TW200415832A

TW200415832A - Ridge waveguide semiconductor laser diode

Info

Publication number: TW200415832A
Application number: TW092129758A
Authority: TW
Inventors: Hiroaki Matsumura
Original assignee: Nichia Corp
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2004-08-16
Also published as: US7072374B2; DE60307025D1; ATE334492T1; CN2724266Y; CN1272886C; CN1503416A; DE60307025T2; EP1422798A1; EP1422798B1; TWI303909B; KR100599362B1; KR20040045368A; US20040161010A1

Description

200415832 玖、發明說明：【發明所屬之技術領域】 ▲本發明係關於脊狀波導型半導體雷射，特別係關於可提局脊狀波導型半導體雷射安裝後之可靠性之脊構造。【先前技術】近年來，半導體雷射被廣泛利用作為DVD等光碟、醫療 2器、加工機器、光纖通信等之光源。尤其，氮化物半導 (x lyGai~x-yN’0$x，〇sy，x+ysi)構成之半導體雷射作為可發射由較短波長之紫外區至紅色之光，備受注目。在此等半導體雷射中，作為㈣控制用之條狀構造，多 +採用y同時實現増益波導與折射率波導之脊狀波導型。 Ί氮化物半導體雷射多半形成於熱傳導率小之藍寶石 2板等，故為提高雷射元件之放熱性，㈣使接近於活性 =極側朝:之面朝下接合(向下接合)較為有利。且並 :石基^異種基板，在使用氮化物半導體基板之情為抑制高輸出時產生 — 傳遙鱼、起兀件劣化，使用熱 a ^板〈副安裝，或使p層側朝下之面朝下接合安裝較為有效。 ^係表示將脊狀波導型雷射面朝下接合之以往例之概 ^面圖（例如參照專利文獻υ。在圖5中，氮化物基㈣上。^m 彳23面射接合安裝在安裝雷射10係在基板11上依次叠層η刑 ^半導„12、活性層13、？型氮㈣半導體層⑷: 土見U導ff㈣成條狀之脊狀部W之脊狀波導型雷 87944 200415832 射。氮化物半導體雷射1〇in型電極16與？型電極15及19係破焊料等導電性接合劑23接合於安裝基板2〇之電極21及 22 〇【專利文獻1】日本特開2〇〇〇_58965號公報但，在上述以往之脊狀波導型半導體雷射中，卻有在將 5射1 〇妥裝於士裝基板2〇後，有初期之雷射特性發生異常或元件哥命變短等問題。因此，本案發明之目的係在脊狀波導型半導體雷射中，提供可防止安裝時發生之雷射特性異常及壽命特性之劣化之新雷射元件構造β 【發明内容】本案發明人等經一再地進行各種探討之結果，發現在脊狀波導型雷射安裝後所發生之雷射特性異常及壽命特性之劣化之原因在於發生於脊狀部之異常，尤其發現原因在於安裝時使用之導電性接合劑向Ρ側歐姆電極之擴散以及脊狀部足絕緣保護膜及Ρ型電極之剝離，終於完成本案發明。茲利用圖6說明此情形。圖6係表示氮化物半導體雷射之脊狀部之放大局部剖面圖。又，圖6係表示與圖5上下反轉之圖。如圖6所示，在半導體雷w1〇<p型氮化物半導體層 14，設有波導路形成用之脊狀部14a，並以露出脊狀部“a 之頂面之狀態形成第i絕緣保護膜17。在第丨絕緣保護膜Ρ 使用光折射率與脊狀部14a之差異較大之材料，依據其光折射率之差異，使脊狀部14a發揮光封閉機能。另外，以覆苦整個脊狀部14a之方式形成ρ側歐姆電極15 ,在與露出於脊 87944 200415832 狀部…之頂面之P型氮化物半導體層14之間形成歐姆性接合。又’離開脊狀部14a而在第i絕緣保護膜Η上形成第㈣緣保護膜1 8。在此脊狀部l4a，p側歐姆電極15與安裝基板之接合係利用下列万式進行。首先，在p#j歐姆電極15上㈣& m 性接合劑23之接合性良好之金屬所構成之p側塾電極19，利用導電性接合劑23將p側塾電極19接合於安裝基板之電極。此接合係利用—面將雷射元件壓在安裝基板，一面加熱至導電性接合劑之熔點以上之方式進行。本案發明人等針對發生動作不良之雷射元件進行各種探权結果，發現：導電性接合劑23中之如等金屬成分擴散到達覆蓋脊狀部14〜側歐姆電極15, @阻礙？侧歐姆電極 5人p 土氮化物半導體層丨*之歐姆性接觸。作為導電性接合劑23,通常使用焊料等低熔點金屬，但推定因接合時之: 熱’使β低熔點金屬（Sn等）會在？側墊電極19内擴散而到達p 側歐姆電極15。Sn等低熔點金屬到達p側歐姆電極15時，會阻礙P側歐姆電極15與？型氮化物半導體層間之歐姆性^ 觸，使接觸阻抗增大。又，除了上述問題以外，本案發明人也發現：在？型氮化物半導體層之脊狀部14a之側面，p型氮化物半導體層“與第1絕緣保護膜17之間、及絕緣保護膜17與p側歐姆電極15 之間發生剥離之結果，會引起雷射元件之特性劣化及壽命劣化利用面朝下接合法將雷射晶片安裝於安裝基板時，在雷射晶片之構造上，大的力量會施加至最突出之脊狀部 87944 200415832 !4a。