專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和在光諧振器的端面上形成的端面涂膜的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在光盤領(lǐng)域人們?cè)趯で蟛粩嗵岣呷萘浚虼瞬粩嗵岣呙芏?。相?yīng)地，已經(jīng)制定出采用藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的BDs (藍(lán)線盤，Blu-ray discs)和HD-DVDs (高分辨率DVDs) 的標(biāo)準(zhǔn)，也已經(jīng)研制出來(lái)應(yīng)用于此的例如解碼器這樣的產(chǎn)品。因此，人們對(duì)可以寫數(shù)據(jù)到具有高密度(針對(duì)雙層光盤而言)以及高速度的新穎光盤上的可靠高輸出藍(lán)色半導(dǎo)體激光器有了需求。在傳統(tǒng)的從CDs或DVDs讀數(shù)據(jù)或者向CD或DVD寫數(shù)據(jù)的鋁鎵砷(AWaAs-)基或銦鎵鋁磷(InGaAlP-)基的半導(dǎo)體激光器中，光諧振器端面涂有如Si02，Si3N4或Al2O3等電介質(zhì)膜，以防止端面退化或受光學(xué)損害。當(dāng)把這個(gè)方法用于藍(lán)色半導(dǎo)體激光器時(shí)，可以觀察到此時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流會(huì)突然升高，這就是人們尋求改進(jìn)的涂鍍技術(shù)的原因所在。日本專利申請(qǐng)公開第2002-335053號(hào)提出，光諧振器端面退化的原因之一是在光諧振器端面和端面涂膜之間的粘覆性差，因此提出了一種用某種金屬粘合層放在光諧振器端面和端面涂膜之間以在光諧振器端面上形成端面涂膜的方法。然而，當(dāng)用金屬層作為粘合層時(shí)，在光諧振器端面的pn結(jié)發(fā)生短路，導(dǎo)致光被大量吸收。氮化物半導(dǎo)體激光器以短波長(zhǎng)振蕩，并發(fā)出高能光線，于是光諧振器輸出端面由于光的微量吸收而退化。這樣就使實(shí)現(xiàn)一個(gè)光輸出功率超過(guò)IOOmW的高輸出元件遇到困難。 另一方面，從防止Pn結(jié)短路和光吸收的角度來(lái)說(shuō)，金屬薄膜厚度應(yīng)該控制在IOnm以內(nèi)，更優(yōu)選的是5nm甚至2nm或更薄。但在這種情況下，控制金屬薄膜厚度帶來(lái)的難度將會(huì)使成品率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有高可靠性和高生產(chǎn)率的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，采用與金屬粘合層不同的粘合層來(lái)增加光諧振器端面和端面涂膜的粘合力，從而就不需要通過(guò)控制薄膜厚度來(lái)防止Pn結(jié)短路和光吸收。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，六方晶系結(jié)晶的粘合層形成在光諧振器端面和端面涂膜之間?？扇〉氖?，粘合層可以形成在至少光諧振器的光輸出端面和端面涂膜之間的任何地方，從而防止光諧振器端面受到光學(xué)損害。此外，當(dāng)粘合層厚度為20nm或更小時(shí)，沒有裂痕出現(xiàn)，從而有可能制造滿意的薄膜。當(dāng)?shù)X、氮化鎵、氮化硼或類似的氮化物作為粘合層形成在氮化物半導(dǎo)體的解理的端面上時(shí)，這樣形成的薄膜，盡管其處于致密狀態(tài)(closely packed)，但還是有比較高的內(nèi)應(yīng)力。這就可能導(dǎo)致薄膜上產(chǎn)生纖細(xì)的裂痕，造成薄膜脫落。然而，這樣的問(wèn)題可以通過(guò)使粘合層極薄來(lái)避免，粘合層可薄至20nm或更小，優(yōu)選為IOnm或更小，然后，在其上形成端面涂膜。然而，當(dāng)粘合層的厚度低于Inm時(shí)，這樣的厚度不足以提高粘性。因此，粘合層的優(yōu)選厚度為1 20nm。此外，可以適合采用ZnO作為粘合層。在這種情況下，優(yōu)選采用氧化物作為端面涂膜。