专利名称：半导体激光元件和半导体激光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光元件和半导体激光装置。特别地，本发明涉及一种具有由绝缘性材料形成的电流阻挡层的半导体激光元件和半导体激光装置。
背景技术：
近年来，由于采用作为光盘系统中的高密度记录用光源所使用的氮化物半导体的激光元件的商品化，提高了其记录速度和与多层记录介质的对应，可看到激光器输出的高输出化有着惊人的进展。作为这种光盘系统用氮化物半导体激光元件，通常使用脊形导波结构的元件，该元件借助于由透明的绝缘材料形成的电流阻挡层来执行对激光的光封闭。为了实现使用这种半导体激光元件的光记录系统的记录速度的提高，除了提高激光器的输出之外，使半导体激光元件的工作速度提高也是不可缺少的。
如图1所示，此脊形导波结构元件的基本结构具有在第一导电型的基板101上形成的第一导电型的第一覆盖层102；在第一覆盖层102上形成的活性层103；在活性层103上形成的、且在中央部具有凸部(脊部)的第二导电型的第二覆盖层104；在第二覆盖层104的凸部上形成的接触层105；和在第二覆盖层104的凸部和接触层105的侧面以及在第二覆盖层104的平坦部上形成的电流阻挡层106，在其表面侧和背面侧，分别设置有与第二导电型半导体和第一导电型基板欧姆接触的电极107与电极108。
此电流阻挡层106兼有作为仅用于对脊部供给电流的电流阻止层的作用，和相对于脊部设计折射率差发挥光的封闭的作用。而且，在流阻挡层106中，为了使半导体激光元件高速工作，可使用容易降低在此部分产生的寄生电容值、介电常数小的绝缘性材料。
半导体激光元件的高频工作特性通常利用等效电路来进行讨论，但本元件的情况下能够简单地使用图2的等效电路表示。即，对于相当于脊部的电阻的R1，由于两侧的电流阻挡层并列产生电容C1和C2，相对于此，串联地连接有相当于第二覆盖层的平坦部之下的电阻的R2。
为了提高工作速度，虽然需要降低这些电阻值和电容值，但对于这些电阻值而言，由于材料特性上的制约，多数情况下不可能大幅度地降低。另一方面，对电容值而言，如以下公式所示，由于与电流阻挡层结构材料的介电常数和电流阻挡层上的电极形成面积成正比，与耗尽部分的膜厚即由绝缘材料形成的电流阻挡层的膜厚成反比，所以通过使用介电常数小的材料、减小电极形成面积、增加膜厚，能够降低电容值。
电容值C＝εS/dε电流阻挡层的介电常数S电流阻挡层上的电极形成区域的面积d电流阻挡层的膜厚在这些参数中，对于减小电流阻挡层的介电常数的方法，由于电流阻挡层兼备光封闭的功能，所以如果过度减小介电常数，折射率差变大，光封闭过强，存在使半导体激光元件的谐振特性劣化的问题。而且，对于增厚电流阻挡层的膜厚的方法，由于介电常数小的绝缘物的热传导率通常小，所以当膜厚增厚时，激光元件工作中不能充分进行来自发热最大的脊部分附近的散热，成为半导体激光元件的发光部的pn结部分的温度上升，导致元件特性的劣化。
因此，正在研讨一种减小电流阻挡层上的电极形成区域的面积的方法(例如，参照日本专利特开2002-164622号公报)。在此情况下，如图3所示，为了缩小电极形成区域，将导电层图案仅限制在包含电流注入区域的细长区域和焊接用于供电的的导线的部分，减少在导电层正下方产生的寄生电容成分，实现半导体激光元件的工作速度的提高。
但是，在此结构中，由于可焊接导线的区域变窄，所以必须要求其位置精度。在产生位置偏移的情况下，由于会导致焊接强度的下降和剥离、并不能正常地进行供电，所以会担心会失去作为半导体激光元件的功能，使安装合格率下降。特别地，具有六方晶体的晶格结构的氮化物类半导体激光器的情况，虽然通常利用解理法(CleavageMethod)容易获得平坦面的面(例如M面＝{1，-1，0，0}面)为射出面，但与此面正交的半导体激光元件侧面很难获得平坦面，导致元件侧面凹凸明显，产生缺陷。为此，在通过外形形状的图像识别来决定导线焊接位置的方法中，容易产生位置偏移，并且会使安装合格率下降。
因此，本发明鉴于上述课题，目的在于提供一种能够进行高速工作并且能够大幅度地降低在焊接用于供电的导线时产生的不合格的半导体激光元件和半导体激光装置。
发明内容
本发明的第一特征的主要目的在于，提供一种半导体激光元件，包括由沿规定方向延伸的凸部和设置在上述凸部的宽度方向外侧的平坦部构成，且在基板上形成的半导体层；在上述平坦部的上面和上述凸部的侧面上形成的绝缘层；以及由沿上述规定方向设置在上述凸部上的第一部分和包含自上述第一部分向上述凸部的宽度方向外侧突出的多个突出部的第二部分构成的电极，其中上述凸部是从上述电极注入电流的电流注入区域，上述多个突出部设置在上述绝缘层上，在上述多个突出部之间设置有露出上述绝缘层的间隙。
根据第一特征的半导体激光元件，在绝缘层上设置的多个突出部之间设置有暴露出绝缘层的间隙。因此，在形成有电极的总面积相等的情况下，与在多个突出部之间没有设置间隙的情况、即突出部集中为一个的情况相比，扩展了可焊接导线的区域。此外，与在半导体激光元件的整个表面上形成电极的情况相比，能够缩小形成电极的面积、即产生电容的面积、减少寄生电容、半导体激光元件就能够进行高速工作。
这样，在通过扩大能够焊接导线的区域以及缩小产生电容的面积，使半导体激光元件的高速工作成为可能的同时，还能够降低在焊接用于供电的导线时产生的不合格的情况。
