專利名稱：制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，例如氮化物半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
利用氮化物半導(dǎo)體材料，如GaN(氮化鎵)、AlN(氮化鋁)、InN(氮化銦)和它們的混合晶體，已經(jīng)在商用和試驗(yàn)基礎(chǔ)上制作出了可以從紫外光到可見光光譜范圍內(nèi)發(fā)出激光的氮化物半導(dǎo)體激光器。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，通常使用GaN作為襯底，然而，GaN襯底的使用還遠(yuǎn)未使具有令人滿意地長(zhǎng)發(fā)光壽命的氮化物半導(dǎo)體激光器的生產(chǎn)成為可能。所以，此后人們?cè)趯で蟾L(zhǎng)的激光發(fā)光壽命。氮化物半導(dǎo)體激光器的發(fā)光壽命，受到在GaN襯底上制備氮化物半導(dǎo)體層時(shí)所產(chǎn)生的裂紋和類似缺陷的影響。因而，裂紋的發(fā)生是引起氮化物半導(dǎo)體激光器退化的因素之一，需要將其減少到最小。
按照為解決上述問題而提出的一種傳統(tǒng)技術(shù)，氮化物半導(dǎo)體器件通過這樣的方法來制作，即先在GaN襯底的上面生長(zhǎng)一層具有低于GaN的熱膨脹系數(shù)的氮化物半導(dǎo)體，再進(jìn)一步在它的上面形成半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。這有助于減少特別是在形成于GaN襯底上的n型接觸層中的微裂紋的發(fā)生，(參見日本專利申請(qǐng)公開No.2000-299497，下文中稱為專利公開1)。
然而，即使半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)是按照上述專利公開1所提出的技術(shù)在GaN襯底上制備的，裂紋有時(shí)也會(huì)在晶片的表面上發(fā)生。這些出現(xiàn)在表面上的裂紋成為引起半導(dǎo)體激光器性能退化的因素之一，導(dǎo)致過短的激光發(fā)光壽命，并且由于沿裂紋產(chǎn)生的裂縫使晶片以不可預(yù)料的方式裂開，從而造成成品率降低。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述通常所遇到的問題，本發(fā)明的目的是提供一種制作氮化物發(fā)光器件的方法，藉此，當(dāng)通過在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層來制備氮化物發(fā)光器件時(shí)，可以形成具有較少裂紋和良好表面平面度的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括表面上形成有以條形延伸的槽和脊的氮化物半導(dǎo)體襯底，以及在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成的含有多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層，這種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法包括第一步，通過在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層，至少在槽和脊之一上形成一個(gè)大于或等于10μm寬的平坦區(qū)，從而槽上的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的高度小于脊上氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的高度；第二步，在形成于第一步的平坦區(qū)中的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的表面上，形成一個(gè)抬高的脊條(ridge stripe)部分；第三步，沿著平行于脊條部分的分割線，至少沿槽和脊之一進(jìn)行分割。
根據(jù)本發(fā)明，槽截面的形狀可以是矩形或者是倒錐形，從而槽開口處的寬度小于槽底部的寬度；或者是正錐形，從而槽開口處的寬度大于槽底部的寬度。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成的槽的寬度可以大于或等于50μm但又小于或等于1,200μm。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成的槽的深度可以大于或等于3μm但又小于或等于20μm。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，在氮化物半導(dǎo)體襯底的表面上形成的n型GaN層的厚度大于或等于0.1μm但又小于或等于2μm。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，氮化物半導(dǎo)體襯底頂部表面的偏角(off angle)可以為0.2°或更小。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，脊的寬度可以大于或等于70μm但又小于或等于1,200μm。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，脊條形部分在平坦區(qū)內(nèi)形成，并與平坦區(qū)的邊緣距離5μm或更遠(yuǎn)。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，第三步中，分割線至少與脊條形部分距離20μm遠(yuǎn)。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，第三步中，可以沿分割線對(duì)槽或脊上形成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行分割，使如此分割得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件不包含槽和脊之間形成的臺(tái)階部分。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，第三步中，可以沿分割線對(duì)槽或脊上形成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行分割，使如此分割得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包含槽和脊之間形成的臺(tái)階部分。
上述制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，當(dāng)在槽和脊上都形成有氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件時(shí)，可以對(duì)槽和脊上形成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行分割，使如此分割得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件之一包含槽和脊之間形成的臺(tái)階部分。


圖1是部分晶片的橫截面示意圖，表示其上形成有本發(fā)明第一實(shí)施例中的氮化物半導(dǎo)體激光器；圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例中所觀察的、尚未在其上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的n型GaN襯底的頂視圖；圖3是表示本發(fā)明第一、第二和第三實(shí)施例中觀察的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；圖4A到4C是反映爬升(creep-up)生長(zhǎng)過程的圖解；圖5是表示在晶片上從何處對(duì)芯片進(jìn)行分割的圖解，晶片上形成有本發(fā)明第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器；圖6是表示在晶片上從何處對(duì)芯片進(jìn)行分割的圖解，晶片上形成有本發(fā)明第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器；圖7是部分晶片的橫截面示意圖，表示其上形成有本發(fā)明第二實(shí)施例中的氮化物半導(dǎo)體激光器；以及圖8是部分晶片的橫截面示意圖，表示其上形成有本發(fā)明第三實(shí)施例中的氮化物半導(dǎo)體激光器。
