專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
相關(guān)的申請(qǐng)的相互參照本申請(qǐng)基于在2005年10月11日提交的先前的日本專利申請(qǐng)第2005-296931號(hào)并要求其優(yōu)先權(quán)，此處引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
背景技術(shù)：
在下一代DVD(數(shù)字通用盤)用途中，使用400納米頻帶的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器。作為發(fā)出該波長(zhǎng)頻帶的半導(dǎo)體，氮化鎵等的氮化物半導(dǎo)體的性能是優(yōu)良的。
在氮化物半導(dǎo)體激光器中，為了實(shí)現(xiàn)高輸出、高可靠性，有在作為光共振器的條的兩端面上形成電介質(zhì)反射膜的技術(shù)公開例(專利文獻(xiàn)1)。
在該公開例中，其特征在于利用包含由SiO2、TiO2、ZrO2構(gòu)成的材料中的2種的多層膜形成反射膜作為電介質(zhì)反射膜。
但是，在這樣的結(jié)構(gòu)的反射膜中，與氮化鎵系列半導(dǎo)體的線膨脹系數(shù)的差過大，膜相互間的密接性是不充分的，反射膜容易剝離。其結(jié)果，容易產(chǎn)生特性的變化或可靠性的下降。
再者，在氮化物半導(dǎo)體中，特別是在端面附近，容易產(chǎn)生因深的能級(jí)形成導(dǎo)致的非發(fā)光復(fù)合。該非發(fā)光復(fù)合使端面中的載流子減少，光吸收變大。由于該現(xiàn)象產(chǎn)生溫度上升，產(chǎn)生端面附近的能帶間隙收縮，故光吸收進(jìn)一步變大。由于因該正反饋?zhàn)饔枚a(chǎn)生COD(災(zāi)難性的光損傷)，故可利用的最大光輸出下降。
再有，公開了在密封使用了與氮化物半導(dǎo)體不同的半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器的封裝的氣氛中包含氧的技術(shù)(專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)1特開2004-6913號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2美國(guó)專利第5,392,305號(hào)說明書

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)方式，提供下述的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于具備氮化鎵襯底和在上述氮化鎵襯底上設(shè)置的包含發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體的多層膜，上述氮化鎵襯底和上述多層膜分別構(gòu)成由同一劈開面形成的激光出射側(cè)端面和由同一劈開面形成的激光反射側(cè)端面，在上述激光出射側(cè)端面上設(shè)置了包含第1氮化硅層的第1膜，在上述激光反射側(cè)端面上設(shè)置了包含第2氮化硅層和交替地層疊在上述第2氮化硅層上設(shè)置的氧化物層與氮化硅層的層疊膜的第2膜。
此外，按照本發(fā)明的另一個(gè)方式，提供下述的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于具備第1膜和第2膜，上述第1膜包含AlGaN緩沖層；在上述AlGaN緩沖層上設(shè)置的第1導(dǎo)電型的AlGaN層；由在上述n型AlGaN層上有選擇地設(shè)置的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光層；在上述發(fā)光層上設(shè)置的第2導(dǎo)電型的AlGaN包層；以及在上述第2導(dǎo)電型的AlGaN包層上設(shè)置的第1氮化硅層，上述第2膜包含與上述AlGaN緩沖層鄰接地在其下設(shè)置的第1氮化硅層和交替地層疊在上述第2氮化硅層下設(shè)置的氧化物層與氮化硅層的層疊膜，來自上述發(fā)光層的發(fā)射光在上述第1膜和上述第2膜之間產(chǎn)生共振。
此外，按照本發(fā)明的另一個(gè)方式，提供下述的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其特征在于，具備下述工序在具有氮化鎵襯底和在上述襯底上設(shè)置的、包含發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體的多層膜的半導(dǎo)體激光元件的激光出射側(cè)端面上形成至少包含第1氮化硅層的第1膜的工序；以及在上述半導(dǎo)體激光元件的激光反射側(cè)端面上依次形成第2氮化硅層和交替地層疊氧化物層與氮化硅層的層疊膜的第2膜的工序。