在本发明的第一特征中，优选上述电极具有不与上述凸部的宽度方向外侧的上述多个突出部的端部连接的梳型形状。
根据该半导体激光元件，能够容易地设置间隙，能够减小寄生电容。并且，能够使电极突出部作为散热片起作用，使散热良好，能够抑制元件特性的劣化。
在本发明的第一特征中，优选上述多个突出部的任一个具有上述规定方向的宽度大于10μm的形状。
在本发明的第一特征中，优选上述规定方向的上述突出部的宽度在上述规定方向的上述间隙的宽度以下。
本发明的第二特征的主要目的在于，半导体激光元件包括由沿规定方向延伸的凸部和设置在上述凸部的宽度方向外侧的平坦部构成，且在基板上形成的半导体层；在上述平坦部的上面和上述凸部的侧面上形成的绝缘层；以及由沿上述规定方向设置在上述凸部上的第一部分和包含自上述第一部分向上述凸部的宽度方向外侧突出的突出部的第二部分构成的电极，其中上述凸部是从上述电极注入电流的电流注入区域，上述突出部设置在上述绝缘层上，在上述绝缘层中，设置有不与上述电极连接的岛状的连接部，上述连接部与上述突出部邻接。
根据第二特征的半导体激光元件，电极具有从第一部分向凸部的宽度方向外侧突出的、设置在绝缘层上的突出部。此外，在绝缘层上，设置有与突出部邻接的岛状连接部。因此，与仅设置一个突出部的情况相比，扩展了能够焊接导线的区域。此外，与在半导体激光元件的整个表面形成电极的情况相比，能够减小形成电极的面积、即产生电容的面积，减少寄生电容，半导体激光元件能够进行高速工作。
这样，在通过扩大能够焊接导线的区域以及缩小产生电容的面积，使半导体激光元件的高速工作成为可能的同时，还能够降低在焊接用于供电的导线时产生的不合格的情况。
在上述第一和第二特征中，优选上述突出部被设置在上述半导体层产生的激光的射出面侧上。
根据该半导体激光元件，通过在伴随光吸收的热的原因而容易被破坏的光射出面侧设置电极，不太降低热排放效率，能够减少寄生电容。
在本发明的第一特征和第二特征中，优选上述基板是GaN基板或蓝宝石基板，上述半导体层是具有六方晶体结构的氮化物半导体层。
由于这种半导体激光元件的侧面凹凸明显、并产生缺陷，在通过外形形状的图像识别来决定导线焊接位置的情况下，存在图案识别不能正常进行的情况。这引，即使在导线焊接位置容易偏移的情况下，在第一和第二特征的半导体激光元件中，由于实现了能够焊接导线的区域的扩大，能够有效地降低在焊接用于供电的导线时产生的不合格的情况。
本发明的第三特征的主要目的在于，半导体激光装置包括本发明的第一特征或第二特征的半导体激光元件和至少一条导电性导线，上述导电性导线连接到上述多个突出部。
本发明的第四特征的主要目的在于，半导体激光装置包括本发明的第一特征或第二特征的半导体激光元件和至少一条导电性导线，上述导电性导线连接到上述突出部以及上述连接部的双方。
图1是现有的半导体激光元件的斜视图(其1)。
图2是表示现有的半导体激光元件的简单的等效电路图。
图3是现有的半导体激光元件的斜视图(其2)。
图4是第一实施方式的半导体激光元件的斜视图。
图5是第一实施方式的半导体激光元件的顶视图。
图6是第一实施方式的半导体激光元件的剖面图。
图7是表示第一实施方式的半导体激光元件的剥离发生率的曲线图。
图8是说明第一实施方式的半导体激光元件的制造方法的剖面图(其1)。
图9是说明第一实施方式的半导体激光元件的制造方法的平面图(其2)。
图10是第一实施方式的半导体激光元件的芯片侧面的模式图。
图11是表示第一实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图(其1)。
图12是表示第一实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图(其2)。
图13是表示第一实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图(其3)。
图14是表示第一实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图(其4)。
图15是表示第一实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图(其5)。
图16是表示第一实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图(其6)。
图17是表示第一实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图(其7)。
图18是表示第一实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图(其8)。
图19是第二实施方式的半导体激光元件的斜视图。
图20是第二实施方式的半导体激光元件的俯视图。
图21是表示第二实施方式的半导体激光元件的变化例的俯视图。
图22是第三实施方式的半导体激光元件的俯视图。
图23是第三实施方式的半导体激光元件的剖面图。
图24是说明第三实施方式的半导体激光元件的制造方法的剖面图(其1)。
图25是说明第三实施方式的半导体激光元件的制造方法的剖面图(其2)。
图26是说明第三实施方式的半导体激光元件的制造方法的剖面图(其3)。
图27是表示第四实施方式的半导体激光装置的结构图。
