TW200423508A - Nitride semiconductor laser device - Google Patents

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TW200423508A
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Shinichi Nagahama
Tokuya Kozaki
Masahiko Sano
Shuji Nakamura
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Nichia Corp
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Description

2004235 08 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於氮化物半導體雷射元件，特別係關於使用 於光資説處理領域中具有實效折射率型條帶脊狀結構，而 在播扭曲（KINK)之高輸出下可連續振盪之雷射元件。 【先前技術】 近年來’隨著資訊化社會之發展，而需求記憶大量資訊 之私案裝置’特別是期待以短波長之雷射光源作為Dvd等 大谷T媒體之光源，或作為通訊用等光源。本發明人等在 本又中發表以氮化物半導體雷射元件於室溫中以單一模式 波長403 _7毫微米達到連續振盪i萬小時以上。 如上述，達到連續振盪之氮化物半導體雷射元件之下一 踝喊係為了其實用化及進一步擴大應用領域之重要課題， 元件之向輸出化，因而必須實現安定之連續振盪及長壽命。 特別者，供作DVD等大容量光碟之光源所採用之雷射元 件必須為可錄放之光輸出，且振盪橫模式必須為安定性。 具體而j，供作記錄再生之光輸出，必須以5瓜界及3〇 振盪，在該振盪下之電流_光輸出特性必須為無扭曲。 但是，增加對雷射元件之注入電流，以增加光輸出時， 疋件之電流-光輸出特性中，在振盪開始後之線性區域中一 般而言因橫模式會持續不安定化而會出現扭曲。為了使雷 射元件貫用化，在自雷射元件開始振盪後至3〇 之光輸 出區域中，必須製得無扭曲之安定之基本單一橫模式，且 必須可長時間振盪。 94040.doc 200423508 【發明内容】 蓉於上述問題點，本發明之第i目的，係提供自光輸出較 低區域至較高區域之範圍内，基本模式之橫模式形成安定 之振盟，在其範圍内電流—光輸出特性之扭曲不會發生，之 半導體雷射元件，該目的係： 依序積層活性層及在其上之至少一p侧鞘層、及p側接觸 層，自該P側接觸層側至上述活性層上方予以蝕刻，而配置 有條帶狀波導路區域之實效折射率型之氮化物半導體雷射 元件、其特徵為藉如下予以達成： 依前述蝕刻所配置之條帶紋寬度係介於狹條區域丨〜3微 米範圍、 幻述蚀刻木度為在活性層以上，前述P側鞘層殘膜厚度 〇·1微米以下位置處。 即，根據本發明提供具有此類條帶寬度及深度所形成之 波導，在基本模式之橫模式形成安定之振盪，在其範圍内 電流-光輸出特性之扭曲不會發生，之半導體雷射元件。 較佳為在藉前述蝕刻所露出之條帶之兩側面及在該侧面 上所形成之連續氮化物半導體之平面上，形成非矽氧化物 之絕緣膜，在該絕緣膜間具前述條帶之最上層前述P侧接觸 層表面上形成電極。因此，此氮化物半導體雷射元件在正 電極及P側接觸層間之絕緣性大，特別是光輸出變大，即具 驅動電流變大而使其效果顯著之趨勢，而漏電流變少性賴 性高之元件。 較佳則述條帶之寬度以1_2〜2微米為佳。此氮化物半導體 94040.doc 2004235 08 ::::::如超過5毫瓦之高光輸出區域中，形成橫模式 之二折㈣波導結構，而使基本（單一）模式之振覆為良^ 可在廣靶園《光輸出中不發生扭曲之振盪。 上述非矽氧化物之絕緣膜具體 誥、銘、給、in族中至少—種元辛m自^赴、叙、 、ς·π Αι 、 種兀素又虱化物，或SiN、βΝ 、1、Ν中之至少-種，以確保在高區域中元件 性。 门^ Q〒兀件 < 信賴 此寺田射7C件中〈條帶狀波導路區域藉以下製程予以形 ㈣得精度極佳，合格率亦佳之氮化物半導體雷射I 件。此万法係具備在包含第心型氮化物半導體之？側鞠芦 上，和層包含第2之ρ型氮化物半導體之？側接觸層後 _接觸層之表面上形成條帶狀之第η呆護膜之第i製程^ ，將第1保護膜間之該未形成第1保護膜部份之氮化物半導 體:以姓刻’而在保護膜正下部份形成條帶狀波導路區域 (弟2製程’及在第2製程之後，在條帶波導之側面及經蚀 刻而露出之氮化物半導體層平面上形成具有絕緣材之與第 1保護膜相異材料之第2保護膜之第3製程，及在第3製程之 後，除去第!保護膜之第4製程。此時，如本文以下所述， 採用第3保護膜以形成如第！保護膜之預期形狀亦佳。 另外’在如上述之雷射光源之應用方面，雷射元件之特 性需進-步提高’特別是光學特性之提，即半導體雷射之 光波導之雷射光束形狀之縱橫比、遠視野像之改善、防止 漏光等’必須予以改善。具體而言，上述長壽命之雷射元 件係脊狀波導路結構，因而必須實現高精度之橫模式控制 94040.doc 2004235 08 。脊狀波導路結構中，利用蝕刻丄、 度 ^咿鬲度，因改變 了爲效折射率，此類結構之改 又化成對兀件特性之大影響 。故本發明之第2目的# 係田射先束形狀，即UP.(遠視野像） <縱檢比 < 改善。在膚用私伞造 μ 、光菜系、、无或雷射印表機時利用 光子系統將雷射光補正、調整。若上述縱橫比變大，叫 孩補正光學系統之規模變大，而經由該設計、製造或光學 系統之損耗之問題變大。另夕卜氮化物半導體發光元件中 必須具有漏光之傳統問題之對策，而在此雷射元件中會出 現波紋，對雷射元件之應用而言會產生雜音問題。 利用本發明，上述第2目的，係積層活性層，及在其上之 至少一Ρ側導光層、Ρ側鞘層、及ρ側接觸層，自該ρ侧接觸 層至上述活性層上方予以触刻’而配置有條帶狀波導路區 域之實效折射率型氮化物半導體雷射元件， 且係藉前述Ρ側導光層具有狹窄條帶狀突出部，且在該突 出4上具有ρ型氮化物半導體層，該ρ側導光層突出部之膜 厚為1微米以下予以達成。 故，因膜厚1微米以下之Ρ側導光層具有條帶狀突出部， 而實現了傳統無法實現之良好水平橫模式控制，藉此而獲 得良好之縱橫比之雷射光。即此雷射元件在基本模式之連 績振盪下，可獲得良好直束狀之雷射光。另外，前述Ρ側導 光層之哭出邵，及該突出部上之Ρ型氮化物半導體層，藉由 独刻ρ型氮化物半導體側所形成之條帶狀脊狀波導路，經由 I虫刻而形成生產性良好之脊狀波導路，而因此時蝕刻深度 係Ρ側導光層，故可獲直束狀雷射光。 94040.doc 2004235 08 較佳，前述突出部中之P側導光層膜厚，介於15〇〇A(埃） 以上至4_人以下之範圍為佳。可同時實現良好之直束狀β 雷射光，及良好之輸出特性。具體而言，直束狀係可實現 在水平方向(X方向)咖為10。以上之寬廣，外部光學系統 縱橫比亦收歛於易於補正之可能範圍内，因易於應用於光 資訊機器，而具大效果。 又利用在前述Ρ側導光層之前述突出部以外區域中膜厚 介於500 Α(埃）以上至1000 Α以下之範圍，形成良好條帶狀 波導路區域，，而可獲得生產性良好之直束狀良好雷射元件· 。此時，直束狀之在F.F.P·水平方向為在12。〜2〇。之範圍，可… 獲得縱橫比為2.0附近，更進一步為15附近之雷射元件。 另外，前述突出部之條帶寬度，利用其在1微米以上至3 微米以下之範圍，可獲得單一橫模式振盪之良好雷射元件。 又在刖述P側導光層中，利用其突出部高度為1〇〇 A以上 ，可獲得具有良好直束狀之雷射元件，較佳，在5〇〇A以上 時’即使其輸出為高輸出，亦為單一模式振盧。因此，可籲 充分確保在雷射元件之應用時所必須之元件信賴性。 另外’别述p側導光層利用InxGai_xN(〇$ χ<1)，可製得更-佳I光波導，而形成元件特性良好之雷射元件。 另外，本發明之第3目的，自另一觀點而言乃著眼於構成 波導 < 導光層’係利用Ρ側導光層與η側導光層之膜厚差異 獲得直束狀之良好雷射元件。
即本發明之第3目的，係活性層，及在其兩側至少各自積 Μ ' D#I Ρ子尤層、！!側、卩側鞘層、及以則、Ρ側接觸層， 94040.doc -10- 2004235 08 自孩P側接觸層至上述活性層上方予以韻刻，而於條帶狀波 導路區域配置實效折射率型氮化物半導體雷射元件，且係 利用前述P㈣光層細巧光層膜料厚而達錢化物半 導體雷射元件。 藉本發明，不致使闕值電流上昇，而實現良好光閉入效 果’可減少波紋。又在製造時，藉_以形成條帶狀波導 等之時’㈣深度達P側導光層位置之場合，與傳統相比較 ，因可增加蝕刻精度而佳。 前述P側導光層具有條帶狀突出部，且在該突出部上且有 p型氮化物半導體層，該p側導光層突出部之膜厚為i微米以 下時為佳。因此之故，形成條帶狀波導路區域，而可會現 良好橫模式控制’因為形成了具體之實效折射率差之效果 ，輸出光之光束形狀，特別是在平行方向之接合面之FFP 光之寬度比較於傳統式有所提高，縱橫比於元件應用時亦 變佳。另夕卜此㈣學特性之提高，於可將與傳統對等程 度以上之閾值電流抑制於低值及在長壽命下振盪之下，仍 可維持傳統振盡相關之諸項特性。 前述P側導光層之突出部，及在該突出部上之p型氮化物 半導體層，利用自p型氮化物半導體層側之蝕刻以形成條帶 狀脊狀波導路為佳。因為在P側導光層上形成之脊狀波導路 ，可實現在低值之良好閾值電流、長壽命、單一模式下之 安定振盥’且因橫模式閉鎖良好，可獲得縱橫比良好之雷 射光。 前述p側導光層之膜厚為2500人（埃）以上時為佳。雷射光 94040.doc -11- 2004235 08 )皮寺更佳政果之實效折射率發揮則強化水平橫模式 之:鎖效果，可獲得安定而良好縱橫比之雷射光/、 則4P侧導光層〈非突出部區域之膜厚，較佳為湘入以 上至？：入以下。而可實現製造出安定之雷射元件，且元 件<品質不均現象稀少，製造合格率提高。 可述突出部之條帶寬度，較佳為1微米以上至3微米以下 。可控制良好之橫模式，特別是可在單-模式下振盡，即 使在鬲輸出下可抑制扭曲等之發生。 另外，在本發明中前述P侧導光層，利用InxGai_xN(0S χ< 1 )，因可形成良好之光波導而為佳。 、另外，本發明係在上述與本發明相關之雷射元件中以嚐 試提高輸出及元件信賴性為第4目的。 本發明 < 第4目的係在接近活性層侧配置有閉入載子 (CARRIER)用之第i鞘層及閉人光波之第2鞘層層、而在第工 鞘層及第2鞘層間配置導光層之對應適用於上述本發明結 構之半導體雷射元件，且係在活性層上至少與？側第丨鞘層 、及P侧導光層、及p側第2鞘層、及？侧接觸層之一積層， 自該P側接觸層側蝕刻至上述活性層上方，配置有條帶狀波 導路區域之實效折射率型氮化物半導體雷射元件， 其特徵為前述p側導光層具有狹窄條帶狀突出部，同時在 該突出部上具有P型氮化物半導體層，該^則導光層之突出 部之膜厚為1微米以下。
前述P側第1鞘層係載子閉入層，係由AlyGai yN (〇<y<(h5) 製成，而前述P側第2鞘層係光閉入層，係由AlzGai zN 94040.doc -12- 2004235 08 (0<ζ<〇·5 ; y>z)製成，特別是前述P側弟1鞘層由AlxGa1>>xN (〇<y<0.3 5)製成為佳。另外，較佳為前述P側第1鞘層至少由 兩層製成，第1層係在氮氣環境下由AlxGai-xN製成，第2層 係在氫氣環境下由AlxGai-xN製成。 【實施方式】 第1實施形態 在本發明中為形成條狀波導路區域之蝕刻，如圖1之剖面 圖所示形成波導之蝕刻，以下詳細說明P側鞘層、p侧接觸 層。 1 本發明之氮化物半導體雷射元件係在活性層上依序積層 P側鞘層、P側接觸層，且係自P側接觸層側蝕刻而形成條狀 波導路區域。 在本發明中之活性層及P侧鞘層之間，雖然不必予以任何 配置’如以下實例所述，通常如本文後述之實例所示，配 置有波導層、及/或間隔層等（與鞘層分別配置時，間隔層為 用於閉入載子之第1鞘層，上述鞘層之意為用於閉入光之第 2鞘層）D在活性層上直接形成p側鞘層時，在p側鞘層與活 性層界面之間p侧鞘層之膜厚為0· 1微米之位置處，配置有 蝕刻成條帶狀波導路區域。另外，在^側鞘層及活性層間配 置波導層、間隔層等層時，若在膜厚為〇.丨微米之？側鞘層 位置艾下且在發光層之上，實施p側鞘層與活性層間之蝕刻 為佳。此時，觀察圖10，就壽命特性而言，接近活性層位 置處7L件哥命顯著惡化時’形成深度足以迴避此之波導路 區域為佳，在如圖之元件結構中，形成深度不致到達p侧間 94040.doc 2004235 08 隔層之波導路區域。另外，就活性層而言，單一或多重量 子阱結構所製得之活性層亦佳，在此層中n型或p型不純物 摻雜其中亦佳。就組成而言，活性層或構成其量子阱結構 <胖層以採用InGaN為佳。 (P側鞘層） 在本發明中？侧鞘層，雖然為閉入光而配置成足夠折射率 差為佳，但較佳係採用含A1之氮化物半導體層。另外，此 層為單一或多層膜均佳，如具體實例所示，為A1GaN及GaN 人互知層之超結晶結構亦佳。又此層以p型不純物摻雜或不 摻雜均佳。另外，在振盪波長為長波長之〜55〇 之雷 射元件中’此鞘層為摻雜p型不純物之為佳。 (P側接觸層） 在本發明中，卩側接觸層係形成於p侧鞘層之上，與電極 間形成良好之歐姆接觸。 在本發明之雷射元件中，條帶之寬度調整於卜3微米之範 圍時，在基本（單一）模式下可振盪安定之橫模式。條帶之寬 度在不足1微米時不易形成條帶，而在3微米以上時則傾向 於形成多模式，在上述範圍以外有無法形成安定之橫模式 之傾向。較佳為在L2〜2微米之範圍内調整，則在高光輸L 區域會進一步增加橫模式之安定性。 以下針對本發明中之波導路區域予以詳細說明。條帶狀 波導形成時，㈣深度係在活性層之上，而在前述p側鞠層 夂活性層側起膜厚(^丨微米位置處之下。詳細而言，利用蝕 刻以形成波導路區域，該條帶兩側面及連續氮化物半導體 94040.doc -14· 200423508 平面位置即為蝕刻深度。此利用蝕刻所露出之氮化物半導 體平面，其膜厚方向為在膜厚〇1微米之p側鞠層位置以下（ 活性層万向），而在活性層（p侧接觸層方向）以上之位置。即 2 t係I自P側鞘層之下側界面起朝p侧接觸層方向達 〇·ι微米之位置更深（活性層方向），而活性層不露出之深度 以形成條帶狀波導路區域。又在本發明中，在〇 ι微米膜 厚之P側鞘層以下係包含0#1微米之位置。因此，利用蝕刻 未達到活性層《深度以形成波導，大幅度提高了元件壽命 ’特別是在高光輸出之區域，具體而言，在超過5毫瓦之區 域下更為顯著’因而可形成長時間振盪。另外，自劃層 膜厚万向⑽接觸層方向）0.m米至活性層侧 刻之上述條帶，在寬廣之光輸出範園内，具體而言 二τ内’可振盧安定之橫模式，而在此範園内可獲 仔黑扭曲之電流_光輸出特性。 具有上述條帶狀波導路區域，上述條帶 之本發明之雷射元件，在兩射門私/木度 域時，可在不發生盈至光輸出達較大區 在定之單—基本橫模式，係 在和出為5$瓦下元件壽命可超過—萬小時之實用 在輸出為30毫瓦下可超過—又 元件。 