圖1是與本發(fā)明的第1具體例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體激光器的示意性立體圖。
圖2是表示沿圖1中的一點(diǎn)劃線AA’的垂直剖面的示意圖。
圖3是表示沿圖1中的一點(diǎn)劃線BB’的垂直剖面的示意圖。
圖4是表示第1具體例中的低反射膜(第1膜)的反射率的波長(zhǎng)依存性的曲線圖。
圖5是表示第1具體例中的高反射膜(第2膜)的反射率的波長(zhǎng)依存性的曲線圖。
圖6是表示與第1具體例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體激光器中的制造工序的主要部分的流程圖。
圖7是表示ECR濺射裝置的主要部分的示意圖。
圖8是表示條的排列狀態(tài)的示意性立體圖。
圖9是表示應(yīng)用于本具體例中的ECR濺射膜折射率的波長(zhǎng)依存性的曲線圖。
圖10是表示ECR濺射膜中的內(nèi)部應(yīng)力(實(shí)測(cè))的氮?dú)饬髁恳来嫘缘那€圖。
圖11是與本發(fā)明的第2具體例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體激光器的示意性剖面圖。
圖12是表示第2具體例中的低反射膜的反射率的波長(zhǎng)依存性的曲線圖。
圖13是表示比較例的示意性立體圖。
圖14是表示比較例的示意性垂直剖面圖。
圖15是與本具體例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體激光器的示意性部分切斷立體圖。
圖16是與本發(fā)明的第3具體例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體激光器的示意性剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，一邊參照附圖，一邊說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是與本發(fā)明的第1具體例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體激光器的示意性立體圖。
此外，圖2是沿中央部AA’的示意性垂直剖面圖。
在GaN(氮化鎵)襯底12上依次層疊了n型AlGaN包層14、GaN光引導(dǎo)層16、量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)光層18、GaN光引導(dǎo)層20、p型AlGaN包層22和p+型GaN接觸層24。
此外，如圖2中表示的那樣，將p型AlGaN包層22加工為所謂的「脊波導(dǎo)」的形狀，由脊部30和非脊部32構(gòu)成。在脊側(cè)面34和非脊部32的上面設(shè)置了絕緣膜26，進(jìn)行了半導(dǎo)體層的保護(hù)和橫方向水平方向的高次模式控制。將該結(jié)構(gòu)例如稱為「折射率導(dǎo)波型」。
在由p型AlGaN包層22構(gòu)成的脊部30的上部設(shè)置了p型GaN接觸層24，減少了與p側(cè)電極28的接觸電阻。再者，在n型GaN襯底12的背面一側(cè)設(shè)置了n側(cè)電極10。
在氮化物半導(dǎo)體激光器中，也可考慮在藍(lán)寶石或SiC(碳化硅)等的異種襯底上對(duì)由用BxAlyGazIn1-x-y-zN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、x+y+z≤1)表示的半導(dǎo)體構(gòu)成的多層膜進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的情況。但是，一般來說，由于這些異種襯底的晶格常數(shù)與氮化物半導(dǎo)體的的晶格常數(shù)的差別非常大，故結(jié)晶缺陷很多。與此不同，在本具體例中，由于使用晶格常數(shù)的差別小的GaN襯底12，故在結(jié)晶性方面良好。此外，線膨脹系數(shù)或楊氏模量也與氮化硅接近。與此不同，由于藍(lán)寶石襯底具有大于等于GaN襯底的2倍的線膨脹率，故與氮化硅的密接性差，容易引起膜的剝離。
此外，GaN襯底的熱傳導(dǎo)率約為130w/mk，比藍(lán)寶石襯底的熱傳導(dǎo)率大一個(gè)數(shù)量級(jí)。因而，在使用GaN襯底的本具體例中，可增加發(fā)散在光密度高的端面附近發(fā)生的熱的效果。
其次，說明對(duì)半導(dǎo)體激光器的特性和可靠性有很大影響的電介質(zhì)反射膜。
