半导体发光器件及其制造方法

专利名称：半导体发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明大体上涉及半导体发光器件，更具体地涉及一种改进为能够 抑制由于操作电压增加导致的缺陷的半导体发光器件。本发明还涉及一 种用于制造这种半导体发光器件的方法。
背景技术：
工n族氮化物半导体激光器元件具有从紫外光到可见光的宽振荡波 长，并且引起作为适用于高密度光学存储介质的短波长光源的注意。除 了光学记录介质之外，期望in族氮化物半导体激光器元件作为诸如灯 和背光之类的可见光源。对于更宽范围的应用，发展了在改进发光输出 的同时针对氮化物半导体激光器元件的操作可靠性的技术。图11 (a)是传统的半导体激光光源(例如，参见日本专利申请公开no. 10-313147)的截面图。半导体激光光源具有用于发射激光的半导 体激光器芯片。将半导体激光器芯片41安装到热沉42上。热沉42与引 线柱(stem) 43相连。将光检测元件44安装到引线柱的底部以监测从 半导体激光器芯片41发射的激光的强度。引线柱43的另一侧安装了用 于驱动半导体激光器的gnd和用于光检测元件的电极引线47。用于gnd 的电极与引线柱43相连并且导通，用于驱动半导体激光器和针对光检测 元件的电极分别通过未示出的配线接合与半导体激光器芯片41和光检 测元件44相连和导通。在图11 (a)中所示的半导体激光光源中，引线柱43的除了半导体 激光器芯片41、热沉42、光检测元件44和电极引线47之外的整个表面 用诸如合成树脂之类的光透射塑料物质49来铸模。根据这种形式的封 装，不存在强度较弱的部分。因此，可以将半导体激光器件放置在真空 环境或高压环境中。参考图11 (B)，现有技术引用了另一个实施例，提供了帽状物48来代替对光透射塑料物质进行铸模。帽状物48中的内部气体氛围 (atmosphere)用不活泼气体来代替。这能够将半导体激光器件放置在 真空环境或高压环境中。然而，当其中将密封了不活泼气体气体氛围的现有技术方法应用于 通过向电极和半导体层注入诸如10kA/cm2的高密度电流来驱动的氮化物半导体激光器时，不能将电压维持在其初始状态，因此引起包括不可靠 的寿命特征和增加的操作电压的问题。相信这些问题是由于以下原因导致的。在氮化物半导体中，将Mg 掺杂作为P型杂质。此时，晶体包含氢原子，使得氢原子和Mg形成化合 物。这妨碍了膜中Mg的活化，所述活化引起受主浓度和空穴密度的减少。 结果，晶体配置有高阻抗。发明内容考虑以上问题，作出本发明，并且本发明的目的是提出一种改善的 半导体发光器件，使得在长时间驱动之后操作电压不会增加。本发明的另一个目的是改善具有通过脊条型结构实现的电流限制 路径结构的半导体发光器件，使得在长时间驱动之后操作电压不会增加。本发明的另一个目的是提出一种用于制造半导体发光器件的方法， 所述半导体发光器件改进为能够抑制由于操作电压的增加导致的缺陷， 以增加良品率，从而改善半导体发光器件的制造生产率。根据本发明的半导体发光器件包括引线柱。将热沉设置在引线柱 上。至少一个半导体发光元件与热沉相连。将用于检测来自半导体发光 元件的光的光检测元件设置在引线柱上。用于按照密封方式在其中封装 热沉、半导体发光元件和光检测元件的帽状物与引线柱相连。帽状物的 气体氛围包含用于抑制在半导体发光元件中包含的氢原子扩散的成分。因为帽状物中的气体氛围(即围绕半导体发光元件的气体氛围)包 含用于抑制在半导体发光元件中包含的氢原子扩散的成分，抑制了元件 中的氢原子扩散，这引起不会补偿P型杂质Mg，导致空穴密度不会减小。