專利名稱：氮化物半導(dǎo)體器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，制備氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方 法和氮化物半導(dǎo)體晶體管器件。
背景技術(shù)：
通常，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，已知氮化物半導(dǎo)體激光器因發(fā)光 部分的退化而導(dǎo)致低可靠性。據(jù)認(rèn)為由于非輻射性復(fù)合能級(jí)的存在，從發(fā) 光部分中過度產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致發(fā)光部分的退化。發(fā)光部分的氧化被認(rèn)為是 非輻射性復(fù)合能級(jí)的主因。
因此，為了防止發(fā)光部分的氧化，在發(fā)光部分形成三氧化二鋁(Ab03)、 氧化硅(Si02)等的涂斷參見，例如日本專利公開號(hào)2002-335053)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了研究，旨在實(shí)現(xiàn)即使在高功率驅(qū)動(dòng)時(shí)，也不顯 示出因發(fā)光部分的退化導(dǎo)致的低可靠性的氮化物半導(dǎo)體激光器。
對(duì)于常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激光器，所述激光器每個(gè)都具有在發(fā)光側(cè)的小 平面形成的80nm厚的三氧化二鋁涂膜，并且具有在光反射側(cè)的小平面處 形成的氧化硅膜/氧化鈦膜的多層膜，其中反射率為95%，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了兩種老化試驗(yàn)在低溫和低功率的條件(30。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率
30mW)下的老化試驗(yàn)；和在高溫和高功率的條件(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率 100mW)下的老化試驗(yàn)。結(jié)果，在低溫和低功率的條件下的老化試驗(yàn)中， 所述器件穩(wěn)定工作超過3000小時(shí)。在高溫和高功率的條件下的老化試驗(yàn) 中，觀察到由于在發(fā)光部分的COD(災(zāi)變性光學(xué)損傷)，許多氮化物半導(dǎo)體 激光器在約400小時(shí)之后停止發(fā)光。因此，在常規(guī)的氮化物半導(dǎo)體激光器 中，發(fā)現(xiàn)發(fā)光部分的COD是在高溫和高功率的條件下400小時(shí)相對(duì)較短 的老化時(shí)間的問題。
同樣，在高溫和高功率的條件下驅(qū)動(dòng)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的 情況下，它的發(fā)光表面，即發(fā)光部分，可能退化，從而導(dǎo)致劣化的可靠性。 在使用氮化物半導(dǎo)體的氮化物半導(dǎo)體晶體管器件如HFET(異質(zhì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)效 應(yīng)晶體管)中，也需要提高的可靠性。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供即使在高溫和高功率下被驅(qū)動(dòng)，也 具有足夠的可靠性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，和制備所述氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光器件的方法，以及具有提高的可靠性的氮化物半導(dǎo)體晶體管器件。
本發(fā)明提供一種包含在發(fā)光部分形成的涂膜的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器 件。所述涂膜包含氮化鋁晶體或氧氮化鋁晶體。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，氮化鋁晶體或氧氮化 鋁晶體具有與形成發(fā)光部分的氮化物半導(dǎo)體晶體的晶軸對(duì)齊(aligned with) 的晶軸。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，涂膜的厚度是至少 6nm并且至多150nm。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在涂膜上形成由氧化 物、氧氮化物或氮化物制成的膜。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在涂膜上的由氧化物 制成的膜是氧化鋁膜、氧化硅膜、氧化鈦膜、氧化鉿膜、氧化鋯膜、氧化 鈮膜、氧化鉭膜或氧化釔膜。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在涂膜上的由氧氮化 物制成的膜是具有與涂膜的組成不同的組成的氧氮化鋁膜或氧氮化硅膜。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在涂膜上的由氮化物制成的膜是氮化鋁膜或氮化硅膜。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在涂膜上形成氟化鎂膜。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化物半導(dǎo)體激光器，并且可以在 氮化物半導(dǎo)體激光器的發(fā)光側(cè)的小平面上形成所述涂膜。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，并 且可以在氮化物半導(dǎo)體二極管器件的發(fā)光表面上形成所述涂膜。
在此，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化物半導(dǎo)體激光器或氮
化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的情況下，優(yōu)選使用由組成結(jié)構(gòu)式AlsGatN (s+t=l， (KsSl， 03Sl)表示的氮化物半導(dǎo)體制成的襯底作為襯底。在此， 在上述組成結(jié)構(gòu)式中，Al表示鋁，Ga表示鎵，N表示氮，s表示鋁的組成 比率，并且t表示鎵的組成比率。
本發(fā)明還提供一種制備如上所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。所 述方法包括如下步驟使用氬或氮等離子體輻照發(fā)光部分；并且在等離子 體的輻照之后，在發(fā)光部分形成氮化鋁晶體或氧氮化鋁晶體。
優(yōu)選地，在制備根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，氮化 鋁晶體的形成溫度或氧氮化鋁晶體的形成溫度至少是200°C。
在制備根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，可以使用由 AlxOy (0<x<l， (Ky0.6)的組成結(jié)構(gòu)式表示的靶用氧化鋁形成氧氮化鋁晶 體，其中A1表示鋁，O表示氧，x表示鋁的組成比率，并且y表示氧的組 成比率。
本發(fā)明另外提供一種氮化物半導(dǎo)體晶體管器件，所述器件包含氮化物 半導(dǎo)體層和與所述氮化物半導(dǎo)體層接觸的柵極絕緣膜。所述柵極絕緣膜包 含氮化鋁晶體或氧氮化鋁晶體。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體晶體管器件中，氮化鋁晶體或氧氮 化鋁晶體具有與形成氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的晶軸。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種即使在高溫和高功率下被驅(qū)動(dòng)時(shí)也具有足 夠的可靠性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件；和一種制備所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 器件的方法；以及一種具有提高的可靠性的氮化物半導(dǎo)體晶體管器件。
