PL202938B1 - Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe - Google Patents

Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe

Info

Publication number
PL202938B1
PL202938B1 PL357338A PL35733801A PL202938B1 PL 202938 B1 PL202938 B1 PL 202938B1 PL 357338 A PL357338 A PL 357338A PL 35733801 A PL35733801 A PL 35733801A PL 202938 B1 PL202938 B1 PL 202938B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
layer
type
nitride semiconductor
electrode
contact
Prior art date
Application number
PL357338A
Other languages
English (en)
Other versions
PL357338A1 (pl
Inventor
Masahiko Sano
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
Publication of PL357338A1 publication Critical patent/PL357338A1/pl
Publication of PL202938B1 publication Critical patent/PL202938B1/pl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0213—Sapphire, quartz or diamond based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

Dziedzina techniki
Obecny wynalazek dotyczy urządzenia laserowego z półprzewodnika azotkowego (AlbIncGa1-b-cN,
0<b, 0<c, b+c<1).
Stan techniki
Azotkowe półprzewodnikowe urządzenia laserowe są znane. Wśród licznych publikacji ilustrujących ogólny stan techniki w zakresie ich struktury oraz zastosowań należy wspomnieć następujące wcześniejsze patenty udzielone na rzecz firmy Nichia Corporation nr JP 8-279642, JP 10-27939 i JP 11-126947, a także patenty udzielone na rzecz innych firm nr US 5,804,839 (Sharp Kabushiki Kaisha), JP 61-17146 (Mitsubishi Electric Corporation), JP 100-9382 (Victor Company of Japan, Ltd.), JP 63-124461 (NEC Corporation) i JP 9-116111 (Olympus Optical Company).
Ostatnio, wiele uwagi poświęcono azotkowym półprzewodnikowym urządzeniom laserowym zdolnym do drgań w zakresie długości fal światła niebieskiego. Również ostatnio pojawiło się zapotrzebowanie na azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe o wysokiej mocy wyjściowej. W odpowiedzi na to zapotrzebowanie prowadzono badania nad laserem RW ze strukturą grzbietową formowaną przez częściowe wytrawiania warstwy kontaktowej typu p oraz części warstwy okładkowej typu p, mające na celu osiągnięcie wzbudzenia pojedynczego modu poprzecznego drgań, posiadającego dobrą charakterystykę w strefie dalekiej (FFP). Jednakże grzbiet ma bardzo małą szerokość, od 1 μm do 2 μm i trudno jest uformować elektrodę omową o tej samej szerokości co grzbiet. W celu pokonania tej trudności uformowano elektrodę omową typu p, która ma kontakt z półprzewodnikiem azotkowym jedynie na szczycie grzbietu, na drodze pokrycia całego półprzewodnika azotkowego z pominięciem zwierciadła emitującego powłoką izolacyjną z pozostawieniem odkrytej jedynie powierzchni, na której ma być uformowana elektroda typu n, a następnie na górnej powierzchni grzbietu utworzono elektrodę, która miała z grubsza określoną szerokość. Następnie, na elektrodzie omowej typu p utworzono elektrodę kontaktową o strukturze dwuwarstwowej, nakładając cienką warstwę (film) Au na warstwę Au lub Ni.
Jednakże, w przypadku azotkowych półprzewodnikowych urządzeń laserowych należących do stanu techniki - z uwagi na wymóg aby pokrycie powłoką izolacyjną całego półprzewodnika azotkowego za wyjątkiem zwierciadeł miało grubość o określonej wartości w celu zabezpieczenia urządzenia, występuje taki problem, że trudno jest wytworzyć szczelinę precyzyjnie na górnej powierzchni grzbietu, a zatem trudno jest kontrolować szerokość kontaktu pomiędzy elektrodą omową typu p i warstwą kontaktową typu p. W wyniku tego trudno było wytwarzać urządzenia laserowe o minimalnych odchyleniach w charakterystykach tych urządzeń.
Jednocześnie pojawiał się taki problem, że ciepło generowane podczas zasilania lasera powodowało stopniową dyfuzję atomów Au z elektrody kontaktowej do warstwy znajdującej się bezpośrednio pod nią, powodując pogorszenie charakterystyki urządzenia. Wyraźne pogorszenie charakterystyki urządzenia występuje w szczególności przy montowaniu urządzenia laserowego metodą odwróconej struktury, ponieważ dyfuzja Au ulega przyspieszeniu na skutek ogrzewania do temperatury około 350°C wymaganej przy takim montażu.
Istnieją znane rozwiązania dotyczące struktury azotkowych półprzewodnikowych urządzeń laserowych. Z publikacji WO 00/52796 patentu nr JP 3031415 firmy Nichia Corporation znane jest rozwiązanie, w którym azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe posiada grzbiet i pierwszą warstwę izolacyjną z otworem na górnej powierzchni tego grzbietu, pokrywającą co najmniej powierzchnię boczną grzbietu i bezpośrednie sąsiedztwo tej powierzchni bocznej o elektroda omowa typu p jest tak uformowana aby pozostawała w kontakcie z warstwą kontaktową typu p poprzez wspomniany otwór w pierwszej warstwie izolacyjnej. W rozwiązaniu tym na pierwszej warstwie izolacyjnej uformowana jest ponadto druga warstwa izolacyjna z otworem nad omową elektrodą typu p, a elektroda kontaktowa typu p jest tak ukształtowana, że jest w kontakcie z elektrodą omową typu p poprzez ten otwór. W rozwiązaniu według publikacji WO 00/52796 ujawniono również zastosowanie warstwy barierowej. Jednakże żaden z dwóch w/w dokumentów nie ujawnia ani nie sugeruje wykorzystania Rh ani RhO jako materiału na warstwę wiążącą elektrody kontaktowej ani na warstwę barierową.
W stanie techniki istnieją wzmianki o użyciu Rh jako materiału konstrukcyjnego. W patencie nr JP 11-220168 firmy Toyoda Gosei Co., Ltd. ujawniono trójwarstwową budowę grubej warstwy elektrody dodatniej w górnej części cienkiej warstwy metalowej, z wykorzystaniem Rh jako materiału elektrody. Jednakże w publikacji tej nie ujawniono wykorzystania Rh jako materiału wiążącej warstwy elekPL 202 938 B1 trody kontaktowej, ani jako materiału warstwy barierowej. Podobnie, w zgłoszeniu nr EP 1 030 377 A2 tej samej firmy ujawniono Rh/Au jako materiał elektrod dodatniej i ujemnej, nie ujawniono jednak wykorzystania Rh jako materiału warstwy wiążącej elektrody kontaktowej ani jako materiału warstwy barierowej. Także w publikacji JP 10-335705 firmy Nichia Corporation ujawniono RhO jako górną warstwę elektrody omowej, nie ujawniono jednak wykorzystania Rh ani RhO jako materiału warstwy wiążącej elektrody kontaktowej ani jako materiału warstwy barierowej.
Z publikacji nr JP 11-126947 firmy Sony Corporation znane jest również zastosowanie warstwy izolacyjnej. W publikacji tej brak jest jednak ujawnienia bądź sugestii, co do celowości bądź zalet wykorzystanie dwóch warstw izolacyjnych.
Ujawnienie wynalazku
Celem obecnego wynalazku jest zapewnienie azotkowego półprzewodnikowego urządzenia laserowego o wysokiej niezawodności i ulegającego mniejszemu pogorszeniu charakterystyki, w którym szerokość kontaktu pomiędzy elektrodą omową typu p, a warstwą kontaktową typu p może być ściśle kontrolowana.
Cel ten osiągnięto dzięki rozwiązaniu według obecnego wynalazku.
Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe obejmujące: podłoże, azotkową warstwę półprzewodnikową typu n na tym podłożu, obszar czynny na tej azotkowej warstwie półprzewodnikowej typu n, azotkową warstwę półprzewodnikową typu p na tym obszarze czynnym, przy czym azotkowa warstwa półprzewodnikowa typu p ma warstwę kontaktową typu p stanowiącą jej górną warstwę oraz grzbiet, obejmujący co najmniej wskazaną warstwę kontaktową typu p, oraz elektrodę omową typu p, zapewniającą kontakt omowy z warstwą kontaktową typu p grzbietu ukształtowanego zasadniczo równolegle do kierunku rezonansu, według wynalazku cechuje się tym, że pierwsza powłoka izolacyjna ze szczeliną odsłaniającą górną powierzchnię wskazanego grzbietu jest uformowana tak, że pokrywa co najmniej boczną powierzchnię tego grzbietu oraz obszar w pobliżu tej bocznej powierzchni, a także tym, że elektroda omowa typu p jest uformowana tak, ż e pozostaje w kontakcie z warstwą kontaktową typu p przez tę szczelinę, a na pierwszej powłoce izolacyjnej jest uformowana druga powłoka izolacyjna.
W urządzeniu według wynalazku druga powłoka izolacyjna uformowana jest w ciągłoś ci ze zwierciadłem rezonatora, tworząc płaszczyznę odblaskową lasera na zwierciadle rezonatora.
Zgodnie z wynalazkiem, pierwsza powłoka izolacyjna oraz druga powłoka izolacyjna są wykonane ze związku tlenkowego.
Korzystnie pierwsza powłoka izolacyjna wykonana jest z ZrO2.
Korzystnie, druga powłoka izolacyjna wykonana jest z TiO2 lub SiO2.
Alternatywnie, druga powłoka izolacyjna jest powłoką wielowarstwową wykonaną przez nakładanie kolejno warstw TiO2 i SiO2 jednej na drugą.
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku elektroda omowa typu p jest stopem uformowanym przez laminowanie warstwy z co najmniej jednego materiału wybranego z grupy obejmującej Ni, Co, Fe, Ti i Cu oraz warstwy Au, a następnie wygrzewanie tych warstw.
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku druga powłoka izolacyjna jest tak uformowana, że ma szczelinę na elektrodzie omowej typu p, zaś elektroda kontaktowa typu p jest uformowana tak, że ma kontakt z elektrodą omową typu p poprzez tę szczelinę.
Zgodnie z wynalazkiem, elektroda kontaktowa typu p obejmuje warstwę wiążącą zapewniającą kontakt z elektrodą omową typu p, warstwę barierową na warstwie wiążącej oraz warstwę Au na warstwie barierowej.
Korzystnie, warstwa wiążąca elektrody kontaktowej typu p zawiera co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej Ni, Cu, Ru, RUO2, Ti, W, Zr, Rh oraz RhO.
Korzystnie, warstwa barierowa elektrody kontaktowej typu p zawiera co najmniej jeden [materiał] wybrany z grupy obejmującej Ti, Pt, W, Ta, Mo, ich azotki oraz RhO.