如圖1和圖2中例示了的那樣，氮化物半導(dǎo)體激光器40的脊部30形成條形。半導(dǎo)體激光器的光束在該條的下方在橫水平方向(X方向)上被封閉。即，在沿該條的Z軸方向上構(gòu)成了光共振器。該光共振器的共振面最好是利用劈開等形成的光損耗小的鏡面(mirror)。
在圖1中，例示了設(shè)置2層結(jié)構(gòu)的低反射膜(第1膜)54作為光出射側(cè)端面、設(shè)置14層結(jié)構(gòu)的高反射膜(第2膜)64作為光反射側(cè)端面的本具體例。
此外，圖3是沿圖1中例示的氮化物半導(dǎo)體激光器的BB’的示意性垂直剖面圖。
在形成光共振器的端面中的光出射側(cè)端面70上形成了依次各1層地層疊了第1保護(hù)氮化硅(Si3N4)層50和氧化硅(SiO2)層52的低反射膜54。
此外，在形成光共振器的端面中的光反射側(cè)端面72上鄰接地設(shè)置了第2保護(hù)氮化硅層60。再者，交替地層疊氧化硅那樣的氧化物層62和氮化硅層61、形成了合計(jì)用14層構(gòu)成的高反射膜64。低反射膜的結(jié)構(gòu)不限定于2層，可以是1層，也可以是大于等于3層。
高反射膜的結(jié)構(gòu)不限定于14層。如果對(duì)(pair)數(shù)多，則可得到高反射率，但可與要求相一致地來決定必要的對(duì)數(shù)。再有，GaN、氮化硅、氧化硅的折射率分別約為2.6、2.0～2.1、約1.5。
在半導(dǎo)體激光器中，為了得到更高的輸出，希望在光出射側(cè)降低電介質(zhì)反射膜的反射率、在光反射側(cè)提高電介質(zhì)反射膜的反射率。如果這樣做，則在光出射側(cè)可將更大的光輸出取出到外部。例如，通過將光反射側(cè)的光反射率定為大于等于90％、將光出射側(cè)的光反射率定為小于等于10％，可從光出射側(cè)取出更大的輸出。
此外，在本具體例中，與成為光共振面的兩端面鄰接地配置了氮化硅(Si3N4)層。以下說明這一點(diǎn)。
GaN的線膨脹系數(shù)約為3.17×10-6/℃、楊氏模量約為2.90×1011N/m2。另一方面，與作為氮化硅(Si3N4)的線膨脹系數(shù)的3.20×10-6/℃和作為楊氏模量的3.50×1011N/m2的差小。將其與GaAs比較可更加明白。即，由于GaAs的線膨脹系數(shù)約為5.90×10-6/℃、楊氏模量約為8.55×1010N/m2，故與氮化硅的差大。
因而，由于氮化硅的線膨脹系數(shù)或楊氏模量與GaAs系列的線膨脹系數(shù)或楊氏模量的差別過大，故如果直接覆蓋到發(fā)光層上，則密接性是不充分的，由于膜產(chǎn)生脫落等，故是不理想的。相比之下，SiO2或Al2O3較為理想。
另一方面，對(duì)于GaN或InGaAlN等的氮化物半導(dǎo)體來說，線膨脹系數(shù)或楊氏模量接近的氮化硅是較為理想的，而SiO2、AlN、Al2O3等是不理想的。特別是在本具體例中，由于在作為同種材料的GaN襯底上對(duì)由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光層進(jìn)行了晶體生長(zhǎng)，故GaN襯底與線膨脹系數(shù)或楊氏模量接近的氮化硅層的密接性極為良好。
其次，說明氮化硅的另一個(gè)特質(zhì)。這一點(diǎn)與半導(dǎo)體激光器的最大輸出有關(guān)。即，在氮化物半導(dǎo)體激光器中，在構(gòu)成光共振器的端面附近容易產(chǎn)生深的能級(jí)的非發(fā)光復(fù)合中心。由于該復(fù)合的緣故，在端面附近載流子減少，光吸收增加，同時(shí)溫度上升。這樣的溫度上升導(dǎo)致能帶間隙收縮，使光吸收越來越增加。由于該作用是正反饋，故溫度上升終于引起結(jié)晶熔融等。由于這些現(xiàn)象產(chǎn)生COD(災(zāi)難性的光損傷)，故最大光輸出下降。
但是，如果在由GaN襯底和氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的端面上覆蓋了氮化硅，則由于氮化硅也含有氮(N)，故懸掛鍵少，可減少非發(fā)光復(fù)合中心的密度。因而，由于可減少光吸收與溫度上升的連鎖的正反饋，故可抑制COD下降。
如以上已說明的那樣，在本具體例中，與異種襯底或氧化物類電介質(zhì)反射膜相比，通過在由GaN襯底上的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多層膜的端面上形成具有與GaN接近的線膨脹系數(shù)的氮化硅層來改善膜的密接性且也改善COD水平。其結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)改善了高輸出特性和可靠性的氮化物半導(dǎo)體激光器。
其次，說明第1具體例中的低反射膜和高反射膜的結(jié)構(gòu)、特性。