氧化物可以采用由選自于鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鋯(Zr)組成的組中的一種元素的氧化物的單層，或者采用包括一層由選自于(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、 鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鋯(Zr)組成的組中的一種元素氧化物的多層。此外，可以適合采用AlN、GaN或BN作為粘合層。相應(yīng)地，優(yōu)選采用氮化物作為端面涂膜。作為選擇，優(yōu)選采用氧化物作為端面涂膜，氧化物可以采用由選自于(Al)、硅(Si)、 鈦(Ti)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鋯(Zr)組成的組中的一種元素的氮化物的單層，或者采用包括一層由選自于(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鋯(Zr)組成的組中的一種元素的氧化物的多層。一般來(lái)說(shuō)，多層氧化物基材料薄膜用作具有較高的反射率的端面涂膜。如上所述，端面涂膜優(yōu)選采用含有與其下面粘合層形成材料同樣元素的化合物。 例如，當(dāng)粘合層由ZnO或類似包含氧的化合物形成時(shí)，可以使用包含鋁(Al)、硅(Si)、鈦 (Ti)或類似元素的氧化物；當(dāng)粘合層由AlN、GaN、BN或類似的氮化物形成時(shí)，可以使用含有硅(Si)及類似元素的氮化物。當(dāng)鋁的氮化物用作粘合層時(shí)，任意包含鋁的氧化物可以特別適合用作端面涂膜。當(dāng)氧元素是化合物的共同元素時(shí)，如ZnO和Al2O3，Si元素和Al元素就會(huì)在幾個(gè)原子厚度的分界面上相互擴(kuò)散，這樣就形成了形式如SixAlyOU < l,y < l,x+y =1)這樣的化合物?？扇〉氖?，端面涂膜可以僅由單層硅的氮化物組成；也可以由包含硅的氮化物和硅的氧化物的多層組成。此外，用鋁的氮化物作粘合層，用鋁的氧化物作端面涂膜時(shí)，粘合層和端面涂膜包含一種相同的元素鋁，在粘合層中的氮元素和在端面涂膜中的氧元素就會(huì)在粘合層和端面涂膜的分界面上相互擴(kuò)散。這就使粘合層與端面涂膜之間有更強(qiáng)的粘性。此外，粘合層可以由磁控濺射，等離子CVD (化學(xué)氣相沉積)，或ECR(電子回旋共振)濺射制造。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)MOCVD (金屬鹽化學(xué)氣相沉積)，六方晶系結(jié)晶在400°C或更高的溫度下生長(zhǎng)。然而，通過(guò)磁控濺射或電子回旋共振濺射，這樣的六方晶系結(jié)晶可以在環(huán)境溫度下生長(zhǎng)，而通過(guò)等離子化學(xué)氣相沉積，六方晶系結(jié)晶會(huì)在200°C或更低的溫度下生長(zhǎng)。因此，可能形成粘合層而活躍層不退化。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法包括下列步驟 形成氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；通過(guò)解理氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，形成氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層光諧振器；采用不活潑氣體清潔通過(guò)解理形成的光諧振器的端面；在已清潔的光諧振器端面上形成氮化鋁；在氮化鋁層的表面上形成端面涂膜。由于粘合層非常薄，因此通過(guò)用不活潑氣體的清潔而從其上形成有粘合層的光諧振器的端面上盡量去除濕氣或者氧化物膜，以提高粘合層和光諧振器端面之間的粘性。因此，優(yōu)選采用不活潑氣體等離子體ECR(電子回旋共振)濺射清潔光諧振器端面后再形成粘合層。若是不活潑氣體的等離子體，用氦、氖、氬、氙等惰性氣體或氮?dú)獾腅CR(電子回旋共振)濺射也可以得到同樣好的效果。特別地，用不活潑氣體的等離子體ECR(電子回旋共振) 濺射可以這樣進(jìn)行樣品通常采用倒置濺射，或它的一個(gè)端面暴露于惰性氣體等離子體下。 只要把端面暴露于氣體等離子體下，濕氣和氧化膜就能從中移除。在這里討論了 ECR濺射。 然而，容易理解用RF(射頻)濺射或離子束輻射等類似的方法也可以得到同樣好的效果。