艮好可〒特性之雷射 上述氮化物半導體平面係藉料狀 蝕刻而露出之部份，忒添成時之 遂路出面係在條帶側處形成連綠> β 化物半導體平面。因此，上述氮化物半導二連Κ亂 表示條帶狀波導路區域形成時之姓刻深度。位置係 94040.doc -15- 2004235 08 另外，表示敍刻深度之上述膜厚01微米之_稍層之位 置，係自P側鞘層下端界面朝?側接觸層方向達〇1微米之位 置，係自_鞘層開始成長之表面至達米膜厚之位置 ’係在上I波導路區域中P側鞘層膜厚〇1微米以下之位置 形成上述露出之氮化物半導體平面。此時，在_鞘層中， 活性層與P#樓層之間層，並不特加設限，兩層相接為佳， 如後述之實例所示，配置有？側間隔層（閉入載子用之第}稍 層）、Ρ側導光層等之隔離結構亦佳。 此處，活性層係量子阱結構為佳，此時為單一量子阱或 多重量子陈均#，在此活性層以上之位s κ量子 構且至少不深達最後在所形成之障壁層/陈層間持續所形° 成層之間。 本發明中之氮化物半導體發光元件之共振器長較佳若在 400〜900微米之範圍内在控制前後鏡面之反射率下，可降低 驅動電流。 另外，本發明之氮化物半導體雷射元件係在藉前述蝕刻 非矽氧化物之絕緣膜以露出條帶之兩側面及其側面處形成 連績 < 氮化物半導體平面，在介於該絕緣膜間於前述條帶 最上層之該前述P側接觸層表面形成電極之高信賴性物件 。其中通常係採用Si〇2絕緣膜，而為確保足夠絕緣性之狀 悲呈難於達成之傾向。因此所獲之元件，因閾值上昇之故 ，會抽及兀件之信賴性。但是，採用非上述矽氧化物之絕 緣膜時，可解決此類問題，且對上述之橫模式之安定性亦 有良好影響之傾向。就非矽氧化物而言，具體而言係選 94040.doc -16- 2004235 08 匕口鈦釩、锆、鈮、銓、鈕族群中至少一種元素之氧化 物BN SiC、A1N中之至少—種所製得之絕緣膜，則可獲 良好元件賴性之雷射元件。另夕卜，利用藉後述之方法所 开y成义知γ，可製得在上述範圍内精度良好之條帶狀波導 此時，、纟s緣膜之厚度若為5〇〇〜5〇〇〇 Α即足夠。 如以上，具有本發明之條帶狀波導路區域之雷射元件， 係具良好元件特性之物件，且該條帶係藉以下之方法製成 ’因而在本發明之雷射元件中條帶狀波導路區域之精度良 好，且製造上可得高合格率。以下詳細說明其製造方法。 此處，在本發明中’藉蚀刻所形成之條帶之形狀不特定 限制，如圖1之剖面圖所示深度伴隨寬度變寬而呈順式台地 形，為佳，而與此相反則寬度變有呈反式台地形狀，或寬 度王大致-固疋<形狀亦佳。較佳為呈順式台地形狀時則 橫模式有呈安定之基本模式之傾向。 '另外如圖1、2所不，在不同種類之基板之同一面側形 成4正、負電極時’為了將形成負電極之η側接觸層露出 ^而貫施達孩深度之触刻’然後進行形成條帶狀波導路區 域之飿刻。 (條帶狀波導路區域之形成方法） 圖3係供說明本發明之雷打 物车道触曰m… 成万法製程，其係顯示氮化 物半導版晶圓之模式剖面圖 η Μ、々, 圖乃疋表不在對應於藉蝕刻所 形成又條帶波導之垂直方向， 即對應於共振面之平行方向 處切斷時之圖示。本發明之 ^ ^ 罘H私如圖3所示，係在最上 層為Ρ側接觸層13之上形成停 贡狀又弟1保護膜61。 94040.doc 2004235 08 第1保4膜61，特別是不考量絕緣性下，與氮化物半導體 之领刻速度具差異之任—種材料均佳。例如採用梦氧化物（ 包^Si〇2)、光阻等，較佳為然後配置成與所形成之第2保 遵膜呈落解度差，選定對應於酸比第2保護膜更具溶解性之 材料。就酸而言，較佳係採用氟酸，因此對應於氟酸較易 溶解之材料係採财氧化物為佳。第i保護膜之條帶寬度 (W)調整為3微米〜i微米。第}保護膜61之條帶寬度約相當於 波導路區域之條帶寬度。 圖3A、B係.表示供形成前述第2保護膜61之具體製程。即 如圖3A所π，第1保護膜61形成於p側接觸層13之整體表面 ，接著在該第1保護膜61之上形成第3保護膜63。然後，如 固B所示在塗体$亥弟3保護膜6 3，而领刻第1保護膜q之 後，若去除第3保護膜63，可形成如圖3C所示之條帶狀第i 保護膜61。另外，亦可在保留第3保護膜63下改變蝕刻氣體 或姓刻方法等，以自P侧接觸層丨3進行蝕刻。 又如圖3C所示，形成第1保護膜61時亦可採用削去法。即 ，形成條帶狀開孔形狀之光阻層，在該光阻層上形成全面 之第1保護膜，然後藉溶解除去光阻層，僅殘留與{)側接觸 層接觸之第1保護膜。另外以削去法形成條帶狀第丨保護膜 時，如前述圖3A、3B所示，有易於獲得藉蝕刻形成時幾乎 與端面垂直而呈規則形狀之條帶之頻向。 接著在本發明之第2製程’如圖3 D所示，在第1保護膜61 中，自P側接觸層13之未形成該第1保護膜61部份蝕刻，在 第1保護膜61正下部份，對應於保護膜之形狀形成條帶狀之 94040.doc -18- 2004235 08 波導路區域。進行㈣時，㈣終止部在何位置則雷射元 件之結構、特性會不同。 就蝕刻方法而言，例如採用如RIE(反應性離子蝕刻）之乾 蝕刻時，蝕刻在第丨製程所常用之矽氧化物製之第丨保護膜 時，杈佳為採用如0^4之氟元素化合物類氣體，在第2製程 蝕刻氮化物半導體時，係常用其它之ΙΠ〜V族化合物半導體 ’故較佳為加大與所採用之Cl2、ccl4、Sicu氯元素類氣體 、及珍氧化物之選擇比。 接耆在第3製程，如圖3E所示，係與第i保護膜61相異之 材料，而使具有絕緣性之第2保龍62形成於條帶狀波導之 側面，與經蝕刻所露出之氮化物半導體層（在圖3Egp側鞘 層12)之平面。為使第丨保護膜61與形成第2保護膜62之材料 相異，所對應之蝕刻方法中，對第2保護膜具有選擇性。因 此，然後例如使用氟酸單獨將第丨保護膜61除去，接著如圖 所示可在P侧鞘層12之表面（藉银刻所露出之氮化物半 導體之平面）及條帶之側面形成第2保護膜62。藉連續形成 第2保護膜，可保持高度之絕緣性。另外，自第丨保護膜61 之上形成連續之第2保護膜62，因為在p側鞘層12上形成均 勻之膜厚，而不易發生膜厚不勻，故不致發生因膜厚不均 而造成電流集中。另外，因在第2製程中將蝕刻終止部形成 於P側鞘層12中，雖然在圖3E之第2保護膜62形成於p側鞘層 <平面，钱刻終止部形成於P側鞘層12以下，而第2保護膜 不至於應形成於蝕刻止部之氮化物半導體層平面上。 第2保護膜之材料係採用非Si〇2材料，較佳係選自包含欽 94040.doc •19- 2004235 08 、釩、锆、鈮、铪、la族群中至少—
Ώχτ __ Λ1χτ , 種儿素之氧化物，SiN 、BN、SlC、A1N中之至少一種 、給氧化物、BN、Sic為特佳t者為佳’其中採用锆 争佳。此寺材料對應於氟酸 具些許溶解性，但就作為兩丛、 肌敗早…、 麻、 f為田射疋件心絕緣層言與供作嵌埋
2相比，其信賴性有變高之傾向。另外，在如PVD 、CVD之氣相中成膜之氧化物類薄膜，㈣元素與氧元素 不易形成當量反應之氧化物，而 ^ 絕緣性之信賴性有不足之傾向， 耳腰之
、 在本發明中如述由所選定 元素之藉PVD、CVD製得之氧化物、时、队、細與㈣ 化物相比，其絕緣信賴性呈優異之傾向。另外，選定氧化 物讀射率比氮化物半導體小之材料（例如非si〇,極適合 於供作雷射元件之喪埋層。又以㈣化物作為第丨保護膜^ ’則因對應碎氧化物而言，利用其對氟酸具有選擇性，如 圖3E所示，在條帶波導之側面，該條帶所形成之平面（韻刻 ’、止層），及第1保護膜61之表面上連續形成，藉削去法，
僅將第1保護膜61除去，如圖3F所示，對平面而言可形成膜 厚均一之第2保護膜62。 雀接耆在本發明之第4製程中，如圖3F所示，係除去第1保 叹膜61。然後接著如圖3G所示，在第2保護膜62與p側接觸 層13<上，形成與該p側接觸層呈連續電氣接續之p電極。 在本發明中，首先為了先行形成第2保護膜，在此p電極形 成 < 時，不必要在條帶之寬度部份形成單獨之狹窄接觸芦 —r·** — ^ ，可形成大面積。另外，選定兼具歐姆接觸之電極材料 可同步形成兼具歐姆及接合用電極之電極。 94040.doc -20 - 200423508 氮化物半導體雷射元件中在形成條帶狀波導路區域時， 因以滢式蝕刻進行蝕刻較困難，係採用乾蝕刻。就乾蝕刻 而3，因第1保護膜與氮化物半導體之選擇性為重要，故採 用Sl〇2作為第1保護膜。然而在蚀刻終止層平面上亦形成 Sl〇2以作為第2保護膜，其絕緣性不足，且因與第1保護膜 具相同材料，單獨除去第1保護膜即變得困難。因此本發明 中，第2保護膜係採非Si〇2之材料，以獲取第1保護膜之選 擇性，且第2保護膜形成後因不再蝕刻氮化物半導體，第2 保護膜中並無與氮化物半導體之蝕刻速度相關之問題。 第2實施形態 以下於圖17中顯示本發明之實例，於以下文中以此具體 實例詳細說明本發明。本發明之氮化物半導體雷射元件具 體而T，係在基材上積層11型氮化物半導體、活性層、p型 氮化物半導體，且藉自p型氮化物半導體側蝕刻而具有條帶 狀之脊狀結構。 (條帶狀波導路區域） 本發明之氮化物半導體雷射元件係具有在活性層之上部 ，自p側導光層以上處形成脊狀結構之物件。即在基材上， 係η型氣化物半導體所製得之^側導光層、活性層，及p型氮 化物半導體所製得之ρ側導光層之積層結構，ρ側導光層具 有條帶狀突出部係具條帶狀之波導路區域。另外在該突出 部上係由ρ型氮化物半導體層所形成之雷射元件。本發明之 雷射元件’具體而言係具有條帶狀波導路區域之折射率波 導型雷射元件。 94040.doc -21 - 2004235 08 (蝕刻深度） 本發明之雷射元件具體而言’係!!型氮化物半導體所製得 之η側導光層、活性層，及p型氮化物半導體所製得之p側導 光層，及另外在其上之Ρ型氮化物半導體層積層之後，利用 自Ρ型氮化物半導體層側蝕刻，以除型氮化物半導體層 、一部份Ρ側導光層，而形成條帶狀結構。此時，ρ側 層之突出部高度，因係由蝕刻深度所決定’如同後文所述 ，比較於傳統之蝕刻深度之控制性更為提高。另外，蝕= 深度以不達到活性層之深度為要，在本發明中㈣刻至ρ側 導光層之位置。 在本發明中，上心侧導光層之突出部，或條帶狀之脊狀 波導路之形狀雖,然不限定為順式台地型或反式台地型之形 狀’若為順式台地形狀，預期具有可實現良好橫模式控制 之傾向。 (蝕刻方法） 上述侧導光層或脊狀波導路之形成等，在姓刻氮化物 半導體時，有㈣刻、乾㈣等方法，諸如餘刻方面有 反應性離子蝕刻(RIE)、反應性離子束蝕刻(R啊、電子迴 旋加速器（cYCL0TR0N)㈣（ECR)、離子束#刻等裝置， 藉選定任-種適當地㈣氣體即可㈣氮化物半導體。 (導光層） 將活性層包挾於η側導光層及p側導光層之間的結構即形 成波導本4明之雷射疋件藉在p侧導光層上配置條帶狀突 出部而成具有條帶狀波導路區域之物件。 94040.doc -22- 2004235 08 在本發明中，P側導光層係具有條帶狀突出部，具體而言 係在此突出部上形成㈣氮化物半導體以構成雷射元件。具 體而言，係在P側導光層形成脊狀波導路之雷射元件。另= ’此突出部如上述具體而言，係自㈣氮化物半導體側蚀刻 而成，而在P侧導光層之膜内形成蝕刻終止部。在本發明中 ，此P側導光層具有條帶狀突出部，且該膜厚（突㈣… 微米以下。此處，膜厚即相當於p側導光層成長時之膜厚， 在P侧導光層形成後藉上述触刻以形成突出部時，因除去了 -部份預選定P側導光層之膜厚，突出部之膜厚即成為p側 導，層膜厚。此時，P側導光層之膜厚超過】微米而大幅度 提高了閾值’造成雷射振餘_，而造成振靈及元件壽 命極短之雷射元件。較佳為_導光層之膜厚，即突出部之 膜厚在1500 A以上至_〇 A以下之範圍。即較15GQ A薄時 則雷射光之F.F.P.不夠良好，或膜厚超過侧切，則振盡 起始電流有上昇之傾向。具體而言，較i5〇〇 A薄時則水平 橫模式之控制不足，該F.F.p.在χ方向形成1〇。以下之光束形 狀，結果，縱橫比成為大於2.0以上，在3〇附近或超過。 另外、，二由触刻，形成上述脊狀波導路、突出部時，亦 必須考慮生產性。此與蝕刻深度關聯者，為精度，例如在 晶圓内之元件之間常發生不平均現象而必須避免之。具體 而言’深度超過〇·7微米之钱刻’形成上述條帶狀突出部（ 脊狀）時’呈急速發生上述問題之頻向，因此較佳為實施淺 層關。即在本發明中，較佳為調整脊狀之高度而在上述 範圍内形成雷射元件。此處’脊狀之高度具體而言係在上 94040.doc -23- 2004235 08 述哭出部以外區域，p側導光声之 突出部側面之連綠平胃 ，即自藉蝕刻露出之 連，千面間始，在形成於 氮化物半導體層膜厚方向之高度 ：：卢严 平面至突出部之上面之高度，另 出…度係自該 最上面係敍刻開始位置。 w氦化物半導體層之 (突出部之高度） ::，在本發明之上心侧導光層中，可預期突出部之高 度^向，則振盖起始電流有降低之傾向。即連帶韻刻變深 均口^知出<安足性，而對雷射元件之應用提供諸多 p輸出增加則實現單-模式之安定性«，且因振 ，起始電流艮好而大幅度抑制了元件之劣化，而具有在長 哥命下實現連續振盪之效益。 除以上之外’在利用钱刻形成之時，藉韻刻露出所形成 《表面’即在_導光層之突出部以外區域之上面之平坦性 亦具重要性而予以考慮。此藉韻刻，以形成上述條帶狀突 出部之時’藉此《以露出之_導光層之表面之膜厚方向 位置’因呈現部份不平均，此係產生元件之間不平均之原 因，故亦有考慮之必要。另外，形成比較微小之上述條帶 上之突出部’及觀察到該露出之？側導光層之上面，在晶圓 内於該深度下（於突出部以外區域之“則導光層之膜厚）產生 不平均’因此原因，所獲得之雷射元件之輸出特性，產生 光學特性不均勻。具體而言p側導光層之膜厚在5〇〇 A以上 ，較佳在500人以上至1500人以下範圍蝕刻所剩深度，則形 成上述之P側導光層之突出邵。此膜厚5〇〇 A以上所剩之深 94040.doc -24- 2004235 08 度，及較p側導光層更深之蝕刻，幾乎無所殘留，而形成精 度良好之突出部。另外，在1500 A以上時，則上述振盪起 始電流會呈上昇，而使橫模式之控制性呈變差之傾向。更 佳，在500 A以上至1000 A以下可獲得在閾值下振盪、橫模 式之控制良好之雷射元件。 在本發明中，P側導光層之組成，並不加以特別限制，若 由氮化物半導體形成，則在波導形成足夠能量帶者為佳， 單一膜或多層膜亦佳。例如，在370〜470 nm處採用掺雜GaN ，而比此更長波長下則採用InGaN/GaN之多層膜結構。 另外，在本發明中，藉以η側導光層及p側導光層包挾活 性層之結構以構成波導，該膜厚之總合，即以兩導光層包 挾之區域之膜厚較佳為6000 Α以下，更佳為在4500 Α以下 。然而因上述波導之膜厚之總和，超過6000 A時會使振盪 起始電流急速增加，而使基本模式下連續振盪變為極困難 ，在45 00 A以下時，則可抑制類此之振盪起始電流增加， 可達到以基本模式且長壽命下之連續振盪。 在本發明中，雖然η侧導光層並不加以限制，具體而言大 約與ρ側導光層膜厚大致相同，以形成η側導光層，係以兩 導光層包挾活性層所製得之結構。