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku azotkowa warstwa półprzewodnikowa typu n obejmuje warstwę kontaktową typu n, częściowo odsłoniętą oraz elektrodę omową typu n uformowaną na odsłoniętej warstwie kontaktowej typu n, a na elektrodzie omowej typu n uformowana jest elektroda kontaktowa typu n, przy czym elektroda kontaktowa typu n jest wykonana z tego samego materiału co elektroda kontaktowa typu p.
PL 202 938 B1
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku elektroda omowa typu p wykonana jest ze stopu, który jest utworzony przez laminowanie warstwy z co najmniej jednego materiału wybranego z grupy obejmującej Ni, Co, Fe, Ti i Cu oraz warstwy Au, a następnie wygrzewanie tych warstw oraz tym, że druga powłoka izolacyjna uformowana jest tak, że ma szczelinę usytuowaną nad elektrodą omową typu p, a elektroda kontaktowa jest uformowana tak, że pozostaje w kontakcie w elektrodą omową typu p przez tę szczelinę .
Korzystnie, elektroda kontaktowa typu p jest zbudowana z warstwy wiążącej wykonanej z Rh lub RhO, pozostającej w kontakcie z elektrodą omową typu p oraz z warstwy Au uformowanej na warstwie wiążącej.
Alternatywnie, elektroda kontaktowa typu p jest zbudowana z warstwy wiążącej wykonanej z Rh lub RhO, pozostającej w kontakcie z elektrodą omową typu p, z warstwy barierowej na warstwie wiążącej, zawierającej co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej Ti, Pt, W, Ta, Mo oraz ich azotki, oraz z warstwy Au na warstwie barierowej.
Korzystnie, górna warstwa elektrody omowej typu p jest warstwą z RhO i warstwa wiążąca jest wykonana z RhO.
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku, elektroda omowa typu p, pokrywa cały grzbiet oraz obszary rozciągające się po obu stronach tego grzbietu.
Jak wspomniano, dla osiągnięcia wskazanego wyżej celu wynalazku, azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według wynalazku obejmuje azotkową warstwę półprzewodnikową typu n, obszar czynny oraz azotkową warstwę półprzewodnikową typu p, formowane kolejno na podłożu, z częścią grzbietową obejmują c ą co najmniej górną część warstwy kontaktowej typu p, stanowią cej azotkową warstwę półprzewodnikową typu p, zaś elektroda omowa typu p pozostająca w kontakcie omowym z warstwą kontaktową typu p utworzona na tym grzbiecie jest uformowana zasadniczo równolegle do kierunku rezonansu, przy czym pierwsza powłoka izolacyjna ze szczeliną utworzoną nad grzbietem jest uformowana tak, aby pokrywała co najmniej powierzchnię boczną tego grzbietu oraz obszar zewnętrzny sąsiadujący z powierzchnią boczną grzbietu, zaś elektroda omowa typu p jest uformowana tak, że występuje kontakt z warstwą kontaktową typu p poprzez tę szczelinę, a na pierwszej powłoce izolacyjnej jest utworzona druga powłoka izolacyjna.
Wyżej opisana konstrukcja umożliwia precyzyjną kontrolę szerokości kontaktu pomiędzy elektrodą omową typu p i warstwą kontaktową typu p w wyniku precyzyjnego naniesienia pierwszej powłoki izolacyjnej i skutecznego zabezpieczenia urządzenia poprzez naniesienie drugiej powłoki izolacyjnej na pierwszą powłokę izolacyjną, co pozwala uzyskać azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe posiadające stabilną charakterystykę i wysoką niezawodność.
Jak wspomniano w rozwiązaniu według obecnego wynalazku, druga powłoka izolacyjna może być utworzona jako warstwa ciągła, obejmująca również zwierciadło rezonatora, stanowiąca również płaszczyznę odblaskową lasera na zwierciadle rezonatora.
Taka konstrukcja umożliwia wytworzenie drugiej powłoki izolacyjnej oraz warstwy odblaskowej w jednym etapie (procesie).
W azotkowym pół przewodnikowym urzą dzeniu laserowym wedł ug wynalazku pierwsza powłoka izolacyjna i druga powłoka izolacyjna jest korzystnie uformowana ze związku tlenkowego, przy czym korzystnie pierwsza powłoka izolacyjna jest korzystnie uformowana z ZrO2, zaś druga powłoka izolacyjna jest korzystnie uformowana z TiO2 lub SiO2. Zastosowanie takich materiałów umożliwia wytworzenie drugiej powłoki izolacyjnej w sposób pokrywający również zwierciadło rezonatora tak, że utworzona zostaje płaszczyzna odblaskowa lasera, a zatem tak, że druga powłoka izolacyjna i płaszczyzna odblaskowa lasera mogą być wytworzone w jednym etapie procesu.
Gdy druga powłoka izolacyjna jest uformowana jako warstwa ciągła obejmująca zwierciadła rezonatora, z wytworzeniem płaszczyzny odblaskowej lasera na zwierciadle rezonatora, korzystniej jest, jeśli druga powłoka izolacyjna jest zespołem wielowarstwowym utworzonym przez uformowanie warstw TiO2 oraz SiO2 - jedna na drugiej.
Jak wspomniano, zgodnie z wynalazkiem elektroda omowa typu p jest korzystnie wykonana ze stopu, poprzez uformowanie warstwy co najmniej jednego rodzaju wybranej z grupy obejmującej Ni, Co, Fe, Ti oraz Cu, po czym warstwy Au - jednej na drugiej, a następnie wygrzania tych warstw.
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku wykorzystać można taki proces ponieważ druga powłoka izolacyjna jest formowana tak aby miała szczelinę usytuowaną nad elektrodą omową typu p, a elektroda kontaktowa typu p jest tak formowana aby miała kontakt z elektrodą omową typu p poprzez tę szczelinę.
PL 202 938 B1
Jak wspomniano, w azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku korzystnym jest takie ukształtowanie elektrody kontaktowej typu p aby obejmowała ona warstwę wiążącą, zapewniającą kontakt z omową elektrodą typu p, warstwę barierową i warstwę ze złota - Au, nałożone we wskazanej kolejności, przy czym warstwa wiążąca jest wykonana z materiału, który lepiej wiąże się z drugą powłoką izolacyjną oraz z elektrodą omową typu p niż warstwa ze złota, zaś warstwa barierowa jest wykonana z materiału, który wykazuje mniejszą skłonność do dyfuzji niż warstwa ze złota - Au.
Taka budowa umożliwia zwiększenie siły związania elektrody omowej typu p z elektrodą kontaktową typu p i uniemożliwia dyfuzję złota - Au, usytuowanego na wierzchu elektrody kontaktowej do innych warstw pod wpływem ciepła wydzielanego po doprowadzeniu prądu do urządzenia.
W celu dodatkowego zwiększenia siły wiązania elektrody omowej typu p i elektrody kontaktowej typu p, w azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku, warstwa wiążąca elektrody kontaktowej typu p jest korzystnie utworzona tak, że obejmuje co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej Ni, Cu, Ru, RuO2, Ti, W, Zr, Rh oraz RhO.
W celu skutecznego uniemoż liwienia dyfuzji Au do innych warstw, w azotkowym pół przewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku, warstwa barierowa elektrody kontaktowej typu p jest korzystnie tak uformowana, że obejmuje co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej Ti, Pt, W, Ta, Mo, ich azotki oraz RhO.
W azotkowym półprzewodnikowym urzą dzeniu laserowym według wynalazku, w przypadku, gdy azotkowa warstwa półprzewodnikowa typu n obejmuje warstwę kontaktową typu n, która jest częściowo odsłonięta i elektroda kontaktowa typu n jest utworzona na odsłoniętej warstwie kontaktowej typu n poprzez elektrodę omową typu n, elektroda kontaktowa typu n jest korzystnie wytworzona z tego samego materiału co elektroda kontaktowa typu p.
Taka budowa umożliwia uformowanie elektrody kontaktowej typu n oraz elektrody kontaktowej typu p w tym samym procesie (etapie).
W azotkowym półprzewodnikowym urzą dzeniu laserowym według wynalazku, można wykorzystać taką budowę ponieważ elektroda omowa typu p wykonana jest ze stopu przez uformowanie warstwy z co najmniej jednego rodzaju materiału wybranego z grupy obejmującej Ni, Co, Fe, Ti oraz Cu oraz warstwy z Au - jednej na drugiej, a następnie wygrzewanie tych warstw, podczas gdy druga powłoka izolacyjna jest uformowana tak, że ma szczelinę usytuowaną nad elektrodą omową typu p, zaś elektroda kontaktowa typu p jest uformowana tak, aby mieć kontakt z elektrodą omową typu p przez tę szczelinę.
Jak wspomniano, w azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według wynalazku, elektroda kontaktowa typu p może być również zbudowana z warstwy wiążącej z Rh lub RhO, pozostającej w kontakcie a elektrodą omową typu p oraz z warstwy Au uformowanej na warstwie wiążącej.
Budowa taka daje w rezultacie podwyższoną wytrzymałość cieplną elektrody omowej typu p oraz elektrody kontaktowej typu p.
W takim przypadku elektroda kontaktowa typu p moż e mie ć również zbudowana z warstwy wią żącej, utworzonej z Rh lub RhO, która zapewnia kontakt z elektrodą omową typu p, warstwy barierowej utworzonej na warstwie wiążącej z materiału obejmującego co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej Ti, Pt, W, Ta, Mo i ich azotki oraz z warstwy Au utworzonej na warstwie barierowej.
W celu dalszego zwiększenia wytrzymałości cieplnej elektrody omowej typu p oraz elektrody kontaktowej typu p, korzystną jest taka budowa, że w górnej warstwie elektrody omowej typu p znajduje się warstwa z RhO, a warstwa wiążąca jest wykonana z RhO.
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym wytworzonym sposobem wedł ug wynalazku, opisanym wyżej zapewniony jest dobry omowy kontakt pomiędzy azotkową warstwą półprzewodnikową typu p oraz azotkową warstwą półprzewodnikową typu p, a wytrzymałość cieplna omowej elektrody typu p może być podwyższona, dzięki czemu uzyskuje się azotkowe urządzenie półprzewodnikowe o długim okresie użytkowania.
Krótki opis rysunków
Fig. 1 przedstawia schematycznie i w przekroju budowę azotkowego półprzewodnikowego urządzenia laserowego według jednego przykładu realizacji obecnego wynalazku.