当半导体发光元件包含lX107cm'、或以上浓度的氢原子时，本发明表现出有利效果。半导体发光元件的示例包括半导体激光器元件、发光二极管(LED) 和超辐射发光二极管。根据本发明的优选实施例，半导体发光元件包括前表面上的脊条 结构，用于形成具有只与脊条结构的突出部分的顶部电连接的一个电极 的电流限制路径结构；以及绝缘层，夹住所述脊条结构的突出部分，所述绝缘层包含1X107cm'或以上浓度的氢原子。特别在具有以上构造的半导体发光元件的情况下，本发明表现出其有利效果。半导体发光元件包括前表面上的脊条结构，用于形成具有只与脊 条结构的突出部分的顶部电连接的一个电极的电流限制路径结构；以及 半导体层，夹住所述脊条结构的突出部分，所述半导体层具有大体上与 脊条结构的突出部分的成分相同的成分，同时具有与突出部分的极性相反的极性、并且包含lX107cm:'或以上浓度的氢原子。优选地，用于抑制氢原子扩散的成分包括氧。优选地，绝缘层由包含SiO" Ti(X、 Zr02、 Hf02、 CeO" InA、 NdA、 SbA、 Sn02、 Ta2O5和ZnO中的至少一种的电介质构成。从工艺问题、折 射率、绝缘性和与其他层的粘附性方面考虑，使用Si02和TiO,是特别优 选的。优选地，所述气体氛围包含至少10ppm浓度的氧。 优选地，所述气体氛围中包含的湿度小于1000ppm，更优选地小于 或等于500ppm。优选地，所述气体氛围具有从0. 1Pa至200kPa的压力。 在所述半导体发光元件是诸如主要在从350至550nm的波长处振荡 的BN、 A1N、 InN、 GaN和TIN之类的III族氮化物半导体发光元件的情 况下，本发明是特别有效的。从350至550nm的波长具有高能量，所述 波长的光激活了氢原子使其易于扩散，导致趋向于光学退化的倾向。本 发明在这种情况下特别有效。在半导体发光元件是主要在550nm或更长的波长处振荡的I11-V族 化合物半导体发光元件的情况下，本发明是有效的。特别在半导体发光元件在半导体层结构中包含氢原子的情况下本发明表现出其有利效果。所述气体氛围包含二氧化碳或氩气。根据本发明的另一个方面的方法涉及用于制造半导体发光器件的 方法，其中帽状物中的气体氛围包含用于抑制在半导体发光元件中包含 的氢原子扩散的成分。首先，准备制造设备。所述制造设备包括工作腔 室和前腔室。工作腔室具有用于组装所述半导体发光器件的机构和外部 隔离的密封空间。前腔室与工作腔室相连，用于临时地保持组装半导体 发光器件所需的构件。将所需构件引入到:腔室中。然后，将所需构件 从前腔室移动至工作腔室，而无需将工作腔室打开到大气中。将工作腔 室中的气体氛围用包含用于抑制半导体发光器件中包含的氢原子扩散的 成分的扩散抑制气体氛围来代替。在所述扩散抑制气体氛围下，在工作 腔室中组装所述半导体发光器件。根据本发明的这一方面，可以通过只在工作腔室中组装半导体发光 器件来在帽状物中填充扩散抑制气体氛围。根据本发明，因为帽状物中的气体氛围，即围绕半导体发光元件的 气体氛围包含用于抑制在半导体发光元件中包含的氢原子扩散的成分， 抑制了元件中氢原子的扩散，这引起不会通过氢原子补偿P型杂质Mg， 导致受主浓度不会减小，并且最终导致空穴密度不会减小。结果，晶体 不具有高阻抗，使得在高密度电流的注入下驱动长时间之后，操作电压 不会增加。这样，抑制了在电流电气测试期间元件操作电压的增加。


