專利名稱：半導體激光器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體激光器及其制造方法，特別是涉及通過選擇生長形成波導的半導體激光器及其制造方法。
背景技術(shù)：
通過在量子阱活性層中引入應(yīng)變使價電子帶結(jié)構(gòu)變形，提高激光器特性的方法是公知的。但是，如果超過臨界應(yīng)變量地引入應(yīng)變，則由于應(yīng)變的弛豫而發(fā)生位錯，降低半導體激光器的可靠性。因此，提出了一種應(yīng)變補償型量子阱結(jié)構(gòu)，向勢壘層引入與阱層相反方向的應(yīng)變，使平均應(yīng)變量不超過臨界應(yīng)變量。在非專利文獻1、非專利文獻2、非專利文獻3中公開了在應(yīng)變補償型量子阱結(jié)構(gòu)中，在平均應(yīng)變量幾乎為零的部位，量子阱的光學特性或半導體激光器的特性良好。
并且，平均應(yīng)變量ε(average)定義為下式式1ϵ(average)=Σi=1n(ϵi×di)d,d=Σi=1ndi]]>但是，具有應(yīng)變的半導體層的數(shù)目設(shè)為j個，這些具有應(yīng)變的半導體層所夾的無應(yīng)變的半導體層的數(shù)目設(shè)為k個，n個(n＝j(luò)+k)半導體層層積而成的雙異質(zhì)臺面帶(ダブルヘテロメサストライプ)或再結(jié)合層上，第i個半導體層的應(yīng)變量為εi，第i個半導體層的厚度為di。
另一方面，全選擇MOVPE(金屬有機物氣相外延生長Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)生長的半導體激光器(ASM-LDAllSelective MOVPE grown Laser Diode)具有不需要進行蝕刻工序即可制造掩埋式異質(zhì)構(gòu)(BHBuried Heterostructure)的特點。
圖8表示非專利文獻4所述的ASM-LD的結(jié)構(gòu)圖。在將(001)面作為生長面的n型InP基板1上形成包括應(yīng)變多重量子阱活性層3a的雙異質(zhì)臺面帶6(以下稱為DH臺面帶)，被p型InP電流塊層7、n型InP電流塊層8掩埋。并且，其上形成有p型InP包層9、p型InGaAs接觸層10。并且，為了在DH臺面帶6兩側(cè)的預定位置降低寄生電容，形成深達n型InP基板1的2條溝道，該2條溝道將包括DH臺面帶6的脊部區(qū)域與其兩側(cè)區(qū)域分開。并且，在下表面形成n型電極11，在上表面形成通過設(shè)在絕緣膜上的開口部并連接著的p型電極12。
其次，圖9表示制造工序。首先，在以(001)面為生長面的n型InP基板1上沿[110]方向形成兩個帶狀氧化硅掩模13(掩模寬度5μm)。在此，該兩個帶狀氧化硅掩模13作為選擇生長的生長阻止掩模，因此兩個氧化硅掩模13所夾的窄幅部14和兩個氧化硅掩模13的兩個外側(cè)的寬幅部15是可以選擇生長的區(qū)域(圖9(a))。
并且，在該窄幅部14制造由選擇MOVPE生長而成的n型InP緩沖層18、應(yīng)變多重量子阱活性層3a、p型InP保護層5所構(gòu)成的作為第1半導體層積體的DH臺面帶6。并且，在該選擇MOVPE生長的同時，在寬幅部15也形成作為第2半導體層積體的再結(jié)合層16(圖9(b))。
其次，在自動對準工序中，僅在DH臺面帶6的頂端形成新的氧化硅掩模17(圖9(c))，將其作為生長阻止掩模，選擇生長p型InP電流塊層7、n型InP電流塊層8(圖9(d))。并且，去除氧化硅掩模17后，使p型InP包層9和p型InGaAs接觸層10進行結(jié)晶生長(圖9(e))。其后，形成深達n型InP基板的2條溝道，在下表面形成n型電極，在上表面形成p型電極等，完成半導體激光器。
