專利名稱：半導(dǎo)體激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，具備 沿激光的行進(jìn)方向設(shè)置的諧振器；設(shè)于所述諧振器的一端且射出所述激光的第一端面；以及 設(shè)于所述諧振器的另 一端的第二端面，在所述第一端面及所述第二端面的至少一個(gè)面的最前面，設(shè)有陽(yáng)極 氧化膜。另外，本發(fā)明涉及氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，具備 沿激光的行進(jìn)方向設(shè)置的諧振器；設(shè)于所述諧振器的一端且射出所述激光的第一端面；以及 設(shè)于所述諧振器的另 一端的第二端面，在所述第一端面及所述第二端面的至少一個(gè)面，設(shè)有陽(yáng)極氧化膜， 在所述陽(yáng)極氧化膜上形成有單層或多層涂敷膜。 根據(jù)本發(fā)明，可以得到在諧振器的端面形成有保護(hù)膜的長(zhǎng)壽命的半 導(dǎo)體激光裝置。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式1的半導(dǎo)體激光裝置的立體圖； 圖2(a)是圖1的半導(dǎo)體激光裝置的前端面附近的放大剖面圖，(b) 是(a)的比較例；圖3是實(shí)施方式2的半導(dǎo)體激光裝置的前端面附近的放大剖面圖； 圖4是實(shí)施方式3的半導(dǎo)體激光裝置的前端面附近的放大剖面圖；圖5是可適用于本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的制造中的等離子體 陽(yáng)極氧化裝置的結(jié)構(gòu)圖。 符號(hào)說(shuō)明1 GaN襯底2 n型包層 3活性層4 p型包層 5脊6 p電極7 n電極8 前端面9 后端面10陽(yáng)極氧化膜12涂敷膜101等離子體陽(yáng)極氧化裝置102真空容器103上部電極104下部電極105氣體導(dǎo)入管107高頻電源108高頻線圏109DC電源110激光桿111石英罩具體實(shí)施方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，在各圖中， 對(duì)相同或相當(dāng)?shù)牟糠指杜c相同符號(hào)，對(duì)其說(shuō)明簡(jiǎn)化乃至省略。實(shí)施方式1圖1表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置的立體圖。該半導(dǎo)體激光裝置是發(fā)生藍(lán)色激光的氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，使用GaN襯底1而形成。 如圖l所示，在GaN襯底1上層疊有n型包層2、活性層3、 p型包層4， p型包層4的一部分通過(guò)蝕刻被除去而形成脊5。在脊5的上部 設(shè)有p電極6，在GaN襯底1的背面設(shè)有n電極7。在脊的兩端面設(shè)有 反射鏡面，沿X方向構(gòu)成諧振器。前端面8在本發(fā)明中與設(shè)于諧振器的 一端并與射出激光的第一端面相對(duì)應(yīng)。另一方面，后端面9在本發(fā)明中 與設(shè)于諧振器的另一端的第二端面相對(duì)應(yīng)。前端面8的反射率設(shè)定為較 低，后端面9的反射率設(shè)定為較高。圖2 (a)是圖1的前端面8附近的剖面圖。如圖2 (a)所示，在前 端面8上形成有厚度為X/4n (X:激光的振動(dòng)波長(zhǎng)、n:電介質(zhì)膜的折射 率)的氮化物半導(dǎo)體自身的陽(yáng)極氧化膜10。氮化鎵進(jìn)行陽(yáng)極氧化時(shí)，通 常得到與氧化鎵相近的物質(zhì)。在這種情況下，帶隙約為4eV，折射率約 為2，因此，將激光的振動(dòng)波長(zhǎng)設(shè)定為400nm時(shí)，陽(yáng)極氧化膜10的厚 度為50nm。