而且，脊狀部14a之側面，尤其連結脊狀部“a之側面與頂面之角部25及連結側面與底面之角部％在製膜工序之般之傾向上，第1絕緣保護膜丨7之膜厚較易變薄，且絕緣保護膜一般而言，與氮化物半導體或金屬之密著性並不佳。因此，將雷射晶片接合於安裝基板之際之熱及加壓會使第1絶緣保護膜17與P型氮化物半導體層丨4之間及第i絕緣保濩膜17與p側歐姆電極15之間發生剝離。第丨絕緣保護膜17發生剝離時，脊狀部14a周圍之光折射率會異常，顯著地阻礙脊狀部14a之光封閉機能。又，此等事態並非僅限於在利用面朝下接合法施行脊狀波導型半導體雷射元件之安裝之情形會發生。只要採用在雷射元件之脊狀部附近，利用低熔點金屬形成之導電性接合劑對p側墊電極19施行接合之安裝方法，都可能發生完全相同之問題。另外，在安裝時以外之工序中，具有曝露於高溫之工序之情形，也會有電極（特別是？側電極）與絕緣膜或半導體層之接合性降低現象，而成為促使元件特性劣化之原因。因此，本案發明之脊狀波導型半導體雷射係包含夾著活性層之η側半導體層及p側半導體層、形成於前述p側半導體層之波導路形成用之脊狀部、覆蓋前述脊狀部使其頂面之至少一部分露出之絕緣保護膜、歐姆性接觸於由前述絕緣保護膜露出之脊狀部之ρ側歐姆電極、形成電性接觸於該ρ 側歐姆電極之狀態之ρ側塾電極之脊狀波導型半導體雷射，其特徵在於：在前述ρ側歐姆電極與前述p側塾電極之 87944 200415832 間T成可防止前述低熔點金屬之擴散之擴散防止層，使該擴政防止層覆蓋至少由前述絕緣保護膜露出之前述脊狀部。利用在Ρ側歐姆電極與口側墊電極之間形成擴散防止層，可抑制對脊狀部之低熔點金屬之擴散，防止Ρ側歐姆電極與 Ρ型氮化物半導體層之歐姆性接觸受到阻礙。又二為Ρ方止脊狀部之側面之絕緣保護膜之剥冑，擴散防胃最好進-步被形成亦覆蓋脊狀部之側面。此係由於擴散防止層擴及絲部之側面，利料㈣結容易發生絕緣保護膜之剝離之脊狀部之側面與頂面之角部及連結脊狀部之側面與底面之㈣’可緩和施加至絕緣保護膜之熱及壓力之集中之故。又，擴散防止層使用與電極之密著性較弱之材料（例如氧化物等）時，不僅可利用填㈣部獲得緩和面朝下接合女裝時《應力集中之效果’也可獲得不受安裝形態f響而使電極構造具有自由度之效果，故可提高對熱膨等引起之熱的構造變化之機械的耐性。可獲得此種效果之原因在於.與P側歐姆電極及P側塾電極之界面在包含脊狀部上部(廣範圍)之範圍中被施以金屬_金屬之結合之；形相比，中間介著密著性較弱之材料時，可緩和其牢固之金屬間之結合力之故。其結果’與歐姆性接觸有關之區域（P 側接觸層〜？側塾電極）整體之内部構造對熱的或物理的外在應紅自由度會升高，而可分散（擴散）施加至歐姆性接觸部之負載。另夕卜’此種密著性較弱之擴散防止層具有絕緣性時，擴散防止層與P側歐姆電極或p侧墊電極即使發生剝 87944 200415832 離’只要能確保歐姆性接觸部之密著性，對元件之驅動不會發生問題。如此，利用提高歐姆性接觸部之自由度，在面朝下接合安裝時’也可緩和心柱及副安裝法等之安裝基板間之熱膨服率差’降低安裝不良。在與安裝基板之密著性方面，在面朝下接合安裝時，元件與安裝基板間之接合劑之材料及安裝基板之材料等之熱膨脹率也會受到影響，故調整該等構件時，也可提高密著性。而，如本案所示，利用提高元件本身對於對熱膨脹率差之構造變化之自由度，即使在考慮其他因素所選擇之材料中發生熱膨脹率差增大之情形時’接合劑及安裝基板之材料也可應付其需要。如此，由於設有擴散防止層，可更有效地提高熱的耐性。擴散防止層只要屬於可防止低熔點金屬之擴散之材料，並無特別限定，也可使用絕緣物、半導體或金屬中任何一種材料。作為擴散防止層之理想材料為氧化物、氮化物或高熔點金屬，例如Si、A卜Rh、Zr、Ti、zn、Ga、Nb等氧化物或氮化物、W、Mo、鉑族系金屬（Pt、pd、Rh、Ir、Ru、〇s)等金屬、或InN、A1N、GaN&其混合晶體之Ai][nGaN系、 GaAs系、GaP系及Inp系、甚至於以、Sic等半導體層，其中最好使用 Si〇2、AIN、SiN、GaN、AlGaN、InGaN、Pt等。又，擴散防止層為絕緣物、半導體時，為了保持1)側歐姆電極與p側塾電極之電性接觸，有必要以露出p側歐姆電極之一部分方式形成擴散防止層。擴散防止層主要由金屬等導電性材料所構成時，其導通 87944 -10- 厶明1刈32 路t與不设置擴散防止居 ..^ ^ 3 形相同。作為擴散防止層之

