專利名稱：氮化物半導(dǎo)體激光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明與氮化物半導(dǎo)體(AlbIncGa1-b-cN、0≤b、0≤c、b+c＜1)所構(gòu)成的激光元件有關(guān)。
然而，以往的氮化物半導(dǎo)體激光元件，除端面以外覆蓋全部氮化物半導(dǎo)體的絕緣膜，為了保護(hù)元件必須有一定以上的膜厚，因此難以在脊部上面精確地形成開口部，存在難以精確控制p側(cè)歐姆電極與p型接觸層接觸寬度的問題。因此難以制造元件特性品質(zhì)穩(wěn)定的激光元件。
并且，激光元件通電時產(chǎn)生的熱使得墊整電極的Au逐漸往下層擴(kuò)散，有元件特性劣化的同題。尤其是激光元件面朝下接合封裝時，面朝下接合的加熱溫度為350℃左右，故Au易發(fā)生擴(kuò)散，元件特性顯著劣化。
為成上述目的，本發(fā)明為一種氮化物半導(dǎo)體激光元件，具備在基板上依次形成的n型氮化物半導(dǎo)體層、活性層及p型氮化物半導(dǎo)體層；該p型氮化物半導(dǎo)體層中以至少包括最上層的p型接觸層之方式形成有脊部，且與脊部上面的p型接觸層做歐姆接觸的p側(cè)歐姆電極，是與諧振方向大自平行地形成，其特征在于形成有第1絕緣膜，其是于前述脊部上面具有開口部，并至少覆蓋前述脊部的側(cè)面及該側(cè)面外側(cè)附近；所形成的前述p側(cè)歐姆電極是介以前述開口部與前述p型接觸層相接；前述第1絕緣膜之上進(jìn)一步形成有第2絕緣膜。
藉此構(gòu)成，因形成精確度良好的前述第1絕緣膜，故可精確控制p側(cè)歐姆電極與p型接觸層間的接觸寬度，其上形成的第2絕緣膜可有效保護(hù)元件，能夠?qū)崿F(xiàn)特性穩(wěn)定且高度可靠的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
又，在本發(fā)明相關(guān)氮化物半導(dǎo)體激光元件之中，前述第2絕緣膜與諧振端面呈連續(xù)形成，該諧振端面也可形成激光反射面。
如此可一個工序即形成前述第2絕緣膜與激光反射面。
并且，本發(fā)明相關(guān)氮化物半導(dǎo)體激光元件的前述第1及第2絕緣膜最好是由氧化物所組成。
甚且，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的前述第1絕緣膜最好是由ZrO2所組成。
又，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的前述第2絕緣膜可由TiO2及SiO2所組成，如使用這些材料，則前述第2絕緣膜與諧振端面可連續(xù)形成，該諧振端面可形成激光反射面，前述第2絕緣膜與激光反射面也可形成于一個工序。
并且，利用連續(xù)形成的前述第2絕緣膜與諧振端面以構(gòu)成諧振端面的激光反射面時，前述第2絕緣膜最好是TiO2層與SiO2層交互積層的多層膜結(jié)構(gòu)。
又，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件當(dāng)中，前述p側(cè)歐姆電極之構(gòu)成最好是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中的至少1種與Au積層之后，經(jīng)退火處理的合金。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件，可形成在前述p側(cè)歐姆電極上有開口部的前述第2絕緣膜，也可形成通過該開口部與p側(cè)歐姆電極接觸的p側(cè)墊整電極。
又，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件當(dāng)中，前述p側(cè)墊整電極的組成，按照與p側(cè)歐姆電極相接的層的順序，以包括密接層、阻障層、Au層等3層為佳；前述密接層的用料最好比前述Au層的用料，對前述第2絕緣膜以及前述p側(cè)歐姆電極有更好的密接性；前述阻障層的用料最好比前述Au層的用料更不易發(fā)生擴(kuò)散。
這種組成，可使p側(cè)歐姆電極與p側(cè)墊整電極強(qiáng)力密接，且于p型氮化物半導(dǎo)體層側(cè)，可防止當(dāng)元件通電時產(chǎn)生的熱造成該墊整電極最上方位置的Au往其他層擴(kuò)散。
又，于本發(fā)明相關(guān)氮化物半導(dǎo)體激光元件，為了使p側(cè)歐姆電極與p側(cè)墊整電極之間有更強(qiáng)的密接力，前述p側(cè)墊整電極密接層的組成，最好是包含Ni、Cu、Ru、RuO2、Ti、W、Zr、Rh、RhO群中所選出的至少1種金屬。
又，于本發(fā)明氮化物半導(dǎo)體激光元件，為了有效防止Au往他層擴(kuò)散，前述p側(cè)墊整電極阻障層的組成，最好是包含Ti、Pt、W、Ta、Mo、左列金屬氮化物及RhO群中所選出的至少1種金屬。
又，于本發(fā)明氮化物半導(dǎo)體激光元件，前述n型氮化物半導(dǎo)體層包含部分露出的n型接觸層，該露出的n型接觸層上通過n側(cè)歐姆電極而形成n側(cè)墊整電極時，前述n側(cè)墊整電極最好使用與p側(cè)墊整電極相同的材料。
如此一來，前述n側(cè)墊整電極與p側(cè)墊整電極可形成于同一工序。
