層的 生長溫度為以下。其次採用氣相生長法使氮化物半導 體在異種基板上以50微米以上的厚膜生長。然後除去異種 基板後得到氮化物半導體基板。作爲除去異種基板的方 法，可以採用抛光、研磨、CMP、蝕刻、電磁波照射、雷 射照射等。最好以氮化物半導體的生長面作爲第一主面， 以除去異種基板而露出的氮化物半導體基板的露出面側作 爲第一主面。氮化物半導體的生長最好採用El〇法或選擇 性生長法等，以便可減少差排。EL〇法中，例如有在基板 或基板上生長的氮化物半導體層上形成凹凸後，使氮化物 半i體再生長的方法。而且也可以採用在超臨界流體中培 養結晶的水熱合成法、高壓法、助溶劑法等形成氮化物半 導體的主體單結晶，以代替除去異種基板的方法。 氮化物半導體基板101最好第一主面爲C面、A面或M面。 而且第一主面除C面、A面或Μ面等結晶生長面以外，也可 以具有（000-1)面。基板101的第二主面最好是（〇〇〇-1)面。第 二主面也可以備有（0001)面。此外在本說明書中，表示面指 數的在括弧内的橫線㈠係爲表示應當附在後面數位上的橫 線。而且氣化物半導體基板的形狀並無特別限制，既可以 I00090.doc -24- l2589〇6 是圓形，也可以是矩形。 氮化物半導體基板101具有差排在面内周期性分佈的。例 2 ’若㈣ELO法，射㈣成低麵密度區域與高差排 狁度區域。低差排密度區域與高差排密度區域最好是條 狀，但是也可以是點狀等。在差排在面内周期性分佈的氮 化物半導體基板中，起使内部產生的應力緩和的作用。因 可以不在基板上形成應力緩和層而 件以膜厚5微米以上層疊。 ^¥體凡 、， 《且低差排岔度區域之每單位面積的 差排數為1X10W以下’最好是lxl〇w以下。高差排密 度2域是比低差排密度區域差排密度高的區域。這些差2 測定可以CL觀察法或TEM觀察法等進行。 人而^在氮化物半導體基板1〇1的第一主面上也可以具有 3有第一 n型雜質的第一區域和含有與第一區域不同的打型 雜質的第二區域。要在氮化物半導體基板的第一主面上形 成第-區域和第二區域，例如可以進行如下。製作氮化物 半導體基板時H邊摻人η型雜f_邊使氮化物半導體 生長，以形成第一區域。然後，在基板的第一主面内第一 ‘區域以外，離子注入與第一區域不同的η型雜f，能夠形成 第二區域。此外也可以在氮化物半導體基板ι〇ι的表面上形 成凹α卩後邊在该凹部摻入與第一區域不同的！!型雜質一 邊使氮化物半導體再生長，以形成第二區域。採用這種構 造，能夠使驅動電壓降低。 而且也可以在氮化物半導體基板ι〇ι的表面上形成截止 角。截止角爲0.02。以上9(Τ以下，最好爲〇〇5。以上5。以下。 I00090.doc d 1258906 藉由在lut物半導體基板的表面±形錢止肖，能夠提高 在其上生長的氮化物半導體的結晶品質。而且在氮化物: 導體基板生長之後’也可以採用蝕刻法將基板表面研磨而 形成新的露出面。 上述虱化物半導體基板1〇1所含的n型雜質的雜質濃度最 好為i X i 〇X 。而且氮化物半導體基板的:厚
最好為50微米以上!毫米以下’更好為5〇微米以上5〇〇微米 以下。若是此範圍内，能使形成氮化物半導體雷射元件後 ”的再現性良好。此外若氮化物半導體基板的膜厚低於 5〇微米，則裝置工序中的處理將會變得困難。 上述氮化物半導體基板101藉由將基板表面進行濕式蝕 刻、乾式⑽i或CMP處理，在第—主面和/或第二主面上形 成任意凹凸部亦可。第二主面是與第一主面的相對向的 面，是形成第一導電型用電極的面。乾式蝕刻有Rm(反應 1*生離子蝕刻）法、RIBE(反應性離子束蝕刻）法、ECR(電子迴 方疋/、振）法、ICP(高頻感應耦合電漿）法、FIB(聚焦離子束） 專若疋°卩伤以結晶生長面為不同面的氮化物半導體基 板則因忐消除在該基板上産生的應力或變形而較佳。具 體而言，是以該第一主面作為（0001)面，此外具有與（〇〇〇1) 面不同的結晶生長面的（000-1)面、（11-20)面、（10-15)面、 (1〇-14)面、（11-24)面的。 在上述氮化物半導體基板的第二主面上至少有兩個以上 不同的結晶生長面，具體而言最好具有（000-1)面或（0001) 面、U1-20)面、（10-15)面、（1〇_14)面、（η·24)面等。若是 100090.doc (^) -26- 1258906 這種氮化物半導體基板，則在該基板上生長的氮化物半導 體元件’能夠抑制元件内施加的應力，能夠經受劈開時的 損壞。 氮化物半導體基板的差排密度為lxl〇6/cm2以下，最好為 5x1 OVcm2以下。在這種低差排密度區域的上部形成隆脊 部，具有波導通路區域，能夠提高壽命特性。而且上述氮 化物半導體基板之雙軸結晶法的（〇〇〇2)衍射χ射線搖動曲 線的半波寬度（Full Width at Half Maximum)為2分以下，最 ，好為1分以下。 (2)半導體層的生長 本貫施方式係以第一導電型半導體層2〇〇作爲η側半導體 層以第一導電型半導體層210作爲ρ側半導體層之構造。 本貝知方式的氮化物半導體雷射元件係在活性層兩側形成 、^r s 的 SCH(Separate Confinement Heteroatructure)構 、^ 〇 士匕夕卜 ^ ’在其兩側形成η側包層和ρ側包層。在包層上設 士率低的氮化物半導體層而作光封入。包層也有載子 圭于 ^ 。而且還可以作成在上述各層之間設置應力緩衝 (層的結構。 —具體而言，依以下順序使各層生長。 (第一導電型半導體層200) -V^-*· ’作爲第一導電型半導體層200，使由η型雜質摻 雜 AlxGa]· ]\ιγπ<τ 〆 a 1 = 〇·5)構成的 η侧包層 203、由 AlxGa!_xN(0 抑 ·3)構成的n側光導層204生長。n側包層203既可以是 單層，也可w η夕陡 疋夕層。η侧包層203是單層的情況下，η側包 100090.doc 27 ® 1258906 層203之通式為八1^31^(0$乂$〇.2)、最好膜厚爲〇5〜5微 米。η侧包層203是多層的情況下，η侧包層最好是超晶格結 構。例如藉由由AlxGa^xNCOg 0.1)組成的第一層和由 AlyGa^vNCO.Ol^y^i)組成的第二層層疊，可構成^側包層 203。而且在11側包層2〇3與基板1〇1的第一主面上之間插入 低溫生長緩衝層、中間層和裂缝防止層亦可。此外，在η 側包層203與基板1 〇 1的第一主面上之間也可以插入基底 層基底層隶好爲AlaGa^aNCO $ a $ 0.5)。藉此能夠減少氮 化物半$體層表面上產生的差排（貫通差排等）或凹坑。基底 層可作成單層或多層。 (活性層205) 其次，作爲活性層205,最好使由通式InxAly(Jai_xyN(〇<x $ 1y<l，〇<X+yg 1)表示的氮化物半導體層生長。此 通式中提高A1含量就能使紫外區域發光。而且使以含量增 夕則亦可使長波長側發光。藉由適當選擇組成，能使 ^6(^〜58〇11111範圍内發光。而且活性層2〇5作成量子井結構就 月匕提回發光效率。此處井層的組成最好In的混晶為〇〈乂 ^ 0·5井層的膜厚爲3〇〜2⑽埃，阻擋層的膜厚最好為⑽〜3 〇〇 矢此外，活性層的多重量子井結構，可以始自阻擋層止 於井層，始自阻擋層止於阻擋層，始自井層止於阻擋層， 或^始自井層止於井層。最好是從阻擋層開始Μ吏井層與 ㈣層對反覆2〜8次而形成，在阻擋層終止的構造。使井層 1阻擋層冑反覆2〜3次，就能使臨限值降低，提高壽命特性。 (第二導電型半導體層210) 100090.doc (S) -28- 1258906 接者作爲弟一導電型半導體層210’形成由p型雜質捧难 AlxGai_xN(0 S X € 0.5)構成的p側電子封入層206、士 一 田