里心材料係使用可在疊；多I 且層夕數材科<電極層内部發揮防止 "各層擴散用之障壁層之機能之材科。但，在本案中，豈於該種電極層内部之擴散防止層，並不形成於電極之全面，而僅形成於脊狀部附近。如此，可彌補脊狀部附近之光學的特性。例如，作為由Ρί形成之擴散防止層，設於脊狀部附近時，因Pt難以吸收來自發光層之發錢長，故波導損耗較少。此效果係在P側墊電極含有，也可獲得之政果。但，在略微離開脊狀部附近之區域（產生1次模之區域），以連接P側歐姆電極與P側墊電極方式限制擴散防止層之寬時，例如，可利用Ni/Au形成之？側墊電極吸收來自發光層 < 發光波長。因此，可吸收可吸收高次之水平橫模，僅取出基本模。此種效果係p側墊電極含有障壁層（例如pt) 時所無法獲得之效果，如本案所示，利用比p側墊電極更窄之寬度形成使用導電性材料之擴散防止層，才能加以實現。又’擴散防止層主要為氧化物之絕緣性材料時，由p側塾電極至p側歐姆電極之導通路徑並非脊狀部上部，而係呈現對1度條帶狀之脊狀部之橫方向擴大之路徑，故容易在整個條帶區域均勻流通。以個別工序形成P側歐姆電極與P側墊電極時，會呈現其長度（條帶方向）不同之形狀。尤其P側塾電極容易變得比P側歐姆電極短。因此，有p側歐姆電極之端部並未直接連接於P側墊電極之情形。在該種情形，電流難以流通至P側歐姆電極之端部，電流也難以流通至其正下方之半導體層，結果形成發光較弱之區域。而，電流容易 87944 • 11- 200415832 集中至P側塾電極之端部正下方之p側歐姆電極，形成發光較強之區域，故會增強發光之不均勾性。如本案所示：利用形成絕緣性之擴散防止層，可緩和電流路徑之不均勻性’容易將電流均勻地供應至條帶全區域。擴散防止層為氧化物時，除了在面朝下接合安裝時可防止低熔點金屬之擴散外，在面朝上接合安裝時，也可發揮提高耐熱性之效果。此現象之詳細機理雖尚未確定，但可認為係由於利用個別工序形心側㉟姆電極與？側塾電極，故在其界面有氧存在所引起。晶片接合時，不僅在面朝下接合安裝時，連在面朝上接合安裝時，也會有約30(rc之熱施加至雷射元件。曝露在此種高溫下，歐姆性會降低，容易發生部为發光（發光不均）及VfJ^升等元件特性之惡化。被認為造成歐姆性降低之原因為：原本存在於？側歐姆電極與 P側墊電極之界面之氧卻因安t時施加至元件之熱而擴散至S界面以外之區域（例如外部）等，導致歐姆性之降低。如本案所示，以氧化物作為擴散防止層，使氧存在於P側歐姆包極與p側墊電極之界面，可彌補輔助歐姆性之氧濃度之降低故可抑制安裝時施加之熱引起之氧之移動（擴散）造成歐姆除降低，藉以形成耐熱性優異之雷射元件。又’在絕緣保護膜上形成第2絕緣保護膜（例如絕緣保護η 私極形成區域用之膜）時，前述擴散防止層最好利用與第2 、心緣保遠膜同一組成所形成。如此，即使不在以往之製造万法中追加新工序，也可僅變更形成第2絕緣保護膜之光微〜法〈S罩形狀，即可形成擴散防止層。 87944 -12· 200415832 本發明係利用以上說明方式所構成，故可抑制安裝時使用义導電性接合劑對P側歐姆電極之擴散及在脊狀部之絕緣保護膜及P型電極之剥離。因此，在脊狀波導型半導體雷射中，可防止安裝時發生之雷射特性異常及壽命特性之劣化。【實施方式】以下’ 一面參照圖式，一面說明本發明之實施形態。 (實施形態1) 圖1係表示本實施形態之脊狀波導型半導體雷射之模式的剖面圖。圖1中，氮化物半導體雷射1〇係利用焊料等導電性接合劑23面朝下接合安裝在安裝基板2〇上。氮化物半導祖雷射10係在藍寶石等之絕緣性基板11上依次疊層n型氮化物半導體層12、活性層13、Ρ型氮化物半導體層14 ,在ρ 型氮化物半導體層形成條狀之脊狀部之脊狀波導型雷射。η 型氮化物半導體層12與ρ型氮化物半導體層14係分別具有主要將電子與正孔供應至活性層13之機能，一般型氮化物半導體與ρ型氮化物半導體所構成。氮化物半導體雷射工〇之η側電極16、29及ρ側電極15、19係被焊料等導電性接合劑23接合於安裝基板2〇之電極2 1及22。又’在本實施形態中，接合前之導電性接合劑23如圖1所不’係由Sn、Pb、Ag、Bi、Cu、In、Ζη等形成之低熔點金屬層23a與An、Pt等難以氧化之金屬形成之保護層231}之2層所構成。保護層23b具有防止低熔點金屬層23a在接合前受到玄氣氧化之機能’且形成可被接合時之熱與壓力破壞之 87944 -13 · 200415832 程度之薄膜。即，可因接合時之熱與壓力而使保護層23b受到破壞，並使低熔點金屬層23a熔化，藉以接合氮化物半導體雷射10與安裝基板20之電極。又，因氮化物半導體雷射l〇in側電極16及29係形成於除去P型氮化物半導體層14及活性層13而露出型氮化物半導體層12之表面，故位於與p側電極15及19不同之高度。因此，為補償其高度之差異，在安裝基板2〇側之墊電極22上形成Au層24b與Pt層24a之2層組成之電極24。其次一面參照圖2，一面說明有關本案發明之特徵之脊狀部附近之構造。圖2係表示將圖丨之脊狀部附近之構造放大之局部放大剖面圖。又，圖2係表示與圖丨上下反轉之圖。如圖2所示，在氮化物半導體雷w1〇ip型氮化物半導體層 14，設有波導路形成用之脊狀部14a，並以露出脊狀部之頂面之狀態形成第1絕緣保護膜17。在第丨絕緣保護膜i7 使用光折射率與脊狀部14a之差異較大之材料，依據其光折射率之差異，使脊狀部14a發揮光封閉機能。另外，以覆蓋整個脊狀部14a之方式形成p側歐姆電極丨5，在與露出於脊狀部14a之頂面之p型氮化物半導體層14之間形成歐姆性接合。又，離開脊狀部14a而在第1絕緣保護膜17上形成第2絕緣保護膜18。而，在p側歐姆電極15與p側墊電極19之間，以覆蓋由第i 絕緣保護膜17露出之脊狀部14a之頂面方式形成有擴散防止層30。