又，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件中，前述p側(cè)歐姆電極可包含一合金層，是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群常中選出至少1種來與Au積層后經(jīng)過退火處理所得的合金層，也可形成p側(cè)墊整電極，透過開口部與前述p側(cè)歐姆電極相接觸，開口部是前述第2絕緣膜位于前述p側(cè)歐姆電極上方所形成的。
該氮化物半導(dǎo)體激光元件的前述p側(cè)墊整電極，可由密接層及密接層上方所形成的Au層所組成；密接層由Rh或RhO所組成，與前述p側(cè)歐姆電極相接觸。
如此一來可使得p側(cè)歐姆電極及p側(cè)墊整電極有良好的耐熱特性。
這種狀況下，前述p側(cè)墊整電極進(jìn)一步可由密接層、密接層上形成的阻障層以及阻障層上形成的Au層所組成；密接層由Rh或RhO所組成，與前述p側(cè)歐姆電極相接觸；阻障層是由Ti、Pt、W、Ta、Mo、左列金屬氮化物等所構(gòu)成群之中選出至少1種所組成。
為了使p側(cè)歐姆電極及p側(cè)墊整電極有更良好的耐熱特性，前述p側(cè)歐姆電極之組成最好是在最上層包含一RhO層，同時前述密接層由RhO所組成。
又，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件，具備p型氮化物半導(dǎo)體層、該p型氮化物半導(dǎo)體層上方所形成的p側(cè)歐姆電極、以及該p側(cè)歐姆電極上方所形成的p側(cè)墊整電極，其特征如下前述p側(cè)歐姆電極之構(gòu)成是Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中選出至少1種來與Au積層后，經(jīng)退火處理所得的合金層，前述p側(cè)墊整電極之構(gòu)成包括，與前述p側(cè)歐姆電極相接觸由Rh或RhO所形成的密接層，以及與密接層上方相接或透過阻障層相接的Au層；阻障層形成于前述密接層之上方，由Ti、Pt、W、Ta、Mo、及左列金屬氮化物所構(gòu)成群之中的至少1種所形成。
如此構(gòu)成下的本發(fā)明氮化物半導(dǎo)體元件，能使p側(cè)歐姆電極與p型氮化物半導(dǎo)體層之間有良好的歐姆接觸，且p側(cè)歐姆電極與p側(cè)墊整電極的耐熱特性優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)使用壽命長的氮化物半導(dǎo)體元件。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件，為了進(jìn)一步提高p側(cè)歐姆電極及p側(cè)墊整電極的耐熱特性，最好于前述p側(cè)歐姆電極的最上層有一RhO層，且前述密接層由RhO所組成。
又，氮化物半導(dǎo)體元件的電極的形成方法，即p型氮化物半導(dǎo)體層上方形成電極的方法，其特征為包括下列步驟p型氮化物半導(dǎo)體層上，按順序形成第1層、Au層、RhO層以構(gòu)成p側(cè)歐姆電極；第1層是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中至少1種金屬所組成；前述p側(cè)歐姆電極做熱退火處理；前述退火處理過的p側(cè)歐姆電極上，包括形成一RhO層及形成一Au層，以構(gòu)成前述p側(cè)歐姆電極上方的p側(cè)墊整電極。
如此構(gòu)成下依本發(fā)明方法制作的氮化物半導(dǎo)體元件，能使p側(cè)歐姆電極與p型氮化物半導(dǎo)體層之間有良好的歐姆接觸，且p側(cè)歐姆電極與p側(cè)墊整電極的耐熱特性優(yōu)良，能制造使用壽命長的氮化物半導(dǎo)體元件。
本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體激光二極管，具有多個半導(dǎo)體層，如

圖1所示，在基板1之上依序有緩沖層(未圖示)、n型接觸層2、n型覆蓋層3、n型光導(dǎo)層4、活性層5、p側(cè)罩(cap)層6、p型光導(dǎo)層7、p型覆蓋層8、p型接觸層9等積層。另外，沿諧振方向足夠長度的脊部狀p型接觸層9上，介于第1絕緣膜30開口部30a形成一與p型接觸層9相接的p側(cè)歐姆電極20。另于藉蝕刻而露出的n型接觸層2上，介于第1絕緣膜30開口部30b形成一與n型接觸層2相接的n側(cè)歐姆電極21。
于是，于本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體激光二極管，進(jìn)一步形成在p側(cè)歐姆電極20及n側(cè)歐姆電極21上各有開口部31a、31b的第2絕緣膜31；還形成p側(cè)墊整電極22與n側(cè)墊整電極23，該兩電極各通過開口部31a、31b與p側(cè)歐姆電極20及n側(cè)歐姆電極21導(dǎo)通。
在此，本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體激光二極管的第1絕緣膜30，其形成主要是為了讓p側(cè)歐姆電極20精確接觸到p型接觸層9的上面(確保歐姆接觸部分的形狀的精度)，由于p側(cè)歐姆電極20形成后需做熱退火處理因此要有耐熱性。
