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氮化物半導體激光器的制造方法

文檔序號:6902750閱讀:163來源:國知局
專利名稱:氮化物半導體激光器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及釆用氮化物III-V族半導體的氮化物半導體激光器
的制造方法。
背景技術(shù)
傳統(tǒng)的氮化物III - V族半導體激光器,通過在諧振器端面和端面 鍍膜(coat)之間形成密著層,來抑制災(zāi)變性光學損傷對諧振器端面 的劣化。
例如,有在諧振器端面和由氧化鋁形成的端面鍍膜之間,形成由 氮化鋁構(gòu)成的分離層的結(jié)構(gòu)(例如,參照專利文獻l:日本特開2007 -103814號公報)。
如專利文獻1所述,利用濺鍍(sputter)來在諧振器端面上形成 膜的一般方法,通過采用質(zhì)量大的氣體,能夠提高濺鍍速度,因此采 用氬(Ar)氣體作為濺鍍氣體。但是,由Ar氣體構(gòu)成的Ar等離子體 照射到諧振器端面的表面時,Ar等離子體沖撞到諧振器端面,會損壞 端面,如果端面受到損壞,就會生成勢阱(trap)能級,由此發(fā)生表 面再耦合,導致激光器發(fā)光時的諧振器端面的劣化。
另外, 一般由氮化膜電介質(zhì)構(gòu)成的膜的應(yīng)力大,利用Ar等離子 體成膜后的氮化膜電介質(zhì)獲取Ar作為晶格間原子。因此,濺鍍在諧 振器端面上的氮化膜電介質(zhì)膜中產(chǎn)生歪曲,發(fā)生膜容易被剝離,或在 膜中容易產(chǎn)生裂紋(crack)等的問題,因此需要在精密控制的情況下 成膜
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題構(gòu)思而成,其目的在于提供減小在諧振器端 面上形成的氮化物電介質(zhì)膜的應(yīng)力,并減少在形成氮化物電介質(zhì)膜時 產(chǎn)生的對諧振器端面的損傷的、可靠性高的氮化物半導體激光器的制 造方法。
為了解決上述課題,本發(fā)明的氮化物半導體激光器的制造方法,
是采用氮化物III-v族半導體的氮化物半導體激光器的制造方法,其
特征在于包括(a)利用由氮氣組成的等離子體,在諧振器端面上形 成由氮化物電介質(zhì)構(gòu)成的密著層的工序;以及(b)在密著層上形成 由電介質(zhì)構(gòu)成的鍍膜的工序。
依據(jù)本發(fā)明,由于包括利用由氮氣組成的等離子體,在諧振器端 面上形成由氮化物電介質(zhì)構(gòu)成的密著層的工序;以及在密著層上形成 由電^h質(zhì)構(gòu)成的鍍膜的工序,能夠減小在諧振器端面上形成的氮化物 電介質(zhì)膜的應(yīng)力,并能夠減少在形成氮化物電介質(zhì)膜時產(chǎn)生的對諧振 器端面的損傷。


圖1是本發(fā)明實施例1的氮化物半導體激光器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。 圖2是本發(fā)明實施例1的氮化物半導體激光器的諧振器的剖視圖。 圖3是本發(fā)明實施例1的氮化物半導體激光器的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本發(fā)明實施例2的氮化物半導體激光器的諧振器的剖視圖。 (符號說明)
1 GaN襯底;2 n型GaN緩沖層;3、 4、 5 n型AlGaN包層; 6 n型GaN導光層;7 n型InGaN - SCH層;8 活性層;9 p型 InGaN-SCH層;10 p型AlGaN電子障壁層;11 p型GaN導光層; 12 p型AlGaN包層;13 p型GaN接觸層;14 脊(ridge) ; 15 絕緣膜;16 開口部;17 p型電極;18 n型電極;20、 40 光出 射側(cè)諧振器端面;21、 24 密著層;22、 43 低反射端面鍍膜;23、 44 光反射側(cè)諧振器端面;25、 47 高反射端面鍍膜;30激光元件;