圖1是氮化物半導(dǎo)體激光棒沿著垂直于光諧振器長(zhǎng)度方向剖取的截面圖；圖2是氮化物半導(dǎo)體激光棒從側(cè)面看光諧振器長(zhǎng)度方向的側(cè)視圖；圖3是顯示氮化物半導(dǎo)體激光元件的壽命周期測(cè)量結(jié)果的示意圖；圖4是另一個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光棒從側(cè)面看光諧振器長(zhǎng)度方向的側(cè)視圖；圖5是帶有AlN作為粘合層的氮化物半導(dǎo)體激光元件的壽命周期測(cè)量結(jié)果示意圖；圖6是傳統(tǒng)的氮化物半導(dǎo)體激光元件的壽命周期測(cè)量結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式具有在其上形成的激光器結(jié)構(gòu)及電極的氮化物半導(dǎo)體晶片通過(guò)用金剛石尖畫線并切斷來(lái)切成棒條。圖1是氮化物半導(dǎo)體激光棒沿著垂直于光諧振器長(zhǎng)度方向剖取的截面圖。氮化物半導(dǎo)體激光棒100具有如下層按著敘及的順序逐一層疊在Π-型GaN基板101 上n-AWaInN 緩沖層 102、n_AWaInN 覆層 103、n_AWaInN 引導(dǎo)層 104、AlGaInN 多量子阱活性層105,P-AlGaInN引導(dǎo)層106、p_AWaInN覆層107和p-AWalnN接觸層108。注意上述的氮化物半導(dǎo)體層可以由氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體形成。要注意活性層105可以包含0.01到10%的V族材料如As或P。至少部分 P-AlGaInN引導(dǎo)層106、p-AlGaInN覆層107和p-AlGalnN接觸層108形成為沿光諧振器方向延伸的條型脊111。條紋寬度為1. 2至2. 4μ m的量級(jí)，一般為1. 8 μ m。ρ-電極110形成為與p-AKkilnN接觸層108接觸，并且，除了對(duì)應(yīng)于條型脊111的部分外，絕緣層109形成在ρ-電極110下方。如上所述，氮化物半導(dǎo)體激光棒100具有所謂脊條形結(jié)構(gòu)。此外，氮化物半導(dǎo)體激光棒100具有在其背面上的η-電極112。圖2是從光諧振器長(zhǎng)度的橫向方向觀察的氮化物半導(dǎo)體激光棒的側(cè)視圖。六方晶系結(jié)晶的粘合層115設(shè)置在光諧振器端面113上，端面涂膜116設(shè)置在粘合層115的表面上，端面涂膜117設(shè)在光諧振器端面114上。粘合層115的材料可以選自于由&ι0，Α1Ν， GaN, BN及類似的化合物組成的組。氮化物半導(dǎo)體激光棒100的解理表面(cleavage surface)是光諧振器端面113 和114。其制造方法如下氮化物半導(dǎo)體激光棒100固定在支架上，然后導(dǎo)入到ECR濺射設(shè)備。光諧振器的前端面113的表面用氬氣(Ar)ECR等離子體處理，以便從表面上清除吸附的濕氣和氧化物，如自然氧化膜。上面描述的表面處理也可以用氦(He)、氖(Ne)、氬(Kr)、 氙(Xe)等惰性氣體或氮?dú)獯鏆鍤馔瓿伞?shí)踐中，表面處理可以分兩步來(lái)完成首先，用氬氣進(jìn)行表面處理，然后例如用氮?dú)膺M(jìn)行表面處理。作為選擇，表面處理還可以分為三步，例如，按順序分別用氦(He)，氬(Kr)，氮?dú)膺M(jìn)行表面處理，或分四步或更多步進(jìn)行處理。然后， 在光諧振器端面113的表面上，以ECR等離子體依次形成IOnm-厚的&ι0(粘合層115)和 Al2O3的單層(端面涂膜116)。Al2O3單層的厚度一般設(shè)定在3 λ/ 或λ/4η(λ 振蕩波長(zhǎng)，η 折射率)，以給予Al2O3單層5%的反射率。接下來(lái)，光諧振器的后端面114的表面用Ar進(jìn)行ECR等離子體處理，以移除附著在上面的濕氣和氧化物。然后，在光諧振器端面114的表面上利用ECR等離子體處理形成端面涂膜117。端面涂膜117由8層的多層薄膜組成，就是說(shuō)，如果一對(duì)Al203/Ti02層計(jì)為一個(gè)周期的話，就有4個(gè)周期。每層的厚度設(shè)定在λ/如以便給予多層薄膜95%的反射率。 多層薄膜的第一層為Al2O3 (在光諧振器端面114 一邊)。上面描述的氮化物半導(dǎo)體激光棒100實(shí)際上被切成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片，其封裝后經(jīng)受壽命測(cè)試。