图28是表示第四实施方式的半导体激光装置的结构图。
具体实施例方式
接着，使用
本发明的实施方式。在下面的附图的记载中，对于相同或类似的部分，赋予相同的或类似的符号。但是，应该注意，附图是示意图，各尺寸的比例等与现实的尺寸不同。因此，可以参考下面的说明来判断具体的尺寸等。而且，毫无疑问，在附图之间也包含彼此尺寸关系和比例不同的部分。
(第一实施方式)使用图4说明第一实施方式的半导体激光元件的简略结构。半导体激光元件具有由在基板1上形成的第一导电型的第一覆盖层2、在第一覆盖层2上形成的活性层3、设置在活性层3上的第二导电型的第二覆盖层4和在第二覆盖层4的凸部4a上设置的接触层5构成的半导体层。第二覆盖层由沿A方向延伸的凸部4a和设置在凸部4a的宽度方向(B方向)外侧的平坦部4b构成。
半导体激光元件具有在平坦部4b的上面和凸部4a的侧面形成的、由绝缘材料构成的电流阻挡层6。半导体激光元件具有在接触层5和电流阻挡层6上形成的电极7。而且，直线部7a和多个突出部7b分别是本发明的“第一部分”和“第二部分”的一个例子。
电极7具有沿A方向设置在接触层5(凸部4a)上的直线部7a和从直线部7a向凸部4a的宽度方向(B方向)外侧突出的多个突出部7b。在多个突出部7b之间，设置有露出电流阻挡层6的间隙。在此，“间隙”的形状不仅是未连接凸部4a的宽度方向(B方向)外侧的多个突出部7b的端部的形状(图4)，还包含连接凸部4a的宽度方向(B方向)外侧的多个突出部7b的端部的形状。作为后者的形状，例如，可列举除后述的图16所示的形状。
在图4中，沿着凸部4a延伸的方向(A方向)按固定间隔设置有突出部7b。即，电极7具有未连接凸部4a的宽度方向(B方向)外侧的多个突出部7b的端部的梳型形状。
(半导体激光元件的结构)接着，详细地说明第一实施方式的半导体激光元件的结构。图5和图6是表示由使用GaN基板的氮化物系半导体形成的400nm频带半导体激光元件(蓝紫色LD)的结构的俯视图和剖面图。
如图6(a)所示，以Ga面的C面(面方位(0，0，0，1))为表面，在掺杂了氧的六方晶体n型GaN基板11上形成具有约1μm膜厚的、由Si掺杂n型GaN形成的缓冲层12。在该缓冲层12上，形成具有约1.5μm膜厚的、由n型Al0.05Ga0.95N形成的n侧覆盖层13。
在n侧覆盖层13上，形成具有约50nm膜厚的、由无掺杂的GaN形成的n侧导光层14，并且，在n侧导光层14上形成具有多重量子阱(MQW)结构的活性层15。如图6(b)所示，该活性层15具有交替层叠由具有约15nm膜厚的两个未掺杂的GaN形成的势垒层15a和由具有约4nm膜厚的3个未掺杂In0.10Ga0.90N形成的阱层15b的结构。
活性层15上形成具有约100nm膜厚的、由未掺杂GaN形成的p侧导光层16，在p侧导光层16上，形成具有约20nm膜厚的、由未掺杂的Al0.30Ga0.70N形成的盖层17。
在由未掺杂的Al0.30Ga0.70N形成的盖层17上，形成掺杂了Mg、具有最大膜厚约500nm的、且由在中央附近存在具有约1.5μm宽度的带状的凸部的p型Al0.05Ga0.95N形成的p侧覆盖层18，在该凸部上，形成具有约10nm膜厚的、由未掺杂的In0.05Ga0.95N形成的p侧接触层19。由此p型覆盖层18的凸部和p侧接触层19形成成为电流注入区域的脊部。
以覆盖p侧覆盖层18的平坦部上，以及p侧覆盖层18的凸部侧面和p侧接触层19侧面的形式形成具有约300nm膜厚的、由SiO2形成的电流阻挡层20。并且，在p侧接触层19表面上形成由Pt/Pd(2/10nm)构成的p侧电极21，在p侧电极21和电流阻挡层20上，形成具有梳型形状的由Ti/Au(10/500nm)构成的p侧焊盘(pad)电极22。
如图5所示，p侧焊盘电极22具有沿着A方向设置在p侧电极21(p侧覆盖层18的凸部)上的直线部22a，和自直线部22a向B方向外侧突出的多个突出部22b。在多个突出部22b之间设置有间隙。而且，直线部22a和多个突出部22b分别是本发明的“第一部分”和“第二部分”的一个例子。在p侧焊盘电极22上的一部分区域中，连接有由Au形成的焊接导线23，能够从外部电源向p侧焊盘电极22供电。
在第一实施方式中，例如，可以使突出部22b的宽度a和间隙的宽度b都等于约15μm。电流注入区域(p侧电极21)的宽度c约为15μm。P侧焊盘电极图形的外周尺寸是200μm×400μm。电流阻挡层20和p侧焊盘电极22中连接焊接导线23的区域是直径约70μm的近似圆形的区域。以突出部22b的宽度a和间隙的宽度b为周期d的情况下，优选焊接导线23的连接径(70μm)的1/2以下(例如，30μm)。
而且，如图6(a)所示，在n型GaN基板11的相反侧形成有由Ti/Pt/Au(10/2/500nm)形成的n侧电极24，借助于由AuSn形成的熔接层25连接到用于向n侧电极24供电的导电层26。而且，半导体激光元件的宽度约为300μm，深度约为400μm，射出激光的面是M面(面方位{1，-1，0，0})。
接着，图7表示相对于p侧焊盘电极22的梳型形状的导电层宽度(上述突出部22b的宽度a)导线焊接工序中的导电层剥离发生率。根据图7所示，如果减小导电层宽度，剥离发生率会提高。相对于导电层宽度的间隙宽度的比例(上述的间隙的宽度b/上述突出部22b的宽度a)越大越容易发生剥离。为此，优选导电层宽度(突出部22b的宽度a)为10μm以上。
