氮化物半导体激光器元件及其制作方法

专利名称：氮化物半导体激光器元件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在腔端面附近不会产生不均匀的电流注入，并且在电流一光输出特性中不会导致异常的氮化物半导体激光器元件。
背景技术：
在具有脊形条形波导的氮化物半导体激光器元件中，当在氮化物半导体分层部分上面形成电极时，通常形成插入到其间的以下几层在衬底上形成的氮化物半导体分层部分的顶面上形成的波导；以及在波导上面具有开口的绝缘保护膜。作为如此构造的氮化物半导体激光器元件的示例，在图20中示出了JP-A-H11-330610中提议的一种。
图20是沿与脊形条形波导区域115垂直的方向(即，与腔端面平行的方向)剖切氮化物半导体激光器元件100得到的剖面图。氮化物半导体激光器元件100在表现出n型导电性的氮化物半导体衬底106上依次放置以下几层n型防裂层107、n型包覆层108、光导层109、有源层110、p型覆盖层111、光导层112、p型包覆层113、以及p型接触层114。然后将这些层和氮化物半导体衬底106的一部分刻蚀掉以形成升高的长条形状的波导115。在氮化物半导体衬底106的顶面以及波导区115的侧表面上，形成在波导区115上面具有开口的第一保护膜104作为绝缘保护膜。波导区115及其附近区域涂敷有p型电极101。在氮化物半导体衬底106顶面上除了设置p型电极101的部分上，形成第二保护膜105。在p型电极101和第二保护膜105上形成焊盘电极102。在氮化物半导体衬底106的底面上形成n型电极103。
在该传统的氮化物半导体激光器元件100中，对氮化物半导体衬底106以及之上形成的不同层解理以产生腔端面。当完成此过程时，存在p型电极101从腔端面处的p型接触层114上脱落的风险。在p型电极101已经脱落的地方，没有电流从p型电极101注入到在氮化物半导体衬底106上形成的不同层中。因此，产生不均匀的电流注入，可能导致电流一光输出特性中的缺陷。

发明内容
本发明的一个目的在于提出一种氮化物半导体激光器元件，在解理其上形成有P侧电极、氮化物半导体层等的氮化物半导体衬底时，不会使p型电极从氮化物半导体层上脱落，并且不会导致不均匀的电流注入。
为实现以上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种氮化物半导体激光器元件，配置有衬底；氮化物半导体分层部分，具有在衬底上依次放置的多个氮化物半导体层，并且具有设置在其中的脊形条形波导；绝缘层，在氮化物半导体分层部分上形成，并且在波导上方具有开口；第一电极，设置在波导和绝缘层之上；以及腔端面，与波导的长度方向垂直。而且，在第一电极之上设置了端部电极保护层，其端面与腔端面齐平。这里，可以将第一电极用作p侧电极或p侧接触电极。
根据本发明，在如上所述构造的氮化物半导体激光器元件中，端部电极保护层可以与第一电极毗邻，并且在相对于与波导的长度方向垂直的方向，在第一电极的至少一侧上与绝缘层毗邻。
根据本发明，在如上所述构造的氮化物半导体激光器元件中，端部电极保护层和绝缘层的每一个可以由一层或多层形成；而且，端部电极保护层中与第一电极毗邻的层和绝缘层中与第一电极毗邻的层可以由相同的材料形成。
根据本发明，在如上所述构造的氮化物半导体激光器元件中，端部电极保护层和绝缘层的每一个可以由两层或多层组成，并且可以具有相对于第一电极对称的层结构。
根据本发明，在如上所述构造的氮化物半导体激光器元件中，第一电极可以具有30或以上但是1000或以下的厚度。
根据本发明，在如上所述构造的氮化物半导体激光器元件中，可以将第二电极设置在第一电极和绝缘层之上。
根据本发明，在如上所述构造的氮化物半导体激光器元件中，可以将第二电极设置在端部电极保护层、第一电极、以及绝缘层之上。这里，可以将第二电极层用作焊盘电极。
根据本发明，在如上所述构造的氮化物半导体激光器元件中，第二电极可以具有位于腔的端面以内的端面。
根据本发明，在如上所述构造的氮化物半导体激光器元件中，第二电极可以具有将线与其连接以将氮化物半导体激光器元件与外界电连接的接线部分，并且第二电极在接线部分中在第二电极之下具有加固层，加固层具有与端部电极保护层相同的层结构。
根据本发明的另一方面，一种制作氮化物半导体激光器元件的方法包括第一步骤，在衬底上放置多个氮化物半导体层，以便形成氮化物半导体分层部分；第二步骤，在第一步骤中形成的氮化物半导体分层部分的顶面上形成条形掩模层作为第一掩模层；第三步骤，刻蚀掉氮化物半导体分层部分中未被第二步骤中形成的第一掩模层覆盖的顶部，以便在氮化物半导体分层部分中形成脊形条形波导；第四步骤，在第三步骤中刻蚀过的氮化物半导体分层部分之上和第一掩模层之上形成绝缘层；第五步骤，连同第一掩模层一起，去除在第四步骤中形成的绝缘层中在第一掩模层之上形成的部分，以便在绝缘层中形成开口；第六步骤，在第五步骤中在其中形成有开口的绝缘层之上以及在氮化物半导体分层部分之上形成第一电极；第七步骤，在除了与波导的长度方向垂直的解理位置附近的区域中，在绝缘层之上以及在第六步骤中形成的第一电极之上，形成第二掩模层；第八步骤，在暴露出第二掩模层、第一电极、以及绝缘层的区域中形成端部电极保护层；第九步骤，去除在第八步骤中形成的端部电极保护层中在第二掩模层之上形成的部分以及第二掩模层；以及第十步骤，在与波导的长度方向垂直、且包括在第九步骤中去除第二掩模层之后残留的一部分端部电极保护层的解理位置，与第一电极、绝缘层、以及端部电极保护层一起解理衬底和氮化物半导体分层部分。
