專利名稱：氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有氮化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，要求光盤具有越來越大的存儲(chǔ)容量，并伴隨更高的密度。為了迎合這種需求，采用藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的BD(藍(lán)光光盤)和HD-DVD(高清晰度DVD)得到了標(biāo)準(zhǔn)化，符合所述標(biāo)準(zhǔn)的諸如譯碼器的裝置實(shí)現(xiàn)了商品化。符合這些標(biāo)準(zhǔn)的新型光盤需要具有高可靠性的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器，從而實(shí)現(xiàn)在兩層光盤上以更高的密度高速寫入信息。
用于在常規(guī)CD或DVD上復(fù)制或?qū)懭胄畔⒌腁lGaAs系或InGaAlP系半導(dǎo)體激光器包括位于諧振器端面上的由諸如SiO2、Al2O3或Si3N4的電介質(zhì)構(gòu)成的涂覆膜，用于防止作為激光束出光面的諧振器端面的劣化或光學(xué)損傷。然而，如果EB(電子束)蒸鍍器(evaporator)或?yàn)R射裝置被用來在作為藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的氮化物半導(dǎo)體激光器上按照原樣淀積涂覆膜，則COD水平低，即可能發(fā)生COD(災(zāi)難性光學(xué)損傷)的臨界功率低，從而可靠性非常低。因此，必須改進(jìn)涂覆技術(shù)。注意，COD是指由于出光面對激光束的吸收而導(dǎo)致的構(gòu)成半導(dǎo)體激光元件的晶體熔化的現(xiàn)象。
JP-A-2002-335053公開了一種制造半導(dǎo)體激光器的方法，其中，將通過解理形成的半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面暴露于氬等離子體氣氛中，從而通過處于等離子體狀態(tài)的氬粒子去除在諧振器端面上自然形成的自然氧化膜。因此，提高了形成于諧振器端面上的涂覆膜與諧振器端面之間的粘附力，從而提高了諧振器端面的可靠性。此外，還提出在解理之后加熱半導(dǎo)體表面，以去除附著在所述半導(dǎo)體表面的濕氣等，從而進(jìn)一步提高其可靠性。
在JP-A-2002-335053提出的半導(dǎo)體激光器制造方法所采用的，暴露于氬等離子體氣氛的過程中，不向半導(dǎo)體激光棒及其支架施加電壓，因此，氬離子不會(huì)在電勢差的作用下被吸引到半導(dǎo)體激光棒(laser bar)上，從而撞擊半導(dǎo)體激光棒的諧振器端面。換言之，其并非所謂的反濺射(countersputtering)。在這種情況下，抵達(dá)半導(dǎo)體激光棒的諧振器端面的離子被認(rèn)為具有數(shù)十keV的能量。離子的這一能量足以通過其等離子體去除附著在半導(dǎo)體激光棒表面的濕氣、碳、自然氧化膜等，而且這一能量被認(rèn)為對半導(dǎo)體激光棒的諧振器端面幾乎不造成損壞。
本發(fā)明人對暴露于氬等離子體氣氛的諧振器端面進(jìn)行了元素分析，以研究暴露于氬等離子體氣氛的效果。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在暴露于氬等離子體氣氛之后未觀察到碳和氧，而在未暴露于氬等離子體氣氛時(shí)，則觀察到了碳和氧。所觀察到的碳和氧被認(rèn)為包含在自然氧化膜、濕氣或污染物中，所述自然氧化膜、濕氣或污染物通過解理形成諧振器端面之后到形成涂覆膜為止的時(shí)間內(nèi)被附著。當(dāng)在諧振器端面上進(jìn)行熱處理，而不是暴露于氬等離子體氣氛時(shí)，獲得了類似的結(jié)果。
從這一結(jié)果，可以說，應(yīng)當(dāng)在從諧振器端面去除碳和氧之后形成涂覆膜，以改善半導(dǎo)體激光元件，并且，可以通過熱處理或暴露于氬等離子體氣氛實(shí)現(xiàn)如此形成涂覆膜。
然而，根據(jù)本發(fā)明人所做的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了下述事實(shí)。也就是說，盡管暴露于氬等離子體氣氛對于從諧振器端面去除碳和氧是有效的，但是，如果所述半導(dǎo)體激光元件為氮化物半導(dǎo)體激光元件，那么包括諧振器端面的半導(dǎo)體激光元件的表面將受到所述暴露的影響。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)如下。制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的兩個(gè)樣本。將樣本之一暴露于氬等離子體氣氛，而另一樣本則不暴露于氬等離子體氣氛。對每一樣本進(jìn)行老化試驗(yàn)，在老化試驗(yàn)之前和之后測量每一樣本的COD水平。圖11示出了兩個(gè)樣本在老化之前和經(jīng)過200小時(shí)的老化之后COD水平的變化。樣本之一在暴露于氬等離子體氣氛之后具有形成于諧振器端面上的Al2O3涂覆膜。另一樣本在經(jīng)過解理但未暴露于氬等離子體氣氛的狀態(tài)下具有形成于諧振器端面的Al2O3涂覆膜。老化條件包括70℃的環(huán)境溫度、60mW的功率、APC(自動(dòng)功率控制)驅(qū)動(dòng)和CW(連續(xù)波)驅(qū)動(dòng)。此外，在50ns、50％占空因數(shù)、室溫和脈沖測量的條件下測量COD水平。
可以從圖11理解，就老化之前的COD水平，即初始COD水平而言，暴露于氬等離子體氣氛的樣本比另一樣本低。這被認(rèn)為是因?yàn)楸┞队跉宓入x子體氣氛對諧振器端面具有一些影響。
此外，在暴露于氬等離子體氣氛和沒有暴露于氬等離子體氣氛的兩個(gè)樣本的老化之后，COD水平都較老化之前的COD水平有所下降。然而，暴露于氬等離子體氣氛的樣本具有比未暴露于氬等離子體氣氛的樣本更高的COD水平。換言之，在老化之后顛倒了兩個(gè)COD水平之間的關(guān)系。因此，可以說，通過暴露于氬等離子體氣氛抑制了由老化引起的COD水平的劣化，從而提高了可靠性。
這一點(diǎn)的原因被認(rèn)為如下。在未暴露于氬等離子體氣氛的氮化物半導(dǎo)體激光元件中，存在一種由諧振器端面內(nèi)的諸如自然氧化膜等的雜質(zhì)導(dǎo)致的能夠在諧振器端面和涂覆膜之間的界面處引起非光發(fā)射復(fù)合的界面狀態(tài)。因此，老化過程中的發(fā)熱導(dǎo)致了諧振器端面的劣化。相反，在暴露于氬等離子體氣氛的氮化物半導(dǎo)體激光元件中，與沒有氬等離子體氣氛的情況相比，減少了在諧振器端面和涂覆膜之間的界面處的非光發(fā)射復(fù)合。因此，在老化過程中僅生成很少的熱量，從而降低了諧振器端面中的劣化，因而COD水平只有很少的劣化。
換言之，雖然暴露于氬等離子體氣氛具有降低COD水平劣化的優(yōu)點(diǎn)，但是其也具有降低初始COD水平的缺點(diǎn)。在需要高功率氮化物半導(dǎo)體激光元件時(shí)，初始COD水平的降低可能是一個(gè)嚴(yán)重的問題。例如，就具有圖11所示的特性的半導(dǎo)體激光元件而言，暴露于氬等離子體氣氛的半導(dǎo)體激光元件難以實(shí)現(xiàn)處于200mW的初始COD水平以上的高功率。
雖然如上所述暴露于氬等離子體氣氛可能對諧振器端面造成一些損害，但是，到目前為止還沒有對損害的細(xì)節(jié)或具體內(nèi)容的研究。因此，本發(fā)明人對其進(jìn)行了研究，并發(fā)現(xiàn)暴露于氬等離子體氣氛引起了由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的諧振器端面內(nèi)的含氮量的降低。在下文中將對其細(xì)節(jié)予以說明。
就氮化物半導(dǎo)體激光元件而言，在諧振器端面上從表面向內(nèi)部進(jìn)行濺射蝕刻，與此同時(shí)，采用AES(俄歇電子能譜)法測量鎵和氮之間的原子數(shù)量比率。在GaN暴露于表面的區(qū)域內(nèi)實(shí)施所述測量。圖12示出了沒有暴露于氬等離子體氣氛的樣本和暴露于氬等離子體氣氛的樣本的測量結(jié)果。縱軸對應(yīng)于氮原子數(shù)量與鎵原子數(shù)量的比率，橫軸對應(yīng)于濺射蝕刻的時(shí)間長度。在本說明書的下文當(dāng)中，每次對氮鎵比率的表述都是指原子數(shù)量的比率。這里，一分鐘的濺射蝕刻對應(yīng)于大約3nm的深度。從圖12中可以理解，暴露于氬等離子體氣氛引起了氮化物半導(dǎo)體激光元件頂面的氮鎵比率的降低(在圖12的橫軸的零點(diǎn)處)。