具體實(shí)施例方式
首先，給出本說明書中頻繁使用的一些術(shù)語的定義。“氮化物半導(dǎo)體襯底”表示由氮化物半導(dǎo)體形成的任何襯底，因而可互換地使用“AlaGabIncN襯底”(其中0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，且a+b+c＝1)。在這樣的AlaGabIncN(其中0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，且a+b+c＝1)襯底中，所含的氮大約有10％或更少(只要它具有六方晶系)可以由As、P、或Sb代替。本說明書中，任何這樣的襯底都統(tǒng)稱為“GaN襯底”。
本說明書中，“槽”表示在氮化物半導(dǎo)體襯底頂面(生長(zhǎng)表面)上形成的條形凹陷部分。同樣地，“脊”表示在該表面上形成的條形抬高部分。這樣的槽或脊的截面形狀不一定是矩形的，例如，也可以是正錐形或倒錐形。當(dāng)形成槽時(shí)，表面出現(xiàn)了，該表面同時(shí)是槽和相鄰脊的側(cè)面。由于這些表面都是同一的，本說明書中，所有這樣的表面都稱為“脊側(cè)面”。
本說明書中，“有源層”均表示任何含有單個(gè)勢(shì)阱層或者同時(shí)含有單個(gè)或多個(gè)勢(shì)阱層和勢(shì)壘層的層。例如，具有單量子阱結(jié)構(gòu)的有源層可以是由單勢(shì)阱層構(gòu)成，或者是由勢(shì)壘層、勢(shì)阱層和勢(shì)壘層組合構(gòu)成。另一方面，有源層也可以是由多個(gè)勢(shì)阱層和多個(gè)勢(shì)壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)。
本說明書中，“偏角”表示由GaN單晶經(jīng)切割或其它方法得到的GaN襯底的表面與C面所成的夾角，C面又稱(0001)面，它是GaN單晶的晶體生長(zhǎng)面。
晶體學(xué)中，習(xí)慣在指數(shù)的絕對(duì)值上加一橫線來表示負(fù)的晶面或晶向指數(shù)。本說明書中，由于不可能使用這樣的符號(hào)，所以在指數(shù)的絕對(duì)值前加一個(gè)負(fù)號(hào)“-”來表示負(fù)的指數(shù)。
第一實(shí)施例結(jié)合相關(guān)附圖，描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。作為氮化物發(fā)光器件的例子，以下描述涉及一種氮化物半導(dǎo)體激光器。圖1是部分晶片的橫截面示意圖，其上形成有本發(fā)明第一實(shí)施例中的氮化物半導(dǎo)體激光器。圖2是該實(shí)施例中，尚未在其上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的n型GaN襯底10的頂視圖。在這些圖中，同時(shí)標(biāo)出了晶面方向。圖1所示的氮化物半導(dǎo)體激光器，是通過在圖2所示的n型GaN襯底10上放置或形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11來制作的。
如圖2所示，在n型GaN襯底10上，沿著平行于<1-100>的方向形成脊17和槽18。這里，假定脊和槽具有矩形截面。圖3是反映氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
該氮化物半導(dǎo)體激光器中，下面結(jié)合相關(guān)的

如何制作n型GaN襯底10。n型GaN襯底10的頂面的主平面方向?yàn)?1000)面，n型GaN襯底10相對(duì)于主平面方向有0.1°的偏角(圖中未示出)。在該n型GaN襯底10的頂面上，氣相沉積SiO2、SiNx或其它類似物。在本實(shí)施例中假定是SiO2；然而，也可以是任何其它類型的介質(zhì)膜或類似物。下一步，在SiO2膜上涂敷光刻膠，采用通常的光刻技術(shù)，在<1-100>方向上形成條形光刻膠掩模圖案。下一步，通過RIE(反應(yīng)離子刻蝕)或其它類似技術(shù)，在SiO2和n型GaN襯底10的頂面上刻蝕出槽18。此后，使用刻蝕劑例如HF(氫氟酸)去除SiO2。這樣就制成了圖2所示的n型GaN襯底10，其包含沿<1-100>方向形成的脊17和槽18。本實(shí)施例中，使用RIE技術(shù)來刻蝕n型GaN襯底10的頂面以形成槽18；然而，也可以使用任何其它技術(shù)，如濕法刻蝕技術(shù)。
上述的脊17和槽18是在n型GaN襯底10的頂面上沿平行于<1-100>的方向形成的。槽的寬度M為500μm，脊的寬度L為500μm，槽的深度Z(見圖1)為5μm。脊17和槽18截面的形狀可以是矩形或者是正錐形，從而槽18在開口處的寬度大于其底部的寬度；或者是倒錐形，從而槽18在開口處的寬度小于其底部的寬度。
在形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11時(shí)，槽18的深度Z影響槽18的填充情況。因此，如果在n型GaN襯底10上形成的槽18的深度小于3μm，則當(dāng)在n型GaN襯底10上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11時(shí)，下面將要描述的爬升生長(zhǎng)會(huì)引起槽18在較大范圍內(nèi)填滿。不利地是，這不僅不能保證用來形成脊條形部分的區(qū)域，同時(shí)也降低了氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的表面平面度。另一方面，如果槽18的深度大于20μm，不利地是，很可能在氮化物半導(dǎo)體激光器的制作過程中產(chǎn)生裂紋或其它問題。所以，優(yōu)選地使槽18的深度Z大于或等于3μm但又小于或等于20μm，更優(yōu)選地使其大于或等于5μm但又小于或等于10μm。
優(yōu)選地使形成有脊17和槽18的n型GaN襯底10與主平面所形成的偏角不超過0.2°。如果在偏角大于0.2°的GaN襯底上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11，不利地是，脊17的頂面和槽18的中部可能會(huì)沿著某個(gè)特定方向傾斜，或者在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的整個(gè)表面出現(xiàn)波狀起伏，導(dǎo)致整個(gè)晶片表面的平面度降低。
在經(jīng)上述過程獲得的襯底上，通過MOCVD(金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積)或其它類似方法外延生長(zhǎng)圖3所示的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11。這樣，就制成了圖1所示氮化物半導(dǎo)體激光器。
如圖3所示，在n型GaN襯底10上形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11包括以下諸層，這些層按照所列舉的順序彼此層疊1μm厚的n型GaN層21；1.2μm厚的n型Al0.1Ga0.9N覆蓋層22；0.1μm厚的n型GaN導(dǎo)光層23；多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24，它由4個(gè)8nm厚的In0.01Ga0.99N勢(shì)壘層和3個(gè)4nm厚的In0.1Ga0.9N勢(shì)阱層構(gòu)成；20nm厚的p型Al0.3Ga0.7N載流子阻擋層25；0.1μm厚的p型GaN導(dǎo)光層26；0.5μm厚的p型Al0.1Ga0.9N覆蓋層27；以及0.1μm厚的p型GaN接觸層28。
下面，將說明如何制作氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11。以下所描述的是使用MOCVD方法的例子；然而，只要可以外延生長(zhǎng)，也可以使用除MOCVD方法之外的任何其它生長(zhǎng)方法，例如，可用的生長(zhǎng)方法包括其它氣相生長(zhǎng)方法如MBE(分子束外延)方法和HDVPE(氫化物氣相外延)方法。
