氮化物半导体激光装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种氮化物半导体激光装置，其在ｎ型氮化物半导体层和ｐ型氮化物半导体层之间具备包含半导体活性层的共振器光放射端面上的窗口层，电共振器的放射发出端面至少具有比活性层更宽的能隙，为防止损伤电活性层，被在低温下形成的包含通式ＡＩ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ－ｙ］Ｉｎ↓［ｙ］Ｎ所示单晶氮化物，此时０≤ｘ＋ｙ≤１，０≤ｘ≤１且０≤ｙ≤１，特别包含通式ＡＩ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ（０≤ｘ≤１）所示氮化物的电窗口层覆盖。上述窗口层的形成显著提高本发明专利技术中氮化物激光装置的功能。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化物半导体激光装置及提高其功能延长使用期限的方法。尤其涉及根据本专利技术在该共振器的放射发出端面上形成窗口层。该层提高本专利技术中氮化物半导体激光装置的耐用性。半导体激光装置的使用期限主要取决于光学活性层的质量，尤其与该层的共振器镜的质量息息相关。至今使用的基于GaAs组半导体制造的半导体激光二极管，通过在共振器镜上形成特定层来有效延长了激光二极管的使用期限。该层用于抗反射层或形成窗口结构。该结构在日本专利申请号H10-251577(专利公开号2000-082863)中已有记载。为提高保护激光结构的耐用性，半导体窗口层上的能隙应该比半导体激光结构的活性层上的能隙更宽。氮化物半导体激光中共振器镜被活性离子腐蚀(RIE)或裂开，由于共振器镜的能隙窄因此吸收发射辐射，结果发生热降低100mW以上的激光二极管的有效期限。因此用AIGaInN半导体层(日本专利公开号249830/1995)或AIN层(日本专利公开号26442/2002)等其他层覆盖共振器端面获得氮化物半导体激光中的窗口层结构。根据以前的技术，例如通过经常使用的有机金属化学汽相沉积(MOCVD)法使用源自汽相的增长法形成由单晶含镓氮化物形成的窗口层时需要1000℃以上的温度。但此高温损伤至今在氮化物半导体激光中使用的含铟氮化物半导体的形成活性层。使用不损伤上述活性层的温度以经常使用的方法形成氮化物层时，结果形成的上述层成为非晶质。为形成窗口结构使用非晶质层时，由于发射辐射光飞散激光束变得不均匀。尤其因其为非晶质，发生光吸收和端面发热，据此促进降低。其次，众所周知与沉积的氮化物层(异质外延)不同，氮化物系光电子装置制造于蓝宝石或SiC底层上。通过该底层和异质外延法形成的半导体氮化物层在化学、物理、结晶学上及电特性上具有显著差异，结果外延半导体层的位错密度增大。为降低表面位错密度提高半导体激光结构的稳定性，首先缓冲层沉积于蓝宝石或SiC底层上。但实现的表面位错密度低于约108/cm2。因此，表面位错密度使用外延侧面生长过度(Epitaxial LateralOvergrowth)法部分降低。此方法中蓝宝石底层上先增长GaN层，然后SiO2以条状或格子状沉积。然后可以对将缺陷密度降低为106/cm2的侧方GaN增长上使用上述底层。而且通过制造WO02/101120中揭示的含镓氮化物散装单晶层的方法，更加强了外延型氮化物半导体激光装置用底层。本专利技术的目的为在不降低激光功能参数的情况下，开发被氮化物窗口层覆盖且具有共振器放射发出端面的氮化物半导体激光。本专利技术的另一个目的为提供包括制造具有满意的氮化物窗口层的氮化物激光且提高氮化物半导体激光装置的功能的方法。通过使用XIII族元素(本申请书中使用的族号符合1989年IUPAC协议)的氮化物，最好是通式AIxGa1-x-yInyN所示单晶氮化物，此时0≤x+y≤1，0≤x≤1且0≤y≤1，特别是通式AIxGa1-xN(0≤x≤1)所示氮化物，开发提高根据本专利技术的激光功能的方法和氮化物半导体激光装置来实现上述目的。根据本专利技术的氮化物半导体激光装置具有独立权利要求项1中规定的有区别的特征，在从属权利要求项2至11中各规定该装置的最佳特征。在权利要求项12至16中规定根据本专利技术的方法。根据本专利技术，一种氮化物半导体激光装置，具有n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间包含氮化物半导体的活性层的共振器光放射端面上的窗口层，其特征在于具有上述共振器的放射发出端面至少比活性层宽的能隙，并被包含为防止损伤该活性层而低温形成的通式AIxGa1-x-yInyN所示单晶氮化物，此时0≤x+y≤1，0≤x≤1且0≤y≤1，特别包含通式AIxGa1-xN(0≤x≤1)所示氮化物的上述窗口层覆盖。