非專利文獻1第11回インジウム·リンとそれに関連すゐ材料の國際會議技術(shù)摘要47頁、MoB1-2、1999年5月16日非專利文獻2エレクトロニクス·レタ一ズ第27卷、第14號、1991年、1268～1270頁非專利文獻3アプライド·フイジツクス·レタ一ズ第58卷、1991年、1952～1954頁非專利文獻4電子材料1999年、11月號、32～36頁非專利文獻5ジヤ一ナル·オブ·エレクトロニツク·マテリアルズ第25卷、第3號、1996年、401～406頁非專利文獻6アイ·イ一·イ一·イ一·ジヤ一ナル·オブ·カンタム·エレクトロニクス第35卷、1999年、771～782頁非專利文獻7ジヤ一ナル·クリスタル·ダロウス第27卷、1974年、118～125頁發(fā)明內(nèi)容在ASM-LD中，相鄰的半導體激光器元件的間隔例如為500μm左右時，如圖10所示，在一對氧化硅掩模13的兩個外側(cè)形成寬度為490μm左右的寬幅部15。因此，在窄幅部14上使包括量子阱活性層的、作為第1半導體層積體的DH臺面帶選擇生長時，同時在該寬幅部15上形成與DH臺面帶的成分和厚度不同的、作為第2半導體層積體的再結(jié)合層。該部分的形狀為如圖9(e)所示，InP的pnpn的可控硅結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電流塊層上插入了InP能帶隙小的再結(jié)合層16，使作為pnpn可控硅的柵極電流起作用的載流子在該層再結(jié)合，由此降低構(gòu)成可控硅的npn晶體管的電流增益。其結(jié)果是抑制可控硅的導通動作，提高電流塊特性。
但是，如果使在窄幅部上選擇生長的DH臺面帶6進行生長以使其平均應(yīng)變量ε1(average)變?yōu)闊o應(yīng)變(ε1(average)＝0)，則形成在寬幅部的再結(jié)合層16的平均應(yīng)變量ε2(average)變?yōu)槔鞈?yīng)變(ε2(average)＜0)，由于各生長層的厚度或成分等，平均應(yīng)變量ε2(average)就會超過臨界應(yīng)變量ε2(critical)。其結(jié)果是，產(chǎn)生在再結(jié)合層16上產(chǎn)生晶格弛豫導致的位錯，漏電流的增加導致的激光器特性的惡化或位錯向量子阱活性層3a伸長、降低可靠性的問題。
本發(fā)明的半導體激光器，在半導體基板上具有雙異質(zhì)臺面帶，作為第1半導體層積體，通過選擇生長形成，至少包括量子阱活性層；以及再結(jié)合層，作為第2半導體層積體，在上述選擇生長時，在上述雙異質(zhì)臺面帶的兩側(cè)離開一定距離地同時形成，其特征在于，在將平均應(yīng)變量ε(average)、臨界應(yīng)變量ε(critical)定義為下式的情況下式2ϵ(average)=Σi=1n(ϵi×di)d,d=Σi=1ndi]]>其中，具有應(yīng)變的半導體層的數(shù)目為j個，這些具有應(yīng)變的半導體層所夾的無應(yīng)變的半導體層的數(shù)目為k個，在n個(n＝j(luò)+k)半導體層層積而成的雙異質(zhì)臺面帶或再結(jié)合層中，第i個半導體層的應(yīng)變量為εi，第i個半導體層的厚度為di，式3ϵ(critical)=b4πd·(1-p·(cosα)^2)(1+p)·cosλ·{ln(4db)+1}]]>則其中，b為伯格斯矢量、p為泊松比、α是伯格斯矢量與位錯線所成的角、λ是滑移方向與垂直于滑移面和層積面的交線且在層積面內(nèi)的方向所成的角，上述雙異質(zhì)臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)是小于等于臨界應(yīng)變量ε1(critical)的壓縮應(yīng)變(ε1(critical)≥ε1(average)＞0)，且上述再結(jié)合層的平均應(yīng)變量ε2(average)是小于等于臨界應(yīng)變量ε2(critical)的拉伸應(yīng)變(-ε2(critical)≤ε2(average)＜0)或無應(yīng)變(ε2(average)＝0)。
另外，在非專利文獻7中公開了上述臨界應(yīng)變量的定義式。