把n型GaN襯底10放置在MOCVD設(shè)備的生長(zhǎng)爐內(nèi)的預(yù)制基座上。然后將基座溫度升至1050℃。然后，H2或N2作為載氣、NH3作為N源、TMGa(三甲基鎵)或TEGa(三乙基鎵)作為Ga源、以及SiH4作為用作n型雜質(zhì)(摻雜劑)的Si源被通入到生長(zhǎng)爐中，生長(zhǎng)n型GaN層21。然后，TMAl(三甲基鋁)或TEAl(三乙基鋁)作為Al源通入到生長(zhǎng)爐中，生長(zhǎng)n型Al0.1Ga0.9N覆蓋層22。在上述層中，作為n型雜質(zhì)(摻雜劑)的Si的濃度控制在5×1017/cm3到1×1019/cm3的范圍內(nèi)。隨后，生長(zhǎng)n型GaN導(dǎo)光層23，并將膜中Si的濃度控制在1×1016/cm3到1×1018/cm3的范圍內(nèi)。
然后，將基座溫度降至750℃，生長(zhǎng)多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24，該層包括3個(gè)周期的In0.1Ga0.9N勢(shì)阱層和4個(gè)周期的In0.01Ga0.99N勢(shì)壘層。該多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24通過以下順序生長(zhǎng)組分層而形成勢(shì)壘層、勢(shì)阱層、勢(shì)壘層、勢(shì)阱層、勢(shì)壘層、勢(shì)阱層、勢(shì)壘層。當(dāng)該多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24形成后，將SiH4通入到生長(zhǎng)爐中，使勢(shì)壘層或勢(shì)壘層和勢(shì)阱層中Si的濃度在1×1016/cm3到1×1018/cm3的范圍內(nèi)。
下一步，將基座溫度升回到1,050℃，并停止SiH4供應(yīng)，然后向生長(zhǎng)爐中通入作為N源的NH3、作為Ga源的TMGa(三甲基鎵)或TEGa(三乙基鎵)、以及作為Al源的TMAl(三甲基鋁)或TEAl(三乙基鋁)，從而依次形成p型Al0.3Ga0.7N載流子阻擋層25、p型GaN導(dǎo)光層26、p型Al0.1Ga0.9N覆蓋層27和p型GaN接觸層28。當(dāng)這些膜形成以后，作為Mg源以提供p型雜質(zhì)(摻雜劑)的EtCP2Mg(二乙基環(huán)戊烯鎂)通入到爐中，使膜中Mg的濃度控制在1×1018/cm3到2×1020/cm3的范圍內(nèi)。在這里，任何其它戊基Mg材料也可以用來作為Mg源，例如環(huán)戊烯鎂或二甲基環(huán)戊烯鎂。殘留在p型層如p型Al0.3Ga0.7N載流子阻擋層25、p型GaN導(dǎo)光層26、p型Al0.1Ga0.9N覆蓋層27和p型GaN接觸層28中的氫，會(huì)阻礙p型摻雜劑Mg的激活。為了去除殘留的氫，可以伴隨p型層的生長(zhǎng)混入微量的氧。
以此方法形成p型GaN接觸層28后，MOCVD設(shè)備中的所有氣體都置換成N2和NH3，并以60℃/min的速率降低基座的溫度。當(dāng)基座溫度降至800℃時(shí)，停止NH3供應(yīng)，而后使基座在800℃的溫度下保持5分鐘。然后，基座溫度降至室溫。本實(shí)施例中，基座溫度在800℃保持5分鐘；然而，也可在任何其它溫度下保持任意長(zhǎng)的時(shí)間。優(yōu)選地使基座溫度保持在650℃到900℃的范圍內(nèi)，使保持時(shí)間在3到10分鐘內(nèi)?；鶞囟认陆档乃俾蕛?yōu)選地為30℃/min或更大。
采用喇曼測(cè)量方法對(duì)上述氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11進(jìn)行測(cè)量評(píng)估，得到如下結(jié)果。晶片在從MOCVD設(shè)備中取出后，甚至在進(jìn)行p型化退火前，Mg已經(jīng)被激活而實(shí)現(xiàn)了一定的p型化。此外，p電極形成后的接觸電阻減小了。這些結(jié)果有利地表明，按照慣例進(jìn)行p型化退火處理有助于進(jìn)一步提高M(jìn)g的激活率。
生長(zhǎng)多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24時(shí)，在勢(shì)壘層生長(zhǎng)后勢(shì)阱層生長(zhǎng)前和勢(shì)阱層生長(zhǎng)后勢(shì)壘層生長(zhǎng)前，最好暫停層形成，持續(xù)時(shí)間不少于1秒但不多于180秒。這有助于增強(qiáng)各勢(shì)壘層和勢(shì)阱層的平面度。良好的平面度使In組分分布均勻，也使各勢(shì)壘層和勢(shì)阱層的厚度均勻，從而有助于減小激光發(fā)光波長(zhǎng)的不均衡。這也有利地減小了自發(fā)(自然的)發(fā)光的FWHM(半最大值全寬)。
在多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24中，可以通入AsH3(三氫化砷)、TBAs(叔-丁基砷)或TMAs(三甲基砷)來加入As；通入PH3(三氫化磷)、TBP(叔-丁基磷)或TMP(三甲基磷)來加入P；通入TMSb(三甲基銻)或TESb(三乙基銻)來加入Sb。在形成多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24時(shí)，可以使用除NH3之外的其它物質(zhì)作為N源，例如肼類材料如二甲基肼或者疊氮化物如疊氮基乙酯(ethylazide)。
本實(shí)施例中，在由多層InxGa1-xN量子阱構(gòu)成有源層時(shí)，或者在有源層中加入As或P構(gòu)成量子阱結(jié)構(gòu)有源層時(shí)，如果在量子阱層中出現(xiàn)穿透位錯(cuò)(貫穿型位錯(cuò))，In會(huì)不利地沉淀在位錯(cuò)處。因此，在由上述InxGa1-xN作為量子阱層構(gòu)成有源層的情況下，應(yīng)優(yōu)選地盡可能地將量子阱層中的晶體缺陷如位錯(cuò)減到最少，以獲得良好的氮化物半導(dǎo)體激光特性。
本實(shí)施例中，多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24的形成是以勢(shì)壘層開始并以勢(shì)壘層結(jié)束；然而，也可以以勢(shì)阱層開始并以勢(shì)阱層結(jié)束。所形成的勢(shì)阱層的層數(shù)不限于3層，只要不超過10層也可以是其它的層數(shù)，因?yàn)檫@樣可以提供低閾值電流密度，并允許室溫下連續(xù)激射。特別優(yōu)選地，所形成的勢(shì)阱層的層數(shù)應(yīng)不少于2層但又不多于6層，這樣它們可以提供低閾值電流密度。多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24可以含有Al。
本實(shí)施例中，多量子阱結(jié)構(gòu)有源層24的勢(shì)阱層和勢(shì)壘層中都摻雜了Si雜質(zhì)；然而，這些層也可以不含有任何雜質(zhì)。摻雜雜質(zhì)不限于Si，也可以是O、C、Ge、Zn或Mg。摻雜總量?jī)?yōu)選地在約1×1017到8×1018/cm3的范圍內(nèi)。不一定非要在勢(shì)阱層和勢(shì)壘層中都進(jìn)行摻雜，也可以只在勢(shì)阱層中或只在勢(shì)壘層中摻雜。
這樣，在經(jīng)由前文所述過程制成的n型GaN襯底10的表面上，從n型GaN層21開始形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11，以獲得良好的平面度，完成無裂紋的氮化物半導(dǎo)體激光器的制作。這里采用了爬升生長(zhǎng)方法，它受到槽18的深度Z和n型GaN層21的設(shè)計(jì)層厚度等因素的極大影響。下面即給出爬升生長(zhǎng)的描述。
當(dāng)構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的各氮化物半導(dǎo)體層，在含有槽18和脊17的n型GaN襯底的上形成時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些區(qū)域，該區(qū)域中在槽18的邊緣附近生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層的厚度，大于從脊側(cè)面17b(見圖1)上大致沿<11-20>方向(下文稱“水平”)生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層的厚度，也大于從槽底面18a(見圖1)上大致沿<0001>方向(下文稱“垂直”)生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層的厚度。隨著氮化物半導(dǎo)體層的進(jìn)一步生長(zhǎng)，由于在槽18邊緣附近生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層的垂直生長(zhǎng)速度大于其它地方的生長(zhǎng)速度，槽18邊緣附近區(qū)域的生長(zhǎng)層達(dá)到了從脊頂面17a(見圖1)上垂直生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層的厚度，從而導(dǎo)致槽18開始被填滿。