另外，η側導光層較佳係 以GaN、InGaN成長之，具體而言，係在未摻雜之GaN、活 性層附近交互積層較傳統In之混晶比小之InGaN、及GaN等 多層膜。此處，InGaN係指GaN中包含In之三元混晶。 在本發明之氮化物半導體雷射元件中，在上述ρ側導光層 之上所形成之ρ型氮化物半導體層，具體而言，如實例所示 94040.doc -25- 2004235 08 係P側鞘層、p側接觸層等之積層。因此，在本發明中，在p 侧導光層之突出部上所形成之p型氮化物半導體層係在形 成條帶狀下形成脊狀波導路。 在本發明中，在導光層與活性層之間形成間隙層亦佳。 例如，在活性層與P侧導光層之間可形成由摻雜不純物 製得之p側間隙層。此時，所形成 <條帶狀脊狀波導路，深度達到P側間隙層，此造成不佳之 元件壽命低下之傾向，在此類場合如上述，在？側導光層之 處配置條帶狀突出部結構，較佳另外具有脊狀波導路。 在本發明中，脊狀波導路之條帶寬度或在？側導光層之突 出卩之寬度，在丨微米至3微米以下之區域範圍可控制 良好之橫模式。在此上述中，以單―橫模式實現比較 請之振i，或在上述P侧導光層中形成脊狀波導路，可實 見:疋且精度良好《光束形狀之控制（良好之。此時 :若不足1微米時，在製造上，條帶狀脊狀結構或上述突出 形成變得困難’合格率降低’若超過3微米則水平模式 之控制呈現困難之傾向。 在本發明中構成氮化物半導體雷射元件之氮化物半導 係以1〜八1抑1.”叫0^>^1，〇 ,# .. 〜y = ，〇 = x+y $ 1)表示 係虱化鎵以外之3元類、4元 曰 每 、身< w日曰寺。在本發明中 上述貝例如示，係以上述組成、 _ 成式所表不之氮化物半導體 件，如上述之雷射光橫模 先束开y狀<控制達最佳之傾向。 此處，F.F.P.之水平方向（ n(x万向），如圖11所示係以與接 94040.doc -26 - 2004235 08 面（或Pn接合面）平行之方向（圖中之箭頭⑷方 该万向<橫模式記為水平橫模式。 丁<在 父11係說明’在本發明中雷射元件之光學特性，特 =射^光點形狀'遠視野像(f.fp.)(a)之模式圖= 在出射面之點形狀⑷在與接合面平技方向延伸‘，又 而在之X方向⑷為1〇。以下且變狹窄，比亦 是在本發明中，如圖所示點形 又工~ 者相同，係在水平方向，”軸=轴万向雖然與傳統 巾万门I 縱軸万向之延伸會變狹窄， • .P.(A)ix万向較傳統者為寬，具體而言呈12。，。為佳 且縱橫比亦成2.0前後為佳。因此，輸㈣性、元件信賴性 不致惡化’改吾光學特性後，如上述般，係藉配置有條帶 狀哭出部之p側導光層，將具有良好實效性折射率之條帶狀 波導路區域形成於雷射元件上。另外如上述，與傳統者相 比’藉增加P側導光層之膜厚，或增㈣其上加如侧導光 層膜厚之兩波導層之總膜厚，雖然在圖上與接合面垂直方 向（y方向）之光束會延伸’藉控制減少繞射效應，此亦對於 本發明之雷射元件之光學特性’特別是縱橫比之改善有所 助益。即不僅如上述控制水平橫模式’與傳統者相比，在 F.F.P.iy*向光之延伸受到抑制，而可獲得將傳統在垂直 方向為扁平之遠視野像（Far. Field. Parttern)變成接近圓形 之雷射光。 第3實施形態 以下採用具體例說明本發明之實施方式。本發明之氮化 物半導體雷射兀件具體而言，係在基材上具有由11型氮化物 94040.doc -27· 2004235 08 1導體製得之η侧導光層、及活性層、由？型氮化物半導體 製得之ρ側導光層之積層結構，且如圖17所示，與第2實例 相較，除了 ρ側導光層之膜厚比η侧導光層之膜厚更厚之外 其餘相同。 ，本發月之氮化物半導體雷射元件，係以ρ侧導光層及^側 導光層包挾活性層之結構構成波導，且ρ側導光層之膜厚比 η側導光層之膜厚更厚，而具有良好之雷射光。藉包挟此活 性層之ρ側導光層與η側導光層之膜厚差異，在膜厚方向之 光分布足增益分布會偏移，而經由控制傳統橫模式之變化 f生可產生良好的雷射光。另外，閉入光則亦增加該效應 ’而抑制波紋之產生。 “ (條帶狀波導路區域） 本發明之氮化物半導體雷射元件係在上述之導光層之膜 厚追加非對稱 < 包挾活性層，而具配置有條帶狀波導路區 域以控制橫模式、折射率波導型結構之物件。即在基材上 ，係11型氮化物半導體所製得之η侧導光層、活性層，及？型 氮化物半導體所製得之Ρ側導光層之積層結構，ρ側導光層 具有條帶狀突出部係具條帶狀之波導路區域。另外，本^ 之田射元件係在該突出部上形成ρ型氮化物半導體層之 雷射兀件。具體而言係具有此類條帶狀波導路區域之折射 率波導型雷射元件。 (蝕刻深度） 本發明（雷射元件具體而言，係η型氮化物半導體所製得 之η侧導光層、活性層，及ρ型氮化物半導體所製得之ρ側導 94040.doc -28- 2004235 08 光層及另外在其上型氮化物半導體層積層之後，利用 自P型鼠化物半導體層側㈣，以除去？型氮化物半導體層 、-邵份P側導光^，而形成條帶狀結構。此時，p側導光 層《哭出邵高度，因係由蚀刻深度所決定，如同後文所述 ’比較於傳統之_深度之控制性更為提高。另外，㈣ 深度以不達騎性層之深度為要，在本發明巾鶴刻至_ 導光層之位置。 在本發明中，上述P侧導光層之突出部，或條帶狀之脊狀 波導路之形狀雖,然不限定為順式台地型或反式台地型之形 狀’若為順式台地形狀，預期具有可實現良好橫模式控制 之傾向。 (蝕刻方法） "上述側導光層或脊狀波導路之形成等，在蝕刻氮化物 半導體時’有溼蝕刻、乾蝕刻等方法，諸如乾蝕刻方面有 反應性離子蝕刻（RIE)、反應性離子束蝕刻（ribe)、電子迴 旋加速器蝕刻（ECR)、離子束蝕刻等裝置，藉選定任一種適 當地姓刻氣體即可蝕刻氮化物半導體。 (導光層） 、將活丨生層包挾於n側導光層及p側導光層之間的結構即形 成波導。本發明之雷射元件藉在P侧導光層上配置條帶狀突 出部而成具有條帶狀波導路區域之物件。 (P側導光層） 在本發明中，包挾活性層之η側導光層、p側導光層之膜 厚相異，？側導光層之膜厚為較厚。另外可預期者，因p側 94040.doc -29- 2004235 08 2光層係具有條帶狀突出部，具體而言係在此突出部上来 元:牛且丰導體，以構成具有條帶狀波導綱^ 疋件0具骨豆而耳，作左/ 結果，縱橫比成為大於編上。此時，特別是在本發明中 ’P側導光層之膜厚在测人以上時，與包挾活性層之波導 層之膜厚相同者比較時，確定可抑制使閾 (傾向，如本發明之p側導光層之膜厚變厚且具有非對稱波 導之作法呈有利之傾向。 ^ p、導光層形成脊狀波導路之雷射元 :。另外，此突出部如上述具體而言，係自p型氮化物半; 骨豆側則而成，而在_導光層之膜㈣絲刻終止部。此 處’ P側導光層之膜厚膜厚即相當於p侧導光層成長時之膜 厚，在P側導光層形成後藉上述㈣以形成突出部時， 去了一部份預選“侧導光層之膜厚，突出部之膜厚即成為 以則又先層膜厚。此時，P側導光層之膜厚超過m米而大幅 g局了閾值，造成雷射振a極困難，而造成振盡及元件 壽命極短之雷射元件’因此要求p侧導光層之膜厚為丄微米 以下3外’較佳為p側導光層之膜厚即突出部之膜厚在 1500 A以上至5_人以下之範圍。因為較测切時則雷 射光SF.F_P.不夠良好’或膜厚超過5_騎，則振靈起二 電流有上昇之傾向。具體而言，較测A薄時則水平橫模 式之控制不足，該F.F.p.在χ方向形成1〇。以上之光束形狀， 另外，經由蝕刻，形成上述脊狀波導路、突出部時，亦 必須考慮生產性。此與蝕刻深度進一步關聯者，為精度， 例如在晶圓内之元件之間常發生不平均現象而必須避免之 94040.doc -30- 2004235 08 二體人而言，深度超過。·7微米之餘刻，形成上述條帶狀突 狀）時，呈急速發生上述問題之傾向，因此較佳為實 她淺層蝕刻。即在本發明中， u_ 罕乂佳為凋整脊狀之高度而在 上述範園内形成雷射元件。此 ^ 、 匕處大出邵之高度具體而言 係自在上逑笑出邵以外區域 、 側事先層<平面，即自藉蝕 刻路出又哭出邵側面之連锖 …、人、'、山〈連、，千面，至哭出部，脊狀之高度 係形成於孩哭出部上之p型氮 声士 A 、二、 〜卞亨k層為止，指向薇膜 知万向 < 咼度’而P型氮化物半 Γ壤 奶千译隨層〈最上面係蝕刻開始 位置。 . (突出部之高度） 另外’在本發明之上述側壤 很1導先層中，可預期突出部之高 度·交鬲，則振盪起始電流有降 奪低倾向。即連帶蝕刻變深 ’而牦加了輸出之安定性， 而士辑射凡件之應用提供諸多 效姐。即輸出增加則實一 湯相一、、 Λ兄早才旲“安疋性振盪，且因振 k九始电说艮好而大幅度抑 A A 抑制了兀件又劣化，而具有在長 竒命下貫現連鲭振湯 > 斜2 士、，丄 部之合产Ainu P側導光層中，因突出 口 度為1〇〇 a以上，而可猶俨 从 而了獲侍具艮好光束形狀之雷射元 件’可預期者，在500 A 、田射疋 ⑯ 上時就知出而I ’亦可在高輸出 下進仃早一梃式振盪。 ♦ C 田射兀件又應用中必須可占 整地確保元件之信賴性。 /、了疋 2以上之外’在藉㈣以形成之場合，經由_ 之表面之平坦性才；名 各出 —、考慮4佳。此藉《以形成上逑侔 …出邵之時，該藉钱刻所露出之ρ側導光 ： 置’以膜厚方向’為在元件之时產生某種程度 94040.doc 2004235 08 之區域，因此必須考慮此不均勻現象。且 ，、随而S，P側導光 層之膜厚500人以上，較佳為5〇〇至1〇〇〇 、 A下範圍所剩之深 度予以姓刻，而形成上述P側導光芦乏佘
爷尤層艾犬出邵。此膜厚500 A 以上之殘留較，及較P側導光層更深之_，幾乎無所殘 留’而形成精度良好之突出部。另外，在1000人以上時， 則上述振盛起始電流會呈上昇，而使橫模式之控制性呈變 差之傾向。 在本發明中，P側導光層之組成，並不加以特別限制，若 由氮化物半導體形成，則在波導形成足夠能量帶者為佳， 單一膜或多層膜亦佳。例如，在370〜480 nm處採用摻雜GaN ，而比此更長波長下則採用InGaN/GaN之多層膜結構。 另外，在本發明中，藉以η側導光層及p侧導光層包挾活 性層之結構以構成波導，該膜厚之總合，即以兩導光層包 挟之區域之膜厚，較佳為5〇〇〇 A以下，更佳為在45〇〇人以 下。然而因上述波導之膜厚之總和，超過5000 A時會使閾 值上升’而進一步超過7000 A時會使振盪起始電流急速增 加’而使基本模式下連續振靈變為極困難，在45〇〇 A以下 時，則可抑制類此之振盪起始電流增加，在基本模式且長 哥命下可達到連續振盪。 在本發明中，除了 η側導光層較p側導光層膜厚為薄之外 並不特別加以限制，係以兩導光層包挾活性層所製得之結 構。另外，η側導光層較佳係以GaN、InGaN成長之，具體 而言，係在未摻雜之GaN、活性層附近交互積層較傳統jn 之混晶比小之InGaN、及GaN等多層膜。此處，InGaN係指 94040.doc >32- 2004235 08
GaN中包含In之三元混晶。 在本發明之氮化物半導體雷射元件中，在上”側導光層 <上所形成愁P型氮化物半導體層，具體而言，如實例所示 係P侧鞘層、P側接觸層等之積層。因此，在本發明中，在p 側導光層之突出部上所形成之p型氮化物半導體層係在形 成條帶狀下形成脊狀波導路。 在本發明中，在導光層與活性層之間形成間隙層亦佳。 例如’在活性層與p側導光層之間可形成由摻雜㈣不純物 之AUGai.xN㈣…）所製得之p側間隙層。此時，條帶狀 脊狀，導路，所形成之深度達到―間隙層，此造成不佳之 元件壽命低下之傾向，在此類場合如上述，在p側導光層之 處配置條帶狀突㈣結構，較佳另外具有絲波導路。 在本發明中，脊狀波導路之條帶寬度或在p側導光層之突 出部之條帶寬度’在i微米至3微米以下之區域範圍且可控 制艮好之橫模式。在此上述範圍中，以單—橫模式實現比 =艮好<振盛’或在上述P側導光層中形成脊狀波導路，可 :見女疋且精度艮好之光束形狀之控制（良好之F F.P.)。此 若不足1微米時，在製造上，條較絲結構或上述突 邵K變得困難，合格率降低，若超過3微米則水平模 式 < 控制呈現困難之傾向。 ^本發明中構成氮化物半導體雷射元件之氣化物半導體 :、1 :xA1LGai”N(e G1，β 01 ’ β 1)表示之 ，、氮化鎵以外之3元類、4元_ 曰寺。在本發明中如 、實例如示，係以上述組成式所表示之氮化物半導體所 94040.doc -33- 2004235 08 製得之在基材上積層之雷射元件，如上述之雷射光橫模式 、光束形狀之控制達最佳之傾向。 此處，F.F.P.之水平方向（X方向），係以與接合面（或接 合面）平行之方向表示之，係圖20中遠視野像（FFp)(A)之χ 方向（d)，在該方向之橫模式記為水平橫模式。 在本貝例中，在包挾/舌性層之導光層内，p側導光層之膜 厚比η侧導光層之膜厚更厚而具有非對稱之結構，在藉兩導 光層包挾活性層之波導路區域内，與傳統之雷射元件比較 ，即光分布與增益分布會偏移，而經由與控制傳統橫模式 不同之方法，可獲得預期光束形狀之雷射光。 較佳為Ρ側導光層具有條帶狀突出部，因此形成如上述之 條帶狀波導路區域，而形成實效之折射率分布。具體而言 ，如圖20所示，具有條帶狀突出部之“則導光層側，出 射光 <雷射光點（a)偏移，可實現良好水平橫模式之控制。 藉此，傳統條帶結構之雷射元件中，FFp·之水平方向（乂方 向）、交狹窄，雖然縱橫比為3以上，在本發明中為了良好控 制此水平方向之橫模式，與傳統相比縱橫比呈顯著良好。 另卜-在本發明中，活性層係包含In，例如inGaN之三元 匕曰曰之氮化物半導體，在此情況下，活性層之發光因活性 層内之In ’而必須考慮光之散射。即來自活性層之光，利 用丨層内光繞射物質ln以承接損失而不阻礙提高輸出之 、，本I明之雷射元件如以上所述，利用包挾活性層之 導光層’ ？側導光層之膜厚較厚，因而以不同於傳統之波 導方式獲侍雷射光，故減少了因上述光繞射物質所致之損 94040.doc -34- 200423508 失利用使導光層之膜厚變厚，而形成填補閾值電流上昇 I田射7C件。以此為主，在膜厚方向之波導内因光分布之 增盈分布偏移，在具有上述光繞射物質之差異性區域（活性 層）5她光之分布性波導。因此，藉減少上述之光繞射損 /、〜果為，涊足可能在閾值電流與傳統相比為相同值 或、下值之振盟。因此，比較於傳統之導光層之膜厚，特 別是p側導光層之膜厚變厚則具有抑制閾值電流上昇之傾 向在本發明中藉減少上述光繞射之損失，在闕值電流與 傳統為相同程度之狀態，可獲得雷射光束形狀良好之雷射 元件。 另外在W2G中，在出射面之光點形狀⑷於與接合面平行 炙万向變寬，在F_F.R之X方向（句為1〇。以下之窄縱橫比亦 ’又差。但疋在本發明中，如圖所示，光點形狀之縱（長手） 方向與傳統者相同而位於水平方向，該縱方向之寬度變有 ，F.F.p.(A)之X方向較傳統者為寬，具體而言為12。〜2〇。，因 良好而使縱橫比為良好之2.0前後。因此輸出特性、元件信 賴性不致惡化’光學特性得以改善，如以上所述，條帶^ 突出部係藉配置有p側導光層，將具有良好實效折射率之條 帶狀波導路區域形成於雷射元件上之物件。