AlxGabxNCOS xg 0.3)構成的p侧光導層207、由p型雜質摻雜
AlxGabxNfOS 0.5)構成的p側包層208、由p型雜質接雜
AlxGai_xN(0$x^ 1)構成的p側接觸層2〇9。可以省略p侧電 子封入層2 0 6。 第一導電型半導體層2〇〇和第二導電型半導體層2ι〇所含 的半導體層都使In混晶亦可。 η側包層203、P側包層208可以是單層結構、兩層結構或 者由組成比互相不同的兩層組成的超晶格結構。η側包層的 總膜厚或Ρ側包層的總膜厚最好為04〜1〇微米。$此心内 能夠降低順向電壓（Vf)。而且上述包層的全體竭平均組 成爲〇.〇2〜〇.卜此值對抑制裂紋的產生並獲得與雷射波導通 路的折射率差較佳。 以上lxl〇21/cm3以下的範圍内
100090.do, 雜質濃度最好在5xl0i6/cm3以上1χ1〇 摻雜。雜質濃度超過lxl〇21/cm3,氮化系 (a -29- 1258906 導體基板或氮化物半導體層，採用有機金屬化學氣相生長 (MOCVD)法、鹵化物氣相外延生長（HvpE)&、分子束外延 (MBE)法等氣相生長法使之生長。 (3)利用蝕刻使n側半導體層2〇〇露出
從半導體生長裝置的反應容器中將在氮化物半導體基板 101上層豐了 η側半導體層200、活性層2〇5和ρ側半導體層 210的晶圓取出。然後，為了緩和應力的目的，在相當於雷 射元件側面的位置，蝕刻ρ側半導體層21〇、活性層2〇5和^ 侧半導體層200的一部分，使11側半導體層2〇〇部分露出。^ 側半導體層20()的露出面雖然沒有特別限制，但是在本實施 方式中作成η側包層203。_可以採用使用a、cci4、 BC13、SiCl4氣體等的RIE法。 (4)波導通路的形成 曰成條狀〜叹〒迥峪區域。 作爲P側半導體層210的最上層的_接觸層2〇9的表面上 成由二氧化矽等組成 來Mm _保4 H线護膜的圖案具有 來形成條狀波導通路區域的 力 ‘可以鋅“,案形狀。保護膜的圖案形 敷光阻劑，然後使用投影曝光，置進:光=在〜 最好利奈米以下的短波長:置光 4〇〇奈米以下、更好Α 370大丄 丁*先。例如，在 更好為370奈米以下的紫 氮化物半導體基板⑻吸收光。因：，二外先進仃曝光時 的背面的光不類丨 鼠匕物半導體基板1 c 成。這種方法在隆脊部采&、 又也進仃圖案巧 含杨心〇卜的所有圖❹彡“序μ 100090.doc -30 - 1258906
將圖案形成後的光阻劑作爲掩模，將SiO
4 3之頒的氯系氣體的RIE法。作爲波導通路區域的 隆脊邛10的見度最好為1〇〜5〇 〇微米。波導通路區域的條狀 有效的。而且，步 圖案形成爲條狀， :向長度最好爲300〜1000微米。特別是作成單模雷射光的 h況T，隆脊部10的寬度最好狹窄到1〇〜2·〇微米。另一方 • 面，若將隆脊部10的寬度擴展到10微米以上，則200毫瓦以 上的輸出成爲可能。隆脊部10的高度（蝕刻的深度），在本實 施方式中達到Ρ側包層2〇8露出的深度。但是流過大電流， 包/瓜就谷易在隆脊部1 0以下急劇向橫向擴展。因此，最好 使隆脊部加深形成。例如，最好蝕刻到ρ側光導層2〇7露出 的深度而形成隆脊部。 (5)凹部的形成 形成作爲條狀波導通路區域的隆脊部1〇以後，在ρ側半導 Φ 體層210的表面上形成凹部110。凹部110形成於離開規定波 導通路區域的隆脊部10的位置。凹部11〇最好離開隆脊部1〇 的端部0 · 1微米以上，更好為〇 · 5微米以上。 首先採用微影技術在出射端面2 0的附近且離開隆脊部1 〇 的位置處形成具有多個開口部的光阻劑圖案。此處光阻劑 圖案的開口部將限定凹部110的平面形狀。光阻劑圖案有僅 能將半導體層蝕刻的膜厚即可。 然後，爲了形成凹部110,進行半導體層的蝕刻。凹部的 深度取決於這種蝕刻的深度。蝕刻的深度最好抵達^側半導 100090.doc -31 - 1258906 體層200。凹部的深度最好為〇·1微米〜3微米。然後，用剝 離液將光阻劑圖案除去。 此外凹邛110的形成也可以與上述工序（3)的n侧層200 勺L出工序同日可進行。這種情況下，凹部11 〇的底面與η側 層200的露出面2〇3a的高度相同。藉由使凹部110的形成與!! ::導體層200的露出同時進行，半導體雷射元件的成品率 提门#寸丨生亦稳定。也就是說，使用在本實施方式中說明 • 的方法，可進行工序（3)的n侧半導體層的露出、工序（4)的 波導通路的形成、工序（5)的凹部形成總計三次的姓刻。因 t，進行三次飯刻用掩模的定位，所以容易出；見掩模位置 =動引起的不良或特性偏差。若使工序⑺心側半導體層的 露出和工序（5)的凹部形成同時進行，則能夠減少掩模對合 次數，抑制因掩模位置偏離而産生的不良或特性偏差。 (6) 絕緣膜220的形成 一接著用絶緣膜220保護隆脊部的側面。這種絕緣膜22〇比 ❿帛㈣層折射率小，可從絕緣性材料中選擇。具體實例有 Zr〇2、SlC>2，此外還有V、Nb、Hf、Ta等的氧化物。絕緣 ‘膜=〇最好也形成在凹部11〇的形成區域。藉此能夠防止在 凹部no的内面露出的11側半導體層二⑻與卩電極23〇短路。 (7) p電極23 0的形成 隆脊部10的側面用絕緣膜（=埋入膜）220保護後，在p側接 觸層209的表面上形成p電極23〇。最好在口侧接觸層2〇9和絕 緣膜220上形成p電極2，p電極23〇最好作成例如由犯和心 組成的兩層結構之類的多層結構。在“則接觸層2〇9上使犯 100090.doc 1258906 以50：t矢〜200埃膜厚形成，然後使以$⑽埃〜3〇〇〇埃膜厚形 成。而且在將p電極作成三層結構的情況下，也可以是 Ni/Au/Pt、Ni/An/Pd等。這種三層結構中，最好使犯以5〇 埃〜200埃膜厚形成，使Au&5〇〇埃〜3〇〇〇埃膜厚形成，最終 層的Pt或Pd以500埃〜5000埃膜厚形成。 P電極230形成後，進行歐姆退火。作爲詳細條件，以退 火溫度爲3〇〇°C以上，最好為500t以上。另外，以進行退 火的氣氛爲含有氮氣和/或氧氣的條件。 ’ （8)保濩膜240、 p墊片電極25〇的形成 接著在可工序中露出的n側半導體層2〇〇的侧面等上形成 保護膜240。然後在p電極23〇上形成墊片（pad)電極25〇。而 且墊片電極25〇最好作成由Ni、Ti、Au、pt、pd、w等金屬 構成的層疊體。例如墊片電極25〇最好從？電極側依w/pd/Au 或Ni/TVAu之順序形成。墊片電極25〇的膜厚沒有特別限 制，但最好以最終層Au的膜厚為1〇〇〇埃以上。此外，本發 _ 明中的半導體雷射元件，如圖1或圖2所示，保護膜24〇不限 於包覆p電極230的。 (9) η電極M2的形成 在氣化物半導體基板101的第二主面上形成η電極232 αη 電極232能用CVD法或濺射法、蒸鍍法等形成。η電極232最 好至少具有選自包含Ti、Ni、Au、Pt、八丨、Pd、w、Rh、 -
Ag、Mo、V、Hf之群中的至少一種。而且n電極232作成多 層結構，以其最上層為Pt或Au，就能使電極232的散熱 性提高。而且藉由選擇這些材料，特別是與由氮化物半導 1υ'^〇.(1〇ς _ ' -