(半导体激光元件的制造方法)接着，使用图8和图9，说明第一实施方式的半导体激光元件的制造方法。
首先，如图8(a)所示，使用MOVPE(Metal Organic Vapor PhaseEpitaxy有机金属化学气相生长)法，在n型GaN基板11上，在基板温度约1150℃下顺次生长具有约1μm膜厚的、由n型GaN形成缓冲层12；具有约1.5μm膜厚的、由n型Al0.05Ga0.95N形成n侧覆盖层13；和具有约50nm膜厚的、由未掺杂的GaN形成的n侧导光层14。
接着，在将基板温度保持在约850℃的状态下，在n侧导光层14上通过交替生长具有约4nm膜厚的、由未掺杂In0.10Ga0.90N形成的3层阱层15b和具有约15nm膜厚的、由未掺杂的GaN形成的2层势垒层15a来形成活性层15。接着，在活性层15上，顺次生长具有约100nm膜厚的、由未掺杂的GaN形成的p侧导光层16，和具有约20nm膜厚的、由未掺杂的Al0.30Ga0.70N形成的盖层17。由于该盖层17防止活性层15的In原子的脱离，所以具有防止活性层15的结晶品质劣化的功能。
此后，在将基板温度设定在1150℃的状态下，在盖层17上，生长具有约500nm膜厚的、由p型Al0.05Ga0.95N形成的p侧接触层18。
接着，在将基板温度设定在850℃的状态下，在p侧覆盖层18上，生长具有约10nm膜厚的、由未掺杂的In0.05Ga0.95N形成的p侧接触层19。
接着，如图8(b)所示，利用真空蒸镀法在p侧接触层19上形成Pt/Pd膜，使用光刻胶(Photo Resist)通过蚀刻形成具有约1.5μm的宽度的带状的p侧电极21，并且，通过蚀刻去除p侧接触层19和p侧覆盖层18的一部分形成成为电流注入区域的脊部。
然后，如图9(a)所示，使用等离子体CVD法，在p侧电极21上，和p侧接触层19以及p侧覆盖层18的侧面，形成由具有约300nm的膜厚的SiO2膜形成的电流阻挡层20以便覆盖p侧覆盖层18的平坦部上面。
此后，使用在脊部具有开口部的光刻胶，蚀刻p侧电极21正上方的电流阻挡层20，使p侧电极21露出。接着，使用光刻胶，在p侧电极21和电流阻挡层20上，通过真空蒸镀法搬离形成由Ti/Au形成的、具有梳型形状的p侧焊盘电极22。在该情况下，由于在p侧焊盘电极22的最下层使用Ti，所以能够使其与由SiO2形成的电流阻挡层20的粘接性良好。
接着，如图9(b)所示，通过研磨n型GaN基板11的背面，例如减薄到100μm左右的厚度后，在此背面上通过真空蒸镀法形成由Ti/Pt/Au形成的n侧电极24。
此后，能够以射出面成为容易获得平坦面的M面的方位打开，以与此正交的方位进行截断(Breaking)。并且，使用由AuSn形成的熔接层25，通过300℃的热处理将n侧电极连接到导电层26，通过焊接导线23，制造出图5和图6所示的半导体激光元件。
(作用及效果)根据实施方式1的半导体激光元件和半导体激光元件的制造方法，在设置在p侧焊盘电极22的多个突出部22b之间，设置有露出电流阻挡层20的间隙。因此，在形成有电极的总面积相等的情况下，与在多个突出部22b之间没有设置间隙的情况，即突出部集中在一个的情况相比，扩大了可焊接导线的区域。此外，与在半导体激光元件的整个表面上形成p侧焊盘电极的情况相比，能够减小形成p侧焊盘电极22的面积即产生电容的面积，降低寄生电容，且半导体激光元件能够进行高速工作。
如此，通过扩大能够焊接导线的区域和缩小产生电容的面积，在能够使半导体激光元件进行高速工作的同时，还能够减少导线焊接时产生的不合格，能够抑制安装合格率的下降。
以固定的间隔在脊部延伸的方向(图5所示的A方向)上配置p侧焊盘电极22的突出部22b，p侧焊盘电极22具有不连接脊部的宽度方向(图5所示的B方向)的突出部22b的端部的梳型形状。因此，能够容易地设置间隙，能够减小寄生电容。能够将由导热性好的材料形成的梳型形状的p侧焊盘电极22的突出部22b作为散热片起作用，能够有效地向外部释放因半导体激光器工作时因光吸收而产生的热以及电阻引起的焦耳热。为此，能够抑制元件特性的劣化。
而且，减小梳型p侧焊盘电极22的导电层宽度时，电流阻挡层20和p侧焊盘电极22间的粘接强度变弱，如图7所示，虽然在导线焊接工序中容易产生剥离，但通过使p侧焊盘电极22的突出部22b的宽度为10μm以上，就能够充分确保电流阻挡层20和p侧焊盘电极22的粘接强度，能够抑制安装合格率的下降。
并且，在第一实施方式的半导体激光元件中，由于使梳型p侧焊盘电极22的导电层的宽度(图5所示的宽度a)和其间隙宽度(图5所示的宽度b)都为15μm，所以寄生电容包括考虑在焊接导线23的正下方产生的部分，在芯片整个区域(约300μm×400μm)能够减少到形成p侧焊盘电极的情况的约37％，在导线焊接整个有效区域(200μm×400μm)能够减少到形成p侧焊盘电极情况的约55％左右，能够提高半导体激光元件的工作速度。
而且，p侧焊盘电极22的突出部22b的宽度a在间隙的宽度b以下。根据这样的结构，寄生电容值能够变成在整面上形成导电层时的约一半以下，能够高速地工作。