431 底斧反(submount) ; 32 管心(stem) ;33 罩(cap ) ; 34 玻 璃窗;35 引腳;36 布線;41、 45 第一密著層;42、 46 第二密 著層;200、 400 半導體激光器線陣列(lazerbar)。
具體實施例方式
以下,參照附圖,說明本發(fā)明的實施方式。
圖1是本發(fā)明實施例1的采用氮化物類III - V族化合物半導體來 制作的半導體激光器(半導體發(fā)光元件)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。本實施例 的半導體激光器具有脊結(jié)構(gòu)及SCH (分別限制異質(zhì)結(jié)Separate Confinement Heterostructure )結(jié)構(gòu)。
如圖1所示,在GaN襯底1的一個主表面即Ga面上形成n型 GaN緩沖層2。為了在GaN襯底1的一個主表面上盡量平坦地進行層 疊,而通過n型GaN緩沖層2來減少GaN襯底1的一個主表面上的 凹凸。另外,n型GaN緩沖層2的膜厚例如可為lpm,且作為n型雜 質(zhì)可摻雜硅(Si)。
在n型GaN緩沖層2上,依次層疊了 Al組成比為0.07的n型 AlGaN包層3、 Al組成比為0.045的n型AlGaN包層4、及Al組成 比為0.015的n型AlGaN包層5。另外,n型AlGaN包層3、 4、 5的 膜厚例如可分別為0.4|im、 1.0|xm、 0.3pm,且作為n型雜質(zhì)可摻雜Si。
接著,在n型AlGaN包層5上依次層疊n型GaN導光層6、 n型 InGaN - SCH層7。另外,n型InGaN - SCH層7的膜厚例如可為30nm, 且In組成比可為0.02的不摻雜(undope )的結(jié)構(gòu)。另外,在n型InGaN -SCH層7上形成了活性層8。活性層8例如可為2重量子阱結(jié)構(gòu), 且InGaN阱層的膜厚可為5.0nrn、 InGaN阻擋層(barrier layer)的膜 厚可為8.0nm。
在活性層8上依次層疊p型InGaN - SCH層9、 P型AlGaN電子 障壁層IO、及p型GaN導光層ll。另外,p型InGaN-SCH層9例 如可為膜厚30nm、 In組成比0.02且不摻雜的結(jié)構(gòu),p型AlGaN電子障壁層10例如可為膜厚20mn、 Al組成比0.2、作為p型雜質(zhì)摻雜4美 (Mg)。
在p型GaN導光層11上形成了 Al組成比0.07的p型AlGaN包 層12。 p型AlGaN包層12具有一部分突出的脊結(jié)構(gòu),在脊結(jié)構(gòu)上形 成了 p型GaN接觸層13。脊14由p型AlGaN包層12及p型GaN接 觸層13構(gòu)成,通過在p型GaN導光層11上依次層疊p型AlGaN包 層12及p型GaN接觸層13后,例如朝著(1 - 100 )方向進行蝕刻處 理來形成。形成脊14,使之位于在GaN襯底1上以條紋(stripe)狀 形成的數(shù)pm-數(shù)十pm寬度的高轉(zhuǎn)位區(qū)域間的低缺陷區(qū)域上。還有, p型GaN導光層11的膜厚例如可為100nm。另外,p型AlGaN包層 12的膜厚例如可為500nm,且作為p型雜質(zhì)可摻雜Mg。還有,p型 GaN接觸層13的膜厚例如可為20nm,且作為p型雜質(zhì)可摻雜Mg。
在脊14的開口部16以外的表面上,即在脊14的側(cè)面形成了絕緣 膜15。然后,形成p型電極17,以覆蓋p型GaN接觸層13及絕緣膜 15。另外,絕緣膜15的膜厚例如可由200nm的Si02膜形成,p型電 極17可為例如依次層疊鈀(Pd)及金(Au)膜的結(jié)構(gòu)。