圖3示出氮化物半導(dǎo)體激光元件壽命周期測(cè)試數(shù)據(jù)。這個(gè)測(cè)試是在如下的條件下進(jìn)行的封裝溫度，60°C ；驅(qū)動(dòng)，用脈沖電流以使最大光輸出功率穩(wěn)定在120mW。圖3為7個(gè)試樣分別測(cè)得的結(jié)果。如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電流的增長(zhǎng)率在電流施加期間是減小的，并且MTTF(mean time to failure，平均失效時(shí)間)預(yù)計(jì)為大約5000小時(shí) (根據(jù)500小時(shí)時(shí)和1000小時(shí)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流的增長(zhǎng)率)。而且，沒有觀察到由于端面漏電流而產(chǎn)生的成品率惡化，并且沒有觀察到在電流施加期間驅(qū)動(dòng)電流的突然增加。相反，在壽命周期測(cè)試中，傳統(tǒng)的用金屬粘合層的激光器元件的MTTF為3000小時(shí)，并且在經(jīng)受壽命試驗(yàn)的10個(gè)傳統(tǒng)的激光器中的5個(gè)觀察到由于端面漏電流造成的成品率惡化。在此，受到端面漏電流影響的激光器器件的初始特性，不管是否老化，已經(jīng)如此即它們的操作電流高。此外，MTTF減小的原因是這樣一種現(xiàn)象，即驅(qū)動(dòng)電流值在驅(qū)動(dòng)期間突然并且迅速增加，這個(gè)現(xiàn)象與由于光諧振器端面的光吸收或由于薄膜的脫落或退化造成的端面毀壞性的惡化相關(guān)。當(dāng)傳統(tǒng)的金屬層用作粘合層時(shí)，這種惡化就會(huì)發(fā)生，因?yàn)楸M管粘合層非常薄，但它吸收光。而根據(jù)本發(fā)明，這樣的現(xiàn)象得到了抑制，因?yàn)樵谡澈蠈?15中沒有光的吸收。通過(guò)粘合層115，光諧振器端面113和端面涂膜116之間的粘性更好，并且粘合層115本身的質(zhì)量可靠。圖4是氮化物半導(dǎo)體激光棒的另一個(gè)實(shí)施例從光諧振器長(zhǎng)度方向的橫向觀察的側(cè)面圖。六方晶系結(jié)晶的粘合層115設(shè)置在光諧振器端面113上，端面涂膜116設(shè)置在粘合層115的表面上，六方晶系結(jié)晶的粘合層118設(shè)置在光諧振器端面114上，端面涂膜117 設(shè)置在粘合層118的表面上。其制造方法如下首先把氮化物半導(dǎo)體激光棒100固定在一個(gè)支架上，然后導(dǎo)入到ECR濺射設(shè)備中。光諧振器的前端面113的表面用Ar進(jìn)行ECR等離子處理，以從表面移除吸附的濕氣和氧化物。然后，在光諧振器端面113的表面上，通過(guò)ECR等離子體處理，依次形成20nm厚的GaN(粘合層115)和SW2單層(端面涂膜116)。SW2單層的厚度一般設(shè)定在3 λ/ 或λ/4η (λ 振蕩波長(zhǎng)，η:折射率)，以給予SiO2單層5%的反射率。接下來(lái)，光諧振器的后端面114的表面用Ar進(jìn)行ECR等離子處理，以從該表面移除吸附的濕氣和氧化物。然后，20nm厚的GaN(粘合層118)和端面涂膜117形成在光諧振器端面114的表面上。端面涂膜117由8層的多層薄膜組成，就是說(shuō)，當(dāng)一對(duì)々1203/1102層計(jì)為一個(gè)周期時(shí)，就有4個(gè)周期，每層的厚度設(shè)定在λ /4η以便給予多層薄膜95%的反射率。這樣做成的氮化物半導(dǎo)體激光棒100實(shí)際上被切成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器芯片，其封裝后接受壽命測(cè)試。該測(cè)試與前面的測(cè)試在同樣的條件下進(jìn)行(測(cè)量數(shù)據(jù)省略)。同樣，在這種情況下，也沒有觀察到在施加電流期間的驅(qū)動(dòng)電流的突然增加。在這個(gè)實(shí)施例中，粘合層115和118都為任意六角晶系的透明半導(dǎo)體，如&ι0、Α1Ν、 GaN或ΒΝ。傳統(tǒng)的粘合層是金屬層，在這種情況下，端面涂膜依靠分子間力這種很弱的粘合力粘附在粘合層上。