從本發(fā)明在結(jié)合附圖時(shí)的如下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖l是示意性地顯示在一個(gè)實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的一個(gè) 優(yōu)選實(shí)例的橫截面圖。
圖2是示意性地顯示圖1所示的實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器在 空腔長(zhǎng)度方向上的側(cè)視圖。
圖3示意性地顯示了一種示例性ECR濺射沉積裝置的構(gòu)造。 圖4是在第一實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的發(fā)光側(cè)的小平面附
近的TEM照片。
圖5顯示了在圖4中所示的區(qū)域A的TEM電子衍射圖像。 圖6顯示了在圖4中所示的區(qū)域B的TEM電子衍射圖像。 圖7顯示了對(duì)于在第一實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，在老化之
前和在老化之后的COD水平的測(cè)定結(jié)果。
圖8顯示了在常規(guī)的氮化物半導(dǎo)體激光器的COD水平和老化時(shí)間之
間的關(guān)系。
圖9是示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體晶體管器件的一個(gè)優(yōu) 選實(shí)例的橫截面圖。
圖10是示意性地說明在氮化物半導(dǎo)體激光器的小平面處的剝離膜的 一個(gè)實(shí)例的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將描述本發(fā)明的實(shí)施方案。注意在本發(fā)明的附圖中，相同的參 考符號(hào)表示相同或相應(yīng)的部分。
為了解決上述問題，本發(fā)明人研究了在低溫和低功率的條件(30。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率30mW)下老化之后和在高溫和高功率的條件(70。C， CW 驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)下老化之后，具有上述構(gòu)造的常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激 光器各自變化的COD水平。
圖8顯示了在常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激光器的COD水平和老化時(shí)間之間 的關(guān)系。在圖8中，橫坐標(biāo)軸表示老化時(shí)間，并且縱坐標(biāo)軸表示COD水平。在此，COD水平指對(duì)于具有在如上所述條件下改變的老化時(shí)間的老
化后的氮化物半導(dǎo)體激光器中的每一個(gè)，當(dāng)在通過逐漸增加驅(qū)動(dòng)電流(cw
驅(qū)動(dòng))而增加光功率時(shí)，發(fā)光部分遭受COD的時(shí)候得到的光功率值。
如圖8中所示，在低溫和低功率的條件下老化之后，氮化物半導(dǎo)體激 光器由于發(fā)光部分的COD在約50小時(shí)的老化時(shí)間發(fā)生退化。然而，即使 在更長(zhǎng)的老化時(shí)間之后，COD水平也幾乎不變化。
另一方面，在高溫和高功率的條件下老化之后，氮化物半導(dǎo)體激光器 由于發(fā)光部分的COD在約50小時(shí)的老化時(shí)間發(fā)生退化。在約200小時(shí)的 老化時(shí)間之前，COD水平?jīng)]有大幅度下降。然而，在400小時(shí)的老化時(shí) 間之后，觀察到COD水平的大幅度下降。
基于上述結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在高溫和高功率的條件下的老化過程 中，由于在400小時(shí)的老化時(shí)間之后COD水平的下降，導(dǎo)致氮化物半導(dǎo) 體激光器的可靠性劣化。
本發(fā)明人認(rèn)為在空氣中的氧氣或O-H基團(tuán)通過在發(fā)光側(cè)的小平面形 成的三氧化二鋁涂膜傳輸，到達(dá)形成在發(fā)光側(cè)的小平面的氮化物半導(dǎo)體晶 體的表面，從而氧化氮化物半導(dǎo)體晶體，導(dǎo)致COD水平的劣化。換句話 說，據(jù)認(rèn)為對(duì)于空氣中的氧氣或O-H基團(tuán)，通過80nm厚的三氧化二鋁涂 膜傳輸需要約400小時(shí)。
在大多數(shù)情況下，通過EB(電子束)沉積、濺射或任何其它的方法，生 長(zhǎng)在發(fā)光側(cè)的小平面形成的涂膜。在這種情況下，已知涂膜幾乎是非晶形 的。在進(jìn)行上述試驗(yàn)之后，對(duì)氮化物半導(dǎo)體激光器的小平面進(jìn)行TEM(透 射電子顯微鏡)觀察，以觀察涂膜的電子衍射圖像。在此，觀察到非晶體特 有的光環(huán)圖像，從而證實(shí)涂膜是非晶形的。
因?yàn)榉蔷瓮磕ぞ哂械兔芏炔⑶野S多缺陷，所以本發(fā)明人認(rèn)為在 空氣中的氧氣或O-H基團(tuán)可以容易地通過非晶形涂膜。于是，作為詳細(xì)研 究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光部分形成 包含氮化鋁晶體或氧氮化鋁晶體的涂膜，可以得到在高溫和高功率驅(qū)動(dòng)下 的足夠的可靠性。從而完成了本發(fā)明。
此外，作為詳細(xì)研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)涂膜中的氮化鋁晶體 或氧氮化鋁晶體的晶軸與形成發(fā)光部分的氮化物半導(dǎo)體晶體的晶軸對(duì)齊時(shí)，可以進(jìn)一步提高在高溫和高功率驅(qū)動(dòng)下的可靠性。
優(yōu)選在本發(fā)明中，涂膜的厚度是至少6nm并且至多150nm。如果涂膜 的厚度小于6nm，則涂膜是如此薄以致不能充分抑制氧氣等通過涂膜的傳 輸。另一方面，如果涂膜的厚度超過150nm，則因?yàn)榻Y(jié)晶的涂膜具有比非 晶形涂膜更強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力，涂膜可能是有裂縫的。
在本發(fā)明中，如果在由氧氮化鋁晶體制成的涂膜中的氧含量高于構(gòu)成 涂膜的所有原子的35原子％，則涂膜與三氧化二鋁的性質(zhì)接近，并且氧氮 化鋁晶體的結(jié)晶性可能喪失。從而不能充分抑制氧氣等通過涂膜的傳輸。 因此，在本發(fā)明中，在由氧氮化鋁晶體制成的涂膜中的氧含量?jī)?yōu)選為等于 或小于35原子％，并且更優(yōu)選為等于或小于15原子％。
在此，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括例如，氮化物半導(dǎo)體激光 器或氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件。此外，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器 件指包括在襯底上形成的活性層和覆層的發(fā)光器件，所述襯底是由包含等 于或大于50質(zhì)量％的化合物的材料形成的，所述的化合物由選自鋁、銦和 鎵中的至少一種的第3族元素和作為第5族元素的氮形成。
此外，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體晶體管器件包括例如，使用氮化物半導(dǎo) 體的HFET。
(第一實(shí)施方案)