图1是示出了根据本发明的氮化物半导体激光器件的示意图。图2 (A)是在本发明的示例1中使用的氮化物半导体激光器元件的 示意性截面图；以及图2 (B)是在示例1中使用的用于说明输出光的方 式的氮化物半导体激光器元件的透视图。图3是示出了使用图2所示的氮化物半导体激光器元件实现的电气 测试结果的曲线。图4是使用比较元件实现的电气测试结果的曲线。图5是说明在比较示例中元件操作电压为什么增加的图。图6是示出了在封帽之前半导体激光器元件的SIMS分析结果的曲线。图7是示出了在利用15%的氧和85%的氮的混合气体封帽之后半导 体激光器元件的SIMS分析结果的曲线。图8是示出了在利用氮气封帽之后的半导体激光器元件的SIMS分 析结果的曲线。图9是示出了使用具有湿度变化的图2中所示变氮化物半导体激光 器元件实现的电气测试结果的曲线。图10是根据示例2的组装设备的示意图。图11 (A)是利用发光塑料物质铸模的半导体激光光源的截面图， 以及图ll (B)是通过帽状物封装的传统半导体激光光源的截面图。
具体实施方式
图中，参考数字IO表示氮化物半导体激光器元件、20表示热沉、 30表示光检测元件、39表示内部气体、40表示引线柱、41表示半导体 激光器芯片、42表示热沉、43表示引线柱、44表示光检测元件、47表 示电极引线、48表示帽状物、49表示发光塑料物质、50表示帽状物、 60表示窗口、 70表示电极引线、80表示已密封的气体、IOI表示正面腔 室、102表示工作腔室、103表示净化气体引入机构、104表示组装机构、 105表示真空机构、106表示气体引入机构、107表示排气机构、108表 示测量机构、109表示门、200表示衬底、201表示n型GaN层、2020 表示下部覆层、203表示n型GaN波导层、204表示下部相邻层、205表 示有源层、206表示上部相邻层、207表示p型Al .2Ga(,.KN层、208表示p 型上覆层、209表示p型接触层、220表示负电极、221表示正电极、222 表示绝缘膜、231表示第一层、232表示第二层、以及233表示第三层。图1是示出了根据本发明的氮化物半导体激光器件的示意图。根据 本发明的氮化物半导体激光器件具有引线柱40。将热沉20安装到引线 柱40上。用于发射激光的至少一个氮化物半导体激光器元件10与热沉 20相连。将用于观察来自氮化物半导体激光器元件10的光强度的光检 测元件30设置在引线柱40上。用于按照密封模式在其中封装引线柱40、热沉20、氮化物半导体激光器元件10和光检测元件30的帽状物50与引线柱40相连。电极引线70与引线柱40相连，并且帽状物50具有通过其提取从 氮化物半导体激光器元件10发射的光的窗口 60.帽状物50中的空间包 含封装气体氛围80。封装气体氛围80包含了例如氧这样的成分，用于 抑制氮化物半导体激光器元件10中包含的氢原子的扩散。除了氧之外的 气体成分包括诸如氮气之类的不活泼气体、诸如氩气之类的稀有气体和 二氧化碳。优选地，氧的浓度至少是10ppm，更优选地是1000ppm以上。 封装气体氛围80的压力在从0. 1Pa至200kPa的范围。将在封装气 体氛围中包含的湿气的浓度限制在lOOOppm以下，更优选地限制在 500ppm以下或更少，其中易于表现出本发明的有利效果。在本发明中使用的III族氮化物半导体激光器由通过公式 BvALGaxInyTlzN (O^v^l, 0^w^l， 0^x^l， O^y^l, O^z^l, v+w+x+y+z^)表示的氮化物半导体晶体构成。B表示硼，Al表示铝，Ga 表示镓，In表示铟，Tl表示铊，以及N表示氮。同样，v表示硼的含量 比，w表示铝的含量比，x表示镓的含量比，y表示铟的含量比，以及z 表示铊的含量比。在本说明书中，在下文中将例如由ALGaW (0<w<l， 0<x<l， w+x=l)表示的氮化物半导体晶体构成的氮化物半导体层简称为 AlGaN层。