專利名稱：半導(dǎo)體激光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光元件及其制造方法，特別涉及包括具有發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層的半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知包括具有發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層的半導(dǎo)體激光元件。例如，在日本特開2004-327655號公報中揭示有這種半導(dǎo)體激光元件。在上述日本特開2004-327655號公報中，揭示有下述這種半導(dǎo)體激光元件，即、在具有錯位集中區(qū)域和低錯位區(qū)域的氮化物半導(dǎo)體基板的表面(主表面)上，在相對于氮化物半導(dǎo)體基板的結(jié)晶方位傾斜0.3°～0.7°的狀態(tài)下，使含有發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體元件層)成長的氮化物半導(dǎo)體激光元件。在這種半導(dǎo)體激光元件中，因為通過在相對于結(jié)晶方位傾斜0.3°～0.7°的狀態(tài)下使氮化物半導(dǎo)體層成長，在氮化物半導(dǎo)體層的表面與氮化物半導(dǎo)體基板的表面平行(平坦)的狀態(tài)下，使氮化物半導(dǎo)體層成長，所以，氮化物半導(dǎo)體層中的錯位(缺陷)在與氮化物半導(dǎo)體基板的表面垂直的方向傳播。因此，在氮化物半導(dǎo)體層的成長過程中，可以抑制氮化物半導(dǎo)體基板的錯位集中區(qū)域上的氮化物半導(dǎo)體層部分的錯位傳播至氮化物半導(dǎo)體基板的低錯位區(qū)域上的氮化物半導(dǎo)體層部分內(nèi)。結(jié)果，可以抑制氮化物半導(dǎo)體基板的低錯位區(qū)域上的氮化物半導(dǎo)體層的錯位的增加。
然而，在上述日本特開2004-327655號公報中，因為氮化物半導(dǎo)體層的錯位在相對于氮化物半導(dǎo)體基板的表面垂直的方向上傳播，所以，氮化物半導(dǎo)體基板的低錯位區(qū)域的錯位也傳播至在該低錯位區(qū)域上成長的氮化物半導(dǎo)體層的表面。因此，由于難以進一步降低氮化物半導(dǎo)體層的表面的錯位。所以難以進一步降低含有發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的錯位。于是，存在下述問題，即、由于難以降低因錯位引起的光吸收，因此，難以進一步提高發(fā)光效率。此外，如上所述，因為難以進一步降低發(fā)光層內(nèi)的錯位，所以難以進一步減小在發(fā)光層內(nèi)形成的非發(fā)光中心。對于這種非發(fā)光中心來說，因為不發(fā)光，為載體再結(jié)合的能級，因此，當在發(fā)光層上形成非發(fā)光中心時，閾值電流增加。這樣，難以進一步減小閾值電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，本發(fā)明的一個目的在于提供一種能夠在進一步減小閾值電流的同時，還能進一步提高發(fā)光效率的半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的一種半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，包括具有主表面的半導(dǎo)體基板；形成在半導(dǎo)體基板的主表面上，并具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，同時包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層；以及配置在所述半導(dǎo)體基板的主表面的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的成長抑制部，其中，成長抑制部含有缺陷集中區(qū)域。
在該第一方面的半導(dǎo)體激光元件中，如上所述，由于具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，同時，設(shè)置包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層，因此在使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，可使半導(dǎo)體元件層成長為以使其具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面傾斜的主表面，因此，不但可以在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向上，而且還能夠在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)上使半導(dǎo)體元件層成長。從而，隨著半導(dǎo)體元件層的成長，因為從半導(dǎo)體基板的主表面?zhèn)鞑サ娜毕?錯位)在半導(dǎo)體元件層中成長的情況下，不但可以在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直方向上，而且可以在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)上，傳播半導(dǎo)體元件層的缺陷，因此，與半導(dǎo)體元件層的缺陷只在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向上傳播的情況相比，能夠進一步抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體元件層的主表面。因此，由于能夠進一步抑制在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成缺陷，所以可以進一步抑制由缺陷引起的吸收光。其結(jié)果，可以進一步提高發(fā)光效率。此外，如上所述，由于可以進一步抑制在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成缺陷，所以可以進一步減小在發(fā)光層內(nèi)形成的非發(fā)光中心。其結(jié)果，可以進一步減小閾值電流。
此外，當通過設(shè)置在配置于半導(dǎo)體基板的主表面的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的成長抑制部，使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，因為可以抑制成膜種堆積在成長抑制部上，因此能夠增大成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分的成膜種的濃度。這樣，由于在成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分上易于堆積成膜種，所以成長抑制部的附近的半導(dǎo)體元件層部分，比成長抑制部附近以外的半導(dǎo)體元件層部分更容易成長。結(jié)果，由于形成成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分的厚度和成長抑制部附近以外的半導(dǎo)體元件層部分的厚度為不同的厚度，所以可以容易地形成具有實質(zhì)上相對于半導(dǎo)體基板的主表面傾斜的主表面的半導(dǎo)體元件層。另外，通過利用設(shè)置在半導(dǎo)體基板的主表面的規(guī)定區(qū)域上的缺陷集中區(qū)域形成成長抑制部，因為只需使用預(yù)先形成缺陷集中區(qū)域的半導(dǎo)體基板，不需另外在半導(dǎo)體基板的主表面上形成半導(dǎo)體層成長抑制膜，所以可以使制造過程簡單。
在上述第一方面的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選缺陷集中區(qū)域的表面以氮為終端。采用這種結(jié)構(gòu)，容易抑制成膜種堆積在包括缺陷集中區(qū)域的成長抑制部的表面上。
在上述第一方面的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選成長抑制部在沿著半導(dǎo)體基板的“1-100”方向的方向上延伸。采用這種結(jié)構(gòu)，例如與成長抑制部沿著半導(dǎo)體基板的“11-20”方向的方向上延伸的情況相比，可以增大在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)的半導(dǎo)體元件層的成長成分，因此，可以增大在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)上缺陷的傳播成分。這樣，由于可更有效地抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體的主表面，所以可以更加有效地抑制缺陷在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成。
在上述第一方面的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選所述成長抑制部包括在所述半導(dǎo)體基板的主表面上相互隔開規(guī)定的間隔配置的第一成長抑制部和第二成長抑制部；所述半導(dǎo)體元件層在所述第一成長抑制部和所述第二成長抑制部之間形成，同時，所述半導(dǎo)體元件層的主表面形成為凹狀。采用這種結(jié)構(gòu)，當使具有凹狀的主表面的半導(dǎo)體元件層成長時，因為很容易地不但在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向，而且在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)上傳播半導(dǎo)體元件層的缺陷，因此，與半導(dǎo)體元件層的缺陷只在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向傳播的情況相比，可以進一步抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體元件層的主表面。
在上述半導(dǎo)體元件層的主表面作成凹狀的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選還包括在所述半導(dǎo)體元件層的主表面上形成的第一電極和在所述半導(dǎo)體基板的背面上形成的第二電極；所述半導(dǎo)體激光元件的所述第一電極被安裝基臺上。采用這種結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體元件層的凹狀的主表面設(shè)置作為通向發(fā)光層的電流通路作用的凸部的情況下，凸部包括配置在凹狀主表面的內(nèi)側(cè)部分上的第一元件層的結(jié)構(gòu)，從半導(dǎo)體元件形成的第一電極安裝在基臺上，因此可以抑制當安裝在基臺上時，沖擊施加在位于凹狀主表面內(nèi)側(cè)的凸部上。
在上述半導(dǎo)體元件層的主表面作成凹狀的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選還包括作為向發(fā)光層的電流通路部而作用的凸部；所述凸部在半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜區(qū)域形成。采用這種結(jié)構(gòu)，在包括具有凹狀的主表面的半導(dǎo)體元件層的情況下，容易在半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜面上形成凸部。
