專利名稱：半導(dǎo)體激光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器件及其制造方法，該半導(dǎo)體激光器件中在一個襯底上形成有多個不同波長的半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
近年來，DVD(數(shù)字化通用盤)已經(jīng)廣泛地開始用作能夠記錄/再現(xiàn)動態(tài)畫面的光盤，且用戶要求驅(qū)動單元也能夠利用常規(guī)CD(微型盤)中記錄的信息的記錄/再現(xiàn)。對DVD的記錄/再現(xiàn)需要具有發(fā)射波長在650nm波段的紅光激光器件，對CD的記錄/再現(xiàn)需要具有發(fā)射波長在780nm波段的紅外激光器件。常規(guī)地，光學(xué)拾取裝置由紅光激光器和紅外激光器分立地構(gòu)成，因此很難減小拾取裝置的尺寸和成本。因而需要能夠以一個激光器封裝產(chǎn)生紅光和紅外激光的激光器件。
作為能夠以一個激光器封裝產(chǎn)生紅光和紅外光激光兩者的激光器件，提出了一種混合型多波長激光器件，其中紅光激光器芯片和紅外激光器芯片組裝在一個封裝中，并且還提出了一種整體型多波長激光器件，其中發(fā)射紅光的激光器結(jié)構(gòu)和發(fā)射紅外光的激光器結(jié)構(gòu)制作在一個襯底上。它們當(dāng)中，對于混合型多波長激光器件來說很難改善雙發(fā)光位置的精度，因為兩個激光芯片組裝在一個封裝中。因此發(fā)光位置精度高的整體型多波長激光器件得到廣泛地使用。
圖9表示整體型激光器件的截面圖。在圖9所示的整體型激光器件(monolithic type laser device)中，第一半導(dǎo)體激光器17由AlGaAs基材料構(gòu)成，第二半導(dǎo)體激光器18由AlGaInP基材料構(gòu)成。該激光器件的制造方法例如在JP2000-244060A中有所公開。下面給予簡要說明。
首先，如圖10A所示，在n型GaAs襯底1上相繼層疊n型GaAs緩沖層2、n型AlGaAs包層(cladding layer)3、有源層(發(fā)射波長為780nm的多量子阱結(jié)構(gòu))4、p型AlGaAs包層5和p型GaAs蓋層6，并形成隨后將成為第一半導(dǎo)體激光器17的半導(dǎo)體疊層。接下來，利用抗蝕劑膜等對將剩下作為第一半導(dǎo)體激光器17的區(qū)域構(gòu)圖，之后，通過濕蝕刻去除從p型GaAs蓋層6到n型AlGaAs包層3的層，其中濕蝕刻是基于硫酸的非選擇性蝕刻和基于HF的AlGaAs選擇性蝕刻等，如圖10B所示。
接下來，為了形成第二半導(dǎo)體激光器18，如圖11C所示，在整個表面上依次疊置n型InGaP緩沖層8、n型AlGaInP包層9、有源層(發(fā)射波長為650nm的多量子阱結(jié)構(gòu))10、p型AlGaInP包層11和p型GaAs蓋層12。接下來，用抗蝕劑膜等保護將剩下作為第二半導(dǎo)體激光器18的區(qū)域，之后，如圖11D所示，通過蝕刻去除對第二半導(dǎo)體激光器18不必要的半導(dǎo)體疊層，該疊層疊置在第一半導(dǎo)體激光器17上以及位于第一和第二半導(dǎo)體激光器件17和18之間的元件隔離部分中。結(jié)果，第一半導(dǎo)體激光器17的區(qū)域與第二半導(dǎo)體激光器18的區(qū)域被隔開，剩下n型GaAs襯底1和n型GaAs緩沖層2。
隨后，如圖11E所示，通過蝕刻去除第一半導(dǎo)體激光器17的從p型GaAs蓋層6到p型包層5的途中的層，形成條狀脊結(jié)構(gòu)。同樣，通過蝕刻去除第二半導(dǎo)體激光器18的從p型GaAs蓋層12到p型包層11途中的層，形成條狀脊結(jié)構(gòu)。接著，將n型GaAs電流限制層13疊置到整個表面上。于是，如圖12F所示，通過蝕刻去除位于第一和第二半導(dǎo)體激光器件17和18的脊條上以及元件隔離部分中的不必要的n型GaAs電流限制層13，并且之后，在第一和第二半導(dǎo)體激光器件17和18的脊條以及n型GaAs電流限制層13之上延伸形成p型AuZn/Au電極14和15。另外，在n型GaAs襯底1的背面?zhèn)刃纬蒼側(cè)AuGe/Ni電極16。