并且，本發(fā)明的半導體激光器的制造方法，包括以下工序在半導體基板上形成一對帶狀電介質(zhì)掩模，在由上述電介質(zhì)掩模所夾的窄幅部上形成包括活性層、作為第1半導體層積體的雙異質(zhì)臺面帶，同時在上述電介質(zhì)掩模的兩個外側(cè)的寬幅部上形成作為第2半導體層積體的再結(jié)合層，其特征在于，在將平均應(yīng)變量ε(average)、臨界應(yīng)變量ε(critical)定義為下式的情況下式4ϵ(average)=Σi=1n(ϵi×di)d,d=Σi=1ndi]]>其中，具有應(yīng)變的半導體層的數(shù)目為j個，這些具有應(yīng)變的半導體層所夾的無應(yīng)變的半導體層的數(shù)目為k個，在n個(n＝j(luò)+k)半導體層層積而成的雙異質(zhì)臺面帶或再結(jié)合層中，第i個半導體層的應(yīng)變量為εi，第i個半導體層的厚度為di，則式5ϵ(critical)=b4πd·(1-p·(cosα)^2)(1+p)·cosλ·{ln(4db)+1}]]>其中，b為伯格斯矢量、p為泊松比、α是伯格斯矢量與位錯線所成的角、λ是滑移方向與垂直于滑移面和層積面的交線且在層積面內(nèi)的方向所成的角，上述雙異質(zhì)臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)是小于等于臨界應(yīng)變量ε1(critical)的壓縮應(yīng)變(ε1(critical)≥ε1(average)＞0)，且上述再結(jié)合層的平均應(yīng)變量ε2(average)是小于等于臨界應(yīng)變量ε2(critical)的拉伸應(yīng)變(-ε2(critical)≤ε2(average)＜0)或無應(yīng)變(ε2(average)＝0)。
(作用)圖11是表示非專利文獻5中記載的選擇生長的機構(gòu)的縮略圖。
在選擇生長包含Al、Ga、In的半導體層的情況下，窄幅部14以(1)縱方向的氣相擴散、(2)橫方向的氣相擴散、(3)來自電介質(zhì)掩模13表面的遷移這三種途徑供給生長種，決定成分、厚度。另一方面，寬幅部15主要以(1)縱方向的氣相擴散供給生長種。并且，與Al、Ga生長種的擴散長度相比，In生長種的擴散長度短，因此，窄幅部14的生長層與寬幅部15的生長層相比，In過剩，并且，層厚也變厚(d＞d0)。因此，如果使在窄幅部生長的DH臺面帶6進行生長以使其平均應(yīng)變量ε1(average)變?yōu)闊o應(yīng)變(ε1(average)＝0)，則在寬幅部15上生長的再結(jié)合層16的平均應(yīng)變量ε2(average)由于In成分變小而變成拉伸應(yīng)變(ε2(average)＜0)。并且，由于生長條件，再結(jié)合層16的平均應(yīng)變量ε2(average)超過臨界應(yīng)變量ε(critical)(-ε2(critical)＞ε2(average))，引起晶格弛豫。因此通過將DH臺面帶6的平均應(yīng)變量ε1(average)在臨界應(yīng)變量ε2(critical)以內(nèi)向壓縮應(yīng)變側(cè)移動，能夠降低再結(jié)合層16的拉伸應(yīng)變。其結(jié)果是，能夠?qū)挿康脑俳Y(jié)合層16的平均應(yīng)變量ε2(average)抑制在臨界應(yīng)變量ε2(critical)以內(nèi)，能夠抑制晶格弛豫引起的位錯。
根據(jù)本發(fā)明，雙異質(zhì)臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)在臨界應(yīng)變量ε2(critical)以內(nèi)向壓縮應(yīng)變側(cè)移動，由此能夠在以選擇生長形成雙異質(zhì)臺面帶時，將在其兩側(cè)離開一定距離地同時形成的再結(jié)合層的拉伸應(yīng)變量ε2(average)降低到臨界應(yīng)變量ε2(critical)以內(nèi)。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)一種抑制再結(jié)合層的晶格弛豫，抑制了漏電流的高可靠性的半導體激光器。


圖1是本發(fā)明的第1實施方式的半導體激光器的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示本發(fā)明的第1實施方式的半導體激光器的制造方法的工序圖。
圖3是在本發(fā)明的第1實施方式中，關(guān)于DH臺面帶和寬幅部的再結(jié)合層，表示具有應(yīng)變的生長層的平均應(yīng)變量和生長層厚的關(guān)系的計算結(jié)果。