当组成氮化物半导体层的氮化物半导体晶体是六方晶系时，在氮化 物半导体层中小于10%的氮元素可以用从由砷、磷和锑组成的组中选择 的至少一种元素来代替。同样，氮化物半导体层用由硅、氧、氯、硫、 硒、碳、锗、锌、镉、镁和铍组成的至少一种元素来掺杂，使得氮化物 半导体层具有P型、n型或i型导电性。氮化物半导体晶体通过金属有机化学气相沉积(M0CVD)来产生。 因为在M0CVD中载气和V族源气体包含氢原子，将氢原子带入到氮化物 半导体晶体中。可以将分子束外延(MBE)用作用于生长氮化物半导体晶体的方法，在这种情况下作为V族源的氨气的使用包含带入到氮化物半 导体晶体中的氢原子。III族半导体激光器元件10的振荡波长主要在从350至550mn的范 围内。尽管已经参考III族半导体激光器元件作为发光元件进行了描述， 如果III族半导体激光器元件用氮化物半导体超辐射发光二极管或氮化 物半导体发光二极管来代替，可以同样地获得本发明的有利效果。下面更加详细地描述本发明。[示例1]图2 (A)是在根据本发明的示例1中使用的半导体激光器件的半导 体激光器元件的示意性截面图。将绝缘层222设置在脊条结构的突出部分的外围上以形成具有只与 突出部分的顶部电连接的一个电极的电流限制路径结构，从而限制电流 通过其中的那部分。电流限制路径结构使得能够实现所发射的光的光斑 形状的近似控制。绝缘层222包含lX107cm3或以上浓度的氢原子。脊 条结构的突出部分的宽度近似是1. 6 y m，并且共振腔的长度是600 y m。 所述元件经历了正面上的AR (抗反射)涂层和背面上的HR (高反射)涂 层。P型导电层掺杂有从1X10"至1Xl(f'/cn/浓度的镁(Mg)作为掺杂 剂。典型地，所述浓度在上部覆层208和接触层209中是4X107cm:i。 在该示例中，可以省略p型GaN接触层209，其中上部覆层208还作为 接触层。有源层205是由按照以下顺序排列的仏.工3(,』阱层(厚度每一 个4nm)以及未掺杂的GaN垒层(厚度每一个8rnn)组成的多量子阱结 构阱层/垒层/阱层/垒层/阱层(三个阱)。阱层和垒层可以由诸如 InxGahN (0^x〈l)、 AlxGa,—XN (0〇x<l)、 InxGa卜"Al,N (0当x〈1， 0^y〈1)、 GaNhAsx (0<X<1) 、GaN,-xPx (0<x〈l)及其化合物之类的氮化物半导体形成。至于垒层的成分，垒层具有比阱层更高的带隙能量。尽管优选地，有源 层是具有用于降低振荡阈值目的的两个至四个阱的多量子阱(MQW)结构， 也不排除单量子阱(SQW)结构。在这种情况下，本说明书指的是不存在 夹在阱层之间的垒层。正电极221按照从p型GaN上部覆层209 —侧的顺序由第一层231(Pd层、MO层)、第二层(垒层)和第三层233 (焊盘)。从垒层上的层也形成于绝缘层222上。因此，优选地，垒层相对于绝缘层具有良好的粘附性，并且具有改善粘附性的功能。Pd层是用于与p型氮化物半导体 进行欧姆接触的层。在正电极221和负电极220之间加电时，按照图2 (B)所示的方式 发光。具有以上构造的的半导体激光器元件可以通过氮化物半导体的传 统晶体生长方法来制造。将每一个半导体层通过MOCVD或MBE堆积，接 着通过使用干法刻蚀的刻蚀处理形成脊条结构。可以通过诸如高频溅射 和电子束(EB)真空沉积之类的通常的真空沉积来堆积组成正和负电极 的层。将按照以上方式制造的根据示例1的工II族氮化物半导体激光器元 件安装到半导体激光器件(激光器封装)中，并且进行电气测试。通过 帽状物封装气体氛围是15%的氧气和85%氮气的混合气体。将在所述混合 气体中所包含的湿度限制在100ppm (露点接近-40°C)。