專利名稱：半導體激光元件和半導體激光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體激光元件和半導體激光裝置。特別地，本發明涉及一種具有由絕緣性材料形成的電流阻擋層的半導體激光元件和半導體激光裝置。
背景技術：
近年來，由于采用作為光盤系統中的高密度記錄用光源所使用的氮化物半導體的激光元件的商品化，提高了其記錄速度和與多層記錄介質的對應，可看到激光器輸出的高輸出化有著驚人的進展。作為這種光盤系統用氮化物半導體激光元件，通常使用脊形導波結構的元件，該元件借助于由透明的絕緣材料形成的電流阻擋層來執行對激光的光封閉。為了實現使用這種半導體激光元件的光記錄系統的記錄速度的提高，除了提高激光器的輸出之外，使半導體激光元件的工作速度提高也是不可缺少的。
如圖1所示，此脊形導波結構元件的基本結構具有在第一導電型的基板101上形成的第一導電型的第一覆蓋層102；在第一覆蓋層102上形成的活性層103；在活性層103上形成的、且在中央部具有凸部(脊部)的第二導電型的第二覆蓋層104；在第二覆蓋層104的凸部上形成的接觸層105；和在第二覆蓋層104的凸部和接觸層105的側面以及在第二覆蓋層104的平坦部上形成的電流阻擋層106，在其表面側和背面側，分別設置有與第二導電型半導體和第一導電型基板歐姆接觸的電極107與電極108。
此電流阻擋層106兼有作為僅用于對脊部供給電流的電流阻止層的作用，和相對于脊部設計折射率差發揮光的封閉的作用。而且，在流阻擋層106中，為了使半導體激光元件高速工作，可使用容易降低在此部分產生的寄生電容值、介電常數小的絕緣性材料。
半導體激光元件的高頻工作特性通常利用等效電路來進行討論，但本元件的情況下能夠簡單地使用圖2的等效電路表示。即，對于相當于脊部的電阻的R1，由于兩側的電流阻擋層并列產生電容C1和C2，相對于此，串聯地連接有相當于第二覆蓋層的平坦部之下的電阻的R2。
為了提高工作速度，雖然需要降低這些電阻值和電容值，但對于這些電阻值而言，由于材料特性上的制約，多數情況下不可能大幅度地降低。另一方面，對電容值而言，如以下公式所示，由于與電流阻擋層結構材料的介電常數和電流阻擋層上的電極形成面積成正比，與耗盡部分的膜厚即由絕緣材料形成的電流阻擋層的膜厚成反比，所以通過使用介電常數小的材料、減小電極形成面積、增加膜厚，能夠降低電容值。
電容值C＝εS/dε電流阻擋層的介電常數S電流阻擋層上的電極形成區域的面積d電流阻擋層的膜厚在這些參數中，對于減小電流阻擋層的介電常數的方法，由于電流阻擋層兼備光封閉的功能，所以如果過度減小介電常數，折射率差變大，光封閉過強，存在使半導體激光元件的諧振特性劣化的問題。而且，對于增厚電流阻擋層的膜厚的方法，由于介電常數小的絕緣物的熱傳導率通常小，所以當膜厚增厚時，激光元件工作中不能充分進行來自發熱最大的脊部分附近的散熱，成為半導體激光元件的發光部的pn結部分的溫度上升，導致元件特性的劣化。
因此，正在研討一種減小電流阻擋層上的電極形成區域的面積的方法(例如，參照日本專利特開2002-164622號公報)。在此情況下，如圖3所示，為了縮小電極形成區域，將導電層圖案僅限制在包含電流注入區域的細長區域和焊接用于供電的的導線的部分，減少在導電層正下方產生的寄生電容成分，實現半導體激光元件的工作速度的提高。
但是，在此結構中，由于可焊接導線的區域變窄，所以必須要求其位置精度。在產生位置偏移的情況下，由于會導致焊接強度的下降和剝離、并不能正常地進行供電，所以會擔心會失去作為半導體激光元件的功能，使安裝合格率下降。特別地，具有六方晶體的晶格結構的氮化物類半導體激光器的情況，雖然通常利用解理法(CleavageMethod)容易獲得平坦面的面(例如M面＝{1，-1，0，0}面)為射出面，但與此面正交的半導體激光元件側面很難獲得平坦面，導致元件側面凹凸明顯，產生缺陷。為此，在通過外形形狀的圖像識別來決定導線焊接位置的方法中，容易產生位置偏移，并且會使安裝合格率下降。
因此，本發明鑒于上述課題，目的在于提供一種能夠進行高速工作并且能夠大幅度地降低在焊接用于供電的導線時產生的不合格的半導體激光元件和半導體激光裝置。
發明內容
本發明的第一特征的主要目的在于，提供一種半導體激光元件，包括由沿規定方向延伸的凸部和設置在上述凸部的寬度方向外側的平坦部構成，且在基板上形成的半導體層；在上述平坦部的上面和上述凸部的側面上形成的絕緣層；以及由沿上述規定方向設置在上述凸部上的第一部分和包含自上述第一部分向上述凸部的寬度方向外側突出的多個突出部的第二部分構成的電極，其中上述凸部是從上述電極注入電流的電流注入區域，上述多個突出部設置在上述絕緣層上，在上述多個突出部之間設置有露出上述絕緣層的間隙。
根據第一特征的半導體激光元件，在絕緣層上設置的多個突出部之間設置有暴露出絕緣層的間隙。因此，在形成有電極的總面積相等的情況下，與在多個突出部之間沒有設置間隙的情況、即突出部集中為一個的情況相比，擴展了可焊接導線的區域。此外，與在半導體激光元件的整個表面上形成電極的情況相比，能夠縮小形成電極的面積、即產生電容的面積、減少寄生電容、半導體激光元件就能夠進行高速工作。
這樣，在通過擴大能夠焊接導線的區域以及縮小產生電容的面積，使半導體激光元件的高速工作成為可能的同時，還能夠降低在焊接用于供電的導線時產生的不合格的情況。