Cs 1258906 體組成的基板101之間的歐姆特性變得良好。此外，由於由 氮化物半導體組成的基板101與n電極232之間的密接：也 良好，所以在從晶圓條化或晶片化的劈開工序中，n電極232 的剝離變得困難。η電極232的膜厚為10000埃以下，最r為 _。埃以下。將η電極232作成多層構造的情況下，：：以 第-雜、丁卜仏、评、財等。此處第—層的膜厚爲綱 埃以下。而且當第一層是W的情況下’定爲300埃以下就可 以獲得良好的歐姆特性。若第_層是v，則耐熱性提心此 處V的膜厚爲5〇埃以上鳩埃以下，最好為鱗以上_埃以 下’就能得到良好的歐姆特性。 、 上述η電極232是Ti/八丨的情況下，最好膜厚為ι〇〇〇〇埃以 下。例如將膜厚設定在100埃/5_埃。而且作爲η電極⑶ 從基板側根據Ti/Pt/Au的次序層疊的情況下，膜厚最好⑽ 埃/则埃/3000埃。作爲其他n電極，若從基板側定爲 Ti/Mo/Pt/Au，則例如形成Ti(6〇 埃）/M〇(5〇〇 埃）/pt(i〇〇〇 埃 (2 1 〇〇埃）。若n電極是Ti/Hf/Pt/Au，則例如形成丁丨（的埃）/Hf (60 埃）/Pt (1000埃）/Au (3000埃），若是 Ti/M〇/Ti/pt/Au，則 能依次層疊 Ti(60 埃）/Mo (500 埃）/Ti (500 埃）/Pt (1〇〇〇 埃 yAu (2100埃）之順序層疊。而且也可以作成^/^1:/八11、^^/八1/〜/八11 等。從基板側也可以是 Hf/Al、Ti/W/Pt/Au、Ti/Pd/Pt/Au、 Pd/Pt/Au、Ti/W/Ti/Pt/Au、Mo/Pt/Au、Mo/Ti/Pt/Au、 W/Pt/Au、V/Pt/Au、V/Mo/Pt/Au、V/W/Pt/Au、Cr/Pt/Au、
Cr/Mo/Pt/Au、Cr/W/Pt/Au等。而且形成n電極後，也可以在 300°C以上退火。 10⑻ 90.doc -34- 1258906 本實施方式的η電極232形成爲矩形形狀。n電極232在基 板1 〇 1的第二主面侧，形成在除去使氮化物半導體基板條化 用的劃線區域的範圍内。此外，使金屬化電極（可以省略） 以與η電極同樣圖案形狀在n電極上形成，就因容易劃線而 提南劈開性。作爲金屬化電極，可以使用Ti/Pt/Au/(Au/Sn)、 Ti/Pt/Au/(Au/Si) > Ti/Pt/Au/(Au/Ge) > Ti/Pt/Au/In ^ Au/Sn >
In、Au/Si、Au/Ge等。在此，括弧表示括弧内的金屬成爲 共晶。 而且也可以在η電極232形成前，在氮化物半導體基板1〇1 的第二主面上形成階差。藉此將提高η電極232的歐姆特性 或密接性。若以第二主面為（〇〇〇_!)面，則形成階差就能夠 使（000-1)面以外的傾斜面露出。此處傾斜面之面指數等並 不限於一面，傾斜面具有（1(Μ5)、（1〇-14)、（11_24)面等多 個的面指數。傾斜面最好是在表示11極性的面中的表面積的 0.5%以上。更好是1%以上2〇%以下。此處階差最好是〇1微 米以上。卩自差开> 狀可以是錐狀或反錐狀。而且階差的平面 形狀可以是條狀、格子狀、島狀、圓形、多角形、矩形、 梳形、網孔狀等。既可以使這些平面形狀的部分形成凹部， 也可以形成凸部。例如在形成圓形凸部的情況下，最好圓 形凸部的直fe見度為5微米以上。以凹部溝部的寬度至少為 3微米以上，則無n電極232的剝離等，較佳。爲使（〇〇〇_工） 面以外的傾斜面露出，使截止角在〇·2〜90。範圍内形成即 可。氮化物半導體基板的第二主面不僅有（〇〇〇q)面，而且 還有（OOO-ι)面以外的面，藉此n電極232的歐姆特性將會提 100090.doc -35， 1258906 高。因此可以得釗土 件到可*性高的半導髀♦ (10)共振面的形成 〕牛¥體田射兀件。 形成η電極2 3 2彳έ 各 圓分割成條狀而形成C電極23°垂直的方向上將晶 或Α面⑴-20)。作馬將、日面。此處共振面最好為Μ面 親劈法或㈣二剩圓分割成條狀的方法，有刀劈法、 本Κ ^方式的半導體雷射元件 晶圓分割工序。藉由此古、、土 子以下述兩階段進行 〇 # ^ , ^ —…可良率佳地形成共振面。 利用巧η春匕物半導體基板的第一主面侧或第二主面側 ===先形成劈開辅助線。劈開輔助線遍及棒的全 體或者在内形成於相當於各元件的兩端。最好沿著 條形料的劈開方向以户繞彡々办 1μ式工開間隔形成劈開輔助溝。 错此:夠抑制劈開方向彎曲。再者劈開辅助線也可以用姓 刻法寺形成。而且和使η側半導體層露出的卫序或形成凹部 的工序等其他工序同時進行亦可。 2)然後利用劈開器將晶圓分割成條狀。劈開方法有刀劈 法、輥劈法或壓裂法等。㈣η電極在半導體基板的第： 主面上部分或者全面形成。 在氮化物半導體基板的第一主面和/或第二主面事先形 成劈開輔助溝，能夠容易將晶圓劈成條狀。而且具有防止 氮化物半導體基板101的第二主面（背面）上形成的電極剝離 的效果。 此處也可以在劈開形成的共振面上形成反射鏡。反射鏡 是由Si02或Zr02、Ti〇2、A1203、Nb2〇5等形成的電介質多 100090.doe -36- 1258906 層勝。反射鏡能夠在共振面 成。f 忐反射側和/或光出射面上形 成取好在光反射側和光出射 劈開形成的共振面，則能再 > 反射鏡。若是 貝“匕再現性良好地形成反射鏡。 (11)晶片分割 進而沿著與電極的條形 ψ ^ 乂万向垂直的方向上將作成條狀的 ★丰¥體基板分割’使氮化物半導體雷射元件曰片 # , 式日日片化後的形狀是矩形，矩形 ，、振面的寬度為500微米以下，最好為伽微米以下。 由以上所得到的半導體雷射元件，ffp的連波得到抑制， =具有長壽命等特性。而且也能作爲相對向電極結構的 V體雷射兀件’接觸電阻率為1〇χΐ〇_3 Ω_2以下。而且 本發明也可以適用於在氮化物半導體基板上具有多個波導 通路區域的半導體雷射元件或具有寬隆脊部的半導體雷射 元件。 實施方式2 • 本實施方式中，將晶圓分割成條狀形成共振面時，將就 容易劈開晶圓的方式進行說明。本實施方式的半導體雷射 器，除了以下說明的各點以外，與實施方式丨的半導體雷射 圖8Α是表示關於實施方式2的半導體雷射元件的立體 圖，圖8Β是將圖8Α的凹部11〇放大的部分放大立體圖。如 圖8Α和圖8Β所示，關於本實施方式的半導體雷射元件，其 特徵在於：凹部110的排列與共振面2〇重疊，成為形成在共 振面20上的缺口部。藉此與共振面20重疊的凹部11〇也起作 100090.doc -37- 1258906 能夠抑制劈開時 用作爲輔助共振面2〇劈開的劈開輔助溝 劈開方向彎曲的不利情況産生。 古/ 中，凹部110的平面形狀和排列也能採用各種 '。圖9A〜D是表示本實施方式中凹部ιι〇變化的平面 …热論哪種實施方式中，凹部11〇均形成至少一部分盎出 射端面20重疊(或者接觸或交又)的構成。無需多個凹部;1〇 全部與出射端面20重疊，一部分凹部11〇與出射端面 即可。