即，擴散防止層30係以至少覆蓋p側歐姆電極15與 P型氮化物半導體層14之歐姆性接合部之方式形成。如此形 87944 -14- 200415832 成之擴散防止層30係用來抑制因接合於安裝基板時之加熱與加壓，或因安裝後之通電，導致低熔點金屬由組成中含有Sn、Pb、Ag、Bi、Cu、In、Zn等低熔點金屬形成之低熔點金屬之導電性接合劑23擴散而到達p側歐姆電極15。因此’可抑制氮化物半導體雷射之安裝或其後之通電所發生之p側歐姆電極之接觸不良。又，擴散防止層30係以由脊狀部14a之頂面覆蓋側面全面之方式形成，且利用填埋連結脊狀部14a之頂面與側面之角部25及連結側面與底面之角部26之方式形成。在此種角部 25及26中’在半導體製程之一般之傾向上，形成於其上之第1絕緣保護膜17及p側歐姆電極15之膜厚會局部地變薄。 …果在角部25及26中，第1絕緣保護膜17及p側歐姆電極呈現被挖掘成溝狀之形狀。利用擴散防止層3〇填埋此等之溝，可緩和角部25及26之熱及壓力，防止第}絕緣保護膜 17由P型氮化物半導體層14剥離及第丨絕緣保護膜17由卩側歐姆電極15剝離。因此，可防止因剝離導致脊狀部之光封閉機能發生異常。擴散防止層30只要使用可防止來自導電性接合劑23之低熔點金屬I擴散之材料，其材料並無特別限定，絕緣物、半導體 '金屬中任何—種均可使用。，擴散防止層3〇不得使用足以妨礙p側歐姆電極15之歐姆性接合之材料。例如，擴散防止層30中有必要不含妨礙p側歐姆電極15之歐姆性接合之辰度之Sn、Pb、Ag、Bi、Cu、In、Zn等形成之低熔點金屬。又，擴散防止層30最好使用不與p側電極15起反 87944 •15- 200415832 應：材科。作為擴散防止層之理想材料為氧化物、氮化物或點金屬’例如最好使践02、Am、SlN、GaN、A1GaN、 InGaN、Pt等。其中’以㈣2等絕緣物形成擴散防止層30時，可同時形成也、、政防止層30與第2絕緣保護膜丨8。即，即使不在以往之製造方法中追加新工序，也可僅變更形成第2絕緣保護膜a H罩圖帛，即可形成擴散防止層3G。又，擴散防止 9為逆、彖物或半導體時，為了保持P側歐姆電極15與P側塾電極19《電性接觸，有必要以露itip側歐姆電極15之一部方弋〉成擴政防止層30。在圖丨所示之例中，係利用使擴散1¾•止層形成面積有於？侧歐姆電極15 ’以確保p側歐姆電極15與P側墊電極19間之電性接觸。 (實施形態2) 在本只施形悲中，說明有關本發明之脊狀波導型半導體雷射之製造方法。 ^ 圖3(a)〜(c)係表示由上面觀察本發明之脊狀波導型半導心田射之p型氮化物半導體層之部分之圖，顯示形成電極等之工序。首先，如圖3(a)所示，在p型氮化物半導體層之上形成條狀之脊狀部。利用蝕刻等手段除去P型氮化物半導體層之一部分，以形成凸部作為脊狀部。脊狀部既可為凸部之底面側較寬而隨著接近上面，條帶寬度逐漸變小之順台面形狀’也可為相反地隨著接近凸部之平面，條帶寬度逐漸變小〈反台面形數。又，也可為具有垂直於疊層面之側面之 87944 -16- 200415832 條帶狀。其次，如圖3(b)所示，除了脊狀部14a之頂面以外，以覆蓋P型氮化物半導體層14之全面方式，形成第丨絕緣保護膜 Π(=圖3(b)之斜線之區域）。在第1絕緣保護膜17最好使用與 Ρ型氮化物半導體層14之折射率差較大之材料，例如可使用 Zr〇2、Si〇2、Α12〇3、AIN、BN、DLC、C、Mg〇、SiN、Si〇N、 CiO、ZnO、GaO、AlGaN、Hf〇、Ta2〇5等。其次，如圖3(c)所示，以覆蓋p型氮化物半導體層14及第i 絕緣保護膜之大致全面方式形成ρ側歐姆電極丨5，利用脊狀部14a之頂面使p型氮化物半導體層14與？側歐姆電極15保持歐姆性接觸。其次，如圖3(d)所示，同時形成第2絕緣保護膜18與擴散防止層30。即’將第2絕緣保護膜18形成於比ρ側歐姆電極 15更寬之範圍，在脊狀部14a之兩側分別設置1個平行於脊狀部之細長之開口部18a。此開口部18a係以至少重疊於p侧歐姆電極15方式，且最好使開口部18a位於p側歐姆電極Μ 方式形成。夾在此2個開口部18a之區域18b成為擴散防止層 3 0。又’此弟2纟巴緣保護膜1 8 (兼擴散防止層3 〇)除了 η電極之形成£域外’以覆蓋至雷射晶片之側面之狀態形成。在第2 絕緣保護膜18(兼擴散防止層30)可使用Si02、ZrO、SiC、

Ti02、ZnO、Al2〇3、DLC、C、Mg〇、SiON、CrO、ZnO、 GaO、AlGaN、HfO、Ta2〇5、RhO、Rh〇2、Nb205、IT〇等之氧化物或 AIN、BN、SiN、RhN、ZrN、TiN、ZnN、GaN、 NbN 等。 87944 -17- 200415832 其次’如圖3(e)所示，在第2絕緣保護膜18之内側，且p 側歐姆電極15之外側形成p側墊電極丨9。p側墊電極丨9可經由設於第2絕緣保護膜18之開口部18a，電性接觸於p側歐姆電極1 5。使用此種製造方法時，即使不在以往之製造方法中追加新工序，也可僅變更形成第2絕緣保護膜18之光微影法之光罩形狀’即可形成擴散防止層3〇。【實施例1】以下，說明本發明之實施例。