根据本发明，在如上所述的氮化物半导体激光器元件制作方法中，在第十步骤中，可以在端部电极保护层、第一电极、以及绝缘层之上设置第二电极，并且在与波导的长度方向垂直、且包括端部电极保护层的解理位置，与绝缘层、第一电极、以及端部电极保护层一起解理衬底和氮化物半导体分层部分。
根据本发明，在如上所述的氮化物半导体激光器元件制作方法中，在第十步骤中，可以在除了与波导的长度方向垂直的解理位置附近的区域，在端部电极保护层、第一电极、以及绝缘层之上设置第二电极；此外，在与波导的长度方向垂直、且包括端部电极保护层的解理位置，与绝缘层、第一电极、以及端部电极保护层一起解理衬底和氮化物半导体分层部分。
根据本发明，在如上所述的氮化物半导体激光器元件制作方法中，在第七步骤中，在除了与波导的长度方向垂直的解理位置附近的区域，以及在除了作为与线连接以将氮化物半导体激光器元件与外界电连接的接线部分的位置之下的区域，在绝缘层之上以及在第六步骤中形成的第一电极之上形成第二掩模层；而且，在第十步骤中，还在作为接线部分的位置处形成第二电极。


图1是本发明的第一实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；图2是第一实施例中氮化物半导体分层部分周围的部分的局部前视图；图3是示出了第一实施例的氮化物半导体激光器元件的制作方法的局部剖面图；图4是示出了第一实施例的氮化物半导体激光器元件的制作方法的局部剖面图；图5是示出了第一实施例的氮化物半导体激光器元件的制作方法的局部剖面图；图6是示出了第一实施例的氮化物半导体激光器元件的制作方法的局部剖面图；图7是示出了第一实施例的氮化物半导体激光器元件的制作方法的局部剖面图；图8是示出了第一实施例的氮化物半导体激光器元件的制作方法的局部剖面图；图9是示出了第一实施例的氮化物半导体激光器元件的制作方法的局部透视图；图10是第一实施例中的晶片的局部平面图；图11是本发明的第二实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；图12是第二实施例中的晶片的局部平面图；图13是第二实施例中的另一个晶片的局部平面图；图14是本发明的第二实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；图15是本发明的第三实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；图16是本发明的第四实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；图17是本发明的第五实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；图18是本发明的第六实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；图19是图18沿E-E线得到的剖面图；图20是传统的氮化物半导体激光器元件的示意性剖面图。
具体实施例方式
下面将参考图1至图10描述本发明的第一实施例。图1是第一实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；图2是第一实施例中氮化物半导体分层部分周围的部分的局部前视图；图3至图9是示出了第一实施例的氮化物半导体激光器元件的制作方法的局部剖面图和透视图；图10是第一实施例中的晶片的局部平面图。
如图1中所示，第一实施例的氮化物半导体激光器元件10具有在n型GaN衬底11上形成的氮化物半导体分层部分20。如图2中所示，氮化物半导体分层部分20按从其n型GaN衬底11一侧开始命名的顺序具有依次放置的以下几层n型GaN层21、n型AlGaN包覆层22、n型GaN光导层23、具有InGaN多量子阱结构的有源层24、p型GaN光导层25、p型AlGaN包覆层26、以及p型GaN接触层27。
在氮化物半导体分层部分20中，如图2中的虚线所示地除去p型AlGaN包覆层26的顶部以及一部分p型GaN接触层27，以形成2μm宽的脊形条形波导12。在氮化物半导体分层部分20上面，设置绝缘膜15，绝缘膜15在其与波导12的顶面相对应的那部分中形成开口15a。绝缘膜15按从氮化物半导体分层部分20一侧开始命名的顺序具有依次放置的1500厚的SiO2和500厚的TiO2。在绝缘膜15上面和波导12的顶面上，设置由500厚的Pd形成的p侧电极16。p侧电极16通过绝缘膜15的开口15a形成与波导12的顶面的欧姆接触。解理表面13和14形成腔端面，前者是激光出光面以及后者是激光反射面。而且，沿着解理表面13和14，形成了由500厚的TiO2和1500厚的SiO2形成的端部电极保护层18。此外，在n型GaN衬底11的底面上设置n侧电极17，所述n侧电极17按从n型GaN衬底11一侧开始命名的顺序具有依次放置的500厚的Ti和2000厚的Al。
接下来，将参考图2至图10描述第一实施例的氮化物半导体激光器元件10的制作程序。
首先，如图2和图3中所示，通过诸如MOCVD(金属有机化学气相沉积)工艺或MBE(分子束外延)工艺的晶体生长工艺，在n型GaN衬底11(图3中所示)上形成氮化物半导体分层部分20。
