專利名稱：半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于光盤系統(tǒng)、光通信系統(tǒng)等的半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
因具有pn結(jié)部分的化合物半導(dǎo)體的電子遷移而發(fā)射激光的半導(dǎo)體激光器，同固體激光器和氣體激光器比較，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電壓低，而且小型和重量輕，正在廣泛用作光盤系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)等的激光源。
這樣的半導(dǎo)體激光器具有例如，在由n型(以下，稱為「n-)。)GaAs構(gòu)成的襯底上邊，順序?qū)盈B由n-AlGaInP構(gòu)成的下包層、具有多重量子阱構(gòu)造的有源層、由p型(以下，稱為「p-)。)AlGaInP構(gòu)成的第1上包層、由p-AlGaInP和GaInP構(gòu)成的多重量子阱構(gòu)造的蝕刻阻擋層、由p-AlGaInP構(gòu)成具有條狀凸部的第2上包層、由p-GaAs構(gòu)成的接觸層、以及p-電極的構(gòu)造(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。另外，第2上包層的上面，在條狀凸部以外的部分用絕緣膜覆蓋起來(lái)。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平10-125995號(hào)公報(bào)(第0016段和圖1)盡管，在例如專利文獻(xiàn)1上記載的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器中，由于設(shè)置有由p-AlGaInP和GaInP構(gòu)成的多重量子阱構(gòu)造的蝕刻阻擋層，因而存在發(fā)光效率降低這樣問(wèn)題。按照本申請(qǐng)發(fā)明人的見(jiàn)識(shí)，可以推測(cè)，設(shè)置這樣蝕刻阻擋層的場(chǎng)合跟不設(shè)置的場(chǎng)合比較，發(fā)光效率降低約7％(參照后述的圖10)。
這是因?yàn)椋O(shè)置這樣的蝕刻阻擋層時(shí)，有源層內(nèi)應(yīng)集中的光分布擴(kuò)展到上包層一側(cè)(參照后述的圖7)，在接觸層等中發(fā)生光吸收的緣故。但是，如不設(shè)置蝕刻阻擋層的話，就會(huì)發(fā)生不能適當(dāng)進(jìn)行用以在第2上包層上形成條狀凸部的選擇蝕刻這樣的問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，在p-GaAs構(gòu)成的接觸層中的光吸收，如果加厚p-AlGaInP構(gòu)成的第2上包層使光分布不會(huì)到達(dá)接觸層的話，就可以防止或者抑制光吸收。但是，在利用具有由有條狀凸部的p-AlGaInP構(gòu)成的第2上包層與其兩側(cè)層的折射率差，使其封閉激光的波導(dǎo)機(jī)構(gòu)的引導(dǎo)激光中，使用由電阻率很高的材料構(gòu)成包層的場(chǎng)合，條狀凸部的電阻將提高，發(fā)生高輸出時(shí)的輸出特性和溫度特性惡化這樣的不良情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為解決上述現(xiàn)有問(wèn)題而做出的發(fā)明，將提供一種可在半導(dǎo)體激光器的上包層無(wú)障礙地形成條狀凸部，而且能夠抑制或者防止向上包層一側(cè)擴(kuò)展光分布，甚至于會(huì)降低對(duì)接觸層等的光汲取或者光吸收的裝置作為要解決的課題。
為解決上述課題而做出本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器具有有源層；位于有源層下側(cè)的下包層；位于有源層上側(cè)的第1上包層；位于第1上包層上側(cè)的蝕刻阻擋層；以及位于蝕刻阻擋層上側(cè)并具備條狀凸部的第2上包層，在所述凸部下方形成條狀的光波導(dǎo)的半導(dǎo)體激光器中，以蝕刻阻擋層是單層，由與所述各包層的材料不同的材料形成，而且具有與所述各包層(或，所述各上包層)的折射率大約相等的折射率為特征。另外，不設(shè)置蝕刻阻擋層的場(chǎng)合，第2上包層與第1上包層的材料不同，而且用具有與第1上包層折射率大約相等折射率的材料形成就行。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器立體圖，并切除其一部分。