Fig. 2 przedstawia w przekroju budowę wycinka azotkowego półprzewodnikowego urządzenia laserowego według odmiany obecnego wynalazku.
Fig. 3 stanowi widok perspektywiczny azotkowego półprzewodnikowego urządzenia laserowego przedstawionego na rysunku Fig. 1.
PL 202 938 B1
Najkorzystniejszy przykład realizacji wynalazku
Obecnie półprzewodnikowa dioda laserowa według przykładu realizacji wynalazku zostanie opisana z odniesieniem do załączonego rysunku. Fig. 1 przedstawia schematycznie i w przekroju budowę półprzewodnikowej diody laserowej według obecnego przykładu realizacji obecnego wynalazku i ukazuje przekrój poprzeczny prostopad ły do kierunku drgań lasera.
Półprzewodnikowa dioda laserowa według obecnego przykładu wykonania jest zbudowana z wielu warstw pół przewodnikowych obejmują cych warstwę buforową (nie uwidocznioną), warstwę kontaktową typu n 2, warstwę okładkową typu n 3, warstwę falowodową typu n 4, obszar czynny 5, warstwę ograniczającą (cap layer) typu p 6, warstwę falowodową typu p 7, warstwę okładkową typu p 8 oraz warstwę kontaktową typu p 9, utworzone kolejno w sposób uwidoczniony na rysunku Fig. 1. Elektroda omowa typu p 20 jest uformowana tak, że ma kontakt z warstwą kontaktową typu p 9 poprzez szczelinę 30a pierwszej powłoki izolacyjnej 30 na warstwie kontaktowej typu p 9 mającej formę grzbietu, który ma dostateczną długość w kierunku rezonansu, zaś elektroda omowa typu n 21 jest uformowana tak, że ma kontakt z warstwą kontaktową typu n 2 poprzez szczelinę 30b w pierwszej powłoce izolacyjnej 30 na warstwie kontaktowej typu n 2, odsłoniętej na drodze wytrawiania.
Półprzewodnikowa dioda laserowa według obecnego przykładu wykonania ma ponadto drugą powłokę izolacyjną 31 posiadającą szczeliny 31a, 31b, w położeniach usytuowanych odpowiednio nad elektrodą omową typu p 20 oraz nad elektrodą omową typu n 21, podczas gdy elektroda kontaktowa typu p 22 oraz elektroda kontaktowa typu n 23 są uformowane jako elektryczna kontynuacja odpowiednio elektrody omowej typu p 20 oraz elektrody omowej typu n 21 poprzez szczeliny 31a, 31b.
W półprzewodnikowej diodzie laserowej według obecnego przykładu realizacji pierwsza powłoka izolacyjna 30 jest uformowana głównie w celu osadzenia elektrody omowej typu p 20 w zadowalającym kontakcie z górną powierzchnią warstwy kontaktowej typu p 9 (w celu zapewnienia dokładności co do kształtu powierzchni zapewniającej kontakt omowy) i wymagane jest aby miała ona wystarczającą wytrzymałość cieplną, gdyż po uformowaniu elektrody omowej typu p 20 konieczny jest etap wygrzewania.
Ponieważ pierwsza powłoka izolacyjna 30, jest uformowana na obu bokach grzbietu współczynnik załamania pierwszej powłoki izolacyjnej 30 musi być niższy niż współczynnik załamania azotkowego półprzewodnika typu p tworzącego grzbiet (korzystnie tak bliski - jak to możliwe, stałej dielektrycznej próżni).
Ponadto, ponieważ pierwsza powłoka izolacyjna 30 jest utworzona blisko grzbietu i konieczne jest wykonanie szczeliny 30a z dużą dokładnością, pierwsza powłoka izolacyjna musi być cienka. Przykładowo, ponieważ grzbiet jest zwykle odpowiednio około 1,5 μm szeroki i około 0,5 nm wysoki, grubość pierwszej powłoki izolacyjnej 30 jest ustalona na 0,5 μm lub mniej.
W półprzewodnikowej diodzie laserowej według obecnego przykładu realizacji druga powłoka izolacyjna 31 jest wykonana głównie celem zabezpieczenia urządzenia i z tego względu wykonana jest z materiału, który spełnia skutecznie funkcję ochronną.
W tym przykładzie wykonania druga powłoka izolacyjna 31 ma szczeliny 31a, 31b ukształtowane w położeniach - odpowiednio, nad elektrodą omową typu p 20 oraz nad elektrodą omową typu n 21, podczas gdy elektroda kontaktowa typu p oraz elektroda kontaktowa typu n są wykonane jako elektryczna kontynuacja odpowiednio elektrody omowej typu p 20 oraz elektrody omowej typu n 21 poprzez szczeliny 31a, 31b.
Jednakże, ponieważ nie jest wymagane aby szczelina 31a wykorzystywana do zapewnienia ciągłości pomiędzy omową elektrodą typu p 20 i elektrodą kontaktową typu p oraz szczelina 31b wykorzystywana do zapewnienia ciągłości pomiędzy omową elektrodą typu n 21 i elektrodą kontaktową typu n miały równie wysoką dokładność wymiarową jak szczelina 30a w pierwszej powłoce izolacyjnej 30, druga powłoka izolacyjna 31 może być uformowana jako powłoka o względnie dużej grubości.
Ponadto, ponieważ druga powłoka izolacyjna 31 nie jest poddawana wygrzewaniu po jej wytworzeniu - jak to ma miejsce w przypadku pierwszej powłoki izolacyjnej, druga powłoka izolacyjna 31 nie musi spełniać wymogu równie wysokiej wytrzymałości cieplnej, jak pierwsza powłoka izolacyjna 31.
Zatem, druga powłoka izolacyjna 31 może być wykonana z materiału zdolnego wypełnić skutecznie funkcję ochronną, wybranego według kryterium odpowiedniości dla półprzewodnikowej diody laserowej.
W półprzewodnikowej diodzie laserowej według obecnego przykładu realizacji elektroda kontaktowa typu p 22 obejmuje następujące trzy warstwy: warstwę wiążącą 22a, zapewniającą kontakt z elektrodą omową typu p, warstwę barierową 22b oraz warstwę Au 22c.
W tym przykładzie wykonania, warstwa wiążąca 22a elektrody kontaktowej typu p 22 wykonana jest z takiego materiału, który dobrze wiążą zarówno z drugą powłoką izolacyjną 31 uformowaną na
PL 202 938 B1 grzbiecie, jak i z omową elektrodą typu p 20, a przy tym ma mniejszą skłonność do dyfuzji, zaś korzystnymi kandydatami do tej funkcji są Ni, Cu, Ru, RuO2, Ti, W, Zr, Rh oraz RhO. Gdy druga powłoka izolacyjna wykonana jest w szczególności z tlenku, najkorzystniejszym materiałem jest Ni, posiadający wysoką zdolność wiązania z drugą powłoką izolacyjną. W celu zwiększenia wytrzymałości cieplnej elektrody kontaktowej typu p 22, warstwa wiążąca 22a jest korzystnie wykonana z Rh lub RhO.
Grubość warstwy wiążącej 22a zawiera się korzystnie w przedziale od 100 A do 5000 A (10-8 do 5 x 10-7 m), a najkorzystniej od 500 A do 2000 A (5 x 10-8 do 2 x 10-7 m).
Gdy warstwa wiążąca 22a wykonana jest z Rh lub RhO, warstwa Rh lub warstwa RhO spełnia również rolę warstwy barierowej, zapobiegającej dyfuzji warstwy Au 22c. Zatem, gdy warstwa wiążąca 22a wykonana jest z Rh lub RhO, można pominąć warstwę barierową 22b, a w rezultacie elektroda kontaktowa typu p 22 będzie zbudowana z dwóch warstw: z warstwy Rh lub warstwy RhO oraz z warstwy Au 22c.
Gdy elektroda kontaktowa typu p 22 zbudowana jest z dwóch warstw - z warstwy Rh lub warstwy RhO oraz z warstwy Au 22c, wytrzymałość cieplna elektrody kontaktowej typu p 22 może być równoważna lub lepsza niż wytrzymałość cieplna elektrody kontaktowej typu p o innej budowie, również opisanej w tym przykładzie wykonania.
Gdy elektroda kontaktowa typu p 22 zbudowana jest z dwóch warstw w kombinacji opisanej wyżej, grubość warstwy Rh lub warstwy RhO zawiera się korzystnie w przedziale od 100 A do 10000 A (10-8 do 10-6 m), a grubość warstwy Au 22c zawiera się korzystnie w przedziale od najkorzystniej od 1000 A do 30000 A (10-7 do 3 x 10-6 m).
Zgodnie z obecnym wynalazkiem, warstwa barierowa 22b elektrody kontaktowej typu p 22 jest wykonana z metalu o tak wysokiej temperaturze topnienia, aby atomy Au z górnej warstwy nie dyfundowały do warstwy wiążącej lub do niższych warstw, bądź z azotku takiego metalu, przykładowo z Ti, Pt, W, Ta, Mo lub TiN, najkorzystniej z Ti. Jej grubość zawiera się korzystnie w przedziale od 100 A do 5000 A (10-8 do 5 x 10-7 m), a najkorzystniej od 500 A do 2000 A (5 x 10-8 do 2 x 10-7 m).
Gdy warstwa wiążąca 22a wykonana jest z Rh lub RhO, warstwę barierową 22b można pominąć.
Warstwa Au 22c usytuowana na górze elektrody kontaktowej typu p 22, jest najlepszym materiałem do zamocowania przewodów do azotkowego urządzenia półprzewodnikowego. Grubość warstwy Au zawiera się korzystnie w przedziale od 1000 A do 20000 A (10-7 do 2 x 10-6 m), a korzystniej w przedziale od 5000 A do 10000 A (5 x 10-7 do 10-6 m).
