專利名稱：半導(dǎo)體激光器及其制造方法、光拾波器和光盤驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器的制造方法、半導(dǎo)體激光器、光拾波器和光盤驅(qū)動(dòng)裝置。 更具體地，本發(fā)明適合用于例如具有端面窗結(jié)構(gòu)(edgewindow structure)且使用氮化物基
ni-v族化合物半導(dǎo)體的脊?fàn)顥l紋半導(dǎo)體激光器以及使用這種半導(dǎo)體激光器作為光源的光
拾波器和光盤驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
為了增大半導(dǎo)體激光器的最大光輸出，有效的途徑是引入端面窗結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)
構(gòu)中，對(duì)于從活性層發(fā)出的光具有透明性的窗被設(shè)置在共振器端面上。 對(duì)于現(xiàn)有的GalnP基紅光發(fā)光半導(dǎo)體激光器，在生長(zhǎng)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)
體層之后，在與共振器端面對(duì)應(yīng)的位置附近通過將鋅原子擴(kuò)散至該半導(dǎo)體層來形成端面窗
結(jié)構(gòu)是有效的(例如，見日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)No. 2005-45009 (專利文獻(xiàn)1))。在此情況
下，在與共振器端面對(duì)應(yīng)的位置附近通過將鋅原子擴(kuò)散至半導(dǎo)體層來形成端面窗結(jié)構(gòu)，從
而能夠局部地增大該半導(dǎo)體層的帶隙能量。 近年來，高密度光盤驅(qū)動(dòng)裝置包括使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體作為光源 的半導(dǎo)體激光器。與GalnP基半導(dǎo)體相比，大部分氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體是具有 更高熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的材料。因此，通過使用對(duì)GalnP基紅光發(fā)光半導(dǎo)體激光器有 效的雜質(zhì)原子擴(kuò)散和濕式蝕刻很難在使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光 器中形成端面窗結(jié)構(gòu)。 于是，迄今為止，人們已經(jīng)對(duì)在使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激 光器中形成端面窗結(jié)構(gòu)的方法作出了各種提議和試驗(yàn)。下面說明迄今為止提出的形成端面 窗結(jié)構(gòu)的方法。 根據(jù)一些提出的方法，在通過劈開法形成激光條之后，通過使銦暴露在氫等離子 體中或者用激光照射而除去銦以增大共振器端面附近的帶隙能量來形成端面窗結(jié)構(gòu)(例 如，見日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)No. 2006-147814 (專利文獻(xiàn)2)和No. 2006-147815 (專利文獻(xiàn) 3))。然而，這些方法由于使用高真空室裝置因而需要投入大量資金，并且由于在劈開之后 對(duì)共振器端面進(jìn)行處理，因而就生產(chǎn)率而言通常也是不利的。 下面方法中提出了很多建議(例如，見日本專利申請(qǐng)公開公報(bào) No. 2004-134555 (專利文獻(xiàn)4)和No. 2003-60298 (專利文獻(xiàn)5) 、 PCT國(guó)際申請(qǐng)No. W0 03/036771 (專利文獻(xiàn)6)和日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)No. 2002-204036 (專利文獻(xiàn)7))。具 體地，首先，在基板上外延生長(zhǎng)形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層。然后利用反應(yīng)離子蝕刻(reactive ion etching, RIE)方法蝕刻與共振器端面對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體層的部分。隨后，在蝕 刻部分上外延生長(zhǎng)具有大帶隙能量的氮化物基ni-v族化合物半導(dǎo)體層。然而在此方法 中，由于利用RIE方法蝕刻的表面出現(xiàn)表面能級(jí)(surface level)，因而在激光器工作期間 可能發(fā)生光吸收和局部發(fā)熱。 另一個(gè)示例是如下的方法，即，通過在具有利用RIE或者絕緣膜沉積方法形成 的幾何臺(tái)階的基板上外延生長(zhǎng)形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層來形成端面窗結(jié)構(gòu)(例如，見 日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)No. 2005-191588 (專利文獻(xiàn)8) 、 No. 2005-294394 (專利文獻(xiàn)9)、 No. 2003-198057 (專利文獻(xiàn)10)和No. 2000-196188 (專利文獻(xiàn)ll))。這種方法想要在激光 行進(jìn)方向上使用帶隙能量比活性層大的覆層作為端面窗結(jié)構(gòu)。代表性的示例如圖25所示。 在圖25中，利用RIE圖形化方法在基板101的主面內(nèi)形成凹部101a。在基板101上依次生 長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層102、活性層103和p型半導(dǎo)體層104，并在p型半導(dǎo)體層104上形成p側(cè) 電極105、隔離電極106和焊盤電極107。然而，這種方法存在下面的問題?；?01內(nèi)的 凹部101a會(huì)在n型半導(dǎo)體層102、活性層103和p型半導(dǎo)體層104中形成陡峭的幾何臺(tái)階， 因而會(huì)在臺(tái)階附近引起波導(dǎo)損失。另外，由于不想通過加寬共振器端面附近的活性層103 的帶隙來形成透明區(qū)域，因而這種結(jié)構(gòu)不能用作有效的端面窗結(jié)構(gòu)。 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)示例，使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板制造半導(dǎo) 體激光器，該氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板包括由單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò) 密度的第一區(qū)域和布置在第一區(qū)域中并具有高于第一平均位錯(cuò)密度的第二平均位錯(cuò)密度 的第二區(qū)域(例如，見日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)No.2003-124572(專利文獻(xiàn)12))。這種氮化 物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板的一個(gè)示例是該氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板包 括由單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度的第一區(qū)域和具有高于第一平均位錯(cuò)密度的第
二平均位錯(cuò)密度并周期性地平行布置在第一區(qū)域中從而線性延伸的第二區(qū)域。當(dāng)在氮化物 基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上生長(zhǎng)形成激光器結(jié)構(gòu)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層 時(shí)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板的第二區(qū)域被轉(zhuǎn)錄至氮化物基III-V族化合物半 導(dǎo)體層中。在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上界定激光器芯片區(qū)域，從而使第二區(qū) 域未包含在激光器條紋中。 如上所述，在使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器中用于形成端 面窗結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的方法存在很多問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，期望提供一種使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體 激光器的制造方法，在該制造方法中能容易地形成端面窗結(jié)構(gòu)，并且還期望提供這種半導(dǎo) 體激光器。 另外，期望提供一種使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器的制造
方法，在該制造方法中能抑制波導(dǎo)損失，并且還期望提供這種半導(dǎo)體激光器。 此外，期望提供一種使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器的制造
方法，在該制造方法中能夠抑制在激光器工作期間由于表面能級(jí)而引起的光吸收和局部發(fā)
熱，并且還期望提供這種半導(dǎo)體激光器。 另外，期望提供一種從單個(gè)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板制造出大量的使用氮化物基iii-v族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器的方法，并且還期望提供這種半導(dǎo)體激 光器。 此外，期望提供使用上述優(yōu)選的半導(dǎo)體激光器作為光源的光拾波器和光盤驅(qū)動(dòng)裝置。 本發(fā)明人作出的深入研究的總結(jié)如下。具體地，在預(yù)先形成有絕緣膜掩模的基板 上生長(zhǎng)諸如InGaN層等至少含有銦和鎵的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。本發(fā)明人發(fā) 現(xiàn)通過選擇絕緣膜掩模的寬度、間隔、形狀和位置等能夠在所希望的位置處控制氮化物基
ni-v族化合物半導(dǎo)體層的帶隙能量。通過這種帶隙能量的控制方法，能夠容易地形成端面
窗結(jié)構(gòu)。另一方面，如上所述，如果使用專利文獻(xiàn)12中公開的氮化物基III-V族化合物半 導(dǎo)體基板來制造半導(dǎo)體激光器，則限定激光器芯片區(qū)域以使第二區(qū)域不包含在激光器條紋 內(nèi)。本發(fā)明人研究了最有效地利用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板的面積來使生產(chǎn)的 激光器芯片的數(shù)量增加的方法。結(jié)果，本發(fā)明人得出結(jié)論在每?jī)蓚€(gè)鄰近的線性延伸的第二 區(qū)域之間包括兩個(gè)以上激光器芯片區(qū)域是令人滿意的?；谏厦娴难芯亢桶l(fā)現(xiàn)，作為來自 各種觀點(diǎn)的詳細(xì)研究結(jié)果作出本發(fā)明。 也就是說，本發(fā)明實(shí)施例的用于制造具有端面窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的方法包括
