專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
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，并且更具體而言涉及一種在高功率驅(qū)動時具有改善的可靠性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體發(fā)光器件中，將半導(dǎo)體激光器用作光源，用于光記錄介質(zhì)例如CD(光盤)、DVD(數(shù)字多用途光盤)或者藍(lán)光光盤的信號讀出和寫入。當(dāng)半導(dǎo)體激光器用作寫入的光源時，需要更高功率的半導(dǎo)體激光器，因為多層介質(zhì)的速度增加和容量增加。因此，對于紅外、紅、藍(lán)等的每一個波長，已經(jīng)開發(fā)了適于高功率的氮化物半導(dǎo)體激光器并且現(xiàn)在仍在開發(fā)之中。
最近，已經(jīng)進(jìn)行了研究與開發(fā)，以試圖將半導(dǎo)體激光器用作不同于光記錄介質(zhì)的信號讀出和寫入光源的磷光體(phosphor)的激發(fā)光源，并且試圖將半導(dǎo)體激光器用作照明。甚至在將半導(dǎo)體激光器用作照明的情況下，更高功率的半導(dǎo)體激光器對實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的更高效率和更高功率是重要的。
已知由在發(fā)光側(cè)的小平面上的發(fā)光部分的退化導(dǎo)致的不良可靠性為實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的更高功率中的大問題。這通常稱作COD(災(zāi)變性光學(xué)損傷(Catastrophic Optical Damage))，它是其中發(fā)光部分熱熔化從而引起發(fā)射停止的現(xiàn)象。COD發(fā)生時的光功率稱為COD水平。COD發(fā)生的理由是所述發(fā)光部分變成其中吸收激光的吸收區(qū)域。認(rèn)為非輻射復(fù)合能級可歸因于所述吸收區(qū)域。
為了改善COD水平，通常，由加寬透射激光的發(fā)光部分的帶隙形成窗結(jié)構(gòu)，或者將在發(fā)光側(cè)的小平面用介電膜涂敷用于保護(hù)(參見，例如，日本專利公開號2002-237648和2002-335053)。

發(fā)明內(nèi)容
圖13顯示當(dāng)老化試驗進(jìn)行時的老化時間和驅(qū)動電流之間的關(guān)系，在所述的老化試驗中，常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激光器是在70℃的溫度環(huán)境CW(連續(xù)波)驅(qū)動的，以連續(xù)發(fā)射光功率為100mW的高功率激光。這里，經(jīng)過數(shù)十小時的老化時間后，驅(qū)動電流值變成0，這顯示激光發(fā)射在那個時間點(diǎn)停止。
發(fā)現(xiàn)其中激光發(fā)射停止的氮化物半導(dǎo)體激光器的發(fā)光部分具有孔，所述的孔可能是發(fā)光部分熔化時產(chǎn)生的，并且應(yīng)當(dāng)理解所述發(fā)光部分的退化引起發(fā)射停止。在常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激光器的發(fā)光側(cè)的小平面上形成厚度為50nm的由氮化鋁(Al)制成的涂膜。
在高功率驅(qū)動時，由于所述發(fā)光部分的退化而減小的可靠性的問題對于氮化物半導(dǎo)體激光器不是唯一的，而對于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件是共同的。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種在高功率驅(qū)動時具有改善的可靠性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
本發(fā)明提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括在發(fā)光部分形成的氮化鋁或氧氮化鋁的第一涂膜和在第一涂膜上形成的氧化鋁的第二涂膜。第二涂膜的厚度至少為80nm并且至多為1000nm。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，第一涂膜的厚度至少為6nm并且至多為200nm。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，第一涂膜的厚度至少為12nm并且至多為200nm。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，第一涂膜的厚度至少為50nm并且至多為200nm。
更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，第二涂膜的厚度至少為130nm并且至多為1000nm。
更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，第二涂膜的厚度至少為150nm并且至多為1000nm。