在本發明中’作為構成疊層構造之n型氮化物半導體層、活性層、P型氮化物半導體層，並無特別限定，可使用各種層式構造。作為元件之具體的構造，例如有後述之實施例所載之構造，且電極、絕緣膜（保護膜）等也無特別限定，可使用各種材料β作為使用於疊層構造之氮化物半導體，可使用GaN、Α1Ν、或ΙηΝ等氮化物半導體及此等之混合晶體之in〜v族氮化物半導體（InxAlyGai_x_yN，Μχ，〇^y，— $ i)。氮化物半導體之生長法可適用M〇VPE(有機金屬汽相磊晶生長法）、M0CVD(有機金屬化學汽相生長法）、聊E( _化物汽相生長法）、_E(分子線汽相生長法）等使氮化物半導體生長之已知之全部方法。以下，說明有關使用氮化物半導體之半導體雷射元件之實施例，但，本發明之半導體雷射元件並部限定於此，可在本發明〈技術的思想中’實施於各種半導體，不待贅言。 (基板） 87944 -18- 200415832 在實施例1中，使用以C面為主面之藍寶石作為基板。又，也可取代異於藍寶石等氮化物半導體之異種基板，而使用GaN基板等氮化物半導體構成之基板。作為以C面為主面之藍寶石基板以外之異種基板，例如可使用以R面、及 A面中之一面為主面之藍寶石、尖晶石、ZnS、Zn〇、GaAs、 Si、SiC及與氮化物半導體晶格整合之氧化物基板等、可使氮化物半導體生長之基板材料。最好之異種基板，為藍寶石 ~ 尖晶石。 (緩衝層）將2吋0以C面為主面之異種基板安置於MOVPE反應容器内，將溫度控制於500°C，利用三甲鎵（TMG)、氨（NH3) 使GaN形成之緩衝層生長至200埃之膜厚。 (基底層）緩衝層形成後，將溫度控制於1050°C，利用TMG、氨，使不摻雜質之氮化物半導體生長至4 μιη之膜厚。此層在形成元件構造之各層之生長中，具有作為基底層（生長基板）之作用。作為基底層，除此之外，使用以ELOG(Epitaxally Laterally Overgrowth :磊晶橫向越界生長法）生長之氮化物半導體時，可獲得結晶性良好之生長基板。作為ELOG生長層之具體例，有使氮化物半導體生長在異種基板上，並在其表面設置難以生長氮化物半導體之保護膜等而形成掩膜區域，將此掩膜區域與使氮化物半導體生長之非掩膜區域設成條帶狀，由該非掩膜區域使氮化物半導體生長時，除了向膜厚方向生長外，也使氮化物半導體向橫方向越界生 87944 -19- 200415832 長至掩膜區域而形成薄膜之生長層、及在生長於異種基板上之氮化物半導體設置開口部，由該開口部側面向橫方向生長而形成薄膜之生長層等。 (η側接觸層）其次，在基底層（氮化物半導體）上，利用TMG、ΤΜΑ(三甲胺）、氨、作為雜質氣體之矽烷氣，以l〇50°C，使摻入1 X 1018/cm3之Si之η型AlGaN構成之η側接觸層生長至4.5 μχη 之膜厚。η側接觸層也可利用AlGaN以外之η型氮化物半導體層構成，例如也可使用GaN。 (裂痕防止層）其次，使用TMG、TMI(三甲銦）、氨，以800°C之溫度，使InG.()6Ga().94N構成之裂痕防止層生長至0.15 μχη之膜厚。又，此裂痕防止層可加以省略。 (η側包覆層）其次，將溫度控制於1050°C，使用ΤΜΑ(三甲胺）、TMG 及氨作為原料氣體，使不摻雜質之AlGaN構成之Α層生長至 25埃之膜厚，接著，停止TMA，使用矽烷氣作為雜質氣體，使摻入5X 1018/cm3之Si之GaN構成之B層生長至25埃之膜厚。而，分別重複此操作160次，將A層與B層交互疊層，而生長成總膜厚8000埃之多層膜（超晶格構造）構成之η側包覆層。此時，只要不摻雜質之AlGaN之Α1之混合結晶比在0.05 以上0.3以下之範圍，即可設定充分發揮作為包覆層之機能之折射率差。又，η側包覆層之帶隙比活性層寬，故只要能供應電子之氮化物半導體層即可，最好構成含有Α1之氮化 87944 -20- 200415832 物半導體。 (η側導光層）其次，以同樣之溫度，使用TMG及氨作為原料氣體，使不摻雜質之GaN構成之η側導光層生長至〇· 1 μιη之膜厚。此層也可摻入η型雜質。使用於導光層之氮化物半導體與設於其外側之包覆層相比，只要對波導路之形成具有充分之折射率即可，使用單一膜或多層膜均無妨。具體上，振盪波長在370 nm〜470 nm時，最好使用不摻雜質之GaN，在較長波長之區域（450 nm以上），則以使用inGaN/GaN之多層膜構造為宜。 (活性層）其次，將溫度控制於80(TC，使用TMI(三甲銦）、TMG及氨作為原料氣體，使用矽烷氣作為雜質氣體，使掺入5 X 1018/cm3之Si之Ino.^Gao.^N構成之障壁層生長至1〇〇埃之膜厚。接著，停止矽烷氣，使不摻雜質之成之井層生長至50埃之膜尽。重複此操作3次，最後疊層障壁層而生成成為總膜厚550埃之多量子井構造（mqw)之活性層。又，活性層最好使用含比之氮化物半導體，藉此可在紫外線及可見區域中獲得紫色系至紅色系之波長之雷射光。又，使用含In之氮化物半導體時，活性層曝露於大氣中時，雷射元件驅動時，有時會引起極嚴重之元件劣化。此系由於In之熔點較低，容易引起分解、蒸發，而因凸部形成時之蝕刻而受損傷，在活性層露出後之加工中，難以保持其結晶性，故最好將條狀之凸部形成至未達到活性層之深 87944 -21 - 200415832 度。