此外，就另一氮化物半導(dǎo)體激光元件而言，在諧振器端面上從表面向內(nèi)部進(jìn)行濺射蝕刻，與此同時(shí)，采用AES法測量鎵和氮之間的原子數(shù)量比率。圖13示出了沒有暴露于氬等離子體氣氛的樣本和暴露于氬等離子體氣氛的樣本的測量結(jié)果。橫軸對應(yīng)于自諧振器端面的表面起的深度，而縱軸對應(yīng)于氮鎵比率。從圖13也可以理解，暴露于氬等離子體氣氛引起了氮化物半導(dǎo)體激光元件的頂面處氮鎵比率的降低。
如上所述，在暴露于氬等離子體氣氛的氮化物半導(dǎo)體激光元件的表面上，氮鎵比率降低了，其原因被認(rèn)為在于由受激氬離子的沖擊導(dǎo)致的具有高蒸氣壓的氮的去除。此外，這一原因還可能包括暴露于氬等離子體氣氛引起了氮從諧振器端面的表面被去除并減少，從而使諧振器端面變成了所存在的鎵超過氮的狀態(tài)。由于使氮鎵比率以1∶1作為均衡的化學(xué)計(jì)量比顯著失衡，因此，非光發(fā)射中心增加，其導(dǎo)致了引起端面迅速劣化的熱值的增大。為了這一原因，去除氮的狀態(tài)取決于暴露于氬等離子體氣氛的時(shí)間長度、微波功率、處理溫度等。
如圖11所示，暴露于氬等離子體氣氛的樣本具有比未暴露于氬等離子體氣氛的樣本低的初始COD水平。這一點(diǎn)被認(rèn)為是由下述原因?qū)е碌牡獜闹C振器端面的被去除導(dǎo)致了非光發(fā)射中心的增多以及非光發(fā)射復(fù)合的機(jī)率的增大，從而使熱值增大。
此外，在JP-A-2002-335053提出的半導(dǎo)體激光器的制造方法中，在形成涂覆膜之前，對半導(dǎo)體激光棒進(jìn)行加熱，從而蒸發(fā)并去除附著于末端表面上的濕氣。通常采用將半導(dǎo)體激光棒加熱至高于室溫的溫度的這種工藝蒸發(fā)濕氣或改善涂覆膜的質(zhì)量。然而，就氮化物半導(dǎo)體激光器而言，發(fā)現(xiàn)這種加熱工藝導(dǎo)致了氮從諧振器端面被去除，從而降低了COD水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的方法，其中，可以去除形成于諧振器端面上的諸如自然氧化膜的雜質(zhì)，以提高可靠性，并且，可以降低對所述諧振器端面的附帶損害，即減少從所述諧振器端面上去除氮，以提高初始COD水平。
根據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的方法包括在襯底上形成氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體層形成步驟；以及解理在其上形成了所述氮化物半導(dǎo)體層的所述襯底，從而形成兩個(gè)相互平行的諧振器端面的解理步驟。所述方法還包括將所述諧振器端面暴露于由氮?dú)饣蚨栊詺怏w和氮?dú)獾幕旌蠚怏w生成的第一等離子體氣氛當(dāng)中的第一暴露步驟。在第一暴露步驟中，當(dāng)以“a”表示在暴露于第一等離子體氣氛之前所述諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率，以“b”表示在所述暴露之前自所述諧振器端面的表面起的內(nèi)部的氮鎵比率的平均值，以“d”表示在暴露于所述第一等離子體氣氛之后所述諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率，以“e”表示在所述暴露之后自所述諧振器端面的表面起的內(nèi)部的氮鎵比率的平均值時(shí)，將由g＝(b·d)/(a·e)表示的值“g”設(shè)為滿足g≥0.8的值。
此外，根據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的方法還包括處于所述解理步驟和所述第一暴露步驟之間的將所述諧振器端面暴露于由惰性氣體生成的第二等離子體氣氛的第二暴露步驟。
此外，根據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的方法還包括在所述第一暴露步驟之后，形成防止諧振器端面受到光學(xué)損傷的端面涂覆膜。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，端面涂覆膜由Al、Ti、Si、Y、Nb、Ta或Zr的氧化物構(gòu)成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，端面涂覆膜由Al或Si的氮化物構(gòu)成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，兩個(gè)諧振器端面二者均具有由相同材料構(gòu)成的端面涂覆膜。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，端面涂覆膜是通過電子回旋共振濺射法或高頻濺射法形成的。此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，第一暴露步驟中的襯底溫度處于150-500℃的范圍內(nèi)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，第一暴露步驟中的襯底溫度處于200-400℃的范圍內(nèi)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，第二暴露步驟中的襯底溫度處于150-500℃的范圍內(nèi)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，第二暴露步驟中的襯底溫度處于200-400℃的范圍內(nèi)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件是通過上述方法制造的。
此外，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法包括在襯底上形成氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體層形成步驟；解理在其上形成了所述氮化物半導(dǎo)體層的所述襯底，從而形成兩個(gè)相互平行的諧振器端面的解理步驟；以及在所述諧振器端面上形成涂覆膜的涂覆膜形成步驟。所述方法還包括處于所述解理步驟和所述涂覆膜形成步驟之間的將所述諧振器端面暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w生成的第一等離子體氣氛當(dāng)中的第一暴露步驟。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在從第一暴露步驟到完成涂覆膜形成步驟的時(shí)間內(nèi)未將諧振器端面暴露于空氣當(dāng)中。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，由僅含有氮的氣體生成第一等離子體氣氛。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，由含有氮和氬的氣體生成第一等離子體氣氛。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在第一暴露步驟中，未在諧振器端面上形成含有構(gòu)成所述涂覆膜元素的的膜。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在第一暴露步驟中，將其上形成了氮化物半導(dǎo)體層的襯底加熱至處于100-500℃范圍內(nèi)的溫度。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在第一暴露步驟中，將諧振器端面暴露于第一等離子體氣氛中的時(shí)間長度處于30秒到20分鐘的范圍內(nèi)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，通過電子回旋共振生成第一等離子體氣氛。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在第一暴露步驟中，電子回旋共振的微波功率處于200-800瓦的范圍內(nèi)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，所述涂覆膜的至少其中之一是由Al、Ti、Si、Y、Nb、Ta、Zr、Hf或Zn的氧化物、Al或Si的氮化物或者Al或Si的氮氧化物構(gòu)成的。