因?yàn)殛?yáng)極氧化膜IO為低反射膜，所以可得到斜度效率高的 激光。為了比較，由圖2 (b)表示現(xiàn)有的形成了涂敷膜12的前端面8附 近的剖面圖。涂敷膜12為由氧化鋁(折射率1.7 )構(gòu)成的、厚度X/4n=59nm 的蒸鍍膜，具有作為低反射膜的功能。另外，除了將陽(yáng)極氧化膜10作 為涂敷膜12以外，圖2 (b)的結(jié)構(gòu)和圖2 (a)是一樣的。根據(jù)圖2 (a)的結(jié)構(gòu)，如專利文獻(xiàn)4所述，利用陽(yáng)極氧化膜10能 將界面態(tài)密度抑制在較小的密度、再者，陽(yáng)極氧化膜10為帶隙大的半 導(dǎo)體(絕緣體)，對(duì)于波長(zhǎng)為400nm的激光是透明的。根椐以上這兩點(diǎn)， 陽(yáng)極氧化膜10的形成和在端面形成窗的方式具有等價(jià)的作用，從而能 夠抑制COD ( Catastrophic Optical Damage:災(zāi)變性光學(xué)損傷)閾值的降 低。另外，在圖2 (a)的例中，將陽(yáng)極氧化膜10的厚度設(shè)定為X/4n, 因此，作為用于低反射的涂敷膜而發(fā)揮作用，不需要在陽(yáng)極氧化膜10 上追加其它涂敷膜。還有，將陽(yáng)極氧化膜10的厚度設(shè)定為X/4n的奇數(shù) 倍，也具有同樣的功能。由于陽(yáng)極氧化膜10是氮化物半導(dǎo)體自身氧化而形成的，因此，與 通常的涂敷膜12相比，不易在其和氮化物半導(dǎo)體的界面產(chǎn)生強(qiáng)的應(yīng)力。 因而，即使是厚膜，也能夠?qū)⒔缑鎽B(tài)密度抑制在較小。還有，如實(shí)施方 式5中的說(shuō)明，采用陽(yáng)極氧化法就能以低溫、膜厚的控制性優(yōu)良地制作 數(shù)百nm厚的氧化膜，因此，不必在陽(yáng)極氧化膜10上追加由和半導(dǎo)體自身不同的異類材料構(gòu)成的現(xiàn)有涂敷膜，就能形成人/4n低反射膜等。 實(shí)施方式2在實(shí)施方式1中，在前端面8上形成了厚度為X/4n的陽(yáng)極氧化膜 10。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，如圖3所示，形成厚度為A72n (入 激光的振動(dòng)波長(zhǎng)、n:電介質(zhì)膜的折射率)的陽(yáng)極氧化膜ll。根據(jù)圖3的結(jié)構(gòu)，和實(shí)施方式l同樣，與形成窗的方式等價(jià)，能夠 抑制COD閾值的降低。另外，由于將陽(yáng)極氧化膜的厚度設(shè)定為A/2n， 因此，成為與端面無(wú)薄膜的情況等價(jià)的端面反射率(約18%)，從而得 到有效防止反射光的激光。實(shí)施方式3本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光裝置具有和實(shí)施方式1類似的結(jié)構(gòu)。但是， 前端面8附近的結(jié)構(gòu)不同。圖4是前端面8附近的剖面圖。如該圖所示，在前端面8上形成有 人/2n(k激光的振動(dòng)波長(zhǎng)、n:電介質(zhì)膜的折射率)、或其整數(shù)倍厚度 的陽(yáng)極氧化膜13。另外，在其上，通過(guò)蒸鍍、濺射形成由氧化鋁(折射 率1.7)構(gòu)成的厚度為X74n (X:激光的振動(dòng)波長(zhǎng)、n:電介質(zhì)膜的折射 率)的涂敷膜14。陽(yáng)極氧化膜13的形成和實(shí)施方式1 一樣，具有與形成窗的方式等 價(jià)的作用。因而，能夠抑制COD閾值的降低。另外，由于陽(yáng)極氧化膜 13的厚度設(shè)定為人/2n,因此，與在端面沒(méi)有形成薄膜的情況具有相同的 反射率。所以，通過(guò)在其上形成A74n的涂敷膜14,就可以將涂敷膜作 為低反射膜而發(fā)揮作用。實(shí)施方式4在實(shí)施方式3中，在前端面8上形成了 X/2n或其整數(shù)倍厚度的陽(yáng)極 氧化膜13，在其上形成了 X/4n的涂敷膜14。