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)明涉及輸出從藍(lán)色到紫外線域的光的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法，特別涉及在高輸出動(dòng)作、長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作方面優(yōu)良的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往，作為通信激光元件、CD或DVD的讀出/寫入元件，AlGaAs類紅外激光元件或InGaP類紅色激光元件等III-V族化合物半導(dǎo)體激光元件被廣泛采用。近年來，采用以AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤1-x-y≤1)表示的氮化物半導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)短的藍(lán)色或紫外線的激光元件，作為下一代DVD(Blu-Ray Disc)等高密度光盤的寫入及讀出光源而在實(shí)用化。目前，數(shù)十mW的藍(lán)色激光元件已在市場(chǎng)銷售，但就藍(lán)色激光元件來說，今后面對(duì)記錄速度的提高而尋求更大的高輸出。
關(guān)于已實(shí)用化的藍(lán)色激光元件，用圖1進(jìn)行說明。圖1是表示在非專利文獻(xiàn)1中公開的藍(lán)色氮化物半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。襯底901由在藍(lán)寶石襯底上利用被稱為ELOG(Epitaxially LateralOverGrowth)的橫方向生長(zhǎng)技術(shù)而進(jìn)行了MOCVD生長(zhǎng)的厚度100μm的GaN構(gòu)成。在襯底901上，形成有n型GaN層902；由0.1μm厚度的n-In0.1Ga0.9N層、240個(gè)周期的Al0.14Ga0.85N(25)/n-GaN(25)調(diào)制摻雜超晶格層、以及0.1μm厚度的n-GaN層構(gòu)成的n型覆蓋層(clad層)903；由In0.02Ga0.98N/In0.15Ga0.85N的MQW(Multi Quantum Well)構(gòu)成的活性層904；由0.1μm厚度的p-GaN層、及120個(gè)周期的Al0.14Ga0.85N(25)/p-GaN(25)調(diào)制摻雜超晶格層構(gòu)成的p型覆蓋層905；p電極906；n電極907；以及SiO2構(gòu)成的電介質(zhì)絕緣膜908。在該氮化物半導(dǎo)體激光元件中p型覆蓋層905為脊(ridge)型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過將SiO2電介質(zhì)絕緣膜908形成條狀而實(shí)施狹窄電流和光封閉，實(shí)現(xiàn)激光振蕩。公開了該氮化物半導(dǎo)體激光元件在閾值電流為70mA中5mW的輸出下具有約10000小時(shí)的壽命。
為了實(shí)現(xiàn)高輸出激光元件，在紅外線激光元件或紅色激光元件中，已知抑制被稱為COD(Catastrophic Optical Damage災(zāi)變性光學(xué)損傷)的諧振器的諧振方向上的端面(諧振器端面)的劣化是非常重要的。由于COD，在諧振器端面附近的區(qū)域(諧振器端部)結(jié)晶缺陷因表面能級(jí)或非發(fā)光復(fù)合的增加產(chǎn)生的發(fā)熱而增殖，進(jìn)而非發(fā)光復(fù)合因結(jié)晶缺陷增殖而增加，從而形成結(jié)晶缺陷的增殖被促進(jìn)的正反饋。其結(jié)果，諧振器端面的溫度異常地上升并引起諧振器端面的破壞，從而激光元件破壞。因此，為了實(shí)現(xiàn)激光元件的高輸出動(dòng)作，需要下工夫以使得即使是高輸出也不引起諧振器端面的破壞。直至目前為止，作為抑制COD、可進(jìn)行激光元件的高輸出動(dòng)作的結(jié)構(gòu)，用雜質(zhì)的擴(kuò)散、或離子注入等，將諧振器端部的活性層(有源層)無序化，從而相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)為透明的部分，或通過高電阻化而為非電流注入部分，抑制諧振器端面中的發(fā)熱的窗結(jié)構(gòu)已被實(shí)用化。
關(guān)于以往的采用離子注入來形成窗結(jié)構(gòu)的紅外線激光元件，用圖2進(jìn)行說明。圖2是表示在專利文獻(xiàn)1中記載的窗結(jié)構(gòu)紅外線激光元件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。該激光元件包括n電極1001；n型GaAs襯底1002；n型AlGaAs覆蓋層1003；AlAs/GaAs超晶格構(gòu)成的活性層1005；p型AlGaAs覆蓋層1006；n型GaAs構(gòu)成的電流阻擋層1007；以及p電極1008。此外，在諧振器端部包括將活性層1005通過離子注入而無序化的無序部1004。無序部1004有時(shí)也通過雜質(zhì)擴(kuò)散的無序化而形成。通過取得這樣的結(jié)構(gòu)，諧振器端部的無序部1004的帶隙比活性層1005還大，無序部1004對(duì)于來自活性層1005的光變?yōu)橥该鳎瑳]有諧振器端部的光吸收，所以可以抑制諧振器端部的發(fā)熱。其結(jié)果，可以抑制COD或諧振器端面的劣化，可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的可靠性高的激光元件。配有這樣的窗結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光元件，在紅色激光元件或紅外線激光元件中已提出各種各樣的結(jié)構(gòu)，例如，還提出了在專利文獻(xiàn)2中公開的結(jié)構(gòu)。
Shuji Nakamura et al.，“High-Power，Long-Lifetime InGaN/GaN/AlGaN-Based Laser Diodes Grown on PureGaN Substrates”，Japanese Jouranl of Applied Physics，Vol.37，pp.309-312(1998)[專利文獻(xiàn)1](日本)特公平6-48742號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2](日本)特開平11-26866號(hào)公報(bào)但是，氮化物半導(dǎo)體激光元件中的窗結(jié)構(gòu)，直至目前為止仍未提出。而且，在氮化物半導(dǎo)體中，由于雜質(zhì)擴(kuò)散或離子注入這樣的技術(shù)還未確立，所以用于形成窗結(jié)構(gòu)的所謂量子阱結(jié)構(gòu)的無序化或高電阻化的效果都未被確認(rèn)。一般地，由于氮化物半導(dǎo)體比其他化合物半導(dǎo)體更具熱的穩(wěn)定性，所以所謂雜質(zhì)擴(kuò)散的處理幾乎未被實(shí)用化。
氮化物半導(dǎo)體的情況下，就p型層來說，一般是用摻雜了Mg的層，已知這種層在結(jié)晶生長(zhǎng)后通過750～800℃的熱處理而將作為p型雜質(zhì)的Mg開始活性化(激活)并作為p型層而起作用。如果活性化溫度過低，則未獲得足夠的空穴濃度，如果活性化溫度過高，則引起N從表面的脫離。在引起N的脫離的情況下，由于N的空穴具有施主性的功能，所以對(duì)于n型層不產(chǎn)生問題，但對(duì)于p型層，則不具有作為p型層的功能。
就量子阱結(jié)構(gòu)的無序化來說，需要高溫下的熱處理，但在AlGaAs類的激光元件中，離子注入后的熱處理或雜質(zhì)擴(kuò)散的熱處理的溫度為500～700℃就足夠了，但在氮化物半導(dǎo)體的情況下，由于熱的穩(wěn)定性而需要進(jìn)行800～1300℃的熱處理。進(jìn)行這樣溫度下的熱處理時(shí)，如上述那樣，由于在p型層中引起N從表面脫離，所以有導(dǎo)致特性劣化的問題。就半導(dǎo)體激光元件來說，由于pn結(jié)是必需的，所以p型層的劣化是直接關(guān)系到激光元件的特性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是鑒于這樣的問題而完成的發(fā)明，目的在于提供一種高輸出、長(zhǎng)壽命的輸出從藍(lán)色至紫外線區(qū)域的光的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。
為了解決上述問題并實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件的特征在于，具有使激光振蕩的諧振器，所述諧振器由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，所述諧振器在諧振方向的端部有變質(zhì)部。
這樣，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件中包括被離子注入到諧振器端部的變質(zhì)部。由此，可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
這里，也可以是所述諧振器具有n型覆蓋層、形成于所述n型覆蓋層上的活性層、以及形成于所述活性層上的p型覆蓋層，所述變質(zhì)部位于所述活性層的上方，形成于所述p型覆蓋層。此外，所述變質(zhì)部是所述p型覆蓋層的高電阻化的部分。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在諧振器端部形成非電流注入?yún)^(qū)域，具有能夠抑制高輸出動(dòng)作時(shí)的諧振器端面的劣化等效果。
這里，也可以是氮化物半導(dǎo)體激光元件具有脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以實(shí)現(xiàn)帶有脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件的效果。
這里，也可以是所述諧振器還有形成于所述活性層上的具有條狀的開口部的電流阻擋層，所述變質(zhì)部是所述開口部?jī)?nèi)的p型覆蓋層的高電阻化的部分。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以實(shí)現(xiàn)配有內(nèi)部埋入型條狀波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件的效果。