在70。C的高 温测试条件下，用DC 120mA的恒流源驱动所述器件，并且监测元件操作 电压。结果示出了根据示例1的元件在经过600小时之后维持在恒定元件 电压(约5.2V)的稳定操作。在图3的曲线中示出了所述结果。因此， 根据示例1的器件示出了在约13 kA/cm2的高电流密度驱动条件下的可 靠电压特性。(比较示例)作为相对示例1的比较示例，根据在示例1中使用的III族氮化物 半导体激光器元件来准备激光器封装，其中通过帽状物封装诸如在专利 文献l中引用的气体之类的不活泼气体。将激光器封装进行类似的电气 测试。不活泼气体包含约100%的氮气，并且将其中包含的湿度限制在 100ppm。作为7(TC时驱动的DC 120mA恒定电流的结果，许多元件如图4所 示迅速地增加了操作电压。(分析)示例1具有多种可能的模型，所述模型防止在比较示例中所观察到 的元件操作电压的增加。 一个模型是通过具有诸如在专利文献1中引用 的不活泼气体的帽状物封装的激光器封装。如图5所示，在绝缘层222中所包含的氢原子如箭头1所示的扩散到氮化物半导体(207、 206、 205) 中，其中作为p型杂质的氢原子和镁形成合成物。合成物的形成补偿了 Mg，以引起受主浓度的减小，并且最终引起空穴密度的减小。结果，晶 体具有高阻抗。示例1的可能模型使得封装气体的帽状物的氧成分抑制了氢原子扩 散到III族半导体激光器元件中，导致不会补偿Mg。将图1中所示的器件每一个均与图2中所示的半导体激光器元件和 帽状物中变化的气体氛围进行组装。然后驱动所述器件，并且具有了随 后去除的各个激光器元件。从每一个元件上去除了电极221和222，以 通过SIMS (二次离子质谱)分析来比较元件中的氢原子浓度。参考图5， 沿虚线箭头2从p型GaN接触层209的表面向下执行S頂S分析。在分析 中使用了三个样品。图6是示出了在封装之前的激光器元件的SIMS分析，用作参考。 图7示出了在利用具有100卯m湿度的15%的氧和85%的氮的混合气体封 帽之后，在7(TC下DC 120mA的恒定电流驱动100小时的作为示例1的 激光器元件的分析结果。图8示出了在利用具有100ppm湿度的大体上 100%的氮气封帽之后，在7(TC下DC 120mA的恒定电流驱动100小时的 作为比较示例1的激光器元件的分析结果。在图6、 7和8的每一个图中，Al的束强度迅速减小的那部分表示 有源层。在有源层的两侧上，出现p型半导体部分(较浅部分)和n型 半导体部分(较深部分)。在每一个图中，将由虚线表示的基准线(1E+19) 配置用于更加可理解的说明。参考图7，在示例1中，即在用15%的氧和85%的氮的混合气体封装 元件之后，在元件中的p型半导体部分中包含的氢原子的浓度保持不变， 即约与封装前激光元件中的浓度相同(图6)。(氢原子浓度的等于或小 于p型半导体部分处的基准线(1E+19))。此时，参考图8，在利用氮气封装的元件中，在元件中的P型半导体部分中包含的氢原子的浓度大约 是封装前的激光器元件中的四倍。(氢原子浓度远远超过P型半导体部 分处的基准线(1E+19)。)如在利用氮气封装的元件中所观察到的P型半导体部分中氢原子浓度的较大增加补偿了 P型杂质Mg，这引起在p型半导体部分处空穴密度的减小以及膜阻抗的增加，导致元件操作电压的增加。确信发生了这种 现象。如上所述，确信元件中的氢原子浓度的增加是由来自半导体激光器 外部的氢原子的扩散引起的。氢原子的主要可能来源是组成元件结构的绝缘层(图2中所示的绝缘层222)。考虑到这种情况，将常用于绝缘层 的SiOj莫进行SIMS分析以测量其氢原子浓度。所述分析揭示了在某些 情况下所述膜包含10'"/cm'i更高量级的氢原子。