Zgodnie z obecnym wynalazkiem omowa elektroda typu p 20 jest wykonana z co najmniej jednego rodzaju materiału wybranego z grupy obejmującej Ni, Co, Fe, Ti i Cu, oraz z Au, Ni, Co, Fe, Ti i Cu są wszystkie pierwiastkami metalicznymi i mogą być przekształcone w dwuwartościowe jony. Po uformowaniu jednorodzajowych warstw: z grupy obejmującej Ni, Co, Fe, Ti i Cu oraz ze złota - Au, ułożonych jedna na drugiej, warstwy te są wygrzewane w celu utworzenia stopu, tak aby uzyskać dobry kontakt omowy z azotkową półprzewodnikową warstwą typu p. Wygrzewanie prowadzone jest w temperaturze, w której azotkowy półprzewodnik nie ulega niepożądanym skutkom, takim jak oddysocjowanie In z InGaN, który jest wzrastany przed uformowaniem elektrody omowej, korzystnie w temperaturze od 400°C do 700°C, a korzystniej w zakresie od 500°C do 650°C. Najlepszą charakterystykę omową omowej elektrody typu p 20 można osiągnąć wybierając Ni z wyżej określonej grupy pierwiastków metalicznych oraz Au. Ponieważ stop powstający w wyniku wygrzewania warstw Ni i Au nałożonych jedna na drugą zawiera Ni, najlepszą strukturę można uzyskać, gdy warstwa wiążąca 22a elektrody kontaktowej typu p 22 formowana poprzez częściowy kontakt z omową elektrodą typu p, wykonana jest z Ni, gdyż prowadzi to do większej siły związania pomiędzy atomami Ni. Całkowita grubość warstw uformowanych z jednego metalu wybranego z grupy metali opisanej wyżej lub z Ni i Au zawiera się korzystnie w przedziale od 150 A do 5000 A (1,5 x 10-8 do 5 x 10-7 m), a najkorzystniej wynosi 1500 A (1,5 x 10-7 m).
Gdy warstwa RhO stanowi warstwę wiążącą 22a, korzystnie formuje się elektrodę kontaktową typu p po utworzeniu warstwy RhO na warstwie Au omowej elektrody typu p 20, a następnie wygrzewa się te warstwy.
Wytrzymałość cieplną elektrody kontaktowej typu p 22, można dodatkowo poprawić formując omową elektrodę typu p 20 jako strukturę o budowie Ni-Au-Rh, a następnie formując elektrodę kontaktową typu p 22, której budowa obejmuje warstwę RhO jako warstwę wiążącą 22a.
Charakterystyki elektrod o różnych kombinacjach budowy omowej elektrody typu p 20 oraz elektrody kontaktowej typu p, zgodnie z powyższym opisem zebrano w Tablicy 1, dokonując porównania pod względem wytrzymałości cieplnej.
PL 202 938 B1
Wytrzymałość cieplną elektrody kontaktowej typu p oceniano badając temperaturę, w której jej charakterystyka omowa ulegała zmianie.
Zmianę charakterystyki omowej badano formując omową elektrodę typu p oraz elektrodę typu p we wcześniej określonej odległości wzajemnej od siebie na półprzewodnikowej warstwie typu p z azotku galu i mierz ą c opór (czynny, rezystancję ) mię dzy tymi dwoma elektrodami.
T a b l i c a 1
Lp. elektroda omowa typu p elektroda kontaktowa typu p AuSn Temperatura, w której charakterystyka omowa uległa zmianie
1 Ni-Au Ni-Au brak 325
2 Ni-Au Ni-Au występuje 275
3 Ni-Au Ni-Ti-Au brak 327
4 Ni-Au Ni-Ti-Au występuje 325
5 Ni-Au Rh-Au brak 325
6 Ni-Au Rh-Au występuje 325
7 Ni-Au RhO-Au brak 350
8 Ni-Au RhO-Au występuje 350
9 Ni-Au RhO-Pt-Au brak 350
10 Ni-Au RhO-Pt-Au występuje 350
11 Ni-Au-RhO Ni-Ti-Au brak 300
12 Ni-Au-RhO Ni-Ti-Au występuje 300
13 Ni-Au-RhO RhO-Au brak 375
14 Ni-Au-RhO RhO-Au występuje 375
15 Ni-Au-RhO RhO-Pt-Au brak 375
16 Ni-Au-RhO RhO-Pt-Au występuje 375
Grubość warstw Ni, Au oraz RhO elektrody kontaktowej typu p oraz omowej elektrody typu p używanych w testach, których wyniki zebrano w Tablicy 1, dobrano jak następuje.
Grubość warstwy Ni ustalono na 100 A (10-8 m), zaś grubość warstwy Au ustalono na 1300 A (1,3 x 10-7 m) w przypadku omowej elektrody typu p używanej w próbach od 1 do 10.
Grubość warstwy Ni ustalono na 100 A (10-8 m), grubość warstwy Au ustalono na 660 A (6,6 x 10-8 m), zaś grubość warstwy RhO ustalono na 1500 A (1,5 x 10-7 m) w przypadku omowej elektrody typu p używanej w próbach od 11 do 16.
Grubość warstw odpowiadających warstwie wiążącej i warstwie barierowej ustalono na 1500 A (1,5 x 10-7 m), zaś warstwy Au - na 6000 A (6 x 10-7 m) w przypadku elektrod kontaktowych typu p wskazanych w Tablicy 1.
Dane dotyczące prób 1 i 2 zamieszczono w Tablicy 1 dla porównania.
Obecność AuSn lub brak AuSn informuje o tym czy złącze AuSn jest przylutowane („występuje”) czy też nie jest przylutowane („brak”) do elektrody kontaktowej typu p, ponieważ wytrzymałość cieplna często pogarsza się po przylutowaniu AuSn.
Jak opisano wyżej, ukształtowanie elektrody kontaktowej typu p z RhO-Au lub RhO-Pt-Au umożliwia zabezpieczenie przed tworzeniem stopu z elektrodą omową typu p oraz zabezpieczenie AuSn, które jest zwykle wykorzystywane do połączenia elektrody kontaktowej typu p z innymi elektrodami - przed dyfuzją do elektrody omowej typu p.
Zatem, uformowanie elektrody kontaktowej typu p z RhO-Au lub RhO-Pt-Au umożliwia zabezpieczenie przed pogorszeniem żywotności urządzenia na skutek [przenikania] elektrody omowej typu p
PL 202 938 B1 i elektrody kontaktowej typu p oraz uzyskanie azotkowej półprzewodnikowej diody laserowej o przedłużonej żywotności.
W celu przebadania zależności pomiędzy wytrzymałością cieplną oraz żywotnością elektrody omowej typu p i elektrody kontaktowej typu p, wykonano diodę laserową (LD1) z elektrodą omową typu p i elektrodą kontaktową typu p jak w teście nr 7 w Tablicy 1 oraz diodę laserową (LD2) z elektrodą omową typu p i elektrodą kontaktową typu p jak w teście nr 3 w Tablicy 1 i poddano je próbie określenia żywotności w warunkach ciągłego świecenia przy mocy wyjściowej 5 mW w temperaturze 50°C. W próbie tej, po podłączeniu za pomocą przewodów, dioda LD1 wykazała żywotność 5934 godzin (średnia z trzech próbek), zaś dioda LD2 wykazała żywotności 1805 godzin (średnia z trzech próbek).
W próbie, po podłączeniu za pomocą struktury z kontaktem sferycznym typu „flip-chip”, dioda LD1 wykazała żywotność 3346 godzin (średnia z trzech próbek).
Elektroda kontaktowa typu n 23 obejmuje trzy warstwy: warstwę wiążącą 23a, warstwę barierową 23b oraz warstwę Au 23c.
W obecnym przykładzie realizacji warstwa wiążąca 23a elektrody kontaktowej typu n 23 wykonana jest z takiego materiału, który wiąże dobrze z drugą powłoką izolacyjną 31, utworzoną na części warstwy kontaktowej typu n, oraz z omową elektrodą typu n 21, a przy tym wykazuje mniejszą skłonność do dyfuzji. W przypadku gdy druga powłoka izolacyjna 31 wykonana jest z tlenku najkorzystniejszym materiałem na warstwę wiążącą 23a jest Ni, posiadający dobre właściwości wiązania do drugiej powłoki izolacyjnej 31. Grubość korzystnie zawiera się w przedziale od 100 A do 5000 A (10-8 do 5 x 10-7 m), najkorzystniej od 500 A do 2000 A (5 x 10-8 do 2 x 10-7 m).
W tym przykładzie wykonania warstwa barierowa 23b elektrody kontaktowej typu n 23 wykonana jest z metalu o tak wysokiej temperaturze topnienia, że atomy Au z górnej warstwy nie dyfundują do warstwy wiążącej lub niższych warstw, bądź z azotku takiego metalu, przykładowo z Ti, Pt, W, Ta, Mo lub TiN, najkorzystniej z Ti. Grubość warstwy barierowej 23b korzystnie zawiera się w przedziale od 100 A do 5000 A (10-8 do 5 x 10-7 m), a najkorzystniej od 500 A do 2000 A (5 x 10-8 do 2 x 10-7 m).
Warstwa Au 23c usytuowana na górze elektrody kontaktowej typu n 23, jest najlepszym materiałem do zamocowania przewodów do azotkowego urządzenia półprzewodnikowego. Grubość warstwy Au zawiera się korzystnie w przedziale od 1000 A do 20000 A (10-7 do 2 x 10-6 m), a korzystniej w przedziale od najkorzystniej od 5000 A do 10000 A (5 x 10-7 do 10-6 m).
Skład elektrody kontaktowej typu n 23 może być taki sam lub inny niż skład elektrody kontaktowej typu p 22. Jednak, korzystne jest wykonanie elektrody kontaktowej typu n 23 takiej samej jak elektroda kontaktowa typu p 22, ponieważ dzięki temu można uprościć proces wytwarzania urządzenia laserowego.
Zgodnie z obecnym wynalazkiem omowa elektroda typu n 21 może być wykonana poprzez wytworzenie warstw Ti i Au ułożonych jedna na drugiej, które mają dobry kontakt omowy z azotkową półprzewodnikową warstwą typu n oraz wysoką zdolność wiązania. W celu dodatkowego poprawienia charakterystyki omowej, warstwy korzystnie poddawane są wygrzewaniu, tak aby wytworzył się stop. Wygrzewanie prowadzone jest w temperaturze, w której azotkowy półprzewodnik nie ulega niepożądanym skutkom, takim jak oddysocjowanie In z InGaN, który jest wzrastany przed uformowaniem elektrody omowej, podobnie jak to ma miejsce przy formowaniu elektrody omowej typu p, korzystnie w temperaturze od 400°C do 700°C, a korzystniej w zakresie od 500°C do 650°C. Całkowita grubość warstw Ti/Al dla elektrody omowej typu n zawiera się korzystnie w przedziale od 150 A do 10000 A (1,5 x 10-8 do 10-6 m), a najkorzystniej wynosi 5000 A (5 x 10-7 m). Do innych materiałów, które posiadają wysoką zdolność wytworzenia dobrego kontaktu omowego oraz bardzo dobrą zdolność wiązania zalicza się stopy uzyskiwane przez wygrzewanie warstw W/Al, Ti/Au, V/Al, V/Au lub tym podobne oraz pojedyncze pierwiastki takie jak Al, Ti i W.