在本發明的第一特征中，優選上述電極具有不與上述凸部的寬度方向外側的上述多個突出部的端部連接的梳型形狀。
根據該半導體激光元件，能夠容易地設置間隙，能夠減小寄生電容。并且，能夠使電極突出部作為散熱片起作用，使散熱良好，能夠抑制元件特性的劣化。
在本發明的第一特征中，優選上述多個突出部的任一個具有上述規定方向的寬度大于10μm的形狀。
在本發明的第一特征中，優選上述規定方向的上述突出部的寬度在上述規定方向的上述間隙的寬度以下。
本發明的第二特征的主要目的在于，半導體激光元件包括由沿規定方向延伸的凸部和設置在上述凸部的寬度方向外側的平坦部構成，且在基板上形成的半導體層；在上述平坦部的上面和上述凸部的側面上形成的絕緣層；以及由沿上述規定方向設置在上述凸部上的第一部分和包含自上述第一部分向上述凸部的寬度方向外側突出的突出部的第二部分構成的電極，其中上述凸部是從上述電極注入電流的電流注入區域，上述突出部設置在上述絕緣層上，在上述絕緣層中，設置有不與上述電極連接的島狀的連接部，上述連接部與上述突出部鄰接。
根據第二特征的半導體激光元件，電極具有從第一部分向凸部的寬度方向外側突出的、設置在絕緣層上的突出部。此外，在絕緣層上，設置有與突出部鄰接的島狀連接部。因此，與僅設置一個突出部的情況相比，擴展了能夠焊接導線的區域。此外，與在半導體激光元件的整個表面形成電極的情況相比，能夠減小形成電極的面積、即產生電容的面積，減少寄生電容，半導體激光元件能夠進行高速工作。
這樣，在通過擴大能夠焊接導線的區域以及縮小產生電容的面積，使半導體激光元件的高速工作成為可能的同時，還能夠降低在焊接用于供電的導線時產生的不合格的情況。
在上述第一和第二特征中，優選上述突出部被設置在上述半導體層產生的激光的射出面側上。
根據該半導體激光元件，通過在伴隨光吸收的熱的原因而容易被破壞的光射出面側設置電極，不太降低熱排放效率，能夠減少寄生電容。
在本發明的第一特征和第二特征中，優選上述基板是GaN基板或藍寶石基板，上述半導體層是具有六方晶體結構的氮化物半導體層。
由于這種半導體激光元件的側面凹凸明顯、并產生缺陷，在通過外形形狀的圖像識別來決定導線焊接位置的情況下，存在圖案識別不能正常進行的情況。這引，即使在導線焊接位置容易偏移的情況下，在第一和第二特征的半導體激光元件中，由于實現了能夠焊接導線的區域的擴大，能夠有效地降低在焊接用于供電的導線時產生的不合格的情況。
本發明的第三特征的主要目的在于，半導體激光裝置包括本發明的第一特征或第二特征的半導體激光元件和至少一條導電性導線，上述導電性導線連接到上述多個突出部。
本發明的第四特征的主要目的在于，半導體激光裝置包括本發明的第一特征或第二特征的半導體激光元件和至少一條導電性導線，上述導電性導線連接到上述突出部以及上述連接部的雙方。
圖1是現有的半導體激光元件的斜視圖(其1)。
圖2是表示現有的半導體激光元件的簡單的等效電路圖。
圖3是現有的半導體激光元件的斜視圖(其2)。
圖4是第一實施方式的半導體激光元件的斜視圖。
圖5是第一實施方式的半導體激光元件的頂視圖。
圖6是第一實施方式的半導體激光元件的剖面圖。
圖7是表示第一實施方式的半導體激光元件的剝離發生率的曲線圖。
圖8是說明第一實施方式的半導體激光元件的制造方法的剖面圖(其1)。
圖9是說明第一實施方式的半導體激光元件的制造方法的平面圖(其2)。
圖10是第一實施方式的半導體激光元件的芯片側面的模式圖。
圖11是表示第一實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖(其1)。
圖12是表示第一實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖(其2)。
圖13是表示第一實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖(其3)。
圖14是表示第一實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖(其4)。
圖15是表示第一實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖(其5)。
圖16是表示第一實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖(其6)。
圖17是表示第一實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖(其7)。
圖18是表示第一實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖(其8)。
圖19是第二實施方式的半導體激光元件的斜視圖。
圖20是第二實施方式的半導體激光元件的俯視圖。
圖21是表示第二實施方式的半導體激光元件的變化例的俯視圖。
圖22是第三實施方式的半導體激光元件的俯視圖。
圖23是第三實施方式的半導體激光元件的剖面圖。
圖24是說明第三實施方式的半導體激光元件的制造方法的剖面圖(其1)。
圖25是說明第三實施方式的半導體激光元件的制造方法的剖面圖(其2)。
圖26是說明第三實施方式的半導體激光元件的制造方法的剖面圖(其3)。