這里，也可以是所述諧振器有n型覆蓋層、形成于所述n型覆蓋層上的活性層、以及形成于所述活性層上的p型覆蓋層，所述變質(zhì)部位于所述p型覆蓋層的下方，形成于所述活性層上。此外，也可以是所述變質(zhì)部是所述活性層的被無序化了的部分。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，沒有活性層的一部分中的光吸收，具有可以抑制高輸出動(dòng)作時(shí)的諧振器端面的劣化等效果。
這里，也可以是所述變質(zhì)部是所述活性層的能帶間隙大的部分。此外，所述活性層有AlxbGaybIn(1-xb-yb)N構(gòu)成(其中，0≤xb≤1、0≤yb≤1、0≤1-xb-yb≤1)構(gòu)成的阻擋層、以及AlxwGaywIn(1-xw-yw)N構(gòu)成(其中，0≤xw≤1、0≤yw≤1、0≤1-xw-yw≤1)構(gòu)成的阱層，用構(gòu)成所述活性層的材料的平均組成表示的AlxaGayaIn(1-xa-ya)N(其中，0≤xa≤1、0≤ya≤1、0≤1-xa-ya≤1)的帶隙比所述阻擋層或所述阱層中的帶隙大。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以阻止被作為變質(zhì)部的活性層中的光吸收的效果。
這里，也可以是所述變質(zhì)部是被注入了包含H、B、C、N、Al、Si、Zn、Ga、As、In中至少一個(gè)的離子種的部分。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于H、B、C、N、Zn主要具有高電阻化的效果，Si主要具有n型化的效果，Al、Ga、As、In主要具有無序化的效果，所以具有可以使變質(zhì)部高電阻化或無序化的效果。
這里，也可以是所述活性層由AlGaInN構(gòu)成，所述變質(zhì)部是被注入了包含B、Al、Ga中任一個(gè)的離子種，且所述活性層的B、Al或Ga的組成比比所述活性層的B、Al或Ga的平均組成比大的部分。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有使變質(zhì)部的帶隙更大的效果。
這里，也可以是所述變質(zhì)部是包含B、Al、Ga中任一個(gè)、并且被注入了包含In的離子種的部分。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，基于In的帶隙縮小效果抵消基于B、Al、Ga的帶隙擴(kuò)大的效果，具有In擴(kuò)散引起的的無序化的效果被最大限度地發(fā)揮的效果。
這里，也可以是所述變質(zhì)部的折射率與所述變質(zhì)部以外的部位的折射率相同。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以抑制折射率的差造成的波導(dǎo)損失的效果。
這里，本發(fā)明還可以提供一種氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，所述氮化物半導(dǎo)體激光元件具有使激光振蕩的諧振器，所述諧振器由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，該方法包括將氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體層形成在襯底上的半導(dǎo)體層形成工序；以及使所述半導(dǎo)體層的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分變質(zhì)而形成變質(zhì)部的變質(zhì)部形成工序。此外，也可以是在所述半導(dǎo)體層形成工序中，使n型覆蓋層及活性層在襯底上依次結(jié)晶生長(zhǎng)，在所述變質(zhì)部形成工序中，在所述活性層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分形成變質(zhì)部，所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括通過熱處理使所述變質(zhì)部無序化的熱處理工序；使p型覆蓋層在形成了所述無序化的變質(zhì)部的活性層上結(jié)晶生長(zhǎng)的p型覆蓋層形成工序；以及在所述p型覆蓋層上形成條狀的脊部的脊部形成工序。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以制造使其帶有無序化的變質(zhì)部和脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件的效果。
這里，也可以是在所述熱處理工序中，進(jìn)行將所述變質(zhì)部加熱到800℃以上的熱處理。此外，也可以是在所述熱處理工序中，對(duì)所述變質(zhì)部照射激光而加熱所述變質(zhì)部。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以進(jìn)行變質(zhì)部形成造成的損傷的復(fù)原和活性層的無序化的效果。
這里，也可以是在所述半導(dǎo)體層形成工序中，使n型覆蓋層、活性層及p型覆蓋層在襯底上依次結(jié)晶生長(zhǎng)，在所述變質(zhì)部形成工序中，在所述p型覆蓋層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分形成變質(zhì)部，所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括在所述p型覆蓋層上形成條狀的脊部，以使所述變質(zhì)部成為脊部的脊部形成工序。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以制造使其帶有變質(zhì)部和脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件的效果。
這里，也可以是所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括對(duì)所述p型覆蓋層的p型雜質(zhì)進(jìn)行活性化處理的活性化處理工序，在所述變質(zhì)部形成工序中，在進(jìn)行了所述p型雜質(zhì)的活性化處理的p型覆蓋層形成變質(zhì)部。此外，也可以是在所述變質(zhì)部形成工序后，將所述襯底及所述半導(dǎo)體層的溫度保持在800℃以下。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有高效率地進(jìn)行p型層的活性化，可以不使p型層劣化地制造氮化物半導(dǎo)體激光元件的效果。
這里，也可以是在所述半導(dǎo)體層形成工序中，在使n型覆蓋層、活性層及阻擋層在襯底上依次結(jié)晶生長(zhǎng)后，在所述阻擋層形成條狀的開口部，在所述變質(zhì)部形成工序中，在所述活性層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分形成變質(zhì)部，所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括通過熱處理使所述變質(zhì)部無序化的熱處理工序；以及在進(jìn)行了所述熱處理工序后，從所述開口部使p型覆蓋層結(jié)晶生長(zhǎng)的p型覆蓋層形成工序。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以制造使其帶有無序化的變質(zhì)部和內(nèi)部埋入型條狀波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件的效果。
這里，也可以是在所述熱處理工序中，進(jìn)行將所述變質(zhì)部加熱到800℃以上的熱處理。此外，也可以是在所述熱處理工序中，對(duì)所述變質(zhì)部照射激光而加熱所述變質(zhì)部。此外，也可以是在所述半導(dǎo)體層形成工序中，在使n型覆蓋層、活性層及阻擋層在襯底上依次結(jié)晶生長(zhǎng)后，在所述阻擋層形成條狀的開口部，并從所述開口部使p型覆蓋層結(jié)晶生長(zhǎng)，在所述變質(zhì)部形成工序中，在所述開口部?jī)?nèi)的p型覆蓋層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分形成變質(zhì)部。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以制造使其帶有變質(zhì)部和內(nèi)部埋入型條狀波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件的效果。
這里，也可以是在所述變質(zhì)部形成工序中，通過將所述襯底及半導(dǎo)體層加熱到400℃以上，同時(shí)對(duì)形成了所述變質(zhì)部的部分進(jìn)行離子注入而形成所述變質(zhì)部。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以降低離子注入造成的損傷的效果。
這里，也可以是在所述變質(zhì)部形成工序中，在進(jìn)行所述離子注入的部分照射激光，同時(shí)進(jìn)行所述離子注入。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，具有可以選擇性加熱被注入離子的樣本表面附近，可以降低離子注入時(shí)的損傷的效果。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法，可以通過形成于諧振器端面附近的無序化或高電阻化的變質(zhì)部來抑制光吸收或電流注入造成的諧振器端部的發(fā)熱，所以可以抑制COD或諧振器端面的劣化，其結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的可靠性高的氮化物半導(dǎo)體激光元件。此外，通過同時(shí)注入多種離子，可以實(shí)現(xiàn)使其形成了無序化及高電阻化的變質(zhì)部的氮化物半導(dǎo)體激光元件，可以用簡(jiǎn)易的處理進(jìn)行高質(zhì)量的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制作。


圖1是表示非專利文獻(xiàn)1中公開的以往的藍(lán)色氮化物半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2是表示專利文獻(xiàn)1中記載的以往的窗結(jié)構(gòu)紅外線激光元件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是第1實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的立體圖。