Zgodnie z wynalazkiem wygrzewanie elektrody omowej typu p oraz elektrody omowej typu n korzystnie prowadzone jest w atmosferze tlenu, ponieważ dobre charakterystyki omowe mogą być uzyskane dzięki doprowadzeniu tlenu.
Pierwsza powłoka izolacyjna, jaka pokrywa azotkowy półprzewodnik taki, jak azotkową warstwa półprzewodnikowa typu p, gdzie formowany jest grzbiet, zgodnie z wynalazkiem wykonana jest z tlenku, a ZrO2 lub temu podobny związek może być korzystnie wykorzystany do jej wytworzenia.
W obecnym przykładzie realizacji wynalazku, pierwsza powłoka izolacyjna 30, jaka pokrywa azotkowy półprzewodnik taki, jak azotkowa warstwa półprzewodnikowa typu p, gdzie formowany jest grzbiet, korzystnie wykonana jest z tlenku, który może wytrzymać temperaturę wygrzewania. Druga powłoka izolacyjna 31, jest również korzystnie wykonana z tlenku, takiego jak SiO2 lub TiO2. Gdy druga powłoka izolacyjna 31 wykonana jest z tlenku, można uzyskać silne wiązanie pomiędzy warstwami
PL 202 938 B1 wiążącymi elektrody kontaktowej typu p oraz elektrody kontaktowej typu n. Druga powłoka izolacyjna może być również wykonana z takiego samego materiału i w tym samym procesie jak warstwa odblaskowa formowana na zwierciadle rezonatora lasera, w którym to przypadku korzystnie jest ona wykonywana w postaci wielowarstwowej powłoki z SiO2 i TiO2. W szczególności, można utworzyć dwie pary powłok jedna na drugiej z SiO2 o grubości 700 A (7 x 10-8 m) oraz TiO2 o grubości 400 A (4 x 10-8 m) SiO2/TiO2 tak, że część na zwierciadle spełnia funkcję warstwy odblaskowej lasera, zaś pozostała część spełnia funkcję warstwy ochronnej.
Zgodnie z wynalazkiem parę warstw SiO2/TiO2 można nakładać więcej niż dwa razy i druga powłoka izolacyjna 31, która może również pełnić funkcję warstwy odblaskowej lasera, nie jest w rzeczywistości ograniczona do pary warstw SiO2/TiO2.
Poniżej zostaną obecnie opisane inne składy struktur według obecnego przykładu realizacji wynalazku. Nie ma potrzeby wspominać, że obecny wynalazek nie jest ograniczony do składów struktur opisanych poniżej.
Podłoże może być wykonane z odmiennego materiału, takiego jak szafir lub może być podłożem z GaN, wykonanym w znany sposób. Na podłożu korzystnie uformowana jest warstwa buforowa wykonana z GaN, co pozwala uzyskać dobrą krystaliczność azotkowego półprzewodnika, jaki ma być później wytworzony na tym podłożu. Warstwa buforowa jest szczególnie skuteczna przy formowaniu azotkowego półprzewodnika na podłożu z innego materiału. Określenie „podłoże z innego materiału” odnosi się do podłoża wykonanego z innego materiału niż azotkowy półprzewodnik.
Azotkowy półprzewodnik według obecnego wynalazku może być ukształtowany w dowolną strukturę warstwową. Azotkowy półprzewodnik może być narastany w procesie wzrostu z fazy gazowej takim metodami, jak metoda MOVPE - epitaksji z fazy par związków metaloorganicznych lub metoda HDCVD - epitaksji z fazy par wodorków.
Warstwę kontaktową typu n wykorzystuje się przy wytwarzaniu elektrody typu n, aby poprawić charakterystykę omową poprzez domieszkowanie zanieczyszczeniami typu n, takimi jak Si. Po utworzeniu warstwy typu p, warstwa ta jest poddawana wytrawianiu tak, aby odsłonić część warstwy kontaktowej typu n, a następnie na odsłoniętej warstwie kontaktowej typu n formowana jest elektroda typu n.
Warstwa zabezpieczająca przed pękaniem wytwarzana jest na warstwie kontaktowej typu n i ma skład niedomieszkowany, w celu obniżenia możliwości pojawienia się spękań i pęknięć w podłożu. Warstwa zabezpieczająca przed pękaniem może również być wytworzona z InGaN lub z podobnego materiału tak, aby miała współczynnik załamania inny niż współczynnik załamania warstwy okładkowej typu n, dla uniemożliwienia światłu emitowanemu z obszaru czynnego odbicia od podłoża wykonanego z innego materiału i powrotu do warstwy azotkowego półprzewodnika. Warstwę tę można pominąć.
Warstwę okładkową można wytworzyć albo jako pojedynczą warstwę domieszkowaną zanieczyszczeniem typu n takim jak Si, bądź też jako strukturę super sieci składającą się z niedomieszkowanej warstwy oraz z warstwy domieszkowanej zanieczyszczeniem typu n, uformowanych jedna na drugiej tak, że funkcjonuje ona jako warstwa, która dostarcza elektrony do obszaru czynnego, jak również jako warstwa, która ogranicza nośnik i światło w obszarze czynnym.
Warstwa falowodowa typu n tworzy falowód optyczny łącznie z obszarem czynnym kompensując zmniejszoną grubość obszaru czynnego o strukturze wielostudni kwantowej lub podobnej. Zatem, warstwa falowodowa typu n wykonana jest z takiego materiału, który ma wystarczającą różnicę wartości współczynnika załamania w stosunku do warstwy okładkowej typu n oraz mniejszą różnicę współczynnika załamania w stosunku do obszaru czynnego uformowanego nad nią. Warstwa ta może być domieszkowana zanieczyszczeniami typu n lub niedomieszkowana i może być również ukształtowana jako struktura super sieci zbudowana z warstw niedomieszkowanych oraz domieszkowanych zanieczyszczeniem typu n, uformowanych jedna na drugiej.
Obszar czynny jest ukształtowany w formie pojedynczej struktury studni kwantowej wykonanej InGaN lub struktury wielostudni kwantowej, obejmującej co najmniej warstwę studniową z InGaN oraz warstwę barierową. Gdy formowana jest struktura wielostudni kwantowej, każda warstwa lub obie warstwy: studniowa i barierowa może być domieszkowana zanieczyszczeniami. Korzystnie warstwa barierowa jest domieszkowana zanieczyszczeniami, które obniżają prąd progowy. Warstwa studniowa formowana jest z zachowaniem grubości od 30 do 60 A (3 x 10-9 m do 6 x 10-9 m), zaś warstwa barierowa - z zachowaniem grubości od 90 do 150 A (9 x 10-9 do 1,5 X 10-8 m).
Obszar czynny mający strukturę wielostudni kwantowej może zaczynać się od warstwy barierowej i kończyć się warstwą studniową, zaczynać się od warstwy barierowej i kończyć się warstwą bariePL 202 938 B1 rową, zaczynać się od warstwy studniowej i kończyć się warstwą barierową, bądź zaczynać się od warstwy studniowej i kończyć się warstwą studniową. Korzystnie, obszar czynny obejmuje dwie do pięciu par: warstwa studniowa i warstwa barierowa, ustawionych jedna na drugiej, poczynając od warstwy barierowej, korzystniej - obejmuje trzy pary: warstwa studniowa i warstwa barierowa, ustawione jedna na drugiej, co daje w rezultacie obniżenie wartości progowej oraz wydłużenia okresu użytkowania.
Warstwa ograniczająca (cap layer) typu p osadzona na warstwie czynnej jest zdolna uzupełnić pozytywne dziury, które wykazują tendencję do występowania w mniejszej ilości niż elektrony dostarczane od strony n obszaru czynnego, poprzez bardzo intensywne domieszkowanie zanieczyszczeniem typu p - takim jak Mg. Podwyższanie stężenia zanieczyszczeń typu p do poziomu wyższego niż w warstwie falowodowej typu p oraz w warstwie okładkowej typu p powoduje dyfuzję zanieczyszczeń typu p do warstw typu p formowanych na warstwie ograniczającej, co jest korzystne. Ponadto, warstwa ta ma wpływ supresyjny na dysocjację In w warstwie aktywnej. Wówczas, gdy takie działanie jest uważane za główną funkcję tej warstwy musi ona pozostać niedomieszkowana. Warstwa ograniczająca typu p może być również pominięta.
Warstwa falowodowa typu p zawierająca zanieczyszczenia typu p takie jak Mg, może albo być domieszkowana specjalnie zanieczyszczeniem typu p lub może być formowana bez domieszkowania, ponieważ zanieczyszczenie typu p dyfunduje z warstwy ograniczającej typu p, wówczas gdy warstwa ta jest domieszkowana zanieczyszczeniem typu p. Warstwa falowodowa typu p, która jest wprowadzana w celu zapewnienia warstwy falowodowej podobnej do warstwy falowodowej typu n i jest wykonana z takiego materiału, że ma wystarczającą różnicę współczynnika załamania w stosunku do warstwy okładkowej typu p i mniejszą różnicę współczynnika załamania niż warstwa aktywna znajdująca się pod nią.
Warstwa okładkowa typu p służy jako warstwa dostarczająca dziur dodatnich do obszaru czynnego i może być wykonana bądź to jako pojedyncza warstwa domieszkowana zanieczyszczeniem typu p takim jak Mg, bądź też może mieć strukturę super sieci składającej się z warstwy niedomieszkowanej i z warstwy domieszkowanej zanieczyszczeniem typu p, uformowanych jedna na drugiej.
Warstwa kontaktowa typu p jest wprowadzona w celu uformowania elektrody typu p i może mieć dobry kontakt omowy z elektrodą typu p wówczas, gdy jest domieszkowana zanieczyszczeniem typu p takim jak Mg, w stosunkowo wysokim stopniu.
W półprzewodnikowej diodzie laserowej według obecnego przykładu wykonania, o budowie opisanej wyżej, pierwsza powłoka izolacyjna 30 formowana jest w celu wykonania z dużą dokładnością tej części warstwy kontaktowej typu p 9, która zapewnia omowy kontakt z omowa elektrodą typu p 20, zaś druga powłoka izolacyjna 31 jest formowana w celu zabezpieczenia urządzenia. Ponieważ zapewnia to możliwość doboru najlepszego materiału i najlepszej konfiguracji (grubości itd.) z uwagi na funkcje pierwszej powłoki izolacyjnej 30 oraz drugiej powłoki izolacyjnej 31, można uzyskać stabilne drgania lasera, wyeliminować zwarcia wynikające z niedostatecznej izolacji oraz obniżyć prąd upływowy, a w wyniku tego uzyskać półprzewodnikową diodę laserową o wysokiej niezawodności.