最優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，第二涂膜的厚度至少為160nm并且至多為1000nm。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，第一涂膜由氧氮化鋁制成，并且第一涂膜的氧含量至多為20原子％。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供在高功率驅(qū)動時具有改善可靠性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
當(dāng)連同附圖采用時從下列本發(fā)明的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述及其他目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見。


圖1是示意性顯示根據(jù)本發(fā)明第一個實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器的橫截面圖。
圖2是示意性顯示圖1中顯示的本發(fā)明第一實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器在空腔長度上的側(cè)視3示意性顯示一種示例性ECR濺射裝置的構(gòu)造。
圖4顯示第一實(shí)施方案中氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中老化試驗的結(jié)果。
圖5顯示為比較而制作的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中老化試驗的結(jié)果。
圖6顯示為比較而制作的氮化物半導(dǎo)體激光器在低功率驅(qū)動中老化試驗的結(jié)果。
圖7顯示為比較而制作的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中老化試驗的結(jié)果。
圖8顯示為了所制造的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中老化試驗結(jié)果，所述的氮化物半導(dǎo)體激光器包括在發(fā)光側(cè)的小平面上的厚度固定在6nm的氧氮化鋁膜和在所述氧氮化鋁膜上形成的具有多種厚度的氧化鋁膜。
圖9顯示所制造的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中老化試驗結(jié)果，所述的氮化物半導(dǎo)體激光器包括在發(fā)光側(cè)的小平面上的具有多種厚度的氧氮化鋁膜和在所述氧氮化鋁膜上形成的具有厚度固定在80nm的氧化鋁膜。
圖10顯示根據(jù)第二實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中的老化試驗結(jié)果。
圖11顯示根據(jù)第三實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中的老化試驗結(jié)果。
圖12顯示根據(jù)第四實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中的老化試驗結(jié)果。
圖13顯示常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中的老化試驗結(jié)果。
圖14顯示根據(jù)第五實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中的老化試驗結(jié)果。
圖15顯示根據(jù)第六實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器在高功率驅(qū)動中的老化試驗結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
在下面，將描述本發(fā)明的實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)注意，在本發(fā)明附圖中，相同的參考符號表示相同或相應(yīng)部分。
作為詳細(xì)研究的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)光部分上形成由氮化鋁或氧氮化鋁制成的第一涂膜并且在所述第一涂膜上形成由氧化鋁制成的厚度為80nm或更厚的第二涂膜，可以充分改善氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件在高功率驅(qū)動時的可靠性。因而完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)如果所述第二涂膜的厚度是130nm或更厚，則氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件在高功率驅(qū)動時的可靠性可以得到更大地改善。
本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)如果所述第二涂膜的厚度是150nm或更厚，則氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件在高功率驅(qū)動時的可靠性可以得到進(jìn)一步改善。