圖4(a)是第1實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的剖面圖(圖3的BB’線的剖面圖)。
圖4(b)是第1實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的剖面圖(圖3的AA’線的剖面圖)。
圖5是表示第1實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。
圖6是表示第1實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。
圖7是第2實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的立體圖。
圖8(a)是第2實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的剖面圖(圖7的BB’線的剖面圖)。
圖8(b)是第2實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的剖面圖(圖7的AA’線的剖面圖)。
圖9是表示第2實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。
圖10是第3實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的立體圖。
圖11(a)是第3實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的剖面圖(圖10的BB’線的剖面圖)。
圖11(b)是第3實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的剖面圖(圖10的AA’線的剖面圖)。
圖12是表示第3實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。
圖13是表示第3實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。
圖14是第4實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的立體圖。
圖15(a)是第4實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的剖面圖(圖14的BB’線的剖面圖)。
圖15(b)是第4實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的剖面圖(圖14的AA’線的剖面圖)。
圖16是表示第4實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
(第1實(shí)施方式)以下，基于圖3～圖6來詳細(xì)地說明本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。在本實(shí)施方式，說明具有通過離子注入產(chǎn)生的窗結(jié)構(gòu)和脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件。再有，窗結(jié)構(gòu)是指在諧振器的諧振方向的端部，活性層被無序化，對(duì)于諧振的光形成有透明的部分的結(jié)構(gòu)。而脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)是指由平行于諧振方向的條狀的脊部構(gòu)成的波導(dǎo)。
圖3是本實(shí)施方式中的氮化物半導(dǎo)體激光元件的立體圖，圖4(a)是從該半導(dǎo)體激光元件的諧振器的諧振方向(圖3的C方向)觀察的剖面圖(圖3的BB’線的剖面圖)，圖4(b)是從與該半導(dǎo)體激光元件的諧振方向垂直的方向觀察的剖面圖(圖3的AA’線的剖面圖)。
該半導(dǎo)體激光元件包括Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的n電極101；n型GaN襯底102；n型GaN或n型AlGaN構(gòu)成的第1覆蓋層103；離子注入部104；AlGaInN多重量子阱構(gòu)成的活性層105；p型或不摻雜的GaN或AlGaN構(gòu)成的第2覆蓋層106；p型GaN或p型AlGaN構(gòu)成的第3覆蓋層107；SiO2構(gòu)成的電介質(zhì)絕緣膜108；以及Ni/Pt/Au構(gòu)成的p電極109。再有，離子注入部104是本發(fā)明的變質(zhì)部的一例。
此時(shí)，通過第1覆蓋層103、活性層105、第2覆蓋層106、第3覆蓋層107及電介質(zhì)絕緣膜108形成使激光振蕩的諧振器。
本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件是，在諧振器的諧振方向的端面(諧振器端面)D附近的區(qū)域(諧振器端部)內(nèi)，在第2覆蓋層106、活性層105及第1覆蓋層103的一部分中通過離子注入和接續(xù)該注入的熱退火而形成無序化區(qū)域(離子注入部104)，通過其后的再生長(zhǎng)而形成第3覆蓋層107，由具備了如上脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件。即，本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件是，在光進(jìn)行諧振的諧振器的中間部?jī)蓚?cè)的諧振器端部中，形成了使位于作為中間部的p型半導(dǎo)體層的第3覆蓋層107下方的半導(dǎo)體層變質(zhì)的無序化區(qū)域(離子注入部104)的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件。
例如，在n型GaN襯底102上，依次形成由n型AlxGa1-xN(其中，0≤x≤1)構(gòu)成的第1覆蓋層103、In1-xbGaxbN(其中，0≤xb≤1)阻擋層及In1-xwGaxwN(其中，0≤xw≤1)阱層構(gòu)成的InGaN多重量子阱活性層105、p型或不摻雜的GaN或AlxGa1-xN構(gòu)成的第2覆蓋層106、p型AlxGa1-xN構(gòu)成的第3覆蓋層107。第3覆蓋層107有條狀的脊部(圖3中的E部)，在第3覆蓋層107的脊部的側(cè)面和非脊部上面形成由SiO2構(gòu)成的電介質(zhì)絕緣膜108。在脊部的上面，Ni/Pt/Au構(gòu)成的歐姆電極被作為p電極109形成，在n型GaN襯底102的背面，Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的歐姆電極被作為n電極101形成。而且，在諧振器端部，在第1覆蓋層103的一部分、活性層105及第2覆蓋層106中設(shè)有離子注入部104。在作為n型層的第1覆蓋層103中摻雜作為雜質(zhì)的Si，在作為p型層的第2覆蓋層106(為p型的情況下)及第3覆蓋層107中摻雜作為雜質(zhì)的Mg。以1×1015cm-2的雜質(zhì)濃度注入Al來形成離子注入部104。離子注入部104通過實(shí)施緊接著離子注入的1000℃下的熱退火處理而形成，在離子注入部104中活性層105被無序化，帶隙增大至不吸收活性層105的藍(lán)紫色發(fā)光(約405nm)的程度。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，在諧振器端部中，活性層105被無序化，形成有增大了活性層105的帶隙的離子注入部104。其結(jié)果，由于沒有諧振器端部的光吸收，可以抑制高輸出動(dòng)作時(shí)的COD或諧振器端面的劣化，所以可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的激光元件。
再有，在本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件中，為了形成離子注入部104而被注入的離子種為Al，但也可以是H、B、C、N、Si、Zn、Ga、As、In的其他離子種。此外，優(yōu)選離子種的注入量在1×1014cm-2～1×1016cm-2的范圍。
例如，在將H、B、C、N、Zn這樣的離子種作為注入離子時(shí)，離子注入部104成為活性層105、第1覆蓋層103及第2覆蓋層106的高電阻的部分，可以期待相對(duì)于活性層105的發(fā)光透明化的效果和高電阻化的效果，即可以期待將諧振器端部作為非電流注入?yún)^(qū)域的效果，所以還可以期待激光元件的高輸出、長(zhǎng)壽命。此外，在將Si作為離子注入種的情況下，離子注入部104進(jìn)行n型化，故如果離子注入部104的周邊都為p型，則被形成p-n-p結(jié)，所以可以期待與上述一樣的將諧振器端部作為非電流注入?yún)^(qū)域的效果。而在注入離子種為B、Al、Ga、In這樣的III族離子的情況下，可通過與形成活性層105的元素的無序化進(jìn)行控制，以使離子注入部104的III族元素的組成比大于活性層105的III族元素的平均組成比，并可進(jìn)行窗結(jié)構(gòu)的調(diào)諧。在進(jìn)行基于III族離子注入的波長(zhǎng)的調(diào)諧的情況下，優(yōu)選1×1016cm-2以上的高注入量。通過這樣的高注入量，可使離子注入部104的III族組成比改變。
此外，為了形成離子注入部104而被注入的離子種也可以是兩種以上。例如，通過進(jìn)行Al等III族元素和In的同時(shí)注入、或Al等III族元素和Zn的同時(shí)注入等，可以實(shí)現(xiàn)特性更好的窗結(jié)構(gòu)。具體地說，在同時(shí)注入了Al和In的情況下，In的質(zhì)量比Al大，GaN中的擴(kuò)散系數(shù)也大，所以適合活性層105的無序化，但I(xiàn)n具有使活性層105的帶隙減小的作用，所以通過同時(shí)注入與In同量程度的Al，可以補(bǔ)償In的效果，并增大活性層105的帶隙。即，可以形成沒有光吸收的離子注入部104。此外，在同時(shí)注入了Al、Zn的情況下，對(duì)于Al來說，可以期待帶隙增大的效果，對(duì)于Zn來說，可以期待高電阻化的效果，可以實(shí)現(xiàn)包括透明化和高電阻化兩個(gè)效果的窗結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，通過對(duì)半導(dǎo)體層的離子注入而形成窗結(jié)構(gòu)。因此，離子注入部104和非注入部的折射率差幾乎沒有，所以激光元件內(nèi)部的活性層105、脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)、以及電介質(zhì)絕緣膜108形成的光封閉結(jié)構(gòu)和諧振器端部的離子注入部104中的光封閉結(jié)構(gòu)幾乎相同，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的激光振蕩。