圖4是表示在光出射側(cè)端面上設(shè)置的低反射膜54中的反射率的波長(zhǎng)依存性(由模擬得到的)的曲線圖。
在該情況下，對(duì)于反射率來說，在400～410納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，將5％定為設(shè)計(jì)值。例如，第1保護(hù)氮化硅層50的厚度可定為51納米，氧化物(SiO2)層52的厚度可定為153納米。其結(jié)果，如圖4中例示的那樣，在390～430納米的寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)約5％的低反射率。
圖5是表示在光反射側(cè)端面上設(shè)置的高反射膜64中的反射率的波長(zhǎng)依存性(由模擬得到的)的曲線圖。
在該情況下，對(duì)于反射率來說，在400～410納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，將93％定為設(shè)計(jì)值。例如，第2保護(hù)氮化硅層60的厚度可定為51納米。氧化物層62的厚度定為69納米，氮化硅層61的厚度定為51納米，交替地層疊氧化物層62與氮化硅層61，合計(jì)12層，只將最后的氧化物層的厚度定為137納米。其結(jié)果，在390～420納米的寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)大于等于93％的反射率。該結(jié)構(gòu)將折射率不同的2種電介質(zhì)對(duì)的厚度定為2分之1波長(zhǎng)的厚度，通過層疊該對(duì)，可得到互相增強(qiáng)反射光的所謂的布拉格(Bragg)反射器。
再有，使第1保護(hù)氮化硅層50和第2保護(hù)氮化硅層60具有保護(hù)端面并通過減少氮化物半導(dǎo)體的端面附近的深的能級(jí)以抑制非發(fā)光復(fù)合的作用。當(dāng)然，第1保護(hù)氮化硅層和第2保護(hù)氮化硅層成為構(gòu)成低反射膜和高反射膜的氮化硅層的一部分，也具有反射率控制作用。
再有，在上述的高反射膜中，氮化硅層和氧化物層的厚度分別可定為4分之1波長(zhǎng)，但不限定于此。因?yàn)?種電介質(zhì)間的折射率差產(chǎn)生反射，故將GaN和線膨脹系數(shù)接近的氮化硅層的厚度定為大于等于4分之1波長(zhǎng)，也可將氧化物層的厚度定為小于等于4分之1波長(zhǎng)。此外，不限定于SiO2層，也可以是Al2O3、ZrO2、TiO2等的氧化物?？衫媚M計(jì)算整體的反射率。
再有，最上層可以不是氧化膜層，但定為氧化膜層的做法可抑制發(fā)光層附近的碳?xì)浠衔锏鹊牡矸e。在后面詳細(xì)地?cái)⑹鲞@一點(diǎn)。
其次，說明本具體例的制造工序。
圖6是表示從晶片形成到芯片劈開的工序主要部分的流程圖。
首先，實(shí)施在GaN襯底上形成氮化物半導(dǎo)體多層膜、電極等的晶片工序(步驟S200)。通過利用對(duì)該晶片進(jìn)行激光劃線等劈開、分離為條狀，形成共振器端面(步驟S202)。
接著，在襯底托80上排列條，使其端面與等離子體對(duì)置，由利用20～30eV的能量成為等離子體狀態(tài)的氬在ECR濺射裝置內(nèi)清洗應(yīng)覆蓋的端面的表面(步驟S204)。其后，按順序在光出射側(cè)端面70上形成51納米的第1保護(hù)氮化硅層50，接著形成153納米的氧化物層52(步驟S206)。在氧化物層形成后，由利用20～30eV的能量成為等離子體狀態(tài)的氬進(jìn)行清洗(步驟S208)。利用該清洗，除去最外側(cè)氧化物層表面的有機(jī)物那樣的污垢。如果在最外側(cè)氧化膜上有因ECR導(dǎo)致的膜形成時(shí)或膜形成后產(chǎn)生的污垢，則如后面說明的那樣，因激光發(fā)射而引起充電，在發(fā)光點(diǎn)附近容易淀積這些污垢。與此不同，如上所述，通過進(jìn)行氬的清洗，可抑制污垢的淀積。
接著，在襯底托上排列條的相反一側(cè)的共振面使其與等離子體對(duì)置，在由用20～30eV的能量成為等離子體狀態(tài)的氬進(jìn)行的清洗(S210)后，形成51納米的第2保護(hù)氮化硅層60。再者，交替地形成合計(jì)12層的69納米厚的氧化物層62和51納米厚的氮化硅層61，最后形成137納米的氧化物層(S212)。層數(shù)合計(jì)為14。其后，進(jìn)行等離子體狀態(tài)的氬的清洗(S214)。利用該清洗，除去最外側(cè)氧化物層表面的有機(jī)物那樣的污垢。其后，利用激光劃線等進(jìn)行芯片劈開(S216)。再有，在圖6中例示的流程圖中，按低反射膜、高反射膜的順序來形成，但也可以是其相反的順序。
