[发明专利]氮化物半导体激光器芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物半导体激光器芯片及其制造方法。更具体地， 本发明涉及一种氮化物半导体激光器芯片，具有层叠在具有特定平面晶向 的氮化物半导体衬底上的氮化物半导体层，以及一种制造上述氮化物半导 体激光器芯片的方法。

背景技术

氮化物半导体是V族元素N(氮)和III族元素(比如Al(铝)、Ga (镓)和In(铟))的化合物。由于氮化物的能带结构和化学稳定性，氮 化物半导体作为用于发光器件和功率器件的半导体材料已经受到广泛关 注，并已经被尝试于许多应用中。特别是，将能够发出紫外到可见光的氮 化物激光器芯片用作光学信息记录设备、照明设备、显示设备和传感器等 的光源。

在氮化物半导体激光器芯片中，通常采用氮化物半导体衬底，也就是 其材料类型与将要层叠在其表面上的氮化物半导体层相同的衬底。这将有 助于提高层叠氮化物半导体层的质量，从而提高半导体激光器芯片的性 能。为了便于制造，通常采用具有纤锌矿结构且以(0001)面为其主平面的 晶体作为这种衬底。当在这种衬底上形成氮化物半导体层的晶体时，它将 类似地以(0001)面作为其主平面来生长。

对于这种具有以(0001)面为主平面而层叠的氮化物半导体(也就是， 将氮化物半导体沿[0001]方向(沿C轴方向)层叠)的半导体激光器芯片， 存在以下问题：由于量子阱有源层中的内部电场的影响所引起的Stark效 应，将导致电子空穴复合概率下降。作为缓解这个问题的芯片结构，人们 也研究过具有沿垂直于C轴的方向形成的叠层结构的氮化物半导体激光器 芯片(参见JP-A-H8-213692和JP-A-H10-51029)。

对于这种沿与C轴垂直的方向层叠的氮化物半导体激光器芯片，可以 预期的是，由于Stark效应影响的减小和量子阱平面内晶体对称性的增加， 将导致增益的增加，而且可以抑制倾向于沿C轴方向生成的穿透性位错， 可以预期的是，沿层叠方向的生长将提高结晶度，从而降低阈值电流密度。 所有这些都将导致具有极佳可靠性的高性能芯片。

在用来表示晶面或晶向的表达式中，晶体学中通常约定在指数的绝对 值上加一水平横线来表示负指数。但是，在本发明中，由于不能采用这种 表示方法，将采用在指数的绝对值前加一负号“-”来表示负指数的方法， 作为代替。

然而，不利的是，即使是如上所述的、层叠在以(1-100)面作为主平 面的氮化物半导体衬底上的氮化物半导体激光器芯片，也不能提供令人满 意的性能：当这种芯片用于CW(连续波)激射(连续激射)，而达到较高 输出时，样品(实际制造的单个芯片)中的一部分在达到满意的光输出前 失效。

而且，对于这种现有的氮化物半导体激光器芯片，失效样品的比例随 着驱动时间的增加而增加。根据其驱动条件，甚至可能出现大部分制成的 氮化物半导体激光器芯片样品都不能提供令人满意的可靠性的情况。这表 明层叠在以(1-100)面为主平面的氮化物半导体衬底上的氮化物半导体激 光器芯片，由于它本身的特性而具有现有知识所不能克服的缺陷，特别是 极低的样品生产优良率和实际长时间使用中的突然失效。

因此，本发明的发明人在寻找原因的过程中，通过大量研究发现以下 事实：在谐振器(腔)端面处，在有源层中，平行于氮化物半导体层产生 的台阶(不平整)导致了较差的平坦度；进一步，这个台阶破坏了附近的 晶体，并导致了周围覆盖薄膜的不良附着，从而造成端面的不良保护，产 生了破坏激光谐振器端面的不良电阻。

发明内容

考虑到上述现有技术所存在的缺陷，本发明的一个目的是提供一种能 够抑制氮化物半导体层上的台阶(不平整)生成的氮化物半导体激光器芯 片。本发明的另一个目的是提供一种制造能够抑制氮化物半导体层上的台 阶生成的氮化物半导体的方法，从而提高其产量和可靠性。

为了达到以上目的，根据本发明的一个方面，提供一种氮化物半导体 激光器芯片，具有：氮化物半导体衬底；多个氮化物半导体层，层叠在所 述氮化物半导体衬底的表面上，并包括有源层；形成在所述氮化物半导体 层上的条带形波导；和谐振器(腔)端面，由被解理的氮化物半导体层与 所述氮化物半导体衬底共同形成。这里，所述氮化物半导体衬底的主平面 是(1-100)面，并且所述谐振器端面与所述主平面垂直。此外，在形成所 述谐振器端面的解理表面中，至少在所述条带形波导的一边，形成刻入部 分，作为朝向所述氮化物半导体层的表面开口的刻入区域。