圖1是示意性地顯示在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的一個(gè)優(yōu) 選實(shí)例的橫截面圖。在此，將本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器100配 置成包含由n型GaN制成的厚度為0.2pm的緩沖層102，由n型 Al,Gao.94N制成的厚度為2.3pm的n型包層103，由n型GaN制成的厚 度為0.02|im的n型引導(dǎo)層包層104，由4nm厚的InGaN和8nm厚的GaN 制成的多量子阱活性層105，由p型AlQ.3Gao.7N制成的厚度為20nm的p 型電流阻擋層106，由p型Alo.05Gao.95N制成的厚度為0.5(_im的p型包層 107，以及由p型GaN制成的厚度為0.1pm的p型接觸層108，通過外延 生長(zhǎng)將它們從半導(dǎo)體襯底101以此順序?qū)盈B在由n型GaN制成的半導(dǎo)體 襯底101上。在此，在上述層的每一個(gè)中的混合晶體比率被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整， 并且與本發(fā)明的本質(zhì)無關(guān)。根據(jù)多量子阱活性層105的混合晶體比率，將從本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光的波長(zhǎng)適當(dāng)?shù)卦诶纾?br> 370nm-470nm的范圍內(nèi)調(diào)整。在本實(shí)施方案中，將激光的波長(zhǎng)設(shè)定為 405nm。
形成在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器100，形成的方式是部分 除去p型包層107和p型接觸層108，使得條紋狀脊條紋部分111在空腔 長(zhǎng)度方向上延伸。在此，脊條紋部分111的條紋寬度是，例如約1.2-2.4,， 典型地約1.5pm。
p-電極110由在p型接觸層108的表面上的Pd層、Mo層和Au層的 多層制成。在p電極110下面除形成脊條紋部分111的部分以外的部分， 安置由Si02層和Ti02層的多層制成的絕緣膜109。另外，在n型GaN 襯底101的與層疊上述層的一側(cè)相反的表面上，形成由Hf層和Al層的 多層制成的n-電極112。
圖2是示意性地顯示圖1所示的本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器 在空腔長(zhǎng)度方向上的側(cè)視圖。在此，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光 器100發(fā)光側(cè)的小平面113上，形成厚度為6nm的涂膜114，所述涂膜114 由組成結(jié)構(gòu)式AU)bNe(a+b+c^， (KbS0.35)表示的氧氮化鋁制成。在涂膜 114上形成厚度為SOnm的氧化鋁膜115。在此，在上述組成結(jié)構(gòu)式中， Al表示鋁、O表示氧，并且N表示氮。此外，在上述組成結(jié)構(gòu)式中，a表 示鋁的組成比率，b表示氧的組成比率，并且c表示氮的組成比率。在通 過濺射形成涂膜的情況下，可以包含某種程度的氬。然而，在此，在不包 括除A1、 O和N以外的氬等的基礎(chǔ)上，表示組成比率。換句話說，Al、 O 和N的組成比率總計(jì)為1。
此外，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器100的光反射側(cè)的小平 面116上，以如下順序形成厚度為6nm的氧氮化鋁膜117，厚度為80nm 的氧化鋁膜118和高反射膜119。通過如下方法形成高反射膜119:層疊 四對(duì)厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為46nm的氧化鈦膜(從氧化硅膜開始 層疊)，之后在最外面的表面上形成厚度為142nm的氧化硅膜。
在如下制備的樣品的小平面113和小平面116上，分別形成如上所 述的涂膜114、氧化鋁膜115、氧氮化鋁膜117、氧化鋁膜118和高反射膜 119:將通過在上述半導(dǎo)體襯底上依次層疊上述氮化物半導(dǎo)體層如緩沖層，形成脊條紋部分，之后形成絕緣膜，p-電極和n-電極而形成的晶片解理， 以暴露小平面113和小平面116作為解理表面。
在形成上述涂膜114之前，優(yōu)選為了清潔，通過在沉積裝置中，在例 如等于或高于100。C的溫度下加熱小平面113，除去附著在小平面113上 的氧化物膜或雜質(zhì)。然而，在本發(fā)明中可以不進(jìn)行這種清潔。備選地，可 以通過用氬或氮等離子體輻照小平面113，清潔小平面113。然而，在本 發(fā)明中可以不進(jìn)行這種清潔。可以在加熱小平面113的同時(shí)使用等離子體 輻照。對(duì)于如上所述的等離子體輻照，例如，也可以使用氬等離子體，之 后繼續(xù)使用氮等離子體?？梢砸韵喾吹捻樞蚴褂玫入x子體。除氬和氮以外， 例如，還可以使用如氦、氖、氙或氪這樣的稀有氣體。
可以通過例如如下所述的ECR(電子回旋共振)濺射，形成上述涂膜 114，或者可以通過任何其它的濺射、CVD(化學(xué)氣相沉積)、EB(電子束) 蒸發(fā)等，形成上述涂膜114。
圖3顯示了一種示例性ECR濺射沉積裝置的構(gòu)造。在此，ECR濺射 沉積裝置包含沉積室200，電磁線圈203和微波引入窗202。沉積室200 配置有氣體入口 201和氣體出口 209。在沉積室200中安置有連接到 RF電源208的Al靶204，并且安置有加熱器205。在沉積室200中安置 有樣品臺(tái)207。將如上所述的樣品206放置在樣品臺(tái)207上。在此，安置 電磁線圈203以產(chǎn)生用于產(chǎn)生等離子體必需的磁場(chǎng)。將RF電源208用來 濺射Al靶204。此外，將微波210通過微波引入窗202引入到沉積室200。
然后，從氣體入口 201，將氮?dú)庖?.2sccm的流速引入到沉積室200 中，以l.Osccm的流速引入氧氣，并且以20.0sccm的流速引入氬氣，以有 效地產(chǎn)生等離子體，從而提高沉積速率。在此，通過改變?cè)诔练e室200 中的氮?dú)夂脱鯕庵g的比率，可以改變?cè)谏鲜鐾磕?14中的氧含量。另外， 對(duì)Al靶204施加500W的RF功率，以濺射Al靶204。如果使用產(chǎn)生等 離子體必需的500W的微波功率，則可以以1.7人/秒的沉積速率形成由氧 氮化鋁制成的涂膜114，所述涂膜114對(duì)于波長(zhǎng)為405nm的光具有2.1的 折射率?？梢酝ㄟ^例如AES(俄歇電子能譜)測(cè)量構(gòu)成涂膜114的鋁、氮和 氧的各自含量(原子％)。還可以通過TEM-EDX(透射電子顯微鏡-能量分散 X射線光譜)測(cè)量構(gòu)成涂膜114的氧的含量。通過AES，在厚度方向上分析分別在與上述相同的條件下制備的氧氮 化鋁的組成。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)氧氮化鋁在厚度方向上具有大致均勻的組成，其
中鋁含量為34.8原子％，氧含量為3.8原子％并且氮含量為61.4原子％。在此， 還檢測(cè)到極少量的氬。在此，因?yàn)槲樟艘氲接糜跒R射A1耙204的沉積 室200中的部分氬氣，所以存在氬。在涂膜100中的鋁、氧、氮和氬的所 有原子總計(jì)為IOO原子％時(shí)，在涂膜114中的氬含量在大于0原子％并且小 于5原子％的范圍內(nèi)。氬含量通常是約等于或高于1原子％，并且等于或低 于3原子％，但本發(fā)明不限于此。
此外，還可以類似于上述涂膜114,通過ECR濺射形成在發(fā)光側(cè)的氧 化鋁膜115，和在光反射側(cè)的氧氮化鋁膜117、氧化鋁膜118以及高反射膜 119。優(yōu)選地，在形成這些膜之前，還進(jìn)行使用加熱的清潔和/或使用等離 子體輻照的清潔。在此，在光密度高的發(fā)光側(cè)的發(fā)光部分的退化顯著，而 與發(fā)光側(cè)相比，在光密度低的光反射側(cè)的退化通常不顯著。因此，在本發(fā) 明中，在光反射側(cè)的小平面116上可以不安置如氧氮化鋁膜這樣的膜。在 此，在本實(shí)施方案中，在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為6nm的氧氮 化鋁膜117。然而，可以將氧氮化鋁膜117的厚度增加至例如50nm。
此外，可以在小平面上形成上述膜之后進(jìn)行加熱處理。這可以預(yù)期除 去在上述膜中包含的水分和提高膜質(zhì)量。