圖7是表示ECR(電子回旋共振)濺射裝置的示意圖。在本裝置中，利用由方形導(dǎo)波管90引導(dǎo)的2.45GHz的電磁波引起放電，利用在共振器軸方向上施加了的磁場(chǎng)B和旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)E使電子旋轉(zhuǎn)，發(fā)生等離子體82。其結(jié)果，在冷陰極、高真空狀態(tài)(0.01～0.2Pa)下可發(fā)生等離子體82。再有，利用磁線圈92發(fā)生共振器軸方向磁場(chǎng)B。
此外，利用真空泵85對(duì)反應(yīng)室84進(jìn)行了排氣，根據(jù)需要從上流起導(dǎo)入氬氣、氧氣、氮?dú)狻⒂晒杌蚪饘俚葮?gòu)成的高純度靶98與電源96連接。
圖8是表示ECR濺射工序中的條100的排列狀態(tài)的示意立體圖。在襯底托80上垂直地配置條100，使其端面70與等離子體82相接。利用等離子體82濺射硅等的高純度靶98，在條100的端面上覆蓋氮化硅層或氧化物層等的電介質(zhì)。再有，在相反一側(cè)的端面72(未圖示)上成膜后，對(duì)虛線部分進(jìn)行劃線，將條分離為芯片102。
圖9是表示這樣形成的氮化硅(Si3N4)、Al2O3、氧化硅(SiO2)中的折射率的波長(zhǎng)依存性的實(shí)測(cè)曲線圖。
ECR等離子體在0.01～0.2Pa的低氣壓下可發(fā)生高密度等離子體(5～10mA/cm2)。其結(jié)果，能以低損傷形成致密、平滑、高品質(zhì)薄膜。如半導(dǎo)體激光器中的電介質(zhì)反射膜那樣，為了減薄膜厚、精密地控制折射率、抑制至發(fā)光層的損傷，ECR濺射膜是適合的。
例如，由ECR濺射得到的氮化硅膜的硬度是與金剛石同等的硬度，在與被稱為硬的結(jié)晶的GaN襯底的整合性方面是良好的。此外，該氮化硅膜的耐氫氟酸的性能是由于等離子CVD得到的氮化硅膜的約10倍，即使對(duì)于水分或氫，其阻擋性也高，顯示出是致密的膜。
其次，說明可利用氮?dú)饬髁靠刂艵CR濺射膜中的內(nèi)部應(yīng)力的情況。
圖10是表示在氮化物半導(dǎo)體的多層膜端面上形成的ECR濺射膜(氮化硅)的內(nèi)部應(yīng)力的實(shí)測(cè)值的氮?dú)饬髁恳来嫘缘那€圖?？v軸表示氮化硅膜的內(nèi)部應(yīng)力(GPa)，橫軸表示氮?dú)饬髁?sccm)。參數(shù)是形成溫度，定為室溫(RT)或300℃。
在任一種溫度下，在氮?dú)饬髁繛?sccm附近，內(nèi)部應(yīng)力為最大，例如象300℃那樣的高溫形成膜中，構(gòu)成拉伸(Tensile)應(yīng)力。另一方面，在氮?dú)饬髁啃∮诘扔?sccm的區(qū)域中，內(nèi)部應(yīng)力隨氮?dú)饬髁康南陆刀陆?，在小于等?sccm附近，成為壓縮應(yīng)力(Compressive)。此外，即使在氮?dú)饬髁看笥诘扔?sccm的區(qū)域中，內(nèi)部應(yīng)力下降，在大于等于6sccm附近的區(qū)域中，成為壓縮應(yīng)力。
這樣，由于通過溫度和氮?dú)饬髁靠煽刂聘鲗拥膬?nèi)部應(yīng)力，故對(duì)于氮化物半導(dǎo)體可形成應(yīng)力變形小的層疊反射膜。
如以上已說明的那樣，通過與包含氮化物半導(dǎo)體發(fā)光層的光出射側(cè)端面70和光反射側(cè)端面72鄰接地配置線膨脹系數(shù)和楊氏模量接近的氮化硅層，改善了反射率的密接性。再者，由于可利用懸掛鍵減少抑制非發(fā)光復(fù)合，故也可改善COD水平。其結(jié)果，提供改善了高輸出特性、改善了可靠性的氮化物半導(dǎo)體激光器。例如，在周圍溫度為75℃下，在120mW輸出脈沖驅(qū)動(dòng)條件下得到了大于等于2,000小時(shí)的平均壽命。該性能充分地滿足下一代DVD記錄要求。再有，通過使用作為與發(fā)光層同種材料的GaN襯底12而不使用藍(lán)寶石等的異種襯底，可改善反射膜的密接性等的機(jī)械的強(qiáng)度。
圖11是與本發(fā)明的第2實(shí)施例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體激光器的示意性剖面圖。關(guān)于該圖，對(duì)于與圖3中例示了的第1具體例同樣的構(gòu)成要素，附以同一編號(hào)，省略其詳細(xì)的說明。
在本具體例中，將低反射膜54作成4層，將反射率設(shè)計(jì)成10％。從光出射側(cè)端面70起按順序?qū)盈B第1保護(hù)氮化硅層50、氧化物層52、氮化硅層51、氧化物層52，構(gòu)成了低反射膜54。
圖12是表示在該光出射側(cè)端面上設(shè)置了的低反射膜的反射率的波長(zhǎng)依存性的曲線圖。