圖4是在DH臺面帶的平均應(yīng)變量變?yōu)榱愕陌雽w激光器中，關(guān)于DH臺面帶和寬幅部的再結(jié)合層，表示具有應(yīng)變的生長層的平均應(yīng)變量和生長層厚的關(guān)系的計算結(jié)果。
圖5是本發(fā)明的第2實施方式的半導體激光器的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖6是在本發(fā)明的第2實施方式中，關(guān)于DH臺面帶和寬幅部的再結(jié)合層，表示具有應(yīng)變的生長層的平均應(yīng)變量和生長層厚的關(guān)系的計算結(jié)果。
圖7是表示DH臺面帶和再結(jié)合層的平均應(yīng)變量的電介質(zhì)掩模寬度(窄幅部和寬幅部的距離)的相關(guān)性的計算結(jié)果。
圖8是非專利文獻4所述的ASM-LD的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示非專利文獻4所述的ASM-LD的制造方法的工序圖。
圖10是表示窄幅部和寬幅部的關(guān)系的概略圖。
圖11是表示非專利文獻5中記載的選擇生長的機構(gòu)的縮略圖。
具體實施例方式
(第1實施方式)圖1是本發(fā)明的第1實施方式的半導體激光器的截面結(jié)構(gòu)。
n型InP(001)基板1(載流子濃度n＝2×1018cm-3)上形成作為第1半導體層積體的雙異質(zhì)(Double Hetero)臺面帶6(以下稱為DH臺面帶)，該雙異質(zhì)臺面帶由n型AlGaInAs光密封層2(厚度d＝40nm、無應(yīng)變、n＝1×1018cm-3)、阱層(d＝6nm、應(yīng)變量ε＝+1.4％、阱數(shù)Nw＝10)和勢壘層(d＝10nm、ε＝-0.6％、勢壘數(shù)Nb＝9)為AlGaInAs層的應(yīng)變補償型多重量子阱活性層3、p型AlGaInAs光密封層4(d＝40nm、無應(yīng)變、載流子濃度p＝1×1018cm-3)以及p型InP保護層5(d＝300nm、p＝1×1018cm-3)構(gòu)成，被p型InP電流塊層7(d＝600nm、p＝5×1017cm-3)、n型InP電流塊層8(d＝600nm、p＝1×1018cm-3)掩埋。并且，在其上形成p型InP包層9(d＝1600nm、p＝1×1018cm-3)、p型InGaAs接觸層10(d＝300nm、無應(yīng)變、p＝1×1019cm-3)，還在下表面上形成n側(cè)電極11、在上表面形成p側(cè)電極12。并且，在DH臺面帶6的兩側(cè)離開一定距離地形成作為第2半導體層積體的再結(jié)合層16。
其次，圖2表示制造工序。
結(jié)晶生長使用MOVPE法，原料使用三甲基鋁(TMAl)、三甲基鎵(TMGa)、三甲基銦(TMIn)、砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)。并且，作為n型和p性的摻雜原料分別使用乙硅烷(Si2H6)和二甲基鋅(DMZn)。以載流子氣體為氫，生長壓力為100hPa的條件進行。
首先，在以(001)面作為生長面的n型InP基板1上以熱CVD堆積厚為100nm的氧化硅膜。并且，使用普通的光刻技術(shù)加工成寬度為5μm、窄幅部14的開口寬度為1.6μm的一對帶狀氧化硅掩模13。在此，該兩個氧化硅掩模13作為選擇生長的生長阻止掩模，因此兩個氧化硅掩模13所夾的窄幅部14和2個氧化硅掩模13的兩個外側(cè)的寬幅部15作為可以選擇生長的區(qū)域(圖2(a))。帶的方向為[110]方向。并且，相鄰半導體激光器的元件間隔(相鄰窄幅部間的間隔)(未圖示)設(shè)定為500μm，因此寬幅部1的寬度為大約488μm。
其次，將該n型InP基板1配置到MOVPE裝置(未圖示)中，通過選擇生長形成由n型AlGaInAs光密封層2、應(yīng)變補償型多重量子阱活性層3、p側(cè)AlGaInAs光密封層4、p型InP保護層5構(gòu)成的DH臺面帶6。