在半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜區(qū)域上形成上述凸部的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選還包括在所述半導(dǎo)體元件層的主表面上形成的第一電極和在所述半導(dǎo)體基板的背面上形成的第二電極；所述半導(dǎo)體激光元件的所述第二電極被安裝基臺上。采用這種結(jié)構(gòu)，在第二電極安裝在基臺上的狀態(tài)下，在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成的第一電極地上面上進行電線連接的情況下，可抑制在半導(dǎo)體元件層的傾斜區(qū)域上形成的凸部上方的第一電極部分上進行電線連接，并且可在第一電極表面的中央部進行電線連接。因此，由于為了防止在凸部上方的第一電極的部分上進行電線連接，不必要在第一電極的表面端部上進行電線連接，所以，在進行電線連接的情況下，可以抑制第一電極表面的端部打出缺口。
在上述半導(dǎo)體元件層的主表面作成凹狀的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選還包括作為向發(fā)光層的電流通路部而作用的凸部；凸部的頂上部在比半導(dǎo)體元件層的頂上部低的位置處形成。采用這種結(jié)構(gòu)，由于將凸部配置在半導(dǎo)體元件層的凹狀主表面的內(nèi)側(cè)，所以可以進一步抑制當安裝在基臺時等，沖擊施加在凸部上。
在上述第一方面的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選半導(dǎo)體基板的“1-100”方向的偏離角度在-0.25°以上且0.25°以下。采用這種結(jié)構(gòu)，由于可增大相對于半導(dǎo)體基板主表面的半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜角，在使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，可增大缺陷在相對于半導(dǎo)體基板主表面平行方向(水平方向)的傳播成分。這樣，由于可以進一步抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體的主表面，因此，可以進一步抑制在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成缺陷。
在上述第一方面的半導(dǎo)體激光元件中，優(yōu)選上述半導(dǎo)體基板的“11-20”方向的偏離角在-0.05°以上或者0.05°以上。采用這種結(jié)構(gòu)，由于可增大半導(dǎo)體元件層的主表面相對于半導(dǎo)體基板的主表面的傾斜角度，在使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，可以抑制在半導(dǎo)體元件層的主表面上不均勻地形成突起。因此，由于可以抑制沿著半導(dǎo)體元件層的突起使發(fā)光層形成為凹凸形狀，所以可以抑制發(fā)光層內(nèi)部的光不直進而從發(fā)光層的上下面射出。其結(jié)果，可提高光的封閉的效果，提高發(fā)光效率。
本發(fā)明的第二方面半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，包括具有主表面的半導(dǎo)體基板；形成在半導(dǎo)體基板的主表面上，并具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，同時包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層；以及配置在半導(dǎo)體基板的主表面的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的成長抑制部；其中，成長抑制部的表面以氮為終端。
如上所述，在第二方面半導(dǎo)體激光元件中，由于具有實質(zhì)上相對于半導(dǎo)體基板的主表面傾斜的主表面，同時設(shè)置包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層，所以，在使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，半導(dǎo)體元件層這樣成長，使其具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面傾斜的主表面，因此，不但在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向上，而且在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)上成長。這樣，在隨著半導(dǎo)體元件層成長，缺陷(錯位)從半導(dǎo)體基板的主表面?zhèn)鞑ピ诎雽?dǎo)體元件層上而成長的情況下，由于不但在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向上，而且在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)，上傳播半導(dǎo)體元件層的缺陷，所以，與半導(dǎo)體元件層的缺陷只在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向傳播的情況相比，可以進一步抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體元件層的主表面。因此，由于可以進一步抑制缺陷在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成，所以可以進一步抑制因缺陷吸收光。其結(jié)果，可進一步提高發(fā)光效率。另外，如上所述，由于可以進一步抑制缺陷在半導(dǎo)體元件層主表面上形成，所以可以進一步減小發(fā)光層內(nèi)形成的非發(fā)光中心。其結(jié)果，可以進一步減小閾值電流。
此外，由于在通過設(shè)置配置于半導(dǎo)體基板的主表面的規(guī)定區(qū)域中的成長抑制部，使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，可以抑制成膜種堆積在成長抑制部上，因此可以增大成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分的成膜種的濃度。這樣，由于成膜種在成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分上很容易堆積，所以成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分，比成長抑制部附近以外的半導(dǎo)體元件層部分更容易成長。結(jié)果，由于形成成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分的厚度和成長抑制部附近以外的半導(dǎo)體元件層部分的厚度為不同的厚度，所以可以比較容易地形成具有實質(zhì)上相對于半導(dǎo)體基板的主表面傾斜的主表面的半導(dǎo)體元件層。此外，通過使成長抑制部以氮為終端，而易于抑制成膜種在成長抑制部表面上的堆積。
本發(fā)明第三方面的一種半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，包括準備含有缺陷集中區(qū)域的成長抑制部和成長促進部的至少一個被設(shè)置在主表面的規(guī)定區(qū)域中的半導(dǎo)體基板的工序；和在使用成長抑制部和成長促進部的至少一個，在半導(dǎo)體基板的主表面上，使具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，并且包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層成長的工序。
在第三方面的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，如上所述，通過在使用成長抑制部和成長促進部的至少一個，在半導(dǎo)體基板的主表面上，使具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，同時包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層成長，在使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，由于可以使半導(dǎo)體元件層這樣成長，使其具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面傾斜的主表面，因此，可以不但在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向上，而且在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)上成長。這樣，在隨著半導(dǎo)體元件層成長，缺陷(錯位)從半導(dǎo)體基板的主表面?zhèn)鞑?，并在半?dǎo)體元件層上成長的情況下，由于不但在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向上，而且在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)上傳播半導(dǎo)體元件層的缺陷，因此，與半導(dǎo)體元件層的缺陷只在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向上傳播的情況相比，可以進一步抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體元件層的主表面。因此，由于可以進一步抑制缺陷在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成，所以可以進一步抑制因缺陷吸收光。結(jié)果，可進一步提高發(fā)光效率。另外，如上所述，由于可以進一步抑制缺陷在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成，所以可以進一步減小發(fā)光層內(nèi)形成的非發(fā)光中心。結(jié)果，可以進一步減小閾值電流。