在圖9A所示的實例中，與圖4A同樣形成有凹部110。也 就是說，在舆隆脊部10垂直的方向上以等間隔配置凹部 110 ’該凹部110的排列沿著與隆脊部10平行的彳向重複三 列。而且第二列凹部110b相對於第—列凹部u〇a錯開半個 間距配置’第三列凹部110c相對於第二列凹部祕也錯開 半個間距配置。然❿，在圖9A的實例與圖4a不㈤，第一列 凹部ll〇a與出射端面20重疊，形成半圓形。藉此可以在出 射端面20上形成半圓柱形切口，劈開變得容易。也就是說， 第-列凹部11〇a因使漏光散射.折射而發揮防止漣波的功 能’同時起作用作為劈開辅助溝。 在圖9B所示的實例中’與圖5A的實例同樣，平面形狀為 直線狀的多個凹部110傾斜地形成於出射端面，在與隆脊部 1〇垂直的方向上以等間隔排列。而且各凹部11〇每隔丨個前 後錯開配置，從隆脊部1〇側奇數號的凹部11〇與出射端面2〇 重璺。藉此奇數號的凹部110起作用作為劈開輔助溝。 在圖9C所示的實例[平面形狀為直線狀的多個凹部 100090.doc -38- 1258906 U〇a傾斜地形成於出射端面，在與 以等間隔排列。而且平面形狀 ° 一直的方向上 λ ^ ώ 舄二角形的凹部11(^各丨個插 入在直線狀凹部110a彼此之 —角形的凹部110b具有盥 平行的構成邊，該構成邊與出射端面相連接。Γ 角形的凹部110b起作用作為劈開輔助溝。也就是說，η 以使三角形的凹部UOb與出射 和由 而w逆接之方式形成，可以 在出射端面上形成三角柱狀缺口’劈開變得容易。 在圖9D所不的貫例中’與圖6B同樣，形成平面形狀為μ 細凹部而且形成多個三角形凹部U〇b以從兩側 子的各邊。三角形凹部祕具有與出射端面20平行 的構成邊。而且三角形凹部祕的_部分係平行 面㈣構成邊與出射端面20相連接。此起作用 而 助溝。 间補 此外還可以在凹部110以外形成劈開輔助溝12〇。例如如 圖10A所示，除评字形凹部11〇之外，還可以沿著出射立山面 20形成大致矩形的劈開輔助溝12G。劈開辅助溝12()^離 開波導通路(Μ微米以上處形成，以免使波導通路部分的社 晶損壞。更好是距離0.5微米以上形成。圖ι〇β是表示將圖σ 10Α的劈開辅助溝12G作絲齒狀的實例。藉由將劈開㈣ 溝12。作成這種形狀’劈開辅助溝就具有向出射端面傾斜： 構成邊。因此，劈開辅助溝12〇也發揮使漏光散射折射的 作用。也就是說，圖10B所示的劈開辅助溝12〇同時也是本 案發明中的凹部11G。此外，如㈣c所示，也可以將劈開 輔助溝120作成圓弧重複的波形褶邊形狀。這種情況 辟 ^ 下，劈 -39- 100090.doc (S： 1258906 開辅助溝120因爲能將漏光散射.折射，所以也起作用作為 IHJ 部 1 1 〇。 本貝施方式中，最好在與凹部11 〇相同的钱刻工序中同時 形成劈開輔助溝120。此外，最好與使11側氮化物半導體層 路出面200a露出的蝕刻同時進行凹部11〇和劈開輔助溝η。 的形成。藉此蝕刻用的掩模對合次數減少，成品率提高， 同時雷射器的特性也穩定。 實施方式3 本貫施方式中，如圖u所示，在基板1〇1的第一主面上形 成P電極23(^n電極232二者。也就是說，在基板1〇1的第—V 主面上層豐有第一導電型半導體層2〇〇、活性層a"及具有 與^ 一導電型不同的導電型的第二導電型半導體層2ι〇4 刻第—導電型半導體層210、活性層205和第一導電型半導 體層200的-部分’使第—導電型半導體層2⑽露出。而且 在該露土的第—導電型半導體層2〇〇上形成η電極M2。其他 鲁各點與貫施方式"目同。若為本實施方式的構成，則基板並 不限於^、邮等導電性基板，也可以使用藍寶石等絕緣 性基板。並不限於本實施方式，本發明的半導體雷射元件 可以作成在第-導電型半導體層上包^型半導體層，在第 一導電型半導體層上包含P型半導體層的構成。 / 方式中，最好在爲使n電極232形成面露出的_ 時’最好同時形成凹部110。而且當像實施方式2那樣形成 劈開輔助溝的情況下，最好其也同時進行。藉此I虫刻用的 掩权對合次數減少，成品率提高，同時雷射器的特性也磬 100090.doc ⑧ -40- 1258906 定。 實施方式4 本實施方式中，如圖12所心將半導體層的轉片電極25〇 作成對散熱器的安裝面。其他構成與實施方幻相同。作成 墊片B極2；>0上形成不用導線而與外部電極等連接用的 金屬化層（凸起）的面朝下的結構。此處也可以與金屬化層併 用P墊片電極250。作爲金屬化層（未圖示），可以使用由Ag、
^、111、扪、CU、Zn等材料構成的單層或多層。使用 鼠化物半導體基板，能夠再現性佳地提供-種面朝下結構 =化物半導體元件。而且若為本實施方式的結構，則散 熱性好，可靠性提高。 實施方式5 本實施方式中，有僅在？側接點209上形成p電極23〇者。 其他f成與實施方式1相同。絕緣層220與p電極23〇密接性 、’右為化種結構，由於絕緣層220與P電極23 0未接合，所 以在絕緣層220與p電極23〇的界面，p電極23〇不會剝離。 實施方式6 、本^方式中’除凹部丨1(m外，還說明形成離子注入區 = 130的貫例。離子注入區域13()起吸收來自料通路的漏 光，亚且抑制漣波的作用。 圖13是表示本關於實施方式的半導體雷射元件的立體 ^除以下說明的各點以外’與實施方式i的半導體雷射= 件相同。离隹開隆脊部1〇的侧面而在p型氮化物半導體層幻〇 的表面上從出射端面_依次形成有離子注人區域^和 100090.doc 41 1258906 凹部110。離子注入區域13〇和凹部ιι〇也可以是多數。最好 在：脊部10的兩側形成離子注入區域"〇和凹部11〇。 藉由具有離子注入區域13〇和ιι〇 下，附形狀變得良好，形成—種光f♦相乘作用 ❿风禋光學4寸性良好的半導辦兩 射兀件。離子注入Ρ曰士 、 田 πα或130具有吸收從波導通路洩漏的散射 :的效果。本實施方式中，離子注入區域13。可以在形 脊部10之後，藉由在露出的Ρ型氮化物半導體層加的表面 上注入離子而形成。 離子注入區域13 0例如可以带忐a 、， J以形成如下。f先用Si氧化膜、 S i氮化膜或抗餘劑等掩芸你 、 4寻释|作成離子注入區域的區域以外， 然後將離子化的離；、、塔& 、土 化的離子源加速成1〇〜3〇〇keV，最好 2:㈣的能量而注入掩模開口部。距離子注入區域表面 y木又T以藉由凋整注入離子時的加速電壓和注入時間 來控制。距離子注入區域丨3 纪 Α川表面的冰度，例如爲20埃〜2 微米’最好能抵達活性層。進一 曰 ,環進步呪，離子注入區域13〇 最好抵達η側光導層，更杯县^ 、击 疋抵達η側包層。藉此能夠進一 步有效吸收從波導通路烤漏 、 、俗洩/属的放射先。此外，利用離子注 入法形成離子注入區域的伴、、兑 ^ 次的匱况下，在Ρ侧半導體層210的表 面極爲罪近處幾乎不存在離 ^ 隹雊子但右可以吸收從波導通路 茂漏的散射光即可，所以沒有特別問題。 而且作爲形成離子注區 . 、 匕从的方法，有在離子注入區 域削上蒸鍍離子源後加熱使其擴散的方法。熱處理溫度爲 300 C 〜1000〇c，最好為 5〇〇〇(：〜7 。 ^ . . 士 Ρ π υ υ /ϋϋ c。而且熱處理時間，例 如隶好為1分鐘〜2小時。 I00090.doc 1258906 另-方面’在比離子注入區域130離開出射端面2〇的位置 處形成凹部m。在條狀隆脊部兩側最好至少有兩個以上凹 部m。而且凹部110的深度爲2〇埃〜3微米，最好抵達n型氣 化物半導體層200。這是因爲光的波導區域抵達n型氮化物 半導體層200的緣故。 凹部110的形成方法或較佳形狀，與實施方式i相同。