而且，由于使梳型p侧焊盘电极22的周期d为相当于焊接导线23的连接直径的70μm的1/2以下的30μm，所以，能够使焊接导线23与3条以上的梳型p侧焊盘电极22粘接，能够防止焊接导线23的剥离。如此，由于能够充分确保p侧焊盘电极22和焊接导线23之间的粘接强度，所以能够抑制安装合格率的下降。
而且，在第一实施方式的半导体激光元件中，p侧焊盘电极22含有钛。由于钛的粘接性强，所以提高了与电流阻挡层20的粘接性，即使是梳型形状也很难剥离，能够抑制安装合格率的下降。
而且，第一实施方式的半导体激光元件，具备GaN基板，具备具有六方晶体结构的氮化物系半导体层。而且，激光的射出面是M面。包含GaN的氮化物半导体层由于在与M面正交的方位上难于获得平坦的面，所以，例如，如图10所示，芯片侧面的凹凸变陡，容易产生角缺陷等不合格的情况。为此，在通过外形形状的图像识别来决定导线焊接位置的情况下，不能正常地执行图案识别，难于进行正确的定位。但是，由于在宽的区域内形成p侧焊盘电极22，所以即使导线焊接位置偏移，也能够进行正常的供电，能够抑制安装合格率的下降。
(变形例)在上述第一实施方式的p侧焊盘电极22中，虽然突出部22b设置在直线部22a的两侧，且设置在半导体激光元件的表面的几乎整个区域，但并不限定于此。具体地，按照导线焊接装置中固有的特性(定位精度和预测“偏移”的方向)，能够使形成突出部22b的区域缩小在不产生导线焊接不合格的范围内。
例如，仅在谐振器(脊部和直线部22a)延伸方向(图5所示A方向)上，考虑假设产生定位偏移的情况。在此种情况下，在谐振器(脊部和直线部22a)的宽度方向(图5所示的B方向)上能够缩短突出部22b的长度。此外，如图11所示，仅在直线部22a(脊部)的单侧就能够设置突出部22b。
接着，仅在谐振器(脊部和直线部22a)的宽度方向(图5所示B方向)上，考虑假设产生定位偏移的情况。在此种情况下，如图12和图13所示，在谐振器(脊部和直线部22a)延伸方向(图5所示A方向)中，还能够使设置突出部22b的区域变窄。
最后，在谐振器(脊部和直线部22a)延伸方向(图5所示的A方向)和谐振器(脊部和直线部22a)的宽度方向(图5所示的B方向)上，考虑不产生定位偏移的情况。在此种情况下，如图14及图15所示，在仅在直线部22a(脊部)的单侧设置突出部22b的同时，还能够在A方向上使设置突出部22b的区域变窄。
如图11～图15所示，在半导体激光元件的表面上，通过减小设置突出部22b的区域，能够进一步地降低寄生电容。
如图13和图15所示，通过在随着光吸收因热的原因而容易破坏的光射出端面的附近设置突出部22b，不会进一步降低散热的效率，能够降低寄生电容。
并且，如图16所示，在芯片端焊接导线的情况下，为了确保导线的接触面积，p侧焊盘电极22也可以具有通过部分22c连接直线部22a(脊部)的宽度方向b的外侧的突出部22b的端部的形状。在图16的图形中，由于p侧焊盘电极22具有连接突出部22b的端部的形状，所以，与图5所示的梳型形状的p侧焊盘电极相比，提高了导线的粘接性。
在上述第一实施方式中，焊接在p侧焊盘电极22上的导线是一条导线，但不限于此。具体地，如图17和图18所示，也可以在p侧焊盘电极22上焊接多条导线。由此，既实现了寄生电容的减少，又能够供给大电流，且能够提高半导体激光元件的工作速度。
(实施方式2)(半导体激光元件的结构)使用图19说明第二实施方式的半导体激光元件的简略结构。半导体激光元件具有由在基板1上形成的第一导电型的第一覆盖层2、在第一覆盖层2上形成的活性层3、设置在活性层3上的第二导电型的第二覆盖层4和在第二覆盖层4的凸部4a上设置的接触层5构成的半导体层。第二覆盖层4由沿A方向延伸的凸部4a和设置在凸部4a的宽度方向(B方向)外侧的平坦部4b构成。
半导体激光元件具有在平坦部4b的上面和凸部4a的侧面形成的、由绝缘材料构成的电流阻挡层6。半导体激光元件具有在接触层5和电流阻挡层6上形成的电极7。
电极7具有沿A方向设置在接触层5(凸部4a)上的直线部7a和从直线部7a向凸部4a的宽度方向(B方向)外侧突出的突出部7b。在电流阻挡层6上设置有不与电极7相连的岛状的连接部27。连接部27邻接突出部7b。而且，在突出部7b之间和连接部27之间，设置有露出电流阻挡层6间隙。
(半导体激光元件的结构)接着，详细地说明第二实施方式的半导体激光元件的结构。图20是表示由使用GaN基板的氮化物系半导体形成的400nm频带半导体激光元件(蓝紫色LD)的结构的俯视图。由于第二实施方式的半导体激光元件的详细结构，除包括岛状的连接部27外，与第一实施方式相同，所以省略连接部27以外的说明。
在p侧焊盘电极22上的一部分区域上连接由Au形成的焊接导线23，能够从外部电源向p侧焊盘电极22供电。此时，在连接部27上也连接焊接导线23，充分地确保p侧焊盘电极22与焊接导线23之间的粘接强度。
连接部27优选粘接性强的材料，例如，可使用钛、铬、铝等。
(作用及效果)根据第二实施方式的半导体激光元件，在电流阻挡层20上设置有不与p侧焊盘电极22相连的岛状连接部27，连接部27邻接突出部22b。此外，在突出部22b与连接部27之间设置有露出电流阻挡层20的间隙。因此，与仅设置一个突出部的情况相比，能够焊接导线的区域扩大了。此外，与在半导体激光元件的整个表面区域形成有电极的情况相比，能够缩小形成电极的面积即产生电容的面积，减少寄生电容，且半导体激光元件能够进行高速工作。