此外，根據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的方法還包括處于所述解理步驟和所述第一暴露步驟之間的將所述諧振器端面暴露于由惰性氣體或者惰性氣體和氮?dú)獾幕旌蠚怏w生成的第二等離子體氣氛的第二暴露步驟。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，第二暴露步驟中的惰性氣體為氬。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在第二暴露步驟中，將其上形成了氮化物半導(dǎo)體層的襯底加熱至處于100-500℃范圍內(nèi)的溫度。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在第二暴露步驟中，將諧振器端面暴露于第二等離子體氣氛中的時(shí)間長度處于30秒到20分鐘的范圍內(nèi)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，通過電子回旋共振生成第二等離子體氣氛。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在第二暴露步驟中，電子回旋共振的微波功率處于200-800瓦的范圍內(nèi)。


圖1是沿平行于腔體長度的方向觀察的，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光棒的橫截面。
圖2是從垂直于腔體長度的方向觀察的，根據(jù)第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光棒的側(cè)視圖。
圖3示出了ECR濺射裝置的一般結(jié)構(gòu)。
圖4示出了根據(jù)第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光裝置的一般結(jié)構(gòu)。
圖5是顯示在老化之前和之后，根據(jù)第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光元件的COD水平的曲線圖。
圖6是顯示在老化之前和之后，根據(jù)第一實(shí)施例的另一氮化物半導(dǎo)體激光元件的COD水平的曲線圖。
圖7是顯示氮鎵比率與從根據(jù)第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面的表面到其內(nèi)部的深度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖8是顯示氮?dú)馀c氬氣的分壓比與諧振器端面內(nèi)的氮的相對量之間的關(guān)系的曲線圖。
圖9是顯示在老化之后，諧振器端面內(nèi)氮的相對量與COD水平之間的關(guān)系的曲線圖。
圖10是顯示當(dāng)其暴露于等離子體氣氛時(shí)氮化物半導(dǎo)體激光棒的溫度與老化后的COD水平之間的關(guān)系的曲線圖。
圖11是顯示在老化之前和老化之后常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激光元件的COD水平的曲線圖。
圖12是顯示常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激光元件的濺射面內(nèi)的氮鎵比率和濺射時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
圖13是顯示氮鎵比率與從常規(guī)氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面的表面到其內(nèi)部的深度之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例在下文中將參照附圖描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是從平行于腔體長度的方向觀察的根據(jù)第一實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光棒的前視圖，圖2是從垂直于腔體長度的方向觀察的所述氮化物半導(dǎo)體激光棒的側(cè)視圖，圖3示出了ECR濺射裝置的一般結(jié)構(gòu)，圖4示出了氮化物半導(dǎo)體激光裝置的一般結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，氮化物半導(dǎo)體激光棒10包括n型GaN襯底11，在所述n型GaN襯底11上從襯底11一側(cè)按順序形成n-AlGaInN緩沖層21、n-AlGaInN覆層22、n-AlGaInN引導(dǎo)層23、AlGaInN多量子阱有源層24、p-AlGaInN引導(dǎo)層25、p-AlGaInN覆層26和p-AlGaInN接觸層27。適當(dāng)調(diào)整每一層內(nèi)混合晶體的比率，盡管其與本發(fā)明沒有實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系。注意，有源層24可以含有大約0.01-10％的諸如As或P的V族元素。
至少在p-AlGaInN引導(dǎo)層25、p-AlGaInN覆層26和p-AlGaInN接觸層27的一部分內(nèi)形成沿諧振器方向延伸的帶狀脊12。所述帶的寬度處于大約1.2-2.4μm的范圍內(nèi)，其典型值為大約1.5μm。
形成與p-AlGaInN接觸層27接觸的p電極32，在除脊12的部分以外的p電極32之下形成絕緣體膜31。以這種方式，使氮化物半導(dǎo)體激光棒10具有了所謂的脊帶(ridge stripe)結(jié)構(gòu)。此外，在氮化物半導(dǎo)體激光棒10的后側(cè)形成n電極33。
氮化物半導(dǎo)體激光棒10是通過以金剛石筆切割法或斷裂法使包括形成于襯底上的上述層和電極的氮化物半導(dǎo)體晶片解理而得到的。通過這種解理獲得的表面就是圖2所示的彼此平行的諧振器端面13和14。
此外，如圖2所示，在位于出光側(cè)的諧振器端面13上形成具有大約5％反射率的低反射涂覆膜34，在光反射側(cè)的諧振器端面14上形成具有大約95％反射率的高反射涂覆膜37。低反射涂覆膜34和高反射涂覆膜37防止諧振器端面13和14氧化，控制反射率，防止諧振器端面13和14受到光學(xué)損傷。
接下來，將在下文中說明低反射涂覆膜34和高反射涂覆膜37的形成，及其預(yù)處理。
首先，將說明用于形成低反射涂覆膜34和高反射涂覆膜37的裝置。采用具有真空機(jī)構(gòu)的裝置，例如如圖3所示的ECR(電子回旋共振)濺射裝置50，形成這些涂覆膜，所述裝置能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)暴露于等離子體氣氛，并且在不暴露于空氣當(dāng)中的情況下形成涂覆膜。
參考圖3，將說明ECR濺射裝置50的結(jié)構(gòu)。ECR濺射裝置50具有膜形成爐60和等離子體生成室70兩個(gè)主要部分。膜形成爐60配有進(jìn)氣口61、靶62、加熱器63、樣本臺(tái)64、遮擋板65和排氣口66。樣本臺(tái)64支撐附著于支架(未示出)上的氮化物半導(dǎo)體激光棒10，其取向使得在諧振器端面13或諧振器端面14上形成涂覆膜。排氣口66配有真空泵(未示出)，從而通過排氣口66將膜形成爐60內(nèi)的氣體排出。靶62與RF(射頻)電源67電連接。此外，等離子體生成室70配有進(jìn)氣口71、微波入口72、微波引入窗73和電磁線圈74。在通過微波引入窗73從微波入口72引入微波時(shí)，在從進(jìn)氣口71引入的氣體中產(chǎn)生等離子體。
在形成低反射涂覆膜34和高反射涂覆膜37之前，膜形成爐60的內(nèi)部被氧化。實(shí)施這一爐內(nèi)氧化的原因如下所述。
采用ECR濺射裝置50形成涂覆膜通常是這樣實(shí)現(xiàn)的濺射由諸如鋁或硅的金屬靶材料構(gòu)成的靶62，并使所述材料在放置于樣本臺(tái)64上的氮化物半導(dǎo)體激光棒的表面上與處于等離子體狀態(tài)的氧和氮反應(yīng)，從而形成所述靶材料的氧化物和氮化物的膜。此外，在形成涂覆膜之前，還要將諧振器端面暴露于等離子體氣氛，以去除自然氧化膜等。
在這種情況下，既未氧化也未氮化的處于金屬狀態(tài)的靶材料附著于除了氮化物半導(dǎo)體激光棒10的表面附近之外的膜形成爐60的內(nèi)部。此外，靶62的表面也以靶材料的金屬狀態(tài)暴露。在膜形成爐60的內(nèi)部處于此種狀態(tài)的同時(shí)，使諧振器端面暴露于等離子體氣氛當(dāng)中。于是，對附著于膜形成爐60的內(nèi)壁和靶62上的處于金屬狀態(tài)的靶材料進(jìn)行濺射，使之附著于包括諧振器端面的氮化物半導(dǎo)體激光棒10的表面上。