如下步驟在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上形成由絕緣膜構(gòu)成的掩模；以及在所
述氮化物基ni-v族化合物半導(dǎo)體基板上未被所述掩模覆蓋的區(qū)域中生長(zhǎng)氮化物基III-V 族化合物半導(dǎo)體層。所述氮化物基ni-v族化合物半導(dǎo)體基板包括第一區(qū)域和第二區(qū)域， 所述第一區(qū)域由單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度，所述第二區(qū)域線性地延伸且具有高 于所述第一平均位錯(cuò)密度的第二平均位錯(cuò)密度并且周期性地平行布置在所述第一區(qū)域之 間。每?jī)蓚€(gè)鄰近的第二區(qū)域之間的所述第一區(qū)域具有兩個(gè)以上的關(guān)于所述第一區(qū)域的中 心線對(duì)稱的激光器條紋形成位置。至少在端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近，在各個(gè)激光器條紋 形成位置的一側(cè)或兩側(cè)形成所述掩模，并使所述掩模關(guān)于所述中心線對(duì)稱。所述氮化物基 III-V族化合物半導(dǎo)體層包括至少含有銦和鎵的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的活性層。 所述激光器條紋形成位置是指包括投影在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板 上的激光器條紋圖像的條紋狀區(qū)域，該激光器條紋最終會(huì)形成在所述氮化物基III-V族化 合物半導(dǎo)體層中。所述激光器條紋形成在激光器條紋形成位置的中心線上。所述激光器條 紋的寬度小于或者等于激光器條紋形成位置的寬度。所述激光器條紋代表性地是脊?fàn)顥l紋 但不限于脊?fàn)顥l紋。 本發(fā)明另一實(shí)施例的具有端面窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器包括氮化物基III-V族化 合物半導(dǎo)體基板，所述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所 述第一區(qū)域由單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度，所述第二區(qū)域具有高于所述第一平均 位錯(cuò)密度的第二平均位錯(cuò)密度并沿著平行于共振器長(zhǎng)度方向的一側(cè)設(shè)置著；由絕緣膜構(gòu)成 的掩模，其至少在與所述端面窗結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置附近被設(shè)置在所述氮化物基III-V族化合 物半導(dǎo)體基板上；以及氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其包括活性層，并且生長(zhǎng)在所述 氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上未被掩模覆蓋的區(qū)域中。 當(dāng)前面實(shí)施例的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板是晶片時(shí)，本實(shí)施例的氮化 物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板具有激光器芯片的形狀。
6
本發(fā)明另一實(shí)施例的光拾波器包括具有作為光源的端面窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。 所述半導(dǎo)體激光器包括氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板，其包括第一區(qū)域和第二區(qū) 域，所述第一區(qū)域由單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度，所述第二區(qū)域具有高于所述第 一平均位錯(cuò)密度的第二平均位錯(cuò)密度并沿著平行于共振器長(zhǎng)度方向的一側(cè)設(shè)置著；由絕緣
膜構(gòu)成的掩模，其至少在與所述端面窗結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置附近被設(shè)置在所述氮化物基ni-v
族化合物半導(dǎo)體基板上；以及氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其包括活性層，并且生長(zhǎng)
在所述氮化物基ni-v族化合物半導(dǎo)體基板上未被掩模覆蓋的區(qū)域中。 本發(fā)明另一實(shí)施例的光盤驅(qū)動(dòng)裝置包括具有作為光源的端面窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激 光器。所述半導(dǎo)體激光器包括氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板，其包括第一區(qū)域和 第二區(qū)域，所述第一區(qū)域由單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度，所述第二區(qū)域具有高于 所述第一平均位錯(cuò)密度的第二平均位錯(cuò)密度并沿著平行于共振器長(zhǎng)度方向的一側(cè)設(shè)置著； 由絕緣膜構(gòu)成的掩模，其至少在與所述端面窗結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置附近被設(shè)置在所述氮化物基 III-V族化合物半導(dǎo)體基板上；以及氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其包括活性層，并
且生長(zhǎng)在所述氮化物基ni-v族化合物半導(dǎo)體基板上未被掩模覆蓋的區(qū)域中。 —般地，最常用的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體為AlxByGai—x—y—Jn/SuN卜u—VPV(其 中0《x《l，0《y《l，0《z《l，0《u《l，0《v《l，0《x+y+z< l且0《u+v〈 1)。 更具體地，使用的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體為AlxByGai—x—y—zInzN(其中0《x《1， 0《y《l，0《z《l且0《x+y+z < 1)，有代表性的是Al,Ga卜x—zInzN(其中0《x《1 并0《z《1)。氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的具體示例包括，但不限于，GaN、 InN、 A1N、 AlGaN、 InGaN和AlGalnN。至少含有銦和鎵的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體為 AlxByGai—x—y—zIrizASuN卜u—VPV(其中0《x《l，0《y《l，0<z《l，0《u《l，0《v《l， 0《x+y+z < 1且0《u+v < 1)。更具體地，至少含有銦和鎵的氮化物基III-V族化合物 半導(dǎo)體為AlxByGa卜x—y—zInzN(其中0《x《l，0《y《l，(Xz《l且0《x+y+z < 1)。 有代表性的是，至少含有銦和鎵的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體為AlxGai—x—zInzN(其中 0《x《l且(Xz《1)。具體示例包括InGaN和AlGalnN。氮化物基III-V族化合物半 導(dǎo)體層能夠利用各種外延方法生長(zhǎng)。使用的外延方法代表性地是，但不限于，金屬有機(jī)化學(xué) 氣相 冗積f去(metal—organic chemical vapor deposition, M0CVD)、氧4t物氣相夕卜延f去或 卣4七物氣相夕卜延f去(halide vapor phase印itaxy， HVPE)、分子束夕卜延f去(molecular beam 印itaxy， MBE)。 在上面的各實(shí)施例中，在所述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上至少在端面 窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近形成由絕緣膜構(gòu)成的掩模，并且在未被所述掩模覆蓋的區(qū)域中生長(zhǎng) 活性層。由于銦的擴(kuò)散長(zhǎng)度顯著小于鎵的擴(kuò)散長(zhǎng)度，因而所述活性層的銦含量在端面窗結(jié) 構(gòu)的形成位置附近比其它區(qū)域的低。因此，與現(xiàn)有技術(shù)不同，不在基板上形成凹部也能形成 端面窗結(jié)構(gòu)。另外，適當(dāng)選擇的掩模形狀防止了在包括活性層的氮化物基III-V族化合物 半導(dǎo)體層中形成陡峭臺(tái)階，從而抑制了波導(dǎo)損失。另外，由于不必通過RIE法對(duì)形成端面窗 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層的部分進(jìn)行蝕刻就能形成端面窗結(jié)構(gòu)，因而沒有出現(xiàn)表面能級(jí)，從而防止 激光器工作期間的光吸收和局部發(fā)熱。另外，由于在兩個(gè)鄰近的第二區(qū)域之間限定了兩個(gè) 以上激光器芯片區(qū)域，因而能夠有效地利用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板的面積。
另外，在與所述掩模相反的所述激光器條紋側(cè)的區(qū)域中形成焊盤電極并使該焊盤電極與所述激光器條紋電連接。例如，這防止了焊盤電極在臺(tái)階處斷裂。具體地，在生長(zhǎng)了
氮化物基ni-v族化合物半導(dǎo)體層之后在所述掩模上方形成凹部。如果在與掩模面對(duì)的激
光器條紋側(cè)的區(qū)域中形成焊盤電極，則焊盤電極例如可能在所述掩模上方的凹部?jī)?nèi)的臺(tái)階 處斷裂。相反，本發(fā)明由于與掩模相反的激光器條紋側(cè)的區(qū)域中的表面基本上是平坦的，因 而能夠在基本上平坦的區(qū)域中形成焊盤電極而沒有例如焊盤電極在臺(tái)階處斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)上面的實(shí)施例，能夠提供使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光 器，在所述半導(dǎo)體激光器中，能夠容易地形成端面窗結(jié)構(gòu)并能抑制波導(dǎo)損失，并能抑制激光 器工作期間的光吸收和局部發(fā)熱。另外，能夠由單個(gè)氮化物基iii-v族化合物半導(dǎo)體基板 制造出較大數(shù)量的半導(dǎo)體激光器。而且，優(yōu)異的半導(dǎo)體激光器能夠被用作光拾波器的光源 從而提供具有高性能的光盤驅(qū)動(dòng)裝置。


圖1A和圖1B分別是示出了本發(fā)明人進(jìn)行基礎(chǔ)研究用的樣品的平面圖和截面圖；
圖2A和圖2B是示出了本發(fā)明人進(jìn)行基礎(chǔ)研究用的樣品的截面圖；