接下来，如图4中所示，在氮化物半导体分层部分20上形成2μm宽的条形抗蚀剂掩模作为第一抗蚀剂掩模41。随后，如图5中所示，通过使用第一抗蚀剂掩模41作为掩模的反应离子刻蚀工艺，将氮化物半导体分层部分20从其顶面向下刻蚀至p型AlGaN包覆层26的中部以形成波导12(参见图2)。这里用作工艺气体的是诸如Cl2、SiCl4、或BCl3的氯基气体。
接下来，如图6中所示，在包括第一抗蚀剂41的氮化物半导体分层部分20的整个顶面上，通过电子束气相沉积工艺以此顺序放置1500厚的SiO2和500厚的TiO2，以形成绝缘膜15。随后，如图7中所示，通过剥离(lift off)工艺去除第一抗蚀剂掩模41上的绝缘膜15和第一抗蚀剂掩模41，使得在绝缘膜15中形成开口15a。如图8中所示，在形成开口15a之后，在绝缘膜15和波导12的顶面上形成由500厚的Pd形成的p侧电极16。
接下来，如图9中所示，在绝缘膜15上面形成第二抗蚀剂掩模42以便覆盖P侧电极16。这里，在解理之后解理表面13和14出现的解理位置31向内50μm处形成第二抗蚀剂掩模42。
在形成第二抗蚀剂掩模42之后，在第二抗蚀剂掩模42上面和其中暴露出绝缘膜15的地方上面以此顺序形成500厚的TiO2和500厚的SiO2。然后，通过使用有机溶剂，去除第二抗蚀剂掩模42以及在其上形成的TiO2和SiO2。现在，完成了如图10中所示的晶片30。以这种方式留在p侧电极16上的TiO2和SiO2担任端部电极保护层18。其后，对n型GaN衬底11的底面(即，n型GaN衬底11上与形成氮化物半导体分层部分20的一侧相反的表面)进行抛光直到厚度等于约100μm为止，并且然后，在n型GaN衬底11的整个底面上，通过电子束气相沉积形成500厚的Ti和2000厚的Al，以形成在图1中示出的n侧电极17。接下来，在解理位置31，连同端部电极保护层18、绝缘膜15、p侧电极16、以及n侧电极17一起解理氮化物半导体分层部分20以及n型GaN衬底11，使得将晶片30分裂成条。这产生了作为腔的激光出光端面的解理表面13和作为腔的激光反射端面的解理表面14。最后，在分裂位置32处将获得的条进一步地分裂，以获得在图1中示出的氮化物半导体激光器元件10。
据此结构，当对在其上(即晶片30)形成有氮化物半导体分层部分20、绝缘膜15、p侧电极16、以及n侧电极17的n型GaN衬底11即晶片30解理时，即使p侧电极16受到在导致p侧电极16从p型GaN接触层27上脱落的方向上起作用的应力，p侧电极16也不可能脱落，因为由端部电极保护层18将其约束在位置上。因此，氮化物半导体激光器元件10不会产生不均匀的电流注入，并且因此不会在电流-光输出特性中产生缺陷。
在第一实施例中，与绝缘膜15类似，端部电极保护层18具有SiO2和TiO2的两层结构。端部电极保护层18和绝缘膜15不必要必须具有相同的材料结构。然而，本发明的发明人已经发现，对端部电极保护层18和绝缘膜15给出相同的材料结构并且从而给出相同的硬度有助于位于他们之间的p侧电极16沿着解理面13和14整齐地分裂。
这里，“具有相同的材料结构”意味着以下情况之一(1)端部电极保护层18和绝缘膜15每一个均由单独的层形成，并且另外他们均由相同的材料形成；(2)端部电极保护层18和绝缘膜15的至少一种由两层或多层形成，并且另外端部电极保护层18中与p侧电极16毗邻的层和绝缘膜15中与p侧电极16毗邻的层由相同的材料组成。
在情况(1)和情况(2)的任意一种中，与其他情况相比，p侧电极16更加整齐地沿着解理表面13和14分裂。具体地，在如第一实施例中的情况下，绝缘膜15和端部电极保护层18相对于P侧电极16在材料和厚度上对称地构造，p侧电极16最为整齐地沿着解理表面13和14分裂。
当绝缘膜15和端部电极保护层18相对于P侧电极16对称地构造时，优选地，注意在绝缘膜15和p侧电极16之间的界面上的粘附性以及在p侧电极16和端部电极保护层18之间的界面上的粘附性。如果在这些界面中的至少一个的粘附性是不够的，当在解理位置31执行解理时，在粘附性不够并且因此结合强度不够的界面以上的结构脱落。这使得有可能实现整齐地沿着解理表面13和14分裂p侧电极16的故意效果，而不会导致其从绝缘膜15和p型GaN接触层27上脱落。
然而，代替在图1中示出的晶片30的整个顶面上形成的p侧电极16，可以仅在脊形条形波导12及其周围形成p侧电极16。这有助于大大地减轻对p侧电极16和绝缘膜15之间相互关系的限制。这将结合第二实施例描述。
第二实施例以下将参考图11和图12描述本发明的第二实施例。图11是第二实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图；以及图12是第二实施例中的晶片的局部平面图。除了没有将p侧电极设置在衬底顶部的整个表面上，而是仅设置在波导上及其周围，第二实施例与第一实施例相同；因此在这些实施例中相对应的这些部分将用相同的参考数字识别。这里的制作方法也与第一实施例中的基本相同。