本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)如果所述第二涂膜的厚度是160nm或更厚，則氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件在高功率驅(qū)動時的可靠性可以得到顯著地改善。
另外，作為詳細(xì)研究的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)由氮化鋁或氧氮化鋁制成的第一涂膜的厚度被設(shè)定到6nm或更厚，12nm或更厚，50nm或更厚時，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件在高功率驅(qū)動時的可靠性趨于得到改善。因此，由氮化鋁或氧氮化鋁制成的第一涂膜的厚度優(yōu)選是6nm或更厚，更優(yōu)選是12nm或更厚，并且還更優(yōu)選是50nm或更厚。
如果第一涂膜太厚，第一涂膜容易剝離。因此，第一涂膜的厚度優(yōu)選是200nm或更薄。另一方面，即使第二層膜厚，第二層膜也不容易剝離。然而，考慮到生產(chǎn)率，將第二涂膜的厚度設(shè)定到1000nm或更薄。
在第一涂膜是由氧氮化鋁制成的情況下，如果第一涂膜的氧含量高于構(gòu)成第一涂膜的總原子的20原子％，則實(shí)際上，類似于由氧化鋁制成的膜直接形成在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光部分的情況，高功率驅(qū)動時的可靠性不能得到充分改善。因此，由氧氮化鋁制成的第一涂膜的氧含量優(yōu)選是構(gòu)成第一涂膜的總原子的20原子％或更低。
這里，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、氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件等。此外，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件指包括襯底上形成的活性層和覆蓋層的半導(dǎo)體發(fā)光器件，所述襯底由包括50質(zhì)量％或更多的化合物的材料形成，所述的化合物由至少一種第3族元素和作為第5族元素的氮構(gòu)成，所述第3族元素選自鋁、銦和鎵。
第一實(shí)施方案圖1是示意性顯示本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器的橫截面圖。這里，將本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器10配置成包括由n-型GaN制成的厚度為0.2μm的緩沖層21、由n-型Al0.06Ga0.94N制成的厚度為2.3μm的n-型覆蓋層22、由n-型GaN制成的厚度為0.02μm的n-型導(dǎo)向?qū)?3、由4nm厚的InGaN和8nm厚的GaN制成的量子阱活性層24、由GaN制成的厚度為70nm的保護(hù)層25、由p-型Al0.3Ga0.7N制成的厚度為20nm的p-型電流阻擋層26、由p-型Al0.05Ga0.95N制成的厚度為0.5μm的p-型覆蓋層27、以及由p-型GaN制成的厚度為0.1μm的p-型接觸層28，將它們以這個順序從半導(dǎo)體襯底11層疊在由n-型GaN制成的半導(dǎo)體襯底11上。這里，將每一個上述層中的厚度和混合晶體比適當(dāng)調(diào)整，并且與本發(fā)明的實(shí)質(zhì)無關(guān)。例如，根據(jù)多量子阱活性層24的混合晶體比，將本實(shí)施方案中氮化物半導(dǎo)體激光器10發(fā)射的激光的波長適當(dāng)在370nm-470nm的范圍內(nèi)調(diào)整。在本實(shí)施方案中，將發(fā)射的激光波長調(diào)整到405nm。多量子阱活性層24也可以以至少0.01原子％和至多10原子％包括至少一種第5族元素例如As或P。
以部分除去p-型覆蓋層27和p-型接觸層28以便條紋狀脊條紋部分13在空腔長度方向上延伸的方式，形成本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器10。這里，例如，脊條紋部分13的條紋寬度約為1.2-2.4μm，典型地約為1.5μm。本發(fā)明也可適用于大面積類型的氮化物半導(dǎo)體激光器，用在條紋寬度為數(shù)十μm的照明中。另外，將由Mo層和Au層的多層制成的p-電極14提供在p-型接觸層28的表面上。將由SiO2層和TiO2層的多層制成的絕緣膜12提供在不包括脊條紋部分13形成部位的部位處的p-電極14下。另外，在半導(dǎo)體襯底11與層疊上述氮化物半導(dǎo)體層的一側(cè)相反的表面上形成由Hf層和Al層的多層制成的n-電極15。
圖2是示意性顯示圖1中顯示的本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器在空腔長度方向上的側(cè)視圖。這里，可以形成用作本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器10的發(fā)光部分的在光反射側(cè)的小平面17和在發(fā)光側(cè)的小平面16，例如，如下將通過在上述半導(dǎo)體襯底上順序?qū)盈B上述氮化物半導(dǎo)體層例如緩沖層，形成脊條紋部分，其后形成絕緣膜而形成的晶片，利用金剛石尖通過如劃片和斷裂這樣的技術(shù)解理p-電極和n-電極。通過這種解理形成的解理表面是如圖2中所示的互相平行的小平面16和小平面17。