也 就疋A凹41 lGg夠藉由採用掩模的飯刻法形成。此時的 ㈣法選擇乾式㈣法’也能將凹部的側面作成垂直面或 傾斜面。而且凹部的平面形狀，能夠圖案化成矩形、圓形、 二角形、六角形或平行四邊形等。 兹說明關於本實施方式的半導體雷射元件的製造方法。 〆首先，直至形成隆脊部10爲止與實施方式1相同。形成隆 脊^ 10後，在p型氮化物半導體層21 〇的表面上形成離子注 入區域130和凹部110。首先形成離子注入區域13〇。採用微 影^術在離子注入區域上形成具有開口部的抗姓劑圖案。 φ /、人利用離子注入裝置對抗蝕劑圖案的開口部進行離子注 入。最好以加速電壓為30keV以上。而且在劑量爲以⑺㈠以 上5xi〇20以下，最好1X1016以上lxl〇2〇a at〇ms/cm_2以下的條 件下進行。離子注入區域13〇在離開隆脊部的位置上形 成=隆脊部10至離子注入區域130端的距離最好至少為 •5U米以上。然後用剝離液除去上述抗蝕劑圖案。 接著在P型半導體層21 0的表面上形成凹部11 0。採用微影 技術在出射端面20附近且離開隆脊部10的位置上形成具有 ^卩的抗蝕劑圖案。此處抗蝕劑圖案形成凹部的平面形 100090.doc 1258906 狀，且圓形、三角形、六角形等排列。抗飯劑圖案具有僅 能將氮化物半導體層钱刻的膜厚即可。決定凹部深度的姓 刻1最好達如側包層203。凹部11〇在隆脊部1〇的條狀方 向上最好具有至少〗微米以上的寬度。而且在隆脊㈣兩側 的凹部110的寬度為與離子注人區域13G相同程度即可。凹 :"10的深度為20埃〜3微米，最好為〇1〜2微米。然後用剝 離液除去抗韻劑圖案。
而且如圖14所示’大範圍形成離子注入區域U0後，在離 子注入區域130内部形成凹部11〇，能夠從共振面的出射端 面側依次形成第一離子注入區域13〇a、凹部11〇、第二離子 注入區域13 0 b。铁德盘者綠士斗、，向以 ., 、、、俊/、κ施方式1同樣，可製造半導體雷射 元件。 實施方式7 本貝靶方式中的半導體雷射元件，與實施方式3同樣，在 基板101的第一主面上形成p電極23〇和η電極幻2二者。其他 各點與實施方式6相同。 實施方式8 本實施Κ中的何體雷射元件係在實施方式6所示的 半導體雷射元件中，在凹部11〇内側形成有光吸收層丨^。 其他各點與貫施方式6相同。光吸收層丨丨丨與實施方式1中說 明的相同。 ° 實施方式9 本實施方式中，與實施方式4同樣將半導體層的p電極侧 作爲對散熱為'的安裝面。其他構成與實施方式6相同。 100090.doc -44- 1258906 以上在貫施方式1至9中任一方忒，介-r、；& r任方式，亦可適用M〇VpE(有機 金屬氣相生長法）、HVPE(自化物氣相生長法）、mbe(分子 束氣相生長法)等為使氧化物半導體生長而已知的全：方 法0 此外在上述實施方式卜9中，還說明了形成條狀隆脊部ι〇 的半導體雷射元件。但是本案發明也可以適用於利用電流 狹窄層代替隆脊部10形成波導通路的半導體雷射元件上。 這晨所述電流狹窄層是指具有使電流選擇性流到成為波導 通路的區域的功能的層。例如，能夠使用由A1N組成的電流 狹窄層。電流狹窄層在活性層與p側接觸層之間即可，最好 形成於P導向|。電流狹窄層之間的間隔最好爲〇.5〜3微 米。電流狹窄層的膜厚最好爲1〇〇埃〜丨微米。 實施例 以下例示本發明半導體雷射元件的實施例。但是本發明 並不限於此。 實施例1 將監賃石或GaAs基板配置在M〇CVD反應裴置中，把溫度 定於500°C。然後，用三甲基鉀（TMG)、氨（NH3)以2〇〇埃的 膜厚使由GaN構成的緩衝層生長。使緩衝層生長後，以溫 度為l〇50°C，以4微米的膜厚使由同GaN組成的基底層生 長。 基底層生長後，從反應容器中取出晶圓，在此基底層表 面上形成條狀的光掩模，利用CVD裝置形成條寬度1〇〜3〇〇 微米、條間隔（窗部）5〜3〇〇微米的由以〇2組成的保護膜。 100090.doc 1258906 保護膜形成後，將晶圓移送到HVPE(鹵化物氣相生長法） 裝置中，原料使用金屬鎵、HC1氣體和氨，一面摻入氧作爲 η型雜質一面以4〇〇微米的膜厚使由GaN組成的氮化物半導 體生長。若這樣用HVPE法一面使氮化物半導體在保護膜上 生長一面使1〇〇微米以上的GaN厚膜生長，結晶缺陷就減少 兩數位以上。此處以採用拋光、研磨、CMP或雷射照射法 等將異種基板等剝離的GaN作爲氮化物半導體基板。此處 GaN的膜厚爲400微米左右。而且該GaN基板i 〇 i至少在波導 通路形成區域下為排密度處於lxl06/cm2以下。 (η側包層203) 接著在1050。〇下用ΤΜΑ(三甲基銨）、TMG、氨、甲矽烷 氣體使摻入1x10 /cm Sl的由A1^3Ga〇 wN組成的層以膜 厚2微米生長。此外，此11側包層亦可作成超晶格結構。 (η側光導層204) 接著停止甲㈣氣體，在i㈣。CT使未摻雜的由⑽組 成的η側光導層以〇·175微米膜厚生長。在^側光導層中摻 入η型雜質亦可。 乂 (活性層205) 其次以溫度爲80(TC，使摻以的 J田ln〇 〇2Ga〇.98N組成的阻擋 層以140埃膜厚生長，谁 遠而在同一溫度下使未摻雜的由
In〇.〇7Ga〇 93N組成的井層以7〇检g替后 加錢厚生長。將阻擋層與井層 父替層璺兩次，最後用阻擋芦 ^ “層、、冬止，使總膜厚560埃的多重 1子井結構（MQW)的活性層生長。 (P側帽蓋層206) 100090.doc 1258906 其次將溫度升至l〇5〇°C，用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(環戊 一 ^布基鎮）’使帶隙能量比P側光導層大的摻入lXl〇2G/cm3 、、：勺由p型Al〇 hGaQwN組成的p侧帽蓋層以1〇〇埃膜厚生 長。該P側帽蓋層可以省略。 (P侧光導層2〇7) 接著停止ChMg和TMA，在1 〇50°C下使帶隙能量比p側帽 里層10小的未摻雜的由GaN組成的p側光導層以〇· Μ微米膜 厚生長。 ' (P側包層208) 接著在105(TC下使未摻雜的由A% iGGaQ 9〇Ν組成的層以 25埃膜厚生長，接著停止(^趣和ΤΜΑ，使未摻雜的由 組成的層以25埃膜厚生長，使總膜厚G.4微米的由超晶格層 組成的P側包層生長。 (P側接觸層209) 取後在1050°C下，在p側包層上，使摻a1x1〇2G/⑽3鎂的 由P型GaN組成的p側接觸層以15〇埃膜厚生長。 將如以上使氮化物半導體生長的晶圓從反應容器中取 出，在最上層心側接觸層表面上形成由叫組成的保護 膜’採用RIE(反應性離子敍刻法wSicl4氣體_。由以上 使η側包層露出，形成與出射 、®耵知面千仃的方向的寬度爲400 微米的條狀結構。此部分形f |刀办成田射兀件的共振器本體。 其次在P側接觸層的表面上形成條狀由Si〇2組成的保護 月吴’採用RIE(反應性離子敍刻法）micl遺體㈣。由以上 形成作爲條狀波導通路區域的隆脊部。其次將上述隆脊部 I00090.doc 47 1258906 的側面用由Zr〇2組成的絕緣膜220保護。 (凹部110的形成） 接著採用微影技術，在波導通路區域的隆脊部端面附近 且離開該隆脊部的位置上形成具有多個六角形開口部的抗 餘劑圖案’採用RIE(反應性離子餘刻法）以SiCl4氣體|虫刻至 抵達η側包層203。由以上能夠在p側接觸層的表面上形成六 角幵> 狀的凹部Π 〇。