為了制作圖3、圖4所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，例如可考慮圖5所示的制造方法。圖5是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。在圖5中，對(duì)與圖3、圖4相同的結(jié)構(gòu)元件附加相同的標(biāo)號(hào)并省略說明。
首先，例如，在位錯(cuò)密度為106cm-3數(shù)量級(jí)的n型GaN襯底102的(0001)面上，采用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法(Metal Organic ChemicalVapor DepositionMOCVD法)等結(jié)晶生長(zhǎng)法，依次形成n型GaN緩沖層(未圖示)、n型GaN或n型AlGaN構(gòu)成的第1覆蓋層103、InGaN多重量子阱活性層105、p型或不摻雜的GaN或AlGaN構(gòu)成的第2覆蓋層106(圖5(a))。從活性層105通過電流注入，產(chǎn)生405nm的藍(lán)紫色發(fā)光。
接著，在第2覆蓋層106上，形成只在諧振器端部具有開口部的SiO2掩膜110，例如用Al離子以直至到達(dá)活性層105及第1覆蓋層103的一部分的加速電壓進(jìn)行離子注入，在第1覆蓋層103及活性層105中的作為諧振器端部的部分形成離子注入部104(圖5(b))。離子注入量例如為1×1015cm-2。然后，對(duì)離子注入部104進(jìn)行800℃以上的熱處理，例如進(jìn)行加熱到1000℃的熱退火，將離子注入部104的損傷恢復(fù)，同時(shí)使離子注入部104的注入離子擴(kuò)散，將諧振器端部的活性層105無序化。
接著，使p型AlGaN構(gòu)成的第3覆蓋層107通過MOCVD法等結(jié)晶生長(zhǎng)法在第2覆蓋層106上再生長(zhǎng)。然后，對(duì)于第2覆蓋層106(為p型的情況)及第3覆蓋層107，在N2環(huán)境中例如實(shí)施750℃、30分鐘的退火，并使第2覆蓋層106(為p型的情況)、第3覆蓋層107的p型雜質(zhì)活性化(圖5(c))。
接著，在p型雜質(zhì)的活性化處理后，在第3覆蓋層107上形成具有條狀開口部的光致抗蝕劑(未圖示)。以該光致抗蝕劑作為掩膜，例如通過用Cl2氣體的被稱為ICP(Inductive Coupled Plasma)腐蝕的干法腐蝕而在第3覆蓋層107上形成條狀的脊部(圖5(d))。
接著，在第3覆蓋層107上形成SiO2構(gòu)成的電介質(zhì)絕緣膜108，通過基于光刻的構(gòu)圖和濕法腐蝕，只在第3覆蓋層107的脊部上方形成開口部。然后，在脊部上方的開口部例如通過EB(Electron Beam)鍍敷和提升(lift-off)而形成Ni/Pt/Au電極。這里，為了降低對(duì)p型層的接觸電阻而在N2環(huán)境中進(jìn)行600℃的熔結(jié)，形成歐姆電極(p電極109)。
接著，將n型GaN襯底102從背面研磨至厚度約150μm左右，進(jìn)而在n型GaN襯底102的背面例如通過EB鍍敷和提升而形成Ti/Al/Ni/Au電極。這里，為了降低對(duì)n型層的接觸電阻而在N2環(huán)境中進(jìn)行600℃的熔結(jié)，形成歐姆電極(n電極101)。通過以上，形成圖3、圖4所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件(圖5(e))。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，在進(jìn)行了離子注入及熱退火的窗結(jié)構(gòu)的形成后，通過再生長(zhǎng)而形成p型層(第3覆蓋層107)。因此，不將p型層(第3覆蓋層107)暴露在800℃以上的高溫中，可以制造包括了窗結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的藍(lán)紫色氮化物半導(dǎo)體激光元件。
再有，在上述氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，例示了Al作為用于形成離子注入部104而被注入的離子種，但也可以是H、B、C、N、Si、Zn、Ga、As、In的其他離子種。此外，也可以同時(shí)注入多種離子種。優(yōu)選離子種的注入量在1×1014cm-2～1×1016cm-2的范圍，注入Al、Ga、In的III族離子的情況下，優(yōu)選1×1016cm-2以上的注入量。
此外，在圖5(b)所示的離子注入時(shí)，也可以將n型GaN襯底102及半導(dǎo)體層加熱到400℃以上。由此，n型GaN襯底102的晶格能量變大，可以減輕離子注入時(shí)的結(jié)晶損傷，可以提高窗結(jié)構(gòu)的投射特性。
此時(shí)，在離子注入時(shí)，也可以對(duì)形成離子注入部104的部分，照射YAG的三倍波激光(波長(zhǎng)355nm)或KrF激光(波長(zhǎng)248nm)等具有比形成離子注入部104的部分的帶隙大的能量的激光。由此，可以只對(duì)形成離子注入部104的部分選擇性加熱，可以減輕離子注入時(shí)的結(jié)晶損傷，并提高窗結(jié)構(gòu)的投射特性。
此外，在圖5(b)所示的離子注入后的熱處理時(shí)，如圖6所示，也可以對(duì)形成離子注入部104的部分照射YAG的三倍波激光(波長(zhǎng)355nm)或KrF激光(波長(zhǎng)248nm)等激光111，并加熱到800℃以上。由此，可以只對(duì)形成離子注入部104的部分選擇性加熱。
(第2實(shí)施方式)以下，根據(jù)圖7～圖9詳細(xì)地說明本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。在本實(shí)施方式，說明有關(guān)具有包括了離子注入的高電阻、非電流注入?yún)^(qū)域的、脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
圖7是本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的立體圖，圖8(a)是從該半導(dǎo)體激光元件的諧振器的諧振方向(圖7的C方向)觀察的剖面圖(圖7的BB’線的剖面圖)，圖8(b)是從垂直于該半導(dǎo)體激光元件的諧振方向觀察的剖面圖(圖7的AA’線的剖面圖)。在圖7、圖8中，在與圖3、圖4相同的結(jié)構(gòu)元件上附加相同的標(biāo)號(hào)并省略說明。
本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件包括n電極101、n型GaN襯底102、第1覆蓋層103、離子注入部204、活性層105、p型GaN或p型AlGaN構(gòu)成的第3覆蓋層201、電介質(zhì)絕緣膜108、以及p電極109。再有，離子注入部204是本發(fā)明的變質(zhì)部的一例。
此時(shí)，由第1覆蓋層103、活性層105、第3覆蓋層201及電介質(zhì)絕緣膜108形成使激光振蕩的諧振器。
本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件是，在諧振器端面D附近的區(qū)域(諧振器端部)中，通過在第3覆蓋層201的一部分進(jìn)行離子注入而形成了高電阻區(qū)域(離子注入部204)，具備如上脊?fàn)顥l型的波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件。即，本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件是，在將進(jìn)行光諧振的諧振器的中間部夾住的諧振器端部中，形成了使位于中間部的活性層105上方的半導(dǎo)體層變質(zhì)的非電流注入?yún)^(qū)域的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件。
例如，在n型GaN襯底102上，依次形成由n型AlxGa1-xN(其中，0≤x≤1)構(gòu)成的第1覆蓋層103、In1-xbGaxbN(其中，0≤xb≤1)阻擋層及In1-xwGaxwN(其中，0≤xw≤1)阱層構(gòu)成的InGaN多重量子阱活性層105、以及p型AlxGa1-xN構(gòu)成的第3覆蓋層201。第3覆蓋層201有條狀的脊部(圖5中的E部)，在第3覆蓋層201的脊部的側(cè)面和非脊部上面形成有SiO2構(gòu)成的電介質(zhì)絕緣膜108。在脊部的上面，Ni/Pt/Au構(gòu)成的歐姆電極被作為p電極109形成，在n型GaN襯底102的背面，Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的歐姆電極被作為n電極101形成。
而且，在諧振器端部中，在第3覆蓋層201的一部分設(shè)有離子注入部204。在作為n型層的第1覆蓋層103中摻雜作為雜質(zhì)的Si，在作為p型層的第3覆蓋層201中摻雜作為雜質(zhì)的Mg。在離子注入部204中Zn以1×1015cm-2的雜質(zhì)濃度被注入。離子注入部204僅形成于第3覆蓋層201，不形成于活性層105。此外，在離子注入部204，第3覆蓋層201由于離子注入，例如被高電阻化到電阻率為108Ωcm以上，離子注入部204作為阻擋諧振器端部的電流注入的電流注入阻擋層而起作用。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，離子注入部204作為阻擋諧振器端部中的電流注入的電流注入阻擋層而起作用。因此，可以抑制諧振器端部中的發(fā)熱，抑制高輸出動(dòng)作時(shí)的COD或諧振器端面的劣化等，所以可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的激光元件。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，通過對(duì)半導(dǎo)體層的離子注入而形成非電流注入?yún)^(qū)域。因此，由于離子注入部204和非離子注入部的折射率差幾乎沒有，故不使諧振器端部中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)紊亂，可以形成非電流注入?yún)^(qū)域，所以可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單一橫模動(dòng)作。