圖2是圖1中所示半導(dǎo)體激光器的正視剖面圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器正視剖面圖。
圖4是表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器內(nèi)的能級(jí)或者帶隙能量分布曲線圖。
圖5是表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器內(nèi)的光分布曲線圖。
圖6是表示具備ESL的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器內(nèi)的能級(jí)或者帶隙能量分布的曲線圖。
圖7是表示具備ESL的半導(dǎo)體激光器內(nèi)的光分布的曲線圖。
圖8是表示不具備ESL的普通半導(dǎo)體激光器內(nèi)的能級(jí)或者帶隙能量分布的曲線圖。
圖9是表示不具備ESL的普通半導(dǎo)體激光器內(nèi)的光分布的曲線圖。
圖10是表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器(AlGaAs-ESL)，具備ESL的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器(AlGAInP/GaInP-ESL)以及不具備ESL的普通半導(dǎo)體激光器(無(wú)ESL)的光輸出與輸入電流的關(guān)系(P-I特性)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，邊參照附圖邊具體地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器立體圖。并且，圖2是圖1中半導(dǎo)體激光器的光波導(dǎo)近旁部分正視剖面圖。
如圖1和圖2所示，半導(dǎo)體激光器中，實(shí)質(zhì)上在由n-GaAs構(gòu)成的襯底1(以下稱為「n-GaAs1襯底」。)上邊，順序地將實(shí)質(zhì)上由n-AlGaInP構(gòu)成的下包層2(以下稱為「n-AlGaInP包層2」。)；實(shí)質(zhì)上由AlGaInP和GaInP構(gòu)成的具有多重量子阱(以下稱為「MQW」。)構(gòu)造的有源層3(以下稱為「AlGaInP/GaInPMQW有源層3」。)；實(shí)質(zhì)上由p-AlGaInP構(gòu)成的第1上包層4(以下稱為「AlGaInP第1包層4」。)；實(shí)質(zhì)上由p-AlxGa1-xAs(x為0～1范圍內(nèi)的Al組成比)構(gòu)成的單層的蝕刻阻擋層5(以下稱為「p-AlxGa1-xAs-ESL5」。)；實(shí)質(zhì)上由p-AlGaInP構(gòu)成并具備條狀凸部6的第2上包層7(以下稱為「p-AlGaInP第2包層7」。)；以及實(shí)質(zhì)上由p-GaAs構(gòu)成的接觸層8(以下稱為「p-GaAs接觸層8」。)層疊起來(lái)。
這里，除p-AlGaInP第2包層7的條狀凸部6外的部分都用絕緣膜9覆蓋起來(lái)。而且，p-GaAs接觸層8和絕緣膜9上邊，設(shè)有p-電極10。并且，n-GaAs襯底1的下面設(shè)有n-電極14。另外，在半導(dǎo)體激光器端面近旁部分形成端面窗口區(qū)11。
就該半導(dǎo)體激光器來(lái)說(shuō)，如給p-電極10與n-電極14之間施加電壓并從p-電極10向n-電極14流過(guò)閾值以上的電流，在條狀凸部6下方的AlGaInP/GaInPMQW有源層3附近就發(fā)生激光振蕩，產(chǎn)生激光12。該激光12通過(guò)在條狀凸部6下方AlGaInP/GaInPMQW有源層3附近形成的條狀光波導(dǎo)，從端面窗口區(qū)11向外部發(fā)射。
就該半導(dǎo)體激光器來(lái)說(shuō)，單層的p-AlxGa1-xAs-ESL5雖然用與各包層2、3、7的材料(AlGaInP)不同的材料形成，但是其折射率卻與各包層2、4、7的折射率大約相等。按照本發(fā)明申請(qǐng)人的見(jiàn)識(shí)，假設(shè)p-AlxGa1-xAs-ESL5的Al組成比x為0.45以上且0.9以下，p-AlxGa1-xAs折射率將與p-AlGaInP或n-AlGaInP大約相等。因此，就本半導(dǎo)體激光器來(lái)說(shuō)，把p-AlxGa1-xAs-ESL5的Al組成比x設(shè)定為0.7。
本半導(dǎo)體激光器中的各層3、4、5、7的折射率n如下。