活性層也可為量子井構造，在該情形下，既可為單一量子井，也可為多量子井。 (P側電子關入層）其次，以同樣之溫度，使用TMA、TMG及氨作為原料氣體，使用Cp2Mg(環戊二烯基鎂）作為雜質氣體，使摻入IX 1019/cm3之AlGaN形成之Mg之p側電子關入層生長至100埃之膜厚。 (P側導光層）其次，以1050°C之溫度，使用TMG及氨作為原料氣體，使不摻雜質之GaN構成之p側導光層生長至750埃之膜厚。此 p側導光層雖不摻雜質而生長，但也可摻入Mg。使用於導光層之氮化物半導體與設於其外側之包覆層相比，只要對波導路之形成具有充分之折射率即可，使用單一膜或多層膜均無妨。具體上，振盈波長在370 nm〜470 nm時，最好使用不摻雜質之GaN，在較長波長之區域（450 nm以上），則以使用InGaN/GaN之多層膜構造為宜。 (P側包覆層）接著，將溫度控制於1050°C，使Alo.MGao.84N構成之層生長至25埃之膜厚，接著，停止TMG，使用Cp2Mg(環戊二烯基鎂），使摻入Mg之GaN構成之層生長至25埃之膜厚，使總膜厚0·6 μιη之超晶格層構成之p側包覆層生長。p側包覆層至少一方為含Α1之氮化物半導體層，以疊層帶隙能量互異之氮化物半導體層知超晶格製作時，雖然在其中一方之層摻入較多之雜質而施行所謂調制式摻入時，會有結晶性變佳 87944 -22- 200415832 之傾向，但也可對兩方都同樣地摻入雜質。P側包覆層之帶隙比活性層寬，故只要能供應電子之氮化物半導體層即可，最好構成含有A1之氮化物半導體。 (P側接觸層）最後’以1050°C，在p側包覆層上，使摻入lx i〇2()/cm3之 Mg之p型GaN構成之p側接觸層生長至15〇埃之膜厚。p側接觸層可利用 InxAlyGan-yNCOS X，〇$ y，1)構成，最好使用摻入之Mg之GaN，如此，可獲得與p電極最理想之歐姆性接觸。反應結束後，在反應容器内，在含氮氣氛中，以700°C將晶圓退火時，可更進一步使p側接觸層低電阻化。 (η側接觸層之露出及諧振器面之形成）利用以上方式使氮化物半導體生長而形成疊層構造體後’由反應容器取出晶圓，在最上層之ρ側接觸層表面形成 Si〇2之保護膜而用rie(反應性離子蝕刻法），利用sici4氣進行餘刻’露出形成n電極之η側接觸層。此時，可使作為諸振器面之活性層端面露出而以蝕刻端面作為諸振器端面。 (脊狀部之形成）其次’為形成條狀之波導路區域，利用CVD裝置在最上層之Ρ側接觸層之大致全面以0.5 μτη厚度形成Si氧化物（主要為Si〇2)構成之保護膜後，在保護膜上附上特定形狀之掩膜，以RIE裝置，利用使用c：F4氣之光微影技術形成條狀之保護膜。而後，再度以RIE裝置，利用Sicu，蝕刻卩側接觸層及P側包覆層，以形成條寬2 μιη之脊狀部14a。 (第1絕緣保護膜） 87944 -23- 200415832 其次’在一直附上Si〇2掩膜不變之狀態下，在p型氮化物半導體層表面形成Zr〇2構成之第1絕緣膜17，此第1絕緣膜 17也可掩蔽n側歐姆電極16形成面而設於半導體層之全面。又，為使其後容易分割，設置未形成絕緣膜17之部分。第1絶緣膜17形成後’浸泡於緩衝液而溶解除去形成於條狀凸部（即脊狀部14a)上面之Si〇2，利用剝落法，與Si〇2同時除去脊狀部14a上（甚至於n型接觸層上）之Zr〇2i7,藉以露出脊狀部14a之頂面，脊狀部i4a之側面成為被2^〇217覆蓋之構造。 (P側歐姆電極）其次，在第1絕緣保護膜17上形成p侧歐姆電極15。p側歐姆電極15形成於p型氮化物半導體層14之内側。此p側歐姆電極15係由Ni-Au所形成。又，在藉蝕刻而露出之n側接觸層之表面也形成條狀側歐姆電極16。η側歐姆電極16係由Ti-Al所形成。此等形成後，分別在氧：氮保持8〇: “之比率之氣氛中，以60(TC退火，使p側及n側之歐姆電極軍合金化，以獲得良好之歐姆特性。 (第2絕緣保護膜、擴散防止膜）其/入，在脊狀部14a之兩側，平行於卩側歐姆電極15上之脊狀部之細長之2個區域、n側歐姆電極16之一部分塗敷光阻膜，將Si氧化物（主要為Si〇2)構成之第2絕緣膜18形成於不含晶片分劃位置之全面’純，剥下光阻膜，如圖柳所不，形成具有開口部18a之第2絕緣保護膜18。夾於此第2 絕緣保護膜18之開口部18a之區域成為擴散防止膜3〇。 87944 -24- 200415832 (墊電極）其次，以覆蓋上述絕緣膜方式分別形成P侧塾電極i 9及η 側墊電極29。ρ側墊電極19係形成比ρ側歐姆電極丨5寬而比第2絕緣保護膜18窄。如此形成時，可通過設於第2絕緣保痩膜18之開口部1 8 a，使ρ側墊電極19與ρ側歐姆電極15接觸。p侧墊電極19及η側墊電極29係由Ni-Ti-Au所形成。此墊電極係與歐姆電極15及16接成條狀。利用以上方式形成墊電極後，在不含晶片分割區域之晶圓全面形成第1光阻膜。接著，將Si〇2掩膜形成於晶圓全面。另外’在該Si〇2掩膜上形成形成第2光阻膜。此時，第 2光阻膜係以可蝕刻至光出射側之諧振器面附近之方式形成圖案。