如此，通过扩大能够焊接导线的区域以及缩小产生电容的面积，能够在使半导体激光元件进行高速工作的同时，减少焊接用于供电的导线时产生的不合格。
(变形例)在第二实施方式中，虽然说明了具有岛状连接部27的半导体激光元件，但也可以与第一实施方式中说明的梳型形状的p侧焊盘电极22组合。例如，如图21所示，可以在梳型形状的p侧焊盘电极22的间隙中配置岛状连接部27。根据这样的结构，能够进一步提高粘接性。
(第三实施方式)
(半导体激光元件的结构)使用图22和图23说明第三实施方式的半导体激光元件的结构。图22和图23是表示由使用绝缘性的蓝宝石基板的氮化物类半导体形成的400nm频带半导体激光元件(蓝紫色LD)的结构的俯视图以及剖面图。
如图18(a)所示，在以C面(面方位(0，0，0，1))为表面的蓝宝石基板51上，形成具有约10μm膜厚的、由未掺杂的GaN形成的缓冲层52。在该缓冲层52上，形成具有约100nm膜厚的、并且向与纸面垂直方向延伸的、具有宽度约6μm，间隔约4μm的带形状的SiO2层53，形成由具有约12μm膜厚的未掺杂GaN层形成的横方向生长层54，以便包围SiO2层53。并且，在横方向生长层54上，形成具有约1μm膜厚的、且具有凸部，由Si掺杂n型GaN形成的n侧接触层55。在此n侧接触层55的平坦部上形成有由Ti/Pt/Au(10/2/500nm)形成的n侧电极67。
另一方面，在n侧接触层55的凸部上，形成具有约1.5μm的膜厚的、由Si掺杂n型Al0.05Ga0.95N形成的n侧覆盖层56，在n侧覆盖层56上形成具有约50nm膜厚的、由未掺杂的GaN形成的n侧导光层57，并且，在n侧导光层57上形成具有多重量子阱(MQW)结构的活性层58。如图18(b)所示，此活性层58具有交替层叠具有约15nm膜厚的、由2个未掺杂的GaN 56形成的势垒层58a和具有约4nm膜厚的、由3个未掺杂In0.10Ga0.90N形成的阱层58b的结构。
在活性层58上，形成具有约100nm膜厚的、由未掺杂的GaN形成的p侧导光层59，在p侧导光层59上，形成具有约20nm膜厚的、由未掺杂的Al0.30Ga0.70N形成的盖层60。
在由未掺杂的Al0.30Ga0.70N形成的盖层60上，形成掺杂了Mg、具有最大膜厚约500nm的、且由在中央部附近存在具有约1.5μm宽度的带状的凸部的p型Al0.05Ga0.95N形成的p侧覆盖层61，在该凸部上，形成具有约10nm膜厚的、由未掺杂的In0.05Ga0.95N形成的p侧接触层62。由该p型覆盖层61的凸部和p侧接触层62形成有成为电流注入区域的脊部。
以覆盖p侧接触层62的的正上方和除了n侧电极67形成部的区域的形式形成具有约300nm膜厚的、作为电流阻挡层起作用的由SiO2形成的绝缘层64。并且，在p侧接触层62的表面上形成由Pt/Pd(2/10nm)构成的p侧电极63，在p侧电极63以及绝缘层64的一部分区域上，形成具有梳型形状，由Ti/Au(10/500nm)构成的p侧焊盘电极65。
如图22所示，p侧焊盘电极65具有沿着A方向设置在p侧电极63(p侧覆盖层61的凸部)上的直线部65a，和自直线部65a向B方向外侧突出的多个突出部65b。而且，直线部65a以及多个突出部65b分别是本发明的“第一部分”以及“第二部分”的一个例子。在多个突出部65b之间设置有间隙。在p侧焊盘电极65上的一部分区域中，连接有由Au形成的焊接导线66，在n侧电极67的一部分区域中，连接由Au形成的焊接导线68，能够从外部电源向p侧焊盘电极65以及n侧电极67供电。
在第三实施方式中，例如可以使突出部65b的宽度a和间隙的宽度b都等于约15μm。电流注入区域(p侧电极63)的宽度c约为15μm。在电流阻挡层64和p侧焊盘电极65上连有焊接导线66的区域是直径约70μm的近似圆形的区域。同样，n侧电极67上连有焊接导线68的区域是直径约70μm的近似圆形的区域。
而且，半导体激光元件的宽度约为400μm，深度约为400μm，形成有从n侧覆盖层56到p侧覆盖层61的区域其宽度约为250μm，深度约为400μm。而且，射出激光的面是M面(面方位{1，-1，0，0})。
(半导体激光元件的制造方法)接着，使用图24～图26说明第三实施方式的半导体激光元件的制造方法。
首先，如图24(a)所示，通过MOVPE的2阶段生长法(600℃生长低温缓冲层以及100℃生长层)，在以C面为表面的蓝宝石基板51上，生长具有约1μm膜厚的、由未掺杂的GaN形成的缓冲层52。在缓冲层52上，使用等离子体CVD法在整个表面上形成具有约100nm膜厚SiO2膜后，形成抗蚀剂图案，蚀刻去除一部分区域，形成成为具有带形状的选择生长用掩模的SiO2膜53。此时，带的宽度约为6μm，间隔约为4μm。
接着，在缓冲层52和SiO2膜53上，在1100℃下，使用MOVPE法生长未掺杂的GaN层时，如图24(b)所示，很难在SiO2膜53上进行生长，在露出由未掺杂的GaN形成的缓冲层52的部分形成仅具有(1，2，-2，2)面的倾斜的、剖面形状具有三角形的凸线(Facet)结构的GaN层54a。