如图11所示，在第二实施例的氮化物半导体激光器元件10中，在n型GaN衬底11上形成氮化物半导体分层部分20。以与第一实施例中相同的方式构造氮化物半导体分层部分20，即如图2中所示。在氮化物半导体分层部分20中，形成2μm宽的脊形条形波导12，并且在氮化物半导体分层部分20上，设置了绝缘膜15，绝缘膜15在与波导12的顶面相对应的部分中形成开口15a。绝缘膜15由3500厚的SiO2形成。而且，在波导12的顶面及其周围，设置了由500厚的Pd形成的p侧电极16，以便通过绝缘膜15的开口15a形成与波导12的顶面的欧姆接触。而且，在n型GaN衬底11的底面上，设置了按从n型GaN衬底11一侧开始命名的顺序具有依次放置的500厚的Ti和2000厚的Al的n侧电极17。
p侧电极16的宽度，在发射侧解理表面13和反射侧解理表面14处是20μm，并且在远离解理表面13和14的氮化物半导体激光器元件10的中央部分中是200μm。虽然p侧电极16连续地覆盖了波导12的顶面及其两侧毗邻的9μm宽的区域，其没有覆盖如图1中第一实施例所示的氮化物半导体激光器元件10的整个表面。在氮化物半导体激光器元件10的中央部分中的p侧电极16的较宽部分作为与金线连接以将氮化物半导体激光器元件10与外界电连接的区域。如此对p侧电极16成形，以可以通过例如剥离工艺容易地形成。
而且，如图11中所示，沿着解理表面13和14形成由3500厚的SiO2形成的端部电极保护层18。在解理表面13和14处，端部电极保护层18的宽度(图11中的“A”)比p侧电极16的宽度(图11中的“B”)大。具体地，在该实施例中，将端部电极保护层18的宽度设定为100μm。因此，端部电极保护层18直接地连接了p侧电极16外侧的绝缘膜15。端部电极保护层18在波导长度方向(图11中的“C”所指示的方向)上的长度在发射侧和反射侧均是50μm。在解理位置31处对在其上形成有氮化物半导体分层部分20、绝缘膜15、p侧电极16、以及n侧电极17的n型GaN衬底11进行解理之前，形成端部电极保护层18。因此，当将晶片30解理成条时，将端部电极保护层18与n型GaN衬底11等一起分裂成图11中示出的形状。
在第二实施例中，与第一实施例不同，绝缘膜15和端部电极保护层18每一个均由SiO2单层形成。单层结构比在第一实施例中采用的SiO2和TiO2的双层结构更易于制作。同样应该注意的事实是，绝缘膜15和p侧电极16之间的界面和p侧电极16和端部电极保护层18之间的界面均由彼此毗邻放置的SiO2和Pd形成。
通常，SiO2和Pd表现出彼此较弱的粘附性，并且彼此容易脱落。因此，在如上所述的两个界面均由彼此毗邻放置的SiO2和Pd形成的情况下，如果采用其中端部电极保护层18仅如第一实施例中所示的连接p侧电极16的结构，在执行解理时，存在两个界面的至少一个上的结构脱落的风险。当在绝缘膜15上形成p侧电极16时，可以通过设定膜形成温度在例如200℃促进他们之间的相互扩散到一定的程度，这有助于增加在绝缘膜15和p侧电极16之间的界面处的结合强度。然而，当在p侧电极16上形成端部电极保护层18时，如结合第一实施例参考图9所述，已经形成了第二抗蚀剂掩模42。因此，升高膜形成温度引起第二抗蚀剂掩模42的燃烧(burning-on)。这使得不能在足够高的温度执行膜形成以确保p侧电极16和端部电极保护层18之间足够的粘附性，即结合强度。为此，p侧电极16和端部电极保护层18之间的界面更易于引起问题。
相反，在第二实施例中，端部电极保护层18和绝缘膜15均由SiO2形成，并且前者和后者在p侧电极外部直接连接。SiO2与其自身之间的结合强度远比绝缘膜15和p侧电极16之间的界面以及p侧电极16和端部电极保护层18之间的界面处的结合强度大。因此，当执行解理时，p侧电极16决不可能从p型GaN接触层27上脱落。
在第二实施例中，优选地，端部电极保护层18和绝缘膜15由类似如上所述的SiO2的相同材料形成。然而，他们也可以由不同的材料形成。在这种情况下，材料需要如此组合，使得在端部电极保护层18和绝缘膜15直接连接在一起的界面处的结合强度，比在绝缘膜15和P侧电极16之间界面处的结合强度和在p侧电极16和端部电极保护层18之间界面处的结合强度都大。
在第二实施例中，仅在p侧电极16上以及沿解理表面13和14在p侧电极16两侧的区域中形成端部电极保护层18。然而，也可以如第一实施例中沿着解理表面13和14连续地形成端部电极保护层18。在任一种情况中，可以获得本发明想要的效果，即沿着解理表面13和14整齐地分裂p侧电极16，而不会引起其从绝缘膜15和p型GaN接触层27上脱落。然而，在解理晶片30之前用针尖对解理部分31划线的情况下，如果在解理部分31处形成端部电极保护层18，则针尖可能不会足够深地沉入到绝缘膜15中。当是这种情况时，即使当沿着划线的解理位置31分裂晶片30时，解理表面13和14可能形成得不是足够地平滑。在这种情况下，仅在如第二实施例中的P侧电极16上及其周围形成端部电极保护层18是明智的，具体地，在解理表面13和14附近，以P侧电极16由端部电极保护层18、绝缘膜15、以及p型GaN接触层27包围的这样一种方式，使得将针尖放在绝缘膜15中除了形成端部电极保护层18之外的部分中。
在图11中示出的第二实施例的氮化物半导体激光器元件中，端部电极保护层18和绝缘膜15在脊形条形波导12的两侧直接连接。然而，这不意味着器件中在两侧的此种结合在器件的最终完成形式中是必要的；在两侧的此种结合在将晶片30分裂成条时是必要的。