又，第2光阻膜也可不達到半導體層之端面。如此，以第1光阻膜-SiOr第2光阻膜之順序形成掩膜後，首先，使用CHF3作為蝕刻氣體蝕刻Si〇2，其次以該以〇2之圖案作為掩膜而蝕刻半導體層直到基板露出為止。在半導體層之蝕刻時，使用sicu作為蝕刻氣體。如此，可蝕刻未被第2光阻膜覆蓋之Si〇2之露出部及其下之半導體層。接著，除去^ 光阻膜、Si〇2、第2光阻膜。如此，即可形成具有由諸振器端面突出之η型半導體層之端面。 (分割成棒狀）利用以上方式形成ρ側歐姆電極側歐姆電極後，研磨基板使含基板 < 總膜厚為2〇G # m，在背面形成了卜？卜Au構成、，旁面金屬後’在垂直於條狀之電極之方向由基板側分割成棒狀。此時，若在分劃成棒狀之前，先由基板之背面 87944 -25- 200415832 序較為容易分刀刀之機械的的或熱的切割側對應於分刻位置進行切割時，在其後之工割。又，作為分割方法，可利用使用刀具等或物理的切割法、及使用YAG雷射等之光學法等。 (光反射側反射鏡）口口利用以上方式分割成棒狀之半導體係將光出射側之讀振器面排列在棒之一方’並將光反射側之諧振器面排列^相反側。改變此種數條棒之角度，使光出射側之諧振器面及光反射側之諧振器面朝向同一方向。接著，以將間隔片介在各棒間以消除間隙之方式排列成膜夾具。如此，介入間隔片時，可防止保護膜形成於形成在元件之電極等之上。首先，在光反射側之諧振器面形成6對心〇2與（Si〇2/Zr〇2)，作為反射鏡。如此，即可形成脊狀波導型半導體雷射。 (安裝）其次，將所得之脊狀波導型半導體雷射以面朝下接合法安裝於安裝基板上。在安裝基板上之安裝用電極，形成 Sn/Au凸塊23，以作為導電性接合劑，使p側塾電極19與…則墊電極29接觸於該Sn/Au凸塊23 ,利用加熱安裝雷射晶片。以上所獲得之脊狀波導型半導體雷射之輸出約6〇 mW臨限值電流約40 mA。與以往相比，可藉降低熱電阻及驅動電流，提高高溫動作時之可靠性及壽命特性。【實施例2】在實施例2中，係分別形成第2絕緣保護膜與擴散防止層’並使用SiN作為擴散防止層之材料。以下，說明第2絕 87944 -26- 200415832 緣保護膜與擴散防止層之形成，其他部分與實施例相同。 (第2絕緣保護膜）在脊狀部正交方向，將光阻膜塗敷在？側歐姆電極之大致全面fn側歐姆電極之一部分，將以氧化物（主要為Si〇2)構成之第2絕緣膜形成在不含晶片分割位置之全面，然後，剝下光阻膜即可以路出包含脊狀部之p側歐姆電極之大部分與η側歐姆電極之一部分之方式形成第2絕緣保護膜。 (擴散防止層）其次，在Ρ側歐姆電極上，以全部覆蓋脊狀部之頂面且露出Ρ側歐姆電極之一部分之方式形成SiN組成之擴散防止層。在本實施例中，在此P側歐姆電極之露出部中，使ρ侧墊電極與ρ側歐姆電極相接觸。擴散防止層之圖案之形成例如可利用使用光阻膜之剝下法。上述所獲得之氮化物半導體雷射與實施例丨同樣地，可藉降低熱電阻及驅動電流，提高高溫動作時之可靠性及壽命特性。 (比較例）在比車父例2中，除了未形成擴散防止層以外，利用同樣方式製成氮化物半導體雷射時，在微小電流區域會產生非發光點’在波導路區域内會發生發光不均現象。 (實施例3) 除了將脊狀部之條寬設定為5 μχη以外，與實施例1同樣地製成氮化物半導體雷射時，其輸出約1〇〇 mW臨限值電流約 70 mA。且與實施例1同樣地，可藉降低熱電阻及驅動電流， 87944 -27- 提高高溫動作時之可靠性及壽命特性。 (實施例4) 在本實施例中，將本發明適用於多條型之雷射。除了以下所述之點以外，均與實施例1相同。、目4所TF ’隔著2 μιη之間隔並列地形成2條條寬3 ㈣之脊狀部⑷。其次，以露出脊狀部Ha之頂面之狀態形成响構成之第丨絕緣保龍17。而，在第丨絕緣保護膜17 上形成Ni-Au構成之ρ側歐姆電極15。^本實施例中，ρ側歐姆電極15係以覆蓋2個脊狀部14a之頂面方式連續地形成。而將2個脊狀冑14a視為-體日争，係以在平行於2個脊狀部長度方向之最外㈣，即在圖4中之左側脊狀部l4a之左側及右侧脊狀部14a之右侧具有開口部18a之方式形成第2絕緣保護膜18兼擴散防止層3(^以覆蓋如此形成之第2絕緣保護膜18兼擴散防止層30之方式形成p側塾電極19時，可通過開口部18a取得p側墊電極19與p側歐姆電極15間之導通。以上方式所形成之雷射，其輸出約1〇〇 mW臨限值電流約 100 mA。且與實施例1同樣地，可藉降低熱電阻及驅動電流，提高高溫動作時之可靠性及壽命特性。如此，在具有多數脊狀部之多條型雷射之情形，最好p 側歐姆電極15係在多數脊狀部中連續地形成，且在平行於多數個排列之脊狀部長度方向之最外側之區域中，以露出p 側歐姆電極方式形成擴散防止層30，在該最外側之區域中取得ρ側整電極19與p側歐姆電極15間之導通。即，多數脊狀部並列時，將P側歐姆電極與擴散防止層連續地形成於脊 87944 -28- 200415832 狀邵彼此間 < 部分，在平行於多數個排列之脊狀部長度方向之最外側之區域中，確保由擴散防止層露出p側歐姆電極而與P側墊電極之導通。因此，即使脊狀部彼此之間隔狹窄時，也可一面利用擴散防止層3〇，有效地覆蓋至各個脊狀部之角部’一面確保p側塾電極與p側歐姆電極間之導通。