在槽18的邊緣附近區(qū)域，氮化物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)就象是從槽18的底面開始向脊17側(cè)面上爬升。這就是為什么在本說明書中把這種現(xiàn)象稱作“爬升生長(zhǎng)”。爬升生長(zhǎng)發(fā)生的區(qū)域稱作“爬升生長(zhǎng)區(qū)”，通過爬升生長(zhǎng)形成的部分稱作“爬升生長(zhǎng)部分”。此外，本說明書中，當(dāng)從槽底面18a上生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層的表面高度大部分變得與從脊頂面17a上生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層的表面高度相等時(shí)，稱槽被“填滿”。
現(xiàn)在，結(jié)合相關(guān)

，當(dāng)?shù)锇雽?dǎo)體層在n型GaN襯底10上以常規(guī)方式和上述爬升方式生長(zhǎng)時(shí)，所觀察的層是怎樣發(fā)展形成的。圖4A到4C示出了所觀察的部分晶片的截面形狀，此時(shí)在含有槽18和脊17的n型GaN襯底10上已形成了不同厚度的n型GaN層21。
圖4A到4C中，在n型GaN襯底10上形成的脊17的寬度L為300μm，槽18的寬度M為100μm、深度Z為5μm，脊和槽都平行于<1-100>方向形成。圖4A示出了所觀察的部分晶片的截面形狀，其中在n型GaN襯底10上形成的是設(shè)計(jì)層厚度為0.2μm的n型GaN層21。n型GaN層21同時(shí)在脊頂面17a、脊側(cè)面17b和槽底面18a上生長(zhǎng)，分別形成頂面生長(zhǎng)部分31a、側(cè)面生長(zhǎng)部分31b和底面生長(zhǎng)部分31c。在這里，把夾在頂面生長(zhǎng)部分31a和側(cè)面生長(zhǎng)部分31b之間的區(qū)域稱作生長(zhǎng)部分31d。
在頂面生長(zhǎng)部分31a和槽底面生長(zhǎng)部分31c的中間部分32中，生長(zhǎng)的n型GaN層21約為0.2μm厚。在靠近生長(zhǎng)部分31d的側(cè)面生長(zhǎng)部分31b中，n型GaN層21向槽18的中心方向生長(zhǎng)，厚度約為0.3μm。在靠近槽底面18a的側(cè)面生長(zhǎng)部分31b中，n型GaN層21從脊側(cè)面17b上生長(zhǎng)并突起，形成突出部分34。在形成了突出部分34的爬升區(qū)域33中，爬升生長(zhǎng)處在早期階段。因此，從槽底面18a上垂直生長(zhǎng)的底面生長(zhǎng)部分31c，還未與脊側(cè)面17b上的突出部分34連接在一起。
圖4B示出了所觀察的部分晶片的截面形狀，其中在n型GaN襯底10上形成的是設(shè)計(jì)層厚度為2μm的n型GaN層21。圖4A所示的在靠近槽底面18a的側(cè)面生長(zhǎng)部分31b上形成的突出部分34，已經(jīng)和從槽底面18a上垂直生長(zhǎng)的底面生長(zhǎng)部分31c連接在一起。這已造成爬升生長(zhǎng)，并形成了爬升生長(zhǎng)部分31e。然而，在爬升區(qū)域33中形成的爬升生長(zhǎng)部分31e的垂直厚度，還沒有達(dá)到在脊頂面17a上生長(zhǎng)的頂面生長(zhǎng)部分31a的高度，所以其具有傾斜的形狀。爬升區(qū)域33向槽18的中心擴(kuò)展，在槽的中間部分32上形成足夠?qū)挼钠教箙^(qū)。
如上所述，從槽底面18a上垂直生長(zhǎng)的底面生長(zhǎng)部分31c和從脊側(cè)面17b上水平生長(zhǎng)的側(cè)面生長(zhǎng)部分31b，在槽18的邊緣處連接在一起，并促進(jìn)了爬升生長(zhǎng)。隨著爬升生長(zhǎng)進(jìn)一步地發(fā)展，在爬升區(qū)域33中形成的爬升生長(zhǎng)部分31e的n型GaN層21，達(dá)到了在脊頂面17a上生長(zhǎng)的、由n型GaN層21構(gòu)成的頂面生長(zhǎng)部分31a的表面的高度。隨著生長(zhǎng)進(jìn)一步地發(fā)展，在槽18中的尚未被填充的區(qū)域中，槽18的填充過程同時(shí)受到來自槽底面18a的垂直膜生長(zhǎng)和來自爬升生長(zhǎng)部分31e的水平膜生長(zhǎng)的影響。
圖4C示出了所觀察的部分晶片的截面形狀，其中在n型GaN襯底10上形成的是設(shè)計(jì)層厚度為5μm的n型GaN層21。這里，圖4C所示的n型GaN層21經(jīng)過爬升生長(zhǎng)，使爬升生長(zhǎng)部分31e水平方向上變得更厚。這加寬了爬升區(qū)域33，并導(dǎo)致槽18除了在約20μm寬的中間部分32外被填滿。這樣，就不可能確保在槽中間部分32處有一個(gè)平坦區(qū)域。此外，頂面生長(zhǎng)部分31a的表面平面度已經(jīng)惡化。這是因?yàn)榧訉捔说呐郎齾^(qū)33使得不可能充分地吸收n型GaN層21中的應(yīng)變。如果進(jìn)一步通過在頂面生長(zhǎng)部分31a上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11來制作氮化物半導(dǎo)體激光器，很可能會(huì)產(chǎn)生裂紋，并導(dǎo)致較差的平面度。因此，這就不可能制作出具有高可靠性的氮化物半導(dǎo)體激光器。
這些圖示說明了以下問題。如上所述，爬升生長(zhǎng)與在n型GaN襯底10上生長(zhǎng)的n型GaN層21的厚度相關(guān)。爬升生長(zhǎng)在GaN生長(zhǎng)時(shí)最為顯著，因而，如果n型GaN層21的厚度太大，爬升生長(zhǎng)的發(fā)展會(huì)導(dǎo)致較差的平面度。因此，這里希望層的厚度不超過2μm。另一方面，如果不生長(zhǎng)n型GaN層21而直接在n型襯底上生長(zhǎng)n型Al0.1Ga0.9N覆蓋層22，進(jìn)而制作氮化物半導(dǎo)體激光器，那么氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11會(huì)受到n型GaN襯底10的影響，從而導(dǎo)致結(jié)晶度下降。所以，優(yōu)選地生長(zhǎng)0.1μm或更厚的n型GaN層21。這樣，生長(zhǎng)的n型GaN層21的厚度優(yōu)選大于或等于0.1μm但又不超過2μm。此外，優(yōu)選地，在從槽底面18a上垂直生長(zhǎng)的由n型GaN層21構(gòu)成的底面生長(zhǎng)部分31c，與從脊側(cè)面17b上水平生長(zhǎng)的由n型GaN層21構(gòu)成的側(cè)面生長(zhǎng)部分31b連接在一起之前，完成n型GaN層21的生長(zhǎng)。附帶說明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，爬升生長(zhǎng)不易發(fā)生在AlGaN和InGaN上。
如果槽18的寬度不足，爬升生長(zhǎng)會(huì)使它們填滿，從而不能確保在槽的中間部分32處有一個(gè)平坦區(qū)。所以，槽18優(yōu)選為50μm或更寬。另一方面，雖然加大槽18的寬度可以防止它們被完全填滿，但是這也使它不能充分吸收發(fā)生在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11中的應(yīng)變，從而使裂紋更容易發(fā)生，并導(dǎo)致較差的平面度。所以，槽18優(yōu)選為小于或等于1,200μm寬。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用上述方法在n型GaN襯底10上生長(zhǎng)n型GaN層21及其它層，在所形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的表面上，脊17的邊緣附近，出現(xiàn)了邊緣生長(zhǎng)19(見圖1)，它們?yōu)?0μm到30μm寬、約0.3μm高的膜突起。這些邊緣生長(zhǎng)19在p型層生長(zhǎng)時(shí)會(huì)顯著發(fā)生，而在構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的n型層生長(zhǎng)時(shí)幾乎不會(huì)發(fā)生。