圖3是示出了當(dāng)本發(fā)明人進(jìn)行基礎(chǔ)研究用的樣品上的Si0j莫掩模的寬度和間隔 變化時(shí)發(fā)光波長(zhǎng)的變化的曲線圖； 圖4是示出了當(dāng)本發(fā)明人進(jìn)行基礎(chǔ)研究用的樣品上的SiOj莫掩模的寬度和間隔 變化時(shí)發(fā)光波長(zhǎng)的變化的曲線圖； 圖5A、圖5B和圖5C分別是示出了生長(zhǎng)在本發(fā)明人進(jìn)行基礎(chǔ)研究用的樣品上的 InGaN層的鎵濃度、銦濃度和銦含量的分布的曲線圖； 圖6是示出了當(dāng)本發(fā)明人進(jìn)行基礎(chǔ)研究用的樣品上的Si02膜掩模的間隔固定而 寬度變化時(shí)A XI和AX2的變化的曲線圖； 圖7是示出了當(dāng)本發(fā)明人進(jìn)行基礎(chǔ)研究用的樣品上的SiOj莫掩模的寬度固定而 間隔變化時(shí)AX1和AX2的變化的曲線圖； 圖8A和圖8B分別是示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法中 使用的n型GaN基板的立體圖和截面圖； 圖9是示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的平面圖；
圖IOA和圖10B是示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的截 面圖； 圖IIA和圖11B是示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的截 面圖； 圖12A和圖12B分別是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例制造出來的GaN基半導(dǎo)體激 光器的結(jié)構(gòu)的立體圖和截面圖； 圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例制造出來的GaN基半導(dǎo)體激光器的脊?fàn)顥l 紋和形成在該脊?fàn)顥l紋上的P側(cè)電極的立體圖； 圖14是示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的平面圖；
圖15是示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的平面圖；
圖16是示出了本發(fā)明第四實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的平面圖；
圖17是示出了本發(fā)明第五實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的平面8
圖18是示出了本發(fā)明第六實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的平面圖； 圖19是示出了本發(fā)明第七實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的截面圖； 圖20是示出了明本發(fā)明第九實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的截面圖； 圖21是示出了本發(fā)明第九實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的截面圖； 圖22是示出了本發(fā)明第九實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的截面圖； 圖23是示出了本發(fā)明第九實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的平面圖； 圖24是示出了本發(fā)明第十實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法的平面圖；以及 圖25是利用現(xiàn)有技術(shù)的端面窗結(jié)構(gòu)形成方法制造出來的GaN基半導(dǎo)體激光器的 截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。按下面的順序進(jìn)行說明
1.由本發(fā)明人獲得的結(jié)論為各實(shí)施例提供基礎(chǔ)
2.第一實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
3.第二實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
4.第三實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
5.第四實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
6.第五實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
7.第六實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
8.第七實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
9.第八實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
10.第九實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
11.第十實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
12.第十一實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
13.第十二實(shí)施例(半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法)
1.由本發(fā)明人獲得的結(jié)i侖力各實(shí)施例提供某礎(chǔ)
下面說明本發(fā)明人獲得的結(jié)論。
本發(fā)明人進(jìn)行了如下的基礎(chǔ)研究試驗(yàn)。 如圖1A和圖1B所示，在n型GaN基板1上以間隔d平行地形成兩個(gè)具有寬度w 的條紋狀Si0j莫掩模2。圖1A是平面圖，并且圖1B是沿圖IA中的IB-IB線的截面圖。
如圖2A和圖2B所示，在已形成有Si02膜掩模2的n型GaN基板1上，外延生長(zhǎng) GaN基半導(dǎo)體層3，該GaN基半導(dǎo)體層3構(gòu)成了用于形成GaN基半導(dǎo)體激光器的激光器結(jié)構(gòu) 的層的一部分。 GaN基半導(dǎo)體層3包括n型AlGaN覆層3a、 n型GaN波導(dǎo)層3b、活性層3c和未摻 雜的InGaN波導(dǎo)層3d，該活性層3c具有未摻雜的Ga卜xInxN(量子阱層)/G^—yInyN(勢(shì)壘層) 多量子阱結(jié)構(gòu)(其中x〉y)。 上述各層中不含銦的層，即n型AlGaN覆層3a和n型GaN波導(dǎo)層3b是在例如 900°C IIO(TC溫度下生長(zhǎng)出來的。 上述各層中含有銦的層，即Ga卜xInxN/Gai—yInyN多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層3c和未摻雜的InGaN波導(dǎo)層3d是在例如700°C 80(TC溫度下生長(zhǎng)出來的。 在上述情況下，GaN基半導(dǎo)體層3基本上不會(huì)生長(zhǎng)在Si02膜掩模2上，而是僅生長(zhǎng) 在n型GaN基板1上未被Si02膜掩模2覆蓋的區(qū)域中。 使用激勵(lì)光(hv)照射由此制備出來的樣品，利用顯微光致發(fā)光光譜學(xué) (microphotol咖inescence spectroscopy)對(duì)從活性層3c發(fā)出的光的峰值能量進(jìn)行評(píng)估 (見圖2B)。 該試驗(yàn)產(chǎn)生了關(guān)于從活性層3c發(fā)出的光的峰值能量與Si02膜掩模2的寬度w和 間隔d的依賴關(guān)系的基本數(shù)據(jù)。圖3和圖4示出了測(cè)量結(jié)果。 圖3所示曲線圖的縱軸的符號(hào)A入b被定義如下。與從GaN基半導(dǎo)體層3中的活 性層3c的平坦部發(fā)出的光的峰值能量相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)被稱作A p上述平坦部是離Si02膜掩 模2足夠遠(yuǎn)的部分(見圖2A)。 在離開Si02膜掩模2的方向上，與所發(fā)出光的峰值能量相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)移動(dòng)至較短 波長(zhǎng)側(cè)然后回到較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)。將與最大峰值能量相對(duì)應(yīng)的最短波長(zhǎng)稱作入min，這里A入b被 定義如下A Ab= 、in-、。 圖3示出了當(dāng)Si02膜掩模2的寬度w固定，且改變Si02膜掩模2之間的間隔d時(shí) A入b的變化。寬度w在三個(gè)值即5iim、30iim和50iim之間選定。粗略地說，如圖3所示， 隨著間隔d和寬度w的增加，A入b傾向于在負(fù)值方向上變化。例如，當(dāng)寬度w為5iim且間 隔d為10 ii m時(shí)，A A b約為-9nm。 上述約為-9nm的A A b值相當(dāng)于在帶隙能量上的約80meV的增加。這種帶隙能 量的變化量足以形成端面窗結(jié)構(gòu)。 圖4所示曲線圖的縱軸的符號(hào)A A。被定義如下。與從GaN基半導(dǎo)體層3中的活 性層3c的中央部發(fā)出的光的峰值能量相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)被稱作入2，上述中央部是生長(zhǎng)在Si02 膜掩模2之間的部分(見圖2A)，這里A 、被定義如下A A 。 = A 2-入1()
圖4示出了當(dāng)Si02膜掩模2的寬度w固定，且改變Si02膜掩模2之間的間隔d時(shí) △入e的變化。寬度w在三個(gè)值即5iim、30iim禾P 50iim之間選定。 如圖4所示，當(dāng)寬度w為30iim以上時(shí)，A 、傾向于在負(fù)值方向上變化。在寬度w 為5 m的情況下，當(dāng)間隔d為5iim以下時(shí)，AA。傾向于在正值方向上變化，而當(dāng)間隔d為 10 50iim時(shí)，A A。傾向于在負(fù)值方向上移動(dòng)。例如，當(dāng)寬度w為5iim且間隔d為3iim 時(shí)，A 、約為+5咖；當(dāng)寬度界為5iim且間隔d為20iim時(shí)，A A 。約為-5nm。
圖3中的數(shù)據(jù)顯示出，即便使用單個(gè)Si02膜掩模2時(shí)也能減小發(fā)光波長(zhǎng)(提高活 性層3c的帶隙能量)。 另外，令人驚訝的是，圖4示出了能夠滿足A ^。>0的情況，也就是說，能夠增大 發(fā)光波長(zhǎng)(降低活性層3c的帶隙能量)。 因此，能夠通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)Si02膜掩模2的圖形來自由地改變活性層3c的帶隙 能量。 本發(fā)明人研究了在如上所述利用Si02膜掩模2外延生長(zhǎng)得到的GaN基半導(dǎo)體層3 的特定位置處能夠使活性層3c的帶隙能量改變的原因。結(jié)果，本發(fā)明人得出的結(jié)論是，在 GaN基半導(dǎo)體層3的特定位置處的活性層3c的帶隙能量發(fā)生變化的原因是因?yàn)殂煹臄U(kuò)散長(zhǎng) 度顯著小于鎵的擴(kuò)散長(zhǎng)度這一情況。