以這種方式，在上述樣品的發(fā)光側(cè)的小平面113上以如下順序形成涂 膜114和氧化鋁膜115，并且在光反射側(cè)的小平面116上以如下順序形成氧 氮化鋁膜117、氧化鋁膜118和高反射膜119。之后，將樣品分成小片，從 而獲得在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器。
圖4顯示了本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器在發(fā)光側(cè)的小平面附 近的TEM照片。圖5顯示了在圖4中所示的區(qū)域A的TEM電子衍射圖像，并 且圖6顯示了在圖4中所示的區(qū)域B的TEM電子衍射圖像。在圖4中顯示的區(qū) 域B延伸跨過兩個(gè)區(qū)域，即在發(fā)光側(cè)的小平面113和涂膜114。在圖6中， 減小斑點(diǎn)尺寸以將這兩個(gè)區(qū)域的衍射圖像相互區(qū)分開。
如圖5中所示，因?yàn)樵谶@種衍射圖像中，衍射斑點(diǎn)發(fā)散，所以應(yīng)理解 由氧氮化鋁制成的涂膜114的區(qū)域A的部分是結(jié)晶的。
在此，圖6中所示的箭頭表示在區(qū)域B中的涂膜114的衍射斑點(diǎn)。如圖6中所示，涂膜114的衍射斑點(diǎn)與形成在發(fā)光側(cè)的小平面113的氮化物半導(dǎo) 體晶體的衍射斑點(diǎn)幾乎一致。因此，確定形成在發(fā)光側(cè)的小平面113的氮
化物半導(dǎo)體晶體的晶軸是與形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的晶軸對(duì)齊的。
在此，嚴(yán)格來說，圖6沒有比較在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器 的發(fā)光部分和涂膜114之間的衍射斑點(diǎn)。然而，因?yàn)樵诎l(fā)光側(cè)的小平面113 是通過依次外延生長(zhǎng)出氮化物半導(dǎo)體層形成的晶片的小平面，所以可以假 定，形成在發(fā)光部分的小平面113的所有氮化物半導(dǎo)體晶體的晶軸是對(duì)齊 的。因此，可以假定形成發(fā)光部分(即在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器 發(fā)光側(cè)的小平面113的一部分)的氮化物半導(dǎo)體晶體的晶軸是與形成涂膜 114的氧氮化鋁晶體的晶軸對(duì)齊的。
在圖6中，涂膜114的衍射斑點(diǎn)與形成在發(fā)光側(cè)的小平面113的氮化物 半導(dǎo)體晶體的衍射斑點(diǎn)幾乎一致。然而，因?yàn)樾纬稍诎l(fā)光側(cè)的小平面113 的氮化物半導(dǎo)體晶體和形成涂膜114的氧氮化鋁晶體在晶格常數(shù)方面彼此 不同，所以可以在某種程度上變換這些衍射斑點(diǎn)的位置。另外，在圖6的 中間部分，形成在發(fā)光側(cè)的小平面113的氮化物半導(dǎo)體晶體的衍射斑點(diǎn)看 起來顯得尺寸大并且隱藏了涂膜114的衍射斑點(diǎn)。
表1顯示了形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的每一個(gè)方向上的平面距離 的結(jié)果，所述結(jié)果是從圖5中所示的涂膜114的衍射斑點(diǎn)得到的。作為參考， 還說明了在JCPD卡中所示的氮化鋁晶體的平面距離。在此，在本實(shí)施方案 中制備的涂膜114的C軸方向上的平面距離為2.48埃(人)。(表l)
氧氮化鋁晶體的 度量(人)氮化鋁晶體(JCPDS弁25-1133)d(人)hkl hkil晶帶軸
2.482.49002 0002<畫> <2-1-10〉
1.19U9022 02-221.331.35020 02-20此外，通過TEM觀察在涂膜114上的氧化鋁膜115的晶系，并且發(fā) 現(xiàn)它是非晶形的。
測(cè)定本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器分別在老化之前和在老化 (70°C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果示于圖7中。 如圖7所示，在老化之前的COD水平是約400mW，并且即使在400小時(shí) 的老化時(shí)間之后，COD水平也幾乎不降低。
原因可以假定如下。在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，形成涂 膜114的氧氮化鋁晶體具有如此高的結(jié)晶性，以致看起來好像是在形成在 發(fā)光側(cè)的小平面113的氮化物半導(dǎo)體晶體上外延生長(zhǎng)的。與被認(rèn)為包含許 多缺陷的非晶形涂膜相比，這種高結(jié)晶性膜有效地起著抑制氧氣的傳輸?shù)?作用。
在上述說明中，可以通過反應(yīng)濺射法形成由組成結(jié)構(gòu)式AlaObNc (a+b+c=l， (XbS0.35)表示的氧氮化鋁制成的涂膜114，所述反應(yīng)濺射法使 用由組成結(jié)構(gòu)式AlxOy (0<x<l， (Ky0.6)的氧化鋁制成的靶，代替在圖3 中所示的A1靶204，并且將氮?dú)庖氲匠练e室200中。在此情況下，即 使不是有意將氧氣等引入到沉積室200中，也可以形成涂膜114。因?yàn)殇X 是相對(duì)可氧化的，所以如果引入氧氣，則難以控制并且再現(xiàn)具有低氧含量 的涂膜114的組成。然而，如果將由組成結(jié)構(gòu)式AlxOy (0<x<l， 0<y<0.6)表示的氧化鋁用于靶并且在不引入氧氣的情況下，只將氮?dú)庖氲匠练e室 200中，則可以相對(duì)容易地形成具有低氧含量的涂膜114。在此，可以使 用由包含低氧含量的氧氮化鋁制成的靶以達(dá)到類似的效果。
注意在使用反應(yīng)濺射裝置的情況下，即使不使用由氧化鋁制成的靶， 也可以通過如下方法，制備在由鋁制成的靶的表面上具有氧化鋁的靶在 沉積室中安置由三氧化二鋁制成的靶，在引入氧氣的情況下，施加微波以 產(chǎn)生氧等離子體，然后使氧等離子體氧化由三氧化二鋁制成的靶的表面。
備選地，通過如下步驟1和步驟2，還可以使用由鋁制成的靶形成氧 氮化鋁膜。
步驟1
將氧氣引入到反應(yīng)濺射裝置的沉積室中，所述反應(yīng)濺射裝置包含在其 中安置的由鋁制成的靶，在施加微波的情況下產(chǎn)生氧等離子體。使由鋁制
成的靶暴露于氧等離子體中，使得在從由鋁制成的靶的表面約幾nm的深 度內(nèi)將鋁氧化。從而在由鋁制成的靶的表面上形成由氧化鋁制成的靶。 步驟2
之后，將氮?dú)夂蜌鍤庖氲匠练e室中并且在施加微波的情況下，使其 成等離子體狀態(tài)。然后，濺射在步驟l制備的由氧化鋁制成的靶。從而可 以形成氧氮化鋁膜。
在此，在上述說明中，可以在步驟1和步驟2之間另外提供如下步驟: 使氮化物半導(dǎo)體的表面暴露于氬氣、氮?dú)饣驓鍤夂偷獨(dú)獾臍怏w混合物的等 離子體中。
(第二實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平 面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造。
在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上形 成由氮化鋁制成的厚度為20nm的涂膜114，并且在涂膜114上形成厚度 為200nm的氧化鋁膜115。在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為12nm的氮化鋁膜，在所述氮 化鋁膜上形成厚度為80nm的氧化鋁膜，并且通過如下方法在所述氧化鋁 膜上形成高反射膜層疊四對(duì)厚度為81nm的氧化硅膜和厚度為54nm的 氧化鈦膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚度為 162nm的氧化硅膜。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氮化鋁晶體形成?；赥EM電子衍射圖像，還 發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面113 的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案， 還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的 COD水平也幾乎不降低。