在形成低反射涂覆膜34和高反射涂覆膜37之后，從RF電源67向靶62施加RF電壓，以濺射靶62。但是，在將諧振器端面暴露于等離子體氣氛時(shí)，不施加RF電壓。不過靶62仍然受到了濺射，因?yàn)樵谖词┘覴F電壓的情況下，等離子體的生成總能在靶62中產(chǎn)生大約幾伏特的低電壓。盡管靶62內(nèi)的自生成電位大約為幾伏特，但是與施加RF電壓的情況相比靶62只受到了少量濺射。而且，在某些情況下，附著于膜形成爐60的內(nèi)壁的處于金屬狀態(tài)的靶材料也受到了濺射。
如果僅由氬氣產(chǎn)生將諧振器端面暴露于其中的等離子體氣氛，那么對靶62的諸如鋁或硅的靶材料進(jìn)行濺射，從而在諧振器端面13和14上形成處于金屬狀態(tài)的靶材料的膜。當(dāng)處于金屬狀態(tài)的鋁或硅吸收了來自氮化物半導(dǎo)體激光元件的振蕩波長范圍的光后，將受到加熱，從而引起COD損壞(breakdown)，所述氮化物半導(dǎo)體激光元件是通過分割氮化物半導(dǎo)體激光棒10得到的。因此，如果其存在于諧振器端面13和14內(nèi)，將導(dǎo)致COD水平的顯著降低。
此外，如果由氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w生成了等離子體，將形成由具有微少光吸收的靶材料的氮化物構(gòu)成的而不是由金屬構(gòu)成的膜。氮化物膜具有強(qiáng)應(yīng)力，因此，如果其形成于諧振器端面13和14上，將對氮化物半導(dǎo)體激光元件的特性造成不利影響。具體而言，由于在沒有施加RF電壓的情況下自然形成的膜不具有良好的質(zhì)量，因此，其不適于作為涂覆膜。
可以通過預(yù)先氧化膜形成爐60的內(nèi)壁和靶62的表面，防止在暴露于等離子體氣氛時(shí)靶62的這種濺射。如果靶62的表面被氧化，那么自生成電壓將變低，從而使受到濺射的材料的量變小。此外，如果靶材料為鋁，那么氧化鋁Al2O3具有非常低的濺射率，即與處于金屬狀態(tài)的鋁相比，其幾乎不被濺射。即使其被濺射，也不能導(dǎo)致COD水平的降低，因?yàn)椋街诘锇雽?dǎo)體激光棒10的不是金屬而是不會(huì)引起光吸收的氧化物。
作為氧化爐內(nèi)壁的方法，有兩種如下所述的方法。在其中的一種方法中，在膜形成爐60內(nèi)部產(chǎn)生僅由氧氣產(chǎn)生的等離子體。從而使膜形成爐60的內(nèi)壁和靶62的表面氧化。
在另一種方法中，從進(jìn)氣口61向膜形成爐60內(nèi)提供氬氣和氧氣的混合氣體，所述混合氣體中含有的氧氣的比率使得靶62以氧化物狀態(tài)被濺射，之后，向靶62施加RF電壓。于是，從靶62靶材料以氧化物狀態(tài)被濺射，不僅氮化物半導(dǎo)體激光棒10的表面，連膜形成爐60的整個(gè)內(nèi)壁都被靶材料的氧化物而不是靶材料的金屬覆蓋?？梢酝ㄟ^在向靶62施加具有恒定功率的RF電壓的同時(shí)，逐漸提高氧氣的流量，并監(jiān)測靶62的表面上的電勢而得知氧氣的這一比率。當(dāng)氧氣的流量以及氧氣的比率增大時(shí)，所檢測到的電勢在某一流量下迅速降低。這表明靶62的氧化變得比通過氬對靶62的濺射更快，并且靶材料的表面得到了充分的氧化。因此，如果在施加RF電壓的同時(shí)，氧氣的供應(yīng)比這一流量更快，那么將從靶62以氧化物狀態(tài)濺射靶材料，使得靶62和膜形成爐60的內(nèi)壁覆蓋有靶材料的氧化物。
注意，必須在將氮化物半導(dǎo)體激光棒10放入膜形成爐60之前，或者在將氮化物半導(dǎo)體激光棒10放入膜形成爐60之后，在封閉遮擋板65的狀態(tài)下，實(shí)施這一工藝。
接下來，為了從放置在膜形成爐60內(nèi)的樣本臺(tái)64上的氮化物半導(dǎo)體激光棒10的諧振器端面13和14上去除自然氧化膜、濕氣或污染物，將包括諧振器端面13和14的氮化物半導(dǎo)體激光棒10的表面暴露于等離子體氣氛。這一條件如下面的表1所示。雖然在本實(shí)施例中，僅由氮?dú)饣蛴珊械獨(dú)獾幕旌蠚怏w產(chǎn)生等離子體氣氛，以減少氮的去除，但是，在對比實(shí)例1中還示出了僅由氬氣生成等離子體氣氛的情況。


在表1所示的條件下，通過進(jìn)氣口61和進(jìn)氣口71向ECR濺射裝置50內(nèi)提供氣體，并施加使等離子體產(chǎn)生的微波。之后，在恰位于放置在膜形成爐60內(nèi)的氮化物半導(dǎo)體激光棒10之下的遮擋板65開啟時(shí)，將所述氮化物半導(dǎo)體激光棒10的諧振器端面13和諧振器端面14暴露于等離子體氣氛，從而去除自然氧化膜。在這種情況下，將連接至靶62的RF電源67的功率設(shè)置為0瓦。
接下來，分別在諧振器端面13和14上形成低反射涂覆膜34和高反射涂覆膜37。在該實(shí)施例中，在光出口側(cè)的諧振器端面13上形成作為低反射涂覆膜34的由Al2O3構(gòu)成的膜。首先，以40sccm的流量向ECR濺射裝置50提供氬氣，以6-7sccm的流量向其內(nèi)提供氧氣。之后，施加生成等離子體的微波，向由鋁構(gòu)成的靶62施加RF電壓。之后，等離子體狀態(tài)的氬受到靶62的吸引，并撞擊靶62，使得鋁被散射并與處于等離子體狀態(tài)的氧結(jié)合。如果遮擋板65在這種狀態(tài)下開啟，那么將在氮化物半導(dǎo)體激光棒10的諧振器端面13上形成由Al2O3構(gòu)成的低反射涂覆膜34。在這種情況下，將膜形成爐60的內(nèi)部壓力設(shè)置為大約1×10-1pa，將微波功率設(shè)置為500瓦，將RF電源67設(shè)置為500瓦。
將遮擋板65開啟的時(shí)間長度設(shè)置為某個(gè)值，使得低反射涂覆膜34變成對應(yīng)于預(yù)期反射率的厚度?？梢园凑障率稣f明計(jì)算這一時(shí)間長度。首先，預(yù)先在偽體(dummy)上形成與低反射涂覆膜34具有相同材料的膜，并由該膜的反射率計(jì)算該膜的厚度。之后，根據(jù)膜的厚度和由遮擋板65開啟的時(shí)間長度導(dǎo)出的膜形成速度計(jì)算所述時(shí)間長度。通常對位于光出口側(cè)上的涂覆膜的厚度進(jìn)行調(diào)整，使得所述涂覆膜具有低反射率。在該實(shí)施例中，將Al2O3的厚度設(shè)置為80nm，使得反射率變?yōu)?％。如果在形成低反射涂覆膜34的過程中提供了監(jiān)測膜厚度的系統(tǒng)，那么可以根據(jù)來自所述監(jiān)測系統(tǒng)的信號(hào)控制遮擋板65的開啟和關(guān)閉。
接下來，在光反射側(cè)的諧振器端面14上形成高反射涂覆膜37。在該實(shí)施例中，高反射涂覆膜37包括從諧振器端面14一側(cè)按這一順序形成的保護(hù)層35和反射層36。反射層36通常由具有不同折射率的材料交替形成的多個(gè)層構(gòu)成，以獲得大約95％的高反射率。這里，保護(hù)層35由Al2O3構(gòu)成，反射層36由從諧振器端面14一側(cè)按順序形成的如下九個(gè)層構(gòu)成SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2、SiO2、TiO2和SiO2。
在形成低反射涂覆膜34之后，在不從膜形成爐60內(nèi)取出的情況下，翻轉(zhuǎn)氮化物半導(dǎo)體激光棒10。之后，使諧振器端面14指向遮擋板65一側(cè)，并暴露于由包括氮?dú)獾臍怏w產(chǎn)生的等離子體氣氛中，其所處的工序與在光出口側(cè)的諧振器端面13上形成低反射涂覆膜34的情況相同。于是，形成了保護(hù)層35和反射層36的層。將高反射涂覆膜37的每一層的厚度設(shè)置為使整個(gè)反射率變?yōu)轭A(yù)期反射率的值。這里，將保護(hù)層35的厚度設(shè)置為對反射層36的反射率幾乎不起影響的6nm，將反射層36的層厚度從諧振器端面14一側(cè)按順序設(shè)置為70nm、45nm、70nm、45nm、70nm、45nm、70nm、45nm和140nm。注意，如果一旦在翻轉(zhuǎn)時(shí)將氮化物半導(dǎo)體激光棒10從膜形成爐60中取出，也沒有什么問題。