此外，通過使用成長抑制部和成長促進部的至少一個設(shè)置在主表面的規(guī)定區(qū)域中的半導(dǎo)體基板，在使用設(shè)置有成長抑制部的半導(dǎo)體基板來使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，可以抑制成膜種堆積在成長抑制部上，因此，可以增大成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層的部分的成膜種的濃度。因此，由于在成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分上成膜種容易堆積，所以成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層的部分，比成長抑制部附近以外的半導(dǎo)體元件層部分容易成長。結(jié)果，由于形成為成長抑制部附近的半導(dǎo)體元件層部分的厚度和成長抑制部附近以外的半導(dǎo)體元件層部分的厚度為不同的厚度，所以可以很容易地形成具有實質(zhì)上相對于半導(dǎo)體基板的主表面傾斜的主表面的半導(dǎo)體元件層。另一方面，當使用設(shè)置有成長促進部的半導(dǎo)體基板來使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，由于可以促進成膜種堆積在成長促進部上，可以容易使成膜種堆積在成長促進部的半導(dǎo)體元件層部分上。因此，成長促進部地半導(dǎo)體元件層的部分與成長促進部以外的半導(dǎo)體元件層部分相比容易成長。結(jié)果，由于成長促進部的半導(dǎo)體元件層部分的厚度與成長促進部以外的半導(dǎo)體元件層的部分的厚度不同，所以容易形成具有實質(zhì)上相對于半導(dǎo)體基板的主表面傾斜的主表面的半導(dǎo)體元件層。此外，通過使用設(shè)置包括缺陷集中區(qū)域的成長抑制部或者成長促進部中的至少一個的半導(dǎo)體基板，只需使用預(yù)先形成缺陷集中區(qū)域或者成長促進部的半導(dǎo)體基板，而不需另外在半導(dǎo)體基板的主表面上形成半導(dǎo)體層成長抑制膜或成長促進部，因此可使制造過程簡單。
在上述第三方面的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，優(yōu)選準備半導(dǎo)體基板的工序包括準備缺陷集中區(qū)域的表面以氮為終端的半導(dǎo)體基板的工序。采用這種結(jié)構(gòu)，容易抑成膜種堆積在包括缺陷集中區(qū)域的成長抑制部的表面上。
在上述第三方面的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，優(yōu)選準備半導(dǎo)體基板的工序包括準備含有在沿著半導(dǎo)體板的“1-100”方向的方向延伸而設(shè)置的成長抑制部的半導(dǎo)體基板的工序。采用這種結(jié)構(gòu)，例如與成長抑制部在沿著半導(dǎo)體基板的“11-20”方向上延伸的情況相比，由于可增大在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行方向(水平方向)上的半導(dǎo)體元件的成長成分，所以可以增大相對于半導(dǎo)體基板主表面平行方向(水平方向)的缺陷傳播成分。因此，由于可以更有效地抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體的主表面，所以可以更有效地抑制缺陷在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成。
在上述第三方面的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，優(yōu)選準備半導(dǎo)體基板的工序包括準備成長抑制部的第一成長抑制部和第二成長抑制部在主表面上互相隔開規(guī)定的間隔配置的半導(dǎo)體基板的工序；使半導(dǎo)體元件層成長的工序包括在第一成長抑制部和第二成長抑制部之間使具有凹狀的主表面的半導(dǎo)體元件層成長的工序。采用這種結(jié)構(gòu)，當使具有凹狀的主表面的半導(dǎo)體元件層成長時，不但很容易在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向上，而在相對于半導(dǎo)體基板的主表面平行的方向(水平方向)上傳播半導(dǎo)體元件層的缺陷，因此，與半導(dǎo)體元件層的缺陷只在相對于半導(dǎo)體基板的主表面垂直的方向傳播的情況相比，可以進一步抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體元件層的主表面。
在上述第三方面半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，優(yōu)選還包括在半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜區(qū)域上形成作為向發(fā)光層的電流通路部而作用的凸部的工序。采用這種結(jié)構(gòu)，在具有凹狀主表面的半導(dǎo)體元件層的情況下，容易在半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜面上形成凸部。
在上述第三方面的半導(dǎo)體激光元件制造方法中，還包括在比半導(dǎo)體元件層的頂上部低的位置處形成作為向發(fā)光層的電流通路部而作用的凸部的頂上部的工序。采用這種結(jié)構(gòu)，由于可以在半導(dǎo)體元件層的凹狀主表面的內(nèi)側(cè)配置凸部，所以可以進一步抑制在安裝基臺上時等沖擊施加在凸部上。
在上述第三方面的半導(dǎo)體激光元件制造方法中，優(yōu)選半導(dǎo)體基板的“1-100”方向偏離角度在-0.25°以上且0.25°以下。采用這種結(jié)構(gòu)，由于可以增大相對于半導(dǎo)體基板的主表面的半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜角度，所以，在使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，可增大缺陷在相對于半導(dǎo)體基板主表面平行方向(水平方向)的傳播成分。這樣，由于可以更加抑制缺陷傳播至半導(dǎo)體的主表面，所以可以進一步抑制在半導(dǎo)體元件層的主表面上形成缺陷。
在上述第三方面的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，優(yōu)選半導(dǎo)體基板的“11-20”方向的偏離角度在-0.05°以下或者0.05°以上。采用這種結(jié)構(gòu)，由于可以增大半導(dǎo)體元件層的主表面相對于半導(dǎo)體基板的主表面的傾斜角度，所以，在使半導(dǎo)體元件層成長的情況下，可以抑制在半導(dǎo)體元件層的主表面上不均勻地形成突起。這樣，由于可抑制沿著半導(dǎo)體元件層的突起而使發(fā)光層形成為凹凸形狀，所以可以抑制發(fā)光層內(nèi)部的光不直進而從發(fā)光層的上下面射出。結(jié)果，可提高光的封閉效果，并提高發(fā)光效率。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖2是表示圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光層的詳細結(jié)構(gòu)的放大截面圖。
圖3是表示圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的n側(cè)金屬包層(clad)的結(jié)構(gòu)的放大截面圖。
圖4是表示圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的n側(cè)金屬包層的結(jié)構(gòu)的放大截面圖。
圖5是表示圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的n側(cè)金屬包層的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖6是表示在放熱基臺上安裝有圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖7是表示在放熱基臺上安裝有圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖8是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖9是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖10是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖11是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖12是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖13是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖14是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖15是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖16是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖17是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖18是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖19是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖20是用于說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖21是表示本發(fā)明的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖22是表示圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光層的詳細結(jié)構(gòu)的放大截面圖。
圖23是表示圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的n側(cè)金屬包層的結(jié)構(gòu)的放大截面圖。
圖24是表示圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的n側(cè)金屬包層的結(jié)構(gòu)的放大截面圖。
圖25是表示圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的n側(cè)金屬包層的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖26是表示在放熱基臺上安裝有圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖27是表示在放熱基臺上安裝有圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖28是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖29是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖30是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖31是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖32是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖33是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖34是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖35是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖36是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖37是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖38是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖39是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖40是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。