并且，如图24(c)所示，随着GaN层的生长，通过向横方向的生长，即使在SiO2膜53上也能够形成，在膜厚生长到约12μm时，使凸线结构的GaN层成为整体，获得上面平坦连续的横方向生长层54。在该情况下，在SiO2膜53上横方向生长层54中，由于作为基板材料的蓝宝石和GaN层的物质性质不同，缺陷难于传递，除GaN层整体的部分外，能够获得缺陷少的优质的GaN层。
如图25(a)所示，在该横方向生长层54上，通过MOVPE法生长作为半导体激光器的工作层的半导体层。首先，在基板温度约1150℃下，顺次生长具有约1μm膜厚的、由n型GaN形成的n侧接触层55；具有约1.5μm膜厚的、由n型Al0.05Ga0.95N形成的n侧覆盖层56；和具有约50nm膜厚的、由未掺杂的GaN形成的n侧导光层57。
接着，在将基板温度保持在约850℃的状态下，通过在n侧导光层57上交替生长由具有约4nm膜厚的未掺杂的In0.10Ga0.90N形成的3层阱层58b和由具有约15nm膜厚的未掺杂的GaN形成的2层势垒层58a来形成具有MQW结构的活性层58。接着，在活性层58上，顺次生长具有约100nm膜厚的、由未掺杂GaN形成的p侧导光层59和具有约20nm膜厚的、由未掺杂的Al0.30Ga0.70N形成的盖层60。由于该盖层60防止MQW活性层15的In原子的脱离，所以具有防止活性层58的结晶品质劣化的功能。
此后，在将基板温度设定在1150℃的状态下，在盖层60上，生长具有约500nm膜厚的、由p型Al0.05Ga0.95N形成的p侧覆盖层61。
接着，在将基板温度设定在850℃的状态下，在p侧覆盖层61上，生长具有约10nm膜厚的、由未掺杂的In0.05Ga0.95N形成的p侧接触层62。
此后，如图25(b)所示，使用光刻胶，蚀刻去除一部分的区域，使n侧接触层55露出。
此后，如图26(a)所示，通过真空蒸镀法，在p侧接触层62上形成Pt/Pd膜，使用光刻胶通过蚀刻形成具有约1.5μm的宽度的带状的p侧电极63，并且，通过蚀刻去除p侧接触层62和p侧覆盖层61的一部分，形成成为电流注入区域的脊部。
然后，如图26(b)所示，使用等离子体CVD法，形成具有约300nm的膜厚的、由SiO2膜形成的绝缘层64，以便覆盖露出的整个半导体层。
此后，使用在脊部具有开口部的光刻胶，蚀刻p侧电极63之上的绝缘层64，使p侧电极63露出。接着，在p侧电极63上、绝缘层64上，通过真空蒸镀法形成由Ti/Au形成的梳型形状的p侧焊盘电极65。此情况下，由于在p侧焊盘电极65的最下层使用Ti，所以能够使其与由SiO2形成的绝缘层64的粘接性良好。
此后，使用光刻胶，蚀刻去除n侧接触层55上的、一部分区域的绝缘层64，使n侧接触层55露出后，通过真空蒸镀法蒸发形成由Ti/Pt/Au形成的n侧电极67。
接着，通过研磨蓝宝石基板51的背面，以便能够容易打开，例如减薄到150μm左右的厚度后，此后，射出面容易得到平坦面，在成为M面的方位可打开，在与此正交的方位进行截断。在组装在规定的封装中后，通过将导线66、68分别焊接到p侧焊盘电极65、n层电极67，制造图22和图23所示的半导体激光元件。
(作用和效果)在第三实施方式的半导体激光元件的情况下，在作为电流阻挡层起作用的绝缘层64中产生的寄生电容，考虑在焊接导线66的正下方产生的部分时，在形成p侧覆盖层61的整个区域(约250μm×400μm)能够减少到形成p侧焊盘电极的情况的约44％，在导线焊接整个有效区域(200μm×400μm)能够减少到形成有p侧焊盘电极情况的约55％左右，能够提高半导体激光元件的工作速度。
而且，第三实施方式的半导体激光元件具备蓝宝石基板，具备具有六方晶体结构的氮化物类半导体层。而且，激光的射出面是M面。包含GaN的氮化物半导体层由于在与M面正交的方位上难于获得平坦的面，所以，例如如图10所示，芯片侧面的凹凸变陡，容易产生角缺陷等不合格的情况。为此，在通过外形形状的图像识别来决定导线焊接位置的情况下，不能正常地执行图案识别，且难于进行正确的定位。但是，由于在宽的区域内形成p侧焊盘电极65，所以即使导线焊接位置偏移，也能够进行正常的供电，能够抑制安装合格率的下降。
(第四实施方式)下面参照
第四实施方式。在第四实施方式中，说明使用第一实施方式示出的半导体激光元件的半导体激光装置。
(半导体激光装置的结构)在下文中，参照
第四实施方式的半导体激光装置。图27和图28是表示第四实施方式的半导体激光装置200的结构图。具体地，图27是从光射出面看半导体激光装置200的示意图，图28是从图27中示出的C方向看半导体激光装置200的示意图。
如图27所示，半导体激光装置200包括支持基板210，隔着熔融层220在支持基板210上形成的副基板230，隔着熔融层233在副基板230上形成的半导体激光元件240。而且，副基板230具有一对导电层(导电层231和导电层232)。而且，导电层232相当于上述导电层26，熔融层233相当于上述熔接层25。
半导体激光装置200具有用于连接到外部电源的供电引脚(供电引脚261、供电引脚271以及供电引脚281)。供电引脚261插通在设置于封装本体201的绝缘环262内。同样地，供电引脚271插通在设置于封装本体201的绝缘环272内。
半导体激光元件240具有n侧电极241，基板242，半导体层243，电流阻挡层244和p侧焊盘电极245。
n侧电极241相当于上述n侧电极24，基板242相当于上述基板11。