另外,在與成為GaN村底1的一個主表面的Ga面相反側(cè)的另一 主表面即N面,形成了n型電極18。另外,n型電極18可為例如依 次層疊鈦(Ti)及金(Au)的結(jié)構(gòu)。
在制作上述氮化物半導體激光器的結(jié)構(gòu)后,例如用金剛石劃片器 (diamond scriber)來劃傷村底表面,經(jīng)劈開而形成諧振器。還有, 諧振器長度為800nm。
圖2是沿著本發(fā)明實施例1的氮化物半導體激光器的諧振器的諧 振方向(與圖1的紙面垂直的方向)的剖視圖。如圖2所示,利用由 氮氣組成的等離子體,在光射出側(cè)諧振器端面20上形成由氮化鋁(氮 化物電介質(zhì))構(gòu)成的密著層21,在密著層21上形成低反射端面鍍膜 22(鍍膜)。同樣地,利用由氮氣組成的等離子體,在光反射側(cè)諧振 器端面23上形成由氮化鋁(氮化物電介質(zhì))構(gòu)成的密著層24,在密著層24上形成高反射端面鍍膜25 (鍍膜)。
接著,就圖2所示的諧振器的制造方法進行詳細說明。
將經(jīng)劈開而形成的半導體激光器線陣列200,以使光出射側(cè)諧振 器端面20成為成膜面的方式固定在夾具中,在導入到ECR (Electron Cyclotron Resonance:電子回轉(zhuǎn)諧振)濺鍍裝置的成膜室后,通過真 空泵(vacuumpump)來進4亍4非氣。
利用真空泵來排氣,使成膜室成為真空狀態(tài)后,以10sccm的流 量向ECR容器(chamber)內(nèi)導入由氮組成的氣體,并通過施加500W 的微波來生成氮等離子體。然后,對由鋁構(gòu)成的靶(target)施加500W 的RF (Radio Frequency:射頻)功率,來濺鍍靶。濺鍍的鋁被離子化, 搭乘等離子體流而漂流(drift)到固定了激光器線陣列200的夾具側(cè)。 利用氮氣來濺鍍后的鋁,以氮化鋁的方式在光出射側(cè)諧振器端面20 上成膜,作為密著層21。
接著,在密著層21上形成低反射端面鍍膜22。這里,在形成低 反射端面鍍膜22時,由密著層21來保護諧振器端面20,因此可釆用 利用了 Ar氣體的ECR濺鍍的成膜方法。另外,在形成密著層21后, 從ECR裝置取出固定了半導體激光器線陣列200的夾具,在形成低反 射端面鍍膜22時可采用電子束蒸鍍成膜裝置、CVD (Chemical Vapor Deposition:化學氣相沉積)成膜裝置、RF成膜濺鍍裝置。
低反射端面鍍膜22可從氧化鋁、氮氧化鋁、氮化硅、氧化硅、氧 化鉭、氧化鈦等的單層電介質(zhì)或者層疊這些電介質(zhì)的電介質(zhì)多層膜中 選定。另外,當設(shè)計低反射端面鍍膜22的反射率為任意值時,根據(jù) 該設(shè)計值來設(shè)計膜厚的構(gòu)成。例如,將由氮化鋁構(gòu)成的密著層21作 成10nm,由氧化鋁構(gòu)成的低反射端面鍍膜22作成74nm,從而使反 射率成為大致5%。
還有,在進行上述的成膜之前,可進行利用由氮組成的等離子體 的表面清潔(cleaning)處理或者基于加熱的表面清潔處理。
接著,將半導體激光器線陣列200,以使光反射側(cè)諧振器端面23
7成為成膜面的方式固定在夾具中,與形成密著層21時同樣地,向真 空狀態(tài)的成膜室的ECR容器內(nèi)以10sccm的流量導入由氮組成的氣 體,并通過施加500W的微波來生成氮等離子體。然后,對由鋁構(gòu)成 的耙,施加500W的RF功率,從而濺鍍靶,以氮化鋁的方式在光反 射側(cè)諧振器端面23上成膜,作為密著層24。
接著,在密著層24上形成高反射端面鍍膜25。高反射鍍膜25從 不同反射率的兩種以上的電介質(zhì)選擇,例如,從鋁(Al)、硅(Si)、 鉭(Ta)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)的 氮化物、氧化物或者氮氧化物等中選擇。通過將不同折射率的電介質(zhì) 膜對(pair)的厚度作成出射光的1/2波長的厚度,使在光反射側(cè)諧振 器端面23反射的光增強,可通過層疊該對層來高效率地形成高反射 膜。例如,以氧化珪和氧化鉭為一對,以氧化硅68nm、氧化鉭48腿 的條件層疊5對,形成95%的高反射率膜。另外,可在該對層的前后 插入電介質(zhì),進行反射率的調(diào)整。