再有，在本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件中，為了形成離子注入部204而被注入的離子種為Zn，但只要通過離子注入可以將第3覆蓋層201高電阻化，就不限于此，也可以是H、B、C、N、Al、Si、Ga、As、In的其他離子種。在本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，由于進(jìn)行注入后的高溫(＞800℃)下的熱退火，所以作為注入離子種，只要是電阻通過其他處理中的溫度比較低(～600℃)的熱處理仍不下降的離子種，就不限于Zn。例如，在以Si為注入離子種的情況下，離子注入部204進(jìn)行n型化，離子注入部204的周邊都為p型，所以形成p-n-p結(jié)，可以期待與上述同樣的將諧振器端部作為非電流注入?yún)^(qū)域的效果。優(yōu)選離子種的注入量在1×1014cm-2～1×1016cm-2的范圍。此外，被注入到離子注入部204的離子種例如也可以兩種以上。
為了制作圖7、圖8所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，例如可考慮圖9所示的制造方法。圖9是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。在圖9中，對(duì)與圖7、圖8相同的結(jié)構(gòu)元件附加相同的標(biāo)號(hào)并省略說明。
首先，例如，在位錯(cuò)密度為106cm-3數(shù)量級(jí)的n型GaN襯底102的(0001)面上，根據(jù)MOCVD法等結(jié)晶生長(zhǎng)法，依次形成n型GaN緩沖層(未圖示)、n型GaN或n型AlGaN構(gòu)成的第1覆蓋層103、InGaN多重量子阱活性層105、以及p型GaN或p型AlGaN構(gòu)成的第3覆蓋層201(圖9(a))。通過從活性層105注入電流，產(chǎn)生405nm的藍(lán)紫色光。然后，對(duì)第3覆蓋層201，在N2環(huán)境中例如實(shí)施750℃、30分鐘的退火，并使第3覆蓋層201的p型雜質(zhì)活性化。
接著，在第3覆蓋層201上，形成只在諧振器端部具有開口部的SiO2掩膜110，例如用Zn離子以不到達(dá)活性層105程度的加速電壓在第3覆蓋層201中進(jìn)行離子注入，在第3覆蓋層201中的作為諧振器端部的部分形成離子注入部204(圖9(b))。離子注入量例如為1×1015cm-2。
接著，以離子注入部204形成為脊部的方式，在第3覆蓋層201上形成條狀的脊部。即，在第3覆蓋層201上形成具有條狀開口部的光致抗蝕劑(未圖示)。以該光致抗蝕劑為掩膜，例如通過用Cl2氣體的ICP干法腐蝕，在第3覆蓋層201上形成條狀的脊部(圖9(c))。
接著，在第3覆蓋層201上形成SiO2構(gòu)成的電介質(zhì)絕緣膜108，通過采用光刻的構(gòu)圖和濕法腐蝕，只在第3覆蓋層201的脊部上方形成開口部。然后，在脊部上方的開口部例如通過EB鍍敷和提升而形成Ni/Pt/Au電極。這里，為了降低對(duì)p型層的接觸電阻而在N2環(huán)境中進(jìn)行600℃的熔結(jié)，形成歐姆電極(p電極109)。
接著，將n型GaN襯底102從背面研磨至厚度約150μm左右，進(jìn)而在n型GaN襯底102的背面例如通過EB鍍敷和提升而形成Ti/Al/Ni/Au電極。這里，為了降低對(duì)n型層的接觸電阻而在N2環(huán)境中進(jìn)行600℃的熔結(jié)，形成歐姆電極(n電極101)。通過以上，形成圖7、圖8所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件(圖9(d))。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，以采用不達(dá)到活性層105的離子注入的高電阻化來形成非電流注入?yún)^(qū)域。因此，不實(shí)施用于注入損傷的恢復(fù)的高溫?zé)嵬嘶?，就可以制造在諧振器端部有非電流注入?yún)^(qū)域的結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的藍(lán)紫色氮化物半導(dǎo)體激光元件。
再有，在上述氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，例示了Zn作為用于形成離子注入部204而被注入的離子種，但也可以是H、B、C、N、Al、Si、Ga、As、In的其他離子種。優(yōu)選離子種的注入量在1×1014cm-2～1×1016cm-2的范圍。
此外，在圖9(b)所示的離子注入時(shí)，也可以將n型GaN襯底102及半導(dǎo)體層加熱到400℃以上。由此，n型GaN襯底102的晶格能量變大，可以減輕離子注入時(shí)的結(jié)晶損傷。
此時(shí)，在離子注入時(shí)，也可以對(duì)形成離子注入部204的部分，照射YAG的三倍波激光(波長(zhǎng)355nm)或KrF激光(波長(zhǎng)248nm)等具有比形成離子注入部204的部分的帶隙大的能量的激光。由此，可以只對(duì)形成離子注入部204的部分選擇性加熱，可以減輕離子注入時(shí)的結(jié)晶損傷。
(第3實(shí)施方式)以下，根據(jù)圖10～圖13詳細(xì)地說明本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。在本實(shí)施方式，說明有關(guān)具有包括采用離子注入的窗結(jié)構(gòu)的、內(nèi)部埋入型條狀波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件。再有，所謂內(nèi)部埋入型條狀波導(dǎo)是指被埋入在半導(dǎo)體層內(nèi)部的與諧振方向平行的條狀的波導(dǎo)。
圖10是本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的立體圖，圖11(a)是從該半導(dǎo)體激光元件的諧振器的諧振方向(圖10的C方向)觀察的剖面圖(圖10的BB’線的剖面圖)，圖11(b)是從與諧振方向垂直的方向觀察的剖面圖(圖10的AA’線的剖面圖)。在圖10、圖11中，在與圖3、圖4相同的結(jié)構(gòu)元件上附加相同的標(biāo)號(hào)并省略說明。
本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件包括n電極101、n型GaN襯底102、第1覆蓋層103、離子注入部304、活性層105、第2覆蓋層106、p型GaN或p型AlGaN構(gòu)成的第3覆蓋層307、n型或不摻雜的AlGaN構(gòu)成的電流阻擋層301、以及p電極109。再有，離子注入部304是本發(fā)明的變質(zhì)部的一例。
此時(shí)，通過第1覆蓋層103、活性層105、第2覆蓋層106、第3覆蓋層307及電流阻擋層301形成使激光振蕩的諧振器。
本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件是，在諧振器端面D附近的區(qū)域(諧振器端部)中，通過在電流阻擋層301、第2覆蓋層106、活性層105和第1覆蓋層103的一部分進(jìn)行離子注入及隨后進(jìn)行熱退火而形成無序化區(qū)域，通過其后的再生長(zhǎng)而形成第3覆蓋層307，具備如上內(nèi)部埋入型條狀波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件。即，本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件是，在將進(jìn)行光諧振的諧振器的中間部夾住的諧振器端部中，形成了使位于中間部的作為p型半導(dǎo)體層的第3覆蓋層307下方的半導(dǎo)體層變質(zhì)的無序化區(qū)域(離子注入部304)的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件。
例如，在n型GaN襯底102上，依次形成由n型AlxGa1-xN(其中，0≤x≤1)構(gòu)成的第1覆蓋層103、In1-xbGaxbN(其中，0≤xb≤1)阻擋層及In1-xwGaxwN(其中，0≤xw≤1)阱層構(gòu)成的InGaN多重量子阱活性層105、p型或不摻雜的GaN或AlxGa1-xN構(gòu)成的第2覆蓋層106、n型或不摻雜的AlyGa1-yN(其中，0≤y≤1)構(gòu)成的電流阻擋層301、以及p型AlxGa1-xN構(gòu)成的第3覆蓋層307。電流阻擋層301具有條狀的開口部(圖10中的E部)，在第3覆蓋層307的上面Ni/Pt/Au構(gòu)成的歐姆電極被作為p電極109形成，在n型GaN襯底102的背面Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的歐姆電極被作為n電極101形成。而且，在諧振器端部中，在第1覆蓋層103的一部分、活性層105、第2覆蓋層106及電流阻擋層301的一部分設(shè)有離子注入部304。在作為n型層的第1覆蓋層103及電流阻擋層301(為n型的情況)中摻雜作為雜質(zhì)的Si，在作為p型層的第2覆蓋層106(為p型的情況)、及第3覆蓋層307中摻雜作為雜質(zhì)的Mg。離子注入部304以1×1015cm-2的雜質(zhì)濃度注入Al而形成。
實(shí)施接續(xù)在離子注入后的1000℃下的熱退火處理而形成離子注入部304，在離子注入部304中活性層105被無序化，帶隙增大到不吸收活性層105的藍(lán)紫色光(約405nm)的程度。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，在諧振器端部中，活性層105被無序化，形成有活性層105的帶隙增大的離子注入部304。其結(jié)果，沒有諧振器端部的光吸收，可以抑制高輸出動(dòng)作時(shí)的COD或端面劣化等，所以可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的激光元件。