由此形成整體型激光器件，其具有由AlGaAs基材料構(gòu)成的第一半導(dǎo)體激光器17和由AlGaInP基材料構(gòu)成的第二半導(dǎo)體激光器18。
但是，前述常規(guī)的整體型激光器件的制造方法存在下列問題。即，為了在n型GaAs緩沖層2上疊置用于第一半導(dǎo)體激光器17的半導(dǎo)體疊層之后疊置用于第二半導(dǎo)體激光器18的半導(dǎo)體疊層，需要通過蝕刻將第一半導(dǎo)體激光器17的不需要的區(qū)域從用于第一半導(dǎo)體激光器17的半導(dǎo)體疊層中去除。
在上述情況下，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體激光器17由AlGaAs基材料制成時，通過借助基于HF的AlGaAs選擇性蝕刻來蝕刻n型AlGaAs包層3，將n型GaAs緩沖層2暴露在表面上。但是，因為用于第二半導(dǎo)體激光器18的半導(dǎo)體疊層疊置在n型GaAs緩沖層2上，所以需要成為基礎(chǔ)的n型GgAs緩沖層2平坦，并且需要使用HF基蝕刻劑的n型AlGaAs包層3的選擇性蝕刻成為鏡面蝕刻。這是因為半導(dǎo)體激光器通常通過在襯底上進行外延生長而形成，因此當(dāng)成為基礎(chǔ)的n型GaAs緩沖層2不平坦時，有可能因為缺陷生長而造成激光器件的可靠性降低和特性不足。
圖13表示用HF蝕刻期間AlxGa1-xAs相對于Al混晶比(crystal mixtureratio)的蝕刻速率相關(guān)性。圖13表示，隨著Al混晶比減小蝕刻速率減小，并且當(dāng)Al混晶比x降到低于0.450時蝕刻表面變得模糊，造成表面粗糙。因此，為了進行對GaAs保持選擇性的鏡面蝕刻，AlGaAs的Al混晶比x必需至少不小于0.450。
另一方面，半導(dǎo)體激光器有一種雙異質(zhì)(DH)結(jié)構(gòu)，其中，有源層設(shè)置在低折射率的包層之間，以在高折射率的有源層中講行光學(xué)限制。然后，在AlGaAs基材料的情況下，通過改變Al混晶比來改變折射率。而且，為了使垂直方向的輻射角(θ⊥)與激光器件匹配，調(diào)節(jié)包層3和5的Al混晶比。一般對圖9所示脊條結(jié)構(gòu)的p型包層5應(yīng)用0.5的Al混晶比。這是因為p型包層5的Al混晶比x為0.5，易于在利用HF基蝕刻劑形成脊條結(jié)構(gòu)時進行加工。
為了如上所述地使垂直方向的輻射角θ⊥與激光器件匹配，需要調(diào)節(jié)n型包層的Al混晶比。圖14表示θ⊥與n型包層的Al混晶比的關(guān)系曲線。例如，如果試圖達到θ⊥＝36°以提高橢圓度，則Al混晶比x變?yōu)榧s0.425。但當(dāng)Al混晶比x落在0.450之下時，如上所述，利用HF的鏡面選擇性蝕刻變得困難，并且整體型半導(dǎo)體激光器的形成變得困難。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體激光器件及其制造方法，在通過整體型多波長半導(dǎo)體激光器中的蝕刻去除由AlGaAs基材料構(gòu)成的紅外線激光器部分的不必要的部分的情況下，即使包含Al混晶比x不大于0.450的層時，其也能夠容易地以HF基蝕刻劑執(zhí)行鏡面的AlGaAs選擇性蝕刻。
為了實現(xiàn)上述目的，提供一種具有多個激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器件，該多個激光器結(jié)構(gòu)由生長在同一襯底上的半導(dǎo)體層構(gòu)成并具有相互不同的發(fā)射波長，其中至少一個激光器結(jié)構(gòu)包括