(第三實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平 面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造。
在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上形 成厚度為40nm的涂膜114，所述涂膜114由組成結(jié)構(gòu)式A1。.330Q. N,的 氧氮化鋁制成，并且在涂膜114上形成厚度為240nm的氧化鋁膜115。
在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為12nm的氮化鋁膜，在所述氮 化鋁膜上形成厚度為80nm的氧化鋁膜，并且通過如下方法在所述氧化鋁 膜上形成高反射膜層疊四對(duì)厚度為81nm的氧化硅膜和厚度為54nm的 氧化鈦膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚度為 162nm的氧化硅膜。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氧氮化鋁晶體形成?；赥EM電子衍射圖像， 還發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面113的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案，
還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的 COD水平也幾乎不降低。
(第四實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平 面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造，并且發(fā)射激光的波長(zhǎng)為460nm。
在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上， 只形成由氧氮化鋁制成的厚度為50nm的涂膜114，其中反射率約為10%。
在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為6nm的氧氮化鋁膜，在所述氧 氮化鋁膜上形成厚度為80nm的氧化鋁膜，并且通過如下方法在所述氧化 鋁膜上形成高反射膜層疊四對(duì)厚度為81nm的氧化硅膜和厚度為54nm 的氧化鈦膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚度為 162nm的氧化硅膜。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氧氮化鋁晶體形成?；赥EM電子衍射圖像， 還發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面 113的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案， 還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的 COD水平也幾乎不降低。
(第五實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造。
在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上形 成厚度為50nm的涂膜114，所述涂膜114由組成結(jié)構(gòu)式Al^O^N^的 氧氮化鋁制成，并且在涂膜114上形成厚度為llOnm的氮化硅膜。
另外，在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為50nm的氧氮化鋁膜。 在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為50nrn的氧化硅膜。通過如下方法在所述 氧化硅膜上形成高反射膜層疊六對(duì)厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為 50nm的氮化硅膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚 度為142nm的氧化硅膜。
氮化硅膜比氧化硅膜更抗?jié)?，并且具有更低的氧氣滲透性(換句話說， 與在氧化硅膜中相比，O-H基團(tuán)和氧氣更不可能擴(kuò)散)。因此，氮化硅膜 在涂膜114上的形成提高了抑制由于氧氣的傳輸引起的、在發(fā)光側(cè)的小平 面113的氧化的可能性。
在此，在涂膜114上的氮化硅膜的厚度優(yōu)選為5mn或更厚，并且更優(yōu) 選為80nm或更厚。如果在涂膜114上的氮化硅膜的厚度小于5nm，則可 能難以將膜均勻地沉積到涂膜114的表面中。如果比80nm更厚，則可以 增加抑制氧擴(kuò)散的效果。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氧氮化鋁晶體形成。基于TEM電子衍射圖像， 還發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面 113的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案， 還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的 COD水平也幾乎不降低。
(第六實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造。
在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上形 成厚度為30nrn的涂膜114，所述涂膜114由組成結(jié)構(gòu)式Al。.31Oo.o3N。.66的 氧氮化鋁制成，在涂膜114上形成厚度為140nm的氮化硅膜，并且在所述 氮化硅膜上形成厚度為140nm的氧化硅膜。在此，在涂膜114上的氮化硅 膜和在所述氮化硅膜的氧化硅膜各自的厚度優(yōu)選為5nm或更厚。如果這些 膜各自的厚度小于5nm，則可能難以將膜均勻地沉積到表面中。
另外，在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為50nm的氧氮化鋁膜。 在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為50nm的氧化硅膜。通過如下方法在所述 氧化硅膜上形成高反射膜層疊六對(duì)厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為 50nm的氮化硅膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚 度為142nm的氧化硅膜。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氧氮化鋁晶體形成?；赥EM電子衍射圖像， 還發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面 113的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案， 還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的 COD水平也幾乎不降低。
另外，在厚度為140nm的氧化鋁膜代替氧化硅膜，作為本實(shí)施方案中 的氮化物半導(dǎo)體激光器的在發(fā)光側(cè)的小平面113側(cè)的最外表面層的情況 下，還如上所述測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD 水平。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)如在上述說明中，即使在老化400小時(shí)之后，COD水 平也幾乎不降低。