在395～405納米的波長(zhǎng)中得到了約10％的反射率。如果將低反射膜54的反射率提高為10％，則可減少半導(dǎo)體激光器對(duì)于來自外部光學(xué)系統(tǒng)的返回光的特性變動(dòng)。例如，由于可減少返回光噪聲等，故可減少光盤讀取錯(cuò)誤。再有，在光反射側(cè)端面上設(shè)置了的高反射膜64與第1具體例是同樣的。
其次，說明在電介質(zhì)反射膜上產(chǎn)生的污垢。
來自激光器的光束具有高能量。很少觀察到因具有高能量的光束等的緣故在長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)后碳?xì)浠衔锏仍诎l(fā)光點(diǎn)附近淀積了的現(xiàn)象。
圖13是表示進(jìn)行了大輸出工作的高溫加速試驗(yàn)的比較例的示意性立體圖。
此外，圖14是該比較例的示意性剖面圖。再有，關(guān)于這些圖面，對(duì)于與圖1至圖12同樣的構(gòu)成要素，附以同一編號(hào)，省略其詳細(xì)的說明。
在超過額定輸出工作范圍的高溫加速試驗(yàn)中，有時(shí)因由激光引起的充電的緣故碳?xì)浠衔锏鹊挠袡C(jī)物在發(fā)光點(diǎn)附近產(chǎn)生淀積物110。由于GaN材料的電阻率高，故存在容易充電的趨勢(shì)。但是，通過在反射膜形成后利用20～30eV使氬成為等離子體狀態(tài)、主要清洗最外側(cè)層的表面，可大幅度地減少該淀積物110。進(jìn)而，為了抑制碳?xì)浠衔锏矸e，最好使封裝中的密封氣氛中包含氧氣。
圖15是表示裝入直徑約為5.6毫米的封裝中的氮化物半導(dǎo)體激光器的示意性部分切斷立體圖。將芯片102裝入套筒110內(nèi)，利用具備玻璃窗112的帽114進(jìn)行氣密密封，而且，在封裝內(nèi)充填了包含氧的氮?dú)?、惰性氣體等。
在該情況下，雖然氧氣是微量的，但電介質(zhì)反射膜有時(shí)也薄，為了抑制氮化硅層的氧化，最外側(cè)層是氧化物層則更為理想。即，在電介質(zhì)反射膜結(jié)構(gòu)中，其最外側(cè)層最好是氧化物層。
再者，利用圖15，說明在芯片安裝時(shí)可減少線膨脹變形的情況。在將芯片102安裝在套筒110或AlN或SiC等的子安裝件(未圖示)上的情況下，升溫至200～350℃。例如，在350℃下安裝的情況下，如果在約175℃下形成ECR濺射膜，則可使因安裝時(shí)的線膨脹引起的變形為室溫形成膜的約一半。其結(jié)果，由于機(jī)械的強(qiáng)度增加，故可改善可靠性。對(duì)于ECR濺射膜，可在從室溫至安裝溫度的范圍內(nèi)選擇形成溫度。
其次，說明與第3具體例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
圖16是與第3具體例有關(guān)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意性剖面圖。
在碳化硅(SC)襯底(未圖示)上生長(zhǎng)AlGaN緩沖層124、n型AlGaN包層126、InGaN發(fā)光層128、p型AlGaN包層130和p型GaN接觸層132。接著，形成分離槽138，除去本圖中的分離槽138的右側(cè)的n型AlGaN包層126的上部。再者，如圖那樣利用構(gòu)圖加工p型GaN接觸層132，在其上形成p側(cè)電極134。另一方面，在n型AlGaN包層1 26的隔開分離槽31露出的n型AlGaN包層126上形成n側(cè)電極140。
接著，在p型AlGaN包層130上在未形成p側(cè)電極的區(qū)域中形成由氮化硅層和氧化物層(例如氧化硅層)構(gòu)成的反射層136。進(jìn)而，使用激光剝離法等剝離碳化硅襯底，在AlGaN緩沖層124上依次形成由氮化硅層和氧化物層構(gòu)成的反射層122、Ti/Pt/Au層120，完成氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
由于來自InGaN發(fā)光層128的發(fā)射光利用由反射層122和反射層136形成的共振器引起共振，故作為所謂的超級(jí)發(fā)光LED(發(fā)光二極管)來工作。在該情況下，可只用位于下側(cè)的反射層122。在哪一種情況下，利用反射層將高亮度且共振了的光如圖16中用箭頭例示的那樣朝向氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的上方發(fā)射。
在本具體例中，也在AlGaN緩沖層124上鄰接地配置氮化硅層，在p型AlGaN包層130上鄰接地配置氮化硅層。因此，可減少因非發(fā)光復(fù)合引起的無效電流，而且由于線膨脹系數(shù)小，故密接性良好。其結(jié)果，提供高輸出且改善了可靠性的超級(jí)發(fā)光LED。
以上一邊參照具體例、一邊說明了本發(fā)明的實(shí)施方式。