另外，如以上 所述，與傳統相比，追加p侧導光層之膜厚或11側導光層之 膜厚，使總膜厚增加，因此在圖中接合面之垂直方向（力方 向之光束變見’藉減少繞射效果之控制，此亦對本發明之 雷射元件中之光學特性’特別是縱橫比之改善有所助益。 即，不僅控制了如上述之水平橫模式，亦可抑制FFp·之^ 94040.doc -35- 2004235 08 方方向光之寬度，而可獲得比在傳統之垂直方向呈扁平遠 視野像（A)更接近實圓之雷射光。因此，p侧導光層之膜厚 較η側導光層厚時，則不僅RFR在X方向、且在y方向之光 束形狀之改善有所助益，此對達成本發明之效果具重要性。 第4實施形態 在本實例中，P側間隙層即用以閉入光之第丨鞘層成長於 活性層上。p型第1鞘層係由掺雜鎂之AldGai dN(〇<dS 1)製 得’較佳為d在0·1以上及〇·5以下，更佳為設定在〇35以下 範圍。在本發明中第1鞘層雖然係適用上述範圍之混晶比， 其詳細如後述。 另外，Ρ型第1鞘層整體之膜厚係10埃以上1000埃以下， 較佳為設定在20埃以上400埃以下Qp型第丨鞘層整體膜厚設 定在此一範圍之理由如下。 即以A1GaN層作為ρ型第i鞠層之場合，可發揮閉人載子 機能之效果，A1GaN層係比較於包含銘之氮化鎵類半導體 係具有高整體阻抗。因此，必須藉形成第㈣層以抑制發光 元件之阻抗值上昇，因而設定在咖埃以下，較佳為彻埃 以下。 另外，此p型第1鞘層之原本機能係上 閉入載子機能 ，為發揮孩機能之效果，該膜厚設定在10埃以上， 、 20埃以上。 ’父佳為 、 〜〜间，你石怔層&内具有閉入載 效果，且整體阻抗值可抑制在低值。 又P型弟1鞘層之4美掺雜量在立方八、 94040.doc -36- 200423508 =公分為佳。接雜量設定在此範園，則使整體阻抗進—步 7 ’在後述非掺雜成長之㈣波導層上擴憾時，於更薄 型波導層上可使鎂含量在1X1G16/立方公分〜lxl〇18/ 亙公分之範圍内。 此處特别者，雖然本實例中P型第_層可由从叫-以製 狀第^型氮化物半導體，及在其上之由^得之 'P 土氮化物半導體等2層所構成，本發明並不加以限制 、’超過2層亦可’例如’第2 P型氮化物半導體由多數層予 以積層亦佳。 另外各層义鋁混晶比並不加以特別限制。但是在以 AWa』表示第lp型氮化物半導體時，銘混晶比a若為〇以 上，則可達到抑制活性層分解之效果。為了發揮此機能， =為形成之a>G之AUGai_M，其係在氮化物半導體中具 較向您點之化學安定性層，可配置在活性層附近，而可達 到抑制活性層進-步分解之效果。另外在本發明中，第^ 型氮化物半導體層及第2 P型氮化物半導體層之各銘混晶比 a、b’較佳為比g.r，更佳為纽2大，則在活性層之間可 具良好之補債《償）(形成電位屏障），可實現無載子溢流 (ERFLOW)之良好載子汪人。此時第！ ”氮化物半導體 層及第2 p型氮化物半導體層較佳係同一組成，即a=b，在 此條件下，於製造_各來源氣體、不純物氣體之供給量 容易調整’且控制性高，可成長得安定而精度佳之第^型 氮化物半導體層及第2p型氮化物半導體層。 接著說曰月第i P型氮化物半導體層及第2 p型氮化物半導 94040.doc -37- 2004235 08 體層之成長條件。 就成長溫度而言，第lp型氮化物半導體層在較第2 p型氮 化物半導體層更高之溫度下成長為佳。 土
特別者，第1 p型氮化物半導體層之具體成長溫度在綱。C 以上為佳’更佳為850〜95代左右，活性層之成長溫度設定 在相同之溫度。 又第2 P型氮化物半導體層之成長溫度較佳設定為較活 性層 <成長溫度高loot之溫度，因此可形成具有更佳結晶 性之AlGaN層.。 、"^曰 、另外’/ip型氮化物半導體層及第2?型氮化物半導體層 义成長環境較佳為不同之環境。即第lp型氮化物半導髀層 與活性層較佳在幾乎相同之環境成長，如此可防止活^ 之^解。又第2 p型氮化物半導體層在對形成氣好補償較佳 之環境下成長。如此經由2層結晶成長形態之差異第丄p 型氮化物半導體層供防止活性層分解，第2 p型氮化物半導 體層可擔當實現良好之補償，使各層具有各自之特有機能 三具體而言’第Ip型氮化物半導體層之成長環境係仏，而 第2p型氮化物半導體層之成長環境係&，因而可形成各自 具上述機能之各層，而可獲得具有良好發光特性之元件。 另外由前述至少2層構成時之p型第丨鞘層之各層膜厚，為 了將藉P型第i鞘層所形成之發光元件之Vf(順向轉）上昇 ::制降低，較佳第。型氮化物半導體層設定在1〇〜⑽埃之 範圍’第2p型氮化物半導體層設定在1〇〜300埃之範圍。另 外’為了將Vf之上昇抑制在更小值，更佳為將第ip型氮化 94040.doc -38- 200423508 將第2 P型氮化物半導 物半導體層設定在10〜30埃之範圍 體層設定在10〜100埃之範園。 ;、乂後’將p型波導層成長於刑篦 〜π % p空罘1鞘層上。型波導層条 佳係由未摻雜之之GaN所製得$ 、# ^ 1侍又虱化物半導體成長而形成 0膜厚較佳為〇· 1〜〇·〇7微夹，胳序、去ζτ，斤 攸木，腱厗達到此範圍時則起始值可 降低。另外如以上所述’雖然㈣波導層係以非摻雜層方式 成長，摻雜於Ρ型第丨鞘層7中之鎂擴散時，係在 ΧΙΟ18/立方公分之範圍内含有鍰。 在Ρ型波導層上形成與上述實施例相同之口型第2鞘層，以 實施光之閉入。 以下根據實例進一步具體說明本發明。 [實例1] 圖2係關於在本發明之一實施例中所示之雷射元件之模 式剖面圖，係條帶波導在垂直方向剖斷時之示意圖。以下 根據此圖以說明實例1。 (緩衝層2) 將由監寶石製付之以直徑1英忖，c面作為主面之異種基 材1放置於MOVPE反應容器内，使溫度達5〇〇°c，採用三甲 基鎵（TMG)，氨氣（NH3)，以成長膜厚200 A之由GaN製得之 緩衝層。 (氮化物半導體（基礎層）4) 緩衝層長成後，使溫度達l〇5(TC，採用TMG、氨，以成 長膜厚4微米之由無摻雜之GaN製得之氮化物半導體層4。 此層係供作形成元件結構之各層成長時之基礎層。 94040.doc -39- 200423508 (η側接觸層5) 接著，採用氨及TMG、供作不純物氣體之矽甲烷，在氮 化物半導體基材1上，於l〇5〇°C下，成長膜厚4微米之由接 雜3x1 〇18/立方公分矽之GaN製得之η側接觸層5。 (防止破裂層6) 接著，採用TMG、ΤΜΙ(三甲基錮）、氨，於8〇〇°C下，成 長膜厚0.15微米之由In〇_G6Ga().94N製得之防止破裂層6。然而 此防止破裂層可予以省略。 (η侧鞘層7> 然後，於1050°C下，採用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG、氨， 成長膜厚25A之無摻雜Al〇.i6Ga().84N層，接著停止TMA，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25A之摻雜IX 1〇19/立方公分硬之n 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚1.2微米之超結晶製得之η側鞘層7。 (η側導光層8) 接著，停止矽甲烷氣體，於l〇5(TC下，成長膜厚〇1微米 之無掺雜GaN製得之蝴導光層8。此讀〗導光層8摻雜n型不 純物亦佳。 (活性層9) 接著’使溫度達到800°C ’成長膜厚1〇〇 A之摻雜石夕之由 Ino.osGao.MN製得之障壁層，接著在同溫度下，成長膜厚4〇 a 之無摻雜InuGao.sN製得之凹槽層。交互積層障壁層及凹槽 層2次，最後以障壁層結束之，成長得總膜厚38〇 A之多重 里子阱結構（MQW)之活性層。活性層亦可如本實例不予摻 94040.doc -40- 2004235 08 雜，或摻雜η型不純物及/或p型不純物亦佳。不純物亦可掺 雜於凹槽層及障壁層兩者，亦可摻雜於任一層。另外，僅 障壁層摻雜η型不純物則易於使閾值降低。 (Ρ側間隙層1 0) 接著’使溫度達到1050°C以上，採用TMG、ΤΜΑ、氨氣 、CpWg(環戊間二晞基鎂），成長膜厚3〇〇 a之摻雜丨X 1〇2〇/ 立方公分鎂之由ρ型Alo.sGao^N製得之障壁能帶較ρ側導光 層11更大之ρ侧間隙層7。 (P側導光層11) 接著停止Cp2Mg、TMA，在1〇5〇。(：下，成長膜厚0.1微米 之由按摻雜GaN製得之障壁能帶較p側導光層丨〇更小之ρ侧 導光層11。 此P侧導光層11 ’即雖然係嚐試在無摻雜狀態下成長之， 鎂會自P型第1鞘層、P型第2鞘層之相鄰層產生擴散，實際 上鎂4濃度達5X1016/立方公分，而形成具掺雜鎂之層。 (P側鞘層12) 接著在1050 C下成長膜厚25 A之無摻雜A1Q 16Ga〇.84N層 然後，停止CpzMg、TMA，成長膜厚25 A之無摻 雜GaN層
12。P側鞘 鋁之氮化物半導體層為佳， 氮化物半導體層，在交互積層障壁 體以製得超結晶之場合，雖然在層 物時，即實施所謂不規則摻雜，則 兩側摻雜相同量亦佳。鞘層12以含 佳’較佳係AlxGabxNfCKxcl)，更佳 94040.doc -41 - 2004235 08 者則為由GaN及AlGaN積層之超結晶結構。利用_鞘層12 所製得之超結晶結構’因可提高在鞘層整體中之銘混晶比 ’而使鞘層本身之折射率變小，接著因障壁能帶變大，而 使降低閾值方面非常有效。另外，藉形成超結晶，因很少 在鞘層本身發生具凹陷之超結晶，短路之發生率亦降低。 (P側接觸層13) 最後，於1050°C下，在p侧鞘層9之上，成長膜厚15〇入之 摻雜1 X 1 020/立方公分鎂之由口型㈣製得之p侧接觸層。p 側接觸層雖然可由p型之InxAlyGainN(()$x、、x+0 1)構成，較佳為若GaN掺雜鎂，可獲得具最佳歐姆接觸之p 電極20。接觸層13因係電極形成層，較佳為具i χ ι〇η/立方 a刀以上回載子濃度。較lx 1〇ΐ7/立方公分低時電極欲獲得 車乂佳iv姆接觸則傾向於困難。另外，以GaN作為接觸層之 組成，則較易獲得良好歐姆接觸之電極材料。 將如上述氮化物半導體成長得之晶圓自反應容器取出， 在取上層側接觸層表面上形成由以仏製得之保護膜，利 用RIE(反應性離子蝕刻彡藉以以4氣體予以蝕刻，如圖i所示 ，η電極形成而使11側接觸層5之表面露出。對此類氮化物半 導體加深蝕刻時以Si〇2作為保護膜最適合。 接著，針對上述條帶狀波導路區域之形成方法加以詳細 說明。首先，如圖3A所示，在最上層之p側接觸層13之整體 表面上，藉PVD裝置，在形成由矽氧化物（主要為si〇2)製得 之膜厚0.5微米之第1保護膜61後，在第丨保護膜61之上依預 定形狀之光罩，形成由光阻製得之條帶寬2微米、厚丨微米 94040.doc -42- 2004235 08 之第3保護膜63。 接著，如圖3B所示，在形成第3保護膜63後，藉RIE(反應 性離子蝕刻）裝置，採用CF4氣體，以保護膜63作為光罩， 蚀刻前述第1保護膜，製成條帶狀。然後藉蝕刻液處理以單 獨除去光阻，如圖3C所示可在p侧接觸層13之上形成條帶寬 度2微米之第1保護膜61。 另外，如圖3D所示，形成條帶狀第丨保護膜61之後，再度 藉RIE，採用SiCU氣體，蝕刻？侧接觸層13&p側鞘層12，p 側鞘層之膜厚供作為深度0 · 0 1微米之條帶狀波導路區域， 而形成脊狀條帶。 形成脊狀條帶之後，將晶圓移至PVD裝置中，如圖犯所 示，在第1保護膜6 1上及藉姓刻所露出之p側鞘層丨2上連續 开> 成膜厚0.5微米之锆氧化物（主要為Zr〇2)製得之第2保護 膜62 〇 形成第2保護膜62之後，以600t：處理晶圓。以此類非Si〇2 材料作為第2保護膜而形成之場合，在第2保護膜成膜之後 ，於300°C以上，較佳40(rc以上，在氮化物半導體之分解 溫度以下（1200。〇予以熱處理，第2保護膜對應於第i保護膜 义溶解材料（氟酸）之溶解性不佳，故較佳為追加此工程。 接著將晶圓浸泡於氟酸中，如圓3F所示，藉削去法將第ι 保護膜61除去。 接著如圖3G所示，在除去p側接觸層13上之第i保護膜6ι 而露出之p側接觸層之表面上，形成由鎳/金製得之p電極2〇 。但P電極20之條帶寬度係1〇〇微米，如此圖所示，沿著第2 94040.doc -43- 2004235 08 保遵膜62形成於其上。在第2保護膜形成之後，於條帶及平 行方向在已露出之11側接觸層5之表面形成由鈦/鋁製成之n 電極21。 接著’在供形成n電極而蝕刻露出面之ρ、η電極上，為配 置％極⑨子將預定區域予以遮罩，在配置由Si02及Ti02製 侍义介電體多層膜64後，在p、n電極上各自配置由鎳_鈦_ 金（1000 Α_ι〇〇〇 Α-8000 Α)製得之電極端子（pad)22、23。 如以上，將形成11電極及0電極之晶圓之藍寶石基材研磨 成70彳政米後在與條帶狀電極垂直之方向，自基材側劈開 成知狀，在劈開面（（丨丨_〇〇)面，在六方晶系之側面而言相當 於面一Μ面）製成共振器。在此共振器面上形成由si〇2&Ti〇2 製得之介私體多層膜。最後在p電極之平行方向將棒狀切斷 而製得如圖1所示之雷射元件。又此時之共振器長為⑼〇微 米。 將此运射元件放置於吸熱設備（heatsink)，並將各自電極 端子以導線接合，在室溫下試行振盪，以顯示在振盪波長 400 420 nm、閾值電流密度2 9 kA/平方公分下之室溫連續 振盈。另外，電流值升高則輸出升高，以橫模式為基本模 式(單一模式）之條件下，所獲得之電流-光輸出特性如圖5 所不，即使在5毫瓦下亦不會產生扭曲，進而在達到3〇毫瓦 下即使光輸出提高亦不會產生扭曲，⑨為安定化之橫模式 另外，在7C件之壽命試驗時，確認在5毫瓦之輸出下可連 續=盪1萬小時，在30毫瓦之光輸出下可連續振盪1千小時 、在單之杈模式（基本模式），在增加光輸出及提高輸 94040.doc -44· 2004235 08 出之下可獲得安定之橫模式， 碟0 而可適用於記錄、播放之光 [實例2] 供形成條帶狀波導路區域之敍刻深度，係？側鞠層之膜厚 0.1M米所形成《較，即藉㈣所露出之氮化物半導體平 面⑽鞘層之露出表面）係自_鞘層及P側導光層之界面起 始，在_接觸層方向達〇」微米之位置即成為其深度，除 叙外，製作與實例⑷同之雷射元件。所獲得之雷射元件 ’其電流光輸出特性如圖5之1〇2所示，然在較低之光輸 出下與實例！具相同之特性，在2G毫瓦附近可觀察到發生扭 曲，比較於實例i在高輸出區域具有不安定之橫模式。另外 ’在元件壽命方面，係在5毫瓦輸出下可超過一萬小時之良 好物件。 [實例3] 供形成條帶狀波導路區域之韻刻深度，係p側鞘層之膜厚 〇.〇5微米所形成之較，即藉钕刻所露出之氮化物半導體 平面(P側鞘層之露出表面)係自?側鞘層及㈣導光層之界面 起始，在P側接觸層方向達0.05微米之位置即成為其深度， 除此之外’製作與實㈣目同之雷射元件。所獲得之雷射元 件’與貫例1比較橫模式之安定性’特別是僅在輸出2〇毫瓦 以上之區域劣化，比較於實例2具良好之橫模式安定性。