AlGaInP/GaInPMQW有源層3n＝3.65(阱層)P-AlGaInP第1上包層4n＝3.39P-AlxGa1-xAs-ESL5n＝3.38(x＝0.7)P-AlGaInP第2包層7n＝3.39另外，現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器中的，由p-AlGaInP和GaInP構(gòu)成的MQW構(gòu)建的蝕刻阻擋層來(lái)說(shuō)其折射率n與有源層大約相等，為3.65左右。
圖4和圖5中，分別表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器中，設(shè)定p-AlxGa1-xAs-ESL5的Al組成比x為0.7，層厚為20nm時(shí)的半導(dǎo)體激光器內(nèi)能級(jí)或者帶隙能量分布(能帶構(gòu)造)和半導(dǎo)體激光器內(nèi)激光的光分布(計(jì)算結(jié)果)。
為了比較，圖6和圖7中，分別表示半導(dǎo)體激光器具備由p-AlGaInP和GaInP構(gòu)成的MQW構(gòu)造的蝕刻阻擋層的半導(dǎo)體激光器中的半導(dǎo)體激光內(nèi)的能級(jí)或者帶隙能量分布和半導(dǎo)體激光器內(nèi)的激光的光分布(計(jì)算結(jié)果)。
另外，為了參考，圖8和圖9中，分別表示不具備蝕刻阻擋層的普通半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器內(nèi)能級(jí)或者帶隙能量分布和半導(dǎo)體激光器內(nèi)的激光的光分布(計(jì)算結(jié)果)。
并且，圖10中，表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器(AlGaAs-ESL)、具備蝕刻阻擋層的上述現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器(AlGaInP/GaInP-ESL)、以及不具備蝕刻阻擋層的普通半導(dǎo)體激光器(無(wú)ESL)的光輸出與輸入電流的關(guān)系(P-I特性)(計(jì)算結(jié)果)。
由圖6和圖7很清楚，對(duì)具備由p-AlGaInp和GaInP構(gòu)成的MQW構(gòu)造蝕刻阻擋層的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器而言，光分布擴(kuò)展到上包層一側(cè)。相對(duì)于此，對(duì)實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器而言，由圖4和圖5很清楚，光分布幾乎沒(méi)有向上包層一側(cè)擴(kuò)展，跟不具備蝕刻阻擋層的普通半導(dǎo)體激光器場(chǎng)合(參照?qǐng)D8、圖9)同樣。
并且，由圖10很清楚，實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器發(fā)光效率跟不具備蝕刻阻擋層的普通半導(dǎo)體激光器場(chǎng)合同樣，與具備由p-AlGaInP和GaInP構(gòu)成的MQW構(gòu)造的蝕刻阻擋層的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器場(chǎng)合比較約高了7％。因而，實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器有益于其提高輸出(高功率)和提高效率。
另外，實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器中的上述計(jì)算結(jié)果雖然是設(shè)定p-AlxGa1-xAs-ESL5的Al組成比x為0.7時(shí)的情況，但是假設(shè)Al組成比x為0.45(n＝3.57左右)～0.9(n＝3.24左右)的范圍內(nèi)，也獲得同樣的效果。
以下，說(shuō)明本半導(dǎo)體激光器的制造方法。該半導(dǎo)體激光器的制造工序中，首先，用MOCVD法等晶體生長(zhǎng)法，在n-GaAs襯底1上邊，順序形成n-AlGaInP包層2；AlGaInP/GaInPMQW有源層3；P-AlGaInP第1包層4；p-AlxGa1-xAs-ESL5；p-AlGaInP第2包層7；以及p-GaAs接觸層8。其次，在半導(dǎo)體激光器的端面近旁，采用通過(guò)Zn擴(kuò)散使AlGaInP/GaInPMQW有源層3無(wú)序化的辦法形成端面窗口區(qū)11。而且，利用由保護(hù)層或絕緣膜等構(gòu)成且具備規(guī)定圖形的掩模，通過(guò)選擇性蝕刻p-AlGaInP第2上包層7，形成條狀凸部6。