圖41是表示用于確認圖21所示第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的效果而進行的確認實驗的結(jié)果的圖形。
圖42是表示用于確認圖2 1所示第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的效果而進行的確認實驗的結(jié)果的圖形。
圖43是表示用于確認圖21所示第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的效果而進行的確認實驗的結(jié)果的圖形。
具體實施例方式
以下，根據(jù)附圖，說明本發(fā)明的實施例。
(第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是表示圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光層的詳細結(jié)構(gòu)的放大截面圖。圖3～圖5是用于詳細說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖6和圖7是表示將圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件安裝在放熱基臺(副支架)上的結(jié)構(gòu)的截面圖。首先，參照圖1～圖7，對第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)進行說明。
如圖1所示，在第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件中，在主表面上具有缺陷1a(參見圖4)的n型GaN基板1上，隔開規(guī)定間隔W1(約為250μm)而配置有厚度約0.2μm、寬度約25μm的SiO2膜2。其中，n型GaN基板1是本發(fā)明“半導(dǎo)體基板”的一個例子，SiO2膜2是本發(fā)明的“成長抑制部”和“半導(dǎo)體層成長抑制膜”的一個例子。
這里，在第一實施方式中，SiO2膜2形成為在n型GaN基板1的“1-100”方向(與圖1的紙面垂直的方向)上延伸的帶狀。其中，在第一實施方式中，共振器方向與半導(dǎo)體基板的“1-100”方向相同。另外，在SiO2膜2之間的n型GaN基板1的區(qū)域上和SiO2膜2的一部分上，形成由n型AlGaN構(gòu)成的n側(cè)金屬包層3。其中，n側(cè)金屬包層3是本發(fā)明的“半導(dǎo)體元件層”的一個例子。
此外，在第一實施方式中，n側(cè)金屬包層3的主表面(上面)形成為凹狀。此外，n側(cè)金屬包層3的中央部的厚度為T1(約2.3μm)，同時，n側(cè)金屬包層3的側(cè)面的厚度為T2(約3.3μm)。此外，n側(cè)金屬包層3這樣形成離開SiO2膜2的端部W2(約100μm)處的內(nèi)側(cè)的部分的主表面，相對于n型GaN基板1的主表面傾斜角度θ1(約0.25°)。此外，n側(cè)金屬包層3的周邊部分的表面相對于n型GaN基板1的主表面具有規(guī)定的傾斜角θ2。此外，如圖5所示，在n側(cè)金屬包層3的上面的中央部形成有接合線3a。該接合線3a，在n側(cè)金屬包層3成長時，因接合線3a的左右表面的高度少許偏移而形成的。此外，接合線3a從上方看時形成為波型，并沿著SiO2膜2的延伸方向(共振器方向)延伸而形成。因此，n側(cè)金屬包層3的上面的中央部沿著共振器方向具有凹凸形狀。
此外，在第一實施方式中，如圖4所示，在n側(cè)金屬包層3上形成有缺陷(錯位)3b。該缺陷3b從n型GaN基板1的缺陷1a連續(xù)地形成。此外，缺陷3b在n側(cè)金屬包層3的側(cè)面部分上向外側(cè)彎曲，并且，不在n側(cè)金屬包層3的上面形成。此外，缺陷3b還在n側(cè)金屬包層3的側(cè)面的內(nèi)側(cè)、而且中央部以外的部分上，向n側(cè)金屬包層3的內(nèi)側(cè)(中央部側(cè))彎曲形成，并且，并不在n側(cè)金屬包層3的表面上形成。缺陷3b在n側(cè)金屬包層3的中央部，在n側(cè)金屬包層3的表面上形成。
此外，如圖1所示，在n側(cè)金屬包層3上形成有發(fā)光層4，以覆蓋n側(cè)金屬包層3。其中，發(fā)光層4是本發(fā)明的“半導(dǎo)體元件層”的一個例子。此外，如圖2所示，發(fā)光層4通過由厚度約為0.07μm的InGaN構(gòu)成的活性層4a、由厚度約為0.1μm的InGaN構(gòu)成的導(dǎo)光層4b、和由厚度約為0.02μm的AlGaN構(gòu)成的蓋層4c而構(gòu)成。其中，活性層4a具有由厚度約為0.003μm的InGaN構(gòu)成的三個阱層4d、以及由厚度約為0.02μm的InGaN構(gòu)成的三個障壁層4e交互層積的多重量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。此外，如圖1所示，在發(fā)光層4上形成有由厚度約為0.25μm的AlGaN構(gòu)成的p側(cè)金屬包層5，以覆蓋發(fā)光層4。p側(cè)金屬包層5是本發(fā)明的“半導(dǎo)體元件層”的一個例子。此外，p側(cè)金屬包層5具有寬度約為1.5μm，在共振器方向(與圖1的紙面垂直的方向)上延伸的帶狀(細長形)的凸狀部5a和凸狀部5a以外的平坦部。此外，在p側(cè)金屬包層5的凸狀部5a上形成有厚度約為0.003μm的由InGaN構(gòu)成的接觸層6。其中，接觸層6是本發(fā)明的“半導(dǎo)體元件層”的一個例子。利用該p側(cè)金屬包層5的凸狀部5a和接觸層6構(gòu)成作為通向發(fā)光層4的電流通路部而作用的背脊部15。其中，背脊部15是本發(fā)明的“凸部”的一個例子。此外，在第一實施方式中，各個半導(dǎo)體元件層的厚度以形成背脊部15的位置的膜厚尺寸為代表值。
另外，在第一實施方式中，背脊部15的頂上部被配置在比p側(cè)金屬包層5的側(cè)面部的頂上部5b低的位置處。此外，背脊部15在離開SiO2膜2的端部W2(約100μm)的內(nèi)側(cè)部分上形成。即，背脊部15形成為p側(cè)金屬包層5的凹狀的主表面的中央部以外的角度θ1(約0.25°)的斜面。因此，由于能夠在沿著n側(cè)金屬包層3的接合線3a的凹凸狀以外的部分上形成背脊部15，因此可以抑制在背脊部15附近的發(fā)光層4的部分形成凹凸形狀。從而，由于能夠抑制發(fā)層4的內(nèi)部的光不直進而是散射，并從發(fā)光層4的上下表面射出，因此可以提高光的封閉效果。其結(jié)果，可以提高發(fā)光效率。
此外，在接觸層6上形成p側(cè)電阻(ohmic)電極7。該p側(cè)電阻電極7從接觸層6開始依次由厚度約為0.001μm的pt層(圖未示出)和厚度約為0.01μm的Pd層(圖未示出)構(gòu)成。此外，還形成厚度約為0.2μm的SiO2膜(電流阻斷層)8，以覆蓋p側(cè)金屬包層5的平坦部、接觸層6的側(cè)面以及p側(cè)電阻電極7的側(cè)面。此外，在SiO2膜8的一部分和p側(cè)電阻電極7上形成有襯墊電極9，與p側(cè)電阻電極7接觸。其中，襯墊電極9是本發(fā)明的“第一電極”的一個例子。此外，襯墊電極9從p側(cè)電阻電極7開始依次由厚度約為0.1μm的Ti層(圖未示出)和厚度約為0.2μm的Pd層(圖未示出)、和厚度約為3μm的Au層(圖未示出)構(gòu)成。此外，從襯墊電極9的上面至n型GaN基板1的下表面的高度H1(參見圖1)約為100μm。
此外，在n型GaN基板1的背面上的規(guī)定區(qū)域上，形成有n側(cè)電阻電極10。n側(cè)電阻電極10是本發(fā)明的“第二電極”的一個例子。該n側(cè)電阻電極10從n型GaN基板1開始依次由厚度約為0.006μm的Al層(圖未示出)、厚度約為0.01μm的Pd層(圖未示出)和厚度約為0.3μm的Au層構(gòu)成。
其中，氮化物系半導(dǎo)體激光元件在圖6所示的上接合(iunction up)狀態(tài)或圖7所示的下接合(junction down)狀態(tài)下安裝在放熱基臺(副支架)11上。其中，放熱基臺11是本發(fā)明“基臺”的一個例子。具體地說，如圖6所示，在上接合狀態(tài)下，n側(cè)電阻電極10利用由焊錫等構(gòu)成的接合層12而安裝在放熱基臺11上，同時，在襯墊電極9的上表面上進行線路13a的電線連接。在這種情況下，在將n側(cè)電阻電極10安裝在放熱基臺11上的狀態(tài)下，當在n側(cè)金屬包層3的主表面上形成的襯墊電極9的上表面上進行線路13a的電線連接時，可以抑制在n側(cè)金屬包層3的中央部以外的主表面上形成的背脊部15的上方的襯墊電極8的部分上進行線路13a的電線連接，并且可以在襯墊電極9的表面的中央部上進行線路13a的電線連接。因此，為了防止在背脊部15的上方的襯墊電極9的部分上進行電線連接，沒有必要在襯墊電極9的表面的端部進行電線連接。因此，當進行線路13a的電線連接時，可以抑制襯墊電極9的表面端部打出缺口。另外，如圖7所示，在下接合狀態(tài)下，可將襯墊電極9利用由焊錫等構(gòu)成接合層14安裝在放熱基臺11上，同時，可以在n側(cè)電阻電極10上進行線路13b的電線連接。在這種情況下，由于背脊部15包括配置在凹狀的主表面內(nèi)側(cè)部分上的n側(cè)金屬包層3的元件，從在n側(cè)金屬包層3上形成的襯墊電極9安裝在放熱基臺11上，因此當安裝在放熱基臺11上時，可以抑制對位于凹狀的主表面內(nèi)側(cè)的背脊部15施加的沖擊。
在第一實施方式中，如上所述，由于具有實質(zhì)上相對于n型GaN基板1的主表面傾斜的主表面，同時通過在主表面上設(shè)置形成發(fā)光層4的n側(cè)金屬包層3，在使n側(cè)金屬包層3成長的情況下，因為能夠使n側(cè)金屬包層3成長以便具有相對于n型GaN基板1的主表面傾斜的主表面，因此不但可以在相對于n型GaN基板1的主表面垂直的方向上，而且在相對于n型GaN基板1的主表面平行的方向(水平方向)上使n側(cè)金屬包層3成長。這樣，隨著n側(cè)金屬包層3的成長，從n側(cè)GaN基板1的主表面?zhèn)鞑サ娜毕?b在傳播至n側(cè)金屬包層3情況下，不但在相對于n型GaN基板1的主表面垂直的方向上，而且在相對于n型GaN基板1的主表面平行的方向(水平方向)上，可以傳播n側(cè)金屬包層3的缺陷3b，因此，與只在相對于n型GaN基板1的主表面垂直的方向上傳播n側(cè)金屬包層3的缺陷3b的情況相比，可以進一步抑制缺陷3b傳播至n側(cè)金屬包層3的主表面。由于這樣，因為可以進一步抑制在n側(cè)金屬包層3的主表面上形成的缺陷3b，因此可以進一步抑制因缺陷3b而吸收光的情況。此外，由于可以抑制缺陷3b傳播至發(fā)光層14和p側(cè)金屬包層5上，所以可以抑制因缺陷3b而吸收光的情況。結(jié)果，可以進一步提高發(fā)光效率。另外，如上所述，由于可以進一步抑制在n側(cè)金屬包層3的主表面上形成缺陷3b，所以可以進一步減小在發(fā)光層4內(nèi)形成非發(fā)光中心。其結(jié)果，可以進一步減小閾值電流。