又，由于第1絕緣膜30形成于脊部的兩側(cè)面，因此其折射率需比構(gòu)成脊部的p型氮化物半導(dǎo)體低(越接近真空中的介電常數(shù)越好。)而且，由于第1絕緣膜30形成于脊部及其周圍，且必須高精度地形成開口部30a，因此膜厚必須要薄。例如，通常脊部寬及高各約1.5μm、0.5μm，故第1絕緣膜30之膜厚要設(shè)定于0.5μm或以下。
本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體激光二極管的第2絕緣膜31，其形成的主要目的是保護(hù)元件，由能夠發(fā)揮保護(hù)功能的材料所構(gòu)成。
又，本實(shí)施形態(tài)下的第2絕緣膜31，在p側(cè)歐姆電極20及n側(cè)歐姆電極21上各形成開口部31a、31b，并形成通過該開口部31a、31b，與p側(cè)歐姆電極20及n側(cè)歐姆電極21導(dǎo)通的p側(cè)墊整電極及n側(cè)墊整電極。
然而，用來導(dǎo)通p側(cè)歐姆電極20及p側(cè)墊整電極的開口部31a以及用來導(dǎo)通n側(cè)歐姆電極21及n側(cè)墊整電極的開口部31b，其尺寸精確度不必如第1絕緣膜30的開口部30a那般高，因此第2絕緣膜31的膜厚可設(shè)定得比較厚。
并且，第2絕緣膜31不似第1絕緣膜在形成后要經(jīng)過熱退火工程，因此并不要求如第1絕緣膜30般的高耐熱性。
因此，第2絕緣膜31的材料可由能夠發(fā)揮保護(hù)功能效果的材料中自由選擇出適合于半導(dǎo)體激光二極管的。
又，本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體激光二極管的p側(cè)墊整電極22，是由與p側(cè)歐姆電極接觸的密接層22a、阻障層22b及Au層22c等3層所構(gòu)成。
本實(shí)施形態(tài)下，p側(cè)墊整電極22的密接層22a的使用材料要與形成于脊部的第2絕緣膜31及p側(cè)歐姆電極20密接性良好，且材料本身不易產(chǎn)生擴(kuò)散，例如Ni、Cu、Ru、RuO2、Ti、W、Zr、Rh、RhO等都是令人滿意的材料。尤其是第2絕緣膜由氧化物形成時，與此第2絕緣膜密接性高的Ni可謂最佳材料。又為了提高p側(cè)墊整電極22的耐熱性，密接層22a最好是由Rh、RhO所構(gòu)成。
又，該密接層22a的適宜膜厚為100?！?000，最好是500?！?000。
密接層22a由Rh或RhO構(gòu)成時，該Rh層及RhO層還均起到阻障層22b的作用，可防止Au層22c的擴(kuò)散。因此，密接層22a由Rh或RhO構(gòu)成時，p側(cè)墊整電極22可略去阻障層22b，可由Rh層或RhO層，以及Au層22c兩層構(gòu)成。
若以Rh層或RhO層以及Au層22c之2層來構(gòu)成p側(cè)墊整電極22，則比起依本實(shí)施形態(tài)所示其他組合所構(gòu)成的p側(cè)墊整電極22，該p側(cè)墊整電極22的耐熱性可展現(xiàn)相同或更高的耐熱性。
又，依這種組合，p側(cè)墊整電極22由2層構(gòu)成時，以設(shè)定Rh層或RhO層之膜厚于100?！?0000范圍，Au層22c之膜厚于1000?！?0000范圍為佳。
本發(fā)明的p側(cè)墊整電極22的阻障層22b，由不使最上層Au往密接層以下擴(kuò)散的高熔點(diǎn)金屬，或其氮化物所形成，例如Ti、Pt、W、Ta、Mo、TiN等都是適宜材料，最好的是Ti。并且膜厚以100?！?000為佳，最好是500?！?000。
尚且，如上所述，密接層22a由Rh或RhO所構(gòu)成時，可略去阻障層22b。
本發(fā)明p側(cè)墊整電極22最上層位置的Au層22c，是同氮化物半導(dǎo)體激光元件做連線焊接時的最佳材料。該Au之適宜膜厚為1000～20000，較好膜厚則為5000～10000。
本發(fā)明的p側(cè)歐姆電極20是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群當(dāng)中選出至少1種來與Au所形成。Ni、Co、Fe、Ti、Cu均為可形成2價離子之金屬。由Ni、Co、Fe、Ti、Cu之1種與Au按順序積層后，經(jīng)退火使合金化，可獲得與p型氮化物半導(dǎo)體層之間良好的歐姆特性。退火溫度是對氮化物半導(dǎo)體沒有影響的溫度，例如歐姆電極積層之前所形成InGaN的In不致產(chǎn)生分解，以400℃以上700℃以下為佳，較好是500℃以上650℃以下。并且，p側(cè)歐姆電極20，于前述金屬群中選擇Ni，由Ni與Au之構(gòu)成可得最佳歐姆特性。Ni、Au順序積層后，由于經(jīng)退火的合金含有Ni，當(dāng)p側(cè)歐姆電極上面做部分接觸的p側(cè)墊整電極22的密接層22a為Ni時，Ni之間接合力更向上提升，可謂最佳構(gòu)造。并且，前述金屬群或Ni，與Au之總膜厚為150～5000，最好是1500。
在此，如密接層22a以RhO層形成時，則p側(cè)歐姆電極20的Au之上另形成一RhO層經(jīng)退火處理后再形成p側(cè)墊整電極為佳。
如此一來，p側(cè)歐姆電極20呈Ni-Au-RhO構(gòu)造，并形成作為密接層22a包含RhO層的p側(cè)墊整電極22，能使p側(cè)墊整電極22的耐熱特性更好。
今將以上所說明p側(cè)歐姆電極20之構(gòu)成以及p側(cè)墊整電極之構(gòu)成，各種組合下的電極特性，以耐熱性方面的比較結(jié)果列于表1。