另 外’在元件壽命方面，與實例认2同樣在5毫瓦輸出下係超 過1萬小時’即使在30毫瓦下與實例較為少比例，係超 過1千小時。此處，對應於贼、5毫瓦動作時間之驅動電 94040.doc -45- 2004235 08 、云。由圖6顯而易見，與比較實例3之驅動電 相比，自初期劣化起至達固定劣化速度止之偏移區 及焉例3顯然不同’固定之劣化速度下驅動電流值降低， 每化逮度（圖中之直線部份之斜率）亦降低，壽命特性與比較 男例3相比為良好。 [實例4] 兹刻深度係Ρ侧鞘層之膜厚0."数米所成之深 刻所露出之氮化物半導 ^ ^ ^ 、 汍％籾千導肢千面，大致為除去ρ側導光層之深 “Ρ、自P#j鞘層1活性層界面起#，在ρ側接觸層方向達 、各米之位置即成為其深度，且不形成第2保護膜，除此 之外t 4乍與實例i相同之如圖j示之雷射元件。 所獲得之雷射元件’光輸出升高時之橫模式线性與實 例3為大致相同之程度，在較寬廣之輸出區域中不會產生敕 ㈤扭曲’在7C件壽命方面，係在5毫瓦輸出下可超過一萬小 時之良好物件。 [實例5 ] 在只例4中，除了姓刻深度係P側鞘層之膜厚0.05微米位 =所成之深度之外，製作與其相同之雷射㈣。所獲得之 田射讀，具有與實例4大玫相同程度之橫模式安定性，且 係長壽命之雷射元件。 [實例6] 在實例1中除了脊狀寬度為1.2微米之外，製作相同之雷 射元件。 田 所獲得之雷射元件，在數毫〜數十毫瓦之寬廣光輸出範圍 94040.doc -46- 2004235 08 不會發生扭曲，另外其元件壽命亦具相同之良好壽命。 [比較實例1 ] 在實例4中除了蝕刻深度達0·2微米位置之深度外，製作 相同之雷射元件。 所獲得之雷射元件，㈣式之不安定性各個元件並不平均 ’輸=達5毫瓦時極少發生扭曲，另外在元件壽命方面雖然 可獲仵具有某種程度之優質傾向，與實例2相比較仍不足。 [比較實例2] 敍刻深度達到活性層之深度，除了在自活性層及？側間隙 層之界面起僅達到活性層側之深度外，製作以獲得與 相同之雷射元件。 灵 W熳仵<雷射元件，在其元件壽命方面，各元件為不 均，與各實例相比大幅度下降，在5毫瓦下之振盡， 命接近100小時左右。 [比較實例3] 、如圖4所不，除了儀刻達^,jn側接觸層？之深度外 曰 實例5相同之雷射元件。 件 所獲得之雷射元件，其元件壽命與比㈣ ::6所示。圖6中在70t、5毫瓦之條件下，在劣化速:产: 疋則變大的驅動電流值升高，而其劣化速度亦 又 壽命特性之低下。另外，橫模式亦 ：而顯: 夕不平均，在光輸出變大時該傾向特別明顯。 v [比較實例4] 除了脊狀寬度為3.5微米之外，製搵命^ y 卜I仵與貫例1相同之兩 94040.doc -47- 2004235 08 元件。 及其橫模式之安 在3〜10毫瓦之範 所獲得之雷射元件，其橫模式不安定 定性均在元件之間呈現極不平均之現象 圍幾乎全部之元件會產生扭曲。 [實例7] 圖17係關於在本發明之一實施 W、 、、 、田射π件之会士 構足模式剖面圖，其係在條帶狀之突出 Μ 之浐靥紝媸-立固 垂直面切斷時 <知層、、、口構不思圖。以下根據此圖說明實例7。 基材係採用以（_1)C面為主面之藍寶石基材。此時，開 口面係A面。就成長氮化物半導體之基材而言，除藍寶石"( 王面為C面、R面、A面）之外，已知Sic、Zn〇、尖晶石 (SPINEL)(MgAl2〇4)、GaAs等，在供成長氮化物半導體時， 可採用作為與氮化物半導體相異之材料所製得之機種基材 。另外，在由GaN等氮化物半導體所製得之基材上直接積 層亦佳。 (緩衝層102) 將由藍寶石製得之以直徑1英吋，C面作為主面之異種基 材101放置於MOVPE反應容器内，使溫度達，採用三 甲基鎵（TMG) ’氨氣（NH3) ’以成長膜厚2〇〇A之由GaN製得 之緩衝層。 (基礎層103) 緩衝層長成後，使溫度達1050°C，採用TMG、氨，以成 長膜厚4微米之由無摻雜之GaN製得之氮化物半導體層103 。此層係供作形成元件結構之各層成長時之基材。因此， 94040.doc -48 - 2004235 08 在相異之基材上，形成氮化物半導體之元件結構時，以形 成低溫成長緩衝層、由氮化物半導體所製得基材之基礎層 為佳。 (η侧接觸層104) 接著，採用氨及TMG、供作不純物氣體之矽甲烷，在氮 化物半導體基材101上，於1050°C下，成長膜厚4微米之由 摻雜3X1018/立方公分矽之GaN製得之η側接觸層104。 (防止破裂層105) 接著，採用TMG、ΤΜΙ(三甲基錮）、氨，於800°C之溫度 下，成長膜厚〇·15微米之由InG.G6GaG.94N製得之防止破裂層 105。然而此防止破裂層可予以省略。 (η側雜層106) 然後，於1050°C下，採用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG、氨， 成長膜厚25A之無摻雜Al〇.16Ga().84N層，接著停止TMA，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25A之摻雜1 X 1019/立方公分矽之η 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總月莫 厚1.2微米之超結晶製得之η側鞘層106。 (η側導光層107) 接著，停止矽甲烷氣體，於1050°C下，成長膜厚0.2微米 之由無摻雜GaN製得之η侧導光層107。此η侧導光層107摻 雜η型不純物亦佳。 (活性層108)
接著，使溫度達到800°C，成長膜厚100Α之摻雜矽之由 In0.05Ga0.95N製得之障壁層，接著在同溫度下，成長膜厚40A 94040.doc -49- 200423508 之由無摻雜In^Gao.sN製得之凹槽層。交互積層障壁層及凹 槽層2次，最後以障壁層結束之，成長得總膜厚38〇a之多重 量子阱結構（MQW)之活性層。活性層亦可如本實例不予接 雜，或摻雜η型不純物及/或p型不純物亦佳。不純物亦可接 雜於凹槽層及障壁層兩者，亦可摻雜於任一層。另外，僅 障壁層摻雜η型不純物則易於使閾值降低。 (Ρ侧間隙層109) 接著，使溫度達到1050°C以上，採用TMG、ΤΜΑ、氨氣 、CpaMg(環戊間二晞基鎂），成長膜厚3〇〇a之摻雜1 X 1〇2〇/ 互方公分鎂之由P型Alo.sGao^N製得之障壁能帶較ρ側導光 層11更大之ρ侧間隙層109。 (P側導光層110) 接著停止Cp2Mg、TMA，在1050°C下，成長膜厚〇_2微米 之由操摻雜GaN製得之障壁能帶較ρ侧間隙層丨〇更小之ρ側 導光層110。 此ρ側導光層110，即雖然係嚐試在無摻雜狀態下成長之 ’鎮會自ρ型第1鞘層、p型第2鞘層之相鄰層產生擴散，實 際上鎂之濃度達5X1016/立方公分，而形成具摻雜鎂之層。 (P側鞘層111) 接著，在1050X：下成長膜厚25A之無摻雜AlG16GaG84N層 ，然後，停止CP2Mg、TMA，成長膜厚25A之無摻雜GaN層 ，成長為總膜厚0.6微米之超結晶製得侧鞘層U1。p侧鞘 層土 V 一侧含有具銘之氮化物半導體層，在交互積層障壁 月匕π相異之氮化物半導體以製得超結晶之場合，雖然在層 94040.doc -50- 2004235 08 之：-側接雜較多不純物時，即實施所謂不規則摻雜，則 、、口曰曰有k好^傾向’兩側掺雜相同量亦佳。鞘層111以含 銘之氮化物半導體層為⑨，較佳係形成含有AlxGal^ (y<x<i)之超結晶結構，更佳者則為由GaN及AiGaN積層之 =晶結構。利用p側鞘層ln所製得之超結晶結構，因可 k同在鞘層整體中之㈣晶比，而使鞘層本身之折射率變 J接著因障壁此帶變大，而使降低闕值方面非常有效。 另外，精形成超結晶，因很少在鞘層本身發生具凹陷之超 結晶，亦可抑制使短路之發生降低。 (P側接觸層112) 、最後，於1〇5〇°C下，在P側雜層⑴之上，成長膜厚150A 之摻雜1 X 1 020 /立方公分鎂之由P型GaN製得之p側接觸層 112。_接觸層雖然可由p型之InxAiyGai_”N㈣X、〇 ^ x+y$i)構成，較佳為若GaN摻雜鎂，可獲得具最佳歐姆 接：《P電極20。接觸層112因係電極形成層，較佳為具以 ίο /亙万公分以上高載子濃度。較ιχι〇η/立方公分低時電 極攸獲知較佳歐姆接觸則傾向於困難。另外，以Ο·作為 接觸層之組成’則較易獲得良好歐姆接觸之電極材料。 ，如上述氮化物半導體成長得之晶圓自反應容器取出， 在取上層側接觸層表面上形成由以〇2製得之保護膜，採 用RIE(反應性離子蝕刻）wSicl4氣體予以蝕刻，如圖17所示 ，η電極形成而使“則接觸層1〇4之表面露出。對此類氮化物 半導體加深蝕刻時以Si〇2作為保護膜最適合。 接著針對條帶狀波導路區域之形成方法加以說明。首 94040.doc 51 - 2004235 08 先，如圖19A所tf，在最上層之p側接觸層112之整體表面上 ，藉PVD裝置，在形成由矽氧化物（主要為以〇2)製得之膜厚 0.5微米之第1保護膜161後，在第丨保護膜161之上依預定形 狀之光罩，形成由光阻製得之條帶寬2微米、厚丨微米之第3 保護膜163。此處，第丨保護膜161，特別是不論其絕緣性， 若係與氮化物半導體之蝕刻速度有所差異之任意材料亦佳 。例如採用矽氧化物（含Si〇2)、光阻等，較佳係為使與後續 形成<第2保護膜間呈溶解度差異，而選定具有較第2保護 膜更易溶解於酸之性質之材料。採用氟酸作為酸為佳，因 而對應於氟酸易於溶解之材料，以採用矽氧化物為佳。 接著，如圖19B所示，在形成第3保護膜163後，藉Rm( 反應性離子蝕刻）裝置，採用CF4氣體，以保護膜163作為光 罩，蝕刻前述第1保護膜，製成條帶狀。然後藉蝕刻液處理 以單獨除去光阻，如圖19C所示可在{)側接觸層112之上形成 條帶寬度2微米之第丨保護膜16ι。 另外’如圖19D所示，形成條帶狀第1保護膜ι61之後，再 度藉RIE採用siCl4氣體’ |虫刻p側接觸層112及p侧鞘層111 P侧導光層11 〇，在p侧導光層之已蚀刻區域（突出部以外 I區域）以膜厚供作為深度丨〇〇〇A微米之條帶狀波導路區域 ’而形成脊狀條帶。 形成脊狀條帶之後，將晶圓移至PVD裝置中，如圖19E所 示在苐1保護膜1 6 1上及藉姓刻所露出之p侧導光層1 1 1上（ 哭出部以外之區域）連續形成膜厚0.5微米之由锆氧化物（主 要為Zr〇2)製得之第2保護膜162。 94040.doc 2004235 08 此處第2保護膜之材料係採用非sic^材料，較佳係選自 匕°鈦叙、錯、銘、铪、麵族群中至少一種元素之氧化 物SiN BN、SlC、A1N中之至少—種所製得者為佳，其 中採麟、給氧化物、BN、Sic為特佳。此等材料對應^ 氣酸㈣具些許溶解性，但就作為雷射元件之絕緣層言與 供作敗埋層《Sl〇2相比，其信賴性有變高之傾向。另外， 在如PVD CVD<氣相中成膜之氧化物類薄膜，因該元素 與氧元素不易形成當量反應之氧化物，而致對應於氧化物 類薄膜之絕緣性之信賴性有不足之㈣，在本發明中前述 由所較元素之藉PVD、CVD製得之氧化物、bn、沉、 AIN與錢化物相比，其絕緣信賴性呈優異之傾向。另外， 選定氧化物之折射率比氮化物半導體小之材料（例如非叫 ，極適合於供作雷射元件之嵌埋層。又以碎氧化物作為韌 保護膜6卜則因對應碎氧化物而言’利用其對氣酸具有選 擇性，如圖19E所示，在條帶波導之側面，該條帶所形成之 平面（蝕刻終止層），及第丨保護膜161之表面上連續形成，藉 削去法，僅將第1保護膜161除去，如圖19F所示，對平面而 言可形成膜厚均一之第2保護膜162。 形成第2保護膜162之後，以60(rc處理晶圓。以此類非 Si〇2材料作為第2保護膜而形成之場合，在第2保護膜成膜 之後，於300°C以上，較佳40CTC以上，在氮化物半導體之 分解溫度以下（1200 C)予以熱處理，第2保護膜對應於第丄 保護膜之溶解材料（氟酸）之溶解性不佳，故較佳為追加此工 程。 94040.doc -53- 2004235 08 接著將晶圓浸泡於氟酸中，如圖1 9F所示，藉削去法將第 1保護膜161除去。 接著如圖19G所示，在除去p侧接觸層112上之第1保護膜 161而露出該p側接觸層之表面上，形成由鎳/金製得之？電 極120。但p電極12〇之條帶寬度係1〇〇微米，如此圖所示， 沿著第2保護膜162形成於其上。在第2保護膜形成之後，於 條帶及平行方向在已露出之n側接觸層5之表面上形成由鈦 /铭製成之η電極121。 接著’在供形成η電極而银刻露出面之ρ、η電極上，為配 置電極端子將預定區域予以遮罩，在配置由Si〇2及Ti〇2製 得之介電體多層膜164後，在p、n電極上各自配置由鎳_鈦_ 金（1000 A-1000 A-8000 A)製得之電極端子（pad)122、123。 如以上’將形成η電極及p電極之晶圓之藍寶石基材研磨 成70微米後，在與條帶狀電極垂直之方向，自基材側劈開 成棒狀，在劈開面（（11-00)面，在六方晶系之側面而言相當 於面=Μ面）製成共振器。在此共振器面上形成由Si〇2及丁1〇2 製得之介電體多層膜。最後在？電極之平行方向將棒狀切斷 而製得如圖17所示之雷射元件。又此時之共振器長為8〇〇微 米。 將此雷射元件放置於吸熱設備，並將各自電極端子以導 線接合，在室溫下試行雷射振盪，以顯示在振盪波長 400〜420 nm、振盪起始電流密度2·9 kA/平方公分下之單一 模式H：溫連續振盪。接著測定雷射光之F.Rp.可獲得在 15 20水平方向之良好水平橫模式。另外，水平橫模式 94040.doc -54- 2004235 08 與比車义實例5具大致相同良好之程度，縱橫比大約為1 · 5。 另外’藉導光層之厚膜，光之閉入良好，與比較實例5相比 可大幅度抑制波紋之發生。 [實例8] 除了將n側導光層、p側導光層之膜厚製成2500 A之外， 製成與實例7相同之雷射元件。所製得之雷射元件大致上與 實例7具相同程度之水平橫模式控制，F.F.P.之水平方向為 18 ’可以相同程度抑制波紋之發生。另外，其振盪特性 與實例7相比稍差，元件壽命亦低下。此由兩個導光層包挾 活性層所構成之波導膜厚之總和係超過4500 A,而在6000 A附近則具大影響。但兩導光層之膜厚之厚度不一，特別是 P側導光層變厚則蝕刻之控制變得容易，而對提製造合格率 有所助益。另外，藉此方式，諸元件間之輸出特性極少不 平句而了達到良好之雷射元件製造。此時之雷射元件， 在輸出特性達劣化之驅動時，係以比實例丨稍差程度之振盪 。另外，兩導光層之膜厚為3〇〇〇 ' 35〇〇、4〇〇〇入時，振湯 起始電流呈上昇之傾向。特別者，超過35〇〇人時呈顯著上 昇傾向，而it件壽命呈下降傾向。因此，p#j導光層之膜厚 較佳為3500 A以下，更佳為25〇〇 A以下，以獲得良好之= 射光’且亦可獲得充分振盪特性之傾向。 田 另外1余了兩導光層之膜厚為1500入之外，製成與實例 相同之雷射元件。其川.在\方向之光束寬度與實例7⑴ 稍窄而約為13。，縱橫比亦比實例7稍差而為18。但是閾1 電流為大致相同之程度，因具良好之輸出特性而可獲得 94040.doc -55- 2004235 08 奇〒芡雷射元件。另外 側壤 、