下面對(duì)此進(jìn)行說明。 下面討論如圖2A和圖2B所示在n型GaN基板1上未被Si02膜掩模2覆蓋的那 些區(qū)域中生長(zhǎng)有GaN基半導(dǎo)體層3的活性層3c的情況。在此情況中，不僅直接從源材料將 銦和鎵提供至那些區(qū)域，而且通過被提供到Si02膜掩模2上的銦和鎵穿過該Si02膜掩模2 的擴(kuò)散來將銦和鎵提供至那些區(qū)域。 圖5A和圖5B分別示出了以在垂直于Si02膜掩模2的方向上從該Si02膜掩模2 的邊緣測(cè)量得到的距離為橫坐標(biāo)，從形成在n型GaN基板1上的該Si02膜掩模2的上述邊 緣向外側(cè)擴(kuò)散的鎵和銦的濃度變化，并且圖5C示出了活性層3c的銦含量的變化。
如圖5A和圖5B所示，由于銦的擴(kuò)散長(zhǎng)度顯著小于鎵的擴(kuò)散長(zhǎng)度，因而銦濃度在較 短距離AX1處變成常量，而鎵濃度在較長(zhǎng)距離AX2處變成常量。 因此，如圖5C所示，活性層3c的銦含量減少直到在距離AX1處達(dá)到最小值，然后 增加，并在距離AX2處變成常量。距離AX1和AX2分別隨擴(kuò)散的鎵和銦的濃度的增加而 增加。 圖6示出了當(dāng)Si0j莫掩模2的間隔d固定在5iim時(shí)AX1和AX2隨SiOj莫掩
模2的寬度w而變化的測(cè)量結(jié)果。另一方面，圖7示出了當(dāng)Si02膜掩模2的寬度w固定在
5 ii m時(shí)A XI禾P A X2隨Si02膜掩模2之間的間隔d而變化的測(cè)量結(jié)果。 根據(jù)圖6和圖7，當(dāng)寬度w為3 5 ii m時(shí)，在活性層3c的生長(zhǎng)溫度下鎵的最大擴(kuò)
散長(zhǎng)度為約20 i！ m，而銦的最大擴(kuò)散長(zhǎng)度只有約3 i！ m，比鎵的最大擴(kuò)散長(zhǎng)度小一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。 這意味著，如果寬度w為3 5 ii m，則即使間隔d被增加到約40 y m，也能夠減少
Si02膜掩模2之間的活性層3c的中央部的銦含量，并因此能夠提高帶隙能量。 盡管上面說明了使用Si02膜掩模2的情況，但使用由諸如SiN膜或A1203膜等其
它絕緣膜形成的掩模也能夠同樣地控制活性層3c的銦含量并因而控制帶隙能量。掩模的
寬度、間隔、形狀和位置等可以根據(jù)例如半導(dǎo)體激光器的所需特性，基于例如由本發(fā)明人得
到的上述結(jié)論來適當(dāng)?shù)卮_定。 下面給出掩模形狀的一些示例。例如，可以在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基 板上，在激光器條紋形成位置的一側(cè)沿著該激光器條紋形成位置來形成掩模，并使激光器 條紋形成位置與掩模之間的間隔在端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近的值比在其它區(qū)域中的值 小或大。在此情況下，優(yōu)選地，在激光器條紋形成位置的與兩個(gè)鄰近第二區(qū)域之間的第一區(qū) 域的中心線相面對(duì)的那一側(cè)，沿著該激光器條紋形成位置來形成掩模。 可代替的是，可以在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上，在激光器條紋形成
位置的兩側(cè)沿著該激光器條紋形成位置來形成掩模，并使該激光器條紋形成位置兩側(cè)的掩
模之間的間隔在端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近的值比在其它區(qū)域中的值大。 可代替的是，可以在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上，在端面窗結(jié)構(gòu)的形
成位置附近的激光器條紋形成位置的一側(cè)或兩側(cè)形成掩模。掩模的平面形狀例如是但不限
于梯形或矩形。 盡管不受限制，但一般情況下，掩模寬度W工一般小于掩模間隔W2。另外，雖然不受 限制，但一般情況下，如果在激光器條紋形成位置的兩側(cè)形成掩模，則在共振器長(zhǎng)度方向上 的中央附近，掩模寬度W3與掩模間隔W4之間的關(guān)系滿足W3 < W4，并且在端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近，掩模寬度W5與掩模間隔W6之間的關(guān)系滿足W5 < W6。 在包括活性層的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)過程中使用這種掩模 能夠得到如下結(jié)果。 在掩模之間或掩模附近的那部分激光器條紋中的活性層的銦含量x(或發(fā)光波長(zhǎng) 入)與不在掩模附近的那部分激光器條紋中的活性層的銦含量y(或發(fā)光波長(zhǎng)A ')之間 的關(guān)系能夠被控制成滿足x〈y(A < A')。另外，在掩模之間的那部分激光器條紋的厚 度^與不在掩模附近的那部分激光器條紋的厚度t2之間的關(guān)系能夠被控制成滿足t2 < tlt)
2.第一實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 圖8示出了在第一實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法中用作基板的n型GaN
基板。專利文獻(xiàn)12中公開了該n型GaN基板的詳細(xì)內(nèi)容和該基板的制造方法。 如圖8所示，n型GaN基板11包括由單晶體GaN形成的第一區(qū)域11a和由GaN形
成的第二區(qū)域llb，各第二區(qū)域llb周期性地平行布置在第一區(qū)域lla之間并且以條紋狀圖
形線性延伸。 第二區(qū)域lib由多晶體形成，或者由相對(duì)于第一區(qū)域11a的單晶體略微傾斜的單 晶體形成，或者由相對(duì)于第一區(qū)域11a的單晶體沿c軸反轉(zhuǎn)的單晶體形成。第一區(qū)域lla具 有第一平均位錯(cuò)密度，而第二區(qū)域lib具有高于第一平均位錯(cuò)密度的第二平均位錯(cuò)密度。 第二區(qū)域lib延伸穿透n型GaN基板11。 第二區(qū)域lib的平均位錯(cuò)密度一般為第一區(qū)域11a的平均位錯(cuò)密度的五倍以上。 有代表性的是，第一區(qū)域11a的平均位錯(cuò)密度為2X106cm—2以下，而第二區(qū)域lib的平均位 錯(cuò)密度為lX108cm—2以上。盡管不受限制，但第二區(qū)域lib的寬度一般為10 lOOym，有 代表性的是20 50iim。 在第一區(qū)域lla與第二區(qū)域llb之間可具有第三區(qū)域作為遷移區(qū)域。有代表性的 是，第三區(qū)域的平均位錯(cuò)密度小于IX 108cm—2且大于2X 106cm—2。 n型GaN基板11盡管可以具有不同的取向，例如r面取向、a面取向或m面取向， 但在本實(shí)施例中是(0001)面取向(c面取向)。在此情況下，第二區(qū)域lib的縱向方向代表 性地是，但不限于，與n型GaN基板11的〈1_100>或〈11_20>方向平行的方向。適當(dāng)?shù)剡x 擇n型GaN基板11的厚度并且一般例如為200 600 y m。 圖9 圖13圖示了第一實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器制造方法。該GaN基半導(dǎo) 體激光器具有端面窗結(jié)構(gòu)和脊?fàn)顥l紋結(jié)構(gòu)，并且包括通過除去共振器端面附近的P側(cè)電極 的部分而在共振器的兩端形成的非電流注入?yún)^(qū)域。 在本實(shí)施例中，首先，如圖9、圖IOA和圖10B所示，在n型GaN基板ll上限定芯片 區(qū)域12，每個(gè)芯片區(qū)域12最終會(huì)形成一個(gè)激光器芯片。圖9是平面圖，圖10A是沿圖9中 的XA-XA線的截面圖，并且圖10B是沿圖9中的XB-XB線的截面圖。 第二區(qū)域llb的排列周期(每?jī)蓚€(gè)鄰近的第二區(qū)域llb的中心線之間的距離)是 芯片區(qū)域12的在與共振器長(zhǎng)度方向垂直的方向上的寬度的兩倍。對(duì)應(yīng)于兩個(gè)激光器芯片 的兩個(gè)芯片區(qū)域12被限定在每?jī)蓚€(gè)鄰近的第二區(qū)域lib的中心線之間。
在各芯片區(qū)域12中，在例如通過劈開法最終形成共振器的前邊緣和后邊緣的共 振器端面形成位置13和14附近，在將要形成脊?fàn)顥l紋的脊?fàn)顥l紋形成位置15的兩側(cè)形成
12絕緣膜掩模16。每?jī)蓚€(gè)鄰近的芯片區(qū)域12中的脊?fàn)顥l紋形成位置15關(guān)于在兩個(gè)鄰近的第 二區(qū)域lib之間的第一區(qū)域11a的中心線對(duì)稱。 因此，脊?fàn)顥l紋形成位置15與第二區(qū)域lib之間的距離在兩個(gè)芯片區(qū)域12中是 相等的。最終在脊?fàn)顥l紋形成位置15的中心線上形成了脊?fàn)顥l紋但該脊?fàn)顥l紋的寬度比 脊?fàn)顥l紋形成位置15的寬度窄。 絕緣膜掩模16的平面形狀為梯形。絕緣膜掩模16關(guān)于脊?fàn)顥l紋形成位置15對(duì)
稱，并且關(guān)于在兩個(gè)鄰近的第二區(qū)域lib之間的第一區(qū)域11a的中心線對(duì)稱。 脊?fàn)顥l紋形成位置15可位于共振器長(zhǎng)度方向上的芯片區(qū)域12中心線的附近；在
本實(shí)施例中，脊?fàn)顥l紋形成位置15以預(yù)定距離靠近在兩個(gè)鄰近的第二區(qū)域llb之間的第一
區(qū)域11a的中心線。該預(yù)定距離可適當(dāng)?shù)剡x擇，且例如可以大約為兩個(gè)鄰近的第二區(qū)域lib
的中心線之間的距離的三分之一。 這樣做的原因是為了將脊?fàn)顥l紋形成位置15與具有高平均位錯(cuò)密度即高缺陷密 度的第二區(qū)域llb分開一定距離，在該距離下不會(huì)產(chǎn)生不利影B向，以便在GaN基半導(dǎo)體層的 具有較低缺陷密度的部分上形成脊?fàn)顥l紋。 各絕緣膜掩模16的一對(duì)平行邊中的較長(zhǎng)邊沿著脊?fàn)顥l紋形成位置15的一個(gè)邊 緣定位。在與共振器端面形成位置13和14相距4的范圍內(nèi)，絕緣膜掩模16具有寬度巧， 而在與共振器端面形成位置13和14相距d廠4的范圍內(nèi)，絕緣膜掩模16在共振器長(zhǎng)度方 向上寬度從w工線性減少至O從而形成錐形形狀。盡管不受限制，但例如c^為20ym， (12為 50 ii m并且w丄為5 ii m。 絕緣膜掩模16能夠由諸如Si02膜、SiN膜或者A1^J莫等絕緣膜形成。例如，通過 利用真空沉積方法或者CVD方法在n型GaN基板11上形成絕緣膜，并利用蝕刻方法圖形化 該絕緣膜，就能夠容易地形成絕緣膜掩模16。絕緣膜掩模16的厚度例如是，但不限于，約 300nm。 將要形成在脊?fàn)顥l紋形成位置15中的脊?fàn)顥l紋的寬度例如由GaN基半導(dǎo)體激 光器的所需特性來決定，并且盡管不受限制，但一般例如約為1 20ym(或者約為1 12iim)。 盡管圖9僅示出了兩個(gè)鄰近的芯片區(qū)域12，但芯片區(qū)域12實(shí)際上在n型GaN基板 ll上在兩個(gè)正交方向上重復(fù)布置著。另外，盡管圖9僅示出了布置在單獨(dú)芯片區(qū)域12內(nèi)的 絕緣膜掩模16，但絕緣膜掩模16實(shí)際上被形成為與在共振器長(zhǎng)度方向上鄰近的兩個(gè)以上 芯片區(qū)域12重疊。 圖9所示的芯片區(qū)域12的形狀和尺寸僅是一個(gè)例子，而不是限定于此的。
接著，如圖IIA和圖IIB所示，例如利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)在已形 成有絕緣膜掩模16的n型GaN基板11上外延生長(zhǎng)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層。 圖11A是沿圖9中的XA-XA線的截面圖，并且圖11B是沿圖9中的XB-XB線的截面圖。