再有，在本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件中，為了形成離子注入部304而被注入的離子種為Al，但也可以是H、B、C、N、Si、Zn、Ga、As、In的其他離子種。此外，優(yōu)選離子種的注入量在1×1014cm-2～1×1016cm-2的范圍。
例如，在以H、B、C、N、Zn的離子種作為注入離子時(shí)，離子注入部304成為活性層105、第1覆蓋層103及第2覆蓋層106的高電阻的部分，可以期待相對(duì)于活性層105的發(fā)光透明化的效果和高電阻效果，即還可以期待將諧振器端部作為非電流注入?yún)^(qū)域的效果，進(jìn)而可以期待激光元件的高輸出、長(zhǎng)壽命。此外，在以Si作為注入離子種的情況下，由于離子注入部304進(jìn)行n型化，離子注入部304的周邊都為p型，形成p-n-p結(jié)，所以可以期待與上述同樣的將諧振器端部作為非電流注入?yún)^(qū)域的效果。而且，在注入離子種為B、Al、Ga、In的III族離子的情況下，可通過與形成活性層105的元素的無序化進(jìn)行控制，以使離子注入部304的III族元素的組成比大于活性層105的III族元素的平均組成比，可進(jìn)行窗結(jié)構(gòu)的調(diào)諧。在進(jìn)行采用III族離子注入的波長(zhǎng)的調(diào)諧的情況下，優(yōu)選1×1016cm-2以上的高注入量。通過這樣的高注入量，可使離子注入部304的III族組成比改變。
此外，為了形成離子注入部304而被注入的離子種也可以是兩種以上。例如，通過進(jìn)行Al等III族元素和In的同時(shí)注入、或Al等III族元素和Zn的同時(shí)注入等，可以實(shí)現(xiàn)特性更好的窗結(jié)構(gòu)。具體地說，在同時(shí)注入了Al和In的情況下，In的質(zhì)量比Al大，GaN中的擴(kuò)散系數(shù)也大，所以適合活性層105的無序化，但I(xiàn)n具有使活性層105的帶隙減小的作用，所以通過同時(shí)注入與In同量程度的Al，可以補(bǔ)償In的效果，并增大活性層105的帶隙。即，可以形成沒有光吸收的離子注入部304。此外，在同時(shí)注入了Al、Zn的情況下，對(duì)于Al來說，可以期待帶隙增大的效果，對(duì)于Zn來說，可以期待高電阻化的效果，可以實(shí)現(xiàn)包括透明化和高電阻化兩個(gè)效果的窗結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，通過對(duì)半導(dǎo)體層的離子注入而形成窗結(jié)構(gòu)。因此，離子注入部304和非注入部的折射率差幾乎沒有，所以激光元件內(nèi)部的活性層105、條狀的波導(dǎo)、以及電流阻擋層301的光封閉結(jié)構(gòu)和諧振器端部的離子注入部304中的光封閉結(jié)構(gòu)幾乎相同，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的激光振蕩。
為了制作圖10、圖11所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，例如可考慮圖12所示的制造方法。圖12是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。在圖12中，對(duì)與圖11、圖12相同的結(jié)構(gòu)元件附加相同的標(biāo)號(hào)并省略說明。
首先，例如，在位錯(cuò)密度為106cm-3數(shù)量級(jí)的n型GaN襯底102的(0001)面上，根據(jù)MOCVD法等結(jié)晶生長(zhǎng)法，依次形成n型GaN緩沖層(未圖示)、n型GaN或n型AlGaN構(gòu)成的第1覆蓋層103、InGaN多重量子阱活性層105、p型或不摻雜的GaN或AlGaN構(gòu)成的第2覆蓋層106、p型或不摻雜的AlGaN構(gòu)成的電流阻擋層301(圖12(a))。從活性層105通過電流注入，產(chǎn)生405nm的藍(lán)紫色發(fā)光。
接著，在電流阻擋層301上，形成具有條狀的開口部的光致抗蝕劑(未圖示)。以該光致抗蝕劑作為掩膜，例如通過用Cl2氣體的ICP干法腐蝕而在電流阻擋層301形成條狀的開口部。
接著，在電流阻擋層301上，形成僅在作為諧振器端部的部分具有開口部的SiO2掩膜110，例如用Al離子在電流阻擋層301的開口部中，以直至到達(dá)活性層105及第1覆蓋層103的一部分的加速電壓進(jìn)行離子注入，在第1覆蓋層103及活性層105中的作為諧振器端部的部分形成離子注入部304。離子注入量例如為1×1015cm-2。然后，對(duì)離子注入部304進(jìn)行800℃以上的熱處理，例如進(jìn)行加熱到1000℃的熱退火，將離子注入部304的損傷恢復(fù)，同時(shí)使離子注入部104的注入離子擴(kuò)散，將諧振器端部的活性層105無序化(圖12(b)、圖12(c))。
接著，使p型AlGaN構(gòu)成的第3覆蓋層307通過MOCVD法等結(jié)晶生長(zhǎng)法從電流阻擋層301的開口部再生長(zhǎng)。然后，對(duì)于第2覆蓋層106(為p型的情況)及第3覆蓋層307，在N2環(huán)境中例如實(shí)施750℃、30分鐘的退火，并使第2覆蓋層106(為p型的情況)、第3覆蓋層307的p型雜質(zhì)活性化(圖12(d))。
接著，在p型雜質(zhì)的活性化處理后，在第3覆蓋層307上例如通過EB鍍敷和提升而形成Ni/Pt/Au電極。這里，為了降低對(duì)p型層的接觸電阻而在N2環(huán)境中進(jìn)行600℃的熔結(jié)，形成歐姆電極(p電極109)。
接著，將n型GaN襯底102從背面研磨至厚度約150μm左右，進(jìn)而在n型GaN襯底102的背面例如通過EB鍍敷和提升而形成Ti/Al/Ni/Au電極。這里，為了降低對(duì)n型層的接觸電阻而在N2環(huán)境中進(jìn)行600℃的熔結(jié)，形成歐姆電極(n電極101)。通過以上，形成圖10、圖11所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件(圖12(e))。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，通過在進(jìn)行了采用離子注入及熱退火的窗結(jié)構(gòu)的形成后，再生長(zhǎng)p型層(第3覆蓋層307)而形成。因此，不將p型層(第3覆蓋層307)暴露在800℃以上的高溫中，可以制造包括了窗結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的藍(lán)紫色氮化物半導(dǎo)體激光元件。
再有，在上述氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，例示了Al作為用于形成離子注入部304而被注入的離子種，但也可以是H、B、C、N、Si、Zn、Ga、As、In的其他離子種。此外，也可以同時(shí)注入多種離子種。優(yōu)選離子種的注入量在1×1014cm-2～1×1016cm-2的范圍，注入Al、Ga、In的III族離子的情況下，優(yōu)選1×1016cm-2以上的注入量。
此外，在圖12(b)、圖12(c)所示的離子注入時(shí)，也可以將n型GaN襯底102及半導(dǎo)體層加熱到400℃以上。由此，n型GaN襯底102的晶格能量變大，可以減輕離子注入時(shí)的結(jié)晶損傷，可以提高窗結(jié)構(gòu)的投射特性。
此時(shí)，在離子注入時(shí)，也可以對(duì)形成離子注入部304的部分，照射YAG的三倍波激光(波長(zhǎng)355nm)或KrF激光(波長(zhǎng)248nm)等具有比形成離子注入部304的部分的帶隙大的能量的激光。由此，可以只對(duì)形成離子注入部304的部分選擇性加熱，可以減輕離子注入時(shí)的結(jié)晶損傷，并提高窗結(jié)構(gòu)的投射特性。
此外，在圖12(b)、圖12(c)所示的離子注入后的熱處理時(shí)，如圖13所示，也可以對(duì)形成離子注入部304的部分照射YAG的三倍波激光(波長(zhǎng)355nm)或KrF激光(波長(zhǎng)248nm)等激光111，并加熱到800℃以上。由此，可以只對(duì)形成離子注入部304的部分選擇性加熱。
(第4實(shí)施方式)以下，根據(jù)圖14～圖16詳細(xì)地說明本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。在本實(shí)施方式，說明有關(guān)具有包括采用離子注入的高電阻、非電流注入?yún)^(qū)域的、內(nèi)部埋入型條狀波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
圖14是本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的立體圖，圖15(a)是從該半導(dǎo)體激光元件的諧振器的諧振方向(圖14的C方向)觀察的剖面圖(圖14的BB’線的剖面圖)，圖15(b)是從與該半導(dǎo)體激光元件的諧振方向垂直的方向觀察的剖面圖(圖14的AA’線的剖面圖)。在圖14、圖15中，在與圖10、圖11相同的結(jié)構(gòu)元件上附加相同的標(biāo)號(hào)并省略說明。
本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件包括n電極101、n型GaN襯底102、第1覆蓋層103、離子注入部404、活性層105、第2覆蓋層106、第3覆蓋層307、電流阻擋層301、以及p電極109。再有，離子注入部404是本發(fā)明的變質(zhì)部的一例。
此時(shí)，通過第1覆蓋層103、活性層105、第2覆蓋層106、第3覆蓋層307及電流阻擋層301形成使激光振蕩的諧振器。
本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件是，由在諧振器端面D附近的區(qū)域(諧振器端部)中，通過對(duì)第3覆蓋層307和電流阻擋層301的一部分或全體的離子注入而形成高電阻、非電流注入?yún)^(qū)域(離子注入部404)，具備了上述內(nèi)部埋入型條狀波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件。即，本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件是，在將進(jìn)行光諧振的諧振器的中間部夾住的諧振器端部中，形成了使位于中間部的活性層105上方的半導(dǎo)體層變質(zhì)的高電阻、非電流注入?yún)^(qū)域(離子注入部404)的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件。