σ人 M、J導先層 < 哭出部高度為500 A ’即除了藉蝕刻將突出部形成 、 成時以P側導光層之膜厚作為钱
刻冰度而形成深度為50〇 A , 條帶狀波導外，製成與實例7 相同之雷射元件。所獲得兩 心射7"件之閾值電流與實例7相比 ^低傾向而可獲具良好輸㈣性之雷射元件。又雷射之 光束开^狀在F.F.P·之X方向寬戶士、 、 、大致為14义程度，故實效折 射率主良好機能之傾向。 [實例9] 除了?側導光層之突出部高度製成500 A之深度，在被蝕 刻區域（突出部以外之區妯、你y # 在被 TO或”吏13側導光層之膜厚製成深度 15微米’而予⑽刻之外，製成與實例7相同之雷射元 件。所獲得之雷射元件，其閾值電流有上昇之傾向，與實 例7相比，其輸出特性較差。但其閾值電流稍為上昇，在實 用上仍為滿足，反之藉在突出部以外區域之膜厚變厚，使 製造合格率提高，且呈現元件間之輸出特性不平均現象極 少之傾向。 [實例10] 除了 p側導光層之條帶側寬度為3微米之外，製成與實例7 相同之雷射元件。所獲得之雷射元件與實例i相比，水平橫 模式之控制變差’㈣.之縱橫比約為2,與實例7相比較差 。另外，、與實例7相比單—橫模式之振盡安定性較差，發生 扭曲不艮品之元件之比例有變高之傾向。因此，更佳之條 帶寬度為在2微米±〇.5微米（15微米以上，25微米以下）之 範圍内，元件之橫模式之控制性少有不平均，而雷射光之 94040.doc -56- 2004235 08 縱橫比亦佳，故可獲得單一模式振盪之雷射元件。 [實例11] 本發明之實施方式以較實例7更長之波長，具體而言為 470 nm以上之長波長之雷射元件於下文中加以說明。在以c 面為主面之由藍寶石製得之異種基材1上，與實例7相同， 成長由GaN製得之200 A之緩衝層2、由未摻雜之GaN製得之 4微米基礎層103,在其上成長膜厚4.5微米之由摻雜ΐχΜΙ8/ 立方公分矽之GaN製得之η侧接觸層104、將由摻雜碎之 In〇.3Ga〇.7N製得之中間層取代成防止破裂層1〇5。此時中間 層可省略。 (η側鞘層106) 然後’於105(TC下’通入TMG、氨、ΤΜΑ(三甲基銘）， 成長膜厚25人之無換雜八1〇.15〇3(),851^層，接著停止丁]\/[八，通 入矽甲烷氣體，成長膜厚25 A之摻雜lx 10i9/立方公分碎之n 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚0.2微米〜1.5微米，較佳為由0.7微米之超結晶製得之11側 鞘層106。η側鞘層以含鋁之氮化物半導體層為佳，較佳係 AlxGa^xNCOcxcl) ’更佳者則為由GaN及AlGaN積層之超結 晶結構。就超結晶而T ’雖然在任一層摻雜較多不純物時 ，即實施所謂不規則掺雜時，則結晶性有變好之傾向，兩 側摻雜相同量亦佳。 (η側導光層107) 接著，停止石夕甲燒氣體，通入ΤΜΙ，於8 5 0 〜9 5 0 °C，較 佳為880 C，成長膜厚1 〇 A之無捧雜In。」Ga〇 層，接著停 94040.doc -57- 200423508 止ΤΜΙ，成長膜厚10 Λ之無摻雜GaN層。交互積層此等層而 構成超結晶層，成長為總膜厚50 A〜2500 A，較佳為 500A〜800 A，更佳為由750 A之超結晶製得側導光層1〇7。 (活性層108) 接著，通入TMI，在750。〇〜850t：，較佳為82(rc，成長 膜厚30A之由無摻雜之得之凹槽層，1〇A之由 典摻雜之In〇.3Ga〇.7N製得之間隙層，接著在85〇°c〜950°c， 較佳為880°C下，成長60 A之由無摻雜之In()iGa()9N製得之 P早壁層’以上，述為1對合計積層6對而得活性層1〇8。 (P側間隙層109) 接著，停止TMI、通入TMA，在850°C〜950°C，較佳為 88〇它下，成長膜厚1〇人以上，〇.1微米以下，較佳為1〇()人 <摻雜1 X 1 〇20/立方公分鎂之由卩型A1〇 3Ga〇 7N製得之間隙 層 109。 (P側導光層110) 接著，停止TMA、通入TMI，在85(TC〜95〇t，較佳為 88〇°C下，成長膜厚10 A之無摻雜之InGiGaG9ls^，接著停 止TMI，成長膜厚10 A之摻雜^(^〜^…/立方公分鍰 之GaN層。父互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚50 A〜2500 A，較佳為500 A〜800 A，更佳為由75〇 A之超 結晶製得之P側導光層1 1 〇。 (P側鞘層111) 接著，通入TMA，在850°C〜1050。(：下成長膜厚25 A之無 接雜AlG.15GaG.86N層，然後，停止tma，成長膜厚25 a之摻 94040.doc -58- 2004235 08 雜3X1018〜5Xl〇iV立方八八妈、 Α刀鎂< GaN層無摻雜GaN層。交互 積層此等層而構成超牡曰 \、、口日曰層’成長為總膜厚〇.2微米〜15微 米，較佳為由0.7微米之耜处曰、 < % V、口日日製仔 < 卩側鞘層丨i i。 (p側接觸層112) 取後万、850 C〜1〇5〇t下，在？側稍層⑴之上，成長膜 厚150 A之摻雜1X1〇2〇/立方公分鍰之由P型GaN製得之p側 接觸層112。_接觸層雖然可由p型之In AAl h_yN㈣X 〇=y X y=l)構成’較佳為若GaN換雜鎂，製成ZnGaN 時可獲得/、最佳gv姆接觸之p電極。接觸層m因係電極形 成^較佳為立方公分以上高載子濃度。較1χ 1 0 /i方Α刀低時電極欲獲得較佳歐姆接觸則傾向於困難 另外以GaN、InGaN或含GaN、InGaN之超結晶作為接 觸層之組成，則較易獲得具良好歐姆接觸之電極材料。 以上各層積層後，與實例7相同，予以蝕刻，使11侧接觸 層1044表面露出，進一步形成條帶狀脊狀波導路，及形成 η電極121、p電極120、介電體多層膜164、電極端子122、 123，獲得雷射元件。所獲得之雷射元件，確認在閾值電流 密度2.0 kA/平方公分、閾值電壓4〇 ν下可以振盪波長47〇 nm連續振盪，顯示1000小時以上之壽命。另外，該雷射光 之F.F.P·，光束形狀之水平方向（χ方向）寬度為約17。左右， 縱橫比大約為1.5，為大致良好之程度。即使為長波長雷射 元件’在應用良好雷射光下，因振盪起始值電流亦降低而 佳，因而亦獲致良好之壽命特性。 [實例12] 94040.doc -59- 2004235 08 除了 P側導光層之膜厚製成1000 A之外，將與實例u相同 之雷射兀件結構之各層予以積層。接著與實例7相同，藉蝕 刻以形成含狀波導路，而獲得雷射元件。此時，在卩側導光 層之已蝕刻區域（突出部以外之區域）以膜厚5〇〇入供作為深 度’而在p側導光層突出部形成所配置之脊狀條帶。 所獲得之雷射元件，確認在閾值電流密度2.0 kA/平方公 分、閾值電壓4·0 V下可以振盪波長470 11111連續振盪，顯示 1000小時以上之壽命。另外，該雷射光之FFp•，光束形狀 之水平方向（X方向）寬度為約17。左右，縱橫比大約為^， 為大致良好之程度。即使為長波長雷射元件，在應用良好 田射光下，因振盟起始值電流亦降低而佳，因而亦獲致良 好之壽命特性。 [比較實例5] 除了 P側導光層及η侧導光層之膜厚為1000人之外製成 與貫例7相同之雷射元件。所獲得之雷射元件雖具有同程度 之振盪起始電流，F.F.P·之X方向寬度變狹有而為8。，其： 橫比為3。 [比較實例6] 除了在積層各層之後，藉㈣則鞘層之膜厚银刻達〇1微 未《深度，將條帶狀之突出部配置在_鞘層上，形成條帶 狀（脊狀波導路之外，製成與實例7相同之雷射元件。所獲 得《雷射元件與實例7相比輸出特性變差，元件壽命亦大: 度減少。 如以所示，|虫刻深度或ρ侧導光層之條帶狀突出部之高度 94040.doc -60- 2004235 08 相對於元件特性之變化（圖12) ^ 係先測疋實例I3之雷射元件 ’將活性層包挾在兩導光層之内， 瓜广 "^其中P側導光層之膜厚係 為厚的場合。 圖12係對應於钮刻深度、?側鞘層、p側導光層之積層結 冓，心閾值電流變化、縱橫比變化。由圖12顯而易見， ^達到P側導光層深度纽刻以形成脊狀結構，即利用_ 導先層具有條帶狀突出部’而可在呈現良好之閾值下振盪 ’獲得雷射光之縱橫比更接近丨之傾向。此如圖斯示，在 P側導光層之條帶狀突出部侧’出射光呈偏移狀態，而形成 民好《實效折射率。藉此而使水平横模式之閉人有效動作 〜果’獲仔在F.F.P.之水平方向（χ方向）之光束形狀1〇。以 上’較佳12〜20。之良好雷射光，亦顯示可獲得縱橫比亦 艮好之雷射元件。另外，在p侧導光層之突出部以外之區域 挺厚變薄’即哭出部之高度變高，因而閾值電流、縱橫比 同時呈現低下之傾向，較佳為突出部之高度在上述範圍内。 [實例13] 圖18係關於在本發明之一實施例中所示之雷射元件之結 構 < 模式剖面圖，其係在條帶狀之突出部之垂直面切斷時 之積層結構示意圖。以下根據此圖說明實例13。 基材係採用以（0001)C面為主面之藍寶石基材。此時，開 口面係A面。就成長氮化物半導體之基材而言，除了藍寶石 (主面為C面、R面、A面）之外，已知SiC、ΖηΟ、尖晶石 (SPINELKMgAbO4)、GaAs等，在供成長氮化物半導體時， 可採用作為與氮化物半導體相異之材料所製得之機種基材 94040.doc -61- 2004235 08 。另外，在由GaN等氮化物半導體所製得之基材上直接積 層亦佳。 (緩衝層102) 將由藍寶石製得之以直徑1英吋，C面作為主面之異種基 材1放置於MOVPE反應容器内，使溫度達500°C，採用三甲 基鎵（TMG)，氨氣（NH3)，以成長膜厚200 A之由GaN製得之 緩衝層。 (基礎層103) 緩衝層長成後，使溫度達1050°C，採用TMG、氨，以成 長膜厚4微米之由無摻雜之GaN製得之氮化物半導體層103 。此層係供作形成元件結構之各層成長時之基材。因此， 在相異之基材上，形成氮化物半導體之元件結構時，以形 成低溫成長緩衝層、由氮化物半導體所製得基材之基礎層 為佳。 (η側接觸層104) 接著，採用氨及TMG、供作不純物氣體之矽甲烷，在氮 化物半導體基材1上，於1050°C下，成長膜厚4微米之由摻 雜3 X1018/立方公分矽之GaN製得之η側接觸層104。 (防止破裂層105) 接著，採用TMG、ΤΜΙ(三甲基銦）、氨，於800°C之溫度 下，成長膜厚〇。15微米之由Ino.o6Gao.94N製得之防止破裂層 105。然而此防止破裂層可予以省略。 (η侧鞠層106) 然後，於1050°C下，採用ΤΜΑ(三甲基鋁）、TMG、氨， 94040.doc -62- 2004235 08 成長膜厚25A之無摻雜八1() ，接著停止tMa，通 入石夕甲:k氣體，成長膜厚25Λ之掺雜lxlO19/立方公分石夕 土 GaN層。X互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚1.2微米之超結晶製得之η側鞘層1〇6。 (η侧導光層1〇7) 接著，停止矽甲烷氣體，於1050t：T，成長膜厚1〇〇〇 Α 之由無摻雜GaN製得之η侧導光層107。此η側導光層ι〇7摻 雜η型不純物亦佳。 (活性層108) 接著，使溫度達到800°C，成長膜厚1〇〇 Α之掺雜矽之由 Ino.osGao·95：^製得之障壁層，接著在同一溫度下，成長膜厚 40 A之由無摻雜in()jGao.sN製得之凹槽層。交互積層障壁層 及凹槽層2次’最後以障壁層結束之，成長得總膜厚3 8 〇 a 之多重量子阱結構（MQW)之活性層。活性層亦可如本實例 不丁摻雜’或摻雜η型不純物及/或p型不純物亦佳。不純物 亦可掺雜於凹槽層及障壁層兩者，亦可摻雜於任一層。另 外’僅障壁層摻雜η型不純物則易於使閾值降低。 (Ρ侧間隙層109) 接著，使溫度上昇達到1050°C以上，採用TMG、ΤΜΑ、
氨氣、CpzMg(環戊間二烯基鎂），成長膜厚300人之摻雜1 X 20 10 /立方公分鎂之由P型AlG.3GaG.7N製得之障壁能帶較P侧 導光層111更大之ρ側間隙層1 〇9。 (P側導光層110)
接著停止Cp2Mg、TMA，在l〇5 0°C下，成長膜厚25 00 A 94040.doc -63- 2004235 08 之由無摻雜GaN製得之障壁能帶較1?側間隙層11〇更小之p 側導光層110。 (P側鞘層111) 接著，在1050。(：下成長膜厚25 A之無摻雜AlGi6GaG84N層 然後，知止Cp2Mg、TMA，成長膜厚25 A之無摻雜GaN 層，成長為總膜厚0.6微米之超結晶製得之p側鞘層丨丨丨。p 側鞘層至少—侧含有具②之氮化物半導體層，在交互積層 障壁能帶相異之氮化物半導體以製得超結晶之場合，雖然 在層之任-侧掺雜較多不純物時，即實施所謂不規則捧雜 :則結晶性有變好之傾向，兩側摻雜相同量亦佳。鞘層U1 以口鋁《氮化物半導體層為佳，較佳係形成含有从叫χΝ (〇<Χ<1)之超結晶結構，更佳者則為由GaN及AlGaN積層之 =晶結構。利用P側鞘層ill所製得之超結晶結構，因可 提高在鞘層整體中之銘混晶比，而使鞘層本身之折射率變 】接著因P早壁能帶變大，而使降低闕值方面非常有效。 另外’藉形成超結晶，因很少在鞘層本身發生具凹陷之超 結晶，亦可抑制使短路之發生降低。 (P侧接觸層112) 、=後，則G贼下，在？侧鞘層lu之上，成長膜厚H 4 '雜1 X 1〇2°/立方公分鐵之由p型GaN製得之p侧接觸1 ⑴1側接觸層絲可由p型之InxAlyGai_”N _ χ、π i.、總Υ )構成’較佳為若⑽摻雜鎂，可獲得具最佳歐女 :二P電極120。接觸層m因係電極形成層，較佳為具 乂万公分以上高载子濃度。較1χ1〇17/立方公綠 94040.doc * 64 - 200423508 電極欲獲得較佳歐姆接觸則傾向於困難。另外，以GaN作 為接觸層之組成，則較易獲得良好歐姆接觸之電極材料。 將如上it氮化物半導體成長得之晶圓自反應容器取出， 在取上層义P側接觸層表面上形成由％〇2製得之保護膜，採 。（反應丨生離子蝕刻）以SiCl4氣體予以蝕刻，如圖Μ所示 :n電極形成而使n侧接觸層4之表面|出。冑此類氮化物半 導體加深姓刻時以Si〇2作為保護膜最適合。 接著針對I、Y狀波導路區域之形纟方法加以說明。首 先二如圖19A所示，在最上層接觸層112之整體表面上 ’藉PVD裝置’在形成由硬氧化物（主要為训2)製得之膜厚 〇.5微米之第丨保護膜161後，在第丨保護膜i6i之上依預定形 狀之光罩，形成由光阻製得之條帶寬2微米、厚丨微米之第3 :護膜163。此處，第!保護膜161，特別是不論其絕緣性， 右為與氮化物半導體之蚀刻速度有所差異之任意材料亦佳 例如知用矽氧化物（含Sl〇2)、光阻等，較佳係為使與後續 =成之第2保護膜間呈溶解度差異，而選定具有較第2保護 膜更易溶解於酸之性質之材料。