將如上所述在其上成功地形成了低反射涂覆膜34和高反射涂覆膜37的氮化物半導(dǎo)體激光棒10分割成氮化物半導(dǎo)體激光元件。如圖4所示，在由AlN、SiC等構(gòu)成的子基座42上安裝氮化物半導(dǎo)體激光元件49，將每一子基座42安裝在芯柱41上。最后，通過導(dǎo)線44將氮化物半導(dǎo)體激光元件49連接至引腳43，引腳43設(shè)置于其上安裝了子基座42的芯柱41的面上，采用帽46以密閉的方式將其密封，從而完成了氮化物半導(dǎo)體激光裝置40。在與其上安裝了子基座42的面相反的芯柱41的面上設(shè)置兩個(gè)引線引腳45。此外，帽46設(shè)有玻璃窗47，由氮化物半導(dǎo)體激光元件49發(fā)射的激光束能夠通過所述玻璃窗47射出。
如上所述制造三個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光裝置40的樣本。第一樣本是采用表1中的第一實(shí)例的僅由氮?dú)猱a(chǎn)生使諧振器端面暴露于其中的等離子體氣氛而制造的。第二樣本是采用實(shí)例2的氬氣和氮?dú)獾幕旌衔镏圃斓?，第三樣本是采用對比?shí)例1的僅氮?dú)庵圃斓摹Ｖ?，在初始狀態(tài)下和200小時(shí)的老化之后，測量三個(gè)樣本的COD水平。圖5和表2中示出了結(jié)果。圖5示出了在平面中標(biāo)繪的這些樣本的COD水平，在所述平面中，橫軸對應(yīng)于老化時(shí)間，縱軸對應(yīng)于COD水平。在環(huán)境溫度為70℃、APC驅(qū)動(dòng)為60mW的功率的條件下實(shí)施老化。在脈沖測量具有50ns的寬度和50％的占空比的條件下，在室溫下測量COD水平。


由這一結(jié)果可以理解，在初始狀態(tài)下和在老化之后，實(shí)例1和實(shí)例2都取得了比對比實(shí)例1高的COD水平。這一原因被認(rèn)為在于由于在用于產(chǎn)生將實(shí)例1和實(shí)例2的樣本暴露于其中的等離子體氣氛的氣體中含有氮，因此，減少了氮從諧振器端面13和14的去除。此外，將實(shí)例1與實(shí)例2比較，在初始狀態(tài)下和在老化之后，實(shí)例1都取得了比實(shí)例2高的COD水平。這一原因被認(rèn)為在于由于在等離子體中還含有氬，從而對實(shí)例2中的諧振器端面13和14造成了損害。在實(shí)例1中，等離子體氣氛僅含有氮，不含有氬，因而，其不對諧振器端面13和14造成損害。因此，減少了氮的去除，從而獲得了較對比實(shí)例1和實(shí)例2而言的高COD水平。
此外，由于在老化之后保持了高COD水平，建議通過與暴露于僅由氬氣產(chǎn)生的等離子體氣氛相同的方式暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w產(chǎn)生的等離子體氣氛，由此從諧振器端面13和14去除自然氧化膜、濕氣、污染物等。
根據(jù)上述結(jié)果，通過AES測量測量了暴露于滿足上述三個(gè)條件的等離子體氣氛的諧振器端面13和14中的氮的量，以確認(rèn)暴露于由含有氮的氣體生成的等離子體氣氛減少了氮從諧振器端面13和14的去除。結(jié)果如表3所示。這里，氮的量表示在剛剛解理之后諧振器端面13和14中每單位面積內(nèi)的氮含量為100％時(shí)的值。


對比實(shí)例1中氮的量為最小值，實(shí)例1中為最大值。因此，可以確認(rèn)，在氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面13和14內(nèi)的氮的量與COD水平之間存在關(guān)聯(lián)，其中前者越大，后者越高。此外，從本發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，等離子體狀態(tài)的氮易于附著于諧振器端面13和14，但是僅通過暴露于其中的方式，分子狀態(tài)的氮?dú)獠粫?huì)附著于諧振器端面13和14，因此，其不能防止COD水平的降低。
接下來，在初始狀態(tài)和200小時(shí)的老化之后，測量另一氮化物半導(dǎo)體激光裝置40的COD水平。利用另一氮化物半導(dǎo)體激光元件49制造氮化物半導(dǎo)體激光裝置40，所述氮化物半導(dǎo)體激光元件49的諧振器端面暴露于在表4所示的條件下生成的等離子體氣氛。在實(shí)例3中，僅由氮?dú)馍傻入x子體氣氛。在對比實(shí)例2中，僅由氬氣生成等離子體氣氛。


老化條件為環(huán)境溫度70℃、功率60mW和APC驅(qū)動(dòng)。COD測量條件為50ns、占空比50％、室溫和脈沖測量。圖6和表5中示出了結(jié)果。圖6是在平面內(nèi)標(biāo)繪的曲線圖，在所述平面內(nèi)，橫軸對應(yīng)于老化時(shí)間，縱軸對應(yīng)于COD水平。


從這一結(jié)果，可以理解，在由氮?dú)馍捎糜诒┞兜牡入x子體氣氛的情況下，COD水平幾乎是由氬氣生成等離子體氣氛的情況的三倍。
在進(jìn)行AES(俄歇電子能譜)測量的過程中，從諧振器端面向內(nèi)部蝕刻這兩個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光元件49，以測量氮的量。圖7示出了結(jié)果。圖7是在平面內(nèi)標(biāo)繪的曲線圖，其中，橫軸(X軸)對應(yīng)于自諧振器端面起的深度，縱軸(Y軸)對應(yīng)于氮鎵比率(原子數(shù)量比)。在圖7中，X＝0的部分是由GaN構(gòu)成的諧振器端面13與低反射涂覆膜34之間的界面。例如，X＝2nm的部分表示自這一界面起向內(nèi)2nm處，并且標(biāo)示出了這里的氮鎵比率。
接下來，將說明在本說明書中計(jì)算氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面的表面內(nèi)的氮的相對量的方法。
1)在未經(jīng)暴露的氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面上進(jìn)行AES測量。
1-1)確定諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率(a)。
1-2)在自諧振器端面的表面起2-4.5nm的深度范圍內(nèi)計(jì)算氮鎵比率的平均值(b)。
1-3)計(jì)算通過以1-1中獲得的值(a)除以1-2中獲得的值(b)而獲得的值(c＝a/b)。
2)在經(jīng)暴露的氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面上進(jìn)行AES測量。
2-1)確定諧振器端面內(nèi)的氮鎵比率(d)。
2-2)在自諧振器端面的表面起2-4.5nm的深度范圍內(nèi)計(jì)算氮鎵比率的平均值(e)。
2-3)計(jì)算通過將2-1中獲得的值(d)除以2-2中獲得的值(e)而獲得的值(f＝d/e)。
3)計(jì)算通過將2-3中獲得的值(f)除以1-3中獲得的值(c)而獲得的值(g＝f/c)。在本說明書中，將以這種方式獲得的值(g)定義為諧振器端面內(nèi)的氮的相對量。
從這一定義可以理解，諧振器端面的表面內(nèi)的氮的相對量是以未暴露于等離子體氣氛的面內(nèi)的氮鎵比率為基礎(chǔ)的。因此，如果已經(jīng)完成了氮化物半導(dǎo)體激光元件的暴露，并且無法得到未經(jīng)暴露的氮化物半導(dǎo)體激光元件，那么可以通過劃片(scribe)解理經(jīng)過暴露的氮化物半導(dǎo)體激光元件，以形成新的端面，可以測量所述新的端面內(nèi)的氮鎵比率作為基準(zhǔn)。通過這種方法，將在該面內(nèi)測得的作為基準(zhǔn)的結(jié)果與經(jīng)過暴露的面內(nèi)的測量結(jié)果比較。因此，即使沒有未經(jīng)暴露的樣本，也可以測量諧振器端面內(nèi)的氮的相對量。
基于上述計(jì)算方法，確定圖7所示的樣本的諧振器端面表面內(nèi)的氮的相對量。首先，采用圖13所示的未暴露于氬等離子體氣氛的樣本的結(jié)果作為基準(zhǔn)。在圖13所示的未暴露于氬等離子體氣氛的樣本內(nèi)，諧振器端面的表面(圖13中X＝0)內(nèi)的氮鎵比率(a)為1.185，自所述表面起2-4.5nm的深度范圍內(nèi)的氮鎵比率的平均值(b)為1.011。因此，c＝a/b＝1.185/1.011≈1.172。
對圖7所示的對比實(shí)例2的樣本實(shí)施類似的計(jì)算。諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率(d)為0.908，自所述表面起2-4.5nm的深度范圍內(nèi)的氮鎵比率的平均值(e)為1.055。因此，f＝d/e＝0.908/1.055≈0.861。因此，對比實(shí)例2的樣本的諧振器端面內(nèi)的氮的相對量(g)如下g＝f/c＝0.861/1.172≈0.73＝73％。