图13是第二实施例中的另一个晶片的局部平面图。在图13示出的晶片30中，将之前描述的在图12中示出的晶片30中由虚线所示的分裂部分32修改为更靠近脊形条形波导12。据此设计，在图14示出的完成形式的氮化物半导体激光器元件10中，端部电极保护层18和绝缘膜15仅在脊形条形波导12的一侧上直接连接，具体地，仅在如图14中所示的波导12左手侧。然而，是在分裂位置32处执行分裂之前，在图13中的虚线所示的解理位置31对氮化物半导体分层部分20和n型GaN衬底11进行解理，并且从而将晶片30解理成条。因此，当在解理位置31执行解理时，如在图11中示出的第二实施例的氮化物半导体激光器元件中，端部电极保护层18和绝缘膜15在脊形条形波导12的两侧均直接连接在一起。因此，可以用任意无损的方式获得本发明的效果，即，沿着解理表面13和14整齐地分裂p侧电极16、而不会引起其从绝缘膜15和p型GaN接触层27上脱落的效果。
在第一实施例和第二实施例中，P侧电极16的厚度是500。然而，P侧电极16的厚度不限于500，而且优选地，可以在30至1000的范围中。这是因为形成比30薄的p侧电极16使其难以形成与p型GaN接触层27的欧姆接触；另一方面，形成比1000厚的p侧电极16可能使其穿透端部电极保护层18，使端部电极保护层18不可能防止p侧电极16从p型GaN接触层27上脱落。可以形成端部电极保护层18为这样的厚度，使得不会被p侧电极16穿透。然而，在这种情况下，当解理晶片30时，端部电极保护层18不可能以这样一种方式分裂，以便和与氮化物半导体分层部分20相对应的那部分解理表面13和14相齐平。因此，最终，不会防止p侧电极16从p型GaN接触层27上脱落。
然而，例如，当p侧电极16的厚度限制到最多为1000时，在将金线连接到p侧电极16以将氮化物半导体激光器元件与外界电连接时，金线可能没有以足够的连接强度连接上，导致其脱落。可以通过在p侧电极16上进一步地提供焊盘电极层来解决该麻烦。这将结合下面的第三实施例描述。
第三实施例下面将参考图15描述本发明的第三实施例。图15是第三实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图。除了将p侧电极形成为p型接触电极，以及在绝缘膜、p侧接触电极、以及端部电极保护层上设置焊盘电极之外，第三实施例与第二实施例相同；因此在这些实施例之间相对应的部分将用相同的参考数字标识。这里的制作方法也与第一实施例中的基本相同。
如图15中所示，在第三实施例的氮化物半导体激光器元件10中，在n型GaN衬底11上形成氮化物半导体分层部分20。以与第一实施例中相同的方式构造氮化物半导体分层部分20，即如图2中所示。在氮化物半导体分层部分20中形成2μm宽的脊形条形波导12，并且在氮化物半导体分层部分20上面设置绝缘膜15，绝缘膜15在与波导12的顶面相对应的那部分中形成开口15a。绝缘膜15由1500厚的SiO2和500厚的TiO2形成。而且，在波导12的顶面上及其周围，设置由500厚的Pd形成的p侧接触电极16，以便通过绝缘膜15的开口15a形成与波导12的顶面的欧姆接触。尽管在第二实施例中的p侧电极16在氮化物半导体激光器元件10的中央部分具有较宽的部分，这里可以用均匀的宽度形成p侧接触电极16。
而且，如图15中所示，沿着解理表面13和14，形成由500厚的TiO2和1500厚的SiO2形成的端部电极保护层18。在解理表面13和14处，端部电极保护层18的宽度比p侧电极16的宽度大。因此，端部电极保护层18直接连接p侧电极16外侧的绝缘膜15。端部电极保护层18在波导长度方向(由图15的“D”指示的方向)的长度在发射侧和反射层均为50μm。而且，在n型GaN衬底11的底面上，设置按从n型GaN衬底11一侧开始命名的顺序具有依次放置的500厚的Ti和2000厚的Al的n侧电极17。
在第三实施例中，通过从解理表面13到解理表面14依次放置500厚的Pd和6000厚的Au，设置了焊盘电极19，以便完全地覆盖p侧电极16和端部电极保护层18。例如，焊盘电极19用于允许与之连接的金线将氮化物半导体激光器元件10与外界电连接。通过形成足够厚以允许以足够的连接强度来连接金线的焊盘电极19，可以使金线几乎不可能脱落，并且从而提高了氮化物半导体激光器元件10的稳定性。在对其上形成有焊盘电极19、p侧接触电极16、n侧电极17、绝缘膜15、以及氮化物半导体分层部分20的n型GaN衬底11(即晶片，未示出)解理之前，形成端部电极保护层18。当执行解理时，将端部电极保护层18沿着n型GaN衬底11等分裂成图15中示出的形状。
可以如图15中所示形成焊盘电极19，其中暴露出部分绝缘膜15，或可以在氮化物半导体激光器元件10的整个顶面上形成焊盘电极19。在留下一部分暴露的绝缘膜15的情况下，可以容易地形成焊盘电极19，例如，通过首先用抗蚀剂掩模覆盖待暴露的部分、然后气相沉积焊盘电极19、并且然后将其剥离，或通过首先在包括待暴露部分的全部地方气相沉积焊盘电极19、并且然后通过湿法刻蚀仅在待暴露部分中去除焊盘电极19。
在如第三实施例的情况下，将安排相当厚的焊盘电极19以达到解理面13和14，当执行解理时，焊盘电极19可能从解理表面13和14附近的端部电极保护层18等上脱落。即使当焊盘电极19脱落时，p侧接触电极16即使在解理表面13和14附近也保持与p型GaN接触层27的紧密接触，并且因此这里不存在不均匀的电流注入的风险。然而，这里存在焊盘电极19的脱落部分下垂到解理表面13和14上，从而与氮化物半导体分层部分20相接触的风险。这可能引起短路，或者可能对解理之后在解理表面13和14上的保护涂层的形成有害。可以通过在解理表面13和14附近不形成焊盘电极19来解决该麻烦。这将结合下面出现的第四实施例描述。