凹部11 〇的排列與圖4 Α相同。也就是說， 凹部110直徑2微米，深度1.5微米，從出射端面側，在隆脊 部10的左右分別在第一列6個、第二列5個、第三列6個合計 形成17個。也就是說，在隆脊部左右各17個，共計形成34 個。第一列凹部110a在夾持隆脊部而對稱的位置的最短凹 部之間的中心間距爲8微米。從隆脊部1〇至最近凹部丨丨⑽中 心爲止最近的距離爲2.3微米。而且相鄰凹部11〇&彼此的中 心間距離爲4微米。第二列凹部11 〇b形成在使第一列凹部 ll〇a向後側移動2微米、向雷射器側面方向移動2微米的位 置上。但是第二列凹部1 l〇b的數目定爲單側5個。在夹持隆 脊部而對稱的位置的最短凹部彼此的中心間距爲12微米。 此時，從隆脊部10至最近凹部ll〇b中心爲止的距離爲4·3微 米。而且凹部11 〇b彼此的間隔與第一列相同。第三列凹部 n〇c形成在使第一列凹部ll〇a向後側移動4微米的位置 上。第三列凹部110c的數目定為與第一列凹部11〇a相同的6 個。而且在夾持隆脊部而對稱的位置的最短凹部彼此的中 心間距離，或凹部11 0c彼此的間隔也與第一列凹部丨丨如相 同0 I00090.doc -48 - 1258906 其次在P側接觸層209和絕緣層220上的表面上形成由Ni (1 00埃）/Au (1 500埃）組成的p電極230。p電極形成後，利用 濺射成膜法在p電極上、埋入膜220上和半導體層2〇〇的側面 上，以0.5微米的膜厚形成由Si氧化膜（Si〇2)組成的保護膜 240。形成p電極230後在6〇(rC下進行歐姆退火。 接著在未被保護膜覆蓋的露出的p電極23 〇上連續以见 (1000埃）/Ti (1000埃）/Au (8000埃）形成，形成p墊片電極 250。 其後在氮化物半導體基板的第二主面上形成由v (1〇〇 埃）/Pt (2000埃）/Au (3〇〇〇埃）組成的n電極232。 在形成了 η電極、ρ電極和？墊片電極的晶圓狀氮化物半導 土板的第主面側以劃線形成凹部溝槽。該凹部溝槽以 罙度爲10U米。而且與共振面在平行方向離側面微米、 在垂直方向1 5微米的寬度。然後以上述凹部溝槽作爲劈開 輔助線’從氮化物半導體基板白“電極形成面—侧劈開成條 狀，以劈開面(H00面、與六角柱狀結晶的側面相當的面 =M面）作爲共振面。 其次在共振器面上形成由S i Q 2和T i 〇 2組成的電介質多層 膜，最後在與p電極平行方向上將條料晶片化而作成半㈣ 」牛^^丨貝夕層膜有時在共振器面的光出射側端面 與光反射側端面上材料不同。例如可以以光出射侧端面為 ai2〇3’以光反射侧端面為由Si〇2和Zr〇2組成的電介質多層 ,二:卜’還可以以光出射侧端面為Al2〇 ,光反射側端： 疋、左由办的由Sio々Zr〇2組成的電介質多層膜。藉此能 i00090.doc -49- Ϊ258906 夠提冋COD位準。此外共振器的長度爲〕⑽〜ι_微米。此 處在氮化物半導體雷射元件共振面側左右的角具有凹部溝 槽。該凹部溝槽以深度爲1〇微米，與共振面在平行方向為 30微米、在垂直方向為10微米的寬度。 這樣形成的半導體雷射元件在X方向上的FFP示於圖15 中。如圖15所示，可以得到-種漣波得到抑制的良好的FFP。 實施例2
本實施例中，形成如圖6C所示形狀的凹部11〇。1他久點 與實施例1相同。具體而言，將實施例1的第-列凹物a 和第二列凹部11〇b向後側移動2微米。而且以各圓直徑成為 凹《度（2微米）之方式作成第一列圓舆第二列圓互相連接 而河字型連接的圖案。凹部全體的波導通路方向的長度爲4 u米，與波導通路垂直方向的寬度爲微米。 這樣形成的半導體雷射元件在以向上的附示於圖Μ 中。如圖16所示，與實施例_比，彳以得到漣波被進一步 抑制的良好的FFP。 實施例3 在實施例2中’將凹部110向後側移動1微米，從離隆脊部 10的距離5微米處至雷射元件的側面形成波導通路方向的 長度爲1微米的劈開辅助溝。劈開辅助溝的深度爲1.5微 米此外，藉由與凹部11 〇的形成相同的蝕刻同時進行。 本貫施例中，與實施例2同樣，亦可得到抑制了連波的良 好的FFP。而且由於形成了劈開輔助溝，心當^圓㈣ 成條狀時，幾乎不會產生劈開方向彎曲的不良。 U)⑻ SK).doe -50- 1258906 比較例1 除了未形成凹部110以外，與實施例同樣作成半導體雷射 元件。這種半導體雷射元件在X方向上的FFP示於圖17中。 在FFP上可以觀察到多個漣波。 實施例4 除了以下述方法形成凹部以外，與實施例丨同樣作成了半 導體雷射元件。也就是說，凹部直徑2微米、深度〇·5微米， 在隆脊部左右各5個，共計形成丨〇個。5個凹部的配置自共 振面側形成為3個、2個。 將這種雷射元件設置在散熱器上，用導線連接p電極，室 溫下進行雷射振盪試驗後，在振盪波長400〜420 nm，臨限 電流密度2.9kA/cm2，室溫下顯示良好的連續振盪。此外， 即使用劈開法形成共振面，也不會産生劈開傷痕，能再現 良子地作成在光輸出C w800m W、動作溫度70 °C的狀態下 舞命爲一萬小時，壽命特性特別良好的雷射元件（圖18)。 實施例5 在實施例4中製作氮化物半導體基板101時，在HVPE裝置 中向原料中加入甲矽烷氣體，使摻入lxl〇18/cm3矽（Si)或氧 (〇）的由GaN組成的氮化物半導體基板以5〇〇微米膜厚生 長。而且Sl濃度最好為lx l〇17/cm3〜5xl019/cm3範圍内。氮 化物半導體基板生長後，與實施例W樣藉由雷射照射或拋 光除去監實石基板、緩衝層等，作成氮化物半導體基板 101。其他在同樣條件下形成氮化物半導體雷射元件，可以 有效得到具有與貫施例3同等特性的雷射元件。 I00090.doc 1258906 實施例6 施例4中，在氮化物半導體基板ι〇ι上經由中間層使们 ，匕s生長。其他在與實施例丨相同的條件下形成半導體雷 射元件。 ^述中間層係採用氨和TMG，以及作爲雜質氣體的甲石夕 體3,在氮化物半導體基板1上，在1050°c下摻入3x 10 /cm Si由GaN組成、使膜厚以4微米生長。 實施例7
列貝靶例4中，在氮化物半導體基板丨〇丨上經由中間層和防 衣層使η側包層203生長。其他在與實施例3相同的條件下形 成半導體雷射元件。 妓i係採用TMG、丁]\41(二甲基銦）和氨，在8〇〇。[溫度 下由Ino^GaowN組成，以〇」5微米膜厚生長。 實施例8 流過甲矽烷氣體， 層以25埃膜厚生長 成總膜厚2微米。 實施例9 實施例4中，將n側包層作成超晶格結構。其他在與實施 例3同樣條件下形成半導體雷射元件。本實施例中的η側包 層係在U)5(TC下用ΤΜΑ(三甲基紹）、_和氨使未換雜的 由AluGa^N組成的層以25埃膜厚生長，接著停止tma， 使摻入lxl019/cm3 Si的由組成的 。將這些層交替層疊構成超晶格層，作 隆 丨行μ卞守體雷射元件 外，關於層的構成，雖然與圖2所示的大致相同，但是 100090.doc 1258906 部深度卻不同。 (GaN 基板 101) 係2英寸φ、膜厚400微米，將以c面作爲主面的由GaN組 成的基板101放置在MOVPE反應容器内。此GaN基板1〇1的 結晶缺陷爲103個/cm2以下。 (η側包層203) 接著在l〇5〇t下用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG和氨，使未摻 雜的由Al^MGao.84!