圖27是表示第四實施方式的半導體激光裝置的結構圖。
圖28是表示第四實施方式的半導體激光裝置的結構圖。
具體實施例方式
接著，使用
本發明的實施方式。在下面的附圖的記載中，對于相同或類似的部分，賦予相同的或類似的符號。但是，應該注意，附圖是示意圖，各尺寸的比例等與現實的尺寸不同。因此，可以參考下面的說明來判斷具體的尺寸等。而且，毫無疑問，在附圖之間也包含彼此尺寸關系和比例不同的部分。
(第一實施方式)使用圖4說明第一實施方式的半導體激光元件的簡略結構。半導體激光元件具有由在基板1上形成的第一導電型的第一覆蓋層2、在第一覆蓋層2上形成的活性層3、設置在活性層3上的第二導電型的第二覆蓋層4和在第二覆蓋層4的凸部4a上設置的接觸層5構成的半導體層。第二覆蓋層由沿A方向延伸的凸部4a和設置在凸部4a的寬度方向(B方向)外側的平坦部4b構成。
半導體激光元件具有在平坦部4b的上面和凸部4a的側面形成的、由絕緣材料構成的電流阻擋層6。半導體激光元件具有在接觸層5和電流阻擋層6上形成的電極7。而且，直線部7a和多個突出部7b分別是本發明的“第一部分”和“第二部分”的一個例子。
電極7具有沿A方向設置在接觸層5(凸部4a)上的直線部7a和從直線部7a向凸部4a的寬度方向(B方向)外側突出的多個突出部7b。在多個突出部7b之間，設置有露出電流阻擋層6的間隙。在此，“間隙”的形狀不僅是未連接凸部4a的寬度方向(B方向)外側的多個突出部7b的端部的形狀(圖4)，還包含連接凸部4a的寬度方向(B方向)外側的多個突出部7b的端部的形狀。作為后者的形狀，例如，可列舉除后述的圖16所示的形狀。
在圖4中，沿著凸部4a延伸的方向(A方向)按固定間隔設置有突出部7b。即，電極7具有未連接凸部4a的寬度方向(B方向)外側的多個突出部7b的端部的梳型形狀。
(半導體激光元件的結構)接著，詳細地說明第一實施方式的半導體激光元件的結構。圖5和圖6是表示由使用GaN基板的氮化物系半導體形成的400nm頻帶半導體激光元件(藍紫色LD)的結構的俯視圖和剖面圖。
如圖6(a)所示，以Ga面的C面(面方位(0，0，0，1))為表面，在摻雜了氧的六方晶體n型GaN基板11上形成具有約1μm膜厚的、由Si摻雜n型GaN形成的緩沖層12。在該緩沖層12上，形成具有約1.5μm膜厚的、由n型Al0.05Ga0.95N形成的n側覆蓋層13。
在n側覆蓋層13上，形成具有約50nm膜厚的、由無摻雜的GaN形成的n側導光層14，并且，在n側導光層14上形成具有多重量子阱(MQW)結構的活性層15。如圖6(b)所示，該活性層15具有交替層疊由具有約15nm膜厚的兩個未摻雜的GaN形成的勢壘層15a和由具有約4nm膜厚的3個未摻雜In0.10Ga0.90N形成的阱層15b的結構。
活性層15上形成具有約100nm膜厚的、由未摻雜GaN形成的p側導光層16，在p側導光層16上，形成具有約20nm膜厚的、由未摻雜的Al0.30Ga0.70N形成的蓋層17。
在由未摻雜的Al0.30Ga0.70N形成的蓋層17上，形成摻雜了Mg、具有最大膜厚約500nm的、且由在中央附近存在具有約1.5μm寬度的帶狀的凸部的p型Al0.05Ga0.95N形成的p側覆蓋層18，在該凸部上，形成具有約10nm膜厚的、由未摻雜的In0.05Ga0.95N形成的p側接觸層19。由此p型覆蓋層18的凸部和p側接觸層19形成成為電流注入區域的脊部。
以覆蓋p側覆蓋層18的平坦部上，以及p側覆蓋層18的凸部側面和p側接觸層19側面的形式形成具有約300nm膜厚的、由SiO2形成的電流阻擋層20。并且，在p側接觸層19表面上形成由Pt/Pd(2/10nm)構成的p側電極21，在p側電極21和電流阻擋層20上，形成具有梳型形狀的由Ti/Au(10/500nm)構成的p側焊盤(pad)電極22。
如圖5所示，p側焊盤電極22具有沿著A方向設置在p側電極21(p側覆蓋層18的凸部)上的直線部22a，和自直線部22a向B方向外側突出的多個突出部22b。在多個突出部22b之間設置有間隙。而且，直線部22a和多個突出部22b分別是本發明的“第一部分”和“第二部分”的一個例子。在p側焊盤電極22上的一部分區域中，連接有由Au形成的焊接導線23，能夠從外部電源向p側焊盤電極22供電。
在第一實施方式中，例如，可以使突出部22b的寬度a和間隙的寬度b都等于約15μm。電流注入區域(p側電極21)的寬度c約為15μm。P側焊盤電極圖形的外周尺寸是200μm×400μm。電流阻擋層20和p側焊盤電極22中連接焊接導線23的區域是直徑約70μm的近似圓形的區域。以突出部22b的寬度a和間隙的寬度b為周期d的情況下，優選焊接導線23的連接徑(70μm)的1/2以下(例如，30μm)。
而且，如圖6(a)所示，在n型GaN基板11的相反側形成有由Ti/Pt/Au(10/2/500nm)形成的n側電極24，借助于由AuSn形成的熔接層25連接到用于向n側電極24供電的導電層26。而且，半導體激光元件的寬度約為300μm，深度約為400μm，射出激光的面是M面(面方位{1，-1，0，0})。
接著，圖7表示相對于p側焊盤電極22的梳型形狀的導電層寬度(上述突出部22b的寬度a)導線焊接工序中的導電層剝離發生率。根據圖7所示，如果減小導電層寬度，剝離發生率會提高。相對于導電層寬度的間隙寬度的比例(上述的間隙的寬度b/上述突出部22b的寬度a)越大越容易發生剝離。為此，優選導電層寬度(突出部22b的寬度a)為10μm以上。