具體地，用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層是通過依次外延生長(zhǎng)n型AlGaN 覆層17、n型GaN波導(dǎo)層18、活性層19、未摻雜的InGaN波導(dǎo)層20、未摻雜的AlGaN波導(dǎo)層 21、p型AlGaN電子勢(shì)壘層22、p型GaN/未摻雜的AlGaN超晶格覆層23、p型GaN接觸層24 來形成的。 活性層19例如是，但不限于，具有未摻雜的Ga卜xInxN(量子阱層)/Ga卜ylriyN(勢(shì)壘層)多量子阱結(jié)構(gòu)(其中x > y)的層。 例如在約90(TC IIO(TC溫度下生長(zhǎng)出上述各層中的不含銦的層，即n型AlGaN 覆層17、n型GaN波導(dǎo)層18、未摻雜的AlGaN波導(dǎo)層21、p型AlGaN電子勢(shì)壘層22、p型GaN/ 未摻雜的AlGaN超晶格覆層23以及p型GaN接觸層24。 例如在約700°C 800°C溫度下生長(zhǎng)出上述各層中的含有銦的層，即具有
Gai—xInxN/Gai—yInyN多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層19以及未摻雜的InGaN波導(dǎo)層20。 在下文中，將用于形成激光器結(jié)構(gòu)的上述各層統(tǒng)稱為GaN基半導(dǎo)體層25。 盡管用于生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體層25的源材料不受限制，但在下面給出了該源材料的
一些示例。鎵的源材料例如是三乙基鎵((C2H5) 3Ga， TEG)或者三甲基鎵((CH3) 3Ga， TMG)。
鋁的源材料例如是三甲基鋁((CH3)3A1，TMA)。銦的源材料例如是三乙基銦((C2H5)3In， TEI)或者三甲基銦((CH3)3In， TMI)。 [O136]氮的源材料例如是氨(NH3)。 所使用的n型摻雜劑例如是甲硅烷(SiH4)。所使用的p型摻雜劑例如是雙(甲基 環(huán)戊二烯基)鎂((CHAH4)2Mg)、雙(乙基環(huán)戊二烯基)鎂((C2H5C5H4)2Mg)或者雙(環(huán)戊二 烯基)鎂((C靡g)。 在GaN基半導(dǎo)體層25的生長(zhǎng)過程中使用的載氣例如是，但不限于，氫氣。 V族元素的源材料的流量與III族元素的源材料的流量的比(V/III比) 一般為但
不限于103 106(例如，約105)。 上述生長(zhǎng)過程中的壓強(qiáng)例如是，但不限于，760托(大氣壓強(qiáng))。n型AlGaN覆層17、n型GaN波導(dǎo)層18、活性層19、未摻雜的InGaN波導(dǎo)層20、未
摻雜的AlGaN波導(dǎo)層21、 p型AlGaN電子勢(shì)壘層22、 p型GaN/未摻雜的AlGaN超晶格覆層
23、p型GaN接觸層24基本上不會(huì)生長(zhǎng)在絕緣膜掩模16上，而是僅生長(zhǎng)在n型GaN基板11
上未被絕緣膜掩模16覆蓋的區(qū)域中。在經(jīng)過選擇的生長(zhǎng)條件下利用普通方法能夠容易地
實(shí)現(xiàn)這種生長(zhǎng)。 在n型AlGaN覆層17的生長(zhǎng)過程中，n型AlGaN覆層17的厚度在各對(duì)絕緣膜掩 模16之間的值比在其它區(qū)域中的值大，其原因如下。 直接從源材料將鋁原子和鎵原子供應(yīng)到位于各對(duì)絕緣膜掩模16之間的脊?fàn)顥l紋 形成位置15。另外，從源材料供應(yīng)至脊?fàn)顥l紋形成位置15兩側(cè)的絕緣膜掩模16上的鋁原 子和鎵原子通過在絕緣膜掩模16上的擴(kuò)散而被供應(yīng)到脊?fàn)顥l紋形成位置15，因此有助于 生長(zhǎng)過程。 結(jié)果，n型AlGaN覆層17的厚度在各對(duì)絕緣膜掩模16之間的值比其它區(qū)域中的值 大。在與共振器端面形成位置13和14相距d廠4的范圍內(nèi)，絕緣膜掩模16的寬度從巧線 性減少并逐漸減少至0。因此，在距離d廠4的范圍內(nèi)，從絕緣膜掩模16提供到脊?fàn)顥l紋形 成位置15的鋁原子和鎵原子的數(shù)量在共振器長(zhǎng)度方向上逐漸減少。于是，在距離d廠4的 范圍內(nèi)，n型AlGaN覆層17的厚度在共振器長(zhǎng)度方向上向著共振器端面形成位置13和14 逐漸增加。 另一方面，在與共振器端面形成位置13和14相距的范圍內(nèi)，絕緣膜掩模16具 有恒定寬度Wl。因此，在距離4的范圍內(nèi)，從絕緣膜掩模16提供到脊?fàn)顥l紋形成位置15的鋁原子和鎵原子的數(shù)量在共振器長(zhǎng)度方向上保持恒定。于是，在距離4的范圍內(nèi)，n型AlGaN覆層17的厚度保持恒定。這也適用于n型GaN波導(dǎo)層18。 在含有銦和鎵的活性層19的生長(zhǎng)過程中，直接從源材料將銦原子和鎵原子供應(yīng)到各對(duì)絕緣膜掩模16之間的脊?fàn)顥l紋形成位置15。另外，從源材料供應(yīng)至脊?fàn)顥l紋形成位置15兩側(cè)的絕緣膜掩模16上的銦原子和鎵原子通過擴(kuò)散而被供應(yīng)到脊?fàn)顥l紋形成位置15，因此有助于生長(zhǎng)過程。 在活性層19的生長(zhǎng)溫度下(例如，70(TC 800°C )，由于銦原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度比鎵原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度小約一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而從絕緣膜掩模16供應(yīng)到脊?fàn)顥l紋形成位置15的銦原子的量小于鎵原子的量。結(jié)果，活性層19的銦含量在共振器長(zhǎng)度方向上不均勻，并且在各對(duì)絕緣膜掩模16之間的銦含量值比在其它區(qū)域中的銦含量值低。 因此，各對(duì)絕緣膜掩模16之間的帶隙能量值大于其它各區(qū)域中的帶隙能量值，因而該區(qū)域用作端面窗結(jié)構(gòu)。未摻雜的InGaN波導(dǎo)層20的生長(zhǎng)過程與活性層19的生長(zhǎng)過程相類似。 未摻雜的AlGaN波導(dǎo)層21、 p型AlGaN電子勢(shì)壘層22、 p型GaN/未摻雜的AlGaN超晶格覆層23以及p型GaN接觸層24的生長(zhǎng)過程與n型AlGaN覆層17及n型GaN波導(dǎo)層18的生長(zhǎng)過程相類似。 接著，根據(jù)日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)No.2008-34587(專利文獻(xiàn)13)中公開的用于制造具有端面非電流注入結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的方法，在GaN基半導(dǎo)體層25頂部的脊?fàn)顥l紋形成位置15中形成脊?fàn)顥l紋，并在脊?fàn)顥l紋上形成p側(cè)電極。另外，對(duì)于各個(gè)芯片區(qū)域12，單獨(dú)地形成隔離電極和焊盤電極，并且，對(duì)于各個(gè)芯片區(qū)域12，在n型GaN基板11的背側(cè)單獨(dú)地形成n側(cè)電極。接著，例如通過劈開法沿著共振器端面形成位置13和14將具有上述激光器結(jié)構(gòu)的n型GaN基板11切成激光條，從而形成共振器的端面。例如通過涂敷共振器的端面并將激光條劈開從而將激光條加工成芯片。
于是，所需的GaN基半導(dǎo)體激光器被制造出來。 圖12A和圖12B示出了由此制造出來的GaN基半導(dǎo)體激光器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖12A是立體圖，并且圖12B是沿圖12A中的XIIB-XIIB線的截面圖。圖13以放大圖示出了脊?fàn)顥l紋和形成在該脊?fàn)顥l紋上的P側(cè)電極。 在圖12A、圖12B和圖13中，附圖標(biāo)記26表示p側(cè)電極，附圖標(biāo)記27表示脊?fàn)顥l紋，附圖標(biāo)記28表示隔離電極，附圖標(biāo)記29表示焊盤電極，并且附圖標(biāo)記30表示n側(cè)電極。P側(cè)電極26例如包括鈀膜和形成在該鈀膜上的鉑膜。 脊?fàn)顥l紋27例如形成在p型GaN/未摻雜的AlGaN超晶格覆層23和p型GaN接
觸層24的上部中。脊?fàn)顥l紋27的高度例如是，但不限于，0. 4 0. 65 ii m。 如圖13所示，例如，在脊?fàn)顥l紋27的兩側(cè)形成有諸如Si02膜等絕緣膜31和諸如
未摻雜的硅膜等絕緣膜32，并且這兩層膜從脊?fàn)顥l紋27的兩側(cè)向外延伸。 隔離電極28例如包括鈦膜、鉬膜或和鎳膜。盡管不受限制，但例如最底層的鈦膜
具有10nm的厚度，鉬膜具有100nm的厚度，并且最頂層的鎳膜具有100nm的厚度。 焊盤電極29例如包括鈦膜、鉬膜和金膜。盡管不受限制，但例如最底層的鈦膜具
有10nm的厚度，鉬膜具有100nm的厚度，并且最頂層的金膜具有300nm的厚度。
在該GaN基半導(dǎo)體激光器中，n型GaN基板11的芯片包括第一區(qū)域lla和第二區(qū) 域llb，該第二區(qū)域lib沿著芯片的平行于共振器長(zhǎng)度方向的一側(cè)設(shè)置著(見圖9)。
第一實(shí)施例提供了下面各種優(yōu)點(diǎn)。 僅通過在n型GaN基板11上預(yù)先形成絕緣膜掩模16并在絕緣膜掩模16上生長(zhǎng) 用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層25，就能夠使活性層19的帶隙能量在共振器端面形 成位置13和14附近比其他區(qū)域的大。這使得易于形成端面窗結(jié)構(gòu)。 另外，由于各對(duì)絕緣膜掩模16之間的GaN基半導(dǎo)體層25的厚度在共振器長(zhǎng)度方 向上向著共振器端面形成位置13和14逐漸增加，因而GaN基半導(dǎo)體層25沒有陡峭的臺(tái)階。 在圖25所示的現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光器中，用于形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層在凹部101a 與外側(cè)區(qū)域之間具有陡峭的幾何臺(tái)階，因此，與圖25所示的現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光器不同 的是，本實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器使波導(dǎo)損失顯著降低。 另外，由于不必通過RIE方法對(duì)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層25進(jìn)行蝕刻就能 夠形成端面窗結(jié)構(gòu)，因而當(dāng)形成該端面窗結(jié)構(gòu)時(shí)沒有出現(xiàn)表面能級(jí)。這避免了在激光器工 作期間由于表面能級(jí)所致的光吸收和局部發(fā)熱的問題。 另外，由于在n型GaN基板11的每?jī)蓚€(gè)鄰近的第二區(qū)域1 lb之間限定了兩個(gè)芯片 區(qū)域12，因而從單個(gè)n型GaN基板ll能夠制造出較大數(shù)量的GaN基半導(dǎo)體激光器。這降低 了 GaN基半導(dǎo)體激光器的制造成本。 另外，在本實(shí)施例中，能夠容易地制造如下GaN基半導(dǎo)體激光器，在該GaN基半導(dǎo) 體激光器中，脊?fàn)顥l紋27以與p側(cè)電極26自對(duì)準(zhǔn)的方式被形成，并且通過除去共振器端 面附近的P側(cè)電極26的部分而在共振器的兩個(gè)端面處形成非電子注入?yún)^(qū)域(見專利文獻(xiàn) 13)。 由于GaN基半導(dǎo)體激光器在共振器的兩個(gè)端面處具有非電子注入?yún)^(qū)域，因而能夠 有效地防止在共振器端面處的災(zāi)變性光學(xué)損傷(catastrophicoptical damage, COD)，從而 延長(zhǎng)了壽命并提高了可靠性。 該GaN基半導(dǎo)體激光器適合于用作例如光盤驅(qū)動(dòng)裝置的光拾波器的光源。該光盤 驅(qū)動(dòng)裝置可以只重放(只讀)、只記錄(只寫)或者能夠既重放又記錄，并且可在任何重放 和/或記錄模式下工作。