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式 中，代替？i/4n的涂敷膜14,通過(guò)蒸鍍、濺射等形成由氧化鋁、氮化鋁 非結(jié)晶硅、鋁氧化物、氧化鈦、氧化鈮、氧化鋯、氧化鉭、氧化硅或氧 化鉿等組成的單層或多層膜。單層或多層膜的厚度為，例如通過(guò)專利文 獻(xiàn)3所示的方法得到所期望的反射率的結(jié)構(gòu)。通過(guò)形成多層膜，即使薄 膜的厚度有制造誤差，也可以得到反射率變動(dòng)小的涂敷膜。還有，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置不限定于實(shí)施方式1~4，在不脫離 本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可以實(shí)施各種各樣的變形。例如，在實(shí)施方式1~4中，表示了在前端面上形成陽(yáng)極氧化膜的 例子，不過(guò)在后端面9上形成陽(yáng)極氧化膜也可以。在這種情況下，能夠 防止后端面9的COD閾值的降低。作為其一例，為將陽(yáng)極氧化膜的 厚度設(shè)定為X/2n (人激光的振動(dòng)波長(zhǎng)、m電介質(zhì)膜的折射率)或其整 數(shù)倍，在其上，通過(guò)蒸鍍、濺射等形成氧化鋁或氧化鉭等單層或多層膜 而作為高反射率膜。通過(guò)將陽(yáng)極氧化膜的厚度設(shè)定為X/2n，則可達(dá)到和 未形成膜的情況等價(jià)的反射率。因而，對(duì)設(shè)于陽(yáng)極氧化膜上的單層或多 層膜，可以進(jìn)行和現(xiàn)有相同的設(shè)計(jì)。另外，在實(shí)施方式1~4中，陽(yáng)極氧化膜的厚度設(shè)定為A/4n (X:激 光的振動(dòng)波長(zhǎng)、n:電介質(zhì)膜的折射率)的奇數(shù)倍、X/2n(人激光的振 動(dòng)波長(zhǎng)、n:電介質(zhì)膜的折射率)的整數(shù)倍，不過(guò)，形成對(duì)反射不會(huì)產(chǎn) 生影響的10nm以下的薄膜也可以。另外，也可以在其上形成具有所期 望的端面反射率的單層或多層涂敷膜。與直接形成涂敷膜的情況相比， 可以得到COD閾值降低小的激光。再者，在上述實(shí)施方式1 ~4中與使用于其它涂敷膜的薄膜相區(qū)另'J, 對(duì)陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行了反射率的設(shè)計(jì)。但是，也可以將陽(yáng)極氧化膜作為多 層膜的第一層薄膜進(jìn)行反射率的設(shè)計(jì)。此時(shí)，能夠?qū)㈥?yáng)極氧化膜的厚度 設(shè)定為所期望的厚度。實(shí)施方式5本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體激光裝置如下進(jìn)行制造。首先，在事先通過(guò)熱清洗等將表面進(jìn)行了凈化的GaN襯底1上，通 過(guò)有機(jī)金屬化學(xué)氣相成長(zhǎng)(MOCVD )法，依次層疊n型AlGaN包層2、 InGaN多重量子井活性層3及p型AlGaN包層4。上述各層的結(jié)晶成長(zhǎng)結(jié)束之后，在GaN襯底1的整個(gè)面上涂敷布抗 蝕劑，利用光刻法形成對(duì)應(yīng)于臺(tái)面的形狀的規(guī)定形狀的抗蝕圖案。將該 抗蝕圖案作為掩膜，例如通過(guò)RIE法進(jìn)行p型包層4的蝕刻，從而形成 作為光波導(dǎo)路的脊條5。其次，原樣保留作為掩膜使用的抗蝕圖案，再次在GaN襯底1的整 個(gè)面上，例如通過(guò)CVD法、真空蒸鍍法、濺射法等形成例如厚度0.2pm 的Si02膜。然后，在除去抗蝕劑的同時(shí)將處于脊條5上的SiOf膜除去， 進(jìn)行所謂的剝離。由此，在脊條5上形成開(kāi)口。