(半導體激光元件的制造方法)接著，使用圖8和圖9，說明第一實施方式的半導體激光元件的制造方法。
首先，如圖8(a)所示，使用MOVPE(Metal Organic Vapor PhaseEpitaxy有機金屬化學氣相生長)法，在n型GaN基板11上，在基板溫度約1150℃下順次生長具有約1μm膜厚的、由n型GaN形成緩沖層12；具有約1.5μm膜厚的、由n型Al0.05Ga0.95N形成n側覆蓋層13；和具有約50nm膜厚的、由未摻雜的GaN形成的n側導光層14。
接著，在將基板溫度保持在約850℃的狀態下，在n側導光層14上通過交替生長具有約4nm膜厚的、由未摻雜In0.10Ga0.90N形成的3層阱層15b和具有約15nm膜厚的、由未摻雜的GaN形成的2層勢壘層15a來形成活性層15。接著，在活性層15上，順次生長具有約100nm膜厚的、由未摻雜的GaN形成的p側導光層16，和具有約20nm膜厚的、由未摻雜的Al0.30Ga0.70N形成的蓋層17。由于該蓋層17防止活性層15的In原子的脫離，所以具有防止活性層15的結晶品質劣化的功能。
此后，在將基板溫度設定在1150℃的狀態下，在蓋層17上，生長具有約500nm膜厚的、由p型Al0.05Ga0.95N形成的p側接觸層18。
接著，在將基板溫度設定在850℃的狀態下，在p側覆蓋層18上，生長具有約10nm膜厚的、由未摻雜的In0.05Ga0.95N形成的p側接觸層19。
接著，如圖8(b)所示，利用真空蒸鍍法在p側接觸層19上形成Pt/Pd膜，使用光刻膠(Photo Resist)通過蝕刻形成具有約1.5μm的寬度的帶狀的p側電極21，并且，通過蝕刻去除p側接觸層19和p側覆蓋層18的一部分形成成為電流注入區域的脊部。
然后，如圖9(a)所示，使用等離子體CVD法，在p側電極21上，和p側接觸層19以及p側覆蓋層18的側面，形成由具有約300nm的膜厚的SiO2膜形成的電流阻擋層20以便覆蓋p側覆蓋層18的平坦部上面。
此后，使用在脊部具有開口部的光刻膠，蝕刻p側電極21正上方的電流阻擋層20，使p側電極21露出。接著，使用光刻膠，在p側電極21和電流阻擋層20上，通過真空蒸鍍法搬離形成由Ti/Au形成的、具有梳型形狀的p側焊盤電極22。在該情況下，由于在p側焊盤電極22的最下層使用Ti，所以能夠使其與由SiO2形成的電流阻擋層20的粘接性良好。
接著，如圖9(b)所示，通過研磨n型GaN基板11的背面，例如減薄到100μm左右的厚度后，在此背面上通過真空蒸鍍法形成由Ti/Pt/Au形成的n側電極24。
此后，能夠以射出面成為容易獲得平坦面的M面的方位打開，以與此正交的方位進行截斷(Breaking)。并且，使用由AuSn形成的熔接層25，通過300℃的熱處理將n側電極連接到導電層26，通過焊接導線23，制造出圖5和圖6所示的半導體激光元件。
(作用及效果)根據實施方式1的半導體激光元件和半導體激光元件的制造方法，在設置在p側焊盤電極22的多個突出部22b之間，設置有露出電流阻擋層20的間隙。因此，在形成有電極的總面積相等的情況下，與在多個突出部22b之間沒有設置間隙的情況，即突出部集中在一個的情況相比，擴大了可焊接導線的區域。此外，與在半導體激光元件的整個表面上形成p側焊盤電極的情況相比，能夠減小形成p側焊盤電極22的面積即產生電容的面積，降低寄生電容，且半導體激光元件能夠進行高速工作。
如此，通過擴大能夠焊接導線的區域和縮小產生電容的面積，在能夠使半導體激光元件進行高速工作的同時，還能夠減少導線焊接時產生的不合格，能夠抑制安裝合格率的下降。
以固定的間隔在脊部延伸的方向(圖5所示的A方向)上配置p側焊盤電極22的突出部22b，p側焊盤電極22具有不連接脊部的寬度方向(圖5所示的B方向)的突出部22b的端部的梳型形狀。因此，能夠容易地設置間隙，能夠減小寄生電容。能夠將由導熱性好的材料形成的梳型形狀的p側焊盤電極22的突出部22b作為散熱片起作用，能夠有效地向外部釋放因半導體激光器工作時因光吸收而產生的熱以及電阻引起的焦耳熱。為此，能夠抑制元件特性的劣化。
而且，減小梳型p側焊盤電極22的導電層寬度時，電流阻擋層20和p側焊盤電極22間的粘接強度變弱，如圖7所示，雖然在導線焊接工序中容易產生剝離，但通過使p側焊盤電極22的突出部22b的寬度為10μm以上，就能夠充分確保電流阻擋層20和p側焊盤電極22的粘接強度，能夠抑制安裝合格率的下降。
并且，在第一實施方式的半導體激光元件中，由于使梳型p側焊盤電極22的導電層的寬度(圖5所示的寬度a)和其間隙寬度(圖5所示的寬度b)都為15μm，所以寄生電容包括考慮在焊接導線23的正下方產生的部分，在芯片整個區域(約300μm×400μm)能夠減少到形成p側焊盤電極的情況的約37％，在導線焊接整個有效區域(200μm×400μm)能夠減少到形成p側焊盤電極情況的約55％左右，能夠提高半導體激光元件的工作速度。
而且，p側焊盤電極22的突出部22b的寬度a在間隙的寬度b以下。根據這樣的結構，寄生電容值能夠變成在整面上形成導電層時的約一半以下，能夠高速地工作。