此處，p側(cè)墊整電極的耐熱特性，以歐姆特性發(fā)生變化的溫度加以評估。
并且，歐姆特性變化之觀測，是于p型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層上，依一定間隔形成p側(cè)歐姆電極與p側(cè)墊整電極，測定該兩電極間之電阻。
表1
此處，表1所示檢討用p側(cè)墊整電極及p側(cè)歐姆電極，其Ni、Au、RhO層各膜厚之設(shè)定如下。No.1～No.10之p側(cè)歐姆電極，其Ni為100、Au為1300。No.11～NO.16之p側(cè)歐姆電極，其Ni為100、Au為660、RhO為1500。
另外，表1所示p側(cè)墊整電極，其相當(dāng)于密接層及阻障層之膜厚為1500，Au層為6000。
并且，表1的No.1、2，乃作為比較之用。
又，通常，以AuSn錫焊接之后耐熱性多劣化，AuSn之有無，表示p側(cè)墊整電極上已經(jīng)AuSn錫焊(有)及未錫焊(無)。
象這樣，p側(cè)墊整電極以RhO-Au或RhO-Pt-Au形成時，可防止與p側(cè)歐姆電極的合金化，并可防止通常用于p側(cè)墊整電極與其他電極間連接的AuSn向p側(cè)歐姆電極擴(kuò)散。
因此，以RhO-Au或RhO-Pt-Au形成p側(cè)墊整電極時，可防止p側(cè)歐姆電極及p側(cè)墊整電極引起的壽命特性劣化，也可實(shí)現(xiàn)使用壽命長的氮化物半導(dǎo)體激光二極管。
為評估p側(cè)歐姆電極與p側(cè)墊整電極其耐熱特性與壽命特性的關(guān)系，特制作具備表1 No.7所示p側(cè)歐姆電極與p側(cè)墊整電極的激光二極管(LD1)，以及具備表1 No.3所示p側(cè)歐姆電極與p側(cè)墊整電極的激光二極管(LD2)，于50℃、5mW的連續(xù)振蕩條件下評估其壽命。其結(jié)果，以連線焊接連接的試驗(yàn)下，LD1的3個樣本平均壽命為5934小時，LD2的3個樣本平均壽命為1805小時。
以倒裝片接合連接的試驗(yàn)下，LD1的3個樣本平均壽命為3346小時。
另外，n側(cè)墊整電極23是由密接層23a、阻障層23b、Au層23c等3層所形成。
本實(shí)施形態(tài)下n側(cè)墊整電極23的密接層23a，是由與n型接觸層上的第2絕緣膜31以及n側(cè)歐姆電極21密接性良好，且材料本身不易擴(kuò)散的材料所構(gòu)成。特別是第2絕緣膜為氧化物所形成時，與此第2絕緣膜31密接性高的Ni為最佳材料。又，膜厚以100?！?000為佳，最好是500?！?000。
本實(shí)施形態(tài)下n側(cè)墊整電極23的阻障層23b，由不使最上層Au往密接層以下擴(kuò)散的高熔點(diǎn)金屬，或其氮化物所形成，例如Ti、Pt、W、Ta、Mo、TiN等都是適宜材料，最好的是Ti。并且膜厚以100?！?000為佳，最好是500?！?000。
本實(shí)施形態(tài)下n側(cè)墊整電極23最上層位置的Au層23c，是氮化物半導(dǎo)體激光元件做連線焊接時的最佳材料。該Au之適宜膜厚為1000?！?0000，較好膜厚則為5000?！?0000。
這些n側(cè)墊整電極23之構(gòu)成可與p側(cè)墊整電極22之構(gòu)成相同也可以不同。然而，n側(cè)墊整電極與p側(cè)墊整電極有相同之構(gòu)成，好處在于可使激光元件之制造工序簡化。
本發(fā)明的n側(cè)歐姆電極21，可由與n型氮化物半導(dǎo)體之間歐姆性及密接性良好的材料如Ti、Al順序積層而得。又為提高歐姆性以經(jīng)退火處理形成合金為佳。退火溫度與p側(cè)歐姆電極形成時相同，應(yīng)是不對氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)生影響的溫度，也即不致使歐姆電極積層之前所形成的InGaN的In產(chǎn)生分解的溫度，以400℃以上700℃以下為佳，更好是設(shè)定于500℃以上650℃以下的范圍。又，n側(cè)歐姆電極之膜厚，Ti/Al總膜厚以150?！?0000為佳，最好是5000。另外，涉及到歐姆性及密接性的適宜材料有W/Al、Ti/Au、V/Al、V/Au等積層后經(jīng)退火處理形成的合金或Al、Ti、W等單體。
本發(fā)明p側(cè)及n側(cè)歐姆電極的退火處理，最好是在氧氣環(huán)境中進(jìn)行，藉供應(yīng)氧氣可得好的歐姆特性。
本發(fā)明ZH中，形成脊部的p型氮化物半導(dǎo)體層等氮化物半導(dǎo)體，覆蓋其上的第1絕緣膜是使用氧化物，如ZrO2等可謂適合材料。
于本實(shí)施形態(tài)，形成脊部的p型氮化物半導(dǎo)體等氮化物半導(dǎo)體，覆蓋其上的第1絕緣膜30最好是使用對熱退火溫度有耐熱性的氧化物。并且，第2絕緣膜31最好也使用氧化物材料，SiO2、TiO2都是適合的材料。像這樣以氧化物構(gòu)成第2絕緣膜31，可得p側(cè)及n側(cè)墊整電極與密接層之間較強(qiáng)的密接力。又，該第2絕緣膜，與形成于諧振端面構(gòu)成激光反射面的反射膜為共通膜，可以同一材料同一工序形成之，此時，以SiO2及TiO2的多層膜構(gòu)造為佳。舉具體例而言，例如，700的SiO2膜與400的TiO2成對(SiO2/TiO2)兩次重復(fù)積層，則端面可作為反射膜用，其他部分做保護(hù)膜之用。