第一導(dǎo)電型包層、有源層和第二導(dǎo)電型包層，和相對于有源層位于襯底側(cè)的第一導(dǎo)電型包層包括不同成分的兩層或更多層。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由不同成分的兩層或更多層構(gòu)成形成在同一襯底上的多個激光器結(jié)構(gòu)中的至少一個激光器結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電型包層。因此，第一導(dǎo)電型包層可以優(yōu)選地表現(xiàn)襯底和形成在位于一側(cè)上的襯底上的緩沖層的特性，以及由有源層構(gòu)成的激光振蕩部分和位于另一側(cè)上的第二導(dǎo)電型包層的特性。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述的襯底由GaAs構(gòu)成，且至少一個激光器結(jié)構(gòu)由AlGaAs基材料構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電型包層、有源層和第二導(dǎo)電型包層。
根據(jù)本實施例，所述襯底由GaAs構(gòu)成，并且至少一個激光器結(jié)構(gòu)由AlGaAs基材料構(gòu)成。因此，在去除用于形成于GaAs襯底上的激光器結(jié)構(gòu)的AlGaAs基材料的無用區(qū)域的過程中，利用對GaAs具有選擇性的HF選擇性蝕刻AlGaAs基材料成為可能。
在本發(fā)明的一實施例中，至少一個激光器結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電型包層包括由AlGaAs基材料構(gòu)成的兩層或更多層，該材料由AlxGa1-xAs表示，Al混晶比假設(shè)為x(0＜x＜1)，和兩層或更多層中位置最接近襯底的層的Al混晶比x大于剛好位于該層之上的層的Al混晶比x。
根據(jù)本實施例，提高了由位置最接近襯底的AlxGa1-xAs基材料構(gòu)成的第一導(dǎo)電型包層的蝕刻速率(etching rate)。因此，鏡面蝕刻成為可能，對GaAs保持選擇性。
在本發(fā)明的一實施例中，位置最接近襯底的層的Al混晶比x不小于0.45。
根據(jù)本實施例，在利用HF選擇性蝕刻AlGaAs基材料時在蝕刻面上不出現(xiàn)表面粗糙，并且實現(xiàn)鏡面蝕刻，該蝕刻對GaAs襯底或形成在襯底上的GaAs緩沖層具有選擇性。因此，在生長用于下一激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料的過程中不出現(xiàn)缺陷生長，并且通過消除將要形成的激光器結(jié)構(gòu)的特性缺陷來提高可靠性。
在本發(fā)明的一實施例中，位置最接近襯底的層的層厚不小于0.2μm。
根據(jù)本實施例，即使在由AlGaAs基材料制成的第一導(dǎo)電型包層、有源層和第二導(dǎo)電型包層上實現(xiàn)非選擇性蝕刻的過程中，非選擇性蝕刻劑的蝕刻速率存在變化，在第一導(dǎo)電型包層中也剩有后續(xù)將被選擇性蝕刻的層。因此，即使用于限制光的包層的Al混晶比被隨機選擇，該蝕刻可以獲得，且設(shè)計自由度增大。
另外，提供一種制造半導(dǎo)體激光器件的方法。該半導(dǎo)體激光器件具有多個激光器結(jié)構(gòu)，該多個激光器結(jié)構(gòu)由生長在同一襯底上的半導(dǎo)體層構(gòu)成并具有相互不同的發(fā)射波長，其中所述激光器結(jié)構(gòu)中的至少一個包括第一導(dǎo)電型包層、有源層和第二導(dǎo)電型包層；以及相對于該有源層位于該襯底側(cè)的該第一導(dǎo)電型包層包括不同成分的兩層或更多層，其中所述襯底由GaAs構(gòu)成，以及包括該第一導(dǎo)電型包層、該有源層和該第二導(dǎo)電型包層的至少一個激光器結(jié)構(gòu)由AlGaAs基材料構(gòu)成，且至少一個激光器結(jié)構(gòu)的該第一導(dǎo)電型包層包括由AlGaAs基材料構(gòu)成的兩層或更多層，該材料由AlxGa1-xAs表示，Al混晶比假設(shè)為x(0＜x＜1)，以及所述兩層或更多層中最接近該襯底設(shè)置的層的Al混晶比x大于剛好位于該層之上的層的Al混晶比x。