因此，可縮小脊狀部彼此之間隔，並縮小多條型雷射之出射光點直徑。又，可取得較寬之脊狀部彼此之間隔時、及無必要利用擴散防止層30覆蓋至各個脊狀部之角部時，也可不連續地形成p側歐姆電極及擴散防止層，在各個脊狀部14a之兩側取得p側歐姆電極與p側墊電極間之導通。【實施例5】在本貫訑例中，係將本發明適用於非使用氮化鎵系而使用鎵砷系化合物半導體之雷射。本實施例在與實施例丨至4 不同之點在於將n電極形成於基板背面。但由於係使p電極側朝向下側而安裝，故與實施例丨至4同樣地可適用本發明。在n-InGaP基板上疊層n-InP包覆層、n-inGaAsP導光層、 InGaAsP活性層、p_InGaAsP導光層、p_Inp包覆層、卜InGaAsp 接觸層’利用I虫刻至p_InP包覆層之途中而形成脊狀部。在 p-InGaAsP接觸層上形成Au-Zn構成之p側歐姆電極，在 n-InGaP基板之背面上形成All/Ge構成之η側歐姆電極。而，在ρ側歐姆電極上，以覆蓋ρ側歐姆電極與p-InGaAsp接觸層心接合邵之方式形成Si〇2等構成之擴散防止層。而，在p側歐姆電極及η側歐姆電極上形成墊電極後，使{)側朝下側， 87944 -29- 200415832 在安裝用基板或導線框上施行接合，並對^側塾電極另外施行接合。又，使P側電極朝下側係因GaAs系之熱傳導率比 GaN系差，由接近於p側電極放熱較為有利之故。如此所製成之GaAs系雷射與以往未形成擴散防止層之情形相比，壽命可望提高。以上，已將本發明適用於GaN系或GaAs系脊狀波導型半導體雷射之情形予以說明，但本發明並部限定於此。例如，與上述具體例同樣地，可將本發明適用於GaN系或GaAs系以外之in〜v族化合物半導體或InP、ZnSe等之π·νι族化合物半導體構成之脊狀波導型半導體雷射。本發明可利用於可使雷射元件執行動作之全部裝置，例如CD播放裝置、MD播放裝置、各種遊戲機器、DVD播放裝置、電話線路及海底纜線等之基幹線、光通信系統、雷射刀、雷射治療器、雷射指壓機等醫療機器、雷射印表機、顯示器等之印刷機、各種測定器、雷射水平儀、雷射測長儀、田射速度槍、雷射溫度計等光敏機器、雷射電力輸送機等各種領域。【圖式簡單說明】、圖係表示本發明之貫施形態1之脊狀波導型雷射安裝於安裝用基板之情形之模式的剖面圖。圖係表示本發明之貫施形態i之脊狀波導型雷射之脊狀部附近之構造之模式的剖面圖。圖3(a)〜（C)係表示由上面觀察本發明之實施形態2之脊狀波導土田射側半導體層之部分之圖，顯示形成電極等之 87944 -30- ^υυ4ΐ5832 工序。圖4係表示本發明之實施形態4之脊狀波導型雷射之脊狀部附近之構造之模式的剖面圖。圖5係表示以往之脊狀波導型氮化物半導體雷射之一例之模式剖面圖。圖6係表示以往之氮化物半導體雷射之脊狀部附近之模式剖面圖。【圖式代表符號說明】 10 氮化物半導體雷射 11 基板 12 η型氮化物半導體層 13 活性層 14 Ρ型氮化物半導體層 14a 脊狀部 15 16 17 18 19 20 ρ側歐姆電極 η側歐姆電極第1絕緣保護膜第2絕緣保護膜 ρ側墊電極安裝基板 21、22 安裝基板上之電極 23 導電性接合劑（埤料凸塊） 25 、 26 角部 30 擴散防止層 87944

Claims

200415832 拾、申請專利範圍： 1 · 一種脊狀波導型半導體雷射，其係具備夹著活性層之11側半導體層及P側半導體層、形成於前述p側半導體層之波導形成用之脊狀部、將前述脊狀部覆蓋成其頂面之至少一部分露出之絕緣保護膜、歐姆接觸於由前述絕緣保護膜露出之脊狀部之p側歐姆電極及形成電氣接觸於該p側歐姆電極之p側墊電極者；其特徵在於：在前述p側歐姆電極與前述p側墊電極之間形成可防止低溶點金屬擴散之擴散防止層，該擴散防止膜覆蓋至少由前述絕緣保護膜露出之前述脊狀部者。 2 ·如申請專利範圍第1項之脊狀波導型半導體雷射，其中前述擴散防止層更被形成亦覆蓋前述脊狀部之侧面。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之脊狀波導型半導體雷射，其中前述擴散防止層係選擇自氧化物、氮化物或高熔點金屬之1種。 4·如申請專利範圍第1至3項中任一項之脊狀波導型半導體雷射’其中前述擴散防止層係絕緣性。 5·如申請專利範圍第丨至4項中任一項之脊狀波導型半導體雷射，其中前述擴散防止層係選擇自包含Si02、A1N、 SiN、GaN、AlGaN、InGaN、Pt之群中之 1種。 6. 如申請專利範圍第1或2項之脊狀波導型半導體雷射，其中在前述絕緣保護膜上形成有第2絕緣保護膜，前述擴散防止層係由與前述第2絕緣保護膜同一組成所形成。 7. 如申請專利範圍第丨至6項中任一項之脊狀波導犁半導體 87944 200415832 雷射，其中在前述脊狀部附近，將含低熔點金屬之導電性接合劑接合於前述P側墊電極。 8.如申請專利範圍第1至7項中任一項之脊狀波導型半導體雷射，其中前述脊狀波導型半導體雷射之半導體層係由氮化物半導體（InxAlyGai - x-yN，0$x，OSy，x+y $ 1)所形成。 87944