第四实施例。
下面将参考图16描述本发明的第四实施例。图16是第四实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图。除了仅在氮化物半导体激光器元件的顶面的中央部分中形成焊盘电极之外，第四实施例与第三实施例相同；因此在这些实施例之间相对应的这些部分将用相同的参考数字标识。这里的制作方法也与第三实施例中的基本相同。
如图16中所示，在第四实施例的氮化物半导体激光器元件10中，在n型GaN衬底11上形成氮化物半导体分层部分20。以与第一实施例中相同的方式构造氮化物半导体分层部分20，即如图2中所示。此外，如第三实施例中那样设置波导12、绝缘膜15、端部电极保护层18、p侧接触电极16、以及n侧电极17。
在第四实施例中，焊盘电极19包括依次放置的500厚的Pd和6000厚的Au，以便覆盖p侧接触电极16的中央部分。这里，与第三实施例中不同，没有在端部电极保护层18上以及解理表面13和14附近安排焊盘电极19。可以对该焊盘电极19容易地绘制图案，例如，通过如第三实施例中的剥离工艺。
据此结构，焊盘电极19免除了解理。因此，这里不存在如第三实施例中焊盘电极19在解理时脱落以引起短路或对在解理表面13和14上的保护涂层的形成有害的风险。
而且，在第四实施例中，在焊盘电极19中，将用于将氮化物半导体激光器元件10与外界电连接的区域设置在位于波导12的脊形条形正上方的那部分焊盘电极19的外侧。该区域有这样的大小，以便比连接金线时形成的球的直径略大，具体地，有例如120μm见方的大小，因为然后可以没有问题的执行连接。在这点上，在其中氮化物半导体激光器元件10的腔长(即，解理表面13和14之间的距离)如其通常般约为500μm的情况下，即使当仅在氮化物半导体激光器元件10的顶面的中央部分中形成该区域，以便不会达到如图16中所示的端部电极保护层18，也可以向该区域给出足够的尺寸。
然而，焊盘电极19的这种安排可能要求注意除了连接之外的如下所述方面。在p侧接触电极16的厚度非常小(例如，50)的情况下，p侧接触电极16的内部电阻太高以致于不能忽略。在第四实施例中，在端部电极保护层18和焊盘电极19之间，暴露出覆盖波导12的p侧接触电极16，并且没有由焊盘电极19覆盖的那部分p侧接触电极16较大。这里，从氮化物半导体激光器元件10外部馈给焊盘电极19的电流因为p侧接触电极16的内部电阻而不会在p侧接触电极16上扩散，并且可能仅通过其中与焊盘电极相当紧密的那部分向有源区24注入电流。在这种情况下，没有将电流注入到其中暴露p侧接触电极16的区域，并且从而没有获得增益，这可能引起电流-光输出特性中的异常。具体地，没有由焊盘电极19覆盖的那部分p侧接触电极16在波导长度方向测量的长度为100μm或更多并且厚度为100或更少的情况下，不可以忽略刚才描述的问题的风险。
而且，如果覆盖波导12的p侧接触电极16较薄，从外部无意地施加的压力可以损坏波导12和氮化物半导体分层部分20，从而退化了氮化物半导体激光器元件10的稳定性。
可以通过将焊盘电极19延伸得比图16中示出的第四实施例中更靠近解理表面13和14，使得端部电极保护层18和焊盘电极19覆盖p侧接触电极16的整个顶面，来消除这些顾虑。这样在下面结合第五实施例描述。
第五实施例下面将参考图17描述本发明的第五实施例。图17是第五实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图。除了形成焊盘电极19以便与端部电极保护层18一起覆盖p侧接触电极16的整个顶面以及p侧接触电极16给出不同的厚度之外，第五实施例与第四实施例相同；因此在这些实施例之间相对应的这些部分将用相同的参考数字标识。这里的制作方法也与第四实施例中的基本相同。
如图17中所示，在第五实施例的氮化物半导体激光器元件10中，在n型GaN衬底11上形成氮化物半导体分层部分20。以与第一实施例中相同的方式构造氮化物半导体分层部分20，即如图2中所示。此外，如第四实施例中那样形成波导12和绝缘膜15，并且如第四实施例中那样在相同的位置以相同的形状设置100厚的p侧接触电极16。同样如第四实施例中那样设置n侧电极17。
如图17中所示，在第五实施例中，如此设置具有依次放置的500厚的Pd和6000厚的Au的焊盘电极19，以便覆盖没有由端部电极保护层18p覆盖的那部分p侧接触电极16以及一部分端部电极保护层18。因此，没有p侧接触电极16的顶面的部分暴露。端部电极保护层18在波导长度方向上的长度在发射侧和反射层均为50μm。而且，如在第四实施例中，没有将焊盘电极19安排在解理表面13和14附件。可以对该焊盘电极19容易地绘制图案，例如，通过如第三实施例中的剥离工艺或湿法刻蚀工艺。