此時，通過促進(111)B面的p型InP保護層5的生長速度，用p型InP層5覆蓋n型AlGaInAs光密封層2、應(yīng)變補償型多重量子阱活性層3、以及p側(cè)AlGaInAs光密封層4的(111)B面，即使在其后的工序中將基板曝曬于大氣中，也能夠抑制含有鋁的層被氧化。
并且，在該選擇MOVPE生長時，同時在寬幅部15也生長與窄幅部4上生長的n型AlGaInAs光密封層2、應(yīng)變補償型多重量子阱活性層3、p側(cè)AlGaInAs光密封層4、p型InP保護層5相對應(yīng)的、作為半導體層積體的再結(jié)合層16，但各生長層的成分和厚度不同(圖2(b))。
其后，將其從MOVPE裝置(未圖示)取出，通過自動對準工序僅在臺面頂端形成氧化硅掩模17(圖2(c))。
其次，再次將其配置到MOVPE裝置(未圖示)中，利用選擇生長形成p型InP電流塊層7、n型InP電流塊層8(圖2(d))。其后，將其從MOVPE裝置(未圖示)取出，去除氧化硅掩模后，利用第三次MOVPE生長，生長p型InP包層9、p型InGaAs接觸層10，其后分別進行n型InP基板1的研磨，n側(cè)電極11和p側(cè)電極12的形成，能夠制造出圖1所示的半導體激光器。
第1實施方式的特征是通過將DH臺面帶6的平均應(yīng)變量ε1(average)在臨界應(yīng)變量ε1(critical)以內(nèi)向壓縮應(yīng)變側(cè)移動，降低寬幅部的再結(jié)合層16的拉伸應(yīng)變量ε2(average)，抑制晶格弛豫。其結(jié)果如圖3、圖4所示。
圖3、圖4是關(guān)于DH臺面帶6和再結(jié)合層16，表示具有應(yīng)變的生長層的平均應(yīng)變量和生長層厚的關(guān)系的計算結(jié)果。黑點所示的點是順次生長各半導體層后的平均應(yīng)變量(％)和累積的生長層厚(nm)，表示從具有應(yīng)變的生長層的第1層開始順次生長到具有應(yīng)變的最終生長層的結(jié)果。
在第1實施方式的情況下，在DH臺面帶6中，阱層和勢壘層是具有應(yīng)變的生長層，在再結(jié)合層16中，相當于光密封層2、4、阱層、勢壘層的半導體層是具有應(yīng)變的生長層。為了參考，也用實線表示臨界應(yīng)變量和臨界膜厚的關(guān)系。在生長至具有應(yīng)變的最終層時，表示平均應(yīng)變量和累積的生長層厚的黑點位于實線的上側(cè)時，表示其生長層超過了應(yīng)變量/膜厚的臨界值，有可能產(chǎn)生應(yīng)變的弛豫導致的位錯。圖3是第1實施方式所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果，圖4是在第1實施方式所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，勢壘層的應(yīng)變量為-0.93％，非專利文獻1至3所述，DH臺面帶中的平均應(yīng)變量ε1(average)幾乎為無應(yīng)變(ε1(average)＝0)的結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果。在此，在如圖4所示DH臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)幾乎為無應(yīng)變(ε1(average)＝0)時，再結(jié)合層的平均應(yīng)變量ε2(average)超過拉伸應(yīng)變側(cè)的臨界應(yīng)變量，會產(chǎn)生晶格弛豫導致的位錯。但是，對此，在圖3(本發(fā)明的結(jié)構(gòu))中，DH臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)向壓縮應(yīng)變側(cè)移動，再結(jié)合層的平均應(yīng)變量ε2(average)隨之減少(向圖中右側(cè)移動)。其結(jié)果是將DH臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)和再結(jié)合層的平均應(yīng)變量ε2(average)雙方控制在臨界應(yīng)變量以下。
并且，應(yīng)變的控制通過改變原料的供給量來進行。