3.第二實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 第二實(shí)施例在絕緣膜掩模16的形狀和位置方面不同于第一實(shí)施例。在其它方面， 第二實(shí)施例與第一實(shí)施例一樣。 在第二實(shí)施例中，首先，如圖14所示，在n型GaN基板11上的各脊?fàn)顥l紋形成位 置15的一側(cè)，具體地，在與每?jī)蓚€(gè)鄰近的第二區(qū)域llb之間的第一區(qū)域lla的中心線相面 對(duì)的那一側(cè)，沿共振器整個(gè)長(zhǎng)度形成具有恒定寬度的伸長(zhǎng)型絕緣膜掩模16。
在共振器長(zhǎng)度方向上的中央部處，與脊?fàn)顥l紋形成位置15相面對(duì)的絕緣膜掩模 16的邊緣跟脊?fàn)顥l紋形成位置15的邊緣一致；而在與共振器端面形成位置13和14相距 4的范圍內(nèi)，與脊?fàn)顥l紋形成位置15相面對(duì)的絕緣膜掩模16的邊緣以間隔Wl離開脊?fàn)顥l 紋形成位置15，并且在距離距離的范圍內(nèi)該間隔從Wl逐漸減小至0。盡管不受限制， 但例如&是20 ii m， d2是50 ii m，絕緣膜掩模16的寬度是5 y m，并且Wl是5 10 y m。
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接著，與第一實(shí)施例中一樣，例如利用M0CVD方法在已形成有絕緣膜掩模16的n型GaN基板11上生長(zhǎng)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層25。對(duì)于含有銦和鎵的活性層19，從絕緣膜掩模16的邊緣至脊?fàn)顥l紋形成位置15的距離在與共振器端面形成位置13和14相距d2的范圍內(nèi)的值比在共振器長(zhǎng)度方向上的中央部處的值大。
由于銦原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度比鎵原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度小約一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而從絕緣膜掩模16供應(yīng)至脊?fàn)顥l紋形成位置15的銦原子的數(shù)量小于鎵原子的數(shù)量。結(jié)果，活性層19的銦含量在共振器長(zhǎng)度方向上不均勻，且在共振器端面形成位置13和14附近的銦含量值比其它區(qū)域中的的銦含量值低。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的帶隙能量大于其它區(qū)域中的帶隙能量。這樣，具有較大帶隙能量的活性層19的那些區(qū)域用作端面窗結(jié)構(gòu)。
然后，通過與第一實(shí)施例中一樣的剩余步驟來制造出所需的GaN基半導(dǎo)體激光器。 第二實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
4.第三實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 第三實(shí)施例在絕緣膜掩模16的形狀和位置方面不同于第一實(shí)施例及第二實(shí)施例。在其它方面，第三實(shí)施例與第一實(shí)施例相類似。 在第三實(shí)施例中，首先，如圖15所示，在n型GaN基板11上的各脊?fàn)顥l紋形成位置15的兩側(cè)對(duì)稱地形成在第二實(shí)施例中用到的絕緣膜掩模16。盡管不受限制，但例如是20 m， d2是50 m，絕緣膜掩模16的寬度是5 y m，并且絕緣膜掩模16與脊?fàn)顥l紋形成位置15之間的間隔Wl是3 20 ii m。 接著，與第一實(shí)施例中一樣，例如利用MOCVD方法在已形成有絕緣膜掩模16的n型GaN基板11上生長(zhǎng)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層25。對(duì)于含有銦和鎵的活性層19，在各對(duì)絕緣膜掩模16之間的間隔以及從絕緣膜掩模16的邊緣至脊?fàn)顥l紋形成位置15的距離在與共振器端面形成位置13和14相距d2的范圍內(nèi)的值比在共振器長(zhǎng)度方向上的中央部處的值大。 由于銦原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度比鎵原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度小約一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而從脊?fàn)顥l紋形成位置15兩側(cè)的絕緣膜掩模16供應(yīng)至脊?fàn)顥l紋形成位置15的銦原子的數(shù)量小于鎵原子的數(shù)量。 結(jié)果，活性層19的銦含量在共振器長(zhǎng)度方向上變化，且在共振器端面形成位置13和14附近的各對(duì)絕緣膜掩模16之間的銦含量值比在其它區(qū)域中的銦含量值低。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的帶隙能量大于其它區(qū)域中的帶隙能量。這樣，具有較大帶隙能量的活性層19的那些區(qū)域用作端面窗結(jié)構(gòu)。 然后，通過與第一實(shí)施例中一樣的剩余步驟來制造出所需的GaN基半導(dǎo)體激光器。 第三實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
5.第四實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 第四實(shí)施例在絕緣膜掩模16的形狀和位置方面不同于第一 第三實(shí)施例。在其它方面，第四實(shí)施例與第一實(shí)施例相類似。
在第四實(shí)施例中，首先，如圖16所示，在n型GaN基板11上的各脊?fàn)顥l紋形成位置15的一側(cè)，具體地，在與每?jī)蓚€(gè)鄰近的第二區(qū)域llb之間的第一區(qū)域11a的中心線相面對(duì)的那一側(cè)，沿共振器整個(gè)長(zhǎng)度形成具有恒定寬度的伸長(zhǎng)型絕緣膜掩模16。
與脊?fàn)顥l紋形成位置15相面對(duì)的絕緣膜掩模16的邊緣，在與共振器端面形成位置13和14相距4的范圍內(nèi)以間隔^離開脊?fàn)顥l紋形成位置15的邊緣，在共振器長(zhǎng)度方向上的中央部處以間隔^離開脊?fàn)顥l紋形成位置15的邊緣，并且在與共振器端面形成位置13和14相距d廠4的范圍內(nèi)該間隔從w2線性地逐漸增加至w3。 例如，^近似等于圖5C中的AX1，而^近似等于或者大于圖5C中的AX2。盡管不受限制，但例如&是20 ii m， d2是50 ii m，絕緣膜掩模16的寬度是5 y m， w2是3 5 y m，并且ws是10iim。 接著，與第一實(shí)施例中一樣，例如利用M0CVD方法在已形成有絕緣膜掩模16的n型GaN基板11上生長(zhǎng)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層25。對(duì)于含有銦和鎵的活性層19，在與共振器端面形成位置13和14相距4的范圍內(nèi)，從絕緣膜掩模16的邊緣至脊?fàn)顥l紋形成位置15的距離近似等于圖5C中的AX1。 另一方面，在共振器長(zhǎng)度方向上的中央部處，從絕緣膜掩模16的邊緣至脊?fàn)顥l紋形成位置15的距離近似等于或者大于圖5C中的AX2。結(jié)果，如圖5C所示，在共振器端面形成位置13和14附近的銦含量低于其它區(qū)域中的銦含量。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的帶隙能量大于其它區(qū)域中的帶隙能量。這樣，具有較大帶隙能量的活性層19的那些區(qū)域用作端面窗結(jié)構(gòu)。 然后，通過與第一實(shí)施例中一樣的剩余步驟來制造出所需的GaN基半導(dǎo)體激光器。 第四實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
6.第五實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 第五實(shí)施例在絕緣膜掩模16的形狀和位置方面不同于第一 第四實(shí)施例。在其它方面，第五實(shí)施例與第一實(shí)施例相類似。 在第五實(shí)施例中，首先，如圖17所示，在n型GaN基板11上在共振器端面形成位置13和14附近的各脊?fàn)顥l紋形成位置15兩側(cè)形成矩形平面形狀的絕緣膜掩模16。
絕緣膜掩模16關(guān)于脊?fàn)顥l紋形成位置15對(duì)稱，并且關(guān)于在兩個(gè)鄰近的第二區(qū)域lib之間的第一區(qū)域lla的中心線對(duì)稱。 與脊?fàn)顥l紋形成位置15相面對(duì)的各絕緣膜掩模16的邊緣跟脊?fàn)顥l紋形成位置15的邊緣一致。絕緣膜掩模16在共振器長(zhǎng)度方向上具有恒定寬度^。盡管不受限制，但例如d2是20 50 ii m，并且絕緣膜掩模16的寬度是5 10 ii m。 接著，與第一實(shí)施例中一樣，例如利用M0CVD方法在已形成有絕緣膜掩模16的n型GaN基板11上生長(zhǎng)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層25。 對(duì)于含有銦和鎵的活性層19，由于銦原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度比鎵原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度小約一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而與共振器長(zhǎng)度方向上的中央部處不同的是，在與共振器端面形成位置13和14相距d2的范圍內(nèi)，從脊?fàn)顥l紋形成位置15兩側(cè)的絕緣膜掩模16供應(yīng)至脊?fàn)顥l紋形成位置15的銦原子的數(shù)量小于鎵原子的數(shù)量。
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結(jié)果，活性層19的銦含量在共振器長(zhǎng)度方向上不均勻，且在共振器端面形成位置13和14附近的各對(duì)絕緣膜掩模16之間的銦含量值比其它區(qū)域中的銦含量值低。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的帶隙能量大于其它區(qū)域中的帶隙能量。這樣，具有較大帶隙能量的活性層19的那些區(qū)域用作端面窗結(jié)構(gòu)。 然后，通過與第一實(shí)施例中一樣的剩余步驟來制造出所需的GaN基半導(dǎo)體激光器。 第五實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
7.第六實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 第六實(shí)施例在絕緣膜掩模16的形狀和位置方面不同于第一 第五實(shí)施例。在其它方面，第六實(shí)施例與第一實(shí)施例相類似。 在第六實(shí)施例中，首先，如圖18所示，在n型GaN基板11上在共振器端面形成位置13和14附近的各脊?fàn)顥l紋形成位置15兩側(cè)形成梯形平面形狀的絕緣膜掩模16。