而且，由于使梳型p側焊盤電極22的周期d為相當于焊接導線23的連接直徑的70μm的1/2以下的30μm，所以，能夠使焊接導線23與3條以上的梳型p側焊盤電極22粘接，能夠防止焊接導線23的剝離。如此，由于能夠充分確保p側焊盤電極22和焊接導線23之間的粘接強度，所以能夠抑制安裝合格率的下降。
而且，在第一實施方式的半導體激光元件中，p側焊盤電極22含有鈦。由于鈦的粘接性強，所以提高了與電流阻擋層20的粘接性，即使是梳型形狀也很難剝離，能夠抑制安裝合格率的下降。
而且，第一實施方式的半導體激光元件，具備GaN基板，具備具有六方晶體結構的氮化物系半導體層。而且，激光的射出面是M面。包含GaN的氮化物半導體層由于在與M面正交的方位上難于獲得平坦的面，所以，例如，如圖10所示，芯片側面的凹凸變陡，容易產生角缺陷等不合格的情況。為此，在通過外形形狀的圖像識別來決定導線焊接位置的情況下，不能正常地執行圖案識別，難于進行正確的定位。但是，由于在寬的區域內形成p側焊盤電極22，所以即使導線焊接位置偏移，也能夠進行正常的供電，能夠抑制安裝合格率的下降。
(變形例)在上述第一實施方式的p側焊盤電極22中，雖然突出部22b設置在直線部22a的兩側，且設置在半導體激光元件的表面的幾乎整個區域，但并不限定于此。具體地，按照導線焊接裝置中固有的特性(定位精度和預測“偏移”的方向)，能夠使形成突出部22b的區域縮小在不產生導線焊接不合格的范圍內。
例如，僅在諧振器(脊部和直線部22a)延伸方向(圖5所示A方向)上，考慮假設產生定位偏移的情況。在此種情況下，在諧振器(脊部和直線部22a)的寬度方向(圖5所示的B方向)上能夠縮短突出部22b的長度。此外，如圖11所示，僅在直線部22a(脊部)的單側就能夠設置突出部22b。
接著，僅在諧振器(脊部和直線部22a)的寬度方向(圖5所示B方向)上，考慮假設產生定位偏移的情況。在此種情況下，如圖12和圖13所示，在諧振器(脊部和直線部22a)延伸方向(圖5所示A方向)中，還能夠使設置突出部22b的區域變窄。
最后，在諧振器(脊部和直線部22a)延伸方向(圖5所示的A方向)和諧振器(脊部和直線部22a)的寬度方向(圖5所示的B方向)上，考慮不產生定位偏移的情況。在此種情況下，如圖14及圖15所示，在僅在直線部22a(脊部)的單側設置突出部22b的同時，還能夠在A方向上使設置突出部22b的區域變窄。
如圖11～圖15所示，在半導體激光元件的表面上，通過減小設置突出部22b的區域，能夠進一步地降低寄生電容。
如圖13和圖15所示，通過在隨著光吸收因熱的原因而容易破壞的光射出端面的附近設置突出部22b，不會進一步降低散熱的效率，能夠降低寄生電容。
并且，如圖16所示，在芯片端焊接導線的情況下，為了確保導線的接觸面積，p側焊盤電極22也可以具有通過部分22c連接直線部22a(脊部)的寬度方向b的外側的突出部22b的端部的形狀。在圖16的圖形中，由于p側焊盤電極22具有連接突出部22b的端部的形狀，所以，與圖5所示的梳型形狀的p側焊盤電極相比，提高了導線的粘接性。
在上述第一實施方式中，焊接在p側焊盤電極22上的導線是一條導線，但不限于此。具體地，如圖17和圖18所示，也可以在p側焊盤電極22上焊接多條導線。由此，既實現了寄生電容的減少，又能夠供給大電流，且能夠提高半導體激光元件的工作速度。
(實施方式2)(半導體激光元件的結構)使用圖19說明第二實施方式的半導體激光元件的簡略結構。半導體激光元件具有由在基板1上形成的第一導電型的第一覆蓋層2、在第一覆蓋層2上形成的活性層3、設置在活性層3上的第二導電型的第二覆蓋層4和在第二覆蓋層4的凸部4a上設置的接觸層5構成的半導體層。第二覆蓋層4由沿A方向延伸的凸部4a和設置在凸部4a的寬度方向(B方向)外側的平坦部4b構成。
半導體激光元件具有在平坦部4b的上面和凸部4a的側面形成的、由絕緣材料構成的電流阻擋層6。半導體激光元件具有在接觸層5和電流阻擋層6上形成的電極7。
電極7具有沿A方向設置在接觸層5(凸部4a)上的直線部7a和從直線部7a向凸部4a的寬度方向(B方向)外側突出的突出部7b。在電流阻擋層6上設置有不與電極7相連的島狀的連接部27。連接部27鄰接突出部7b。而且，在突出部7b之間和連接部27之間，設置有露出電流阻擋層6間隙。
(半導體激光元件的結構)接著，詳細地說明第二實施方式的半導體激光元件的結構。圖20是表示由使用GaN基板的氮化物系半導體形成的400nm頻帶半導體激光元件(藍紫色LD)的結構的俯視圖。由于第二實施方式的半導體激光元件的詳細結構，除包括島狀的連接部27外，與第一實施方式相同，所以省略連接部27以外的說明。
在p側焊盤電極22上的一部分區域上連接由Au形成的焊接導線23，能夠從外部電源向p側焊盤電極22供電。此時，在連接部27上也連接焊接導線23，充分地確保p側焊盤電極22與焊接導線23之間的粘接強度。
連接部27優選粘接性強的材料，例如，可使用鈦、鉻、鋁等。
(作用及效果)根據第二實施方式的半導體激光元件，在電流阻擋層20上設置有不與p側焊盤電極22相連的島狀連接部27，連接部27鄰接突出部22b。此外，在突出部22b與連接部27之間設置有露出電流阻擋層20的間隙。因此，與僅設置一個突出部的情況相比，能夠焊接導線的區域擴大了。此外，與在半導體激光元件的整個表面區域形成有電極的情況相比，能夠縮小形成電極的面積即產生電容的面積，減少寄生電容，且半導體激光元件能夠進行高速工作。