採用氟酸作為酸為佳，因 而對應於氟酸易於溶解之材料，以採用矽氧化物為佳。 接著，如圖19B所示，在形成第3保護膜163後，藉以正（ 反應性離子蝕刻）裝置，採用Ch氣體，以保護膜i63作為光 罩，餘刻前述第i保護膜，製成條帶狀。然後藉姓刻液處理 以單獨除去光阻，如圖19C所示可在]3侧接觸層112之上形成 條帶寬度2微米之第1保護膜16ι。 另外，如圖19D所示，形成條帶狀第丨保護膜161之後，再 94040.doc -65- 2004235 08 度藉RIE ’採用SiC“氣體，蝕刻p側接觸層112及p側鞘層1 i i 、卩側導光層110，在p側導光層之已蝕刻區域（突出部以外 之區域）以膜厚供作為深度1 〇〇〇 A微米之條帶狀波導路區 域，而形成脊狀條帶。 形成脊狀條帶之後，將晶圓移至PVD裝置中，如圖19E所 示，在第1保護膜161上及藉蝕刻所露出之p側導光層lu上（ 哭出邵以外之區域）連續形成膜厚〇·5微米之由鲒氧化物（主 要為Zr02)製得之第2保護膜162。 此處，第2保護膜之材料係採用非以〇2材料，較佳係選自 包含鈦、釩、锆、鈮、銓、钽族群中至少一種元素之氧化 物，SiN、BN、SiC、SiC、A1N中之至少一種所製得者為佳 ，其中採用锆、銓氧化物、BN、sic為特佳。此等材料對 應於氟酸雖然具些許溶解性，但就作為雷射元件之絕緣層 言與供作嵌埋層之Si〇2相比，其信賴性有變高之傾向。另 外，在如PVD、CVD之氣相中成膜之氧化物類薄膜，因該 兀素與氧元素不易形成當量反應之氧化物，而致對應於氧 化物類薄膜之絕緣性之信賴性有不1之傾向，纟本發明中 前述由所選定元素之藉PVD、CVD製得之氧化物、_、批 、A1N與矽氧化物相比，其絕緣信賴性呈優異之傾向。另外 ，選疋氧化物之折射率比氮化物半導體小之材料（例如非 SiC)，極適合^供作雷射元件之截埋層。又以碎氧化物作 為第1保護賴，則因對應珍氧化物而言，利用其對氣酸具 有選擇性，如圖19E所示，在條帶波導之側面，該條帶所形 成之平面（蝕刻終止層），及第1保護膜6i之表面上連續形成 94040.doc -66 - 2004235 08 ，藉削去法，僅將第1保護膜161除去，如圖19F所示，對平 面而言可形成膜厚均一之第2保護膜162。 形成第2保護膜162之後，以60(TC處理晶圓。以此類非 Si〇2材料作為第2保護膜而形成之場合，在第2保護膜成膜 之後，於300°C以上，較佳400°C以上，在氮化物半導體之 分解溫度以下（1200。〇予以熱處理，第2保護膜對應於第1 保護膜之溶解材料（氟酸）之溶解性不佳，故較佳為追加此工 程。 接著將晶圓·浸泡於氟酸中，如圖19F所示，藉削去法將第 1保護膜161除去。 接著如圖19G所示，在除去p側接觸層112上之第〗保護膜 161而露出該p側接觸層之表面上，形成由鎳/金製得之p電 極120。但p電極120之條帶寬度係1〇〇微米，如此圖所示， 口著第2保護膜162形成於其上。在第2保護膜形成之後，於 條帶及平行方向在已露出之…則接觸層1〇5之表面上形成由 鈇/鋁製成之η電極121。 接著，在供形成η電極而蝕刻露出面之ρ、η電極上，為配 置電極端子將預定區域予以遮罩，在配置由si〇2及Ti〇2製 待<介電體多層膜164後，在ρ、n電極上各自配置由鎳_鈦_ 金（1000 A_1000 A-8000 A)製得之電極端子（pad)122、123。 如以上，將形成η電極及ρ電極之晶圓之藍寶石基材研磨 成70彳放米後，在與條帶狀電極垂直之方向，自基材側劈開 成棒狀，在劈開面（（11-00)面，在六方晶系之侧面而言相當 於面=Μ面）製成共振器。在此共振器面上形成由si〇2&Ti〇2 94040.doc -67- 2004235 08 製传《介包體多層膜。最後在卩電極之平行方向將棒狀切斷 而1仔如圖1所不之雷射元件。又此時之共振器長為8⑼微 米。 將此雷射兀件放置於吸熱設備，並將各自電極端子以導 、、泉接合，在室溫下試行雷射振盪，以顯示在振盪波長 、20 nm、振盟起始電流密度2_9 kA/平方公分下之單一 模式之室溫連續振盪。接著測定雷射光之RF p•可獲得在 20水平方向之良好水平橫模式。另外，水平橫模式與 比較貝例1具大致相同良好之程度，縱橫比為2。另外，藉 導光層炙厚膜，光之閉入良好，與比較實例丨相比可大幅产 抑制波紋之發生。 又 [實例14] 除了將η側導光層之膜厚製成2〇〇〇 A之外，製成與實例13 相同 < 雷射元件。所製得之雷射元件，與實例13相比其橫 模式控制稍差，雖然FFPix方向為14。，縱橫比為2，與 比車乂貝例7相比為大幅度提高。因縱橫比在2 · 5以下，在光 資訊裝置之應用上為相當簡易。另外，就閉入光而言，與 只例13相同而良好，故亦大幅度減少了波紋之發生。就輸 出特性而言，p側導光層及11側導光層所包挾之波導路區域 <膜厚因係5000 A以上，與實例13相比閾值電流會上昇， 元件與實例13相比也差。 [實例15] 除了 P側導光層之膜厚製成深度3〇〇〇 A微米，而突出部以 外之區域膜厚為1 000 A，即蚀刻得之p侧導光層之膜厚1 〇〇〇 94040.doc -68- 200423508 A作為深度之外，製成與實例13相同之雷射元件。所獲得之 雷射元件，與實例13相比，其F.Fp^x方向之光束寬度為 18。，縱橫比1.4亦足夠實用。另外，在？侧導光層之膜厚為 3500 A下，而P侧導光層之哭出部高度為2500 A時（突出部 以外區域之膜厚為1000 A)，閾值電流上昇而元件壽命有降 低之傾向。而出射光之光束形狀為大致相同之程度。此由 兩個導光層包挾活性層之膜厚之總和係超過5000 A，而有 所影響。 [實例16]- 除了 P側導光層之突出部之條帶寬度，即條帶狀之脊狀波 導路之寬度為3微米之外，與實例13相同，製成雷射元件。 所獲得之雷射元件與實例13相比，水平橫模式之控制變差 ，F.F.P.之縱橫比約為2，與實例u相比較差。另外，與實 例13相比單—橫模式之振盧安定性較差，發生扭曲不良品 之元件之比例有變高之傾向。因此，更佳之條帶寬度為在2 微米±0.5微米（1,5微米以±，2·5微米以下）之範圍内，元件 (橫模式之控制性少有不平均’而雷射光之縱橫比亦佳， 故可獲彳于單一模式振盪之雷射元件。 [實例17] 本發明之實施方式以較實例13更長之波長，具體而言為 480腿以上之長波長之雷射元件於下文中加以說明。在以c 面為主面之由藍寶石製得之異種基材⑻上，與實即相同 '，成長由GaN製得之加以之緩衝層2、由未接雜之㈣製得 之4微米基礎層103，在丨上成長膜厚（5微米之由摻雜1χ 94040.doc -69- 2004235 08 1〇 /立方公分石夕之GaN製得之n側接觸層1〇4、成長由換雜 碎之叫.3Κ7Ν製得之中間層105。此時中間層可省略。 (η側鞘層106) 然後，通入TMG、氨、ΤΜΑ(三甲基銘），於1〇5代下成 長膜厚25A之無摻雜AlG.^Gao.^N層，接著停止丁^^八，通入 矽甲烷氣體，成長膜厚25 A之摻雜1Xl〇1V立方公分矽之n 型GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚0.2微纟〜1.5微米，較佳為由〇.7微米之超結晶製得之n側 鞘層106。！1側.鞘層以含鋁之氮化物半導體層為佳，較佳係 AlxGai_xN(0<x<l) ’更佳者則為由GaN&A1GaN積層之超結 晶結構。就超結晶而言，雖然在任一層摻雜較多不純物時 ，即實施所謂不規則掺雜時，則結晶性有變好之傾向，兩 侧摻雜相同量亦佳。 (η側導光層107) 接著，停土矽甲烷氣體，通入ΤΜΙ，於850°C〜950°C，較 佳為880°C，成長膜厚1〇 A之無摻雜lnG lGa() 9N層，接著停 止TMI ’成長膜厚10 A之無摻雜GaN層。交互積層此等層而 構成超結晶層’成長為總膜厚5〇 A〜25〇〇 A，較佳為500 A〜 800 A，更佳為由750A之超結晶製得之η侧導光層107。 (活性層108) 接著，通入™I，在750°C〜850°C，較佳為820°C，成長 膜厚30人之由無摻雜之111()4(^()^製得之凹槽層，1〇人之由 典掺雜之In〇.3Ga〇.7N製得之間隙層，接著在85〇。〇〜950。(：， 車又佳為880 C下’成長60 A之由無摻雜之lnG1Ga().9N製得之 94040.doc -70- 2004235 08 障壁層’以上述為1對合計積層6對而得活性層108。 (P側間隙層109) 接著’停止TMI、通入TMA，在850°C〜950°C，較佳為 880 C下’成長膜厚1〇 a以上，〇·ι微米以下，較佳為1〇〇 a 之摻雜1 X 1〇20/立方公分鎂之由13型A1〇 3GaG 7n製得之間隙 層 109。 (P側導光層110) 接著’停止TMA、通入TMI，在850°C〜950。(：，較佳為 880 C下，成長膜厚1〇 A之無摻雜之inG1Ga〇.9N層，接著停 止丁趟，成長膜厚1〇 A之摻雜1χ1〇18〜πΜ8/立方公分鎂 之GaN層。交互積層此等層而構成超結晶層，成長為總膜 厚50 A〜2500 A，較佳為500 A〜800 A，更佳為由750人之超 結晶製得之P側導光層1 1 0。 (P側鞘層111) 接著，通入TMA，在^(^〜:^“艽下成長膜厚以人之無 摻雜AlG.15Ga().86N層，然後，停止TMA，成長膜厚25 A之摻 雜3 X 1018〜5 X 1018/立方公分鎂之GaN層無摻雜GaN層。交互 和層此等層而構成超結晶層，成長為總膜厚〇·2微米〜15微 米，較佳為由0.7微米之超結晶製得之ρ側鞘層lu。 (P側接觸層112) 最後，於850 C〜1050^下，在ρ側鞘層11〇之上，成長膜 厚150之摻雜1X10 /互方公分鎂之由p型GaN製得之ρ側接 觸層112。！)侧接觸層雖然可由p型之Ιηχ(}αγΑ1ι_χ_γΝ(〇 ^ χ、 Y、X+YS 1)構成’較佳為若GaN掺雜鎂，製成㈤心時 94040.doc 2004235 08 可獲得具最佳歐姆接觸之兩4 P甩仏。接觸層112因係電極形成 層，較佳為具IX 10,立方公分 、、 ^上回载子濃度。較1X1018/ 方A刀低時包極伙獲知較佳歐姆接觸則傾向於困難。另 、卜以GaN InGaN或含GaN、InGaN之超結晶作為接觸層 之組成，則較易獲得具良好歐姆接觸之電極材料。 以上各層積層後，與實例13相同，予以㈣，使η侧接觸 層4之表面露出’進—步形成條帶狀脊狀波導路，及形成η 電極U1、P電極12〇、介電體多層膜164、電極端子122、123 獲知田射7L件。所獲得《雷射元件，確認在閾值電流密 度2.0 kA/平方公分、闕值電壓4〇v下可以振盡波長·· 連續«’顯小時以上之壽命。另外，該雷射光之 F.F.P.，光束形狀之水平方向（χ方向）寬度為約1?。左右縱 橫比大約為1.5，為大致良好之程度。即使為長波長雷射元 件，在良好之雷射光下，因振4起始電流亦降低而佳，因 而亦獲致良好之壽命特性。 [實例18] 除了 ρ側導光層之膜厚製成2000 Α之外，將與實例17相同 之雷射元件結構之各層予以積層。接著與實例i 3相同，藉 蝕刻以形成脊狀波導路，而獲得雷射元件。此時，在p侧導 光層之已蝕刻區域（突出部以外之區域）以膜厚供1500人作 為深度，而在P側導光層突出部形成所配置之脊狀條帶。 所獲得之雷射元件，確認在閾值電流密度2 0 kA/平方公 刀 閾值黾壓4 _ 〇 V下可以振盧波長470 nm連續振i，顯示 1000小時以上之壽命。另外，該雷射光之F F p·，光束形狀 94040.doc -72- 2004235 08 方向OC方向)寬度為約17。左右，縱橫比大約為15, # s艮好《程度。即使為長波長雷射元件，纟良好雷射 光下’因振璗起始值雷沪才陳 式 瓜亦降低而佳，因而亦獲致良好之 朞命特性。 [比較實例7] 除了 P侧導光層及η側導光層之膜厚為1〇〇〇 A之外 與實例13相同之+ #; ^土 .. _ 、、 』<田射兀件。所獲得之雷射元件雖具有同程 度《振盈起始電現’ FF.P4x方向寬度變狹窄而為8。 縱橫比為3·2左右。 以下根據本發明採用圖13至圖16以說明變化實例，圖中 同一編號表示與上述說明為同一部份。 [變化實例1] (η側鞘層-活性層-ρ側第2鞘層） •k化實例係，在基材上如表请示之依η側接觸層〜ρ側接 觸層順序積層，藉_以形成條帶狀之波導，進而露出_ 接觸層，在此等接觸層上形成Ρ、η電極以獲得如圖13所示 之雷射元件。此時形成條帶狀波導時之#刻深度係在ρ例第 2鞘層膜厚為(Μ微米之位置（接近活性層之方向）以下，而在 活性層（未達活性層之深度）以上所製成之深度。 所獲侍 < 雷射元件與具有ρ侧導光層及ρ側第丨鞘層之雷 射元件相比，驅動電流有大幅度提高之傾向，係在毫安 培附近。 94040.doc -73· 2004235 08 表l
組成及膜厚 η側接觸層104 接雜矽(1 X 1018/立方公分)之GaN膜厚七微未 破裂防止層105 摻雜矽之InG G6Ga() 94N膜厚〇· 15微米 η側鞘層1〇6 未摻雜之Alai6Ga〇.84N 25A及摻雜矽(1 X 1〇Α7立方公 分)之GaN 25 A，交互積層，總膜厚1.2微米 活性層108 將接雜硬之GaN障壁層(B)、未捧雜之ln〇 2Ga〇.8N 40 A 之凹槽層(W)依(BHW)-(BHWHB)_(WHB)之順序 積層、最上層及最下層障壁層之膜厚為300 A、其它 為150 A，總膜厚為1020 A Ρ側第2鞘層in Al0.16Ga〇.84N 25 A及摻雜鎂(1 X 1〇,立方公分)之GaN 25 A，交互積層，總膜厚〇·6微米 Ρ側接觸層112 摻雜鎂(1 X 102G/立方公分)之GaN
[變化實例2] (n側鞘層-活性層-P侧第1鞘層-P側第2鞘層） 變化實例係，在基材上如表2所示之依η側接觸層〜p側接 觸層順序積層，藉蝕刻以形成條帶狀之波導，進而露出η側 接觸層，在此等接觸層上形成ρ、η電極以獲得如圖14所示 之雷射元件。此時形成條帶狀波導時之蚀刻深度係在ρ侧第 2鞘層膜厚為0.1微米之位置（接近活性層之方向）以下，而在 活性層（未達活性層之深度）以上所製成之深度。 所獲得之雷射元件與變化實例1相比，驅動電流有降低達 10〜20毫安培左右之傾向。 94040.doc -74- 200423508 表2
組成及膜厚 η側接觸層104 摻雜矽(lxio18/立方公分)之GaN膜厚4·5微米 破裂防止層105 #雜矽之In_Gaa94N膜厚0· 15微米 η側鞘層106 未摻雜之Alai6Ga〇.84N 25 A及摻雜矽(1 X 1〇19/立方公 分)之GaN25 A，交互積層，總膜厚L2微米 活性層108 將摻雜矽之GaN障壁層(B)、摻雜矽(5X1018/立方公） 之1n〇.2Ga〇.8N 40 A之凹槽層(W)依(B)-(W)-(BHW)-(?t(W)e(B)之順序積層、最上層及最下層障壁層之 座憂^00 A、其它為15〇 A，總膜厚為1020 A Ρ側弟1勒層109 l〇2G/立方公分)之Ala3Ga〇7N膜厚 100 A P惻弟2革肖層111 p側接 gjTi2 ' ^•i6Gaa84N 25 A及摻雜鎂(1X1019/立方公分)之 ，交互積層，總膜厚0.6微米 查102Q/立方公分)之GaN