相反，采用與AKialnN半導(dǎo)體屬于同一晶系的六方晶系結(jié)晶作為粘合層115和118時(shí)，其中AKialnN半導(dǎo)體是氮化物半導(dǎo)體層的一種材料，粘合層115和118就能分別與端面涂膜116和117及光諧振器端面113和114更牢固地粘合在一起。這樣，通過(guò)粘合層115和118，端面116和117就可能更強(qiáng)有力地粘附在光諧振器端面113和114上， 從而防止金屬層作為粘合層時(shí)出現(xiàn)的漏電流和光吸收現(xiàn)象。通過(guò)TEM(透射電子顯微鏡)觀察，可以確認(rèn)粘合層115和118都是六方晶系結(jié)晶。 具體地說(shuō)，本發(fā)明中粘合層115和118的TEM成像顯示為六方衍射圖案。當(dāng)粘合層115和 118不是六方時(shí)，例如，當(dāng)粘合層115和118與光諧振器端面113和114接觸的地方的部分是非晶體時(shí)，粘合層115和118就不能充分地粘附到光諧振器端面113和114上，這樣就會(huì)
導(dǎo)致薄膜脫落。對(duì)應(yīng)地，在本發(fā)明中，把粘合層115和118做成六方晶體非常重要。然而，僅將&ι0、 AlN、GaN、BN或類似的物質(zhì)沉積在光諧振器端面113和114上，這樣很難把薄膜厚度為20nm 或更小的這些層形成為六方晶體。把這些層做成六方晶體的有效方法是在緊接形成粘合層115和118之前，通過(guò)在光諧振器端面113和114上輻射等離子體去除例如自然氧化膜和水分等雜質(zhì)，使得六方晶體的氮化物半導(dǎo)體層完全暴露在外面，如前所述。另外一種有效的方法是在粘合層115和118形成后，對(duì)他們進(jìn)行熱處理。端面涂膜116和117可以由化合物形成，其含有與在其下面粘合層115和118材料中相同的元素。比如說(shuō)，當(dāng)粘合層115和118為ZnO或類似包含氧的化合物時(shí)，端面涂膜可以用含有Al，Si，Ti，Hf，Nb，Ta，Zr或類似材料的氧化物；當(dāng)粘合層115和118用AlN、GaN、 BN或類似的氮化物時(shí)，端面涂膜可以用含有硅及類似元素的氮化物。當(dāng)氧元素是化合物的共同元素時(shí)，如ZnO和Al2O3，Zn元素和Al元素就會(huì)在幾個(gè)原子厚度的分界面上相互擴(kuò)散， 這樣就形成了形式如SixAlyOU < 1，y < 1，x+y = 1)這樣的化合物。這樣，在粘合層115 和端面涂膜116之間，在粘合層118和端面涂膜117之間就會(huì)有強(qiáng)有力的粘合力。端面涂膜116和117可以由上述任何氧化物和氮化物的多層組成。作為選擇，端面涂膜116和117可以由多層硅的氮化物和硅的氧化物組成。粘合層115和118分別形成在光諧振器的至少光輸出端面和端面涂膜116及117之間的任何地方。此外，當(dāng)粘合層厚度為20nm或更小時(shí)，沒有裂痕出現(xiàn)，可以使粘合層成為令人滿意的薄膜。而且，粘合層115 和118可以通過(guò)等離子體CVD濺射和磁控濺射形成，以替代前面描述的ECR濺射。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)MOCVD，六方晶系結(jié)晶如&ι0、A1N、GaN或BN在400 V或更高的溫度下生長(zhǎng)。然而， 通過(guò)磁控濺射或ECR濺射，這樣的六方晶系結(jié)晶在環(huán)境溫度下就能生長(zhǎng)，而通過(guò)等離子體 CVD，六方晶系結(jié)晶會(huì)在200°C或更低的溫度下生長(zhǎng)。因此，就可能在活躍層105不退化的情況下形成粘合層115和118。下面，將對(duì)該實(shí)施例的粘合層115采用六方晶系A(chǔ)lN的情況進(jìn)行詳細(xì)描述。
在具有如圖1所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光棒100中，6nm-厚的六方晶系鋁的氮化物(AlN)作為粘合層115形成在光諧振器前端113和光諧振器后端114上，并且形成 76nm-厚的Al的氧化物(Al2O3)作為前端面的涂膜116。粘合層115和端面涂膜116包含一種共同的元素Al，因此，N元素和0元素就會(huì)在幾個(gè)原子厚度的分界面(端面涂膜116和粘合層117)上相互擴(kuò)散，這樣就形成了形式如 AlNxOy (χ < 1，y < 1，x+y = 1)這樣的化合物。A^Oy能為粘合層115和端面涂膜116提供更好的粘性。