[发明专利]氮化物半导体光学元件及其制造方法

说明书

本申请是以日本专利申请2009-108164号为基础，其内容通过参考并入本文中。

技术领域

本发明涉及氮化物半导体光学元件及其制造方法。

背景技术

氮化镓所代表的III族氮化物半导体用作构成发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的材料，由于从其可以有效获得蓝紫光而引起了大量关注。其中，非常希望将LD作为大容量光盘驱动器的光源。近年来，已经对高输出的LD进行了广泛研究，目的在于提供写入光源。

特开2007-59897号公报描述了一种氮化镓半导体激光器元件，所述激光器元件在发光端面上形成有介电膜。如图6中所示，所述氮化镓半导体激光器元件具有作为氮化物半导体层依次堆叠在衬底100上的n型氮化物半导体层200、有源层205和p型氮化物半导体层210，其中对衬底100和所述氮化物半导体层进行排列以便将其解理面几乎在同一平面上对准。发光端面上形成有Al₂O₃膜作为介电膜。

如上所述，作为405nm蓝紫半导体激光器元件的端面保护膜，典型地，在发光端面上使用由Al₂O₃单膜构成的低反射率(抗反射)膜(下文中称作“AR膜”)。所述公布文献描述了，可以提高导致灾难性光学损伤(COD)的关键光学输出水平，由此可以确保高输出工作。

然而，已知在AR膜侧形成Al₂O₃膜，使得在激光器元件连续工作期间半导体与Al₂O₃膜之间发生反应，并认为这是造成激光器元件可靠性退化的一个原因。为了抑制界面反应，特开2007-59897号公报提出了一种形成单晶Al₂O₃膜作为反应阻止层的方法。

特开2006-186228号公报描述了一种半导体激光器元件，其在发光端面上形成有作为光学膜的Al₂O₃膜。如图7中所示，半导体激光器元件20具有由Al₂O₃构成的且形成在发光端面上的光学膜16，并具有由TiO_2-XN_X构成的且进一步形成在其上的光催化层17。

所述公布文献描述了暴露的光催化层17对半导体激光器元件20中的有机物29氧化分解。因此，据报道，可能抑制有机物粘附到半导体激光器元件的端面上。

然而，在这些公布文献中所述的上述技术都具有半导体与Al₂O₃之间发生反应的问题，这导致COD。

发明内容

本发明人对与抑制与半导体的界面反应的方法相关的构成所述膜的材料及形成所述膜的条件进行了广泛的研究，并发现形成TiO₂膜以便直接与半导体的端面接触是有效的。

通常认为，与Al₂O₃等不同，TiO₂不适合作为形成与氮化物半导体激光器元件的发光端面直接接触的材料，这是因为TiO₂的带隙能量接近于激光的能量，且由于在膜中存在缺陷(杂质、空位等)而显示出在可见光区域内的吸收或电导率增加。

然而，与预测相反，本发明人发现，TiO₂能够成功抑制与半导体的界面反应。

本发明人进行的进一步研究揭示，在端面上形成的TiO₂膜的可靠性与TiO₂的结构(金红石、锐钛矿、无定形)密切相关。本发明人还发现，各种结构的适当控制和组合使得即使在长期工作时也确保高的COD水平成为可能。

根据本发明，提供了一种氮化物半导体光学元件，其包含：

衬底；

由含有Ga作为构成元素的III族氮化物半导体构成的且设置在所述衬底上的有源层，其包括：

至少设置在所述有源层的发光端面上的第一保护膜；及

设置在所述第一保护膜上的第二保护膜，

所述第一保护膜与构成所述发光端面的半导体接触，且

所述第一保护膜的与所述半导体接触的部分由具有金红石结构的TiO₂膜构成。

根据本发明，还提供一种制造氮化物半导体光学元件的方法，其包括：

在衬底上形成具有有源层的堆叠结构，所述有源层由含Ga作为构成元素的III族氮化物半导体构成；及

至少在所述有源层的发光端面上设置第一保护膜和第二保护膜，