但是，本發(fā)明不限定于此，關(guān)于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件、構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的半導(dǎo)體多層膜、反射膜、封裝等各要素的形狀、尺寸、材質(zhì)、配置關(guān)系等，或關(guān)于ECR濺射膜或等離子清洗等的工藝，即使本專業(yè)的從業(yè)人員增加了各種變更，只要具有本發(fā)明的要旨，就包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
再有，在本說明書中，所謂「氮化物半導(dǎo)體」，假定包含在BxAlyGazIn1-x-y-zN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、x+y+z≤1)的化學(xué)式中在各自的范圍內(nèi)使組成比x和y變化了的全部的組成的半導(dǎo)體。此外，假定在「氮化物半導(dǎo)體」中還包含為了控制導(dǎo)電型在半導(dǎo)體中添加的各種雜質(zhì)的任一種。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于具備氮化鎵襯底和在上述氮化鎵襯底上設(shè)置的包含發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體的多層膜，上述氮化鎵襯底和上述多層膜分別構(gòu)成由同一劈開面形成的激光出射側(cè)端面和由同一劈開面形成的激光反射側(cè)端面，在上述激光出射側(cè)端面上設(shè)置了包含第1氮化硅層的第1膜，在上述激光反射側(cè)端面上設(shè)置了包含第2氮化硅層和交替地層疊在上述第2氮化硅層上設(shè)置的氧化物層與氮化硅層的層疊膜的第2膜。
2.如權(quán)利要求1中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述層疊膜是利用上述氧化物層和上述氮化硅層而形成的布拉格反射器，構(gòu)成上述布拉格反射器的氮化硅層的厚度大于等于從上述激光出射側(cè)端面發(fā)出的激光的波長(zhǎng)的4分之1且小于其2分之1。
3.如權(quán)利要求1中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述激光出射側(cè)端面和上述激光反射側(cè)端面的至少某一方的最表面是氧化物層。
4.如權(quán)利要求3中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述最表面的氧化物層由從由SiO2、TiO2、ZrO2和Al2O3構(gòu)成的一組中選出的某一種構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述氧化物層由從由SiO2、TiO2、ZrO2和Al2O3構(gòu)成的一組中選出的某一種構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述第1膜由從上述激光出射側(cè)端面起依次層疊了上述第1保護(hù)氮化硅層、氧化物層、氮化硅層、氧化物層的4層構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述第1膜中包含的上述氧化物層由從由SiO2、TiO2、ZrO2和Al2O3構(gòu)成的一組中選出的某一種構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于還具備密封上述氮化鎵襯底、上述多層膜、上述第1膜和上述第2膜的封裝，上述封裝密封的氣氛氣體中包含氧。
9.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于具備第1膜和第2膜，上述第1膜包含AlGaN緩沖層；在上述AlGaN緩沖層上設(shè)置的第1導(dǎo)電型的AlGaN層；由在上述n型AlGaN層上有選擇地設(shè)置的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光層；在上述發(fā)光層上設(shè)置的第2導(dǎo)電型的AlGaN包層；以及在上述第2導(dǎo)電型的AlGaN包層上設(shè)置的第1氮化硅層，上述第2膜包含與上述AlGaN緩沖層鄰接地在其下設(shè)置的第1氮化硅層和交替地層疊在上述第2氮化硅層下設(shè)置的氧化物層與氮化硅層的層疊膜，來自上述發(fā)光層的發(fā)射光在上述第1膜和上述第2膜之間產(chǎn)生共振。