又，于本發(fā)明，(SiO2/TiO2)對可以兩對以上重復(fù)積層，并且，與構(gòu)成激光反射面的反射膜可共通化的第2絕緣膜，并不限于(SiO2/TiO2)對。
以下說明本實(shí)施形態(tài)下的其他構(gòu)成。當(dāng)然，本發(fā)明并不限于以下之構(gòu)成。
基板可使用藍(lán)寶石等異質(zhì)結(jié)構(gòu)基板，或利用公知方法制造的GaN基板。且基板上最好形成一GaN緩沖層，可使后來在基板上形成的氮化物半導(dǎo)體有良好的結(jié)晶性質(zhì)。該緩沖層對于在異質(zhì)結(jié)構(gòu)基板上形成氮化物半導(dǎo)體時特別有效。又，異質(zhì)結(jié)構(gòu)基板是指與氮化物半導(dǎo)體不同材料所形成的基板。
本發(fā)明不論采用何種氮化物半導(dǎo)體之層構(gòu)成都可以。氮化物半導(dǎo)體利用有機(jī)金屬氣相磊晶法(MOVPE)、氫化物化學(xué)氣相沉積法(HDCVD)等氣相成長法而生成。
n型接觸層是形成n側(cè)電極的一層，摻雜Si等n型雜質(zhì)，使其歐姆特性良好。該層，是于p側(cè)層形成后由p側(cè)層蝕刻露出n型接觸層的部分，再于露出的n型接觸層上形成n側(cè)電極。
n型接觸層上形成的防裂層為未摻雜質(zhì)，為減低基板方向過來的龜裂而形成。該防裂層，由InGaN等材料所形成，與上方n型覆蓋層設(shè)有折射率差，可防止由活性層發(fā)出之光射到異質(zhì)基板后反射回到氮化物半導(dǎo)體層。該層也可省略。
n型覆蓋層不但是供給電子給活性層的供給層，也將載子及光封入活性層，可為摻Si等n型雜質(zhì)的單層，或未摻雜質(zhì)層與摻n型雜質(zhì)層交互積層的超結(jié)晶格構(gòu)造。
n型光導(dǎo)層補(bǔ)充活性層多重量子阱結(jié)構(gòu)膜厚之不足，并與活性層共同構(gòu)成光波導(dǎo)路。因此，與上方活性層的折射率差很小，與n型覆蓋層的折射率差則充分設(shè)定，又該層可摻n型雜質(zhì)，也可不摻雜，也可以是摻n型雜質(zhì)層與未摻雜層的超結(jié)晶格構(gòu)造。
活性層為InGaN的單一量子阱結(jié)構(gòu)，或至少InGaN之阱層及障壁層包括在內(nèi)的多重量子阱結(jié)構(gòu)。多重量子阱結(jié)構(gòu)下，阱層及障壁層之一方或兩方可摻雜質(zhì)。最好是障壁層摻雜雜質(zhì)，使臨界電流降低。阱層之膜厚為30～60，障壁層之膜厚為90～150。
又，多重量子阱結(jié)構(gòu)之活性層，可由障壁層開始阱層結(jié)束，或障壁層開始障壁層結(jié)束，或阱層開始障壁層結(jié)束，或阱層開始阱層結(jié)束。以障壁層開始，阱層與障壁層成對重復(fù)2～5回者為佳，最好是阱層與障壁層成對重復(fù)3回，可降低臨界電流并提高使用壽命。
活性層上方的p側(cè)cap層高度摻雜了Mg等p型雜質(zhì)，可補(bǔ)充空穴之不足，對于n側(cè)供給電子給活性層，空穴常感不足。且p型雜質(zhì)濃度比p型光導(dǎo)層、p型覆蓋層高，可使p型雜質(zhì)往p側(cè)cap層上形成的p側(cè)層擴(kuò)散。甚且該層可抑制活性層的In的分解，若著重發(fā)揮該功能，則可不摻雜。又，該p側(cè)cap層也可省略。
p型光導(dǎo)層含有Mg等p型雜質(zhì)，當(dāng)然可以刻意摻雜p型雜質(zhì)予以形成，但當(dāng)p側(cè)cap層為摻雜p型雜質(zhì)而形成時，因p型雜質(zhì)由p側(cè)cap層擴(kuò)散出來，故也可在不摻雜下形成該層。該p型光導(dǎo)層與n型光導(dǎo)層相同，為形成光波導(dǎo)路的一層，與下方活性層之間的折射率差很小，與p型覆蓋層之間的折射率差則充分設(shè)定。
p型覆蓋層的功用是作為活性層空穴的供給層，其構(gòu)成可為摻雜例如Mg等p型雜質(zhì)的單層，或例如未摻雜層與摻雜p型雜質(zhì)層交互積層之超結(jié)晶格構(gòu)造。
p型接觸層為p側(cè)電極的形成層，Mg等p型雜質(zhì)摻雜得比較多，使其與p側(cè)電極之間有良好的歐姆性。
如上述般構(gòu)成的本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體激光二極管，另形成第1絕緣膜30與第2絕緣膜31；第1絕緣膜30的目的是要精確地形成與p側(cè)歐姆電極20做歐姆接觸的p型接觸層9的接觸部分；第2絕緣膜31的目的是保護(hù)元件。則，對于第1絕緣膜30及第2絕緣膜31，因應(yīng)其功能選用最適宜的材料及形狀(厚度等)，可得穩(wěn)定的激光振蕩，且可防止因絕緣性不足引發(fā)的短路及減少漏泄電流，能構(gòu)成可靠的半導(dǎo)體激光二極管。
又，本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體激光二極管，其p側(cè)墊整電極22及n側(cè)墊整電極23，各由與p、n側(cè)歐姆電極及第2絕緣膜31密接性良好的相對高熔點(diǎn)金屬或其氮化物所形成的密接層，及其上形成的防止Au層擴(kuò)散的阻障層，以及Au層等3層所構(gòu)成。
如此一來，可提高歐姆電極與第2絕緣膜31的密接性能，且可防止通電時產(chǎn)生熱所引起的Au的擴(kuò)散，可防止特性劣化并提高產(chǎn)品可靠性。
變形例.