[變化實例3] (n側鞘層-η側導光層-活性層卞側導光層_州第2鞠層） 又化灵例係’在基材上如表3所示之依η側接觸層〜ρ側接 觸層順序積m刻以形成條帶狀之波導，進而露出η側 接觸層’在此等接觸層上形成ρ、η電極以獲得如圖15所示 之田射兀件。此時形成條帶狀波導時之蝕刻深度係在ρ側第 2鞘層膜厚為(Μ微米之位置（接近活性層之方向）以下，而在 活陧層（未達活性層之深度）以上所製成之深度。在圖中條帶 狀脊狀波導路係以達到Ρ侧導光層11〇之深度而形成。 所獲彳于（雷射儿件與具有ρ側第1鞘層之雷射元件相比， 驅動私.vf有降低之傾向，而閾值電流呈上昇5〜6倍之傾向 所獲彳于足雷射凡件之大部份呈不顯示雷射振盪之傾向。 94040.doc -75- 2004235 08 表3
組成及膜厚 η侧接觸層1〇4 摻雜矽(1 X 1018/立方公分)之GaN膜厚4.5微米 石皮裂防止層105 接雜碎之In〇.〇6Ga〇.94N"膜厚〇 · 15微米 η側鞘層1〇6 未摻雜之Al〇.16Gaa84N 25 A及摻雜矽(ΙΧΙΟ19/立方公 分)之GaN 25 A，交互積層，總膜厚1.2微米 Ν側導光層1〇7 未摻雜之GaN膜厚0.2微米 活性層108 將摻雜矽之GaN障壁層(B)、摻雜矽(5X1018/立方公） 之ln〇.2Ga〇.8N 40 A之凹槽層（W)依(BHW)-(B)-(W)- (；6)-^)-田)之順序積層、總膜厚為420人 Ρ側導光層110 摻雜鎂(5 X 1016/立方公分)之GaN膜厚0.2微米 Ρ侧第2鞘層111 Al〇.i6Ga〇.85N 25 A及換雜1X1019/立方公分鎮之GaN 25 A，交互積層，總膜厚0.7微米 Ρ側接觸層112 ’ 摻雜1 X 102G/立方公分鎂之GaN (長波長之雷射元件） 本發明之雷射元件在450 nm以上，具體而言在450以上 520 nm以下，藍色〜綠色之長波長區域，供以構成以下各層 為佳。但本發明並不受限於此波長區域。 在長波長區域中，以追加凹槽層、障壁層作為活性層， 於其中間配置中間層可連帶提高振盪特性。 使用於短波長區域，具體而言為450 nm以下之波長區域 ，之活性層中，由InGaN製得之凹槽層，以障壁能帶較該凹 槽層更大之障壁層包挾所成之量子阱結構，具體而言係採 用由InGaN製得之凹槽層及與該凹槽層之混晶比或組成相 異之由AlGalnN製得之障壁層。就此類結構而言係採用障壁 層/凹槽層/障壁層之單一量子阱結構（SQW)、由凹槽層及障 壁層重覆積層之多重量子阱結構（MQW)。但是，為了使此 凹槽層及障壁層之混晶比或組成不同，在各層成長時之適 切溫度即相異，而有成長困難之傾向。此時，係在凹槽層 94040.doc -76- 2004235 08 上製成較其成長溫度更高之障壁層。 ，於障壁層成長時之升溫過程發生鋼之分；銦〈凹槽層中 銳利之發光吸收♦。另外，使障壁層在與=法獲得 之溫度下成長時，在活性層形成後 ^大致相同 、導則’為獲得良好之結晶而必要經=:層(鞠層 成長困難性伴隨振盡波長變長下呈顯著4向=^匕類 述長波長區域中配置中間層為佳。 、在上 中=之=於上述中間層可藉上述升溫解決問題。在此 τ間層i配置，下，可迦穴η 仏凡 了硯祭到上述錮又部份分解， 層表面形態呈現凹凸之傾向。此等狀— 里對驅動藏μ及閾值電壓之大幅度降度有2 層係配置在凹槽層及障壁層之間 I二中間 大。此中間層之活性層為MQW時，必須;7=在=層 槽層上，較佳Λ献罢—入， /配置在1層凹 4配置在全邵凹槽層上，則解決上述 上卩早壁層整體之問題。 曰 另外’就中間層之膜厚而言’其較障壁層之膜厚薄，較 為在i個原子層以上1〇〇Α以下範圍内，此膜厚在⑽Α以 ^時’在中間層及障壁層之間形成微小能帶，因而呈現振 盈：性惡化之傾向。此時之障壁層係在—以上4〇“以下 L圍另外中間層之組成較佳係由从叫_uN(〇 ^ u ^ 〇 氯仵’而上述銦之部份分解，因中間層之表面狀態使驅動 電壓及閾值電壓顯示低下之傾向，更佳為以从叫』(〇3 ^ VS 1)製得可大幅度降低上述各電壓。 [變化實例4] 94040.doc -77- 2004235 08 在基材上如表4所示依η側接觸層〜p側接觸層順序積層， 形成雷射元件結構。接著，蝕刻條帶寬度1 ·8微米，及自p 側接觸層至ρ側第1鞘層之膜厚以達到500 Α之深度，而形成 條帶狀脊狀波導路，與其它實例相同，進而藉蝕刻以露出η 側接觸層，在各接觸層上形成ρ、η電極，以獲得露出晶元 之雷射元件。 所獲得之雷射元件，在波長450 nm，確認在閾值電流密 度2.0 kA/平方公分下於室溫可以連續振盪1〇〇〇小時以上。 此處’條帶狀波導形成時之蝕刻深度，與位置較ρ側第2鞘 層之膜厚1.0微米更高之雷射元件相比，顯示優異之元件壽 命、橫模式之控制。另外，蚀刻深度較此更深時，與深度 達不到ρ側導光層之雷射元件相比，可獲得在橫模式之控制 性、F.F.P.下優異之縱橫比。 表4
組成及膜厚 η側接觸層104 摻雜矽(1 X 1018/立方公分)之GaN膜厚4.5微米 破裂防止層105 掺雜矽之In_Ga〇.94N膜厚〇. 15微米 η側鞘層1〇6 未摻雜之AlG.i6Ga().84N 25A及掺雜碎(1 X 1〇19/立方 公分)之GaN25 A，交互積層，總膜厚丨.2微米 ”側導光層107 未掺雜之GaN膜厚750 A 活性層108 將未摻雜之Ino.wGa^N 100 A障壁層(B)、未掺雜 之AlojGaojN 10 A之中間層（M)、未摻雜之 InojGa^N 50A 之凹槽層依⑻⑼· (W)^M)-(BHW)-(M)_(B)之順序積層、總膜厚為 580 A 層 109 彳日1!彳皆 、▲一 摻雜鎂(lxio /互方公分)之GaN膜厚1〇〇A ρίίΪ2^Τη 掺旅鍰ί5X 10 分)之GaN膜厚0.1微米 七“25 A及摻雜 1X1019/立 層，總膜厚0.6微米 !12 掺雜1 ? H. /乂鎂之GaN 150 A 94〇40.d〇c 2004235 08 *ι凹槽層（w)係在82(rc成長、而在88〇Ό成長中間層（M) P本土日（B)另外圖108a係顯示中間層、i〇8b顯示凹槽層 、108c顯示障壁層。 [變化實例5] 在基材上％層之元件結構除了如下表所列之外，與變化 實例4相同，製得雷射元件。 所獲得之雷射元件，振盪波長為510 nm，之良好雷射元 件。興又化灵例4相比，雖然以MQW至SQW作為活性層之 兀件特性主稍微低下之傾向，經活性層中之中間層GaN， 藉由配置中間層而使效果降低。 表5
---- 組成及膜厚 — η側接觸層104 破裂防止^ 10$^^ 梦雜矽(1 X 1018/立方公分彳乏GaN膜屢1.5微米〜 梦雜矽之Ina〇6Ga〇.94N膜厚〇. 15微米 ’ η侧鞠層106 未摻雜之八1〇.160&().8以25入及摻雜矽(1\10，立方 公分)之GaN 25 A，交互積層，總膜厚1.2微米 Ν侧導光層107"^ GaN 膜厚 750 A — 活性層2108 將Ina28Gaa72N 150 A之障壁層(B)、GaN 10 A之不 間層(Μ)、摻雜矽(5X1018/A*&*)ilna5Ga0.5N 50 A之凹槽層(W)依(B)_(WHM)-(B)之順序積層 、總膜厚為360 Λ Ρ侧第1鞘層109 每雜鎂(1 X 102(V立方公分)之GaN膜厚100 A~~ Ρ側導光層110 摻雜鎂(5X 1016/立方公分)之GaN膜厚0.1微米一 ρ側罘2鞘層111 未摻雜之Ala2Gaa8N 25 A及摻雜1 X 1〇19/立方公分 鎂之GaN 25 λ，交互積層，總膜厚0.6微米 Ρ側接觸層112 摻雜1 X 102G/立方公分鎂之GaN膜厚150 A *2凹槽層（W)係在820°C成長、而在880°C成長中間層（M) 、障壁層（B)。 在商業上之應用 94040.doc -79- 2004235 08 利用本發明可實現短波長雷射元件， 之寫入、讀取㈣，或光纖等通信用光 用價值極大。 【圖式簡單說明】 圖1係關於在本發明之第i實施例中 式剖面圖。 供作為DVD、CD等 源，在商業上之利 所示之雷射元件之模 圖2係關於在本發明之並 其他實施例中所示之雷射元 才吴式剖面圖。 圖3A〜G係說明本發明方法之各製程之模式剖面圖。 圖4係供比較所示之雷射元件之模式剖面圖。 圖5係關於在本發明之一實例中雷射元件之 特性圖。 圖6係關於在本發明之一實例中因雷射元件劣 電流變化之示意圖。 圖係在本毛明中條帶寬度與單一橫模式振篮關係之示 件之 電流-光輸出 化之驅動 意圖 意圖 圖8係在本發明中蝕刻深度與單-橫模式振 盘關係之 圖9係在本發明中蝕刻深度與驅動電流關係之示意圖。 模式圖 圖10係在本發明中*刻深度與元件壽命關係之示意圖。 圖^係關於在本發明之第2實施例中所示之雷射元件之 關係 圖12係在纟發明之雷射元件中触刻深度與元件特性 之說明圖。 94040.doc -80- 200423508 圖13係關於本發明之變形例1之雷射元件之模式剖面圖。 圖14係關於本發明之變形例2之雷射元件之模式剖面圖。 圖15係關於本發明之變形例3之雷射元件之模式剖面圖。 圖16係關於本發明之變形例4、5之雷射元件之模式剖面 圖1 7係關於在本發明 結構之模式剖面圖。 圖1 8係關於在本發明之第 結構之模式剖·面圖。 之第2實施例中所示之雷射 3 f施例中所示之雷射 元件之 疋件之 圖19A〜G係本發明之第2及第3每 法之各製程示意模式剖面圖。叫〈雷射元件之製造方 圖20係供說明關於本發明之 模式圖。 Λ施例中之雷射元件之 94040.doc -81 -

Claims (1)

  1. 200423508 拾、申請專利範園： 1 · 一種氮化物半導體雷射元件，其係至少依序積層有活性 層及在其上至少之P侧第1鞘層、P側導光層、P側第2鞘層 、及P側接觸層，自該P侧接觸層侧至上述活性層上方係 經姓刻’而配置有條帶狀波導路區域之實效折射率型氮 化物半導體雷射元件，其中： 前述第1鞘層至少含有2層，第1層由在氮氣環境下所形成 之AlyGawN(0<y<0.35)所構成，第2層由在氫氣環境下所 形成之AlyG，awN(0<y<0.35)所構成； 依前述餘刻所配置之條帶寬度係狹條區域1〜3微米範圍； 别述I虫刻深度為在P側導光層膜内，或是在P側導光層以 上前述p側鞘層殘膜厚度0.1微米以下位置處。 2· 一種氮化物半導體雷射元件，其係至少依序積層有活性 層及在其上至少之P侧第1鞘層、P侧導光層、P側第2鞘層 、及P側接觸層，自該P側接觸層側至上述活性層上方係 經钱刻’而配置有條帶狀波導路區域之實效折射率型氮 化物半導體雷射元件 前述第1鞘層至少含有2層，第1層由在氮氣環境下所形成 之AlyGa^yNCiXycOJS)所構成，第2層由在氫氣環境下所 形成之AlyGabyNCtXyWJS)所構成； 依前述姓刻所配置之條帶寬度係狹條區域1〜3微米範圍； 述I虫刻深度為在P側導光層膜内，或是在P侧導光層以 上前述P側鞘層殘膜厚度0.1微米以下位置；且 藉前述姓刻所露出之條帶之兩側面及在該側面連續之氮 94040.doc 2004235 08 化物半導體平面上，形成非矽氧化物之絕緣膜，介以該 絕緣膜在前述條帶最上層之前述p側接觸層表面上形成 電極。 3 ·根據申請專利範圍第2項之氮化物半導體雷射元件，其中 前述絕緣膜係選自包含鈦、釩、锆、鈮、給、鈕所組成 之群之至少一種元素之氧化物、SiN、BN、Sic、A1N中 至少—種。 4·種氮化物半導體雷射元件，其係至少依序積層有活性 層及在其上至少之ρ側第1鞘層、ρ側導光層、ρ側第2鞘層 及Ρ側接觸層，自該Ρ側接觸層側至上述活性層上方係 經蝕刻，而配置有條帶狀波導路區域之實效折射率型氮 化物半導體雷射元件，其中·· 前述第1鞘層至少含有2層，第1層由在氮氣環境下所形成 之AlyGai_yN(0<y<0.35)所構成，第2層由在氫氣環境下所 形成之AlyGabyNCiKyajS)所構成； 前述P側導光層為INxGai xN (0$χ< 〇 依雨述触刻所配置之條帶寬度係狹條區域1〜3微米範圍； W述蝕刻深度為在ρ側導光層膜内，或是在ρ側導光層以 上前述ρ側鞘層殘膜厚度〇1微米以下位置處。 5·如申請專利範圍第4項之氮化物半導體雷射元件，其中前 述活性層為INGaN*構成的井層之量子井構造。 6. —種氮化物半導體雷射元件，其係至少依序積層有活性 層及在其上至少之P側第1鞘層、P側導光層、ρ側第2鞘層 、及P側接觸層，自該p側接觸層側至上述活性層上方係 94040.doc 2004235 08 經#刻’而配置有條帶狀波導路區域之實效折射率型氮 化物半導體雷射元件，其中： 前述第1鞘層至少含有2層，第1層由在氮氣環境下所形成 之AlyGaHNCfKycOJS)所構成，第2層由在氫氣環境下所 形成之AlyGawN(0<y<0.35)所構成； 依前述蝕刻所配置之條帶寬度係狹條區域1〜3微米範圍； 前述领刻深度為在P侧導光層膜内，或是在p側導光層以 上前述P側鞘層殘膜厚度0.1微米以下位置處，且蝕刻深度 不超過0.7微米。 7·如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體雷射元件， 其中前述p側第2鞘層具有含AlGaN之超晶格構造。 8.如申請專利範圍7項之氮化物半導體雷射元件，其中含 AlGaN之超晶格構造係積層AlGaN及GaN而構成者。 9 · 種氮化物半導體雷射元件’其係積層有活性層及在其 上至少之P側第1鞘層、P側導光層、p側第2鞘層、及p側 接觸層’自該P侧接觸層側至上述活性層上方係經蝕刻， 而配置有條帶狀波導路區域之實效折射率型氮化物半導 體雷射元件，其中： 前述P側導光層具有狹條帶狀突出部，且該突出部上具有 P型氮化物半導體層； 前述P側第1鞘層至少由2層所構成，第丨層為在氮氣環境 下形成之AUGakN (〇<x<〇·5)，第2層為在氫氣環境下 形成之 AUGahN (〇<χ<〇·5);且 該Ρ測導光層之突出部之膜厚在1微米以下。 94040.doc 2004235 08 10·如申請專利範圍第9項之氮化物半導體雷射元件，其中前 述ρ侧導光層較η側導光層的膜厚為厚，具有狹條帶狀之 突出部，且突出部中之ρ側導光層的膜厚在1500 Α(埃）以 上1微米以下。 11.如申請專利範圍第10項之氮化物半導體雷射元件，其中P 侧第2鞘層為含AlGaN之超晶格構造。 94040.doc
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