如此，通過擴大能夠焊接導線的區域以及縮小產生電容的面積，能夠在使半導體激光元件進行高速工作的同時，減少焊接用于供電的導線時產生的不合格。
(變形例)在第二實施方式中，雖然說明了具有島狀連接部27的半導體激光元件，但也可以與第一實施方式中說明的梳型形狀的p側焊盤電極22組合。例如，如圖21所示，可以在梳型形狀的p側焊盤電極22的間隙中配置島狀連接部27。根據這樣的結構，能夠進一步提高粘接性。
(第三實施方式)
(半導體激光元件的結構)使用圖22和圖23說明第三實施方式的半導體激光元件的結構。圖22和圖23是表示由使用絕緣性的藍寶石基板的氮化物類半導體形成的400nm頻帶半導體激光元件(藍紫色LD)的結構的俯視圖以及剖面圖。
如圖18(a)所示，在以C面(面方位(0，0，0，1))為表面的藍寶石基板51上，形成具有約10μm膜厚的、由未摻雜的GaN形成的緩沖層52。在該緩沖層52上，形成具有約100nm膜厚的、并且向與紙面垂直方向延伸的、具有寬度約6μm，間隔約4μm的帶形狀的SiO2層53，形成由具有約12μm膜厚的未摻雜GaN層形成的橫方向生長層54，以便包圍SiO2層53。并且，在橫方向生長層54上，形成具有約1μm膜厚的、且具有凸部，由Si摻雜n型GaN形成的n側接觸層55。在此n側接觸層55的平坦部上形成有由Ti/Pt/Au(10/2/500nm)形成的n側電極67。
另一方面，在n側接觸層55的凸部上，形成具有約1.5μm的膜厚的、由Si摻雜n型Al0.05Ga0.95N形成的n側覆蓋層56，在n側覆蓋層56上形成具有約50nm膜厚的、由未摻雜的GaN形成的n側導光層57，并且，在n側導光層57上形成具有多重量子阱(MQW)結構的活性層58。如圖18(b)所示，此活性層58具有交替層疊具有約15nm膜厚的、由2個未摻雜的GaN 56形成的勢壘層58a和具有約4nm膜厚的、由3個未摻雜In0.10Ga0.90N形成的阱層58b的結構。
在活性層58上，形成具有約100nm膜厚的、由未摻雜的GaN形成的p側導光層59，在p側導光層59上，形成具有約20nm膜厚的、由未摻雜的Al0.30Ga0.70N形成的蓋層60。
在由未摻雜的Al0.30Ga0.70N形成的蓋層60上，形成摻雜了Mg、具有最大膜厚約500nm的、且由在中央部附近存在具有約1.5μm寬度的帶狀的凸部的p型Al0.05Ga0.95N形成的p側覆蓋層61，在該凸部上，形成具有約10nm膜厚的、由未摻雜的In0.05Ga0.95N形成的p側接觸層62。由該p型覆蓋層61的凸部和p側接觸層62形成有成為電流注入區域的脊部。
以覆蓋p側接觸層62的的正上方和除了n側電極67形成部的區域的形式形成具有約300nm膜厚的、作為電流阻擋層起作用的由SiO2形成的絕緣層64。并且，在p側接觸層62的表面上形成由Pt/Pd(2/10nm)構成的p側電極63，在p側電極63以及絕緣層64的一部分區域上，形成具有梳型形狀，由Ti/Au(10/500nm)構成的p側焊盤電極65。
如圖22所示，p側焊盤電極65具有沿著A方向設置在p側電極63(p側覆蓋層61的凸部)上的直線部65a，和自直線部65a向B方向外側突出的多個突出部65b。而且，直線部65a以及多個突出部65b分別是本發明的“第一部分”以及“第二部分”的一個例子。在多個突出部65b之間設置有間隙。在p側焊盤電極65上的一部分區域中，連接有由Au形成的焊接導線66，在n側電極67的一部分區域中，連接由Au形成的焊接導線68，能夠從外部電源向p側焊盤電極65以及n側電極67供電。
在第三實施方式中，例如可以使突出部65b的寬度a和間隙的寬度b都等于約15μm。電流注入區域(p側電極63)的寬度c約為15μm。在電流阻擋層64和p側焊盤電極65上連有焊接導線66的區域是直徑約70μm的近似圓形的區域。同樣，n側電極67上連有焊接導線68的區域是直徑約70μm的近似圓形的區域。
而且，半導體激光元件的寬度約為400μm，深度約為400μm，形成有從n側覆蓋層56到p側覆蓋層61的區域其寬度約為250μm，深度約為400μm。而且，射出激光的面是M面(面方位{1，-1，0，0})。
(半導體激光元件的制造方法)接著，使用圖24～圖26說明第三實施方式的半導體激光元件的制造方法。
首先，如圖24(a)所示，通過MOVPE的2階段生長法(600℃生長低溫緩沖層以及100℃生長層)，在以C面為表面的藍寶石基板51上，生長具有約1μm膜厚的、由未摻雜的GaN形成的緩沖層52。在緩沖層52上，使用等離子體CVD法在整個表面上形成具有約100nm膜厚SiO2膜后，形成抗蝕劑圖案，蝕刻去除一部分區域，形成成為具有帶形狀的選擇生長用掩模的SiO2膜53。此時，帶的寬度約為6μm，間隔約為4μm。
接著，在緩沖層52和SiO2膜53上，在1100℃下，使用MOVPE法生長未摻雜的GaN層時，如圖24(b)所示，很難在SiO2膜53上進行生長，在露出由未摻雜的GaN形成的緩沖層52的部分形成僅具有(1，2，-2，2)面的傾斜的、剖面形狀具有三角形的凸線(Facet)結構的GaN層54a。