然后，將厚度為6nm的氧氮化鋁膜31作為第一涂膜形成在發(fā)光側(cè)的小平面16上，并且厚度為80nm的氧化鋁膜32作為第二涂膜形成在氧氮化鋁膜31上，其中反射率為7％。
另一方面，厚度為6nm的氧氮化鋁膜33形成在光反射側(cè)的小平面17上。厚度為80nm的氧化鋁膜34形成在氧氮化鋁膜33上。通過層疊四對71nm厚的氧化硅膜和46nm厚的二氧化鈦膜(從所述氧化硅膜開始層疊)，其后在最外表面上形成厚度為142nm的氧化硅膜，將反射率為95％或更高的高反射膜35形成在氧化鋁膜34上。
上述的氧氮化鋁膜31、氧化鋁膜32、氧氮化鋁膜33、氧化鋁膜34、和高反射膜35的每一個，例如，可以通過如下描述的ECR(電子回旋共振)濺射形成，或者可以通過任何其它濺射，EB(電子束)蒸發(fā)、CVD(化學(xué)氣相沉積)等形成。
圖3示意性顯示一種顯示性ECR濺射裝置的構(gòu)造。這里，ECR濺射裝置40主要由沉積爐50和等離子體產(chǎn)生室60形成。沉積爐50提供有氣體入口51和氣體出口56。在沉積爐50中安裝靶52、用于加熱的加熱器53、樣品臺54和開閉器55。將如上所述解理后的樣品66放在樣品臺54上。這里，將樣品66以容許膜沉積在小平面16或小平面17上的方向附在固定器(未顯示)。真空泵(未顯示)也附在氣體出口56以容許沉積爐50中的氣體從那里排出。將RF電源57另外連接到靶52。
此外，等離子體產(chǎn)生室60提供有氣體入口61和微波導(dǎo)入口62。將微波導(dǎo)入窗63和磁性線圈64安裝在等離子體產(chǎn)生室60中。然后，將從微波導(dǎo)入口62導(dǎo)入的微波65通過微波導(dǎo)入窗63導(dǎo)入，以便從氣體入口61導(dǎo)入的氣體產(chǎn)生等離子體。
利用具有這種構(gòu)造的ECR濺射裝置40，如圖2中所示，將厚度為6nm的氧氮化鋁膜31首先形成在發(fā)光側(cè)的小平面16上，然后將厚度為80nm的氧化鋁膜32隨后形成在氧氮化鋁膜31上。
具體而言，首先，將氮?dú)庖?.5sccm的流速導(dǎo)入到沉積爐50中，將氧氣以1.5sccm的流速導(dǎo)入，并且將氬氣以20.0sccm的流速導(dǎo)入，以便有效產(chǎn)生等離子體以提高沉積速率。然后，將500W的RF功率施加到靶52，用于濺射由鋁制成的靶52，并且施加產(chǎn)生等離子體所必需的500W的微波功率。然后，可以在1.7/秒的沉積速率下形成具有對于波長為405nm的光的折射率為2.1的氧含量為20原子％的氧氮化鋁膜31。氧氮化鋁膜31中包括的鋁、氮和氧的各自含量(原子％)可以通過例如AES(俄歇電子能譜法)測量。TEM-EDX(透射電子顯微法-能量色散X射線光譜法)也是可用的。
然后，停止氮?dú)獾膶?dǎo)入，以6.6sccm的流速導(dǎo)入氧氣，并且以40.0sccm的流速導(dǎo)入氬氣。將500W的RF功率施加到靶52，用于濺射由鋁制成的靶52，并且施加用于產(chǎn)生等離子體所必需的500W的微波功率。因而，可以以3.0/秒的沉積速率形成氧化鋁膜32。
在形成氧氮化鋁膜31之前，優(yōu)選通過例如在至少100℃并且至多500℃的溫度下在所述沉積裝置中將小平面16加熱，而除去附在小平面16上的氧化物膜或雜質(zhì)用于清潔。然而，在本發(fā)明中可以不進(jìn)行這樣的清潔。備選地，可以在氧氮化鋁膜31形成之前通過用氬或氮等離子體輻照小平面16，而清潔小平面16。然而，在本發(fā)明中可以不進(jìn)行這樣的清潔。在氧氮化鋁膜31形成之前加熱小平面16時可以施加等離子體輻照。至于如上所述的等離子體輻照，例如，也可以施加氬等離子體，其后接著施加氮等離子體。可以以相反的順序施加等離子體。除了氬和氮，例如，可以使用稀有氣體諸如氦、氖、氙或氪。這里，也可以在例如至少100℃并且至多為500℃的溫度下加熱時，形成形成在小平面16上的氧氮化鋁膜31。然而，在本發(fā)明中，可以在不加熱的情況下，形成氧氮化鋁膜31。
在本發(fā)明中，可以以與形成氧氮化物膜方法不同的方法在氧氮化鋁膜31上形成的氧化物膜。例如，在通過ECR濺射形成氧氮化鋁膜31之后，可以通過EB(電子束)蒸發(fā)等形成氧化鋁膜32。
其后，在如上所述的氧氮化鋁膜31和氧化鋁膜32形成后，將氧氮化鋁膜33、氧化鋁膜34和高反射膜35以這個順序通過上述的ECR濺射等形成在光反射側(cè)的小平面17上。優(yōu)選地，在這些膜形成之前，也進(jìn)行通過加熱的清潔和/或通過等離子體輻照的清潔。
這里，在作為在發(fā)光側(cè)的小平面一部分的發(fā)光部分中退化是顯著的，而與發(fā)光側(cè)相比，在光密度低的光反射側(cè)的小平面中退化通常是不顯著的。因此，在本發(fā)明中，不限制在光反射側(cè)的小平面上形成的膜的構(gòu)造，并且在光反射側(cè)的小平面上可以不形成膜。
此外，可以在發(fā)光側(cè)的小平面上和在光反射側(cè)的小表面上形成上述膜后，可以進(jìn)行加熱處理。因而，可以預(yù)期的通過所述加熱處理除去上述膜中含有的水分并改善膜的品質(zhì)?？梢酝ㄟ^用加熱器、紫外激光輻照等的加熱，進(jìn)行所述加熱處理。
如此，將氧氮化鋁膜31和氧化鋁膜32以這個順序形成在上述樣品的發(fā)光側(cè)的小平面16上，并且將氧氮化鋁膜33、氧化鋁膜34和高反射膜35以這個順序形成在光反射側(cè)的小平面17上。其后將所述樣品分成小片，產(chǎn)生氮化物半導(dǎo)體激光器。