据此结构，如在第四实施例中，可以避免焊盘电极19在解理时脱落，并且从而防止其引起短路或对解理之后解理表面13和14上的保护涂层的形成有害。而且，在覆盖波导12的那部分p侧接触电极16中，在发射侧和反射侧在波导长度方向的各50μm长由端部电极保护层18覆盖，并且剩下的部分由焊盘电极19连续地覆盖。因此，即使在其中p侧接触电极16的厚度相当小(例如，100)、并且因此其内部电阻较高的情况下，从氮化物半导体激光器元件10外部馈至焊盘电极19的电流可以在波导12上经由以下路线充分地扩散而没有问题在其中由焊盘电极19覆盖的p侧接触电极16的部分中，经由共同具有足够厚度的焊盘电极19和p侧接触电极16；以及即使在其中由端部电极保护层18覆盖p侧接触电极16的部分中，经由p侧接触电极16本身，因为其在波导长度方向具有至多50μm的厚度。此外，不必说，即使从外界无意地施加压力，与其中暴露出p侧接触电极16的情况相比，更不可能损坏波导12和氮化物半导体分层部分20。因此，可以使氮化物半导体激光器元件10不会在电流-光输出特性中产生异常，导致不均匀的电流注入，并且不会产生与从外界的压力施加相关的退化的稳定性。
在因此描述的本发明的第三至第五实施例的所有氮化物半导体激光器元件中，仅在发射侧解理表面13和反射侧解理表面14附近形成端部电极保护层18，并且例如，将金线连接到焊盘电极19用于与外界电连接。可选地，在形成端部电极保护层18的同时，可以在其中连接金线部分的正下方形成具有相同结构的膜。这有助于在氮化物半导体激光器元件的制作程序中，减轻在连接时氮化物半导体分层部分20受到的损坏，而不需要增加额外的步骤。这将在下面结合第六实施例描述。
第六实施例下面将参考图18和图19描述本发明的第六实施例。图18是第六实施例的氮化物半导体激光器元件的透视图，以及图19是图18沿E-E线得到的剖面图。除了将具有与端部电极保护层18相同结构的膜设置在焊盘电极19中连接金线的那部分的正下方，第六实施例与第五实施例相同；因此在这些实施例之间相对应的这些部分将用相同的参考数字标识。这里的制作方法也与第五实施例中的基本相同。
如图18和19中所示，在第六实施例的氮化物半导体激光器元件10中，在n型GaN衬底11上形成氮化物半导体分层部分20。以与第一实施例中相同的方式构造氮化物半导体分层部分20，即如图2中所示。而且，如第五实施例中那样形成波导12、绝缘膜15、以及焊盘电极19，并且如第五实施例中那样在相同的位置以相同的形状设置100厚的p侧接触电极16。同样如第五实施例中那样设置n侧电极17。
如图18中所示，在第六实施例中，通过提升部分焊盘电极19来设置与金线连接的接线部分19a。如图19中所示，在接线部分19a中，在焊盘电极19正下方，设置了具有与端部电极保护层18相同结构的加固层18a。
据此结构，即使为了增加金线等的连接强度并且从而增加氮化物半导体激光器元件10的稳定性的目的，通过增加的超声输出或通过增加的负载将金线等连接到焊盘电极19的接线部分19a，也可以一般地减轻对氮化物半导体分层部分20的损坏以及由此导致的氮化物半导体激光器元件10的稳定性退化。
可以通过剥落工艺容易地形成加固层18a，例如，简单地通过以这样一种方式修改用于形成在图9中示出的端部电极保护层18的第二抗蚀剂掩模42，使得其同样具有其中形成加固层18a的开口。因此，可以不用添加额外的步骤或增加工艺时间而形成加固层18a。
在第六实施例中，分别地形成端部电极保护层18和加固层18a的两部分。然而，同样可以整体地形成这些中的两部分或多部分而没有任何问题。
已经将第六实施例作为在图17中示出的第五实施例的氮化物半导体激光器元件10的修改版本进行了描述。然而，同样可以将第六实施例实现为在图15中示出的第三实施例或在图16中示出的第四实施例的修改版本。
应该理解的是如何实现本发明并不限于如其中的第一至第六实施例所已经具体描述的。
接下来，将描述本发明的修改示例。在本说明书中，“氮化物半导体”包括其中氮化镓(GaN)中所包含的部分Ga已经被另一组三族元素所代替的半导体，例如GasAltIn1-s-tN(其中，0＜s≤1，0≤t＜1，且0＜s+t≤1)，还包括其中包含在其中的部分元素被杂质所替代或添加了另一种杂质的半导体。
在第一和第二实施例中的p侧电极16以及在第三至第六实施例中的p侧接触电极16由100厚或500厚的Pd形成。这里，可以用Ni、Ti等代替Pd，并且可以将诸如Au、或Mo的另一种金属另外地放置在其上；厚度同样可以不同于实施例中具体提到的。
在第三至第六实施例中，焊盘电极19具有以500厚的Pd和6000厚的Au以此顺序依次放置的两层结构。这里，Au和Pd的每一个均可以用Ni、Ti、Rh、Mo等代替，并且可以依次放置多种金属；厚度同样可以不同于这些实施例中具体提到的。在第一至第六实施例中，n侧电极17具有以500厚的Ti和2000厚的Al以此顺序依次放置的两层结构。这里，Ti可以用Hf或V代替，并且Al可以用Au代替；厚度可以不同于这些实施例中具体提到的；还可以将另一种金属放置在这些金属上面以形成包括三层或多层的结构。
在第一至第六实施例中，绝缘膜15和端部电极保护层18均由SiO2形成，或每一个均具有SiO2和TiO2的两层结构。这里，可以代替单层的SiO2，使用诸如SiO、Ta2O5、或SiN的另一种无机介电材料、或诸如AlGaN的GaN基化合物半导体、或通过将这些中的两种或多种组合在一起而得到的分层结构；厚度同样可以不同于这些实施例中所具体地提到的。使用的工艺可以是不同于在实施例的描述中所具体提到的电子束气相沉积工艺；例如，代替使用溅射工艺、等离子体CVD工艺等。