接著，在GaN村底1的整個(gè)面上，例如通過(guò)真空蒸鍍法依次形成Pt膜及Au膜之后，涂布抗蝕劑進(jìn)行光刻，通過(guò)濕式蝕刻法或千式蝕刻 法在表面形成p電才及6。其后，涂布抗蝕劑進(jìn)行光刻，通過(guò)濕式蝕刻或干式蝕刻，在與襯底 背面的條對(duì)置的部分以外的部分，通過(guò)真空蒸鍍法依次形成Ti膜和Au 膜，并進(jìn)行用于使n電極7歐姆接觸的合金處理。之后，通過(guò)真空蒸鍍 法或?yàn)R射法使Ti/Au膜在襯底背面成膜，從而形成n電極。接著，將GaN襯底1通過(guò)劈開(kāi)等加工成桿狀，形成前端面8和后端 面9。然后，使前端面8朝上將該激光桿設(shè)置于等離子體陽(yáng)極氧化裝置 的下部電極上，對(duì)前端面8進(jìn)行陽(yáng)極氧化。圖5是表示等離子體陽(yáng)極氧化裝置的結(jié)構(gòu)圖。如該圖所示，等離子 體陽(yáng)極氧化裝置101由真空容器102、上部電極103、下部電極104、氣 體導(dǎo)入管105、真空泵(未圖示)、高頻電源107、高頻線圏108、 DC 電源109構(gòu)成。陽(yáng)極氧化膜的形成采用等離子體陽(yáng)極氧化時(shí)，能夠以100 匸以下的低溫、形成膜厚的控制性優(yōu)良的數(shù)1000A的氧化膜。另外，由 于沒(méi)有使用溶液，因此能夠減少污染的困擾。將通過(guò)上述的工藝得到的激光桿IIO設(shè)置于下部電極104上之后， 將真空容器102排氣變成真空。接著，從氣體導(dǎo)入管105導(dǎo)入氧氣，調(diào) 節(jié)氧氣的流量和排氣速度，將真空容器102內(nèi)的氧氣壓力保持在O.lTorr 左右。對(duì)壓力進(jìn)行了調(diào)節(jié)之后，在高頻線圏108上施加高頻功率時(shí)，氧氣 被激勵(lì)而變成等離子體。下部電極104位于等離子體中或離開(kāi)等離子體 的位置。通常，為了防止激光桿IIO受到等離子體的直接的損害，將其 設(shè)置在離開(kāi)等離子體的位置。下部電極104可以通過(guò)水冷保持在恒定的溫度。另外，下部電極104為了防止其自身被氧化，除設(shè)置激光桿no的部分以外，被石英罩lll覆蓋。在等離子體產(chǎn)生之后，在下部電極104上對(duì)等離子體施加正偏壓 (0-100V)時(shí)，由于活性氧氣的作用，前端面8被氧化而形成陽(yáng)極氧 化膜。此時(shí)，以定電流模式施加偏壓時(shí)，能夠保持氧化膜的成膜速度恒 定，膜厚的控制性優(yōu)良，從而能夠形成數(shù)百nm厚的氧化膜。在此，陽(yáng) 極氧化法與熱氧化法等相比，具有能夠以低溫形成厚膜的特征。將前端面8進(jìn)行了陽(yáng)極氧化之后，將激光桿IIO從容器中取出，使 后端面9朝上，同樣地形成陽(yáng)極氧化膜。激光桿IIO不必一條一條地進(jìn)行陽(yáng)極氧化。例如，將數(shù)十條激光桿 重疊并固定在夾具上設(shè)置于真空容器102中，就可以一次進(jìn)行陽(yáng)極氧化。 另外，除按單面進(jìn)行陽(yáng)極氧化以外，也可以將面平行地朝向等離子體， 同時(shí)將兩端面進(jìn)行氧化。如上所述形成陽(yáng)極氧化膜之后，根據(jù)需要對(duì)諧振器端面實(shí)施端面涂 敷。其后，通過(guò)將該激光桿進(jìn)行切片分離，就可制造本發(fā)明的氮化鎵系 半導(dǎo)體激光裝置。還有，根椐本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體激光裝置，還可以通過(guò)上述以 外的方法來(lái)制造。例如，也可以在陽(yáng)極氧化之前，不施加電壓而將激光 桿IIO暴露在等離子體中。由此，能夠?qū)⒍嗣鎯艋?。此時(shí)，可以使用氬氣作為等離子體。另夕卜，也可以在陽(yáng)極氧化后，將激光桿110在200 600。C下進(jìn)行退 火。由此，由于陽(yáng)極氧化膜中的固定電荷穩(wěn)定化，所以，能夠抑制通電 中的特性變化。