現(xiàn)在，將這個實(shí)施方案中得到的氮化物半導(dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動以100mW的光功率進(jìn)行連續(xù)發(fā)射激光，以這樣一種方式進(jìn)行老化試驗。結(jié)果顯示在圖4中。如圖4中所示，對于本實(shí)施方案的氮化物半導(dǎo)體激光器，即使經(jīng)過500小時后，進(jìn)行老化試驗的全部七個氮化物半導(dǎo)體激光器也在不停止激光發(fā)射的情況下被驅(qū)動。
為了比較，類似于本實(shí)施方案制造氮化物半導(dǎo)體激光器，不同之處在于將在發(fā)光側(cè)的氧化鋁膜32和在光反射側(cè)的氧化鋁膜34的各自厚度設(shè)定在40nm。然后，類似于本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，對于得到用于比較的氮化物半導(dǎo)體激光器進(jìn)行老化試驗。結(jié)果表示在圖5中。如圖5中所示，對于用于比較的氮化物半導(dǎo)體激光器，進(jìn)行老化試驗的全部六個氮化物半導(dǎo)體激光器在60小時內(nèi)停止發(fā)射。發(fā)現(xiàn)這些停止發(fā)射的氮化物半導(dǎo)體激光器的發(fā)光側(cè)的小平面具有看來是由熱熔化產(chǎn)生的孔。
另外，為了比較，類似于本實(shí)施方案制造氮化物半導(dǎo)體激光器，不同之處在于將在發(fā)光側(cè)的氧氮化鋁膜31和在光反射側(cè)的氧氮化鋁膜33的各自厚度設(shè)定在3nm。然后，將得到的用于比較的氮化物半導(dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動以65mW的光功率進(jìn)行連續(xù)發(fā)射低功率激光，以這樣一種方式進(jìn)行老化試驗。結(jié)果顯示在圖6中。如圖6中所示，對于用于比較的氮化物半導(dǎo)體激光器，進(jìn)行老化試驗的全部十個氮化物半導(dǎo)體激光器正常驅(qū)動而沒有停止發(fā)射，直到400小時。
然而，將這個氮化物半導(dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動以100mW的光功率進(jìn)行連續(xù)發(fā)射高功率激光，以這樣一種方式進(jìn)行老化試驗時，如圖7中所示，進(jìn)行老化試驗的全部七個氮化物半導(dǎo)體激光器在20小時內(nèi)停止發(fā)射。發(fā)現(xiàn)這些停止發(fā)射的氮化物半導(dǎo)體激光器的發(fā)光部分具有看來是由熱熔化產(chǎn)生的孔。
另一方面，對于本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，在上述老化試驗進(jìn)行500小時后，也檢查了發(fā)光部分的退化。這里，沒有發(fā)現(xiàn)退化。
因此，發(fā)現(xiàn)用CW驅(qū)動和光功率約為65mW的低功率，即使在發(fā)光側(cè)的氧氮化鋁膜31的厚度薄至3nm，也可以實(shí)現(xiàn)充分的長期可靠性，而用CW驅(qū)動和光功率約為100mW的高功率，不能實(shí)現(xiàn)長期可靠性。
這里，對于用于比較的氮化物半導(dǎo)體激光器，在用CW驅(qū)動和光功率為65mW的低功率的老化試驗中實(shí)現(xiàn)了長期可靠性，因為氧氮化鋁膜可以作為粘合層起作用并且很好地粘合到在發(fā)光側(cè)的小平面上。然而，用CW驅(qū)動在光功率為100mW的高功率驅(qū)動時，所述氧氮化鋁膜僅作為粘合層起作用是不夠的。
基于上述，將氧氮化鋁膜31的厚度設(shè)定在6nm并且將氧化鋁膜的厚度設(shè)定在80nm，以便在高功率驅(qū)動時，可以減少由所述發(fā)光部分的退化引起的不良可靠性的可能性，并且可以改善在高功率驅(qū)動時的長期可靠性。
換言之，使在所述發(fā)光部分形成的氧氮化鋁膜31和氧化鋁膜32足夠厚，以便可以實(shí)現(xiàn)在高功率驅(qū)動時的長期可靠性，所述的長期可靠性在這些膜薄時不足。
現(xiàn)在，為了確定在高功率驅(qū)動時實(shí)現(xiàn)長期可靠性所必需的厚度，用多種厚度的氧氮化鋁膜31和氧化鋁膜32進(jìn)行老化試驗。
圖8顯示當(dāng)?shù)锇雽?dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動以光功率為100mW的功率進(jìn)行連續(xù)發(fā)射高功率激光時，氧化鋁膜32的厚度和500小時后正常驅(qū)動的氮化物半導(dǎo)體激光器比例之間的關(guān)系，其中將形成在本實(shí)施方案中發(fā)光側(cè)的小平面上的氧氮化鋁膜31的厚度固定在6nm并且改變在氧氮化鋁膜31上形成的氧化鋁膜32的厚度。
如圖8中所示，發(fā)現(xiàn)在發(fā)光側(cè)的小平面上的氧氮化鋁膜31的厚度是6nm的情況下，如果在氧氮化鋁膜31上形成的氧化鋁膜32的厚度是80nm或更厚，則即使在高功率驅(qū)動時，也實(shí)現(xiàn)了長期可靠性。