然而，在如圖4C所示，爬升生長(zhǎng)已經(jīng)使槽18在較大范圍內(nèi)填滿了的晶片上，邊緣生長(zhǎng)19幾乎不會(huì)出現(xiàn)。但是，在邊緣生長(zhǎng)19幾乎不會(huì)發(fā)生的條件下，在脊17和槽18表面上形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的表面平面度變得極差。相比之下，在邊緣生長(zhǎng)19發(fā)生的條件下，除了邊緣生長(zhǎng)19已經(jīng)發(fā)生的區(qū)域，在脊17表面上形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的表面平面度良好。脊17表面上的平坦區(qū)的寬度至少應(yīng)允許在其中形成脊條形部分。因此，為了允許在邊緣生長(zhǎng)19發(fā)生的區(qū)域之外，即距脊17的邊緣20μm到30μm寬的區(qū)域之外形成脊條形部分，脊17的寬度優(yōu)選地為70μm或更大。若脊17的寬度L太大，可能會(huì)產(chǎn)生裂紋，所以該寬度優(yōu)選地為1,200μm或更小。
根據(jù)本發(fā)明，通過上述工藝過程，能夠在含有槽18和脊17的n型GaN襯底10上形成圖3所示氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11，并且可以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)晶片上無裂紋產(chǎn)生，同時(shí)可以確保在脊17上有400μm寬的平坦區(qū)以及在槽18上有400μm寬的平坦區(qū)。在獲得的平坦區(qū)內(nèi)，制作圖1所示的氮化物半導(dǎo)體激光器。
通過上述工藝過程，圖1所示的氮化物半導(dǎo)體激光器包括在含有槽18和脊17的n型GaN襯底10上形成的圖3所示的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11。此外，在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的表面上，形成脊條形部分12作為激光光波導(dǎo)，在脊條形部分12之間形成SiO2層13作為電流限制的絕緣膜。另外，分別在脊條形部分12和相鄰的SiO2層13的表面上形成p電極14，在n型GaN襯底10的底面上形成n電極15。
對(duì)于脊條形部分12形成的位置沒有特別的限制，只是它們應(yīng)該形成在脊17和槽18表面上的平坦區(qū)內(nèi)；更進(jìn)一步，它們優(yōu)選地位于距平坦區(qū)邊緣5μm或更遠(yuǎn)處。本實(shí)施例中，脊條部分12形成在脊17和槽18上的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的表面上，靠近獲得的平坦區(qū)的中心，該中心距離兩側(cè)脊側(cè)面17b各250μm遠(yuǎn)。
脊條形部分12通過以下方式形成。通過常用的光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)，對(duì)氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的一部分進(jìn)行刻蝕，從其最上表面(p型GaN接觸層28)向下刻蝕到p型Al0.1Ga0.9N覆蓋層27中，留下一個(gè)條形圖案從而形成脊條形部分12。條形的寬度為1μm到3μm，優(yōu)選地為1.3μm到2μm。從p型GaN導(dǎo)光層26和p型Al0.1Ga0.9N覆蓋層27的界面到刻蝕底面的距離為0.1μm到0.4μm。
隨后，在脊條形部分12之外的表面上，形成SiO2層13作為限制電流的絕緣膜。這時(shí)，未被刻蝕而留下的條形p型GaN接觸層28是暴露的，在這些暴露的部分上和SiO2層13上，按順序氣相沉積上Pb/Mo/Au從而形成p電極14。
如上所述，本實(shí)施例中使用SiO2作為絕緣膜；然而，絕緣膜也可以由其它材料形成，這類材料的例子包括硅、鈦、鋯、鉭、鋁或類似元素的氧化物或氮化物。p電極14由Pb/Mo/Au構(gòu)成；然而，也可以由其它材料組合而成，這些組合例如Pd/Pt/Au、Pd/Au或Ni/Au。
下一步，通過從底面一側(cè)進(jìn)行拋光或蝕刻去除部分n型GaN襯底10，使晶片大致為80到200μm厚。然后，在n型GaN襯底10的底面上順序沉積作為n電極15的Hf/Al層。n電極15也可以由其它材料組合而成，這些組合例如Hf/Al/Mo/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/W/Au、Hf/Au和Hf/Mo/Au。作為這些材料組合的變種，也可以用Ti或Zr代替其含有的Hf。n電極15可以為每個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光器形成如圖1所示的不連續(xù)的小塊，也可以形成為一個(gè)連續(xù)層(見圖7)。
形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11、脊條形部分12、p電極14和n電極15后，沿垂直于<1-100>方向(見圖1)即垂直于脊條形部分12形成的方向?qū)M(jìn)行解理，從而形成腔的端面(或稱諧振腔端面)。這樣，就制成了腔長(zhǎng)400μm的波導(dǎo)型法布里-珀羅(Fabry-Perot)腔(或諧振腔)。腔長(zhǎng)并不限于400μm，而是可以在300μm到1000μm的范圍內(nèi)取值。
經(jīng)過上述晶片解理和形成諧振腔端面的過程，晶片被分割成條。每一條都含有大量在水平行中形成的氮化物半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，每個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)都如圖1所示。所形成的諧振腔端面對(duì)應(yīng)氮化物半導(dǎo)體晶體的{1-100}面。先用金剛石刀片在整個(gè)晶片的底面上劃線，再對(duì)晶片施加適當(dāng)?shù)牧亩瓿山饫??？蛇x地，解理時(shí)也可以只在晶片的局部劃線，如只在晶片的邊緣上，然后使晶片從這些局部的劃線開始進(jìn)行解理。諧振腔端面可以通過刻蝕方法形成。
這樣，為每個(gè)波導(dǎo)型法布里-珀羅諧振腔形成一前一后兩個(gè)端面后，在每個(gè)諧振腔端面上，交替氣相沉積反射率為70％的SiO2和TiO2介質(zhì)膜，從而形成多層介質(zhì)反射膜。形成的兩個(gè)諧振腔端面中，一面可以作為激光發(fā)射面，例如在該端面上形成反射率為5％的多層介質(zhì)反射膜；另一面可以作為激光反射面，例如在該端面上形成反射率為95％的多層介質(zhì)反射膜。也可以在這些端面上形成上面特別提到的以外的反射率值。介質(zhì)膜的材料不限于SiO2/TiO2；例如，可以使用SiO2/Al2O3。下一步，包含大量水平排列的氮化物半導(dǎo)體激光器的條，沿平行于脊條部分12的方向分割成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器(管芯)。
這時(shí)，把條放置在平臺(tái)上，使晶片的底面向上，然后在光學(xué)顯微鏡下，逐一對(duì)準(zhǔn)劃線部位以使用金剛石刀片在條的底面上劃線。再對(duì)條施加適當(dāng)?shù)牧?，使其沿劃線分割成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器(管芯)。這種方法稱作劃片法。
除了劃片法，也可以用其它方法在條底面上形成劃痕、槽或類似情形，再分割成管芯完成芯片分割。芯片分割的其它方法包括，例如小塊切割法，使用線鋸或薄刀片進(jìn)行劃刻或切割；激光劃片法，使用激光如準(zhǔn)分子激光照射目標(biāo)元件，先使元件受熱再突然使其冷卻，這樣所產(chǎn)生的裂紋即形成劃線；以及激光燒蝕法，使用高能密度的激光照射目標(biāo)元件，使其蒸發(fā)從而形成槽。