(第七實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造。
在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上形 成厚度為30nrn的涂膜114，所述涂膜114由組成結(jié)構(gòu)式Alo.320謹(jǐn)N,的 氧氮化鋁制成，在涂膜114上形成厚度為140nm的氮化硅膜，并且在所述 氮化硅膜上形成厚度為160nm的氧化鋁膜。
另外，在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為50nm的氧氮化鋁膜。 在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為50nm的氧化硅膜。通過如下方法在所述 氧化硅膜上形成高反射膜層疊六對(duì)厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為 50nm的氮化硅膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚 度為142nm的氧化硅膜。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氧氮化鋁晶體形成?；赥EM電子衍射圖像， 還發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面 113的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案， 還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的 COD水平也幾乎不降低。
另外，在厚度為140nm的氧化硅膜代替氧化鋁膜，作為本實(shí)施方案中 的氮化物半導(dǎo)體激光器的在發(fā)光側(cè)的小平面113側(cè)的最外表面層的情況 下，還如上所述測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD 水平。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)如在上述說明中，即使在老化400小時(shí)之后，COD水 平也幾乎不降低。
(第八實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平 面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造。在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上形
成厚度為60nm的涂膜114,所述涂膜114由組成結(jié)構(gòu)式Alo.32Oo.o8N,的 氧氮化鋁制成，并且在涂膜114上形成厚度為230nm的氧氮化硅膜。在此，
在涂膜114上的氧氮化硅膜由組成結(jié)構(gòu)式Sio,3480o.()4N().6!2表示。硅含量為
34.8原子％，氧含量為4.0原子％并且氮含量為61.2原子％。
另外，在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為50nm的氧氮化鋁膜。 在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為50nm的氧化硅膜。通過如下方法在所述 氧化硅膜上形成高反射膜層疊六對(duì)厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為 50nm的氮化硅膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚 度為142nm的氧化硅膜。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氧氮化鋁晶體形成?；赥EM電子衍射圖像， 還發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面 113的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案， 還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的 COD水平也幾乎不降低。
(第九實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平 面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造。
在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上形 成厚度為40nm的涂膜114，所述涂膜114由組成結(jié)構(gòu)式Alo.320謹(jǐn)N,的 氧氮化鋁制成，并且在涂膜114上形成厚度為100nm的氧化鋯膜。
另外，在光反射側(cè)的小平面116上形成厚度為50nm的氧氮化鋁膜。 在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為50nm的氧化硅膜。通過如下方法在所述 氧化硅膜上形成高反射膜層疊六對(duì)厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為50nm的氮化硅膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚 度為142nm的氧化硅膜。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氧氮化鋁晶體形成?；赥EM電子衍射圖像， 還發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氧氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面 113的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案， 還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的 COD水平也幾乎不降低。
(第十實(shí)施方案)
在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與在第一實(shí)施方案中的 氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變了在發(fā)光側(cè)的小平 面113上形成的膜的構(gòu)造，和在光反射側(cè)的小平面116上形成的膜的構(gòu) 造。
在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面113上形 成由氮化鋁制成的厚度為50nm的涂膜114，并且在涂膜114上形成厚度 為140nm的氮化硅膜。
另外，在光反射順J的小平面116上形成厚度為50nm的氮化鋁膜。在 所述氮化鋁膜上形成厚度為50nm的氧化硅膜。通過如下方法在所述氧化 硅膜上形成高反射膜層疊六對(duì)厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為50nm 的氮化硅膜(從氧化硅膜開始層疊)，之后，在最外面的表面上形成厚度為 142nm的氧化硅膜。
在此，類似于第一實(shí)施方案，通過TEM電子衍射圖像確定涂膜114 的晶系。發(fā)現(xiàn)涂膜114由氮化鋁晶體形成?；赥EM電子衍射圖像，還 發(fā)現(xiàn)，形成涂膜114的氮化鋁晶體的晶軸是與形成在發(fā)光側(cè)的小平面113 的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的。
對(duì)于在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，類似于第一實(shí)施方案， 還測(cè)量在老化(70。C， CW驅(qū)動(dòng)，光功率100mW)之后的COD水平。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)即使在老化400小時(shí)之后，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的