這里，例如使用硫酸系或鹽酸系等蝕刻劑，對(duì)p-AlGaInP第2包層7進(jìn)行選擇性蝕刻。該蝕刻只要到達(dá)p-AlxGa1-xAs-ESL5就停止。接著，形成氮化膜等的絕緣膜9。進(jìn)而，通過(guò)照相制版和蝕刻法，除去條狀凸部6上的絕緣膜9，形成開(kāi)口部。然后形成用全等構(gòu)成的P-電極10和n-電極14。因此，制成半導(dǎo)體激光器。
實(shí)施例2以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器的光波導(dǎo)近旁部分的正視剖面圖。如圖3所示，對(duì)于該半導(dǎo)體激光器，在n-GaAs襯底1的上邊，順序?qū)-AlGaInP包層2；AlGaInP/GaInPMQW有源層3；P-AlGaInP第1包層4；實(shí)質(zhì)上由p-AlxGa1-xAs(x為0～1范圍內(nèi)的Al組成比)構(gòu)成且具備條狀凸部6的第2包層13(以下稱為「p-AlxGa1-xAs第2上包層13」。)；以及p-GaAs接觸層8層疊起來(lái)。
這里，除p-AlxGa1-xIhP第2包層13的條狀凸部6外的部分都用絕緣膜9覆蓋起來(lái)。而且，p-GaAs接觸層8和絕緣膜9上邊，設(shè)有p-電極10。另外，雖圖未示出，但在n-GaAs襯底1的下面設(shè)有n-電極，并且在半導(dǎo)體激光器端面近旁形成端面窗口區(qū)(參照?qǐng)D1)。
就本實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器來(lái)說(shuō)，與上述實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器場(chǎng)合同樣，如給p-電極10與n-電極之間施加電壓，從p-電極10向n-電極流過(guò)閾值以上的電流，激光在條狀凸部6下方就通過(guò)在AlGaInP/GaInPMQW有源層3附近形成的條狀光波導(dǎo)，從端面窗口區(qū)向外部發(fā)射。
就該半導(dǎo)體激光器來(lái)說(shuō)，p-AlxGa1-xAs第2包層13雖然用P-與AlGaInP第1包層4不同的材料形成，但是其折射率卻與P-AlGaInP第1包層4的折射率大約相等。按照與實(shí)施例1場(chǎng)合同樣的理由，假設(shè)p-AlxGa1-xAs第2包層13的Al組成比x為0.45以上且0.9以下，p-AlxGa1-xAs的折射率將與p-AlGaInP或n-AlGaInP的射折率大約相等。因此，就本半導(dǎo)體激光器來(lái)說(shuō)，把p-AlxGa1-xAs第2包層13的Al組成比x設(shè)定為0.7。
本半導(dǎo)體激光器中的各層3、4、13的折射率n如下。
AlGaInP/GaInPMQW有源層3n＝3.65(阱層)P-AlGaInP第1包層4n＝3.39P-AlxGa1-xAs第2包層13n＝3.38(x＝0.7)
本半導(dǎo)體激光器中，因?yàn)閜-AlxGa1-xAs第2包層13是，與例如實(shí)施例1場(chǎng)合的那種普通p-AlGaInP第2包層7n＝3.39相同程度的折射率，在半導(dǎo)體激光器內(nèi)的光分布，變成與不具備蝕刻阻擋層的普通半導(dǎo)體激光器場(chǎng)合(參照?qǐng)D8、圖9)相同程度。所以，可以推斷，其發(fā)光效率也變?yōu)榕c不具備蝕刻阻擋層的普通半導(dǎo)體激光器場(chǎng)合(參照?qǐng)D10)同樣良好，跟具備由p-AlGaInP和GaInP構(gòu)成的MQW構(gòu)造r蝕刻阻擋層的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器場(chǎng)合比較，約為高了7％。所以，實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器有益于其提高輸出和提高效率。
進(jìn)而，本實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器中，作為p-AlxGa1-xAs第2包層13的材料的p-AlxGa1-xAs跟作為現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器的上包層材料的p-AlGaInP比較，容易提高載流子濃度。因?yàn)?，通過(guò)提高載流子濃度，可以降低p-AlxGa1-xAs第2包層13的條狀凸部6的電阻，能夠提高高溫時(shí)和高輸出功率時(shí)的輸出特性。另外，實(shí)施例2中，雖然設(shè)定p-AlxGa1-xAs第2包層13的Al組成比x為0.7，但是假設(shè)Al組成比x為0.45(n＝3.57左右)～0.9(n＝3.24左右)范圍內(nèi)，也獲得同樣的效果。