此外，就實(shí)例3的樣本而言，諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率(d)為1.222，自諧振器端面的表面起2-4.5nm的深度范圍內(nèi)的氮鎵比率的平均值(e)為1.062。因此，f＝d/e＝1.222/1.062≈1.150。因此，實(shí)例3的諧振器端面內(nèi)的氮的相對量(g)如下g＝f/c＝1.150/1.172≈0.98＝98％。
這樣，在對比實(shí)例2的暴露于僅由氬氣生成的等離子體氣氛的樣本中，與暴露之前相比，諧振器端面內(nèi)氮的相對量降至了73％。另一方面，在實(shí)例3的暴露于僅由氮?dú)馍傻牡入x子體氣氛的樣本中，氮的相對量為98％，其接近暴露之前的同一值。因此，如果僅由氮?dú)馍杀┞端璧牡入x子體氣氛，那么能夠在不減少氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面內(nèi)的氮的情況下去除自然氧化物等。此外，在暴露于等離子體氣氛之后，能夠通過保持諧振器端面內(nèi)的氮的相對量實(shí)現(xiàn)高初始COD水平以及由老化引起的COD降低速率的減小。
接下來，在使用于生成暴露所需的等離子體氣氛的氣體中所包含的氮?dú)馀c氬氣的分壓比率在0-100％的范圍內(nèi)改變的同時(shí)，制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的樣本。之后，基于AES測量計(jì)算每一樣本的諧振器端面內(nèi)的氮的相對量。圖8示出了結(jié)果。圖8是在平面內(nèi)標(biāo)繪的曲線圖，在所述平面中，橫軸對應(yīng)于氮?dú)馀c氬氣的分壓比，縱軸對應(yīng)于諧振器端面內(nèi)的氮的相對量。從圖8可以理解，在用于生成暴露所需的等離子體氣氛的氣體中的氮?dú)夂蜌鍤獾姆謮罕扰c諧振器端面內(nèi)氮的相對量之間存在關(guān)聯(lián)。如果前者增大，后者也增大。因此，能夠通過控制所述氣體中含有的氮?dú)馀c氬氣之間的分壓比控制諧振器端面內(nèi)的氮的相對量。
類似地，在使用于生成暴露所需的等離子體氣氛的氣體中所包含的氮?dú)馀c氬氣的分壓比在0-100％的范圍內(nèi)改變的同時(shí)，制造在諧振器端面內(nèi)具有不同的氮的相對量的氮化物半導(dǎo)體激光元件的樣本。之后，在環(huán)境溫度70℃、功率60mW和APC驅(qū)動(dòng)的條件下對所述樣本實(shí)施200小時(shí)的老化試驗(yàn)。圖9示出了結(jié)果。在圖9中，橫軸對應(yīng)于諧振器端面內(nèi)的氮的相對量，縱軸對應(yīng)于老化之后的COD水平。由圖9可以理解，在諧振器端面內(nèi)的氮的相對量與老化之后的COD水平之間存在關(guān)聯(lián)；如果前者增大，后者也增大。因此，為了實(shí)現(xiàn)高COD水平和低劣化比率，必須在暴露之后保持諧振器端面內(nèi)氮的高相對量。此外，可以理解，如果諧振器端面內(nèi)的氮的相對量變得小于80％，那么老化之后的COD水平將顯著降低。出于這一原因，希望諧振器端面內(nèi)的氮的相對量為80％或更高。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，在將諧振器端面暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w生成的等離子體氣氛時(shí)，氮化物半導(dǎo)體激光棒10可以處于室溫下或被加熱。如果其被加熱，可以提高氮向諧振器端面淀積的效率。此外，還能夠提高自然氧化膜等的去除效率。在ECR濺射裝置50中，通過加熱器63將氮化物半導(dǎo)體激光棒10加熱至200℃，并將其暴露于僅由氮?dú)馍傻牡入x子體氣氛中。就采用由這一氮化物半導(dǎo)體激光棒10制成的氮化物半導(dǎo)體激光元件49的氮化物半導(dǎo)體激光裝置40而言，在200小時(shí)的老化之前和之后測量COD水平。圖10示出了結(jié)果。在圖10中，橫軸對應(yīng)于暴露于等離子體氣氛的溫度，縱軸對應(yīng)于COD水平。圖10還示出了老化之后，在相同條件下暴露于室溫下的僅由氮?dú)馍傻牡入x子體氣氛的氮化物半導(dǎo)體激光裝置的COD水平的測量結(jié)果。老化條件如下。環(huán)境溫度為70℃，APC驅(qū)動(dòng)中的功率為60mW。COD水平的測量條件為室溫下的寬度為50ns，占空比為50％的脈沖測量。從圖10可以理解，當(dāng)在加熱狀態(tài)下實(shí)施向僅含有氮?dú)獾牡入x子體氣氛的暴露時(shí)，COD水平得到了進(jìn)一步提高。
接下來，通過AES測量方法測量在暴露于等離子體氣氛時(shí)的氮化物半導(dǎo)體激光棒10的溫度與諧振器端面13和14的氮的量之間的關(guān)系。結(jié)果如表6所示。這一氮的量表示在剛剛解理之后諧振器端面13和14中每單位面積內(nèi)的氮含量為100％時(shí)的值。


從表6可以理解，在對氮化物半導(dǎo)體激光棒10加熱的狀態(tài)下實(shí)施向僅含有氮?dú)獾牡入x子體氣氛的暴露時(shí)，能夠更為有效地降低氮從諧振器端面13和14的去除。這一加熱溫度優(yōu)選處于100-500℃的范圍內(nèi)，更優(yōu)選處于150-500℃的范圍內(nèi)。此外，200-400℃的范圍優(yōu)選得多。這是因?yàn)?，如果溫度高?00℃，那么電極部分等可能被擊穿(broken down)，使得在向氮化物半導(dǎo)體激光元件49提供電力時(shí)，電壓可能升高。
此外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，有可能在特殊暴露室(chamber for exposure)內(nèi)使諧振器端面暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w生成的等離子體氣氛中。作為ECR濺射裝置，可以采用一種配有特殊暴露室(未示出)的裝置，所述特殊暴露室布置在圖3所示的等離子體生成室70和膜形成爐60之間。在這一ECR濺射裝置中，將特殊暴露室連接至處于高真空狀態(tài)下的膜形成爐，從而在高真空狀態(tài)下，在特殊暴露室和膜形成爐之間移動(dòng)氮化物半導(dǎo)體激光棒10，而不會(huì)將其暴露于外部環(huán)境中。這一特殊暴露室不具有靶，但是配有作為等離子源的RF等離子體源。此外，膜形成爐配有連接至RF電源的靶。由于以這種方式配置所述ECR濺射裝置，因此不必在膜形成爐之內(nèi)實(shí)施氧化。
在具有上述結(jié)構(gòu)的ECR濺射裝置中，在特殊暴露室中，使氮化物半導(dǎo)體激光棒10的諧振器端面13和14暴露于僅含有氮?dú)獾牡入x子體氣氛，之后，將氮化物半導(dǎo)體激光棒10轉(zhuǎn)移至處于高真空狀態(tài)下的膜形成爐內(nèi)。在膜形成爐內(nèi)，在諧振器端面13和14上形成具有50nm厚度的Ta2O5膜。采用由這一氮化物半導(dǎo)體激光棒10獲得的氮化物半導(dǎo)體激光元件49制造氮化物半導(dǎo)體激光裝置40，并實(shí)施與上述測試相同的測試。因而，就諧振器端面的氮的量和COD水平而言，獲得了類似的結(jié)果，其中，所獲得的特性優(yōu)于暴露于僅含有氬氣的等離子體氣氛的情況。
在該實(shí)施例中，用于生成等離子體的微波功率優(yōu)選處于200-800瓦的范圍內(nèi)。如果功率低于200瓦，氮就不能附著在諧振器端面13和14上，并且不能充分去除自然氧化膜、濕氣、污染物等。如果功率高于800瓦，即使在僅由氮?dú)馍傻牡入x子體中，也會(huì)從諧振器端面13和14去除氮。這一原因被認(rèn)為在于包含在等離子體中的氮離子引起了對諧振器端面13和14的損害。
此外，暴露于等離子體氣氛的時(shí)間長度優(yōu)選處于30秒到20分鐘的范圍內(nèi)。如果所述時(shí)間長度短于30秒，將不能從諧振器端面13和14充分去除自然氧化膜、濕氣、污染物等。如果所述時(shí)間長度長于20分鐘，即使用于生成等離子體的微波功率處于200-800瓦的范圍內(nèi)，也會(huì)從諧振器端面13和14去除氮，從而導(dǎo)致不希望得到的結(jié)果。
此外，如果采用含有氮?dú)獾幕旌蠚怏w作為生成將諧振器端面暴露于其中的等離子體氣氛的氣體，那么有可能采用除氬以外的惰性氣體(例如氦、氖、氪或氙)或者采用兩種或更多種惰性氣體的混合氣體。注意，本說明書中的惰性氣體是指氦、氖、氬、氪和氙。