另外，在第一實施方式中，由于在使n側(cè)金屬包層3的主表面形成為凹狀時，通過在n側(cè)金屬包層3的凹狀主表面的傾斜面上形成背脊部15，由于水平方向的成長成分大，在缺陷3b少的n側(cè)金屬包層3的主表面的傾斜面上設(shè)置有背脊部15，可以減少背脊部15周邊的發(fā)光層4的部分的缺陷3b。因此，可以進一步提高發(fā)光層4的發(fā)光效率。
圖8～圖20是說明圖1所示的第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。其次，參照圖1、圖2、圖4、圖5以及圖8～圖20，對第一實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程進行說明。
首先，如圖8所示，在n型GaN基板1上以W4(約300μm)的周期形成厚度約為0.2μm并且寬度為W3(約50μm)的SiO2膜2。這時，將SiO2膜2形成為帶狀并使其沿著半導(dǎo)體基板的“1-100”方向延伸。然后，如圖9所示，利用金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法，在n型CaN基板1上，使由n型AlGaN構(gòu)成的n側(cè)金屬包層3成長，以使中央部具有T1(約2.3μm)的厚度(參見圖1)。其中，作為使n側(cè)金屬包層3成長時的條件，取溫度、氣體壓力和成長速度分別為大約1100℃、大約5.74Pa和大約0.32nm/s，同時，氣體流量被設(shè)定為三甲基鎵(TMG)(trimethylgallium)約11sccm、三甲基鋁(TMA)(trimethylaluminum)約5sccm、NH3約6SIm，GeH4約20sccm。
在這種情況下，如圖18所示，在第一實施方式中，由于抑制在作為成長抑制部而作用的SiO2膜2的表面上堆積成膜種A，所以SiO2膜2附近的n側(cè)金屬包層3的部分的成膜種A的濃度增大，這樣，由于容易在SiO2膜2附近的n側(cè)金屬包層3的部分上堆積成膜種A，所以，與n側(cè)金屬包層3的中央部比較，n側(cè)金屬包層3的SiO2膜2附近部分容易成長。其結(jié)果，由于n側(cè)金屬包層3的中央部和n側(cè)金屬包層3的SiO2膜2附近的部分形成不同的厚度，因此，形成具有實質(zhì)上相對于n型GaN基板1的主表面傾斜的主表面的n側(cè)金屬包層3。在這種情況下，在n側(cè)金屬包層3的成長初期，如圖18所示，n側(cè)金屬包層3只在n型GaN基板1的主表面上形成。然后，如圖19所示，通過進行n側(cè)金屬包層3的成長，n側(cè)金屬包層3的側(cè)面部分的傾斜角成為規(guī)定的角度θ2。然后，通過再進行n側(cè)金屬包層3的成長，在n側(cè)金屬包層3的側(cè)面部分的傾斜角保持規(guī)定角度θ2的狀態(tài)下，n側(cè)金屬包層3在SiO2膜2的主表面上形成。
此外，第一實施方式中，如圖20所示，在n側(cè)金屬包層3的成長過程中，在n側(cè)金屬包層3上連續(xù)地從n側(cè)型GaN基板1的缺陷1a部分形成缺陷3b。在這種情況下，如在文獻(“Defect Structure inSelectively grown Gan films with low threading dislocation density”Sakai等，Appl Phys Lett 71，PP.2289-5567，20，october1997)中所述，n側(cè)金屬包層3不但在與n型GaN基板1的表面垂直的方向(Y方向)，而且在與n型GaN基板1的表面平行的方向(X方向)成長。具體地是，當從圖20的狀態(tài)再成長時，如圖4所示，n側(cè)金屬包層3的側(cè)面向外側(cè)方向成長。此外，在n側(cè)金屬包層3的側(cè)面的內(nèi)側(cè)部分上、而且在中央部以外的部分，向內(nèi)側(cè)方向(中央部的方向)成長。其中，在n側(cè)金屬包層3的中央部的n側(cè)金屬包層3的左右部分接著成長的部分上，形成接合線3a(參見圖5)。此外，如圖4所示，通過在水平方向(X方向)彎曲而消滅n側(cè)金屬包層3的中央部以外的缺陷3b。其中，在n側(cè)金屬包層3的中央部，由于在相對于n型GaN基板1的表面平行的方向(X方向)的成長成分小，所以n側(cè)金屬包層3的缺陷3b不消滅而傳播至n側(cè)金屬包層3的表面。
其次，如圖9所示，使發(fā)光層4成長，以覆蓋n側(cè)金屬包層3。當使該發(fā)光層4成長時，首先，如圖2所示，通過使由厚度約為3nm的InGaN構(gòu)成的三個阱層4d和由厚度約為20nm的InGaN構(gòu)成的三個障壁層4e交互成長，而形成MQW結(jié)構(gòu)的多層膜。這樣，形成根據(jù)具有由三個阱層4d和三個障壁層4e構(gòu)成的MQW結(jié)構(gòu)的多層膜而構(gòu)成的活性層4a。作為使活性層4a成長時的條件，設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度分別為約850℃、約5.74Pa和約0.11nm/s，同時氣體流量被設(shè)定為為三乙基鎵(TEG)(triethylgallium)約為75sccm，三甲基銦(TMI)(trimethylindium)約為230sccm、NH3約為8slm。然后，在由厚度約為0.07μm的InGaN構(gòu)成的活性層4a上使由厚度約為0.1μm的InGaN構(gòu)成的導(dǎo)光層4b和由厚度約為0.02μm的AlGaN構(gòu)成的蓋層4c成長。作為導(dǎo)光層4b成長時的條件，設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度分別為約860℃、約5.74Pa和約0.11nm/s，同時，氣體流量TEG約為75sccm、TMI約為30sccm、NH3約為8SIm。此外，作為使蓋層4成長時的條件設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度分別為約1100℃、約5.74Pa和約0.32nm/s，同時，氣體流量TMG約為20sccm、TMA約為250sccm，NH3約為8slm，然后，在發(fā)光層4的表面上，使由厚度約0.4μm的P型AlGaN構(gòu)成的p側(cè)金屬包層5成長。其中，作為使p側(cè)金屬包層5成長時的條件，分別設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度約為1100℃、約5.74Pa和約0.35nm/s，同時，氣體流量TMG約為11sccm、TMA約為5sccm、NH3約為6slm，Cp2Mg約為20sccm。然后，在p側(cè)金屬包層5的表面上使由厚度約為0.003μm的InGaN構(gòu)成的接觸層6成長。其中，作為使接觸層6成長時的條件，設(shè)定壓力、氣體壓力和成長速度分別為約850℃、約5.74Pa和約0.11nm/s，同時，氣體流量TEG約為75sccm、TMI約為100sccm，NH3約為8slm。
然后，如圖10所示，利用真空蒸鍍法，在接觸層6上通過順序形成厚度約為0.001μm的Pt層(圖未示出)和厚度約為0.01μm的Pd層(圖未示出)，而形成由Pt層和Pd層構(gòu)成的p側(cè)電阻電極7。另外，在p側(cè)電阻電極7的表面上，利用等離子體CVD法，形成厚度約為0.24μm的SiO2膜16。然后，在p側(cè)電阻電極7上的背脊部15(參見圖1)的形成區(qū)域(離SiO2膜2的端部W2(約100μm)大小的內(nèi)側(cè)部分)上，形成寬度約為1.5μm，同時沿共振器方向延伸的帶狀保持膜17。
其次，如圖11所示，利用CF4系氣體的反應(yīng)離子蝕刻(RIEreactiveion etching)法，以保護膜17作對掩模，除去SiO2膜16和p側(cè)電阻電極7的規(guī)定區(qū)域，然后，除去保護膜17。
其次，如圖12所示，利用Cl2系氣體的RIE法，以SiO2膜16作為掩模，除去從接觸層6的上表面至p側(cè)金屬包層5的中間深度(離活性層4a的上表面約150nm的深度)的規(guī)定區(qū)域。這樣，形成由p側(cè)金屬包層5的凸狀部5a和接觸層6構(gòu)成的背脊部15。然后，除去SiO2膜16。
其次，如圖13所示，利用等離子體CVD法形成厚度約0.2μm的SiO2膜8，以覆蓋全面。另外，涂敷保護膜18，以覆蓋SiO2膜8，然后，利用氧等離子體蝕刻除去保護膜18，直到露出背脊部15的上方的SiO2膜8的部分，然后，利用CF4系氣體的RIE法，以保護膜18作為掩模，除去背脊部15的上方的SiO2膜8的部分，形成由圖14所示形狀的SiO2膜8構(gòu)成的電流阻斷層。然后，除去保護膜18。
其次，如圖15所示，在形成襯墊電極9的區(qū)域以外區(qū)域中，在形成保護膜19后，利用真空蒸鍍法，通過依次形成厚度約為0.1μm的Ti層(圖未示出)、厚度約為0.2μm的Pd層(圖未示出)、厚度約為3μm的Au層(圖未示出)，而形成襯墊電極9。然后，通過除去保護膜19，如圖16所示，形成由圖案化的Ti層、Pd層和AW層構(gòu)成的襯墊電極9。然后，通過研磨n型GaN基板1的下表面來調(diào)節(jié)從襯墊電極9的上表面至n型GaN基板1的下表面的高度H1(參見圖1)，使其約為100μm。
其次，如圖17所示，利用真空蒸鍍法，在n型GaN基板1的背面上的規(guī)定區(qū)域上，按下列順序形成厚度約為0.006μm的Al層(圖未示出)、厚度約為0.01μm的Pd層(圖未示出)、和厚度約為0.3μm的Au層(圖未示出)，因此，形成由Al層、Pd層和Au層構(gòu)成的n側(cè)電阻電極10。另外，通過將n型GaN基板1分割為各個元件，而形成圖1所示第一實施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
其次，對相對于上述第一實施方式的n型GaN基板1的SiO2膜2的n型GaN基板1的形成方向不同的缺陷3b的傳播所進行的實驗進行說明。在該實驗中，利用SiO2膜2沿著“1-100”方向的方向延伸形成的n型GaN基板1、和SiO2膜2在沿著“11-20”方向的方向延伸形成的n型GaN基板1，分別在n型GaN基板1的表面上使n側(cè)金屬包層3成長。其結(jié)果，在使用SiO2膜2在沿著“1-100”方向的方向延伸形成的n型GaN基板1的情況下，與利用SiO2膜2在沿著“11-20”方向的方向延伸形成的n型GaN基板1的情況相比，在相對于n型GaN基板1的表面平行的方向的缺陷3b的傳播成分大，同時n側(cè)金屬包層3的表面的缺陷3b容易消滅。因此，希望使用SiO2膜2在沿著“1-100”方向的方向上延伸形成的n型GaN基板1。
(第二實施方式)圖21是表示本發(fā)明的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖22是表示圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光層的詳細結(jié)構(gòu)的放大截面圖。圖23～圖25是詳細說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖26和圖27是表示將圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件安裝在放熱基臺上的結(jié)構(gòu)的截面圖。首先，參照圖21～圖27，對第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)進行說明。
如圖21所示，在第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件中，n型GaN基板21包括在端部形成，同時主表面以氮作為終端的缺陷集中區(qū)域21a，和配置在缺陷集中區(qū)域21a之間的低缺陷密度區(qū)域21b。其中，n型GaN基板21是本發(fā)明的半導(dǎo)體基板的一個例子，缺陷集中區(qū)域21a是1本發(fā)明的“成長抑制部”的一個例子。此外，缺陷集中區(qū)域21a的寬度約為25μm，隔開規(guī)定的間隔W5(約350μm)配置。