COD水平也幾乎不降低。
如在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在由氮化物半導(dǎo)體晶體形
成的在發(fā)光側(cè)的小平面113上，形成由氮化鋁晶體制成的涂膜114，所述 涂膜114是這樣結(jié)晶的，其中晶軸與形成在發(fā)光側(cè)的小平面113的氮化物 半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的情況下，考慮到提高可靠性，在涂膜114上形成的膜優(yōu) 選為氮化硅膜、氧氮化硅膜或氧氮化鋁膜，而不是由氧化物制成的膜。
此外，對(duì)在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的小平面部分進(jìn)行目 視檢查(在分成小片之后，通過立體顯微鏡等，觀察在氮化物半導(dǎo)體激光器 的小平面上形成的膜的剝離狀態(tài))。在此，發(fā)現(xiàn)在本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo) 體激光器中，與在第二實(shí)施方案中的包含在由氮化鋁制成的涂膜114上形 成的氧化鋁膜的氮化物半導(dǎo)體激光器相比，可以減少在發(fā)光側(cè)的小平面上 形成的膜的剝離。
在此，當(dāng)在由氮化鋁制成的涂膜114上形成由氧化物制成的膜時(shí)，全 部中的88%沒有遭到膜剝離(以下稱為"相對(duì)于剝離膜的收率")。當(dāng)在由氮 化鋁膜制成的涂膜114上形成由氮化物或氧氮化物制成的膜時(shí)，相對(duì)于剝 離膜的收率為全部中的94%。
在分成小片的過程中，例如在圖10中的示意性橫截面所示的氮化物 半導(dǎo)體激光器中由C表示的區(qū)域中，經(jīng)常發(fā)生這種膜的剝離。這種膜的剝 離在隨后的裝配步驟和/或老化試驗(yàn)中進(jìn)一步發(fā)展，從而導(dǎo)致缺陷。應(yīng)指出 圖10中所示的氮化物半導(dǎo)體激光器具有電流阻塞用的由Si02層和Ti02 層的多層制成的絕緣膜78，和注入電流用的p-側(cè)電極79。
考慮到上述，在涂膜114由氮化鋁制成的情況下，在涂膜114上形成 的膜更優(yōu)選為氮化物或氧氮化物。在涂膜114由氧氮化鋁制成的情況下， 沒有觀察到相對(duì)于剝離膜的收率的任何差別，這可以歸因于如上所述在涂 膜114上的膜的材料的差別。因此，可以認(rèn)為，形成涂膜114的氧氮化鋁 可以減小在熱膨脹系數(shù)和內(nèi)應(yīng)力方面的差別。
此外，在第一至第十實(shí)施方案的方法中，通過制造電流阻塞用的圖1 中所示的絕緣膜109和圖10中所示的絕緣膜78，可以提高上述氮化物半 導(dǎo)體激光器的小平面中的相對(duì)于剝離膜的收率。在氮化物半導(dǎo)體激光器中，在脊條紋部分附近的膜的剝離最顯著。發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)在脊條紋部分旁邊形成的絕緣膜與在小平面上形成的膜接觸時(shí)，可 以有效地抑制在脊條紋部分附近的膜的剝離。這可能是因?yàn)樵诮^緣膜與在 小平面上形成的膜接觸的部分減少了畸變。在此，如果絕緣膜不與在小平 面上形成的膜接觸，則相對(duì)于剝離膜的收率降低至約全部中的60%。
在脊條紋部分旁邊形成的絕緣膜包括，例如由下列材料制成的膜氧 化物(硅、鋯、鉅、釔、鉿、鋁、鎵等的氧化物)、氮化物(鋁、硅等的氮化 物)或氧氮化物(鋁、硅等的氧氮化物)。
應(yīng)指出，盡管在上述第一至第十實(shí)施方案中，說明了脊條紋部分111
的條紋寬度是約1.2-2.4pm，但是還可以將本發(fā)明適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于照明用的
寬面積型氮化物半導(dǎo)體激光器(其中脊條紋部分111的條紋寬度是約
2-100拜)。
在上述第一至第十實(shí)施方案中，涂膜114的形成溫度優(yōu)選等于或高于 200°C。在這種情況下，可以提高氮化鋁晶體或形成涂膜114的氧氮化鋁 晶體的結(jié)晶性。
如果如在第一至第十實(shí)施方案中，在制造電極結(jié)構(gòu)和電流阻塞結(jié)構(gòu)之 后形成涂膜114，則考慮到防止這些結(jié)構(gòu)的破裂，涂膜114的形成溫度優(yōu) 選等于或低于500。C。
如上所述，對(duì)于在發(fā)光部分形成的涂膜114，所述發(fā)光部分由氮化物 半導(dǎo)體激光器的氮化物半導(dǎo)體晶體制成，不但在使用氮化鋁時(shí)，而且在使 用含氧材料如氧氮化鋁時(shí)，可以使這些材料結(jié)晶，使得氮化鋁晶體或氧氮 化鋁晶體的晶軸與發(fā)光部分的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊，從而提高氮化物半 導(dǎo)體激光器的COD水平，并且有效地防止發(fā)光部分經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的退化。
在此，在上述第一至第十實(shí)施方案中，使用n型GaN襯底作為半導(dǎo) 體襯底101。本發(fā)明的特征在于，在由氮化物半導(dǎo)體晶體制成的發(fā)光部分 形成由氮化鋁晶體或氧氮化鋁晶體制成的涂膜114，所述氮化鋁晶體或氧 氮化鋁晶體具有與發(fā)光部分的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的晶軸，從而提高氮 化物半導(dǎo)體激光器的可靠性。因此，由組成結(jié)構(gòu)式AlsGatN(s+t^， 0S《1， 03^1)表示的氮化物半導(dǎo)體制成的襯底優(yōu)選用作半導(dǎo)體襯底101。考慮到 減少與涂膜114的晶格失配并且減少缺陷或畸變，優(yōu)選將包含鋁的氮化物半導(dǎo)體襯底，如AlN襯底或AlGaN襯底用作半導(dǎo)體襯底101。
在上述第一至第十實(shí)施方案中，通過將氮化物半導(dǎo)體層依次層疊在由 氮化物半導(dǎo)體制成的半導(dǎo)體襯底上，來制造氮化物半導(dǎo)體激光器。根據(jù)半 導(dǎo)體襯底101的氮化物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)表面，改變?cè)诎雽?dǎo)體襯底101的生 長(zhǎng)表面上層疊的氮化物半導(dǎo)體層的表面狀態(tài)，并且還可以改變?cè)诘锇?導(dǎo)體層的側(cè)表面上形成的涂膜114的結(jié)晶性。從而發(fā)現(xiàn)，氮化物半導(dǎo)體激 光器的半導(dǎo)體襯底101的生長(zhǎng)表面可以影響涂膜114的結(jié)晶性。在此，由 氮化物半導(dǎo)體制成的半導(dǎo)體襯底101的氮化物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)表面優(yōu)選為 <:-平面{0001}、 A-平面(ll-20)、 R-平面(l-102)或M-平面O-100)，并且生 長(zhǎng)表面與這些晶面的任何一個(gè)的斜角優(yōu)選在2°內(nèi)。
應(yīng)該指出，盡管基本上應(yīng)該用上劃線表示的任何給定的數(shù)字表示晶體 平面或方向，但是因?yàn)楸硎居邢?，在本說明書中，它用在任何給定的數(shù)字 前面的"-"表示，代替由上劃線表示。
此外，在上述第一至第三實(shí)施方案中，在涂膜114上形成氧化鋁膜115 以控制反射率。備選地，可以形成例如選自下列中的至少一種氧化物膜， 如氧化鋁膜、氧化硅膜、氧化鈦膜、氧化鉿膜、氧化鋯膜、氧化鈮膜、氧 化鉭膜或氧化釔膜；氮化物膜如氮化鋁膜或氮化硅膜；以及具有與涂膜114 不同組成的氧氮化物膜如氧氮化鋁膜或氧氮化硅膜。備選地，在涂膜114 上可以不形成膜。備選地，可以在涂膜114上形成氟化鎂(MgF)膜作為由 氟化物制成的膜。
例如，將厚度為20 nm的氧含量為10原子％的氧氮化鋁膜用作涂膜 114，并且在涂膜114上形成厚度為150nm的氮化硅膜。因?yàn)槿缟纤觯?氮化硅膜抗?jié)?，并且具有低的氧氣滲透性，所以在由氧氮化鋁膜形成的涂 膜114上形成氮化硅膜，可以抑制由于氧氣的傳輸導(dǎo)致的發(fā)光部分的氧化。