通過上述芯片分割過程，在圖1所示的脊17和槽18的平坦區(qū)內(nèi)形成的氮化物半導(dǎo)體激光器被分割成單獨(dú)的管芯。每個(gè)單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器寬400μm。本實(shí)施例中，脊17和槽18是以500μm的間隔形成在n型GaN襯底上的，如圖5所示，沿分割線51分割成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器，分割線51位于從脊側(cè)面17b距脊17和槽18的中心各50μm遠(yuǎn)處。本實(shí)施例中，分割使脊17和槽18之間的臺(tái)階不包含在內(nèi)?？蛇x地，如圖6所示，可以沿分割線61進(jìn)行分割，使脊17上的氮化物半導(dǎo)體激光器或槽18上的氮化物半導(dǎo)體激光器包含這些臺(tái)階。分割線也可以在上述特定位置之外的地方；然而，優(yōu)選地使分割線位于脊條形部分12之外20μm或更遠(yuǎn)處。
按照上述方法制成的本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器，在多數(shù)管芯中，觀察到的在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11上每平方厘米裂紋的數(shù)量為零。按照傳統(tǒng)方法制成的氮化物半導(dǎo)體激光器，在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11上觀察到的每平方厘米裂紋的數(shù)量為3到6個(gè)。因此，使用本實(shí)施例中的方法，能夠減少裂紋的發(fā)生。此外，也能夠在整個(gè)晶片上獲得良好的平面度和均勻性，帶來更高的成品率。
具體地說，傳統(tǒng)方法制成的氮化物半導(dǎo)體激光器中，構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的不同層之間，如AlGaN覆蓋層和GaN層之間，因晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的不同會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋。相比之下，本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器中，氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11形成時(shí)不會(huì)填滿在n型GaN襯底上形成的槽18。這分散了出現(xiàn)在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11中的應(yīng)變，從而減少了裂紋的發(fā)生。另一方面，氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11中應(yīng)變的不均勻程度的降低，使平面度良好。
本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器是假定具有一個(gè)法布里-珀羅諧振腔的；然而，它也可以設(shè)計(jì)成采用其它反饋方法的氮化物半導(dǎo)體激光器，例如在電流注入?yún)^(qū)內(nèi)部形成光柵的分布反饋(DFB)激光器，或者在電流注入?yún)^(qū)外部形成光柵的分布布拉格反射(DBR)激光器。
第二實(shí)施例結(jié)合相關(guān)附圖，下面描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖7是部分晶片的示意性截面圖，其上形成有本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器。本實(shí)施例中，在n型GaN襯底10頂面上形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11，具有如圖3所示相同的結(jié)構(gòu)，只是n型GaN層21的厚度不同。所以，這里使用與第一實(shí)施例同樣的參考標(biāo)記，并且本實(shí)施例的描述中將省略詳細(xì)的解釋，與第一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的部分將加以引述。雖然在圖7中未示出，但本實(shí)施例中n型GaN襯底10相對(duì)于主平面即C面(0001)的偏角為0.2°。
n型GaN襯底10包含在其上沿平行于<1-100>的方向形成的槽18和脊17。脊17的寬度L為50μm，槽18的寬度M為300μm，槽18的深度Z為20μm。形成槽18和脊17的方法等與第一實(shí)施例相同，其詳細(xì)描述不再重復(fù)。脊17和槽18的截面形狀可以是矩形或者是正錐形，從而槽18開口處的寬度大于其底部的寬度；或者是倒錐形，從而槽18開口處的寬度小于其底部的寬度。
在含有槽18和脊17的n型GaN襯底10的頂面上，形成圖3所示的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11。本實(shí)施例中，n型GaN層21的層厚為2μm。這樣形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11后，在晶片的頂面上，脊17上的平坦區(qū)比較狹窄，并且由于邊緣生長(zhǎng)19(未示出)突出顯著，使得平面度較差。另一方面，在槽18中，從脊側(cè)面17b向槽18的中心出現(xiàn)了約30μm寬的爬升區(qū)33。因此，在槽18中獲得了約240μm寬的平坦區(qū)。
下一步，在以上述方法制成的晶片上，形成氮化物半導(dǎo)體激光器。本實(shí)施例中，由于脊狹窄，在上面得到的平坦區(qū)寬度不足。因此，脊條形部分12和SiO2層13形成在槽18的平坦區(qū)內(nèi)，并在它們上面形成p電極14。形成方法等與第一實(shí)施例相同，其詳細(xì)描述不再重復(fù)。本實(shí)施例中，所形成的SiO2層13和p電極14不是在各個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光器上分開形成的；然而，與第一實(shí)施例一樣，通過常用的光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)，可以分割SiO2層13和p電極14，使它們分別形成在各個(gè)單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器上。
對(duì)于脊條形部分12形成的位置沒有特別的限制，只是它們應(yīng)該形成在脊17和槽18表面上的平坦區(qū)內(nèi)；更進(jìn)一步地它們優(yōu)選地位于平坦區(qū)邊緣以外5μm或更遠(yuǎn)處。本實(shí)施例中，脊條形部分12形成在脊17和槽18上的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11的表面上，靠近獲得的平坦區(qū)的中心，該中心距離兩側(cè)脊側(cè)面17b各150μm遠(yuǎn)。
下一步，通過從底面進(jìn)行拋光或刻蝕處理去除部分n型GaN襯底10，使晶片大致為80到200μm厚。然后，在n型GaN襯底10的底面上形成n電極15。去除n型GaN襯底10的底面的方法和形成n電極15的方法等與第一實(shí)施例相同，其詳細(xì)描述不再重復(fù)。本實(shí)施例中，所形成的n電極15不是在各個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光器上分開形成的；然而，與第一實(shí)施例一樣，通過常用的光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)，可以分割n電極15，使它們分別形成在各個(gè)單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器上。
形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11、脊條形部分12、p電極14和n電極15后，沿垂直于<1-100>方向(見圖7)即垂直于脊條12形成的方向?qū)M(jìn)行解理，從而形成諧振腔端面。這樣，就制成了腔長(zhǎng)為600μm的波導(dǎo)型法布里-珀羅諧振腔。腔長(zhǎng)并不限于600μm，而是可以在300μm到1000μm的范圍內(nèi)取值。諧振腔端面的形成方法等與第一實(shí)施例相同，其詳細(xì)描述不再重復(fù)。