這里，在第二實施方式中，缺陷集中區(qū)域21a形成為帶狀，以在n型GaN基板1的“1-100”方向(與圖21的紙面垂直的方向)延伸。其中，在第二實施方式中，共振器方向與半導(dǎo)體基板的“1-100”方向相同。此外，在低缺陷密度區(qū)域21b上和缺陷集中區(qū)域21a的一部分上，形成由n型AlGaN構(gòu)成的n側(cè)金屬包層22。其中，n側(cè)金屬包層22是本明的“半導(dǎo)體元件層”的一個例子。
此外，在第二實施方式中，n型側(cè)金屬包層2的主表面(上表面)形成為凹狀。此外，n側(cè)金屬包層22的中央部的厚度為T3(約2.3μm)，同時，n側(cè)金屬色層22的側(cè)面的厚度為T4(約2.8μm)。此外，n側(cè)金屬包層22離缺陷集中區(qū)域21a的端部W6(約130μm)內(nèi)側(cè)的部分的主表面，相對于n型GaN基板21的主表面傾斜θ3(約0.2°)。此外，n側(cè)金屬包層22的周邊部分的表面相對于n型GaN基板21的主表面具有規(guī)定的傾斜角θ4。此外，如圖25所示，在n型金屬包層22的上表面的中央部形成有接合線22a。對于該接合線22a來說，是當n側(cè)金屬包層22成長時，接合線22a的左右表面的高度稍微偏移引起形成的。另外，從上方看時，接合線22a為波型，同時沿著缺陷集中區(qū)域21a的延伸方向(共振器方向)延伸。由于這樣，n側(cè)金屬包層22的上表面的中央部沿著共振器方向具有凹凸形狀。
此外，第二實施方式中，如圖24所示，在n側(cè)金屬包層22上形成缺陷(錯位)22b。該缺陷22b從n型GaN基板21的缺陷集中區(qū)域21a和低缺陷密度區(qū)域21b的表面的缺陷21c開始連續(xù)地形成。此外，缺陷22b在n側(cè)金屬包層22的側(cè)面上向外側(cè)彎曲形成。此外，缺陷22b在n側(cè)金屬包層22的側(cè)面內(nèi)側(cè)、并且在中央部以外的部分上，向n側(cè)金屬包層22的內(nèi)側(cè)(中央部側(cè))彎曲形成，同時，在n側(cè)金屬包層22的表面上并不形成，此外，缺陷22b在n側(cè)金屬包層22的中央部，在n側(cè)金屬包層22的表面上形成。
此外，如圖21所示，在n側(cè)金屬包層22上形成有發(fā)光層23，以覆蓋n側(cè)金屬包層22。其中，發(fā)光層23是本發(fā)明的“半導(dǎo)體元件層”的一個例子。此外，如圖22所示，發(fā)光層23通過由厚度約為0.07μm的InGaN構(gòu)成的活性層23a、厚度約為0.1μm的InGaN構(gòu)成的導(dǎo)光層23b、厚度約為0.02μm的AlGaN構(gòu)成的蓋層23c構(gòu)成。其中，活性層23a具有由厚度約為0.003μm的InGaN構(gòu)成的三個阱層23d和由厚度約為0.02μm的InGaN構(gòu)成的三個障壁層23e相互層積的MQW結(jié)構(gòu)。此外，如圖21所示，在發(fā)光層23上，形成由厚度約為0.25μm的AlGaN構(gòu)成的p側(cè)金屬包層24，以覆蓋發(fā)光層23。其中，p側(cè)金屬包層24是本發(fā)明的“半導(dǎo)體元件層”的一個例子。此外，p側(cè)金屬包層24的寬度約為1.5μm，同時，具有在共振器方向(與圖21的紙面垂直的方向)上延伸的帶狀(細長狀)凸狀部24a和除凸狀部24a以外的平坦部。此外，在p側(cè)金屬包層24的凸狀部24a上形成由厚度約為0.003μm的InGaN構(gòu)成的接觸層25。其中，接觸層25為本發(fā)明的“半導(dǎo)體元件層”的一個例子。利用該p側(cè)金屬包層24的凸狀部24a和接觸層25，構(gòu)成作為通向發(fā)光層的電流通路部作用的背脊部35。其中，背脊部35是本發(fā)明的“凸部”的一個例子。此外，在第二實施方式中，各半導(dǎo)體元件層的厚度，以形成背脊部35的位置的膜厚尺寸作為代表值。
此外，在第二實施方式中，背脊部35的頂上部配置在比p側(cè)金屬包層24的側(cè)面部的頂上部24b低的位置上。此外，背脊部35在距離缺陷集中區(qū)域21a的端部W6(約為130μm)內(nèi)側(cè)的部分上形成。即，背脊部35形成為p側(cè)金屬包層24的凹狀主表面的中央部以外的角度θ3(約0.2°)的斜面。因此，因為在沿著n側(cè)金屬包層22的接合線22a的凹凸狀以外的部分上能夠形成背脊部35，所以可以抑制將背脊部35附近的發(fā)光層23的部分形成為凹凸形狀。因此，由于能夠抑制不直進發(fā)光層23內(nèi)部而散射并從發(fā)光層23的上下面射出，所以可以提高光的封閉效果。結(jié)束，可提高發(fā)光效率。
此外，在接觸層25上形成p側(cè)電阻電極26。該p側(cè)電阻電極26從接觸層25開始，依次由厚度約0.001μm的Pt層(圖未示出)、以及厚度約0.01μm的Pd層(圖未示出)構(gòu)成。此外，形成厚度約0.2μm的SiO2膜(電流阻斷層)27，以覆蓋p側(cè)金屬包層24的平坦部、接觸層25的側(cè)面和p側(cè)電阻電極26的側(cè)面。此外，在SiO2膜27的一部分上和p側(cè)電阻電極26上，形成有襯墊電極28，以與p側(cè)電阻電極26接觸。其中，SiO2膜28是本發(fā)明“第一電極”的一個例子。此外，襯墊電極28從p側(cè)電阻電極26側(cè)開始依次由厚度約0.1μm的Ti層(圖未示出)、厚度約0.2μm的Pd層(圖未示出)、和厚度約3μm的Au層(圖未示出)構(gòu)成。此外，從襯墊電極28的上表面至n型GaN基板21的下表面的高度H2(參見圖21)，形成為約為100μm。
此外，在n型GaN基板21的背面上的規(guī)定區(qū)域上形成有n側(cè)電阻電極29。其中，n側(cè)電阻電極29是本發(fā)明的“第二電極”的一個例子。此外，n側(cè)電阻電極29從n型GaN基板21側(cè)開始，依次由厚度約0.006μm的Al層(圖未示出)、厚度約0.01μm的Pd層(圖未示出)、和厚度約0.3μm的Au層構(gòu)成。
其中，氮化物系半導(dǎo)體激光元件在圖26所示的上接合狀態(tài)或圖27所示的下接合狀態(tài)下而被安裝在放熱基臺(副支架)31上。其中，放熱基臺31是本發(fā)明的“基臺”的一個例子。具體地說，如圖26所示，在上接合狀態(tài)下，n側(cè)電阻電極29利用由焊錫等構(gòu)成的接合層32而安裝在放熱基臺31上，同時，在襯墊電極28的上表面上進行線路33a的電線連接。在這種情況下，在將n側(cè)電阻電極29安裝在放熱基臺31上的狀態(tài)下，當在n側(cè)金屬包層22的主表面上形成的襯墊電極28的上表面上進行線路33a的電線連接時，可以抑制在n側(cè)金屬包層22的中央部以外的主表面上形成的背脊部35的上方的襯墊電極28的部分上，進行線路33a的電線連接，并且可以在襯墊電極28的表面的中央部上進行線路33a的電線連接。因此，為防止在背脊部35的上方的襯墊電極28的部分上進行電線連接，不必要在襯墊電極28的表面上進行電線連接。這樣，當進行線路33a的電線連接時，能夠抑制襯墊電極28的表面端部打出缺口。另外，如圖27所示，在下接合狀態(tài)下，可將襯墊電極28利用由焊錫等構(gòu)成接合層34而安裝在放墊基臺31上，同時，可在n側(cè)電阻電極29上進行線路33b的電線連接。在這種情況下，由于背脊部35包括配置在凹狀的主表面內(nèi)側(cè)部分上的n側(cè)金屬包層22的元件，從在n側(cè)金屬包層22上形成的襯墊電極28側(cè)安裝在放熱基臺31上，因此，可以抑制當安裝在放熱基臺31上時，對位于凹狀的主表面內(nèi)側(cè)的背脊部35施加的沖擊。
在第二實施方式中，如上所述，由于具有相對于n型GaN基板21的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，同時通過在主表面上設(shè)置形成發(fā)光層23的n側(cè)金屬包層22，在使n側(cè)金屬包層22成長的情況下，使n側(cè)金屬包括21成長，以具有相對于n型GaN基板21的主表面傾斜的主表面，因此不但可以在與n型GaN基板21的主表面垂直的方向上，而且在與n型GaN基板21的主表面平行的方向上使n側(cè)金屬包層22成長。這樣，由于隨著n側(cè)金屬包層22的成長，在從n側(cè)GaN基板21的主表面?zhèn)鞑サ娜毕?2b傳播至n側(cè)金屬包層22情況下，不但在相對于n型GaN基板21的主表面垂直的方向下，而且在相對于n型GaN基板21的主表面平行的方向(水平方向)上，可以傳播n側(cè)金屬包層22的缺陷22b，因此，與只在相對于n型GaN基板21的主表面垂直的方向上傳播n側(cè)金屬包層22的缺陷22b的情況相比，可以進一步抑制缺陷22b傳播至n側(cè)金屬包層22的主表面。因此，由于可以進一步抑制在n側(cè)金屬包層22的主表面上形成缺陷22b，所以可以進一步抑制由缺陷22b引起的吸收光的情況。此外，由于可以抑制缺陷22b傳播至發(fā)光層23和p側(cè)金屬包層24上，所以可以抑制由缺陷3b引起的吸收光的情況。其結(jié)果，可以進一步提高發(fā)光效率。此外，如上所述，由于可以進一步抑制在n側(cè)金屬包層22的主表面上形成缺陷22b，所以可以進一步減小在發(fā)光層23內(nèi)形成非發(fā)光中心。其結(jié)果，可以進一步減小閾值電流。
其中，第二實施方式的其他效果與上述第一實施方式相同。
圖28～圖40是用于說明圖21所示的第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程的截面圖。接著，參照圖21、圖22、圖24、圖25和圖28～圖40，對第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的制造過程進行說明。
首先，如圖28所示，準備寬度為W7(約50μm)，同時包括以W8(約400μm)周期配置的缺陷集中區(qū)域21a和配置在缺陷集區(qū)域21a之間的低缺陷密度區(qū)域21b的n型GaN基板21。其中，缺陷集中區(qū)域21a的主表面是準備以氮為終端的表面。因此，可抑制在缺陷集中區(qū)域21a的主表面上堆積成膜種A。其中，準備n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度例如為-0.15°同時“11-20”方向的偏離角度例如為0.15°的基板。此外，n型GaN基板21的表面的結(jié)晶方位為(0001)面，同時，缺陷集中區(qū)域21a形成為帶狀，以沿著n型GaN基板21的“1-100”方向延伸。然后，利用MOCVD法，在n型GaN基板21上，使由n型AlGaN構(gòu)成的n側(cè)金屬包層22成長，以使中央部具有T3厚度(約2.3μm)(參見圖21)。其中，作為使n側(cè)金屬包層22成長時的條件，可以分別設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度為約1100℃、約5.74pa和約0.32nm/s，同時，氣體流量設(shè)定為TMG約11sccm、TMA約與5sccm、NH3約6slm、GeH4約20sccm。