尽管使用常用于制造半 导体激光器元件的电子束真空沉积设备形成所测量的膜，其依赖于通过 使用诸如溅射设备之类其他方法形成的膜包含1019至10"/，:'更高量级 的氢原子的膜形成条件是足够的。这样，当向配置包含高浓度氢原子的绝缘层的激光器元件施加电 流，在绝缘层中包含的氢原子试图向半导体层扩散。然而，当封装气体 氛围包含如示例1中所述的氧时，绝缘层中的氢原子是固定的，并且不 能向半导体层扩散。确信这消除了对于p型杂质Mg的补偿。基于这种模型，执行对于封装气体氛围中包含的氧浓度以及抑制元 件操作电压增加效果的详细分析。所述结果揭示了当氧浓度是10ppm或 更多时出现本发明的有利效果。在1000ppm或以上，本发明的有利效果 变得相当显著。为什么在封装气体氛围中包含的氧成分抑制了半导体层中氢原子 的扩散并且使其固定是未知的。仍然参考图1和图5，通过在封装气体 氛围80中包含氧，即通过在围绕半导体激光器元件10的氛围气体中包 含氧，半导体层中的氢原子移动，并且将其吸引到氧。由箭头l表示的 氢原子的移动方向和氢原子的扩散方向分别彼此相对以相互抵消。确信 显然停止了氢原子的扩散。当在封装气体氛围中包含的湿度是1000ppm或以上时，如图9所示，即使当封装气体氛围包含氧时，在一些样品中观察到了元件操作电压的增加。这样，为了实现本发明的有利效果，湿度小于1000ppm,并且更 优选地，将湿度限制到500ppm或以下。这样，因为本发明的有利效果极大地依赖于在封装气体氛围中包含 的氧和湿气的浓度，封装气体氛围的压力没有具体地说明。仍然考虑随 后所述的半导体激光器件的组装设备的可工作性，优选地压力从0. 1Pa 至200kPa。在具有氧的混合气体中包含的气体种类不局限于诸如氮气之类的 不活泼气体和诸如氩气之类的稀有气体；可以选择二氧化碳时可以获得 本发明的有利效果。可选地，可以使用前述的混合气体。关于绝缘层中氢原子浓度和元件操作电压增加之间的关系，已经发 现当绝缘层中的氢原子浓度大于107，:'时，元件操作电压的增加经常 发生，并且通过如示例1中所示的封装气体氛围包含氧来足够地抑制这 种现象。尽管图1中的示意图示出了其中氮化物半导体激光器元件10和热 沉20彼此直接相连的示例，氮化物半导体激光器元件10和热沉20可以 通过其间设置的子支架(sub-mount)彼此相连。尽管在示例1中将工II族氮化物半导体激光器元件用作发光元件， 参考模型如上所述，因为确信操作电压的增加是通过在元件中包含的氢 原子引起的，如果代替地使用由诸如铝、铟、镓、砷、磷之类的III-V 族化合物半导体构成的元件也可以获得本发明的有利效果。同样在 III-V族化合物半导体的情况下，发生在组成元件结构的p型杂质Mg的 掺杂和绝缘层中包含的氢原子扩散时氢原子向着半导体接合到晶体中的 现象。这样，存在其中在元件结构中包含氢原子的情况。通过将氧引入 到封装气体氛围中，抑制了氢原子补偿p型杂质Mg。尽管己经将Si02膜解释为绝缘层，已经确认了如果使用Ti02、 Zr02、 Hf02、 Ce02、 ln20:,、 ,、 SbA、 Sn02、 TaA、 ZnO及其混合物也可以获 得本发明的有利效果。尽管在示例1中，已经例示了具有绝缘层222的电流限制路径结构 的半导体发光器件，将所述绝缘层222形成为夹住脊条结构的突出部分，本发明不局限于这种结构。可以利用具有与脊条结构的突出部分的成分相同成分、但是具有与突出部分的极性相反极性的并且包含lX107cm:i或以上浓度的氢原子的半导体层来代替绝缘层的电流限制路径结构的半 导体发光器件来获得本发明的有利效果。