本专利技术中，“窗口层”指为防止共振器端面的更窄的能隙引发问题直接在共振器放射发出端面上形成的活性层或具有比量子井层更宽的能隙的层。端面窗口层的厚最好大于50_，而且最好与发出的放射波长(nλ)的整数倍相同。根据本专利技术，单晶AIxGa1-xN(0≤x≤1)的端面窗口层形成于超临界含氨溶液内。单晶AIxGa1-xN(0≤x≤1)的端面窗口层形成于超临界含氨溶液内时，至少共振器的P形接触层被面罩覆盖为宜。共振器端面窗口层为I族，至少包含Li或Na的要素中的一个为宜。共振器活性层具有至少包含一个InGaN井层或InAiGaN井层的(多重)量子井层结构为宜。根据本专利技术，氮化物半导体激光装置的结构形成于GaN底层，最好是单晶GaN底层、蓝宝石底层、小型立式钢琴底层、ZnO底层、SiC底层、ELOG型底层及具有包含凹凸面的氮化物半导体的底层组成的组中选择的底层上为宜。本专利技术中，“ELOG型底层”指利用所谓ELOG(外延侧面生长过度)法制造的氮化物层或具备层的底层。氮化物半导体激光装置的结构最好形成于单晶GaN底层的C面、A面或M面上。氮化物半导体激光装置的结构形成于单晶GaN底层的C面上，且共振器端面的窗口层增长于M面或A面上。氮化物半导体激光装置的结构也可以形成于单晶GaN底层的A面上，且窗口层形成于共振器的放射发出端面的C面或M面上。作为选项，氮化物半导体激光装置的结构形成于单晶GaN底层的M面上，窗口层形成于共振器的放射发出端面的C面或A面上。一种提高氮化物半导体激光装置的功能的方法，具有包含在n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层之间包含氮化物半导体的活性层的共振器，第一步骤中激光装置结构被腐蚀或裂开，并形成一对相互对面的共振器端面，其特征在于第二步骤中为防止共振器的放射发出端面损伤上述活性层，被在低温下具有比活性层更宽的能隙的包含通式AIxGa1-x-yInyNN所示单晶氮化物的，此时0≤x+y≤1，0≤x≤1且0≤y≤1，特别是包含通式AIxGa1-xN(0≤x≤1)所示氮化物的窗口层覆盖。根据本专利技术，在第二步骤中共振器端面窗口层最好形成于超临界含氨溶液中。根据本专利技术的提高氮化物半导体激光装置的功能的方法，在第二步骤中通过耐化学性大于等于端面窗口层材料的面罩至少覆盖共振器的p型接触层的上面后，在超临界含氨溶液中形成共振器端面窗口层。面罩最好选自由SiO2，Si3N4，AiN和，Ag形成的组。根据本专利技术的提高氮化物半导体激光装置的功能的方法，共振器端面窗口层是通过在800℃以下，最好是600℃以下的温度下在超临界含氨溶液中沉积上述组成的单晶氮化物层而形成的。本专利技术在氮化物系光电部门取得了显著的进步。本专利技术显示在附图中。附图中附图说明图1显示根据本专利技术的氮化物半导体激光的截面，图2显示根据本专利技术的连续阶段，图3显示具有氮化物层以外的全部层的根据本专利技术的氮化物半导体激光结构，图4-6显示具有被面罩覆盖的选择表面的氮化物半导体激光结构的截面，图7显示实施例1中对应于时间函数的温度变化，图8显示实施例8中对应于时间函数的温度变化，图9-11显示为形成具有侧面生长过度而形成的单晶氮化物层的根据本专利技术的氮化物半导体激光装置，形成三种典型底层的连续阶段。本专利技术适用如下定义。共振器活性层指通过上述电载波重组形成放射的共振器层。共振器的端面指实际上垂直于发光束方向的共振器的临界面。由于共振器形成的单晶氮化物的曲折率大于激光所处介质(通常为空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体激光装置，具有ｎ型氮化物半导体层和ｐ型氮化物半导体层之间包含氮化物半导体的活性层的共振器光放射端面上的窗口层，其特征在于：具有上述共振器的放射发出端面至少比活性层宽的能隙，并被包含为防止损伤该活性层而低温形成的通式ＡＩ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ－ｙ］Ｉｎ↓［ｙ］Ｎ所示单晶氮化物，此时０≤ｘ＋ｙ≤１，０≤ｘ≤１且０≤ｙ≤１，特别包含通式ＡＩ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ｎ（０≤ｘ≤１）所示氮化物的上述窗口层覆盖。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特德维林斯基，勒曼多拉津斯基，耶日加尔钦斯基，莱谢克P谢尔斯普托夫斯基，神原康雄，
申请(专利权)人：阿莫诺公司，
类型：发明
国别省市：PL[波兰]