如圖38所示，在這種情況下，在第二實施方式中，由于可抑制成膜種A堆積在作為成長抑制部而作用的缺陷集中區(qū)域21a的表面上，所以，在缺陷集中區(qū)域21a的附近的n側(cè)金屬包層22部分的成膜種A的濃度變大。這樣，由于成膜腫A易于堆積在缺陷集中區(qū)域21a附近的n側(cè)金屬包層22部分上，所以，與n側(cè)金屬包層22的中央部相比，n側(cè)金屬包層22的缺陷集中區(qū)域21a附近的部分容易成長。其結(jié)果，由于n側(cè)金屬包層22的中央部和n側(cè)金屬包層22的缺陷集中區(qū)域21a附近部分形成為不同的厚度，所以可形成具有相對于n型GaN基板21的主表面實質(zhì)上傾斜的n側(cè)金屬包層22。在這種情況下，如圖38所示，在n側(cè)金屬包層22的成長初期，n側(cè)金屬包層22只在低缺陷密度區(qū)域21b上形成。此外，如圖39所示，通過進行n側(cè)金屬包層22的成長，n側(cè)金屬包層22的側(cè)面部分的傾斜角成為規(guī)定的角度θ4。之后，通過再進行n側(cè)金屬包層22的成長，在n側(cè)金屬包層22的側(cè)面部分的傾斜角保持規(guī)定角度θ4的狀態(tài)下，n側(cè)金屬包層22在缺陷集中區(qū)域21a的上表面上形成。
此外，如圖40所示，在第二實施方式中，在n側(cè)金屬包層22的成長過程中，在n側(cè)金屬包層22上，缺陷22b從n型GaN基板21的缺陷21c的部分連續(xù)形成。在這種情況下，n側(cè)金屬包層22不但在相對于n型GaN基板21的表面垂直的方向(Y方向)，而且在相對于n型GaN基板21的表面平行的方向(X方向)上成長。具體地說，當從圖40的狀態(tài)進一步成長時，如圖24所示，在n側(cè)金屬包層22的側(cè)面，向外側(cè)方向成長。此外，在n側(cè)金屬包層22的側(cè)面的內(nèi)側(cè)部分上、且在中央部以外的部分，向內(nèi)側(cè)方向(中央部的方向)成長。其中，在n側(cè)金屬包層22的中央部的n側(cè)金屬包層22的左右部分向內(nèi)側(cè)方向成長而連接的部分上，形成接合線22a(參見圖25)。此外，如圖24所示，通過在水平方向(X方向)彎曲而可以消滅n側(cè)金屬包層22中央部以外的缺陷22b。其中，在n側(cè)金屬包層22的中央部，由于在相對n型GaN基板21的表面平行方向(X方向)的成長成分小，所以，n側(cè)金屬包層22的缺陷22b不消滅，而傳播至n側(cè)金屬包層22的表面。
其次，如圖29所示，使發(fā)光層23成長，以覆蓋n側(cè)金屬包層22。當使該發(fā)光層23成長時，首先，如圖22所示，通過使由厚度約為3nm的InGaN構(gòu)成的三個阱層23d和厚度約為20nm的InGaN構(gòu)成的三個障壁層23e交互地成長，而形成MQW結(jié)構(gòu)的多層膜。因此，形成根據(jù)具有由三個阱層23d和三個障壁層23e構(gòu)成的MQW結(jié)構(gòu)的多層膜而構(gòu)成的活性層23a。其中，作為使活性層23a成長時的條件，設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度分別為約850℃、約5.74Pa和約0.11nm/s，同時，設(shè)定氣體流量使得三乙基鎵(TEG)約為75sccm、三甲基銦(TMI)約為230sccm、NH3約為8slm。然后，在由厚度約為0.07μm的InGaN構(gòu)成的活性層23a上，使由厚度約為0.1μm的InGaN構(gòu)成的光導(dǎo)層23b和由厚度約為0.02μm的ALGaN構(gòu)成的蓋層23c成長。作為導(dǎo)光層23b成長時的條件，設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度分別為約860℃、約5.74Pa和約0.11nm/s，同時，設(shè)定氣體流量使得TEG約為75sccm、TMI約為30sccm、NH3約為8sIm。此外，作為使蓋層23e成長時的條件，設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度分別為約1100℃、約5.74Pa和約0.32nm/s，同時，設(shè)定氣體流量使得TEG約為20sccm、TMI約為30sccm，NH3約為8slm。然后，在發(fā)光層23的表面上，使由厚度約0.4μm的p型AlGaN構(gòu)成的p側(cè)金屬包層24成長。其中，作為使p側(cè)金屬包層24成長時的條件，分別設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度約為1100℃、約5.74Pa和約0.35nm/s，同時，設(shè)定氣體流量使得TMG約為11sccm、TMA約為5sccm、NH3約為6slm，Cp2Mg約為20sccm。然后，在p側(cè)金屬包層24的表面上使厚度約為0.003μm的InGaN構(gòu)成的接觸層25成長。其中，作為使接觸層25成長時的條件，設(shè)定溫度、氣體壓力和成長速度分別約為850℃、約5.74Pa和約0.11nm/s，同時，設(shè)定氣體流量使得TEG約為75sccm、TMI約為100sccm、NH3約為8slm。
然后，如圖30所示，利用真空蒸鍍法，在接觸層25上，通過順序形成厚度約為0.001μm的Pt層(圖未示出)和厚度約為0.01μm的Pd層(圖未示出)而形成由Pt層和Pd層構(gòu)成的p側(cè)電阻電極26。另外，在p側(cè)電阻電極26的表面上，利用等離子體CVD法形成厚度約為0.24μm的SiO2膜36。在p側(cè)電阻電極26上的背脊部35(參見圖1)的形成區(qū)域(離SiO2膜21a的端部N2(約130μm)大小的內(nèi)側(cè)部分)上，形成寬度約為1.5μm、同時沿著共振器方向延伸的帶狀保持膜37。
其次，如圖31所示，利用CF4系氣體的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)法，以保護膜37作為掩膜，除去SiO2膜36和p側(cè)電阻電極26的規(guī)定區(qū)域。然后，除去保護膜37。
其次，如圖32所示，利用Cl2系氣體的RIE法，以SiO2膜36作為掩模，除去從接觸層25的上表面至p側(cè)金屬包層24的中間的深度(距離活性層23a的上表面約150nm的深度)的規(guī)定區(qū)域。因此，形成由p側(cè)金屬包層24的凸狀部24a和接觸層25構(gòu)成的背脊部35。然后，除去SiO2膜36。
其次，如圖33所示，利用等離子體CVD法形成厚度約0.2μm的SiO2膜27，以覆蓋全面。然后，涂敷保護膜38，以覆蓋SiO2膜27，然后，利用氧等離子體蝕刻除去保護膜38，直到露出背脊部35的上方的SiO2膜27的部分，然后，利用CF4系氣體的RIE法，以保護膜38作為掩模，除去背脊部35的上方的SiO2膜27的部分，形成由圖34所示形狀的SiO2膜27構(gòu)成的電流阻斷層。然后，除去保護膜38。
其次，如圖35所示，在形成襯墊電極28的區(qū)域以外區(qū)域中，在形成保護膜39后，利用真空蒸鍍法，通過依次形成厚度約為0.1μm的Ti層(圖未示出)、厚度約為0.2μm的Pd層(圖未示出)、厚度約為3μm的Au層(圖未示出)，形成襯墊電極28。然后，通過除去保護膜39，如圖36所示，形成由圖形化的Ti層、Pd層和Au層構(gòu)成的襯墊電極28，然后，通過研磨襯墊電極28的下表面來調(diào)節(jié)從襯墊電極28的上表面至n型GaN基板21的下表面的高度H2(參見圖21)，使其約為100μm。
其次，如圖37所示，利用真空蒸鍍法，在n型GaN基板21的背面上的規(guī)定區(qū)域上，按下列順序形成厚度約為0.006μm的Al層(圖未示出)、厚度約為0.01μm的Pd層(圖未示出)、和厚度約為0.3μm的Au層(圖未示出)，因此，形成由Al層、Pd層和Au層構(gòu)成的n側(cè)電阻電極29。然后，通過將n型GaN基板21分割為各個元件而形成圖21所示第二實施方式的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
其次，說明進行確認上述第二實施方式的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的閾值電流和發(fā)光效率的效果的實驗(實施例1～3和比較例1)。在蓋效果實驗中，利用與上述第二實施方式同樣的過程，實際制成使n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度為0°，同時，使“11-20”方向的偏離角度為0.3°的實施例1的氮化物系半導(dǎo)體激光元件；和使n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度為-0.15°，同時，使“11-20”方向的偏離角度0.15°的實施例2的氮化物半導(dǎo)體激光元件；和使n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度-0.2°，同時，使“11-20”方向的偏離角度為0.1°的實施例3的氮化物系半激光元件。此外，作為相對于實施例1～3的比較例1，制作n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度為-0.3°，同時，“11-20”方向的偏離角度為0°的比較例1的氮化物系半導(dǎo)體激光元件。其中，比較例1的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的n型GaN基板21的上述偏離角度以外的結(jié)構(gòu)，與實施例1～3的氮化物系半導(dǎo)激光元件的結(jié)構(gòu)相同。然后，測定上述實施例1～3和比較例1的氮化物半導(dǎo)體激光元件的n側(cè)金屬包層22的主表面(上表面)的傾斜角和閾值電流、和60mA動作時的動作電流。其中，n側(cè)金屬包層22的主表面(上表面)的傾斜角，測定為距離n型GaN基板21的主表面(上表面)的缺陷集中區(qū)域21a的端部約130μm內(nèi)側(cè)的n側(cè)金屬包層22的部分的上表面(傾斜角)。其結(jié)果分別表示在下表1、圖41和圖42中。
表1

參照上述表1可以得知，隨著n型GaN基板21的“1-100“方向的偏離角度的絕對值的增大，n側(cè)金屬包層22的上表面的傾斜角接近于0°，具體地說，在n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度0°、同時“11-20”方向偏離角度為0.3°的實施例1中，n側(cè)金屬包層22的上表面的傾斜角約為0.3°。此外，在n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度為-0.15°、同時“11-20”方向的偏離角度為0.15°的實施例2中，n側(cè)金屬包層22的上表面的傾斜角約為0.2°。此外，在n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度為-0.2°、同時“11-20”方向的偏離角度為0.1°的實施例3中，n側(cè)金屬包層22的上表面的傾斜角約為0.1°。此外，在n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度為-0.3°、同時“11-20”方向的偏離角度為0°的比較例1中，n側(cè)金屬包層22的上表面的傾斜角度大約為0°。
此外，參照圖41可以看出，隨著n側(cè)金屬包層22的上表面的傾斜角的增大，閾值電流減小，同時發(fā)光效率提高，在傾角為0.3°的實施例1中，閥值電流大約為32mA，在傾斜角為0.2°的實施例2中，閾值電流大約為32mA，在傾斜角為0.1°的實施例3中，閾值電流大約43mA，在傾斜角為0°的比較例1中，閾值電流大約為50mA。這是由于隨著傾斜角度的增大，在n側(cè)金屬包層22成長的情況下，相對于n型GaN基板21的表面平行的方向的n側(cè)金屬包層22的成長成分變大，相對于n型GaN基板21的表面平行的方向缺陷22b的傳播成分變大。因此，由于容易消滅缺陷22b，所以由缺陷22b形成的非發(fā)光中心減小。其結(jié)果，閾值電流顯著減小，此外，因為在傾斜角度為0°附近的情況下閾值電流顯著增加，所以優(yōu)選傾斜角變大，因此，根據(jù)上述表1的結(jié)果，優(yōu)選“1-100”方向的偏離角度的絕對值小，優(yōu)選“1-100”方向的偏離角度為-0.25°～0.25°。