^組成的層以25埃膜厚生長，接著停止 • TMA，流通甲石夕烧氣體，使摻入lxl〇19/cm3 Si的由n型GaN 組成的層以25埃膜厚生長。將這些層交替層疊作成超晶格 層，使總膜厚1 ·2微米的由超晶格組成的n側包層2〇3生長。 (η側光導層204) — 接著停止甲矽烷氣體，在l〇5〇t：下使未摻雜的由GaN構 成的η側光導層204以0.1微米膜厚生長。也可以在此n侧光 導層中摻入η型雜質。 (活性層205) # 然後將溫度設定在800°c，使摻入si的由In〇.〇5Ga〇95N組 成的阻擋層以100埃膜厚生長，接著在同一溫度下使未摻雜 的由InwGa^N組成的井層以75埃膜厚生長。將阻擋層和井 層交替層疊兩次，最後以阻擋層終止，使總膜厚45〇埃的多 重量子井結構（MQW)的活性層205生長。 (P側電子封入層206) 其次將溫度提南至1050°C，用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(環 戊二烯基鎂），使帶隙能量比p側光導層2〇7大的摻
y 义i X 100090.doc -53 - 1258906 2 0 3 10 /cm鎂的由？型Ai〇 3Ga〇 7n組成的p側電子封入層2〇6以 1〇〇埃膜厚生長。 (P側光導層207) 然後停止CpzMg和TMA，在l〇5 0°C下使帶隙能量比P侧電 子封入層206小的未摻雜的由GaN組成的p側光導層207以 〇·1微米膜厚生長。 (Ρ側包層208) 接著在1050°C下使未摻雜的由a1q 16Ga() 84ν組成的層以 25埃膜厚生長，接著停止Cp2Mg和ΤΜΑ，使未摻雜的由GaN 組成的層以25埃膜厚生長，使總膜厚〇.6微米的由超晶格層 組成的ρ側包層208生長。 (P侧接觸層209) 最後在1050°C下，在ρ侧包層208上，使摻入lxl〇2G/cm3 鎂的由ρ型GaN組成的ρ型接觸層2〇9以15〇埃膜厚生長。 將如以上使氮化物半導體生長的晶圓從反應容器中取 出’在最上層的ρ側接觸層209表面上形成由Si02組成的保 護膜，用RIE(反應性離子蝕刻法）以Sicl4氣體蝕刻，使“則 包層203表面露出。 其次利用PVD裝置，在最上層的ρ側接觸層2〇9的大致全 面上以0.5微米膜厚形成由si氧化物（主要是Si〇2)組成的第 一保護膜後，蝕刻上述第一保護膜，而可在p側接觸層上形 成條寬度爲2微米的第一保護膜。進而再以RIE法使用sicl4 氣體，蝕刻P侧接觸層和p側包層，形成條狀隆脊部丨〇。上 述隆脊部的寬度爲1.6微米。 100090.doc 54 1258906 (離子注入區域130) 形成條狀隆脊部1()後，在該隆脊部1G上形成抗姓劑圖案。 其次將基板101裝入離子注入裝置中。對隆脊部1〇以外露出 的p側光^層207進行離子注入。將加速電壓定爲keV , 劑1定為lxlG16 at〇ms/em2。銘離子的注人區域i3〇形成在 隆脊部的兩側。鋁離子的注入區域13〇係以距離左右離開隆 脊部2微米的位£寬度5微#、在隆脊部條狀方向上1〇微米 的面積形成。然後用剝離液除去上述抗蝕劑圖案。 (凹部110) 接著採用微影技術，在隆脊部光導層206上形成 抗蝕劑圖案。在此抗蝕劑圖案上形成開口部，採用RIE(反 應1*生離子蝕刻法）以SlC14氣體蝕刻離子注入區域的後部。凹 邻110的蝕刻沬度爲0·8微米，凹部的底面抵達η側包層 203。凹部110以在隆脊部的左右兩側寬度5微米、在隆脊部 的條狀方向上2微米形成。然後用剝離液除去上述抗蝕劑圖 案。 其後在隆脊部兩侧形成由Zr〇2組成的絕緣層22〇。在ρ側 接觸層209和絕緣層220上的表面上形成由Ni (1〇〇埃）/Au (1500埃）組成的p電極23〇。p電極形成後，利用濺射成膜法 在卩私極上、絕緣膜220上和氮化物半導體層2〇〇的側面上以 〇·5微米膜厚形成由Si氧化膜（Si〇2)組成的保護膜24〇。形成 P電極230後在6〇〇°C下進行歐姆退火。 接著在未被保護膜覆蓋的露出的p電極23〇上連續形成川 (1000埃）/Ti (1000埃）/Au (8000埃），形成p墊片電極25〇。 100090.doc -55- 1258906 其後在氮化物半導體基板的第二主面上形成由ν (ι〇〇 埃）/^(20〇〇埃）/八11(3〇〇〇埃）組成的11電極232。 产在形成了 η電極232、P電極230和？墊片電極25〇的晶圓狀 氮化物半導體基板的第一主面側以劃線形成凹部溝槽。古亥 凹部溝槽以深度爲10微米。而且與共振面在平行方向曰_ 面50微米、在垂直方向15微米的寬度。然後以上述凹部溝 槽作爲劈開辅助線，從氮化物半導體基板的n電極形成面側 刀開成备、狀’以劈開面((1]〇〇)面、與六角柱狀結晶的側面 相當的面面）作爲共振面。 *八人在共振為面上形成由Si〇2和Ti〇2組成的電介質多層 2，取後在舆P電極平行方向上將條料晶片化，作成半導體 田射元件。此外共振器長度爲300〜1000微米。 將，雷射元件設置在散熱器上，用導線連接P電極，室溫 仃田射振盪試驗後，在振盪波長4〇〇〜42〇 nm、臨限電 9 kA/cm ，室溫下顯示連續振盪。係光輸出 CW80〇mW、動作溫度7代的狀態下壽命爲一萬小時，壽命 =雷射元件°此雷射元件在X方向上的FFP示於圖 形成在主雷射光的附不搭乘漣波的良好高斯形狀的 早松雷射元件。 實施例1 0 在貝加*例9中，|Χ/ν 7 一丄 / *厂稭由在Α1離子注入區域内部形成凹部 /出射碥面侧形成第一 A1離子注入區域、凹部、第二 A1離子注Λ s以外，同樣地製作雷射元件。藉此，散射 先的吸收效率大幅提高。
100090.C 1258906 本發明的半導體雷射元 碟、光通訊系絲 此夠用於所有裝置，例如光 【圖式簡單說明】 疋儀為寻。 圖1是關於實施方式J的 圖。 、豆田射兀件的模式立體模式 圖2是關於實施方 圖。 7千¥體田射兀件的模式剖面模式 ==不凹部的平面形狀實例的模式平面圖。 圖3B疋表示凹部的平奋 圖3C是表示凹部;:式平面圖。 十面开/狀只例的模式平面圖。 二=示凹部的平面形狀實例的模式平面圖。 ㈣Γ 形的凹部排列實例的模式平面圖。 同：表不圓形的凹部排列實例的模式平面圖。 “C,表示圓形的凹部排列實例的模式平面圖。 圖㈣表示圓形的凹部排列實例的模式平面圖。 圖5A是表示直線狀的凹部排列實例的模式平面圖。 圖5Bf表示直線狀的凹部排列實例的模式平面圖。 圖表示直線狀的凹部排列實例的模式平面圖。 圖6A是表示曲線狀的凹部排列實例的模式平面圖。 圖6B是表示曲線狀的凹部排列實例的模式平面圖。 圖6C是表示曲線狀的凹部排列實例的模式平面圖。 訊是表示凹部的剖面形狀之—實例的模式剖面圖。 是表示凹部的剖面形狀之—實例的模式剖面圖。 圖7C是表示凹部的剖面形狀之一實例的模式剖面圖。 I00090.doc 1258906 圖8A是關於實施方式2的半導體雷射 式圖。 ％件的模式立體模 圖8B是關於實施方式2的半導體雷射 分放大立體圖。 凡件凹部附近的部 圖9A是表示關於實施方式2的半導體雷 面形狀實例的模式平面圖。 、凡件中凹部平 圖9B是表示關於實施方式2的半導體雷 面形狀實例的模式平面圖。 、凡中凹部平 圖9C是表示闕於實施方式2的半導 面形狀實例的模式平面圖。 h件中凹部平 圖9D是表示關於實施方式 面形狀實例的模式平面圖。 ^田^件中凹部平 圖心是表示關於實施方式㈣ 劈開輔助溝的平面y^ 田射凡件中凹部與 屏的千面形狀實例的模式平面圖。 圖_是表示關於實施方式2的 劈開辅助溝的平面形 ’田射70件中凹部與 叫〜狀Μ例的模式平面圖。 圖10C是表示關於 劈開輔助溝的平面形狀實例的模式平面圖中凹部與 體圖圖U是表示關於實施方式3的半導體雷射元件的模式立 面【。疋表不關於實施方式4的半導體雷射元件的模式剖 體:。疋表不關於實施方式6的半導體雷射元件的模式立 10009U.doc -58- 1258906 圖14是表示關於實施方式6的半導體雷射元件的變形例 的模式立體圖。 圖丨5是表示實施例1的X方向的FFP的曲線圖。 圖1 6是表示實施例2的X方向的FFP的曲線圖。 圖1 7是表示對照例1的X方向的F F P的曲線圖。 圖1 8是表示實施例4的半導體雷射元件壽命試驗的測定 結果。 圖19是表示實施例9的X方向的FFP的曲線圖。