并且，如圖24(c)所示，隨著GaN層的生長，通過向橫方向的生長，即使在SiO2膜53上也能夠形成，在膜厚生長到約12μm時，使凸線結構的GaN層成為整體，獲得上面平坦連續的橫方向生長層54。在該情況下，在SiO2膜53上橫方向生長層54中，由于作為基板材料的藍寶石和GaN層的物質性質不同，缺陷難于傳遞，除GaN層整體的部分外，能夠獲得缺陷少的優質的GaN層。
如圖25(a)所示，在該橫方向生長層54上，通過MOVPE法生長作為半導體激光器的工作層的半導體層。首先，在基板溫度約1150℃下，順次生長具有約1μm膜厚的、由n型GaN形成的n側接觸層55；具有約1.5μm膜厚的、由n型Al0.05Ga0.95N形成的n側覆蓋層56；和具有約50nm膜厚的、由未摻雜的GaN形成的n側導光層57。
接著，在將基板溫度保持在約850℃的狀態下，通過在n側導光層57上交替生長由具有約4nm膜厚的未摻雜的In0.10Ga0.90N形成的3層阱層58b和由具有約15nm膜厚的未摻雜的GaN形成的2層勢壘層58a來形成具有MQW結構的活性層58。接著，在活性層58上，順次生長具有約100nm膜厚的、由未摻雜GaN形成的p側導光層59和具有約20nm膜厚的、由未摻雜的Al0.30Ga0.70N形成的蓋層60。由于該蓋層60防止MQW活性層15的In原子的脫離，所以具有防止活性層58的結晶品質劣化的功能。
此后，在將基板溫度設定在1150℃的狀態下，在蓋層60上，生長具有約500nm膜厚的、由p型Al0.05Ga0.95N形成的p側覆蓋層61。
接著，在將基板溫度設定在850℃的狀態下，在p側覆蓋層61上，生長具有約10nm膜厚的、由未摻雜的In0.05Ga0.95N形成的p側接觸層62。
此后，如圖25(b)所示，使用光刻膠，蝕刻去除一部分的區域，使n側接觸層55露出。
此后，如圖26(a)所示，通過真空蒸鍍法，在p側接觸層62上形成Pt/Pd膜，使用光刻膠通過蝕刻形成具有約1.5μm的寬度的帶狀的p側電極63，并且，通過蝕刻去除p側接觸層62和p側覆蓋層61的一部分，形成成為電流注入區域的脊部。
然后，如圖26(b)所示，使用等離子體CVD法，形成具有約300nm的膜厚的、由SiO2膜形成的絕緣層64，以便覆蓋露出的整個半導體層。
此后，使用在脊部具有開口部的光刻膠，蝕刻p側電極63之上的絕緣層64，使p側電極63露出。接著，在p側電極63上、絕緣層64上，通過真空蒸鍍法形成由Ti/Au形成的梳型形狀的p側焊盤電極65。此情況下，由于在p側焊盤電極65的最下層使用Ti，所以能夠使其與由SiO2形成的絕緣層64的粘接性良好。
此后，使用光刻膠，蝕刻去除n側接觸層55上的、一部分區域的絕緣層64，使n側接觸層55露出后，通過真空蒸鍍法蒸發形成由Ti/Pt/Au形成的n側電極67。
接著，通過研磨藍寶石基板51的背面，以便能夠容易打開，例如減薄到150μm左右的厚度后，此后，射出面容易得到平坦面，在成為M面的方位可打開，在與此正交的方位進行截斷。在組裝在規定的封裝中后，通過將導線66、68分別焊接到p側焊盤電極65、n層電極67，制造圖22和圖23所示的半導體激光元件。
(作用和效果)在第三實施方式的半導體激光元件的情況下，在作為電流阻擋層起作用的絕緣層64中產生的寄生電容，考慮在焊接導線66的正下方產生的部分時，在形成p側覆蓋層61的整個區域(約250μm×400μm)能夠減少到形成p側焊盤電極的情況的約44％，在導線焊接整個有效區域(200μm×400μm)能夠減少到形成有p側焊盤電極情況的約55％左右，能夠提高半導體激光元件的工作速度。
而且，第三實施方式的半導體激光元件具備藍寶石基板，具備具有六方晶體結構的氮化物類半導體層。而且，激光的射出面是M面。包含GaN的氮化物半導體層由于在與M面正交的方位上難于獲得平坦的面，所以，例如如圖10所示，芯片側面的凹凸變陡，容易產生角缺陷等不合格的情況。為此，在通過外形形狀的圖像識別來決定導線焊接位置的情況下，不能正常地執行圖案識別，且難于進行正確的定位。但是，由于在寬的區域內形成p側焊盤電極65，所以即使導線焊接位置偏移，也能夠進行正常的供電，能夠抑制安裝合格率的下降。
(第四實施方式)下面參照
第四實施方式。在第四實施方式中，說明使用第一實施方式示出的半導體激光元件的半導體激光裝置。
(半導體激光裝置的結構)在下文中，參照
第四實施方式的半導體激光裝置。圖27和圖28是表示第四實施方式的半導體激光裝置200的結構圖。具體地，圖27是從光射出面看半導體激光裝置200的示意圖，圖28是從圖27中示出的C方向看半導體激光裝置200的示意圖。
如圖27所示，半導體激光裝置200包括支持基板210，隔著熔融層220在支持基板210上形成的副基板230，隔著熔融層233在副基板230上形成的半導體激光元件240。而且，副基板230具有一對導電層(導電層231和導電層232)。而且，導電層232相當于上述導電層26，熔融層233相當于上述熔接層25。
半導體激光裝置200具有用于連接到外部電源的供電引腳(供電引腳261、供電引腳271以及供電引腳281)。供電引腳261插通在設置于封裝本體201的絕緣環262內。同樣地，供電引腳271插通在設置于封裝本體201的絕緣環272內。
半導體激光元件240具有n側電極241，基板242，半導體層243，電流阻擋層244和p側焊盤電極245。
n側電極241相當于上述n側電極24，基板242相當于上述基板11。