接著，當(dāng)100mW光功率的高功率激光在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動連續(xù)發(fā)射500小時時，比較COD水平，其中氧化鋁膜32厚度設(shè)定在80nm、160nm和240nm。作為結(jié)果，對于各自厚度的五個氮化物半導(dǎo)體激光器的平均COD水平如下。當(dāng)氧化鋁膜32的厚度是80nm時，平均COD水平是258mW。當(dāng)所述厚度是160nm時，平均COD水平是340mW。當(dāng)所述厚度是240nm時，平均COD水平是346mW。因此，確定氧化鋁膜32的厚度優(yōu)選為80nm或更厚，并且更優(yōu)選160nm或更厚。
現(xiàn)在，圖9顯示當(dāng)?shù)锇雽?dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動以光功率為100mW的功率進(jìn)行連續(xù)發(fā)射高功率激光時，氧氮化鋁膜31的厚度和500小時后正常驅(qū)動的氮化物半導(dǎo)體激光器比例之間的關(guān)系，其中改變形成在本實(shí)施方案中發(fā)光側(cè)的小平面上的氧氮化鋁膜31的厚度，并且將在氧氮化鋁膜31上形成的氧化鋁膜32的厚度固定在80nm。
如圖9中所示，發(fā)現(xiàn)在發(fā)光側(cè)的小平面上的氧化鋁膜32厚度是80nm的情況下，當(dāng)氧氮化鋁膜31的厚度設(shè)定在6nm或更厚時，即使在高功率驅(qū)動時，也實(shí)現(xiàn)了長期可靠性。
接著，當(dāng)100mW光功率的高功率激光在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動連續(xù)發(fā)射500小時時，比較COD水平，其中將氧氮化鋁膜31厚度設(shè)定在6nm、12nm和50nm。作為結(jié)果，對于各自厚度的五個氮化物半導(dǎo)體激光器的平均COD水平如下。當(dāng)氧氮化鋁膜31的厚度是6nm時，平均COD水平是258mW。當(dāng)所述厚度是12nm時，平均COD水平是356mW。當(dāng)所述厚度是50nm時，平均COD水平是487mW。因此，確定氧氮化鋁膜31的厚度優(yōu)選為6nm或更厚，更優(yōu)選12nm或更厚，并且還更優(yōu)選50nm或更厚。
考慮到上述結(jié)果，可以理解當(dāng)氧氮化鋁膜31的厚度是6nm或更厚并且形成在其上的氧化鋁膜32的厚度是80nm或更厚時，即使在高功率驅(qū)動時，也可以在發(fā)光部分不退化的情況下實(shí)現(xiàn)長期可靠性。
第二實(shí)施方案本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與第一實(shí)施方案中氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變在發(fā)光側(cè)和光反射側(cè)的小平面上形成的膜的相應(yīng)構(gòu)造并且將發(fā)射的激光波長設(shè)定在410nm。
這里，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)和光反射側(cè)的小平面上形成各自厚度為6nm的相應(yīng)氮化鋁膜，并且在所述氮化鋁膜的每一個上形成厚度為80nm的氧化鋁膜。這里，將在發(fā)光側(cè)的反射率設(shè)定到7％。通過ECR濺射形成氮化鋁膜和氧化鋁膜。具體而言，在不導(dǎo)入在第一實(shí)施方案中為了形成氧氮化鋁膜而導(dǎo)入的氧氣的情況下進(jìn)行沉積。此外，可以通過多種濺射，MBE(分子束外延)等形成氮化鋁膜。在光反射側(cè)的小平面上，在氧化鋁膜上形成具有與第一實(shí)施方案相同構(gòu)造的高反射膜。
對于本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，在與第一實(shí)施方案相同的方法和相同的條件下進(jìn)行老化試驗。結(jié)果顯示在圖10中。如圖10中所示，觀察到進(jìn)行老化試驗的本實(shí)施方案中的全部十四個氮化物半導(dǎo)體激光器在不停止激光發(fā)射的情況下甚至經(jīng)過200小時后還被驅(qū)動，并且發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了高功率驅(qū)動時的長期可靠性。
第三實(shí)施方案本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與第一實(shí)施方案中氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變在發(fā)光側(cè)和光反射側(cè)的小平面上形成的膜的相應(yīng)構(gòu)造并且將發(fā)射的激光波長設(shè)定在400nm。
這里，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)和光反射側(cè)的小平面上形成各自厚度為12nm的相應(yīng)氧氮化鋁膜，并且在所述氧氮化鋁膜的每一個上形成厚度為80nm的氧化鋁膜。這里，將在發(fā)光側(cè)的反射率設(shè)定到10％。在所述光反射側(cè)的小平面上，在氧化鋁膜上形成具有與第一實(shí)施方案的那種相同構(gòu)造的高反射膜。