(示例2)将描述用于制造根据本发明的氮化物半导体激光器件的方法和组 装设备。参考图10，组装设备具有前腔室101和工作腔室102。前腔室101 使得能够将用于组装的必要构件引入到工作腔室102中，而不用将工作 腔室102打开到大气中。为此目的，前腔室IOI具有用于引入净化气体 的机构103。工作腔室102在其中具有用于组装氮化物半导体激光器件 的组装机构104，从而使得能够在外部隔离的密封空间中实现组装工作。 在前腔室101和工作腔室102之间存在用于传输组装所需的必要构件的 传输装置(未示出)。前腔室101和工作腔室102通过门109隔开。工作腔室102还具有真空机构105，用于使工作腔室102产生真 空以便使内部能够达到所需压力、所需种类的氛围气体、所需氧浓度和 所需露点；气体引入机构106,用于向工作腔室102内部填充所需的氛 围气体；排气机构107，用于将气体从器件中排放到外部；以及测量机 构108，用于检测工作腔室102中的氧浓度和露点。接下来将描述操作。首先，将组装所需的构件从外部传输到前腔室 101。关闭门109，并且在前腔室101中用净化气体来替换。然后，打开 门109，并且通过未示出的传输装置将组装所需的构件从前腔室101移 动至工作腔室102。这使得能够将组装所需的构件引入到工作腔室102 中，而无需将工作腔室102打开到大气中。接下来，关闭门109以密闭 地密封工作腔室102。将工作腔室102中的压力、氛围气体的种类和氧 浓度或露点设定为分别与上述氮化物半导体激光器件的封闭压力、封闭 氛围气体的种类、氧浓度或露点温度相同。在工作腔室102中并且在上 述气体氛围下，使用组装机构104组装半导体发光器件。这样，通过在 工作腔室102中简单地组装氮化物半导体激光器，将所述帽状物用上述气体氛围填充。本发明发现了在氮化物半导体激光器的应用，具体地在诸如提供 100mW或更多光输出的单横模类型之类的高输出器件中。这些器件通常要求在大于13kA/cm2高电流密度下驱动。本发明还发现了在使用诸如单 独的半导体层器件的半导体激光器件、具有全息元件的全息激光器件、 与例如信号检测之类的用于驱动或处理的ic芯片集成地封装的光电ic 器件以及与波导或精细光学元件集成地封装的复杂光学器件中的应用。尽管已经将氧例示为用于抑制氢原子扩散的成分，本发明不局限于 氧。再次参考图1和图5，可以使用任意气体，只要通过抵消如图5中 箭头1所示的半导体层中氢原子移动方向和氢原子的扩散方向来停止氢 原子的扩散。由于在电流电气测试期间元件操作电压的增加导致的异常性，本发 明还发现了在半导体激光器件、全息激光器件、光电IC器件、复杂光学 器件等中的应用。认为这里所述的实施例在所有方面都是说明性的而不是限制性的。 本发明的范围不应该由上述情况限定，而是由所附权利要求限定，并且 因此倾向于包括在所附权利要求的等效范围内的全部变化。
权利要求
1.一种半导体发光器件，包括引线柱；设置在引线柱上的热沉；至少一个半导体发光元件，与热沉相连；设置在引线柱上的光检测元件，用于检测来自半导体发光元件的光；与引线柱相连的帽状物，用于按照密封方式在其中封装热沉、半导体发光元件和光检测元件；其中帽状物中的气体氛围包含用于抑制在半导体发光元件中包含的氢原子扩散的成分。
2. 根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述半导体发光 元件包括绝缘层，所述绝缘层包含1X107cnri或以上浓度的氢原子。