絕緣膜掩模16關(guān)于脊?fàn)顥l紋形成位置15對(duì)稱，并且關(guān)于在兩個(gè)鄰近的第二區(qū)域lib之間的第一區(qū)域lla的中心線對(duì)稱。與脊?fàn)顥l紋形成位置15相面對(duì)的各絕緣膜掩模16的邊緣與脊?fàn)顥l紋形成位置15的邊緣一致。 在與共振器端面形成位置13和14相距(12的范圍內(nèi)，絕緣膜掩模16的寬度從^線性減少至w6。盡管不受限制，但例如d2是20 50 ii m， w5是10 20 ii m，并且w6是5 y m。
接著，與第一實(shí)施例中一樣，例如利用M0CVD方法在已形成有絕緣膜掩模16的n型GaN基板11上生長(zhǎng)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層25。 對(duì)于含有銦和鎵的活性層19，由于銦原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度比鎵原子的擴(kuò)散長(zhǎng)度小約一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而與共振器長(zhǎng)度方向上的中央部處不同的是，在與共振器端面形成位置13和14相距d2的范圍內(nèi)，從脊?fàn)顥l紋形成位置15兩側(cè)的絕緣膜掩模16供應(yīng)至脊?fàn)顥l紋形成位置15的銦原子的數(shù)量小于鎵原子的數(shù)量。 結(jié)果，活性層19的銦含量在共振器長(zhǎng)度方向上不均勻，且在共振器端面形成位置13和14附近的各對(duì)絕緣膜掩模16之間的銦含量值比在其它區(qū)域中的銦含量值低。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的帶隙能量大于其它區(qū)域中的帶隙能量。這樣，具有較大帶隙能量的活性層19的那些區(qū)域用作端面窗結(jié)構(gòu)。 然后，通過與第一實(shí)施例中一樣的剩余步驟來制造出所需的GaN基半導(dǎo)體激光器。 第六實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
8.第七實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 在第七實(shí)施例中，絕緣膜掩模16不直接形成在n型GaN基板ll上；例如，在第一 第六實(shí)施例中的任一者中，在n型GaN基板11的整個(gè)表面上外延生長(zhǎng)n型AlGaN覆層17之后，在該n型AlGaN覆層17上形成絕緣膜掩模16。 隨后，與第一實(shí)施例中一樣，外延生長(zhǎng)n型GaN波導(dǎo)層18、活性層19、未摻雜的InGaN波導(dǎo)層20、未摻雜的AlGaN波導(dǎo)層21、p型AlGaN電子勢(shì)壘層22、p型GaN/未摻雜的AlGaN超晶格覆層23、p型GaN接觸層24。圖19示出了生長(zhǎng)之后的n型GaN基板11的示例(其是對(duì)應(yīng)于第四實(shí)施例的示例)。 然后，通過與第一實(shí)施例中一樣的剩余步驟來制造出所需的GaN基半導(dǎo)體激光器。 第七實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
9.第八實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 第八實(shí)施例的GaN基半導(dǎo)體激光器具有端面窗結(jié)構(gòu)和脊?fàn)顥l紋結(jié)構(gòu)，但與第一實(shí)施例的不同在于，在共振器的端部未形成非電流注入?yún)^(qū)域。在其它方面，第八實(shí)施例與第一實(shí)施例相類似。 第八實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例的除了在共振器的端部形成非電流注入?yún)^(qū)域所
提供的優(yōu)點(diǎn)之外的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
10.第九實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 在第九實(shí)施例中，如圖20所示，進(jìn)行與第四實(shí)施例中一樣的過程，從而在n型GaN基板11上未被絕緣膜掩模16覆蓋的區(qū)域中生長(zhǎng)用于形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層25，該GaN基半導(dǎo)體層25包括活性層19。由于GaN基半導(dǎo)體層25基本上不會(huì)生長(zhǎng)在絕緣膜掩模16上，因而在絕緣膜掩模16上方形成了凹部。 接著，在GaN基半導(dǎo)體層25和絕緣膜掩模16上形成諸如Si02膜等絕緣膜(圖未示)，并將該絕緣膜蝕刻成預(yù)定圖形。 接著，如圖21所示，使用上述絕緣膜作為蝕刻掩模，通過例如使用氯化蝕刻氣體的RIE方法進(jìn)行干式處理將GaN基半導(dǎo)體層25蝕刻到預(yù)定深度來形成凹槽33和34。在凹槽33和34之間形成有脊?fàn)顥l紋27。 接著，當(dāng)用作蝕刻掩模的絕緣膜留下時(shí)，在整個(gè)表面上方依次形成諸如Si02膜等絕緣膜31和諸如未摻雜的硅膜等絕緣膜32。利用光刻工藝形成抗蝕劑圖形(未圖示)，該抗蝕劑圖形在對(duì)應(yīng)于脊?fàn)顥l紋27的區(qū)域中具有開口，并且該抗蝕劑圖形被用作掩模，從而利用蝕刻方法選擇性地除去脊?fàn)顥l紋27上方的絕緣膜31和32部分。
隨后，除去抗蝕劑圖形。形成在凹槽33和34外側(cè)的絕緣膜31和32總體上較厚。在凹槽33和34外側(cè)的絕緣膜31包括作為蝕刻掩模的上述絕緣膜。 接著，如圖22所示，在脊?fàn)顥l紋27上形成p側(cè)電極26，并形成焊盤電極29以覆蓋P側(cè)電極26。圖23以與圖9對(duì)應(yīng)的平面圖示出了在此狀態(tài)下的n型GaN基板11。
焊盤電極29通過p側(cè)電極26與脊?fàn)顥l紋27電連接。在與絕緣膜掩模16相反的脊?fàn)顥l紋27側(cè)的區(qū)域中的整個(gè)表面基本上是平坦的，焊盤電極29被形成為基本上在該整個(gè)表面上方延伸。焊盤電極29被形成為避開在絕緣膜掩模16上方形成的凹部以及在n型GaN基板ll的第二區(qū)域llb上方的區(qū)域。 對(duì)于在安裝GaN基半導(dǎo)體激光器時(shí)焊盤電極29的引線接合，優(yōu)選地，將與共振器長(zhǎng)度方向垂直的方向上的焊盤電極2寬度設(shè)置成從脊?fàn)顥l紋27的邊緣算起例如為45ym以上，從而保證足夠大的接合區(qū)域。 然后，通過剩余步驟來制造出所需的GaN基半導(dǎo)體激光器。 除了具有與第四實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)之外，第九實(shí)施例還提供了以下優(yōu)點(diǎn)。 在n型GaN基板11上未被絕緣膜掩模16覆蓋的區(qū)域中生長(zhǎng)出GaN基半導(dǎo)體層25
之后，在與絕緣膜掩模16相反的脊?fàn)顥l紋27側(cè)的區(qū)域中的基本平坦表面上形成焊盤電極
29，以使焊盤電極29避開在絕緣膜掩模16上方形成的凹部。這使得焊盤電極29被成功地
形成而不會(huì)例如在臺(tái)階處斷裂，因而顯著減少了例如由于焊盤電極29在臺(tái)階處的斷裂而
引起的電流泄露。 11.第十實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 在第十實(shí)施例中，如圖24所示，進(jìn)行與第九實(shí)施例中一樣的過程，從而形成焊盤 電極29以覆蓋p側(cè)電極26。 焊盤電極29包括在脊?fàn)顥l紋27上方形成的線性部分和從該線性部分延伸形成的 且橫跨與絕緣膜掩模16相反的脊?fàn)顥l紋27側(cè)的區(qū)域中的基本平坦表面的矩形部分。
盡管焊盤電極29的矩形部分可形成在共振器長(zhǎng)度方向上的任何位置處，但在圖 24中它們形成在共振器長(zhǎng)度方向上的中央。另外，焊盤電極29被形成為避開在絕緣膜掩模 16上方形成的凹部以及在n型GaN基板11的第二區(qū)域lib上方的區(qū)域。
對(duì)于在安裝GaN基半導(dǎo)體激光器時(shí)焊盤電極29的引線接合，優(yōu)選地，將與共振器 長(zhǎng)度方向垂直的方向上的焊盤電極29寬度設(shè)置成從脊?fàn)顥l紋27的端部算起例如為45 ym 以上，從而保證足夠大的接合區(qū)域。 然后，通過剩余步驟來制造出所需的GaN基半導(dǎo)體激光器。 除了具有與第四實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)之外，第十實(shí)施例還提供了以下優(yōu) 點(diǎn)。 在n型GaN基板11上未被絕緣膜掩模16覆蓋的區(qū)域中生長(zhǎng)出GaN基半導(dǎo)體層25 之后，在與絕緣膜掩模16相反的脊?fàn)顥l紋27側(cè)的區(qū)域中的基本平坦表面上形成焊盤電極 29，以使焊盤電極29避開在絕緣膜掩模16上方形成的凹部。這使得焊盤電極29被成功地 形成而不會(huì)例如在臺(tái)階處斷裂，因而顯著減少了例如由于焊盤電極29在臺(tái)階處的斷裂而 引起的電流泄露。 另外，能夠最小化焊盤電極29的面積，從而減小在焊盤電極29與下層結(jié)構(gòu)之間出 現(xiàn)的寄生電容。因此本實(shí)施例對(duì)于使用高頻電流的GaN基半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)是有利的。
12.第H^—實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 在第十一實(shí)施例中，與第九實(shí)施例中一樣以第二實(shí)施例的過程形成焊盤電極29。
第十一實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例和第九實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
13.第十二實(shí)施例 半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體激光器的制造方法 在第十二實(shí)施例中，與第十實(shí)施例中一樣以第二實(shí)施例的過程形成焊盤電極29。
第十二實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例和第十實(shí)施例的那些優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
盡管上面具體說明了本發(fā)明的各實(shí)施例，但本發(fā)明不限于那些實(shí)施例；基于本發(fā) 明的技術(shù)思想允許各種變形。 例如，上面各實(shí)施例中的數(shù)值、結(jié)構(gòu)、基板和過程等等僅是說明性的，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下可使用其他不同的數(shù)值、結(jié)構(gòu)、基板和過程等等。 具體地，例如，盡管在第一、第二、第三、第五和第六實(shí)施例中絕緣膜掩模16的邊 緣是沿著脊?fàn)顥l紋形成位置15的邊緣布置的，然而也可將絕緣膜掩模16形成為使絕緣膜 掩模16的邊緣與脊?fàn)顥l紋形成位置15的邊緣分開。 另外，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以組合上面的第一 第十二實(shí)施例中的兩個(gè)或者更多 實(shí)施例。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利 要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合及改變。