W półprzewodnikowej diodzie laserowej według obecnego przykładu wykonania, elektroda kontaktowa typu p 22 oraz elektroda kontaktowa typu n 23 zbudowane są z trzech warstw: warstwy wiążącej, która wykonana jest z metalu o wysokiej temperaturze topnienia lub z azotku takiego metalu i wiąże dobrze z elektrodą omową typu p lub z elektrodą omową typu n oraz z drugą powłoką izolacyjną 31, z warstwy barierowej, która uniemożliwia dyfuzję Au z warstwy uformowanej na warstwie barierowej oraz z warstwy Au.
Przy takiej budowie wiązanie z elektrodą omową oraz z drugą powłoką izolacyjną 31 może być silniejsze, zaś dyfuzja Au spowodowana ciepłem generowanym przez doprowadzony prąd może być uniemożliwiona, można zatem uniknąć pogorszenia charakterystyki oraz poprawić niezawodność.
Odmiany
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według przykładu realizacji opisanego wyżej, elektroda omowa typu p 20 jest uformowana na górnej powierzchni grzbietu. Jednakże obecny wynalazek nie jest ograniczony do takiej budowy i elektroda omowa typu p 20 może być tak ukształtowana, aby pokrywała cały grzbiet i rozciągała się na warstwę okładkową typu p 8 po obu stronach grzbietu, tak jak to pokazano na rysunku Fig. 2.
Działanie oraz korzyści podobne do tych, jakie osiąga się w opisanym przykładzie realizacji mogą być również osiągnięte przy takiej odmiennej budowie.
PL 202 938 B1
Przykłady
Przykłady ilustrujące obecny wynalazek zostaną opisane poniżej, jednakże obecny wynalazek nie jest przez nie ograniczony.
P r z y k ł a d 1.
Warstwa buforowa
Podłoże z GaN wytworzone znanym sposobem na szafirze, z główną płaszczyzną leżącą w płaszczyźnie C, mające średnicę 2 cale (5,08 x 10-2 m) umieszcza się w reaktorze do prowadzenia reakcji metodą MOVPE i wytwarza się pierwszą warstwę buforową z GaN o grubości 200 A (2 x 10-8 m) stosując trójmetylogal (TMG) i amoniak (NH3). Po naniesieniu pierwszej warstwy buforowej rozpoczyna się wzrost drugiej warstwy buforowej z GaN aż do grubości 0,5 μm przy jednoczesnym podwyższeniu temperatury.
Warstwa kontaktowa typu n
Warstwę kontaktową typu n wykonuje się z GaN domieszkowanego Si w stężeniu 1 x 1018/cm3 aż do osiągnięcia grubości 4 μm stosując amoniak i TGM oraz gazowy silan (krzemometan) - jako gaz zanieczyszczający.
Warstwa zabezpieczająca przed pękaniem
Następnie formuje się warstwę zabezpieczającą przed pękaniem z InGaN, o grubości 0,15 μm w temperaturze 800°C stosując TMG, TMI (trójmetyloind) i amoniak.
Warstwa okładkowa typu n
Po narośnięciu warstwy z niedomieszkowanego AlGaN o grubości 25 A (2,5 x 10-9 m) w temperaturze 1050°C, stosując TMA (trójmetyloglin), TMG i amoniak, doprowadzanie TMA wstrzymuje się i rozpoczyna się wprowadzanie gazowego silanu, formując warstwę GaN typu n, domieszkowanego Si w stężeniu 1 x 1019/cm3 o grubości 25 A (2,5 x 10-9 m). Strukturę super sieci wytwarza się piętrząc takie warstwy aż do wytworzenia warstwy okładkowej typu n o strukturze super sieci oraz o łącznej grubości 1,2 μm.
Warstwa falowodowa typu n
Następnie w podobnej temperaturze formuje się warstwę falowodową typu n z niedomieszkowanego GaN o grubości 750 A (7,5 x 10-8 m), stosując TMG i amoniak jako surowce gazowe.
Obszar czynny
Następnie, ustalając temperaturę na 800°C wytwarza się warstwę barierową z InGaN domieszkowanego Si w stężeniu 5 x 1018/cm3 o grubości 100 A (10-8 m) stosując TMG i TMI oraz amoniak jako surowce gazowe oraz gazowy silan jako gaz zanieczyszczający (domieszkujący). Następnie, obniża się temperaturę do 820°C, odcina się doprowadzanie gazowego silanu i formuje się warstwę studniową z niedomieszkowanego InGaN o grubości 50 A (5 x 10-9 m). Następnie powtarza się dwukrotnie nanoszenie warstwy barierowej i warstwy studniowej i jako ostatnią nanosi się warstwę barierową uzyskując tym samym obszar czynny o strukturze wielostudni kwantowej (MQW) o całkowitej grubości 550 A (5,5 x 10-8 m).
Warstwa ograniczająca
Następnie formuje się warstwę ograniczającą typu p z GaN domieszkowanego Mg w stężeniu 1 x 1020/cm3, o grubości 100 A (10-8 m), przerywając doprowadzanie TMI i wprowadzając Cp2Mg. Warstwa falowodowa typu p
Następnie przy wstrzymanym doprowadzaniu Cp2Mg formuje się warstwę falowodową typu p z niedomieszkowanego GaN o grubości 0,1 μm, w temperaturze 1050°C. Gdy prowadzi się wzrost warstwy falowodowej typu p jako warstwy niedomieszkowanej, dyfuzja Mg z warstwy ograniczającej
3 podwyższa stężenie Mg do 5 x 1016/cm3 i przekształca wytwarzaną warstwę w warstwę typu p. Warstwa okładkowa typu p
Następnie przy wstrzymanym doprowadzaniu Cp2Mg i przy doprowadzaniu TMA formuje się w temperaturze 1050°C warstwę niedomieszkowanego AlGaN o grubości 25 A (2,5 x 10-9 m). Następnie zatrzymuje się doprowadzanie TMA i rozpoczyna się doprowadzanie Cp2Mg i formuje się warstwę GaN domieszkowanego Mg o grubości 25 A (2,5 x 10-9 m) i stężeniu Mg 1 x 1019/cm3, uzyskując warstwę okładkową typu p o strukturze super sieci, o całkowitej grubości 0,6 nm.
PL 202 938 B1
Warstwa kontaktowa typu p
Na koniec, na warstwie okładkowej typu p wytwarza się warstwę kontaktową typu p wykonaną z GaN typu p, domieszkowanego Mg w stężeniu 1 x 1020/cm3, o grubości 150 A (1,5 x 10-8 m) Formowanie grzbietu (ridge)
Po uformowaniu azotkowych warstw półprzewodnikowych jak to opisano wyżej, płytkę wyjmuje się z reaktora i nakłada się maskę z SiO2 na część azotkowej półprzewodnikowej warstwy typu p w celu odsłonięcia azotkowej półprzewodnikowej warstwy typu n i odsłania się warstwę kontaktową typu n metodą RIE (reaktywnego trawienia jonowego).
Następnie, formuje się ochronną powłokę z SiO2 w układzie paskowym o szerokości pasków 1,5 μm na azotkowym półprzewodniku typu p nakładając uprzednio maskę o wcześniej zadanym kształcie na odsłoniętą azotkową półprzewodnikową warstwę typu n. Po nałożeniu warstwy ochronnej formuje się światłowód (ridge) w układzie paskowym o szerokości 1,5 μm poprzez trawienie metodą RIE do położenia w pobliżu granicy pomiędzy okładkową warstwą typu p oraz warstwą falowodową typu p, jak to zilustrowano na rysunku Fig. 1.
Pierwsza powłoka izolacyjna
Po uformowaniu grzbietu formuje się pierwszą powłokę izolacyjną z ZrO2 na powierzchni azotkowej półprzewodnikowej warstwy typu p pozostawiając na niej maskę SiO2. Pierwsza powłoka izolacyjna może być również wytworzona na całej powierzchni azotkowej warstwy półprzewodnikowej maskując elektrodę omową typu n. Po wytworzeniu pierwszej powłoki izolacyjnej urządzenie jest zanurzane w kwasie fluorowodorowym aby rozpuścić i usunąć SiO2 z warstwy kontaktowej typu p, a ZrO2 uformowany na warstwie kontaktowej typu p (lub dodatkowo na warstwie kontaktowej typu n) usuwa się wraz z SiO2 przez oderwanie.
Elektroda omowa
Następnie, formuje się elektrodę omową typu p w konfiguracji paskowej z Ni i Au, w kontakcie z powierzchnią grzbietu utworzonego na warstwie kontaktowej typu p oraz z pierwszą powłoką izolacyjną.
Formuje się także, elektrodę omową typu n w konfiguracji paskowej z Ti i Al, w kontakcie z powierzchnią warstwy kontaktowej typu n (oraz w kontakcie z pierwszą powłoką izolacyjną).
Po uformowaniu tych warstw obie elektrody omowe - typu p oraz typu n przekształca się w stopy przez wygrzewanie w atmosferze zawierającej w swym składzie tlen i azot w stężeniach odpowiadających proporcji 80:20, w temperaturze 600°C, uzyskując dzięki temu dobrą charakterystykę omową. Druga powłoka izolacyjna
Następnie formuje się drugą powłokę izolacyjną z SiO2 na całej powierzchni i nakłada się warstwę ochronną (maskę) na elektrodę omową typu p oraz na elektrodę omową typu n pozostawiając część tych elektrod w postaci niezabezpieczonej i odsłania się te części elektrody omowej typu p oraz elektrody omowej typu n metodą trawienia na sucho.
Elektroda kontaktowa
Po wykonaniu drugiej powłoki izolacyjnej formuje się z Ni warstwę wiążącą o grubości 1000 A (10-7 m) jako elektrodę kontaktową w jednym etapie tak, aby pokryć drugą powłokę izolacyjną naniesioną na azotkową półprzewodnikową warstwę typu p oraz elektrodę omową typu p od strony p oraz aby pokryć drugą powłokę izolacyjną oraz elektrodę omową typu n od strony n.