在實施方式1中所用的AlGaInAs層的情況下，通過增加TMIn的供給量或減少TMAl、TEGa的供給量來增加生長層的In成分，由此能夠賦予壓縮應(yīng)變。相反地，通過減少TMIn的供給量或增加TMAl、TEGa的供給量來減少生長層In成分，由此能夠賦予拉伸應(yīng)變。但是，如果僅僅單純地變化In成分，則能帶隙與應(yīng)變量一并變化。在量子阱活性層的阱的情況下，能帶隙變化，激光器的振蕩波長變化。因此，有必要在變化In成分而改變應(yīng)變量時一并變化Al或Ga的成分，以使能帶隙不改變。
作為其中一例，下表表示非專利文獻6記載的根據(jù)AlGaInAs能帶隙的成分依賴性和2元半導體晶格常數(shù)計算出的波長為1um的AlGaInAs在無應(yīng)變與-0.6％拉伸應(yīng)變的情況下的成分。
無應(yīng)變和具有-0.6％拉伸應(yīng)變的波長為1um的AlGaInAs層的成分

(第2實施方式)圖5是本發(fā)明的第2實施方式的半導體激光器的截面結(jié)構(gòu)。
n型InP(001)基板1(載流子濃度n＝2×1018cm-3)上形成作為第1半導體層積體的DH臺面帶6，該雙異質(zhì)臺面帶由n型AlGaInAs應(yīng)變光密封層2a(厚度d＝40nm、應(yīng)變量ε＝+0.31％、n＝1×1018cm-3)、阱層(d＝6nm、ε＝+1.4％、阱數(shù)Nw＝10)和勢壘層(d＝10nm、應(yīng)變量ε＝-0.93％、勢壘數(shù)Nb＝9)為AlGaInAs層的應(yīng)變補償型多重量子阱活性層3、p型AlGaInAs應(yīng)變光密封層4a(厚度d＝40nm、ε＝+0.31％、載流子濃度p＝1×1018cm-3)以及p型InP保護層5(d＝300nm、p＝1×1018cm-3)構(gòu)成，被p型InP電流塊層7(d＝600nm、p＝5×1017cm-3)、n型InP電流塊層8(d＝600nm、p＝1×1018cm-3)掩埋。并且，在形成p型InP包層9(d＝1600nm、p＝1×1018cm-3)、p型InGaAs接觸層10(d＝300nm、無應(yīng)變、p＝1×1019cm-3)，還下表面上形成n側(cè)電極11、在上表面形成p側(cè)電極12。并且，在DH臺面帶6的兩側(cè)分離地形成作為第2半導體層積體的再結(jié)合層16。
在此，與第1實施方式的不同點是，勢壘層的應(yīng)變量從-0.6％增加到-0.93％這一點，以及光密封層2a、4a的應(yīng)變量從無應(yīng)變變?yōu)?0.31％的壓縮應(yīng)變這一點。這樣，通過使勢壘層的拉伸應(yīng)變增加，應(yīng)變補償型量子阱活性層3的平均應(yīng)變量幾乎為零，通過向光密封層2a、4a重新施加壓縮應(yīng)變，將DH臺面帶6的平均應(yīng)變量ε1(average)和再結(jié)合層16的平均應(yīng)變量ε2(average)抑制在臨界應(yīng)變量以下。
圖6是在本發(fā)明的第2實施方式中，關(guān)于DH臺面帶和寬幅部的再結(jié)合層，表示具有應(yīng)變的生長層的平均應(yīng)變量和生長層厚的關(guān)系的計算結(jié)果。在第2實施方式的情況下，在DH臺面帶6中，光封閉層2a、4a、阱層和勢壘層是具有應(yīng)變的生長層，在再結(jié)合層16中，與DH臺面帶6的光密封層2a、4a、阱層以及勢壘層相當?shù)陌雽w層是具有應(yīng)變的生長層。
如圖6所示，DH臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)和再結(jié)合層16的平均應(yīng)變量ε2(average)通過施加給光密封層的壓縮應(yīng)變，與圖4相比一并向壓縮應(yīng)變側(cè)移動，其結(jié)果是一并變?yōu)榕R界應(yīng)變量以下。
圖7表示DH臺面帶和再結(jié)合層的平均應(yīng)變量對于電介質(zhì)掩模的寬度(窄幅部和寬幅部的距離)的相關(guān)性。調(diào)整生長條件，以使即使改變掩模寬度，DH臺面帶的光密封層、應(yīng)變補償型量子阱活性層，也是相同應(yīng)變量、厚度。作為活性層的結(jié)構(gòu)，阱層為厚4nm、+1.4％的壓縮應(yīng)變，阱數(shù)為7、勢壘層為厚8nm、-0.2％的拉伸應(yīng)變。該結(jié)構(gòu)是平均應(yīng)變量為0.389％、靠近臨界應(yīng)變的0.414％的值。并且，AlGaInAs光密封層為20nm。