上述實(shí)施形態(tài)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，p側(cè)歐姆電極20是形成于脊部上面，但本發(fā)明不限于此，如圖2所示，也可覆蓋整佃脊部且延伸到兩側(cè)的p型覆蓋層8上面。
如上所形成者，也有實(shí)施形態(tài)相同的功效。
實(shí)施例.
其次是本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。(緩沖層)2時∮、以C面為主面的藍(lán)寶石上以公知方法制造的GaN基板置于MOVPE反應(yīng)容器內(nèi)，使用三甲基鎵(TMG)、氨(NH3)，使GaN的第1緩沖層成長到200膜厚。第1緩沖層成長后，異溫使同樣GaN的第2緩沖層成長到1.5μm膜厚。
(n型接觸層)其次使用氨、TMG、及作為雜質(zhì)氣體的硅烷瓦斯，使Si摻雜度1×1018/cm3的GaN所形成的n型接觸層成長到4μm膜厚。
(防裂層)其次，使用TMG、TMI(三甲基鲴)、氨，溫度設(shè)為800℃使InGaN的防裂層成長到0.15μm膜厚。
(n型覆蓋層)接下來，使用TMA(三甲基鋁)、TMG、氨，于1050℃使未摻雜的AlGaN層成長到25膜厚，再停掉TMA，吹入硅烷瓦斯，使Si摻雜度1×1019/cm3的n型GaN層成長到25膜厚。這些層交互積層以構(gòu)成超結(jié)晶格構(gòu)造，使超結(jié)晶格的n型覆蓋層成長到總膜厚1.2μm。
(n型光導(dǎo)層)其次使用TMG及氨作為原料瓦斯，于同樣溫度下使未摻雜的GaN所形成的n型光導(dǎo)層成長到750膜厚。
(活性層)其次，溫度定為800℃，使用TMG、TMI及氨作為原料瓦斯，使用硅烷瓦斯作為雜質(zhì)氣體，使Si摻雜度5×1018/cm3的InGaN所形成的障壁層成長到100。然后，溫度下降到820℃，停掉硅烷瓦斯，使未摻雜的InGaN所形成的阱層成長到50膜厚。該障壁層、阱層更重復(fù)積層2回，最后形成障壁層，使多重量子阱(MQW)所形成的活性層成長到總膜厚550。
(p側(cè)cap層)其次停掉TMI，吹入Cp2Mg，使Mg摻雜度1×1020/cm3的p型GaN所形成的p側(cè)cap層成長到100膜厚。
(p型光導(dǎo)層)接下來停掉Cp2Mg，于1050℃使未摻雜的GaN所形成的p型光導(dǎo)層成長到0.1μm膜厚。該p型光導(dǎo)層為未摻雜下令其成長，通過p側(cè)cap層Mg擴(kuò)散，Mg濃度為5×1016/cm3而為p型。
(p型覆蓋層)接下來停掉Cp2Mg，吹入TMA，于1050℃使未摻雜的AlGaN層成長到25膜厚，再停掉TMA，吹入Cp2Mg，使Mg濃度1×1019/cm3的未摻雜的GaN層成長到25，再令超結(jié)晶格構(gòu)造p型覆蓋層成長到總膜厚0.6μm。
(p型接觸層)最后于p型覆蓋層上，使Mg摻雜度1×1020/cm3的p型GaN所形成的p型接觸層成長到150膜厚。
(形成脊部)將以上做法長成氮化物半導(dǎo)體的晶圓從反應(yīng)器取出，為了露出n型氮化物半導(dǎo)體層，于p型氮化物半導(dǎo)體層部份形成SiO2遮罩，以RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)進(jìn)行蝕刻，讓n型接觸層露出表面。
進(jìn)一步，最上層p型接觸層的表面，與露出來的n型氮化物半導(dǎo)體層的全面上，通過特定形狀的遮罩，在p型氮化物半導(dǎo)體層上，做出寬1.5μm條帶SiO2保護(hù)膜。保護(hù)膜形成后，用RIE法，如圖1所示，進(jìn)行蝕刻直至p型覆蓋層與p型光導(dǎo)層接面附近，以形成寬1.5μm的帶狀波導(dǎo)路(脊部)。
(第1絕緣膜)
脊部形成后，SiO2遮罩不動，于p型氮化物半導(dǎo)體層表面形成ZrO2的第1絕緣膜，該第1絕緣膜如圖1所示，也可先于n側(cè)歐姆電極形成面形成遮罩再于氮化物半導(dǎo)體層全面上形成第1絕緣膜。第1絕緣膜形成后，浸于緩沖用氟酸中，以溶解并除去p型接觸層上形成的SiO2，再以剝落法除去SiO2以及p型接觸層上(及n型接觸層上)的ZrO2。
(歐姆電極)其次于p型接觸層上脊部的最表面處，連接第1絕緣膜帶狀形成由Ni、Au構(gòu)成的p側(cè)歐姆電極。
于n型接觸層上面(連接第1絕緣膜)另帶狀形成由Ti、Al構(gòu)成的n側(cè)歐姆電極。
這些都形成后，各以氧∶氮為80∶20比率之氣體，于600℃做退火處理使p側(cè)、n側(cè)歐姆電極均合金化，并得到良好的歐姆特性。
(第2絕緣膜)其次全面形成SiO2的第2絕緣膜，然后除p側(cè)歐姆電極與n側(cè)歐姆電極以外，全面途敷抗蝕劑，以干式蝕刻法，露出p側(cè)歐姆電極與n側(cè)歐姆電極部分。
(墊整電極)第2絕緣膜形成后，在p側(cè)的p型氮化物半導(dǎo)體層上，覆蓋第2絕緣膜及p側(cè)歐姆電極，及在n側(cè)，覆蓋第2絕緣膜及n側(cè)歐姆電極，以一個工序形成1000膜厚的由Ni構(gòu)成的密接層以作為墊整電極。
密接層之上更形成1000膜厚的Ti阻障層，以及8000膜厚的Au層。
依照以上做法形成p側(cè)及n側(cè)墊整電極之后，為了得到晶片大小的氮化物半導(dǎo)體，以RIE法將氮化物半導(dǎo)體蝕刻成網(wǎng)目狀直至露出藍(lán)寶石基板為止。此時，對激光反射端面蝕刻的程度，是讓激光振蕩時有良好的FFP(遠(yuǎn)場圖形)的程度。蝕刻后，沿著藍(lán)寶石所露出的網(wǎng)目由內(nèi)面劃片，即得激光晶片。此一激光之晶片化，是只將出射面，在沿藍(lán)寶石基板A面之氮化物半導(dǎo)體的M面(將氮化物半導(dǎo)體以六角柱表示之場合，相當(dāng)于其六角柱側(cè)面之面)作GaN劈開即可。