對于本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，在與第一實(shí)施方案相同的方法和相同的條件下進(jìn)行老化試驗。結(jié)果顯示在圖11中。如圖11中所示，觀察到進(jìn)行老化試驗的本實(shí)施方案中的全部五個氮化物半導(dǎo)體激光器在不停止激光發(fā)射的情況下甚至經(jīng)過800小時后還被驅(qū)動，并且發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了高功率驅(qū)動時的長期可靠性。
第四實(shí)施方案本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與第一實(shí)施方案中氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變在發(fā)光側(cè)和光反射側(cè)的小平面上形成的膜的相應(yīng)構(gòu)造并且將發(fā)射的激光波長設(shè)定在390nm。
這里，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)和光反射側(cè)的小平面上形成各自厚度為50nm的相應(yīng)氧氮化鋁膜，并且在所述氧氮化鋁膜的每一個上形成厚度為160nm的氧化鋁膜。這里，在發(fā)光側(cè)的反射率為6％。在所述光反射側(cè)的小平面上，在氧化鋁膜上形成具有與第一實(shí)施方案的那種相同構(gòu)造的高反射膜。
對于本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器，在與第一實(shí)施方案相同的方法和相同的條件下進(jìn)行老化試驗。結(jié)果顯示在圖12中。如圖12中所示，觀察到進(jìn)行老化試驗的本實(shí)施方案中的全部八個氮化物半導(dǎo)體激光器在不停止激光發(fā)射的情況下甚至經(jīng)過1000小時后還被驅(qū)動，并且發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了高功率驅(qū)動時的長期可靠性。
應(yīng)當(dāng)注意雖然在上述描述中，對于氮化物半導(dǎo)體激光器已經(jīng)檢驗了高功率驅(qū)動時的可靠性，但是當(dāng)在發(fā)光表面上形成如上所述的第一涂膜和第二涂膜作為氮化物半導(dǎo)體二極管器件的發(fā)光部分時，也可以產(chǎn)生類似于上述的結(jié)果。
第五實(shí)施方案本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與第一實(shí)施方案中氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變在發(fā)光側(cè)和光反射側(cè)的小平面上形成的膜的相應(yīng)構(gòu)造。
這里，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面上形成厚度為20nm的氧氮化鋁膜，并且在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為150nm的氧化鋁膜。這里，在發(fā)光側(cè)的小平面上形成的膜的反射率為5％。
另一方面，在光反射側(cè)的小平面上形成厚度為20nm的氧氮化鋁膜，在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為110nm的氧氮化鋁膜，并且在所述氧氮化鋁膜上層疊四對厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為46nm的二氧化鈦膜(從氧化硅膜開始層疊)，其后在最外表面上形成厚度為142nm的氧化硅膜。在光反射側(cè)的小平面上形成的膜的反射率是95％或更高。
這里，通過ECR濺射形成氧氮化鋁膜和氧化鋁膜中的每一個。
將本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動進(jìn)行連續(xù)發(fā)射100mW的光功率的高功率激光，以這樣一種方式進(jìn)行類似于第一實(shí)施方案的老化試驗。結(jié)果顯示在圖14中。如圖14中所示，觀察到進(jìn)行老化試驗的本實(shí)施方案中的全部四個氮化物半導(dǎo)體激光器在不停止激光發(fā)射的情況下甚至經(jīng)過2500小時后還被驅(qū)動，并且發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了高功率驅(qū)動時的長期可靠性。
另外，當(dāng)本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動進(jìn)行連續(xù)發(fā)射100mW的光功率的高功率激光500小時時，測量COD水平。作為結(jié)果，五個氮化物半導(dǎo)體激光器的平均COD水平是338mW。
如第一實(shí)施方案中所述，當(dāng)在發(fā)光側(cè)的小平面上的氧氮化鋁膜上的氧化鋁膜的厚度是80nm時，平均COD水平是258mW，當(dāng)它是160nm時，平均COD水平是340mW，并且當(dāng)它是240nm時，平均COD水平是346mW。因此，可以說，當(dāng)在發(fā)光側(cè)的小平面上的氧氮化鋁膜上的氧化鋁膜的厚度是150nm或更厚時，相比于當(dāng)它是80nm時，可以大大改善高功率驅(qū)動時的長期可靠性。