如圖7所示，隨著掩模寬度變大，再結(jié)合層的平均應(yīng)變量移動至拉伸應(yīng)變側(cè)。其結(jié)果是，如果掩模寬度超過15μm，則再結(jié)合層的平均應(yīng)變量超過臨界應(yīng)變量，可能會產(chǎn)生晶格弛豫。因此作為用于選擇生長的電介質(zhì)的掩模寬度，優(yōu)選設(shè)定為大于零且小于等于15μm。
以下詳細說明圖7的結(jié)果，在以相同生長條件進行生長的情況下，在窄幅部14上生長的AlGaInAs層(光密封層、阱層、勢壘層)隨著掩模寬度的增加，In成分增加，壓縮應(yīng)變量增加。這是因為，以(2)橫方向的氣相擴散和(3)來自電介質(zhì)掩模表面的生長種的遷移的方式提供的In生長種的增加率比Al或Ga生長種的增加率大。另一方面，在寬幅部15上生長的再結(jié)合部16以(1)縱方向的氣相擴散提供生長中，因此如果生長條件相同，則不管掩模寬度如何，能夠?qū)臃e相同的生長層。因此，在窄幅部14上生長的DH臺面帶的應(yīng)變量不管掩模寬度如何都是一定的，因此，隨著掩模寬度變大，需要通過調(diào)整生長條件將再結(jié)合層16的應(yīng)變量設(shè)定在拉伸應(yīng)變側(cè)。其結(jié)果是變成圖7所示關(guān)系。
并且，在圖7中，在掩模寬度為4μm以下的區(qū)域中，再結(jié)合層上也施加有壓縮應(yīng)變。這是由于雖然與生長的DH臺面帶的結(jié)構(gòu)相關(guān)，但是還是小于等于DH臺面帶的壓縮應(yīng)變量，且小于等于臨界應(yīng)變量，因此不會成為問題。
并且，本發(fā)明在AlInAs或AlGaInAs等含有Al和In的生長類中尤其有效。這是因為，在圖10所示的生長機構(gòu)中，以(2)橫方向的氣相擴散和(3)來自電介質(zhì)掩模表面的生長種的遷移的方式提供的In生長種的增加率與Al生長率的增加率的差特別大。
(符號說明)1…n型Inp基板2…n型AlGaInAs光密封層2a…n型AlGaInAs應(yīng)變光密封層3…應(yīng)變補償型多重量子阱活性層3a…應(yīng)變多重量子阱活性層4…p型AlGaInAs光密封層4a…p型AlGaInAs應(yīng)變光密封層5…p型InP保護層6…DH臺面帶7…p型InP電流塊層8…n型InP電流塊層9…p型InP包層10…p型InGaAs接觸層11…n側(cè)電極12…p側(cè)電極13…氧化硅掩模14…窄幅部15…寬幅部16…再結(jié)合層17…氧化硅掩模
權(quán)利要求
1.一種半導體激光器，在半導體基板上具有雙異質(zhì)臺面帶，作為第1半導體層積體，通過選擇生長形成，至少包括量子阱活性層；以及再結(jié)合層，作為第2半導體層積體，在上述選擇生長時在上述雙異質(zhì)臺面帶的兩側(cè)離開一定距離地同時形成，其特征在于，在將平均應(yīng)變量ε(average)、臨界應(yīng)變量ε(critical)定義為下式的情況下式1ϵ(average)=Σi=1n(ϵi×di)d,d=Σi=1ndi]]>其中，具有應(yīng)變的半導體層的數(shù)目為j個，這些具有應(yīng)變的半導體層所夾的無應(yīng)變的半導體層的數(shù)目為k個，在n個(n＝j(luò)+k)半導體層層積而成的雙異質(zhì)臺面帶或再結(jié)合層中，第i個半導體層的應(yīng)變量為εi，第i個半導體層的厚度為di，則式2ϵ(critical)=b4πd·(1-p·(cosα)^2)(1+p)·cosλ·{ln(4db)+1}]]>其中，b為伯格斯矢量、p為泊松比、α是伯格斯矢量與位錯線所成的角、λ是滑移方向與垂直于滑移面和層積面的交線且在層積面內(nèi)的方向所成的角，上述雙異質(zhì)臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)是小于等于臨界應(yīng)變量ε1(critical)的壓縮應(yīng)變(ε1(critical)≥ε1(average)＞0)，且上述再結(jié)合層的平均應(yīng)變量ε2(average)是小于等于臨界應(yīng)變量ε2(critical)的拉伸應(yīng)變(-ε2(critical)≤ε2(average)＜0)或無應(yīng)變(ε2(average)＝0)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體激光器，其特征在于，上述選擇生長層至少包括光密封層和量子阱活性層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導體激光器，其特征在于，上述選擇生長層含有AlInAs或AlGaInAs。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的半導體激光器，其特征在于，上述雙異質(zhì)臺面帶和上述再結(jié)合層之間的距離小于等于15μm。
5.一種半導體激光器的制造方法，包括以下工序在半導體基板上形成一對帶狀電介質(zhì)掩模，在由上述電介質(zhì)掩模所夾的窄幅部上形成包括活性層、作為第1半導體層積體的雙異質(zhì)臺面帶，同時在上述電介質(zhì)掩模的兩個外側(cè)的寬幅部上形成作為第2半導體層積體的再結(jié)合層，其特征在于，在將平均應(yīng)變量ε(average)、臨界應(yīng)變量ε(critical)定義為下式的情況下式3ϵ(average)=Σi=1n(ϵi×di)d,d=Σi=1ndi]]>其中，具有應(yīng)變的半導體層的數(shù)目為j個，這些具有應(yīng)變的半導體層所夾的無應(yīng)變的半導體層的數(shù)目為k個，在n個(n＝j(luò)+k)半導體層層積而成的雙異質(zhì)臺面帶或再結(jié)合層中，第i個半導體層的應(yīng)變量為εi，第i個半導體層的厚度為di，則式4ϵ(critical)=b4πd·(1-p·(cosα)^2)(1+p)·cosλ·{ln(4db)+1}]]>其中，b為伯格斯矢量、p為泊松比、α是伯格斯矢量與位錯線所成的角、λ是滑移方向與垂直于滑移面和層積面的交線且在層積面內(nèi)的方向所成的角，上述雙異質(zhì)臺面帶的平均應(yīng)變量ε1(average)是小于等于臨界應(yīng)變量ε1(critical)的壓縮應(yīng)變(ε1(critical)≥ε1(average)＞0)，且上述再結(jié)合層的平均應(yīng)變量ε2(average)是小于等于臨界應(yīng)變量ε2(critical)的拉伸應(yīng)變(-ε2(critical)≤ε2(average)＜0)或無應(yīng)變(ε2(average)＝0)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導體激光器的制造方法，其特征在于，上述選擇生長層至少包括光密封層和量子阱活性層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導體激光器，其特征在于，上述選擇生長層含有AlInAs或AlGaInAs。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的半導體激光器，其特征在于，上述雙異質(zhì)臺面帶和上述再結(jié)合層之間的距離大于零小于等于15μm。
全文摘要
目的在于實現(xiàn)一種在利用選擇MOVPE生長制造的半導體激光器中，抑制在寬幅部生長的再結(jié)合部的晶格弛豫，抑制漏電流，高可靠性的半導體激光器。利用選擇MOVPE生長制造半導體激光器時，通過作為氧化硅掩模13的間隙的窄幅部14上外延生長的DH臺面帶6的平均應(yīng)變量在不會引起晶格弛豫的范圍內(nèi)向壓縮應(yīng)變側(cè)移動，降低在寬幅部15生長的再結(jié)合層16的拉伸壓縮。
文檔編號H01S5/00GK1886877SQ20048003529
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者小林隆二 申請人:日本電氣株式會社