第二實(shí)施例接下來，將詳細(xì)描述本發(fā)明第二實(shí)施例。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例類似，除了要分兩階段將諧振器端面暴露于等離子體氣氛之外。
在該實(shí)施例中，分兩階段將諧振器端面暴露于等離子體氣氛當(dāng)中。在第一階段將諧振器端面暴露于僅由氬氣生成的等離子體氣氛當(dāng)中，在第二階段將其暴露于僅由氮?dú)馍傻牡入x子體氣氛當(dāng)中。表7示出了該情況下條件的實(shí)例。


根據(jù)這一實(shí)施例，在第一階段內(nèi)從氮化物半導(dǎo)體激光棒10的諧振器端面13和14去除自然氧化膜等，并且也去除了氮。在第二階段內(nèi)，曾被由其上去除了氮的諧振器端面13和14再次吸收了氮。因此，主要利用氮?dú)獗３种C振器端面13和14內(nèi)的氮的量，而不是利用其去除自然氧化膜等。暴露于表7所示條件下的等離子體氣氛的諧振器端面13和14的表面內(nèi)的氮的相對量為98％，其接近暴露之前的同一值。
此外，表8示出了本實(shí)施例中使諧振器端面暴露于等離子體氣氛所處的暴露條件的另一實(shí)例。這里，將暴露于等離子體氣氛時(shí)氮化物半導(dǎo)體激光棒的溫度設(shè)為300℃。


至于暴露于處于表8所示的條件下的等離子體氣氛的氮化物半導(dǎo)體激光棒10，測量諧振器端面13和14內(nèi)的氮的量，結(jié)果為98％，其接近暴露前的同一值。這一氮的量表示在剛剛解理之后諧振器端面13和14中每單位面積內(nèi)的氮含量為100％時(shí)的值。
在上述的兩種條件的每一種之下，在氮化物半導(dǎo)體激光元件的諧振器端面內(nèi)獲得與第一實(shí)施例類似的關(guān)于氮的量和COD水平的結(jié)果。
在該實(shí)施例中，第一階段內(nèi)的微波功率優(yōu)選處于200-800瓦的范圍內(nèi)。如果該功率低于200瓦，將不能從諧振器端面13和14充分去除自然氧化膜、濕氣、污染物等。如果功率高于800瓦，那么將從諧振器端面13和14大量去除氮，使得即使在第二階段內(nèi)將其暴露于僅含有氮?dú)獾牡入x子體氣氛中也不能恢復(fù)氮的數(shù)量。
第一階段內(nèi)暴露于等離子體氣氛的時(shí)間長度優(yōu)選處于30秒到20分鐘的范圍內(nèi)。如果所述時(shí)間長度短于30秒，將不能從諧振器端面13和14充分去除自然氧化膜、濕氣、污染物等。如果時(shí)間長度長于20分鐘，那么將從諧振器端面13和14充分去除氮，使得即使在第二階段內(nèi)將其暴露于僅含有氮?dú)獾牡入x子體氣氛中也不能恢復(fù)氮的數(shù)量。
當(dāng)在第一階段內(nèi)將氮化物半導(dǎo)體激光棒10暴露于等離子體氣氛時(shí)，可以使氮化物半導(dǎo)體激光棒10處于室溫或?qū)ζ浼訜?。然而，如果氮化物半?dǎo)體激光棒10的溫度變?yōu)?00℃或更高，那么電極部分等可能被擊穿，使得在向氮化物半導(dǎo)體激光元件49提供電力時(shí)，電壓可能升高，從而導(dǎo)致不希望得到的結(jié)果。
第二階段內(nèi)的微波功率優(yōu)選處于200-800瓦的范圍內(nèi)。如果功率低于200瓦，就難以在能夠恢復(fù)第一階段內(nèi)被降低的諧振器端面13和14內(nèi)的氮的量的程度上補(bǔ)償?shù)?。如果功率高?00瓦，即使在僅由氮?dú)馍傻牡入x子體氣氛中，也會(huì)從諧振器端面13和14去除氮。這一原因被認(rèn)為可能在于由等離子體氣氛中的氮離子造成的損害。
此外，第二階段內(nèi)暴露于等離子體的時(shí)間長度優(yōu)選處于30秒到20分鐘的范圍內(nèi)。如果時(shí)間長度短于30秒，就難以在能夠恢復(fù)第一階段內(nèi)被降低的諧振器端面13和14內(nèi)的氮的數(shù)量的程度上補(bǔ)償?shù)Ｈ绻麜r(shí)間長度長于20分鐘，即使在僅由氮?dú)馍傻牡入x子體氣氛中，也會(huì)從諧振器端面13和14去除氮。
此外，當(dāng)在第二階段內(nèi)將氮化物半導(dǎo)體激光棒暴露于等離子體氣氛時(shí)，可以使氮化物半導(dǎo)體激光棒處于室溫或?qū)ζ浼訜?。即使不對氮化物半?dǎo)體激光棒加熱，也能夠獲得關(guān)于抑制從諧振器端面13和14去除氮的本發(fā)明的效果。如果對氮化物半導(dǎo)體激光棒加熱，加熱溫度優(yōu)選處于100-500℃的范圍內(nèi)，更優(yōu)選處于200-400℃的范圍內(nèi)。如果加熱溫度高于500℃，那么電極部分等可能被擊穿，使得在向氮化物半導(dǎo)體激光元件49提供電力時(shí)，電壓可能升高。
在該實(shí)施例中，當(dāng)在第一階段內(nèi)將諧振器端面暴露于等離子體氣氛時(shí)，可以采用氬以外的惰性氣體作為生成等離子體氣氛的氣體，而不是唯獨(dú)采用氬氣?；蛘?，可以采用惰性氣體和氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
此外，在本實(shí)施例中，可以分三個(gè)或更多階段將諧振器端面暴露于等離子體氣氛當(dāng)中，而不限于兩個(gè)階段，只要用于最后階段暴露的等離子體氣氛是由含有氮?dú)獾臍怏w生成的。在每一階段中，除了上述氣體以外，可以采用惰性氣體和氮?dú)獾幕旌蠚怏w實(shí)現(xiàn)等離子體氣氛。此外，所述惰性氣體可以含有兩種或更多種的惰性氣體。
注意，在第一和第二實(shí)施例中，至少應(yīng)當(dāng)針對出光側(cè)的諧振器端面13實(shí)施在形成涂覆膜以前將諧振器端面暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w產(chǎn)生的等離子體，以獲得所述效果。這是因?yàn)?，光反射?cè)的諧振器端面14內(nèi)的光密度低于光出口側(cè)的諧振器端面13內(nèi)的光密度，因而光反射側(cè)的諧振器端面14內(nèi)的熱生成量較低，其導(dǎo)致COD損壞的可能性很小。然而，由于在光反射側(cè)的諧振器端面14內(nèi)存在COD損壞的可能性。因此，最好也暴露光反射側(cè)上的諧振器端面14。
此外，在本發(fā)明中，重要的是在暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w生成的等離子體氣氛之后，在不暴露于空氣中的情況下在諧振器端面上形成涂覆膜。因此，如果在暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w生成的等離子體氣氛之后，在不暴露于空氣中的情況下，形成了覆蓋整個(gè)諧振器端面的涂覆膜，那么，此后暴露氮化物半導(dǎo)體激光元件就不存在問題。因此，也可能額外形成另一涂覆膜。于是，有可能形成由多種材料構(gòu)成的多層涂覆膜，從而提高設(shè)計(jì)氮化物半導(dǎo)體激光元件的靈活性。因此，可以在形成保護(hù)層35之后，在暴露于空氣中的情況下，在另一裝置中形成高反射涂覆膜37的反射層36。
此外，作為低反射涂覆膜34和高反射涂覆膜37的材料，有可能采用Al、Ti、Si、Y、Nb、Ta、Zr、Hf或Zn的氧化物、Al或Si的氮化物、Al或Si的氮氧化物(oxide nitride)或者M(jìn)g或Ca的氟化物。
此外，在第一或第二實(shí)施例中，可以采用EB(電子束)蒸鍍器而不是ECR濺射裝置形成涂覆膜。如果EB蒸鍍器配有等離子體生成裝置，那么不在爐內(nèi)實(shí)施氧化也不存在問題。就EB蒸鍍器而言，可以將等離子體氣體生成部分(generation plot)與靶彼此隔開。因此，不會(huì)存在等離子體氣體引起靶被濺射并且有材料附著于樣本上的可能性。
此外，有可能采用RF(射頻)濺射裝置而不是ECR濺射裝置。如果采用RF等離子體方法制作處于等離子體狀態(tài)的氮?dú)?，將生成很多處于原子狀態(tài)的氮，所述氮容易附著于諧振器端面。因此，能夠有效防止氮的去除。RF等離子體法采用了13.56MHz的高頻來生成處于等離子體狀態(tài)的氣體，其不像ECR等離子體法那樣采用由磁場導(dǎo)致的回旋運(yùn)動(dòng)(cyclotron movement)。除了這一點(diǎn)之外，形成涂覆膜的方法與ECR等離子體法的類似。
此外，諧振器端面13和14不限于通過解理形成，其可以是通過諸如RIE(反應(yīng)離子蝕刻)法或ICP(電感耦合等離子體)法的氣相蝕刻或者采用KOH(氫氧化鉀)溶液等的濕法蝕刻形成的蝕刻鏡面(etched mirror)。由于在實(shí)施蝕刻時(shí)觀察到了氮的去除，因此，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于蝕刻鏡面而沒有任何問題。