在本发明的第一至第六实施例中，将反应离子刻蚀工艺用作干法刻蚀工艺。代替地，同样可以使用反应离子束刻蚀工艺、感应耦合等离子体刻蚀工艺、ECR(电子回旋共振)等离子体刻蚀工艺等以执行想要的刻蚀，只要使用类似的工艺气体。
在本发明的第一至第六实施例中，将抗蚀剂掩模用作用于形成脊形条形波导的第一掩模层，以及用作用于形成端部电极保护层的第二掩模层。代替地，可以使用诸如AlN的无机介电材料、诸如Ti的金属、或通过将他们组合在一起而获得的分层结构。
权利要求
1.一种氮化物半导体激光器元件，包括衬底；氮化物半导体分层部分，具有在衬底上依次放置的多个氮化物半导体层，并且具有设置在其中的脊形条形波导；绝缘层，在氮化物半导体分层部分上形成，并且在波导上方具有开口；第一电极，设置在波导和绝缘层之上；以及腔端面，与波导的长度方向垂直，其中，在第一电极之上设置了端部电极保护层，其端面与腔端面齐平。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体激光器元件，其中，端部电极保护层与第一电极毗邻，并且在与波导的长度方向垂直的方向，在第一电极的至少一侧上与绝缘层毗邻。
3.如权利要求1所述的氮化物半导体激光器元件，其中，端部电极保护层和绝缘层的每一个均由一层或多层形成，并且端部电极保护层中与第一电极毗邻的层和绝缘层中与第一电极毗邻的层由相同的材料形成。
4.如权利要求1所述的氮化物半导体激光器元件，其中，端部电极保护层和绝缘层的每一个均由两层或多层形成，并且可以具有相对于第一电极对称的层结构。
5.如权利要求1所述的氮化物半导体激光器元件，其中，第一电极具有30或以上但是1000或以下的厚度。
6.如权利要求1所述的氮化物半导体激光器元件，其中，将第二电极设置在第一电极和绝缘层之上。
7.如权利要求6所述的氮化物半导体激光器元件，其中，第二电极具有将线与其连接以将氮化物半导体激光器元件与外界电连接的接线部分，并且第二电极在接线部分中在第二电极之下具有加固层，加固层具有与端部电极保护层相同的层结构。
8.如权利要求1所述的氮化物半导体激光器元件，其中，将第二电极设置在端部电极保护层、第一电极、以及绝缘层之上。
9.如权利要求8所述的氮化物半导体激光器元件，其中，第二电极可以具有位于腔端面以内的端面。
10.如权利要求8所述的氮化物半导体激光器元件，其中，第二电极具有将线与其连接以将氮化物半导体激光器元件与外界电连接的接线部分，并且第二电极在接线部分中在第二电极之下具有加固层，加固层具有与端部电极保护层相同的层结构。
11.一种制作氮化物半导体激光器元件的方法，包括第一步骤，在衬底上放置多个氮化物半导体层，以便形成氮化物半导体分层部分；第二步骤，在第一步骤中形成的氮化物半导体分层部分的顶面上形成条形掩模层作为第一掩模层；第三步骤，刻蚀掉氮化物半导体分层部分中未被第二步骤中形成的第一掩模层覆盖的顶部，以便在氮化物半导体分层部分中形成脊形条形波导；第四步骤，在第三步骤中刻蚀过的氮化物半导体分层部分之上和第一掩模层之上形成绝缘层；第五步骤，连同第一掩模层一起，去除在第四步骤中形成的绝缘层中在第一掩模层之上形成的部分，以便在绝缘层中形成开口；第六步骤，在第五步骤中在其中形成有开口的绝缘层之上以及在氮化物半导体分层部分之上形成第一电极；第七步骤，在除了与波导的长度方向垂直的解理位置附近的区域中，在绝缘层之上以及在第六步骤中形成的第一电极之上，形成第二掩模层；第八步骤，在暴露出第二掩模层、第一电极、以及绝缘层的区域中形成端部电极保护层；第九步骤，去除在第八步骤中形成的端部电极保护层中在第二掩模层之上形成的部分以及第二掩模层；以及第十步骤，在与波导的长度方向垂直、且包括在第九步骤中去除第二掩模层之后残留的一部分端部电极保护层的解理位置，与第一电极、绝缘层、以及端部电极保护层一起解理衬底和氮化物半导体分层部分。
12.如权利要求11所述的制作氮化物半导体激光器元件的方法，其中，在第十步骤中，在端部电极保护层、第一电极、以及绝缘层之上设置第二电极，并且在与波导的长度方向垂直、且包括端部电极保护层的解理位置，与绝缘层、第一电极、以及端部电极保护层一起解理衬底和氮化物半导体分层部分。
13.如权利要求11所述的制作氮化物半导体激光器元件的方法，其中，在第十步骤中，在除了与波导的长度方向垂直的解理位置附近的区域，在端部电极保护层、第一电极、以及绝缘层之上设置第二电极；在与波导的长度方向垂直、且包括端部电极保护层的解理位置，与绝缘层、第一电极、以及端部电极保护层一起解理衬底和氮化物半导体分层部分。
14.如权利要求11所述的制作氮化物半导体激光器元件的方法，其中，在第七步骤中，在除了与波导的长度方向垂直的解理位置附近的区域，以及在除了作为与线连接以将氮化物半导体激光器元件与外界电连接的接线部分的位置之下的区域，在绝缘层之上以及在第六步骤中形成的第一电极之上形成第二掩模层；以及在第十步骤中，还在作为接线部分的位置处形成第二电极。
全文摘要
在衬底上形成的氮化物半导体分层部分上，以此顺序形成绝缘膜和p侧电极。此外，在p侧电极之上、将发生解理的位置周围形成端部电极保护层。
文档编号H01S5/343GK1979984SQ20061015315
公开日2007年6月13日 申请日期2006年12月5日 优先权日2005年12月9日
发明者近江晋, 高谷邦启, 山下文雄, 种谷元隆 申请人:夏普株式会社