半導體層243由上述緩沖層12、n側覆蓋層13、n側導光層14、活性層15、p側導光層16、蓋層17、p側覆蓋層18和p側接觸層19構成。而且，在p側接觸層19上設置有相當于p側電極21的電極(未圖示)。
半導體層243與上述實施方式相同，具有作為電流注入區域的凸部247a和設置在凸部247a的寬度方向外側的平坦部247b。
電流阻擋層244相當于上述電流阻擋層20，形成在凸部247a的側面和平坦部247b的上面。
如圖28所示，p側焊盤電極245相當于上述p側焊盤電極22，具有設置在凸部247a上的直線部245a，和從直線部245a向凸部247a的寬度方向外側突出的多個突出部245b。而且，直線部245a和多個突出部245b分別是本發明的“第一部分”以及“第二部分”的一個例子。
上述供電引腳251通過焊接導線271連接到p側焊盤電極22的突出部22b。另一方面，上述供電引腳261通過焊接導線272連接到導電層232。
(作用及效果)第四實施方式的半導體激光裝置與第一實施方式相同，能夠實現可焊接的焊接導線271的區域的擴大和產生寄生電容的面積的縮小。由此，能夠使半導體激光裝置高速地工作，能夠減少導線焊接時所產生的不合格。
(其他實施方式)本發明雖然按照上述實施方式進行記載，但構成其公開的一部分的論述及附圖不能理解為是限定本發明的內容。根據此公開，同業者可以明白各種代替實施方式、實施例及運用技術。
例如，在上述實施方式中，說明了使用MOVPE法結晶生長半導體各層，但本發明不限于此，也可以使用MBE法、HVPE法和氣體源MBE法等來結晶生長半導體各層。此外，作為半導體的結晶結構，既可以是鉛鋅礦型結構，也可以是閃鋅礦型結構。
而且，在上述實施方式中，雖然使用含有由GaN、AlGaN以及InGaN形成的層的氮化物系半導體元件層，但本發明不限于此，也可以使用含有由AlN、InN以及AlInGaN形成的層的氮化物系半導體元件層，還可使用含有由GaAs、AlGaAs、InGaP、AlInGaP等形成的層的氮化物類半導體之外的半導體元件層。
如此，毫無疑問，本發明包含未在此記載的各種各樣的實施方式等。因此，本發明的技術范圍僅根據上述說明中的適當的權利要求范圍的發明特定事項來限定。
權利要求
1.一種半導體激光元件，其特征在于，包括由沿規定方向延伸的凸部和設置在所述凸部的寬度方向外側的平坦部構成，且在基板上形成的半導體層；在所述平坦部的上面和所述凸部的側面上形成的絕緣層；以及由沿所述規定方向設置在所述凸部上的第一部分和包含自所述第一部分向所述凸部的寬度方向外側突出的多個突出部的第二部分構成的電極，其中所述凸部是從所述電極注入電流的電流注入區域，所述多個突出部設置在所述絕緣層上，在所述多個突出部之間設置有露出所述絕緣層的間隙。
2.根據權利要求1所述的半導體激光元件，其特征在于所述電極具有不與所述凸部的寬度方向外側的所述多個突出部的端部連接的梳型形狀。
3.根據權利要求2所述的半導體激光元件，其特征在于所述多個突出部的任意一個具有所述規定方向的寬度大于10μm的形狀。
4.根據權利要求2所述的半導體激光元件，其特征在于所述規定方向的所述突出部的寬度在所述規定方向上的所述間隙的寬度以下。
5.一種半導體激光元件，其特征在于，包括由沿規定方向延伸的凸部和設置在所述凸部的寬度方向外側的平坦部構成，且在基板上形成的半導體層；在所述平坦部的上面和所述凸部的側面上形成的絕緣層；以及由沿所述規定方向設置在所述凸部上的第一部分和包含自所述第一部分向所述凸部的寬度方向外側突出的突出部的第二部分構成的電極，其中所述凸部是從所述電極注入電流的電流注入區域，所述突出部設置在所述絕緣層上，在所述絕緣層中，設置有不與所述電極連接的島狀的連接部，所述連接部與所述突出部鄰接。
6.根據權利要求1或5所述的半導體激光元件，其特征在于所述突出部設置在所述半導體層產生激光的射出面側。
7.根據權利要求6所述的半導體激光元件，其特征在于所述激光的射出面是M面。
8.根據權利要求1或5所述的半導體激光元件，其特征在于所述基板是GaN基板或藍寶石基板，所述半導體層是具有六方晶體結構的氮化物半導體層。
9.一種半導體激光裝置，包括權利要求1至4中任一項所述的半導體激光元件和至少一條導電性導線，其特征在于所述導電性導線連接到所述多個突出部。
10.一種半導體激光裝置，包括權利要求5或6所述的半導體激光元件和至少一條導電性導線，其特征在于所述導電性導線連接到所述突出部和所述連接部兩者。
全文摘要
本發明的半導體激光元件，包括由沿規定方向延伸的凸部和設置在所述凸部的寬度方向外側的平坦部構成，且在基板上形成的半導體層；在所述平坦部的上面和所述凸部的側面上形成的絕緣層；以及由沿所述規定方向設置在所述凸部上的第一部分和包含自所述第一部分向所述凸部的寬度方向外側突出的多個突出部的第二部分構成的電極，其中所述凸部是從所述電極注入電流的電流注入區域，所述多個突出部設置在所述絕緣層上，在所述多個突出部之間設置有露出所述絕緣層的間隙。
文檔編號H01S5/223GK101030696SQ20071009236
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月28日 優先權日2006年2月28日
發明者井上大二朗, 別所靖之, 畑雅幸 申請人:三洋電機株式會社