此外，參照圖42可以看出，隨著n型金屬包層22的上表面的傾斜角的增大，動作電壓大。具體地說，在n側(cè)金屬包層22的上表面地傾斜角為0.3°的實施例1中，動作電壓大約為6.0V。此外，在n側(cè)金屬包層22的上表面的傾斜角為0.2°的實施例2中，動作電壓大約為5.1V。在n側(cè)金屬色層22的上表面的傾斜角為0.1°的實施例3中，動作電壓大約為5.1V。此外，在傾斜角為0°的比較例1中，動作電壓大約為4.9V。其中，由于隨著n側(cè)金屬包層22的上表面的傾斜角度的增大，動作電壓增大，所以優(yōu)選利用閾值電流和動作電壓使傾斜角達到最合適的值。
此外，使用缺陷集中區(qū)域21a在沿著“1-100”方向的方向上延伸形成的n型GaN基板21的情況，與使用缺陷集中區(qū)域21a在沿背“11-20”方向的方向上延伸形成的n型GaN基板21的情況相比，相對于n型GaN基板21的表面平行的方向的缺陷22b的傳播成分大，同時，n側(cè)金屬包層22的表面的缺陷22b易于消滅。因此，優(yōu)選使用缺陷集中區(qū)域21a在沿著“1-100”方向的方向上延伸形成的n型GaN基板21。
此外，在不同于上述實驗而進行的另一實驗中，在n型GaN基板21的“11-20”方向的偏離角度為0°附近(-0.05°＜θ＜0.05°)的情況下，傾斜角變小，同時，n側(cè)金屬包層22的主表面難以形成為凹狀。此外，發(fā)現(xiàn)具有在n側(cè)金屬包層22的主表面上不均勻地形成有突起的傾向。在這種情況下，由于在n側(cè)金屬包層22的主表面上形成的發(fā)光層23也沿著突起的凹凸形狀形成，所以發(fā)光層23的內(nèi)部的光很容易從發(fā)光層23的上下表面射出。因此，由于光的封閉效果變小，所以發(fā)光效的降低。因此，優(yōu)選n型GaN基板21的“11-20”方向的偏離角度為-0.05°以下或者0.05°以上。
從以上的結(jié)果可以看出，優(yōu)選n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度和“11-20”方向的偏度角度，在圖43的斜線所示的范圍內(nèi)。即，優(yōu)選n型GaN基板21的“1-100”方向的偏離角度在-0.25°以上且0.25°以下，同時，n型GaN基板21的“11-20”方向的偏離角度在-0.05°以下或者0.05°以上。
其中，這次所述的實施方式以及實施例全部都是示例性的，但是并不僅限于此。本發(fā)明的范圍由在上述實施方式和實施例中沒有說明的專利要求范圍所表示，還包括與專利要求范圍的均等意義以及范圍內(nèi)的全部變更。
例如，在上述實施形式中，表示出作為半導(dǎo)體基板使用氮化物半導(dǎo)體基板(n型GaN基板)的例子，但是本發(fā)明并不僅限于此，作為半導(dǎo)體基板，也可以使用氮化物半導(dǎo)體基板以外的半導(dǎo)體基板。
此外，在上述實施例中，表示出設(shè)置有兩個成長抑制部，以夾住各個氮化物系半導(dǎo)體激光元件的元件形成區(qū)域，但是本發(fā)明并不僅限于此，在各個氫化物系半導(dǎo)體激光元件的元件形成區(qū)域外的區(qū)域中，只設(shè)置一個成長抑制部也可以。例如，在圖37中，除了背脊部35以外，在距離右側(cè)缺陷集中區(qū)域21a大約160μm的內(nèi)側(cè)部分，再形成與背脊部35相同的背脊部，然后，缺陷集中區(qū)域21a的中心和低缺陷密度區(qū)域21b的中心，通過將n型GaN基板21分割為各個元件，形成寬度大約為200μm的氮化物系半導(dǎo)體激光元件也可以。
此外，在上述實施方式中，表示出將作為半導(dǎo)體元件層之一的n側(cè)金屬包層作成凹狀的例子，但是本發(fā)明并不僅限于此。將n側(cè)金屬包層作成具凹狀以外的傾斜上表面(主表面)的形狀也可以，另外，將n側(cè)金屬包層以外的半導(dǎo)體元件層形成為具有傾斜的上表面(主表面)的形狀也可以。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，包括具有主表面的半導(dǎo)體基板；形成在所述半導(dǎo)體基板的主表面上，并具有相對于所述半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，同時包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層；以及配置在所述半導(dǎo)體基板的主表面的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的成長抑制部，其中，所述成長抑制部含有缺陷集中區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于所述缺陷集中區(qū)域的表面以氮為終端。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于所述成長抑制部沿著所述半導(dǎo)體基板的“1-100”方向的方向延伸設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于所述成長抑制部包括在所述半導(dǎo)體基板的主表面上相互隔開規(guī)定的間隔配置的第一成長抑制部和第二成長抑制部；所述半導(dǎo)體元件層在所述第一成長抑制部和所述第二成長抑制部之間形成，同時，所述半導(dǎo)體元件層的主表面形成為凹狀。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于還包括在所述半導(dǎo)體元件層的主表面上形成的第一電極和在所述半導(dǎo)體基板的背面上形成的第二電極；所述半導(dǎo)體激光元件的所述第一電極側(cè)被安裝在基臺上。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于還包括作為向所述發(fā)光層的電流通路部而作用的凸部；所述凸部在所述半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜區(qū)域形成。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于還包括在所述半導(dǎo)體元件層的主表面上形成的第一電極和在所述半導(dǎo)體基板的背面上形成的第二電極；所述半導(dǎo)體激光元件的所述第二電極被安裝在基臺上。
8.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于還包括作為向所述發(fā)光層的電流通路部而作用的凸部；所述凸部的頂上部在比所述半導(dǎo)體元件層的頂上部低的位置處形成。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于所述半導(dǎo)體基板的“1-100”方向的偏離角度在-0.25°以上且0.25°以下。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于所述半導(dǎo)體基板的“11-20”方向的偏離角度在-0.05°以下或者0.05°以上。
11.一種半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，包括具有主表面的半導(dǎo)體基板；形成在所述半導(dǎo)體基板的主表面上，并具有相對于所述半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，同時包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層；以及配置在所述半導(dǎo)體基板的主表面的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的成長抑制部；其中，所述成長抑制部的表面以氮為終端。
12.一種半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，包括準備含有缺陷集中區(qū)域的成長抑制部和成長促進部的至少一個被設(shè)置在主表面的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體基板的工序；和在使用所述成長抑制部和所述成長促進部的至少一個，在所述半導(dǎo)體基板的主表面上，使具有相對于所述半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，并且包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層成長的工序。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于準備所述半導(dǎo)體基板的工序包括準備所述缺陷集中區(qū)域的表面以氮為終端的所述半導(dǎo)體基板的工序。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于準備所述半導(dǎo)體基板的工序包括準備含有在沿著所述半導(dǎo)體板的“1-100”方向的方向延伸設(shè)置的所述成長抑制部的所述半導(dǎo)體基板的工序。
15.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于準備所述半導(dǎo)體基板的工序包括準備所述成長抑制部的第一成長抑制部和第二成長抑制部在主表面上互相隔開規(guī)定的間隔而配置的所述半導(dǎo)體基板的工序；使所述半導(dǎo)體元件層成長的工序包括在所述第一成長抑制部和所述第二成長抑制部之間使具有凹狀的主表面的所述半導(dǎo)體元件層成長的工序。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于還包括在所述半導(dǎo)體元件層的主表面的傾斜區(qū)域內(nèi)形成作為向所述發(fā)光層的電流通路部而作用的凸部的工序。
17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于還包括在比所述半導(dǎo)體元件層的頂上部低的位置處形成作為向所述發(fā)光層的電流通路部而作用的凸部的頂上部的工序。
18.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于所述半導(dǎo)體基板的“1-100”方向的偏離角度在-0.25°以上且0.25°以下。
19.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于所述半導(dǎo)體基板的“11-20”方向的偏離角度在-0.05°以下或者0.05°以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在能夠減小閾值電流的同時還能夠提高發(fā)光效率的半導(dǎo)體激光元件及其制造方法。該半導(dǎo)體激光元件包括具有主表面的半導(dǎo)體基板；以及形成在半導(dǎo)體基板的主表面上，并具有相對于半導(dǎo)體基板的主表面實質(zhì)上傾斜的主表面，同時，包括發(fā)光層的半導(dǎo)體元件層。
文檔編號H01S5/02GK1841864SQ20061006649
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者山口勤, 畑雅幸, 狩野隆司, 莊野昌幸, 大保廣樹, 野村康彥, 伊豆博昭 申請人:三洋電機株式會社