半导体层243由上述缓冲层12、n侧覆盖层13、n侧导光层14、活性层15、p侧导光层16、盖层17、p侧覆盖层18和p侧接触层19构成。而且，在p侧接触层19上设置有相当于p侧电极21的电极(未图示)。
半导体层243与上述实施方式相同，具有作为电流注入区域的凸部247a和设置在凸部247a的宽度方向外侧的平坦部247b。
电流阻挡层244相当于上述电流阻挡层20，形成在凸部247a的侧面和平坦部247b的上面。
如图28所示，p侧焊盘电极245相当于上述p侧焊盘电极22，具有设置在凸部247a上的直线部245a，和从直线部245a向凸部247a的宽度方向外侧突出的多个突出部245b。而且，直线部245a和多个突出部245b分别是本发明的“第一部分”以及“第二部分”的一个例子。
上述供电引脚251通过焊接导线271连接到p侧焊盘电极22的突出部22b。另一方面，上述供电引脚261通过焊接导线272连接到导电层232。
(作用及效果)第四实施方式的半导体激光装置与第一实施方式相同，能够实现可焊接的焊接导线271的区域的扩大和产生寄生电容的面积的缩小。由此，能够使半导体激光装置高速地工作，能够减少导线焊接时所产生的不合格。
(其他实施方式)本发明虽然按照上述实施方式进行记载，但构成其公开的一部分的论述及附图不能理解为是限定本发明的内容。根据此公开，同业者可以明白各种代替实施方式、实施例及运用技术。
例如，在上述实施方式中，说明了使用MOVPE法结晶生长半导体各层，但本发明不限于此，也可以使用MBE法、HVPE法和气体源MBE法等来结晶生长半导体各层。此外，作为半导体的结晶结构，既可以是铅锌矿型结构，也可以是闪锌矿型结构。
而且，在上述实施方式中，虽然使用含有由GaN、AlGaN以及InGaN形成的层的氮化物系半导体元件层，但本发明不限于此，也可以使用含有由AlN、InN以及AlInGaN形成的层的氮化物系半导体元件层，还可使用含有由GaAs、AlGaAs、InGaP、AlInGaP等形成的层的氮化物类半导体之外的半导体元件层。
如此，毫无疑问，本发明包含未在此记载的各种各样的实施方式等。因此，本发明的技术范围仅根据上述说明中的适当的权利要求范围的发明特定事项来限定。
权利要求
1.一种半导体激光元件，其特征在于，包括由沿规定方向延伸的凸部和设置在所述凸部的宽度方向外侧的平坦部构成，且在基板上形成的半导体层；在所述平坦部的上面和所述凸部的侧面上形成的绝缘层；以及由沿所述规定方向设置在所述凸部上的第一部分和包含自所述第一部分向所述凸部的宽度方向外侧突出的多个突出部的第二部分构成的电极，其中所述凸部是从所述电极注入电流的电流注入区域，所述多个突出部设置在所述绝缘层上，在所述多个突出部之间设置有露出所述绝缘层的间隙。
2.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述电极具有不与所述凸部的宽度方向外侧的所述多个突出部的端部连接的梳型形状。
3.根据权利要求2所述的半导体激光元件，其特征在于所述多个突出部的任意一个具有所述规定方向的宽度大于10μm的形状。
4.根据权利要求2所述的半导体激光元件，其特征在于所述规定方向的所述突出部的宽度在所述规定方向上的所述间隙的宽度以下。
5.一种半导体激光元件，其特征在于，包括由沿规定方向延伸的凸部和设置在所述凸部的宽度方向外侧的平坦部构成，且在基板上形成的半导体层；在所述平坦部的上面和所述凸部的侧面上形成的绝缘层；以及由沿所述规定方向设置在所述凸部上的第一部分和包含自所述第一部分向所述凸部的宽度方向外侧突出的突出部的第二部分构成的电极，其中所述凸部是从所述电极注入电流的电流注入区域，所述突出部设置在所述绝缘层上，在所述绝缘层中，设置有不与所述电极连接的岛状的连接部，所述连接部与所述突出部邻接。
6.根据权利要求1或5所述的半导体激光元件，其特征在于所述突出部设置在所述半导体层产生激光的射出面侧。
7.根据权利要求6所述的半导体激光元件，其特征在于所述激光的射出面是M面。
8.根据权利要求1或5所述的半导体激光元件，其特征在于所述基板是GaN基板或蓝宝石基板，所述半导体层是具有六方晶体结构的氮化物半导体层。
9.一种半导体激光装置，包括权利要求1至4中任一项所述的半导体激光元件和至少一条导电性导线，其特征在于所述导电性导线连接到所述多个突出部。
10.一种半导体激光装置，包括权利要求5或6所述的半导体激光元件和至少一条导电性导线，其特征在于所述导电性导线连接到所述突出部和所述连接部两者。
全文摘要
本发明的半导体激光元件，包括由沿规定方向延伸的凸部和设置在所述凸部的宽度方向外侧的平坦部构成，且在基板上形成的半导体层；在所述平坦部的上面和所述凸部的侧面上形成的绝缘层；以及由沿所述规定方向设置在所述凸部上的第一部分和包含自所述第一部分向所述凸部的宽度方向外侧突出的多个突出部的第二部分构成的电极，其中所述凸部是从所述电极注入电流的电流注入区域，所述多个突出部设置在所述绝缘层上，在所述多个突出部之间设置有露出所述绝缘层的间隙。
文档编号H01S5/223GK101030696SQ20071009236
公开日2007年9月5日 申请日期2007年2月28日 优先权日2006年2月28日
发明者井上大二朗, 别所靖之, 畑雅幸 申请人:三洋电机株式会社