采用Al靶進(jìn)行反應(yīng)濺射，如ECR濺射，作為形成粘合層115和端面涂膜116 的形成方法，這使得氣體可以從氮?dú)馇袚Q成氧氣。因此就不用把氮化物半導(dǎo)體激光棒100 拿出ECR濺射設(shè)備，這就可以持續(xù)地形成粘合層115和端面涂膜116，而不需要將他們暴露于空氣中。這就使得在端面涂膜116還沒有形成時(shí)，防止了自然氧化層在粘合層115表面形成或者空氣中的雜質(zhì)附在上面，這樣，通過(guò)粘合層115，光諧振器端面113和端面涂膜116 能有更好的粘性。AlN粘合層115的厚度可能形成為Inm或更小，但是小于Inm的厚度有因?yàn)槠涮《荒茉诙嗣嫱磕?16和光諧振器端面113之間提供較好的粘性。另一方面，粘合層115的 AlN的厚度為20nm或更大時(shí)，粘合層可能會(huì)產(chǎn)生裂痕或由于內(nèi)應(yīng)力而脫落。因此，最好使 AlN粘合層115的層厚在Inm或更大至20nm或者更小。形成前端面116的Al2O3的薄膜厚度這樣設(shè)定以使Al2O3的反射率為5%。在此，氮化物半導(dǎo)體激光元件發(fā)出振蕩波長(zhǎng)λ大約為400nm的激光。另一方面，氧化鋁的折射率η為1. 6，因此λ /4n = 62. 5nm。因此，假設(shè)形成前端面涂膜116的Al2O3厚度為70nm就可能實(shí)現(xiàn)5%這樣的低反射率。值得注意的是，如前所述，后端面涂膜117是包括8層的多層薄膜，就是說(shuō)，如果一對(duì)Al203/TiA層計(jì)為一個(gè)周期的話，就有4個(gè)周期。每層的厚度設(shè)定在λ/ 以便使多層薄膜的反射率為95%。六方晶系A(chǔ)lN作為粘合層115的氮化物半導(dǎo)體激光棒100被切成單獨(dú)的氮化物半導(dǎo)體激光器件。在這些已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的器件中，四個(gè)器件接受了壽命測(cè)試。這個(gè)測(cè)試是在 70°C和IOOmW CW(連續(xù)波)的條件下進(jìn)行的。圖5顯示了測(cè)量結(jié)果。在這四個(gè)器件壽命測(cè)試中，沒有觀察到因?yàn)楣庵C振器端面破壞性的惡化而導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)電流突然增加。并且，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流在300小時(shí)和在400小時(shí)觀察到的增長(zhǎng)率，預(yù)測(cè)四個(gè)器件平均花1984小時(shí)(根據(jù)得到的四個(gè)結(jié)果1007小時(shí)，觀40小時(shí)，1470小時(shí)，沈20小時(shí))來(lái)使驅(qū)動(dòng)電流值達(dá)到高于他們的初始驅(qū)動(dòng)電流值的1.4倍。這些器件顯示出了令人滿意的性質(zhì)。另一方面，圖6示出采用傳統(tǒng)的金屬層作為粘合層的3個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光器的壽命測(cè)試圖。其中粘合層為3nm厚的Al ；端面涂膜為8nm厚的A1203。這個(gè)測(cè)試也是在70°C 和IOOmW CW的條件下進(jìn)行的。在這三個(gè)器件中，兩個(gè)可能因?yàn)槁╇娏鞫?00小時(shí)之內(nèi)就變得永久不能用。另外一個(gè)，盡管沒有在300小時(shí)之內(nèi)就變得永久不能用，但是驅(qū)動(dòng)電流顯示出比本發(fā)明實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光器件高的增長(zhǎng)率。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流在300小時(shí)和在 400小時(shí)的增長(zhǎng)率，預(yù)測(cè)三個(gè)器件平均用423小時(shí)使它的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到初始驅(qū)動(dòng)電流值的 1.4 倍。綜上所述，可以肯定的是，用AlN作為粘合層115和用Al2O3作為端面涂膜116的氮化物半導(dǎo)體激光元件在壽命測(cè)試結(jié)果中表現(xiàn)出相對(duì)于傳統(tǒng)的用金屬層作為粘合層的激光元件的重大改進(jìn)。