其次對各電極做連線焊接處理，于室溫試驗(yàn)激光振蕩，結(jié)果證實(shí)室溫下臨界電流2.0kA/cm2、30mW的輸出下，有波長405nm的連續(xù)振蕩及1000小時以上的壽命。制作氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，除了第2絕緣膜使用TiO2之外，其他都同實(shí)施例1一樣。
結(jié)果與實(shí)施例1相同，室溫下臨界電流2.0kA/cm2、30mW的輸出下，有波長405nm的連續(xù)振蕩及1000小時以上的壽命。制作氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，除了n側(cè)及p側(cè)的墊整電極的阻障層使用Pt之外，其他都同實(shí)施例1一樣。
結(jié)果與實(shí)施例1大致相同，室溫下臨界電流2.2kA/cm2、30mW的輸出下，有波長405nm的連續(xù)振蕩及1000小時以上的壽命。制作氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，除了n側(cè)及p側(cè)的墊整電極的密接層使用Ti、阻障層使用Pt之外，其他都同實(shí)施例1一樣。
結(jié)果與實(shí)施例1大致相同，室溫下臨限電流2.2kA/cm2、30mW的輸出下，有波長405nm的連續(xù)振蕩及1000小時以上的壽命。制作氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中除了p側(cè)的墊整電極的構(gòu)成同樣是Ni/Ti/Au、n側(cè)墊整電極則密接層使用Ti、阻障層使用Pt即Ti/Pt/Au之外，其他都同實(shí)施例1一樣。
此氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造工程比實(shí)施例1復(fù)雜，但結(jié)果大致相同，室溫下臨界電流2.1KA/cm2、30mW的輸出下，有波長405nm的連續(xù)振蕩及1000小時以上的壽命。按實(shí)施例1，歐姆電極如下制作。
(歐姆電極)其次于p型接觸層上脊部的最表面處，連接第1絕緣膜并帶狀形成由Ni、Au構(gòu)成的p側(cè)歐姆電極。
于n型接觸層上面(連接第1絕緣膜)另帶狀形成由Ti、Al構(gòu)成的n側(cè)歐姆電極。
然后，于100％氧氣環(huán)境中，以600℃做退火處理。
如上所述，除退火處理于100％氧氣中進(jìn)行之外其他同實(shí)施例1一樣，所制作的氮化物半導(dǎo)體激光元件，結(jié)果大致相同，室溫下臨界電流2.2KA/cm2、30mW的輸出下，有波長405nm的連續(xù)振蕩及1000小時以上的壽命。
如以上所做說明，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件，由于有上述兩層絕緣膜的新構(gòu)造，可精確控制p側(cè)歐姆電極與p型接觸層的接觸寬度、故能提供特性穩(wěn)定的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
并且，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件，由于與氮化物半導(dǎo)體有良好的歐姆性，連線焊接也較容易，元件即使通電也能防止墊整電極的Au往他層擴(kuò)散，故能提供元件特性劣化較少、可靠性較高的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體激光元件，具備在基板上依次形成的n型氮化物半導(dǎo)體層、活性層及p型氮化物半導(dǎo)體層；該p型氮化物半導(dǎo)體層中以至少包括最上層的p型接觸層之方式形成有脊部，且與脊部上面的p型接觸層做歐姆接觸的p側(cè)歐姆電極，是與諧振方向大自平行地形成，其特征在于形成有第1絕緣膜，其是于前述脊部上面具有開口部，并至少覆蓋前述脊部的側(cè)面及該側(cè)面外側(cè)附近；所形成的前述p側(cè)歐姆電極是介以前述開口部與前述p型接觸層相接；前述第1絕緣膜之上進(jìn)一步形成有第2絕緣膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述第2絕緣膜與諧振端面呈連續(xù)形成，該諧振端面中形成有激光反射面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述第1及第2絕緣膜均為氧化物所組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述第1絕緣膜為ZrO2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述第2絕緣膜為TiO2或SiO2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述第2絕緣膜為TiO2層與SiO2層交替積層的多層膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述p側(cè)歐姆電極之構(gòu)成是由選自Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中的至少1種與Au積層之后，經(jīng)退火處理的合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述第2絕緣膜在前述p側(cè)歐姆電極上方的開口部，介以該開口部，形成有與p側(cè)歐姆電極相接之p側(cè)墊整電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述p側(cè)墊整電極，自與p側(cè)歐姆電極相接的層，依序包括密接層、阻障層及Au層等3層，前述密接層的材料比前述Au層，對前述第2絕緣膜以及前述p側(cè)歐姆電極更有良好密接性；前述阻障層的材料比前述Au層更不易發(fā)生擴(kuò)散。