3. 根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述半导体发光 元件包括前表面上的脊条结构，所述脊条结构形成具有只与脊条结构的突出 部分的顶部电连接的一个电极的电流限制路径结构；以及绝缘层，夹住所述脊条结构的突出部分，所述绝缘层包含 1X107cm3或以上浓度的氢原子。
4. 根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述半导体发光 元件包括前表面上的脊条结构，所述脊条结构形成具有只与脊条结构的突出 部分的顶部电连接的一个电极的电流限制路径结构；以及半导体层，夹住所述脊条结构的突出部分，所述半导体层具有大体 上与脊条结构的突出部分的成分相同的成分，同时具有与突出部分的极 性相反的极性、并且包含lX107cm'或以上浓度的氢原子。
5. 根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述用于抑制氢 原子扩散的成分包括氧。
6. 根据权利要求2所述的半导体发光器件，其中绝缘层包括包含SiO: TiO2、 Zr02、 HfO2、 Ce02、 ln20:!、歸"SbA、 Sn0" TaA和ZnO 中的至少一种的电介质。
7. 根据权利要求5所述的半导体发光器件， 含至少lOppm浓度的氧。
8. 根据权利要求1所述的半导体发光器件， 包含的湿度小于lOOOppm。
9. 根据权利要求1所述的半导体发光器件， 有从0. 1Pa至200kPa的压力。
10. 根据权利要求l所述的半导体发光器件，元件包括in族氮化物半导体发光元件。
11. 根据权利要求l所述的半导体发光器件，元件包括in-v族化合物半导体发光元件。
12. 根据权利要求1所述的半导体发光器件， 元件在其半导体层结构中包含氢原子。
13. 根据权利要求1所述的半导体发光器件， 含二氧化碳。
14. 根据权利要求l所述的半导体发光器件，含氩气。
15. —种用于制造根据权利要求1所述的半导体发光器件的方法，所述方法包括以下步骤准备制造设备，所述制造设备包括工作腔室和前腔室，所述工作腔 室具有用于组装所述半导体发光器件的机构和外部隔离的密封空间，所 述前腔室与工作腔室相连，用于临时地保持组装半导体发光器件所需的构件；将所需构件引入到前腔室中；将所需构件从前腔室移动至工作腔室，而无需将工作腔室打幵到大 气中；将工作腔室中的气体氛围用包含用于抑制半导体发光器件中包含 的氢原子扩散的成分的扩散抑制气体氛围来代替；以及其中所述气体氛围包 其中所述气体氛围中 其中所述气体氛围具 其中所述半导体发光 其中所述半导体发光 其中所述半导体发光 其中所述气体氛围包 其中所述气体氛围包在所述扩散抑制气体氛围下，在工作腔室中组装所述半导体发光器件，其中通过只在工作腔室中组装半导体发光器件来在帽状物中填充 扩散抑制气体氛围。
全文摘要
本发明提出了一种半导体发光器件及其制造方法。根据本发明，一种氮化物半导体器件包括引线柱。将热沉设置在引线柱上。至少一个氮化物半导体发光元件与热沉相连。将用于检测来自半导体发光元件的光的光检测元件设置在引线柱上。用于按照密封方式在其中封装热沉、半导体发光元件和光检测元件的帽状物与引线柱相连。帽状物中的间隔具有封装气体氛围。封装气体氛围包含用于抑制在半导体发光元件中包含的氢原子扩散的成分。本发明抑制了由于操作电压增加导致的缺陷以增加良品率，从而提高了半导体发光器件的制造生产率。
文档编号H01S5/223GK101222117SQ200710162148
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月21日 优先权日2006年12月22日
发明者石田真也, 花冈大介, 高谷邦启 申请人:夏普株式会社