另外,密著層21、 24只要在分別成膜時利用氮氣來形成不含Ar 的氮化物電介質(zhì)膜即可,并不限于氮化鋁,由鉭、鈦、硅、鈮、鋯的 任意氮化物來形成。另外,在本實施例l中,在形成光出射側(cè)諧振器 端面20側(cè)后形成了光反射側(cè)諧振器端面23側(cè),但可按相反的順序形 成。
如以上所述,在形成密著層21、 24時利用的不是Ar氣體,而是 利用質(zhì)量小于Ar的氮氣來進行濺鍍,因此可減小濺鍍對諧振器端面 的損傷。另外,Ar不會^皮取入到密著層21、 24即氮化鋁中,因此氮 化鋁的應(yīng)力就只有材料固有的內(nèi)部應(yīng)力,根據(jù)成膜條件控制應(yīng)力來緩 和膜厚的限制,可防止因密著層的膜厚控制而產(chǎn)生的生產(chǎn)性的降低。
根據(jù)如上述的制造方法形成的半導體激光器線陣列200,按每個 芯片^f皮分割。圖3是本發(fā)明實施例1的氮化物半導體激光器的概略結(jié) 構(gòu)圖。如圖3所示,激光元件30固定在由AlN或SiC構(gòu)成的底板31 上,底板31安裝在管心32上。底板31與引腳35是通過布線36來電連接的。通過具有使光向外部透射的玻璃窗34的罩33來氣密封裝 而形成封裝件。在封裝件(package)內(nèi)填充了氧、氮、隋性氣體等。 實施例2
實施例2的特征在于當用ECR '減鍍裝置來在諧振器端面上形成 密著層時,將為濺鍍靶而施加的RF功率設(shè)為2級功率,以低速的成 膜階段和高速的成膜階段的多級的生長速度來形成密著層。其它方法 與實施例1相同。
圖4是本發(fā)明實施例2的氮化物半導體激光器的諧振器的剖視圖。 如圖4所示,在光出射側(cè)諧振器端面40上形成由不含Ar的氮化物電 介質(zhì)構(gòu)成的第一密著層41,在第一密著層41的表面上形成以比第一 密著層41高的速度成膜的由氮化物電介質(zhì)構(gòu)成的第二密著層42。在 第二密著層42的表面上,形成低反射端面鍍膜43。
另外,在光反射側(cè)諧振器端面44上,形成由不含Ar的氮化物電 介質(zhì)構(gòu)成的第一密著層45,在第一密著層45的表面上形成以比第一 密著層45高的速度成摸的由氮化物電介質(zhì)構(gòu)成的第二密著層46。在 第二密著層46的表面上,形成高反射端面鍍膜47。
還有,第一密著層41、 45和第二密著層42、 46由鋁、鉭、鈦、 硅、鈮、鋯的任意氮化物形成。
接著,就圖4所示的諧振器的制造方法進行詳細說明。
將經(jīng)劈開而形成的半導體激光器線陣列400,以使光出射側(cè)諧振 器端面40成為成膜面的方式固定在夾具中,在導入到ECR濺鍍裝置 的成膜室后用真空泵來進行排氣。
用真空泵來排氣而使成膜室成為真空狀態(tài)后,以10sccm的流量 向ECR容器內(nèi)導入由氮組成的氣體,并通過施加500W的微波來生成 氮等離子體。然后,對由鋁構(gòu)成的靶,施加50W的RF功率來濺鍍靶, 形成作為第一密著層41的氮化鋁例如2nm。在形成第一密著層41后, 將施加在靶的RF功率提升到500W,提升賊鍍的成膜速度,以比第一 密著層41高的速度形成由氮化鋁構(gòu)成的第二密著層42。這時,光出
9射側(cè)諧振器端面40受第一密著層41的保護,因此提高第二密著層42 的成膜速度也能抑制等離子體對光出射側(cè)諧振器端面40表面的損傷。
在形成第二密著層42后,在第二密著層42上形成低反射端面鍍 膜43。形成方法與實施例1中低反射端面鍍膜22的形成方法相同。