例如，在n型GaN襯底102上，依次形成由n型AlxGa1-xN(其中，0≤x≤1)構(gòu)成的第1覆蓋層103、In1-xbGaxbN(其中，0≤xb≤1)阻擋層及In1-xwGaxwN(其中，0≤xw≤1)阱層構(gòu)成的InGaN多重量子阱活性層105、p型或不摻雜的GaN或AlxGa1-xN構(gòu)成的第2覆蓋層106、n型或不摻雜的AlyGa1-yN(其中，0≤y≤1)構(gòu)成的電流阻擋層301、以及p型AlxGa1-xN構(gòu)成的第3覆蓋層307。電流阻擋層301具有條狀的開口部(圖12中的E部)，在第3覆蓋層307的上面Ni/Pt/Au構(gòu)成的歐姆電極被作為p電極109形成，在n型GaN襯底102的背面Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的歐姆電極被作為n電極101形成。離子注入部404形成于電流阻擋層301的開口部?jī)?nèi)的第3覆蓋層307中。
而且，在諧振器端部中，在第3覆蓋層307和電流阻擋層301的一部分或全體上設(shè)有離子注入部404。在作為n型層的第1覆蓋層103及電流阻擋層301(為n型的情況)中摻雜作為雜質(zhì)的Si，在作為p型層的第2覆蓋層106(為p型的情況)、及第3覆蓋層307中摻雜作為雜質(zhì)的Mg。離子注入部404以1×1015cm-2的雜質(zhì)濃度注入Zn而形成。在離子注入部404中，第3覆蓋層307通過離子注入而例如被高電阻化到電阻率為108Ωcm以上，離子注入部404具有阻擋諧振器端部的電流注入的電流注入阻擋層的功能。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，離子注入部304具有阻擋諧振器端部的電流注入的電流注入阻擋層的功能。因此，諧振器端部的發(fā)熱被抑制，可以抑制高輸出動(dòng)作時(shí)的COD或端面劣化等，所以可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的激光元件。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，通過對(duì)半導(dǎo)體層的離子注入而形成非電流注入?yún)^(qū)域。因此，離子注入部404和非離子注入部的折射率差幾乎沒有，不使諧振器端部的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)紊亂，可以形成非電流注入?yún)^(qū)域，所以可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單一橫模動(dòng)作。
再有，在本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件中，為了形成離子注入部404而被注入的離子種為Zn，但并不限于此，只要能通過離子注入而使第3覆蓋層307高電阻化即可，也可以是H、B、C、N、Al、Si、Ga、As、In的其他離子種。在本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件，由于進(jìn)行注入后的高溫(＞800℃)下的熱退火，所以作為注入離子種，只要是電阻通過其他處理中的溫度比較低(～600℃)的熱處理仍不下降的離子種，就不限于Zn。例如，在以Si為注入離子種的情況下，離子注入部404進(jìn)行n型化，離子注入部404的周邊都為p型，所以形成p-n-p結(jié)，可以期待與上述同樣的將諧振器端部作為非電流注入?yún)^(qū)域的效果。優(yōu)選離子種的注入量在1×1014cm-2～1×1016cm-2的范圍。此外，被注入到離子注入部404的離子種例如也可以兩種以上。
為了制作圖14、圖15所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，例如可考慮圖16所示的制造方法。圖16是表示本發(fā)明第4實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法的剖面圖。在圖16中，對(duì)與圖14、圖15相同的結(jié)構(gòu)元件附加相同的標(biāo)號(hào)并省略說明。
首先，例如，在位錯(cuò)密度為106cm-3數(shù)量級(jí)的n型GaN襯底102的(0001)面上，根據(jù)MOCVD法等結(jié)晶生長(zhǎng)法，依次形成n型GaN緩沖層(未圖示)、n型GaN或n型AlGaN構(gòu)成的第1覆蓋層103、InGaN多重量子阱活性層105、p型或不摻雜的GaN或AlGaN構(gòu)成的第2覆蓋層106、以及n型或不摻雜的AlGaN構(gòu)成的電流阻擋層301(圖16(a))。從活性層105通過電流注入，產(chǎn)生405nm的藍(lán)紫色發(fā)光。
接著，在電流阻擋層301上，形成具有條狀的開口部的光致抗蝕劑(未圖示)。以該光致抗蝕劑作為掩膜，例如通過用Cl2氣體的ICP干法腐蝕而在電流阻擋層301形成條狀的開口部(圖16(b))。
接著，通過MOCVD法等結(jié)晶生長(zhǎng)法從電流阻擋層301的開口部使p型AlGaN構(gòu)成的第3覆蓋層307再生長(zhǎng)。然后，對(duì)第2覆蓋層106(為p型的情況)及第3覆蓋層307，在N2環(huán)境中例如實(shí)施750℃、30分鐘的退火，使第2覆蓋層106(為p型的情況)及第3覆蓋層307的p型雜質(zhì)活性化(圖16(c))。
接著，在p型雜質(zhì)的活性化處理后，在第3覆蓋層307上，形成僅在作為諧振器端部的部分具有開口部的SiO2掩膜110，例如用Zn離子以達(dá)到第3覆蓋層307及電流阻擋層301的一部分或全體的加速電壓進(jìn)行離子注入，在開口部?jī)?nèi)的第3覆蓋層307及電流阻擋層301中的作為諧振器端部的部分形成離子注入部404(圖16(d))。離子注入量例如為1×1015cm-2。
接著，在第3覆蓋層307上例如通過EB鍍敷和提升而形成Ni/Pt/Au電極。這里，為了降低對(duì)p型層的接觸電阻而在N2環(huán)境中進(jìn)行600℃的熔結(jié)，形成歐姆電極(p電極109)。
接著，將n型GaN襯底102從背面研磨至厚度約150μm左右，進(jìn)而在n型GaN襯底102的背面例如通過EB鍍敷和提升而形成Ti/Al/Ni/Au電極。這里，為了降低對(duì)n型層的接觸電阻而在N2環(huán)境中進(jìn)行600℃的熔結(jié)，形成歐姆電極(n電極101)。通過以上，形成圖14、圖15所示結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件(圖16(e))。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，以未達(dá)到活性層105的離子注入的高電阻化方式形成非電流注入?yún)^(qū)域。因此，不實(shí)施用于注入損傷恢復(fù)的高溫?zé)嵬嘶穑涂梢灾圃煸谥C振器端部具有非電流注入?yún)^(qū)域的結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光元件，可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的藍(lán)紫色氮化物半導(dǎo)體激光元件。
再有，在上述氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，例示了Zn作為用于形成離子注入部404而被注入的離子種，但也可以是H、B、C、N、Al、Si、Ga、As、In的其他離子種。優(yōu)選離子種的注入量在1×1014cm-2～1×1016cm-2的范圍。
此外，在圖16(d)所示的離子注入時(shí)，也可以將n型GaN襯底102及半導(dǎo)體層加熱到400℃以上。由此，n型GaN襯底102的晶格能量變大，可以減輕離子注入時(shí)的結(jié)晶損傷。
此時(shí)，在離子注入時(shí)，也可以對(duì)形成離子注入部404的部分，照射YAG的三倍波激光(波長(zhǎng)355nm)或KrF激光(波長(zhǎng)248nm)等具有比形成離子注入部404的部分的帶隙大的能量的激光。由此，可以只對(duì)形成離子注入部404的部分選擇性加熱，可以減輕離子注入時(shí)的結(jié)晶損傷。
以上，關(guān)于本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件及其制造方法，根據(jù)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限定于這些實(shí)施方式。在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，實(shí)施本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)想的各種變形的實(shí)施方式都被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，在上述實(shí)施方式中，示出了405nm的藍(lán)紫色激光元件，但通過使活性層為具有AlxbGaybIn(1-xb-yb)N(其中，0≤xb≤1、0≤yb≤1、0≤1-xb-yb≤1)構(gòu)成的阻擋層、以及AlxwGaywIn(1-xw-yw)N(其中，0≤xw≤1、0≤yw≤1、0≤1-xw-ywb≤1)構(gòu)成的阱層的多重量子阱，即使在實(shí)現(xiàn)以360nm進(jìn)行發(fā)光的紫外線激光元件的情況下，也可以用同樣的方法形成窗結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)高輸出、長(zhǎng)壽命的紫外線半導(dǎo)體激光元件。