這個(gè)實(shí)施例對(duì)用解理(cleavage)形成的氮化物半導(dǎo)體端面進(jìn)行了詳細(xì)描述。應(yīng)該容易理解，本發(fā)明完全可以適用于用氣相刻蝕如RIE(反應(yīng)離子刻蝕)ICP，或濕刻蝕 KOH (氫氧化鉀)等方法形成的端面(蝕刻的鏡面)。 本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可以應(yīng)用于氮化物半導(dǎo)體激光器件，例如，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可以被單獨(dú)用作半導(dǎo)體激光器件，有全息圖器件的全息圖激光器件，為了驅(qū)動(dòng)或信號(hào)檢測(cè)等類似目的把氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件集成在一塊IC芯片上的光電IC器件，或氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件與波導(dǎo)管或光學(xué)測(cè)微器件集成在一起的復(fù)合光學(xué)器件。此外， 本發(fā)明可以應(yīng)用于提供有上述器件的任意設(shè)備，比如光學(xué)記錄系統(tǒng)、光盤系統(tǒng)、提供紫外線到綠色光譜區(qū)光線的光源系統(tǒng)等。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括具有六方晶系結(jié)晶的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；形成在該氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中的光諧振器；和形成在該光諧振器端面的端面涂膜，其中，粘合層形成在該光諧振器的該端面和該端面涂膜之間，至少部分的該端面涂膜或粘合層包含AlNxOy，其中χ < 1，y < 1，x+y = 1。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 其中，該端面涂膜和該粘合層包含共同的元素。
3.如權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 其中，該粘合層具有六方晶系結(jié)晶。
4.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括具有六方晶系結(jié)晶的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層； 形成在該氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中的光諧振器；和形成在該光諧振器端面的端面涂膜，其中，具有六方晶系結(jié)晶的粘合層形成在該光諧振器的該端面和該端面涂膜之間， 該端面涂膜由單層硅的氮化物組成，或由包括硅的氮化物層和硅的氧化物層的多層組
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。該發(fā)光元件包括具有六方晶系結(jié)晶的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；形成在該氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中的光諧振器；和形成在該光諧振器端面的端面涂膜，其中，粘合層形成在該光諧振器的該端面和該端面涂膜之間，至少部分的該端面涂膜或粘合層包含AlNxOy，其中x＜1，y＜1，x+y＝1。這樣，就得到了端面涂膜設(shè)置在粘合層上的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明增加了光諧振器端面和端面涂膜之間的粘合力，從而就不需要通過(guò)控制薄膜厚度來(lái)防止pn結(jié)短路和光吸收。
文檔編號(hào)H01S5/028GK102170090SQ20111008216
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者川口佳伸, 神川剛, 近藤雅文 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社