只要在下部電極104的周圍設(shè)置加熱線圏，就可以在真 空容器102中進(jìn)行退火。另外，也可以從真空容器102中取出而在專用 裝置中進(jìn)行退火。再者，也可以代替等離子體陽(yáng)極氧化裝置，而使用KOH等溶液來(lái) 形成陽(yáng)極氧化膜。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其為在襯底上層疊半導(dǎo)體膜而形成的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，具備沿激光的行進(jìn)方向設(shè)置的諧振器；設(shè)于所述諧振器的一端且射出所述激光的第一端面；以及設(shè)于所述諧振器的另一端的第二端面，在所述第一端面及所述第二端面的至少一個(gè)面的最前面，設(shè)有所述半導(dǎo)體自身被陽(yáng)極氧化的陽(yáng)極氧化膜。
2. —種氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其為在襯底上層疊半導(dǎo)體膜而 形成的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，具備沿激光的行進(jìn)方向設(shè)置的諧振器；設(shè)于所述諧振器的一端、且射出所述激光的第一端面；以及 設(shè)于所述諧振器的另一端的第二端面，在所述第一端面及所述第二端面的至少一個(gè)面，設(shè)有所述半導(dǎo)體自 身被陽(yáng)極氧化的陽(yáng)極氧化膜，在所述陽(yáng)極氧化膜上形成有單層或多層涂敷膜。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，設(shè)所述激光的振動(dòng)波長(zhǎng)為Ao所述陽(yáng)極氧化膜的折射率為n，則所 述陽(yáng)極氧化膜的厚度為A74n或其奇數(shù)倍。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極氧化膜的厚度為V2n或其整數(shù)倍。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極氧化膜的厚度為10nm以下。
6. 如權(quán)利要求1或2所迷的氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極氧化膜是通過(guò)等離子體陽(yáng)極氧化而形成的氧化膜。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的氮化鎵系半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極氧化膜是以200 ~ 60(TC進(jìn)行退火后的氧化膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在諧振器的端面形成保護(hù)膜的長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體激光裝置。該半導(dǎo)體激光裝置具備沿激光的行進(jìn)方向(X方向)設(shè)置的諧振器；設(shè)于諧振器的一端且射出激光的前端面(8)；設(shè)于諧振器的另一端的后端面(9)。在前端面(8)和后端面(9)的至少一個(gè)面的最前面，設(shè)有陽(yáng)極氧化膜。將激光的振動(dòng)波長(zhǎng)設(shè)為λ、陽(yáng)極氧化膜的折射率設(shè)為n時(shí)，陽(yáng)極氧化膜的厚度優(yōu)選為λ/4n或其奇數(shù)倍。
文檔編號(hào)H01S5/10GK101262120SQ20081008524
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月8日
發(fā)明者吉田保明 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社