此外，在上述實(shí)施方式所示的氮化物半導(dǎo)體激光元件中全部使用n型GaN襯底，在襯底背面形成n電極，但也可以使用藍(lán)寶石襯底等絕緣性襯底，使圖1的以往例所示那樣的n電極形成于襯底表面。此外，襯底無論是導(dǎo)電性、絕緣性都可以，也可以是GaN、藍(lán)寶石、SiC、ZnO、Si、GaAs、InP、LiGaO2、LiAlO2或它們的混晶構(gòu)成的襯底。此外，襯底的面方位也可以是任何的面方位，也可以是從代表面帶傾斜(off angle)的襯底。此外，期望襯底的形成條狀的波導(dǎo)的部分的位錯(cuò)密度在106cm-2臺(tái)以下。此外，襯底上形成的半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)只要能夠?qū)崿F(xiàn)期望的激光特性，即使包含任何多層結(jié)構(gòu)也可以。此外，為了在襯底上形成半導(dǎo)體層而采用的結(jié)晶生長(zhǎng)方法也可以不是MOCVD法，而是分子束外延生長(zhǎng)(Molecular Beam EpitaxyMBE)法或氫化物汽相外延生長(zhǎng)法(Hydride Vapor Phase EpitaxyHVPE)。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體激光元件可作為下一代DVD(Blu-RayDisc)等高密度光盤的寫入及讀出的光源來使用，作為高輸出、長(zhǎng)壽命的藍(lán)色半導(dǎo)體激光元件是有用的。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，具有使激光振蕩的諧振器，所述諧振器由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且，所述諧振器在諧振方向的端部有變質(zhì)部。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述諧振器具有n型覆蓋層、形成于所述n型覆蓋層上的活性層、以及形成于所述活性層上的p型覆蓋層，所述變質(zhì)部位于所述活性層的上方，形成于所述p型覆蓋層。
3.如權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述變質(zhì)部是所述p型覆蓋層的高電阻化的部分。
4.如權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述諧振器還有形成于所述活性層上的具有條狀的開口部的電流阻擋層，所述變質(zhì)部是所述開口部?jī)?nèi)的p型覆蓋層的高電阻化的部分。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述諧振器有n型覆蓋層、形成于所述n型覆蓋層上的活性層、以及形成于所述活性層上的p型覆蓋層，所述變質(zhì)部位于所述p型覆蓋層的下方，形成于所述活性層上。
6.如權(quán)利要求5所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述變質(zhì)部是所述活性層的被無序化了的部分。
7.如權(quán)利要求6所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述變質(zhì)部是所述活性層的能帶間隙大的部分。
8.如權(quán)利要求7所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述變質(zhì)部由AlGaInN構(gòu)成，所述變質(zhì)部是被注入了包含B、Al、Ga中任一個(gè)的離子種，且所述活性層的B、Al或Ga的組成比大于所述活性層的B、Al或Ga的平均組成比的部分。
9.如權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述變質(zhì)部是包含B、Al、Ga中任一個(gè)、并且被注入了包含In的離子種的部分。
10.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述變質(zhì)部是被注入了包含H、B、C、N、Al、Si、Zn、Ga、As、In中至少一個(gè)的離子種的部分。
11.一種氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，所述半導(dǎo)體激光元件具有使激光振蕩的諧振器，所述諧振器由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，其特征在于，該方法包括將氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體層形成在襯底上的半導(dǎo)體層形成工序；以及使所述半導(dǎo)體層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分變質(zhì)而形成變質(zhì)部的變質(zhì)部形成工序。
12.如權(quán)利要求11所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層形成工序中，使n型覆蓋層及活性層在襯底上依次結(jié)晶生長(zhǎng)，在所述變質(zhì)部形成工序中，在所述活性層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分形成變質(zhì)部，所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括通過熱處理使所述變質(zhì)部無序化的熱處理工序；使p型覆蓋層在形成了所述無序化的變質(zhì)部的活性層上結(jié)晶生長(zhǎng)的p型覆蓋層形成工序；以及在所述p型覆蓋層上形成條狀的脊部的脊部形成工序。
13.如權(quán)利要求12所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述熱處理工序中，進(jìn)行將所述變質(zhì)部加熱到800℃以上的熱處理。
14.如權(quán)利要求13所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述熱處理工序中，對(duì)所述變質(zhì)部照射激光而加熱所述變質(zhì)部。
15.如權(quán)利要求11所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層形成工序中，使n型覆蓋層、活性層及p型覆蓋層在襯底上依次結(jié)晶生長(zhǎng)，在所述變質(zhì)部形成工序中，在所述p型覆蓋層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分形成變質(zhì)部，所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括在所述p型覆蓋層上形成條狀的脊部，以使所述變質(zhì)部成為脊部的脊部形成工序。
16.如權(quán)利要求15所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括對(duì)所述p型覆蓋層的p型雜質(zhì)進(jìn)行活性化處理的活性化處理工序，在所述變質(zhì)部形成工序中，在進(jìn)行了所述p型雜質(zhì)的活性化處理的p型覆蓋層形成變質(zhì)部。
17.如權(quán)利要求11所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層形成工序中，在使n型覆蓋層、活性層及阻擋層在襯底上依次結(jié)晶生長(zhǎng)后，在所述阻擋層形成條狀的開口部，在所述變質(zhì)部形成工序中，在所述活性層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分形成變質(zhì)部，所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括通過熱處理使所述變質(zhì)部無序化的熱處理工序；以及在進(jìn)行了所述熱處理工序后，從所述開口部使p型覆蓋層結(jié)晶生長(zhǎng)的p型覆蓋層形成工序。
18.如權(quán)利要求17所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述熱處理工序中，進(jìn)行將所述變質(zhì)部加熱到800℃以上的熱處理。
19.如權(quán)利要求18所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述熱處理工序中，對(duì)所述變質(zhì)部照射激光而加熱所述變質(zhì)部。
20.如權(quán)利要求11所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層形成工序中，在使n型覆蓋層、活性層及阻擋層在襯底上依次結(jié)晶生長(zhǎng)后，在所述阻擋層形成條狀的開口部，并從所述開口部使p型覆蓋層結(jié)晶生長(zhǎng)，在所述變質(zhì)部形成工序中，在所述開口部?jī)?nèi)的p型覆蓋層中的作為所述諧振器的諧振方向的端部的部分形成變質(zhì)部。
21.如權(quán)利要求20所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光元件的制造方法還包括對(duì)所述p型覆蓋層的p型雜質(zhì)進(jìn)行活性化處理的活性化處理工序，在所述變質(zhì)部形成工序中，在進(jìn)行了所述p型雜質(zhì)的活性化處理的p型覆蓋層形成變質(zhì)部。
22.如權(quán)利要求11所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述變質(zhì)部形成工序中，將所述襯底及半導(dǎo)體層加熱到400℃以上，同時(shí)通過對(duì)形成所述變質(zhì)部的部分進(jìn)行離子注入而形成所述變質(zhì)部。
23.如權(quán)利要求22所述的氮化物半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，在所述變質(zhì)部形成工序中，對(duì)進(jìn)行所述離子注入的部分照射激光，同時(shí)進(jìn)行離子注入。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，在采用氮化物半導(dǎo)體層的激光元件中，提供一種具有更高輸出或長(zhǎng)壽命特性的半導(dǎo)體激光元件及其制造方法，該半導(dǎo)體激光元件包括諧振器，諧振器具有n型GaN或n型AlGaN構(gòu)成的第1覆蓋層(103)；AlGaInN多重量子阱構(gòu)成、形成于第1覆蓋層(103)上的活性層(105)；形成于活性層(105)上、且由p型或摻雜的GaN或AlGaN構(gòu)成的第2覆蓋層(106)；以及形成于第2覆蓋層(106)上、且由p型GaN或p型AlGaN構(gòu)成的第3覆蓋層(107)；諧振器在諧振器端部有離子注入部(104)。
文檔編號(hào)H01S5/323GK1812214SQ200610005190
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者大野啟 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社