接著,將半導體激光器線陣列400,以使光反射側(cè)諧振器端面44 成為成膜面的方式固定在夾具中,以10sccm的流量向真空狀態(tài)的成 膜室的ECR容器內(nèi)導入由氮組成的氣體,并通過施加500W的微波來 生成氮等離子體。然后,對由鋁構(gòu)成的靶施加50W的RF功率,在光 反射側(cè)諧振器端面44上形成由氮化鋁構(gòu)成的第一密著層45。在形成 第一密著層45后,通過將施加到靶上的RF功率提升到500W,來提 高賊鍍的成膜速度,以比第一密著層45高的速度形成由氮化鋁構(gòu)成 的第二密著層46。
在形成第二密著層46后,在第二密著層46上形成高反射端面鍍 膜47。形成高反射端面鍍膜47的方法與實施例1中的形成高反射端 面鍍膜25的方法相同。
還有,在本實施例2中形成光出射側(cè)諧振器端面40側(cè)后形成光反 射側(cè)諧振器端面44側(cè),^f旦可按相反的順序形成。另外,最好在適合 量產(chǎn)工序的成膜速度的范圍內(nèi)以低功率形成第一密著層41、 45。
由以上的描述,雖然在形成第一密著層41時,通過將施加到靶的 RF功率設(shè)為低功率來降低成膜速度,但同時減少等離子體對光出射 側(cè)諧振器端面40及光反射側(cè)諧振器端面44的損傷。這樣,以低速的 成膜階段和高速的成膜階段的多級的生長速度來形成密著層,因此可 進一步改善實施例1中所獲得的效果。
權(quán)利要求
1. 一種采用了氮化物III-V族半導體的氮化物半導體激光器的制造方法,其特征在于包括(a)利用由氮氣組成的等離子體,在諧振器端面(20、23)上形成由氮化物電介質(zhì)構(gòu)成的密著層(21、24)的工序;以及(b)在所述密著層(21、24)上形成由電介質(zhì)構(gòu)成的鍍膜(22、25)的工序。
2. 如權(quán)利要求1所述的氮化物半導體激光器的制造方法,其特 征在于在所述工序(a)中,所述密著層(21、 24)由鋁、鉭、硅、 鈮、鋯的任意氮化物來形成。
3. 如權(quán)利要求1所述的氮化物半導體激光器的制造方法,其特 征在于在所述工序(b)中,所述鍍膜(22、 25)是利用由包含氬氣 的氣體組成的等離子體來形成的。
4. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的氮化物半導體激光器的制 造方法,其特征在于在所述工序(a)中,以低速的成膜階段和高速 的成膜階^:的多級的生長速度來形成所述密著層(41、 42、 45、 46)。
5. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的氮化物半導體激光器的制 造方法,其特征在于在所述工序(a)中,采用ECR濺鍍裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供減小在諧振器端面上形成的氮化物電介質(zhì)膜的應(yīng)力,并減少在形成氮化物電介質(zhì)膜時產(chǎn)生的對諧振器端面的損傷的、可靠性高的氮化物半導體激光器的制造方法。本發(fā)明的氮化物半導體激光器的制造方法,是采用氮化物III-V族半導體的氮化物半導體激光器的制造方法,其特征在于包括(a)利用由氮氣組成的等離子體,在光出射側(cè)諧振器端面(20)和光反射側(cè)諧振器端面(23)上形成由氮化物電介質(zhì)構(gòu)成的密著層(21、24)的工序;以及(b)在密著層(21、24)上形成由電介質(zhì)構(gòu)成的低反射端面鍍膜(22)和高反射端面鍍膜(25)的工序。
文檔編號H01S5/028GK101465518SQ200810183988
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者中川康幸, 白濱武郎, 臧本恭介, 鈴木洋介 申請人:三菱電機株式會社
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