10.如權(quán)利要求9中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述層疊膜是利用上述氧化物層和上述氮化硅層而形成的布拉格反射器，構(gòu)成上述布拉格反射器的氮化硅層的厚度大于等于從上述激光出射側(cè)端面發(fā)出的激光的波長(zhǎng)的4分之1且小于其2分之1。
11.如權(quán)利要求9中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述第1膜的最表面是氧化物層。
12.如權(quán)利要求11中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述最表面的氧化物層由從由SiO2、TiO2、ZrO2和Al2O3構(gòu)成的一組中選出的某一種構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求9中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述氧化物層由從由SiO2、TiO2、ZrO2和Al2O3構(gòu)成的一組中選出的某一種構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求9中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于上述第1膜由從上述第2導(dǎo)電型的AlGaN包層的一側(cè)起依次層疊了上述第1保護(hù)氮化硅層、氧化物層、氮化硅層、氧化物層的4層構(gòu)成。
15.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其特征在于，具備下述工序在具有氮化鎵襯底和在上述襯底上設(shè)置的、包含發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體的多層膜的半導(dǎo)體激光元件的光出射側(cè)端面上形成至少包含第1氮化硅層的第1膜的工序；以及在上述半導(dǎo)體激光元件的光反射側(cè)端面上依次形成第2氮化硅層和交替地層疊氧化物層與氮化硅層的第2膜的工序。
16.如權(quán)利要求15中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其特征在于在形成上述第1氮化硅層之前，利用等離子狀態(tài)的惰性氣體清洗上述端面的表面。
17.如權(quán)利要求15中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其特征在于在形成上述第2氮化硅層之前，利用等離子狀態(tài)的惰性氣體清洗上述端面的表面。
18.如權(quán)利要求15中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其特征在于在形成上述第1膜之后，利用等離子狀態(tài)的惰性氣體清洗上述第1膜的表面。
19.如權(quán)利要求15中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其特征在于在形成上述第2膜之后，利用等離子狀態(tài)的惰性氣體清洗上述第2膜的表面。
20.如權(quán)利要求15中所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其特征在于在形成上述第1膜的工序和形成上述第2膜的工序之前，還具備通過將在氮化鎵襯底上具有包含發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體的多層膜的晶片劈開成條狀而形成具有上述光出射側(cè)端面和上述光反射側(cè)端面的上述半導(dǎo)體激光元件的工序。
全文摘要
一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于具備氮化鎵襯底和在上述氮化鎵襯底上設(shè)置的包含發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體的多層膜，上述氮化鎵襯底和上述多層膜分別構(gòu)成由同一劈開面形成的激光出射側(cè)端面和由同一劈開面形成的激光反射側(cè)端面，在上述激光出射側(cè)端面上設(shè)置了包含第1氮化硅層的第1膜，在上述激光反射側(cè)端面上設(shè)置了包含第2氮化硅層和交替地層疊在上述第2氮化硅層上設(shè)置的氧化物層與氮化硅層的層疊膜的第2膜。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1949606SQ20061014239
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者松山隆之, 小野村正明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