這樣，為每個(gè)波導(dǎo)型法布里-珀羅諧振腔形成一前一后兩個(gè)端面后，在每個(gè)諧振腔端面上，交替地氣相沉積上反射率為70％的SiO2和TiO2介質(zhì)膜，從而形成多層介質(zhì)反射膜。形成的兩個(gè)諧振腔端面中，一面可以作為激光發(fā)射面，例如在該端面上形成反射率為5％的多層介質(zhì)反射膜；另一面可以作為激光反射面，例如在該端面上形成反射率為95％的多層介質(zhì)反射膜。也可以在這些端面上形成上面特別提到的以外的反射率值。介質(zhì)膜的材料不限于SiO2/TiO2；例如，可以使用SiO2/Al2O3。下一步，包含大量沿水平行排列的氮化物半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的條，沿平行于脊條形部分12的方向分割成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器(管芯)。芯片分割的方法等與第一實(shí)施例相同，其詳細(xì)描述不再重復(fù)。
通過上述芯片分割過程，在圖7所示的槽18的平坦區(qū)內(nèi)形成的氮化物半導(dǎo)體激光器被分割成單獨(dú)的管芯。分割后每個(gè)單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器寬350μm。本實(shí)施例中，脊17和槽18是以350μm的間隔形成在n型GaN襯底上的，如圖7所示，沿分割線71分割成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器，分割線71位于從脊側(cè)面17b距槽18的中心40μm遠(yuǎn)處。分割線71也可以在上述特定位置之外的地方；然而，優(yōu)選地使分割線位于脊條形部分12之外20μm或更遠(yuǎn)處。
按照上述方法制成的本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器，在多數(shù)管芯中，觀察到的在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11上每平方厘米裂紋的數(shù)量為零。按照傳統(tǒng)技術(shù)制成的氮化物半導(dǎo)體激光器，在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11上觀察到的每平方厘米裂紋的數(shù)量為3到6個(gè)。因此，使用本實(shí)施例中的方法，能夠減少裂紋的發(fā)生。此外，也能夠在整個(gè)晶片上獲得良好的平面度和一致性，帶來更高的成品率。
本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器是假定具有一個(gè)法布里-珀羅諧振腔的；然而，它也可以設(shè)計(jì)成采用任何其它反饋方法的氮化物半導(dǎo)體激光器，例如在電流注入?yún)^(qū)內(nèi)部形成光柵的分布反饋(DFB)激光器，或者在電流注入?yún)^(qū)外部形成光柵的分布布拉格反射(DBR)激光器。
第三實(shí)施例結(jié)合相關(guān)附圖，下面描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖8是部分晶片的示意性截面圖，其上形成有本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器。本實(shí)施例中，在n型GaN襯底10頂面上形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11，具有如圖3所示同樣的結(jié)構(gòu)，只是n型GaN層21的厚度不同。所以，這里使用與第一實(shí)施例同樣的參考標(biāo)記，并且本實(shí)施例的描述中將省略詳細(xì)的解釋，與第一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的部分將加以引述。雖然在圖8中未示出，但本實(shí)施例中n型GaN襯底10相對(duì)于主平面即C面(0001)的偏角為0°。
本實(shí)施例中，n型GaN襯底10包含在其上沿平行于<1-100>的方向形成的槽18和脊17。脊17的寬度L為1200μm，槽18開口處的寬度M為50μm，槽18的深度Z為10μm。槽18的截面形狀是倒錐形的，從而槽18底面18a處的寬度N大于其開口處的寬度M。
首先，與第一實(shí)施例一樣，通過常用的光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)去除部分SiO2和n型GaN襯底，形成與第一實(shí)施例一樣的具有矩形截面形狀的槽18。隨后，進(jìn)行濕法刻蝕使槽18形成倒錐形的截面形狀，從而槽18底面18a處的寬度N大于其開口處的寬度M，如圖8所示。
這里，使用KOH(氫氧化鉀)溶液或者NaOH(氫氧化鈉)和KOH的混合溶液進(jìn)行濕法刻蝕。把溶液加熱到80℃到250℃使其能夠進(jìn)行各向同性刻蝕，使槽18形成倒錐形的形狀。
在含有倒錐形截面的槽18的n型GaN襯底10上，形成如圖3所示的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11。本實(shí)施例中，n型GaN層21的厚度為0.1μm。
本實(shí)施例中，槽18在開口處的寬度M為50μm，即小于槽18在底面處的寬度N，使槽18具有倒錐形的截面形狀。這限制了爬升生長(zhǎng)，并可以防止槽18被填滿。所以，氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11形成以后，在槽18的中部得到約10μm寬的平坦區(qū)，在脊17上得到約1140μm到1150μm寬的平坦區(qū)。大致在槽18平坦區(qū)的中間部分和脊17平坦區(qū)的中間部分上，形成脊條形部分12、SiO2層13和p電極14。它們形成的方法等與第一實(shí)施例相同，并使用通用的參考標(biāo)記和符號(hào)，其詳細(xì)解釋不再重復(fù)。本實(shí)施例中，所形成的SiO2層13和p電極14不是在各個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光器上分開形成的；然而，與第一實(shí)施例一樣，通過常用的光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)，可以分割SiO2層13和p電極14，使它們分別形成在各個(gè)單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器上。
對(duì)于脊條形部分12形成的位置沒有特別的限制，只是它們應(yīng)該形成在脊17和槽18表面上的平坦區(qū)內(nèi)；更進(jìn)一步地它們優(yōu)選地位于平坦區(qū)邊緣以外5μm或更遠(yuǎn)處。
下一步，通過從底面進(jìn)行拋光或刻蝕處理去除部分n型GaN襯底10，使晶片大致為80到200μm厚。然后，在n型GaN襯底10的底面上形成n電極15。去除n型GaN襯底10的底面的方法和形成n電極15的方法等與第一實(shí)施例相同，其詳細(xì)描述不再重復(fù)。本實(shí)施例中，所形成的n電極15不是在各個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光器上分開形成的；然而，與第一實(shí)施例一樣，通過常用的光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)，可以分割n電極15，使它們分別形成在各個(gè)單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器上。
形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11、脊條形部分12、p電極14和n電極15后，沿垂直于<1-100>方向即垂直于脊條形部分12形成的方向?qū)M(jìn)行解理，從而形成諧振腔端面。在本實(shí)施例中，制成了腔長(zhǎng)為400μm的波導(dǎo)型法布里-珀羅諧振腔。腔長(zhǎng)并不限于400μm，而是可以在300μm到1000μm的范圍內(nèi)取值。諧振腔端面的形成方法等與第一實(shí)施例相同，其詳細(xì)描述不再重復(fù)。
這樣，為每個(gè)波導(dǎo)型法布里-珀羅諧振腔形成一前一后兩個(gè)端面后，在每個(gè)諧振腔端面上，交替地氣相沉積上反射率為70％的SiO2和TiO2介質(zhì)膜，從而形成多層介質(zhì)反射膜。形成的兩個(gè)諧振腔端面中，一面可以作為激光發(fā)射面，例如在該端面上形成反射率為5％的多層介質(zhì)反射膜；另一面可以作為激光反射面，例如在該端面上形成反射率為95％的多層介質(zhì)反射膜。也可以在這些端面上形成上面特別提到的以外的反射率值。介質(zhì)膜的材料不限于SiO2/TiO2；例如，可以使用SiO2/Al2O3。下一步，包含大量沿水平行排列的氮化物半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的條，沿平行于脊條形部分12的方向分割成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器(管芯)。芯片分割的方法等與第一實(shí)施例相同，其詳細(xì)描述不再重復(fù)。