10.根據(jù)權(quán)利要求9說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述p側(cè)墊整電極的密接層，包括由Ni、Cu、Ru、RuO2、Ti、W、Zr、Rh、RhO之群中所選出的至少1種。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述p側(cè)墊整電極的阻障層包括由Ti、Pt、W、Ta、Mo、Rh、此等金屬之氮化物及RhO的群中所選出的至少1種。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述n型氮化物半導(dǎo)體層包含部分露出的n型接觸層，該露出的n型接觸層上方介以n側(cè)歐姆電極形成有一n側(cè)墊整電極，且前述n側(cè)墊整電極使用的材料與p側(cè)墊整電極相同。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述p側(cè)歐姆電極之構(gòu)成是由選自Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中的至少1種與Au積層之后，經(jīng)退火處理的合金，前述第2絕緣膜在前述p側(cè)歐姆電極上方有開口部，介以該開口部，形成有與p側(cè)歐姆電極相接之p側(cè)墊整電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述p側(cè)墊整電極是由密接層及密接層上方所形成的Au層所組成，密接層由Rh或RhO所組成并與前述p側(cè)歐姆電極相接。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述p側(cè)墊整電極是由密接層、密接層上形成的阻障層以及阻障層上形成的Au層所組成，密接層由Rh或RhO所組成并與前述p側(cè)歐姆電極相接，阻障層是由包括Ti、Pt、W、Ta、Mo、此等金屬之氮化物的群中所選出至少1種所組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所說的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其中，前述p側(cè)歐姆電極之組成是于最上層包含一RhO層，前述密接層由RhO所組成。
17.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其具備p型氮化物半導(dǎo)體層、該p型氮化物半導(dǎo)體層上方所形成的p側(cè)歐姆電極、以及該p側(cè)歐姆電極上方所形成的p側(cè)墊整電極；其特征在于前述p側(cè)歐姆電極是將自Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中所選出的至少1種金屬與Au積層后，經(jīng)退火處理所得的合金層；前述p側(cè)墊整電極包括，與前述p側(cè)歐姆電極相接并由Rh或RhO所形成的密接層，以及與密接層上方相接或介以阻障層形成的Au層；阻障層形成于前述密接層之上方，由包括Ti、Pt、W、Ta、Mo、及此等金屬之氮化物的群中的至少1種所形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所說的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，前述p側(cè)歐姆電極的最上層有一RhO層，且前述密接層是由RhO所組成。
19.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件之電極形成方法，其中，包括下列步驟在p型氮化物半導(dǎo)體層上，按順序形成第1層、Au層、及RhO層以構(gòu)成p側(cè)歐姆電極；第1層是由Ni、Co、Fe、Ti、Cu群中至少1種金屬所組成；將前述p側(cè)歐姆電極做熱退火處理；在前述退火處理過的p側(cè)歐姆電極上，包括形成一RhO層及形成一Au層，以構(gòu)成前述p側(cè)歐姆電極上方的p側(cè)墊整電極。
全文摘要
本發(fā)明氮化物半導(dǎo)體激光元件，為了提供能夠精確控制p側(cè)歐姆電極與p型接觸層之間的接觸寬度且可靠性高的氮化物半導(dǎo)體激光元件，備有，在基板上依次形成的n型氮化物半導(dǎo)體層、活性層及p型氮化物半導(dǎo)體層；該p型氮化物半導(dǎo)體層，包含最上層的p型接觸層在內(nèi)形成有一脊部，且該脊部上面的p型接觸層上形成有一p側(cè)歐姆電極；又形成有第1絕緣膜，其于脊部上面有開口部，并覆蓋脊部的側(cè)面及該側(cè)面外側(cè)附近；并形成p側(cè)歐姆電極，其是介以開口部形成為與p型接觸層相接；進(jìn)一步形成第2絕緣膜于第1絕緣膜之上方。
文檔編號H01S5/02GK1404641SQ01804885
公開日2003年3月19日 申請日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月16日
發(fā)明者佐野雅彥 申請人:日亞化學(xué)工業(yè)株式會社