權(quán)利要求
一種具有端面窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的制造方法，所述制造方法包括如下步驟在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上形成由絕緣膜構(gòu)成的掩模，所述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域由單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度，所述第二區(qū)域線性地延伸且具有高于所述第一平均位錯(cuò)密度的第二平均位錯(cuò)密度并且周期性地平行布置在所述第一區(qū)域之間，每?jī)蓚€(gè)鄰近的所述第二區(qū)域之間的所述第一區(qū)域具有兩個(gè)以上的關(guān)于所述第一區(qū)域的中心線對(duì)稱的激光器條紋形成位置，所述掩模至少在端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近被形成在各個(gè)所述激光器條紋形成位置的一側(cè)或兩側(cè)，并使所述掩模關(guān)于所述中心線對(duì)稱；以及在所述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上未被所述掩模覆蓋的區(qū)域中生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，所述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層包括由至少含有銦和鎵的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的活性層。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合 物半導(dǎo)體基板上，在各個(gè)所述激光器條紋形成位置的一側(cè)沿著所述激光器條紋形成位置形 成所述掩模，并使所述激光器條紋形成位置與所述掩模之間的間隔在所述端面窗結(jié)構(gòu)的形 成位置附近的值比在其它區(qū)域中的值小。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合 物半導(dǎo)體基板上，在各個(gè)所述激光器條紋形成位置的一側(cè)沿著所述激光器條紋形成位置形 成所述掩模，并使所述激光器條紋形成位置與所述掩模之間的間隔在所述端面窗結(jié)構(gòu)的形 成位置附近的值比在其它區(qū)域中的值大。
4. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合 物半導(dǎo)體基板上，在各個(gè)所述激光器條紋形成位置的兩側(cè)沿著所述激光器條紋形成位置形 成所述掩模，并使各個(gè)所述激光器條紋形成位置兩側(cè)的所述掩模之間的間隔在所述端面窗 結(jié)構(gòu)的形成位置附近的值比在其它區(qū)域中的值大。
5. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合 物半導(dǎo)體基板上，在所述端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近的各個(gè)所述激光器條紋形成位置的一 側(cè)或兩側(cè)形成所述掩模。
6. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合 物半導(dǎo)體基板上，在各個(gè)所述激光器條紋形成位置的與所述中心線相面對(duì)的那一側(cè)沿著所 述激光器條紋形成位置形成所述掩模，并使所述激光器條紋形成位置與所述掩模之間的間 隔在所述端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近的值比在其它區(qū)域中的值小。
7. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合 物半導(dǎo)體基板上，在各個(gè)所述激光器條紋形成位置的與所述中心線相面對(duì)的那一側(cè)沿著所 述激光器條紋形成位置形成所述掩模，并使所述激光器條紋形成位置與所述掩模之間的間 隔在所述端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近的值比在其它區(qū)域中的值大。
8. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光器的制造方法，還包括如下步驟 形成所述激光器條紋；以及在與所述掩模相反的所述激光器條紋側(cè)的區(qū)域中形成焊盤電極，并使所述焊盤電極與 所述激光器條紋電連接。
9. 如權(quán)利要7所述的半導(dǎo)體激光器的制造方法，還包括如下步驟形成所述激光器條紋；以及在與所述掩模相反的所述激光器條紋側(cè)的區(qū)域中形成焊盤電極，并使所述焊盤電極與 所述激光器條紋電連接。
10. —種具有端面窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器包括氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板，其包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域由 單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度，所述第二區(qū)域具有高于所述第一平均位錯(cuò)密度的第 二平均位錯(cuò)密度并沿著平行于共振器長(zhǎng)度方向的一側(cè)設(shè)置著；由絕緣膜構(gòu)成的掩模，所述掩模至少在與所述端面窗結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置附近被設(shè)置在所 述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上；以及氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其包括活性層，并且生長(zhǎng)在所述氮化物基III-V族 化合物半導(dǎo)體基板上未被所述掩模覆蓋的區(qū)域中。
11. 如權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體激光器，其中，在所述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體 基板上，在所述激光器條紋的一側(cè)沿著所述激光器條紋設(shè)置所述掩模，并使所述激光器條 紋與所述掩模之間的間隔在與所述端面窗結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置附近的值比在其它區(qū)域中的值 小。
12. 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體激光器，還包括焊盤電極，所述焊盤電極被設(shè)置在與 所述掩模相反的所述激光器條紋側(cè)的區(qū)域中，并且所述焊盤電極與所述激光器條紋電連 接。
13. —種光拾波器，所述光拾波器中用具有端面窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器作為光源，所述 半導(dǎo)體激光器包括氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板，其包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域由 單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度，所述第二區(qū)域具有高于所述第一平均位錯(cuò)密度的第 二平均位錯(cuò)密度并沿著平行于共振器長(zhǎng)度方向的一側(cè)設(shè)置著；由絕緣膜構(gòu)成的掩模，所述掩模至少在與所述端面窗結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置附近被設(shè)置在所 述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上；以及氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其包括活性層，并且生長(zhǎng)在所述氮化物基III-V族 化合物半導(dǎo)體基板上未被掩模覆蓋的區(qū)域中。
14. 一種包括半導(dǎo)體激光器的光盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述光盤驅(qū)動(dòng)裝置用具有端面窗結(jié)構(gòu)的 半導(dǎo)體激光器作為光源，所述半導(dǎo)體激光器包括氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板，其包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域由單晶體形成并具有第一平均位錯(cuò)密度，所述第二區(qū)域具有高于所述第一平均位錯(cuò)密度的第 二平均位錯(cuò)密度并被沿著平行于共振器長(zhǎng)度方向的一側(cè)設(shè)置；由絕緣膜構(gòu)成的掩模，所述掩模至少在與所述端面窗結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置附近被設(shè)置在所述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上；以及氮化物基ni-v族化合物半導(dǎo)體層，其包括活性層，并且生長(zhǎng)在所述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上未被掩模覆蓋的區(qū)域中。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有端面窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器及其制造方法、光拾波器和光盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述制造方法包括如下步驟在包括第一區(qū)域和周期性平行布置在第一區(qū)域之間的第二區(qū)域的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體基板上形成由絕緣膜構(gòu)成的掩模；以及在未被掩模覆蓋的區(qū)域中生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。每?jī)蓚€(gè)鄰近的第二區(qū)域之間的第一區(qū)域具有兩個(gè)以上的關(guān)于第一區(qū)域的中心線對(duì)稱的激光器條紋形成位置。至少在端面窗結(jié)構(gòu)的形成位置附近，將所述掩模形成在各個(gè)激光器條紋形成位置一側(cè)或兩側(cè)，并使所述掩模關(guān)于中心線對(duì)稱。氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層包括至少含有銦和鎵的活性層。本發(fā)明能夠容易地形成端面窗結(jié)構(gòu)，并能抑制波導(dǎo)損失、光吸收和局部發(fā)熱。
文檔編號(hào)G11B7/12GK101714745SQ20091017894
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者倉(cāng)本大, 仲山英次, 幸田倫太郎, 藤本強(qiáng) 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社