以下，說(shuō)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器制造方法。該半導(dǎo)體激光器的制造工序中，首先，用MOCVD法等晶體生長(zhǎng)法，在n-GaAs襯底1上邊，順序形成n-AlGaInP包層2；AlGaInP/GaInPMQW有源層3；p-AlGaInP第1包層4；p-AlxGa1-xAs第2包層13；以及p-GaAs接觸層8。其次，在半導(dǎo)體激光器的端面近旁，采用通過(guò)Zn擴(kuò)散使AlGaInP/GaInPMQW有源層3無(wú)序化的辦法形成端面窗口區(qū)(參照?qǐng)D1)。而且，利用由保護(hù)層或絕緣膜等構(gòu)成且具備規(guī)定圖形的掩模，通過(guò)選擇性蝕刻p-AlGaInP第2上包層13，形成條狀凸部6。
這里，例如使用氫氟酸系等的蝕刻劑，對(duì)p-AlxGax-1A3第2包層13進(jìn)行選擇性蝕刻。該蝕刻要是到達(dá)P-AlGaInP第1包層4就幾乎停止。接著，形成氮化膜等的絕緣膜9。進(jìn)而，通過(guò)照相制版和蝕刻，除去條狀凸部6上的絕緣膜9，形成開(kāi)口部。然后，形成由金等構(gòu)成的P-電極10和n-電極(參照?qǐng)D1)。因此，制成半導(dǎo)體激光器。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，單層的蝕刻阻擋層由與各包層材料不同的材料形成，而且具有與各包層的折射率大約相等的折射率，因而能夠無(wú)障礙地在第2包層上形成條狀凸部，而且能夠抑制或者防止向上包層一側(cè)擴(kuò)展光分布，降低對(duì)p-GaAs接觸層等的光汲取或者光吸收。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器，具有有源層；位于有源層下側(cè)的下包層；位于有源層上側(cè)的第1上包層；位于第1上包層上側(cè)的蝕刻阻擋層；以及位于蝕刻阻擋層上側(cè)，具備條狀凸部的第2上包層，在所述凸部下方形成條狀的光波導(dǎo)，其特征是蝕刻阻擋層為單層，由與所述各包層的材料不同的材料形成，而且具有與所述各包層的折射率大約相等的折射率。
2.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征是有源層包括GaInp，所述各包層各自包括AlGaInP，蝕刻阻擋層包括任意的Al組成比x的AlxGa1-xAs。
3.按照權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征是所述Al組成比x是0.45以上。
4.一種半導(dǎo)體激光器，具有有源層；位于有源層下側(cè)的下包層；位于有源層上側(cè)的第1上包層；以及位于第1上包層上側(cè)，具備條狀凸部的第2上包層，在所述凸部下方形成條狀的光波導(dǎo)，其特征是第2上包層由與第1上包層的材料不同的材料形成，而且具有與第1上包層的折射率大約相等的折射率。
5.按照權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體激光器，其特征是有源層包括GaInP，下包層和第1上包層分別自包括AlGaInP，第2上包層包括任意的Al組成比x的AlxGa1-xAs。
6.按照權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體激光器，其特征是所述Al組成比x是0.45以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以無(wú)障礙地在半導(dǎo)體激光器的上包層上形成條狀凸部，而且能夠抑制乃至防止向上包層一側(cè)擴(kuò)展光分布的裝置。在半導(dǎo)體激光器中，n－GaAs襯底1的上邊，順序地將n－AlGaInP包層(2)、AlGaInP/GaInPMQW有源層(3)、AlGaInP第1上包層(4)、p－Al
文檔編號(hào)H01S5/20GK1499684SQ20031011969
公開(kāi)日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月6日
發(fā)明者西口晴美, 八木哲哉, 吉田保明, 哉, 明 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社