權(quán)利要求
1.一種制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的方法，所述方法包括在襯底上形成氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體層形成步驟；以及解理在其上形成了所述氮化物半導(dǎo)體層的所述襯底，從而形成兩個(gè)相互平行的諧振器端面的解理步驟，其中所述方法還包括將所述諧振器端面暴露于由氮?dú)饣蚨栊詺怏w和氮?dú)獾幕旌蠚怏w生成的第一等離子體氣氛的第一暴露步驟，在所述第一暴露步驟中，當(dāng)以“a”表示在暴露于所述第一等離子體氣氛之前所述諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率，以“b”表示在所述暴露之前自所述諧振器端面的表面起的內(nèi)部的氮鎵比率的平均值，以“d”表示在暴露于所述第一等離子體氣氛之后所述諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率，以“e”表示在所述暴露之后自所述諧振器端面的表面起的內(nèi)部的氮鎵比率的平均值時(shí)，將由g＝(b·d)/(a·e)表示的值“g”設(shè)為滿足g≥0.8的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法還包括處于所述解理步驟和所述第一暴露步驟之間的將所述諧振器端面暴露于由惰性氣體生成的第二等離子體氣氛當(dāng)中的第二暴露步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法還包括在所述第一暴露步驟之后形成避免所述諧振器端面受到光學(xué)損傷的端面涂覆膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述端面涂覆膜由Al、Ti、Si、Y、Nb、Ta或Zr的氧化物構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述端面涂覆膜是由Al或Si的氮化物構(gòu)成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述兩個(gè)諧振器端面二者均具有由相同材料構(gòu)成的端面涂覆膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述端面涂覆膜是通過電子回旋共振濺射法或高頻濺射法形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一暴露步驟中的所述襯底的溫度處于150-500℃的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一暴露步驟中的所述襯底的溫度處于200-400℃的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二暴露步驟中的所述襯底的溫度處于150-500℃的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二暴露步驟中的所述襯底的溫度處于200-400℃的范圍內(nèi)。
12.通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
13.一種制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的方法，所述方法包括在襯底上形成氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體層形成步驟；解理在其上形成了所述氮化物半導(dǎo)體層的所述襯底，從而形成兩個(gè)相互平行的諧振器端面的解理步驟；以及在所述諧振器端面上形成涂覆膜的涂覆膜形成步驟，其中所述方法還包括處于所述解理步驟和所述涂覆膜形成步驟之間的將所述諧振器端面暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w生成的第一等離子體氣氛當(dāng)中的第一暴露步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在自第一暴露步驟到完成涂覆膜形成步驟的時(shí)間段內(nèi)，未將所述諧振器端面暴露于空氣當(dāng)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一等離子體氣氛由僅含有氮的氣體生成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一等離子體氣氛由含有氮和氬的氣體生成。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述第一暴露步驟中，未在所述諧振器端面上形成包含構(gòu)成所述涂覆膜的元素的膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述第一暴露步驟中，將其上形成了所述氮化物半導(dǎo)體層的所述襯底加熱至處于100-500℃的范圍內(nèi)的溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述第一暴露步驟中，將所述諧振器端面暴露于所述第一等離子體氣氛中的時(shí)間長度處于30秒到20分鐘的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，通過電子回旋共振生成所述第一等離子體氣氛。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，在所述第一暴露步驟中，所述電子回旋共振的微波功率處于200-800瓦的范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述涂覆膜的至少其中之一由Al、Ti、Si、Y、Nb、Ta、Zr、Hf或Zn的氧化物、Al或Si的氮化物或者Al或Si的氮氧化物構(gòu)成。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括處于所述解理步驟和所述第一暴露步驟之間的將所述諧振器端面暴露于由惰性氣體和氮?dú)獾幕旌蠚怏w生成的第二等離子體氣氛當(dāng)中的第二暴露步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第二暴露步驟中的所述惰性氣體為氬。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，在所述第二暴露步驟中，將其上形成了所述氮化物半導(dǎo)體層的所述襯底加熱至處于100-500℃的范圍內(nèi)的溫度。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，在所述第二暴露步驟中，將所述諧振器端面暴露于所述第二等離子體氣氛中的時(shí)間長度處于30秒到20分鐘的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過電子回旋共振生成所述第二等離子體氣氛。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，在所述第二暴露步驟中，所述電子回旋共振的微波功率處于200-800瓦的范圍內(nèi)。
全文摘要
對具有氮化物半導(dǎo)體層的襯底解理，以形成諧振器端面，在所述諧振器端面上形成涂覆膜，從而制成氮化物半導(dǎo)體激光棒。將其劃分為氮化物半導(dǎo)體激光元件。在諧振器端面形成涂覆膜之前，將諧振器端面暴露于由含有氮?dú)獾臍怏w生成的等離子體氣氛中。當(dāng)以“a”表示所述暴露之前所述諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率，以“b”表示在所述暴露之前自所述諧振器端面的表面起的內(nèi)部的氮鎵比率的平均值，以“d”表示在暴露于所述等離子體氣氛之后所述諧振器端面的表面內(nèi)的氮鎵比率，以“e”表示在所述暴露之后自所述諧振器端面的表面起的內(nèi)部的氮鎵比率的平均值時(shí)，將由g＝(b·d)/(a·e)表示的值“g”設(shè)為滿足g≥0.8的值。
文檔編號(hào)H01S5/02GK1921243SQ200610121688
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者神川剛, 川口佳伸 申請人:夏普株式會(huì)社