在本發(fā)明中，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件為氮化物半導(dǎo)體二極管器件的 情況下，在氮化物半導(dǎo)體二極管器件的發(fā)光表面(光引出表面)上包含氮化 鋁晶體或氧氮化鋁晶體的涂膜。在此，發(fā)光表面指從氮化物半導(dǎo)體二極管 器件中引出光的表面，并且可以是氮化物半導(dǎo)體二極管器件的頂部表面、 底部表面和側(cè)面的任何一個(gè)。對(duì)氮化物半導(dǎo)體二極管器件的發(fā)射波長(zhǎng)(具有 最高發(fā)射強(qiáng)度的光的波長(zhǎng))沒有限制，并且本發(fā)明可以適用于在約360nm的紫外范圍內(nèi)的波長(zhǎng)、或在可見光區(qū)內(nèi)的波長(zhǎng)。此外，由于與上述類似的 原因，優(yōu)選涂膜的氮化鋁晶體或氧氮化鋁晶體的晶軸與形成發(fā)光表面的氮
化物半導(dǎo)體晶體的晶軸對(duì)齊，并且涂膜的厚度優(yōu)選為至少6nm并且至多 150nm。例如，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體二極管器件中，可以形成厚度為 6nm的包含氧氮化鋁晶體的涂膜，并且可以在其上形成厚度為80nm的氧 化鋁膜。
在本發(fā)明中，在涂膜由氧氮化鋁晶體形成的情況下，可以以漸次變化 的方式改變氧含量(氧含量從發(fā)光部分和涂膜之間的界面向涂膜的最外表 面逐漸降低或增加)。實(shí)際上，在涂膜中氧含量具有某種程度的變化。優(yōu)選 地，在涂膜中的氧含量?jī)?yōu)選在等于或低于35原子°/。的范圍內(nèi)變化。
(第十一實(shí)施方案)
圖9是示意性地顯示MIS型HFET器件的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例作為在本發(fā)明 中的一個(gè)示例性氮化物半導(dǎo)體晶體管器件的橫截面圖。在此，MIS型HFET 器件具有如下構(gòu)造其中將GaN層72和AlGaN層73依次層疊在半導(dǎo)體 襯底71上。然后，在AlGaN層73上形成源極電極74和漏極電極75使 其相互隔開一定距離。在源極電極74和漏極電極75之間形成柵極絕緣膜 77。在柵極絕緣膜77上形成柵極電極76。在此，GaN層72和AlGaN層 73每一個(gè)都是本發(fā)明中的氮化物半導(dǎo)體的實(shí)例。
在此，在本實(shí)施方案中的MIS型HFET器件的特征在于，使用由氮化 鋁晶體或氧氮化鋁晶體形成的膜作為柵極絕緣膜77，所述氮化鋁晶體或氧 氮化鋁晶體具有與形成AlGaN層73的氮化物半導(dǎo)體晶體對(duì)齊的晶軸。因 此，可以防止泄漏電流并且可以提高可靠性。在此，柵極絕緣膜77的厚 度是例如約10nm，優(yōu)選在至少2nm并且至多50nm的范圍內(nèi)。
作為這種柵極絕緣膜77，例如，可以使用由組成結(jié)構(gòu)式AldOeNf (d+e+，1， (Xe^).35)表示的氧氮化鋁制成的膜。在這種組成結(jié)構(gòu)式中，d 表示鋁(A1)的組成比率，e表示氧(O)的組成比率，并且f表示氮(N)的組成 比率。
可以以與第一實(shí)施方案中的涂膜114類似的方法形成柵極絕緣膜77。 本發(fā)明提供即使在高溫和高功率下被驅(qū)動(dòng)時(shí)也具有足夠的可靠性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件；和制備所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法；以及 具有提高的可靠性的氮化物半導(dǎo)體晶體管器件。
此外，本發(fā)明可適用于在包含發(fā)光部分的小平面部分處具有窗結(jié)構(gòu)的 氮化物半導(dǎo)體激光器(例如，這種一種結(jié)構(gòu)其中在增加帶隙并且提高COD
水平的情況下，使在用于GaAs基半導(dǎo)體激光器件的小平面附近的活性層
的組成變得均勻)。
盡管詳細(xì)描述并且舉例說明了本發(fā)明，但是顯然應(yīng)理解本發(fā)明只是說 明性和示例性的，并且不認(rèn)為是限制性的，本發(fā)明的精神和范圍只受到后 附權(quán)利要求條款的限制。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包含在發(fā)光部分形成的涂膜，所述涂膜包含氧氮化鋁晶體，其中在由氧氮化鋁晶體制成的所述涂膜中的氧含量為等于或小于35原子％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述涂膜的厚 度是至少6nm并且至多150nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述涂膜上 形成由氧化物、氧氮化物或氮化物制成的膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述涂膜上 的所述由氧化物制成的膜是氧化鋁膜、氧化硅膜、氧化鈦膜、氧化鉿膜、 氧化鋯膜、氧化鈮膜、氧化鉭膜或氧化釔膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述涂膜上 的所述由氧氮化物制成的膜是具有與所述涂膜的組成不同的組成的氧氮 化鋁膜或氧氮化硅膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述涂膜上 的所述由氮化物制成的膜是氮化鋁膜或氮化硅膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述涂膜上 形成氟化鎂膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化物半導(dǎo)體激光器，并且在所述氮化物半導(dǎo)體激光器的 發(fā)光側(cè)的小平面上形成所述涂膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中使用由組成結(jié) 構(gòu)式AlsGatN表示的氮化物半導(dǎo)體制成的襯底作為襯底，其中s+t=l， OSsSl， 0W。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，并且在所述氮化物半導(dǎo) 體發(fā)光二極管器件的發(fā)光表面上形成所述涂膜。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中使用由組成 結(jié)構(gòu)式AlsGatN表示的氮化物半導(dǎo)體制成的襯底作為襯底，其中s+t=l，0^1， 0勉。
12. —種制備權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，所述 方法包括如下步驟使用氬或氮等離子體輻照所述發(fā)光部分；并且在所述等離子體的輻照之后，在所述發(fā)光部分形成所述氧氮化鋁晶體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中 所述氧氮化鋁晶體的形成溫度至少是200°C。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中 使用由組成結(jié)構(gòu)式AlxOy表示的靶用氧化鋁形成所述氧氮化鋁晶體，其中 0<x<l， 0<y<0.6。
全文摘要
本發(fā)明提供包含在發(fā)光部分形成的，并且包含氮化鋁晶體或氧氮化鋁晶體的涂膜的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件；和制備所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。本發(fā)明還提供包含氮化物半導(dǎo)體層和柵極絕緣膜的氮化物半導(dǎo)體晶體管器件，所述柵極絕緣膜與所述氮化物半導(dǎo)體層接觸并且包含氮化鋁晶體或氧氮化鋁晶體。
文檔編號(hào)H01S5/343GK101609961SQ20091015979
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月6日
發(fā)明者川口佳伸, 神川剛 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社