第六實(shí)施方案本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器具有與第一實(shí)施方案中氮化物半導(dǎo)體激光器類似的構(gòu)造，不同之處在于改變在發(fā)光側(cè)和光反射側(cè)的小平面上形成的膜的相應(yīng)構(gòu)造。
這里，在本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在發(fā)光側(cè)的小平面上形成厚度為20nm的氧氮化鋁膜，并且在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為130nm的氧化鋁膜。這里，在發(fā)光側(cè)的小平面上形成的膜的反射率為12.5％。
另一方面，在光反射側(cè)的小平面上形成厚度為20nm的氧氮化鋁膜，在所述氧氮化鋁膜上形成厚度為110nm的氧氮化鋁膜，并且在所述氧氮化鋁膜上層疊四對厚度為71nm的氧化硅膜和厚度為46nm的二氧化鈦膜(從氧化硅膜開始層疊)，其后在最外表面上形成厚度為142nm的氧化硅膜。在光反射側(cè)的小平面上形成的膜的反射率是95％或更高。
這里，通過ECR濺射形成氧氮化鋁膜和氧化鋁膜中的每一個。
將本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動進(jìn)行連續(xù)發(fā)射100mW的光功率的高功率激光，以這樣一種方式進(jìn)行類似于第一實(shí)施方案的老化試驗。結(jié)果顯示在圖15中。如圖15中所示，觀察到進(jìn)行老化試驗的本實(shí)施方案中的全部八個氮化物半導(dǎo)體激光器在不停止激光發(fā)射的情況下甚至經(jīng)過1200小時后還被驅(qū)動，并且發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了高功率驅(qū)動時的長期可靠性。
另外，當(dāng)本實(shí)施方案中的氮化物半導(dǎo)體激光器在70℃的溫度環(huán)境中用CW驅(qū)動進(jìn)行連續(xù)發(fā)射100mW的光功率的高功率激光500小時時，測量COD水平。作為結(jié)果，五個氮化物半導(dǎo)體激光器的平均COD水平是320mW。
如第一實(shí)施方案中所述，當(dāng)在發(fā)光側(cè)的小平面上的氧氮化鋁膜上的氧化鋁膜的厚度是80nm時，平均COD水平是258mW，當(dāng)它是130nm時，平均COD水平是338mW，當(dāng)它是160nm時，平均COD水平是340mW，并且當(dāng)它是240nm時，平均COD水平是346mW。因此，可以說，當(dāng)在發(fā)光側(cè)的小平面上的氧氮化鋁膜上的氧化鋁膜的厚度是130nm或更厚時，相比于當(dāng)它是80nm時，可以大大改善高功率驅(qū)動時的長期可靠性。
本發(fā)明是可例如應(yīng)用于發(fā)射波長在紫外至綠色區(qū)域的光的氮化物半導(dǎo)體激光器，以及應(yīng)用于照明中使用的大面積類型氮化物半導(dǎo)體激光器，其中條紋寬度為數(shù)十μm。
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)光器件包括形成在發(fā)光部分的氮化鋁或氧氮化鋁的第一涂膜和形成在所述第一涂膜上的氧化鋁的第二涂膜。所述第二涂膜的厚度至少為80nm并且至多為1000nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一涂膜的厚度至少為6nm并且至多為200nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一涂膜的厚度至少為12nm并且至多為200nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一涂膜的厚度至少為50nm并且至多為200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第二涂膜的厚度至少為130nm并且至多為1000mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第二涂膜的厚度至少為150nm并且至多為1000nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第二涂膜的厚度至少為160nm并且至多為1000nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一涂膜由氧氮化鋁制成，并且所述第一涂膜的氧含量至多為20原子％。
全文摘要
一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括形成在發(fā)光部分的氮化鋁或氧氮化鋁的第一涂膜和形成在第一涂膜上的氧化鋁的第二涂膜。第二涂膜的厚度至少為80nm并且至多為1000nm。這里，第一涂膜的厚度優(yōu)選至少為6nm并且至多為200nm。
文檔編號H01S5/028GK101034727SQ200710085508
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者川口佳伸, 神川剛 申請人:夏普株式會社