通過芯片分割過程，在圖8所示的脊17的平坦區(qū)內(nèi)和槽18的平坦區(qū)內(nèi)形成的氮化物半導(dǎo)體激光器被分割成單獨(dú)的管芯。本實(shí)施例中，槽18在開口處的寬度小到只有50μm。所以，例如沿脊17上的分割線81進(jìn)行解理。在這種情況下，與第二實(shí)施例一樣，優(yōu)選地在脊條形部分12之外20μm或更遠(yuǎn)處進(jìn)行分割。
按照上述方法制成的本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器，在多數(shù)管芯中，觀察到的在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11上每平方厘米裂紋的數(shù)量為零。按照傳統(tǒng)方法制成的氮化物半導(dǎo)體激光器，在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層11上觀察到的每平方厘米裂紋的數(shù)量為3到6個(gè)。因此，使用本實(shí)施例中的方法，能夠減少裂紋的發(fā)生。此外，也能夠在整個(gè)晶片上獲得良好的平面度和一致性，帶來更高的成品率。
本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器是假定具有一個(gè)法布里-珀羅諧振腔的；然而，它也可以設(shè)計(jì)成采用任何其它反饋方法的氮化物半導(dǎo)體激光器，例如在電流注入?yún)^(qū)內(nèi)部形成光柵的分布反饋(DFB)激光器，或者在電流注入?yún)^(qū)外部形成光柵的分布布拉格反射(DBR)激光器。
根據(jù)本發(fā)明制成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可被用作激光二極管，適合用在光盤裝置如DVD驅(qū)動(dòng)器的光學(xué)拾波器中，用來產(chǎn)生藍(lán)色激光。
本申請(qǐng)要求于2004年2月20日提交的日本專利申請(qǐng)No.2004-044630的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容在此加以參考引用。
權(quán)利要求
1.一種制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該器件包括氮化物半導(dǎo)體襯底，在它的頂面上形成有槽和脊并以條形延伸；以及氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層，它具有形成在氮化物半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層，該方法包括第一步，通過在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層，至少在槽和脊之一上形成一個(gè)大于或等于10μm寬的平坦區(qū)，從而使槽上的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的高度小于脊上的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的高度；第二步，在形成于第一步的平坦區(qū)中的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的表面上，形成一個(gè)抬高的脊條形部分；以及第三步，沿著平行于脊條形部分延伸的分割線，至少沿著槽和脊之一進(jìn)行分割。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中槽截面的形狀是矩形或者是倒錐形，從而槽在開口處的寬度小于其底部的寬度；或者是正錐形，從而槽在開口處的寬度大于其底部的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成的槽的寬度大于或等于50μm但又小于或等于1200μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成的槽的深度大于或等于3μm但又小于或等于20μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在氮化物半導(dǎo)體襯底頂面上形成的n型GaN層的厚度大于或等于0.1μm但又小于或等于2μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中氮化物半導(dǎo)體襯底頂面的偏角為0.2°或更小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中脊的寬度大于或等于70μm但又小于或等于1200μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在平坦區(qū)內(nèi)形成脊條形部分，并距離平坦區(qū)的邊緣5μm或更遠(yuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第三步中，分割線至少與脊條形部分距離20μm遠(yuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第三步中，沿著分割線對(duì)形成于槽或脊上的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行分割，使如此分割得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件不包含槽和脊之間形成的臺(tái)階部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第三步中，沿著分割線對(duì)形成于槽或脊上的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行分割，使如此分割得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包含槽和脊之間形成的臺(tái)階部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)在槽和脊上都形成有氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件時(shí)，對(duì)形成于槽和脊上的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行分割，使如此分割得到的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件之一包含槽和脊之間形成的臺(tái)階部分。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該半導(dǎo)體發(fā)光器件包括在其頂面上形成有延伸成條形的槽和脊的氮化物半導(dǎo)體襯底，以及在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成的由多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層。該方法包括一個(gè)步驟，即通過在氮化物半導(dǎo)體襯底上形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層，至少在槽和脊之一上形成一個(gè)大于或等于10μm寬的平坦區(qū)，使得在槽上形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的高度小于在脊上形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的高度。
文檔編號(hào)H01S5/343GK1755957SQ20051007166
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月20日
發(fā)明者高倉(cāng)輝芳, 神川剛, 金子佳加 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社