【主要元件符號說明】 10 20 101 110 110a 110b 110c 110s 111 120 130 130a 130b 200 200a 隆脊部 端面、共振面 半導體基板 凹部 第一列凹部、直線狀凹部、Μ字形凹部 第二列凹部、圓形凹部、三角形凹部 第三列凹部 侧壁 光吸收層 劈開辅助溝、凹部 離子注入區域 第一離子注入區域 第二離子注入區域 第一導電型氮化物半導體層 11侧半導體層表面 10⑻90.doc -59 - 1258906 203 η側包層 203a 露出面 204 n侧光導層 205 活性層 206 ρ侧電子封入層 207 ρ侧光導層 208 ρ側包層 209 ρ側接觸層
210 第二導電型氮化物半導體層 220 絶緣層、保護膜 230 ρ電極 232 η電極 240 保護膜 250 ρ墊片電極
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Claims (1)

1258906 十、申請專利範圍： 1·::半導體雷射元件，其在基板主面上備有第一導電型 半導體I /舌性層、與第一導電型不同導電型的第二導 電型半導體層、在前述第：導電型半導體層中使條狀區 域内電流變狹窄㈣成的波導通路區域及設於對該波導 :路區域大致垂直的端面上的共振面而形成，其特徵在 ::二接近前述共振面的區域中，離開前述波導通路區 2 =前述第二導電型半導體層上形成多個凹部。 導體雷射元件’其—在共振面的 3 導體雷射㈣’其中前述凹部的-部分與 出射為面連接和/或交又。 4. ti求項1〜3中任何—項之半導體雷射元件，並中俯視义 述半導體雷射元件，前述各凹部-中俯視别 傾斜的構成邊。 有相對於前述共振面 5. 如請求们之半導體雷 分的平面形狀伏、登白山。八中則述凹部的至少一部 四邊形、直線狀、圓形、二角形、六角形或者平行 6. 如線狀組成的群中的-種以上。 分:有"、體雷射元件’其中前述凹部的至少一部 、目對於别述共振面傾斜的第—構 7述第—構成邊不同的方向傾斜的第二:和沿著與前 •如請求項6之半導體雷射元件，其中前、私 8分係第-構成邊與第二構成邊連續。 <凹#的至少一部 。如請求項7之半導體雷射元件，其中前述第 構成邊與前 1〇〇〇%.^ !2589〇6 逆弟二構成邊交互排列。 I:?:1〜3中任何一項之半導體雷射元件，其中前述凹 朝、=对述波導通路的長度方向排列多數，從共振面侧 ;蛉通路的長度方向觀察前述凹部時，奇數列的凹部 兵偶數列的凹部互相連接或部分重疊。 ° =明求項Μ/任何一項之半導體雷射元件，其中前述凹 W的底面為第一導電型的半導體層内。 =項10之半導體雷射元件，其中前述第—導電型的 上:層具有形成在前述活性層下側的光導層和形成在 則述先導層下侧的包層，前述凹部的底面在前述包層内。 ·=求㈣之半導體雷射元件，其中前述第_導電型的 前St具有形成在前述活性層下側的光導層、形成在 :一：層/側的包層及形成在前述包層下側的接觸 ^則述凹部的底面在前述接觸層内。 1 ^ ·如凊求項1〜3中任何一項 述第二導電型的半導體声==;件’其中除去前 „ 層則述活性層和前述第一導雷 ,的半導體層的一部分，前述第一 ‘表面露出， ν-型的半導體層的 剷述凹部的底面在與前述第一 的表面同一面上。 ^的半導體層露出 从如請求項13之半導體雷射元件，其中 ΛΑ 4, ^ ^ , 則述第二導電型 叫體層表面上形成有第二導電型用 第一導電项丰導轉爲* 包極在刖述 的電極。…出的表面上形成有第-導電型用 100090.doc 1258906 15.如請求項13之半導體雷射元件，其中在前述第 的半導體層表面上形成有第二導電型用的電極，在电型 基板的第二主面上形成有第一導電型用的電極。 16·如請求項卜3中任何_項之半導體雷射元件， 部具有光吸收層。 & ^四 17. 如請求項16之半導體雷射元件，其中前述光吸收層^ 前述活性層帶隙窄的半導體。 疋比 18. 如請求項16之半導體雷射元件，其中前述光吸收層卜 自由 Ni、Cr、Ti、Cu、Fe、Zr、Hf、Nbw、Rh、J: Mg、Si、Al、Sc、Y、M〇、Ta、c〇、pd、Ag Au、：： In、此等之氧化物、SiN、Sic、腿及A1N組成的群 少一種。 19. -種半導體雷射元件，其在基板主面上備有第―導電型 的半導體層、活性層、與第一導電型不同導電型的:二 導電型的半導體層、前述第二導電型半導體層上的停狀 隆脊部及相對於該隆脊部大致垂直的端面上的共振面而 形成，其特徵在於：離開前述隆脊部的側面，在前述第 一型半‘體層具有離子注入區域，在前-導恭 型半導體層表面上具有凹部。 … 20. 如請求項19之半導體雷射元件，其中前述離子注入區域 和凹部在共振面的出射端面側。 21•如請求項20之半導體雷射元件，其中從前述共振面的出 射端面側向反射端面側依次具有離子注入區域、凹部。 22·如請求項19〜21中任何—項之半導體雷射元件，其中從前 100090.doc 1258906 述共振面的出射端而Y日I二 而面側向反射端面侧依次具有第一 注入區域、凹部、第二離子注入區域。 23·如請求項19之半導體雷 自由銘、领、鎂、鋅、鈹、广，子是採用選 至少-種作爲原料。"_、質子構成的群中的 24. -種半導體雷射元件，其在基板主面 的半導體層、活性層、盘第一導電型不n有弟—導電型 導電型的半導體層、前述第二導電型半弟— 隆脊部及相對於該隆脊部大致垂直 ^的條狀 帘a·、 - ^ J而面上的共振面而 4 Ί徵在於：在前述共振面的出射端 隆脊部的側面，名箭行、$ + 肖隹開 的側面在刖述弟二導電型半導體層具 區域和光散射區域。 收 25.:請求項3之半導體雷射元件，其中在前述第二 蛉體層形成有用來形成前述波導通路區域的隆％ 離開前隆脊部，而且在前述共振面附近區域二’ 述第二導電型半導體層具有離子注入區域。 别 其 26·如：求項1〜3、19〜21中任何-項之半導體雷射元件 中則4第—導電型是n型’前述第二導電型是㈣ 其 27.Γ:求:員1〜3.、19〜21中任何一項之半導體雷射元件 二導電型半導體層、前述活性層和前述第 包土+導體層係由氮化物半導體構成。 100090.doc
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