Następnie na warstwie wiążącej formuje się warstwę barierową z Ti o grubości 1000 A (10-7 m), po czym na tej warstwie formuje się warstwę Au o grubości 8000 A (8 x 10-7 m)
Po wykonaniu elektrody kontaktowej typu p oraz elektrody kontaktowej typu n w sposób opisany wyżej, azotkowy półprzewodnik poddaje się wytrawianiu metodą RIE według wzoru siatki aż do odsłonięcia szafirowego podłoża, w celu podzielenia półprzewodnika azotkowego na pojedyncze chipy. Podczas tego procesu powierzchnia wyjściowa lasera jest poddawana trawieniu w położeniu tuż przed zwierciadłem emitującym rezonatora tak, że uzyskuje się dobre parametry wskaźnika FFP wiązki laserowej. Po wytrawieniu, szafir zaznacza się rysikiem traserskim wzdłuż wytrawionego wzoru siatki, w miejscach, gdzie szafir jest odsłonięty na skutek wytrawienia, tak aby uzyskać chipy laserowe. Rozdział chipów laserowych można przeprowadzić również poprzez rozerwanie GaN wzdłuż płaszczyzny M azotkowego półprzewodnika (płaszczyzna odpowiadająca bocznej powierzchni, gdy półprzewodnik azotkowy stanowi heksagonalną pryzmę).
PL 202 938 B1
W próbie drgań chipa laserowego z elektrodami połączonymi z przewodami w temperaturze pokojowej, ciągłe drgania przy długości fali 405 nm z mocą wyjściową 30 mW zostały potwierdzone przy wartości progowej 2,0 kA/cm2, w temperaturze pokojowej, przy czasie używalności 1000 godzin lub więcej.
P r z y k ł a d 2
Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe zostało wykonane jak w Przykładzie 1, z tą jedynie różnicą, że druga powłoka izolacyjna została wykonana z TiO2.
W próbie tego chipa laserowego prowadzonej w taki sam sposób jak opisano w Przykładzie 1, ciągłe drgania przy długości fali 405 nm z mocą wyjściową 30 mW zostały potwierdzone przy wartości progowej 2,0 kA/cm2, w temperaturze pokojowej, przy czasie używalności 1000 godzin lub więcej.
P r z y k ł a d 3
Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe zostało wykonane jak w Przykładzie 1, z tą jedynie różnicą, że elektroda kontaktowa typu n oraz elektroda kontaktowa typu p zostały wykonane z Pt.
W próbie tego chipa laserowego, ciągłe drgania przy długości fali 405 nm z mocą wyjściową 30 mW zostały potwierdzone przy wartości progowej 2,2 kA/cm2, w temperaturze pokojowej, przy czasie używalności 1000 godzin lub więcej, co stanowi wynik w przybliżeniu taki sam jak w Przykładzie 1.
P r z y k ł a d 4
Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe zostało wykonane jak w Przykładzie 1, z tą jedynie różnicą, że warstwa wiążąca elektrody kontaktowej typu n oraz elektroda kontaktowa typu p zostały wykonane z Ti, zaś warstwa barierowa z Pt.
W próbie tego chipa laserowego, ciągłe drgania przy długości fali 405 nm z mocą wyjściową 30 mW zostały potwierdzone przy wartości progowej 2,2 kA/cm2, w temperaturze pokojowej, przy czasie używalności 1000 godzin lub więcej, co stanowi wynik w przybliżeniu taki sam jak w Przykładzie 1.
P r z y k ł a d 5
Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe zostało wykonane jak w Przykładzie 1, z tą jedynie różnicą, że elektrodę kontaktową typu p wykonano w postaci Ni/Ti/Au, a elektrodę kontaktową typu n wykonano w postaci Ti/Pt/Au z warstwą wiążącą z Ti oraz z warstwą barierową z Pt.
Choć sposób wytwarzania takiego azotkowego półprzewodnikowego urządzenia laserowego jest trochę bardziej złożony niż sposób wytwarzania podany w Przykładzie 1, ciągłe drgania przy długości fali 405 nm z mocą wyjściową 30 mW zostały potwierdzone przy wartości progowej 2,1 kA/cm2, w temperaturze pokojowej, przy czasie używalności 1000 godzin lub więcej.
P r z y k ł a d 6
Elektrodę omową wykonano w taki sam sposób jak w Przykładzie 1 z następującymi odstępstwami. Elektroda omowa
Elektrodę omową typu p uformowano w konfiguracji paskowej z Ni oraz Au, w kontakcie z powierzchnią grzbietu uformowanego na warstwie kontaktowej typu p oraz z pierwszą powłoką izolacyjną.
Uformowano także elektrodę omową typu n z Ti i Al w konfiguracji paskowej, w kontakcie z powierzchnią warstwy kontaktowej typu n (oraz w kontakcie z pierwszą powłoką izolacyjną).
Po uformowaniu tych elektrod zastosowano wygrzewanie w temperaturze 600°C w atmosferze zawierającej 100% tlenu.
Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe wykonane w taki sam sposób jak opisano w Przykładzie 1, z tą jedynie różnicą, że wygrzewanie prowadzone było w atmosferze zawierającej 100% tlenu, ciągłe drgania przy długości fali 405 nm z mocą wyjściową 30 mW zostały potwierdzone przy wartości progowej 2,2 kA/cm2, w temperaturze pokojowej, przy czasie używalności 1000 godzin lub więcej.
Stosowalność przemysłowa
Jak to opisano wyżej, azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według obecnego wynalazku ma nową strukturę, przejawiającą się w tym, że posiada ono dwie powłoki izolacyjne, pozwalające na precyzyjną kontrolę szerokości kontaktu pomiędzy elektrodą omową typu p oraz warstwą kontaktową typu p, dzięki czemu zapewniona jest stabilna charakterystyka azotkowego półprzewodnikowego urządzenia laserowego.
W azotkowym półprzewodnikowym urządzeniu laserowym według obecnego wynalazku dobry kontakt omowy z azotkowym półprzewodnikiem może być łatwo uzyskany przy prostym prowadzeniu przyłączania przewodów, a jednocześnie może być uniemożliwiona dyfuzja Au do innych warstw pod wpływem ciepła generowanego przez prąd zasilania, co pozwala zapewnić wysoką niezawodność azotkowego półprzewodnikowego urządzenia laserowego, ulegającego mniejszemu pogarszania jego charakterystyk.

Claims (17)

1. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe obejmujące: podłoże, azotkową warstwę półprzewodnikową typu n na tym podłożu, obszar czynny na tej azotkowej warstwie półprzewodnikowej typu n, azotkową warstwę półprzewodnikową typu p na tym obszarze czynnym, przy czym azotkowa warstwa półprzewodnikowa typu p ma warstwę kontaktową typu p stanowiącą jej górną warstwę oraz grzbiet, obejmujący co najmniej wskazaną warstwę kontaktową typu p, oraz elektrodę omową typu p, zapewniającą kontakt omowy z warstwą kontaktową typu p grzbietu ukształtowanego zasadniczo równolegle do kierunku rezonansu, znamienne tym, że pierwsza powłoka izolacyjna ze szczeliną odsłaniającą górną powierzchnię wskazanego grzbietu jest uformowana tak, że pokrywa co najmniej boczną powierzchnię tego grzbietu oraz obszar w pobliżu tej bocznej powierzchni, a także tym, że elektroda omowa typu p jest uformowana tak, że pozostaje w kontakcie z warstwą kontaktową typu p przez tę szczelinę, a na pierwszej powłoce izolacyjnej jest uformowana druga powłoka izolacyjna.
2. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 1, znamienne tym, że druga powłoka izolacyjna uformowana jest w ciągłości ze zwierciadłem rezonatora, tworząc płaszczyznę odblaskową lasera na zwierciadle rezonatora.
3. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że pierwsza powłoka izolacyjna oraz druga powłoka izolacyjna są wykonane ze związku tlenkowego.
4. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 3, znamienne tym, że pierwsza powłoka izolacyjna wykonana jest z ZrO2.
5. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 3, znamienne tym, że druga powłoka izolacyjna wykonana jest z TiO2 lub SiO2.
6. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 3, znamienne tym, że druga powłoka izolacyjna jest powłoką wielowarstwową wykonaną przez nakładanie kolejno warstw TiO2 i SiO2 jednej na drugą.
7. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że elektroda omowa typu p jest stopem uformowanym przez laminowanie warstwy z co najmniej jednego materiału wybranego z grupy obejmującej Ni, Co, Fe, Ti i Cu oraz warstwy Au, a następnie wygrzewanie tych warstw.
8. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że druga powłoka izolacyjna jest tak uformowana, że ma szczelinę na elektrodzie omowej typu p, zaś elektroda kontaktowa typu p jest uformowana tak, że ma kontakt z elektrodą omową typu p poprzez tę szczelinę.
9. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 8, znamienne tym, że elektroda kontaktowa typu p obejmuje warstwę wiążącą zapewniającą kontakt z elektrodą omową typu p, warstwę barierową na warstwie wiążącej oraz warstwę Au na warstwie barierowej.
10. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 9, znamienne tym, że warstwa wiążąca elektrody kontaktowej typu p zawiera co najmniej jeden [materiał] wybrany z grupy obejmującej Ni, Cu, Ru, RuO2, Ti, W, Zr, Rh oraz RhO.
11. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 9, znamienne tym, że warstwa barierowa elektrody kontaktowej typu p zawiera co najmniej jeden [materiał] wybrany z grupy obejmującej Ti, Pt, W, Ta, Mo, ich azotki oraz RhO.
12. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 9 albo 10, albo 11, znamienne tym, że azotkowa warstwa półprzewodnikowa typu n obejmuje warstwę kontaktową typu n, częściowo odsłoniętą oraz elektrodę omową typu n uformowaną na odsłoniętej warstwie kontaktowej typu n, a na elektrodzie omowej typu n uformowana jest elektroda kontaktowa typu n, przy czym elektroda kontaktowa typu n jest wykonana z tego samego materiału co elektroda kontaktowa typu p.
13. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że elektroda omowa typu p wykonana jest ze stopu, który jest utworzony przez laminowanie warstwy z co najmniej jednego materiału wybranego z grupy obejmującej Ni, Co, Fe, Ti i Cu oraz warstwy Au, a następnie wygrzewanie tych warstw oraz tym, że druga powłoka izolacyjna uformowana jest tak, że
PL 202 938 B1 ma szczelinę usytuowaną nad elektrodą omową typu p, a elektroda kontaktowa jest uformowana tak, że pozostaje w kontakcie w elektrodą omową typu p przez tę szczelinę.
14. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 13, znamienne tym, że elektroda kontaktowa typu p jest zbudowana z warstwy wiążącej wykonanej z Rh lub RhO, pozostającej w kontakcie z elektrodą omową typu p oraz z warstwy Au uformowanej na warstwie wiążącej.
15. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 13, znamienne tym, że elektroda kontaktowa typu p jest zbudowana z warstwy wiążącej wykonanej z Rh lub RhO, pozostającej w kontakcie z elektrodą omową typu p, z warstwy barierowej na warstwie wiążącej, zawierającej co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej Ti, Pt, W, Ta, Mo oraz ich azotki, oraz z warstwy Au na warstwie barierowej.
16. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że górna warstwa elektrody omowej typu p jest warstwą z RhO i warstwa wiążąca jest wykonana z RhO.
17. Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że elektroda omowa typu p, pokrywa cały grzbiet oraz obszary rozciągające się po obu stronach tego grzbietu.
PL357338A 2000-02-16 2001-02-15 Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe PL202938B1 (pl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000038304 2000-02-16
PCT/JP2001/001063 WO2001061804A1 (fr) 2000-02-16 2001-02-15 Dispositif de laser semiconducteur au nitrure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL357338A1 PL357338A1 (pl) 2004-07-26
PL202938B1 true PL202938B1 (pl) 2009-08-31

Family

ID=18562064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL357338A PL202938B1 (pl) 2000-02-16 2001-02-15 Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe

Country Status (13)

Country Link
US (2) US6838701B2 (pl)
EP (1) EP1276186B1 (pl)
JP (1) JP3864782B2 (pl)
KR (2) KR100753146B1 (pl)
CN (1) CN1203596C (pl)
AU (2) AU2001232297B2 (pl)
CA (1) CA2400121C (pl)
IL (2) IL151192A0 (pl)
NO (1) NO332908B1 (pl)
PL (1) PL202938B1 (pl)
RU (1) RU2238607C2 (pl)
TW (1) TW501288B (pl)
WO (1) WO2001061804A1 (pl)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3812366B2 (ja) * 2001-06-04 2006-08-23 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法
JP3912044B2 (ja) * 2001-06-06 2007-05-09 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法
WO2003063312A1 (en) * 2002-01-21 2003-07-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor laser device and its manufacturing method
US8294172B2 (en) 2002-04-09 2012-10-23 Lg Electronics Inc. Method of fabricating vertical devices using a metal support film
JP2004006498A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
US6841802B2 (en) 2002-06-26 2005-01-11 Oriol, Inc. Thin film light emitting diode
JP4480948B2 (ja) * 2002-07-15 2010-06-16 日本オプネクスト株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法
JP4507532B2 (ja) * 2002-08-27 2010-07-21 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子
TWI303909B (en) 2002-11-25 2008-12-01 Nichia Corp Ridge waveguide semiconductor laser diode
JP4337520B2 (ja) * 2002-11-25 2009-09-30 日亜化学工業株式会社 リッジ導波路型半導体レーザ
TW577184B (en) * 2002-12-26 2004-02-21 Epistar Corp Light emitting layer having voltage/resistance interdependent layer
JP4635418B2 (ja) * 2003-07-31 2011-02-23 日亜化学工業株式会社 半導体装置の製造方法及び半導体装置
KR100576849B1 (ko) * 2003-09-19 2006-05-10 삼성전기주식회사 발광소자 및 그 제조방법
TWI246783B (en) * 2003-09-24 2006-01-01 Matsushita Electric Works Ltd Light-emitting device and its manufacturing method
JP4326297B2 (ja) * 2003-09-30 2009-09-02 シャープ株式会社 モノリシック多波長レーザ素子およびその製造方法
KR100994567B1 (ko) * 2003-11-11 2010-11-15 삼성전자주식회사 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
JP4640752B2 (ja) * 2003-12-05 2011-03-02 シャープ株式会社 窒化ガリウム系半導体レーザ及びその製造方法
JP2005191209A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ装置およびその製造方法
JP4956928B2 (ja) * 2004-09-28 2012-06-20 日亜化学工業株式会社 半導体装置
JP4601391B2 (ja) * 2004-10-28 2010-12-22 シャープ株式会社 窒化物半導体素子およびその製造方法
KR100631898B1 (ko) * 2005-01-19 2006-10-11 삼성전기주식회사 Ｅｓｄ보호 능력을 갖는 질화갈륨계 발광 소자 및 그 제조방법
US20070131947A1 (en) * 2005-12-13 2007-06-14 Lg Innotek Co., Ltd Light-emitting device
US20090001402A1 (en) * 2006-03-22 2009-01-01 Rohm Co., Ltd. Semiconductor element and method of making the same
JP2007329350A (ja) * 2006-06-08 2007-12-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置
JP5008911B2 (ja) 2006-07-04 2012-08-22 ローム株式会社 半導体発光素子およびその製造方法
JP4353232B2 (ja) * 2006-10-24 2009-10-28 ソニー株式会社 発光素子
JP2008171997A (ja) * 2007-01-11 2008-07-24 Rohm Co Ltd ＧａＮ系半導体発光素子
US9318874B2 (en) * 2009-06-03 2016-04-19 Nichia Corporation Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2011009610A (ja) 2009-06-29 2011-01-13 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子及びウェハ
RU2455739C2 (ru) * 2010-03-19 2012-07-10 Владимир Александрович Филоненко Линейка лазерных диодов
US20120037946A1 (en) * 2010-08-12 2012-02-16 Chi Mei Lighting Technology Corporation Light emitting devices
JP5204170B2 (ja) * 2010-08-25 2013-06-05 シャープ株式会社 窒化ガリウム系半導体レーザ及びその製造方法
TWI416765B (zh) * 2011-01-17 2013-11-21 Light emitting diodes
CN103000777B (zh) * 2011-09-15 2018-08-07 晶元光电股份有限公司 发光元件
JP2012023406A (ja) * 2011-10-28 2012-02-02 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子を備える窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子
US8716743B2 (en) * 2012-02-02 2014-05-06 Epistar Corporation Optoelectronic semiconductor device and the manufacturing method thereof
CN106299069A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 厦门三安光电有限公司 一种激光二极管及其制作方法
DE102016120685A1 (de) * 2016-10-28 2018-05-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers und Halbleiterlaser
JP7631976B2 (ja) * 2021-03-29 2025-02-19 セイコーエプソン株式会社 発光装置、プロジェクター、およびディスプレイ

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5740942A (en) * 1980-08-22 1982-03-06 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JPS60199349A (ja) 1984-03-21 1985-10-08 Fuji Oil Co Ltd 蛋白の製造法
JPS6117146A (ja) 1984-07-03 1986-01-25 Toshiba Corp レ−ザマ−キング用マスク
JPS63124461A (ja) * 1986-11-12 1988-05-27 Nec Corp 半導体装置
JPS649382A (en) * 1987-06-30 1989-01-12 Victor Company Of Japan Magnetic sensor
JPH0441590Y2 (pl) * 1987-07-07 1992-09-30
JPS6427939A (en) * 1987-07-24 1989-01-30 Dainippon Ink & Chemicals Laminate of pigmented film and glass
JP2631749B2 (ja) 1989-06-29 1997-07-16 三菱自動車工業株式会社 高周波焼入れ装置
SG46466A1 (en) * 1991-05-15 1998-02-20 Minnesota Mining & Mfg Blue-green laser diode
JP2950192B2 (ja) * 1995-04-07 1999-09-20 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体の電極
JPH09116111A (ja) * 1995-10-23 1997-05-02 Olympus Optical Co Ltd 半導体装置
JP3700872B2 (ja) * 1995-12-28 2005-09-28 シャープ株式会社 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置およびその製造方法
JPH1027939A (ja) * 1996-07-11 1998-01-27 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体レーザ素子
JP3698229B2 (ja) 1997-10-24 2005-09-21 ソニー株式会社 半導体素子および半導体発光素子
JP3322300B2 (ja) 1997-11-14 2002-09-09 日亜化学工業株式会社 窒化ガリウム系半導体発光素子と受光素子
JPH11220168A (ja) * 1998-02-02 1999-08-10 Toyoda Gosei Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法
JP3031415B1 (ja) * 1998-10-06 2000-04-10 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP2000252230A (ja) * 1998-12-28 2000-09-14 Sanyo Electric Co Ltd 半導体素子およびその製造方法
US6522676B1 (en) * 1999-01-26 2003-02-18 Sanyo Electric Co., Ltd Nitride semiconductor laser device
JP4296644B2 (ja) 1999-01-29 2009-07-15 豊田合成株式会社 発光ダイオード
WO2000052796A1 (en) 1999-03-04 2000-09-08 Nichia Corporation Nitride semiconductor laser element
JP3487251B2 (ja) 1999-03-04 2004-01-13 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP3754226B2 (ja) * 1999-03-25 2006-03-08 三洋電機株式会社 半導体発光素子

Also Published As

Publication number Publication date
AU2001232297B2 (en) 2005-10-06
EP1276186A4 (en) 2006-09-20
IL151192A0 (en) 2003-04-10
US20030038294A1 (en) 2003-02-27
US6838701B2 (en) 2005-01-04
WO2001061804A1 (fr) 2001-08-23
KR100753146B1 (ko) 2007-08-30
CA2400121A1 (en) 2001-08-23
NO20023642D0 (no) 2002-07-31
NO20023642L (no) 2002-10-01
KR20020075917A (ko) 2002-10-07
KR100790964B1 (ko) 2008-01-04
JP3864782B2 (ja) 2007-01-10
IL151192A (en) 2006-10-31
CN1404641A (zh) 2003-03-19
EP1276186A1 (en) 2003-01-15
US20040233956A1 (en) 2004-11-25
PL357338A1 (pl) 2004-07-26
CN1203596C (zh) 2005-05-25
AU3229701A (en) 2001-08-27
US7167497B2 (en) 2007-01-23
NO332908B1 (no) 2013-01-28
KR20070046208A (ko) 2007-05-02
CA2400121C (en) 2010-09-21
RU2002124578A (ru) 2004-03-27
RU2238607C2 (ru) 2004-10-20
TW501288B (en) 2002-09-01
EP1276186B1 (en) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL202938B1 (pl) Azotkowe półprzewodnikowe urządzenie laserowe
KR100872730B1 (ko) 질화물계 반도체 레이저 소자 및 그 제조방법
CA2458134C (en) Nitride semiconductor device
KR101346992B1 (ko) 질화물 반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법
CN1534841B (zh) 半导体激光器元件及其制造方法
JPWO2001061804A1 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP5211887B2 (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
TW200415832A (en) Ridge waveguide semiconductor laser diode
US9437778B2 (en) Semiconductor light-emitting element and method for producing the same
JP2005354049A (ja) 半導体レーザ素子
AU2005204248B2 (en) Nitride semiconductor device
JP6387968B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP2006253714A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
EP3223321B1 (en) Light-emitting device
JP2022020503A (ja) 半導体レーザおよび半導体レーザ装置
JP2025119626A (ja) フォトニック結晶面発光レーザ素子及びフォトニック結晶面発光レーザ装置
JP2003152266A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
KR20080091603A (ko) 레이저 다이오드 및 그 제조방법