本方法中把用于第一激光器結(jié)構(gòu)的AlGaAs基材料疊置在GaAs襯底上，去除疊置的AlGaAs基材料中對第一激光器結(jié)構(gòu)不必要的區(qū)域，并且在去除了AlGaAs基材料的區(qū)域中形成發(fā)射波長不同于第一激光器結(jié)構(gòu)的發(fā)射波長的第二激光器結(jié)構(gòu)，本方法包括步驟在疊置AlGaAs基材料之前，在GaAs襯底上形成第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層；和在去除形成于第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層上的AlGaAs基材料中對第一激光器結(jié)構(gòu)不必要的區(qū)域時，通過用HF蝕刻至由AlxGa1-xAs基材料構(gòu)成的第一導(dǎo)電型包層中位置最接近GaAs襯底的層和第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層之間的邊界而去除所述層。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在通過用HF蝕刻位置最接近襯底的第一導(dǎo)電型包層而進行去除的過程中蝕刻以高蝕刻率實現(xiàn)，允許鏡面蝕刻得以實現(xiàn)，保持對GaAs的選擇性。因此，在生長用于下一激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料的過程中不出現(xiàn)缺陷生長，并且可以通過消除將要形成的激光器結(jié)構(gòu)的特性缺陷而提高可靠性。
在本發(fā)明的一實施例中，在第一導(dǎo)電型包層中位置最接近GaAs襯底的層通過蝕刻至所述層和第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層之間的邊界而被去除之后，通過蝕刻去除第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可能有如氧的雜質(zhì)的混合物，其降低第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層的結(jié)晶度，該第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層在通過蝕刻去除位置最接近襯底的第一導(dǎo)電型包層的過程中起蝕刻停止層的作用。因此，通過在生長用于下一激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料之前去除第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層，提高了接下來將要形成的激光器結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度。
在本發(fā)明的一個實施例中，在第一導(dǎo)電型包層中位置最接近GaAs襯底的層通過用HF蝕刻至所述層和第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層之間的邊界而被去除之前，用對AlGaAs基材料沒有選擇性的蝕刻劑實施蝕刻至位置最接近GaAs襯底的層的中途。
根據(jù)本實施例，通過非選擇性蝕刻集中去除從第二導(dǎo)電型包層、有源層到第一導(dǎo)電型包層的最接近GaAs襯底的層的中途的層。
從上可見，在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器件中，由不同成分的兩層或更多層構(gòu)成形成于同一襯底上的至少一個激光器結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電型包層。因此，第一導(dǎo)電型包層可以最佳地表現(xiàn)出對于襯底和形成于襯底上位于一側(cè)的緩沖層的特性、以及對于由有源層構(gòu)成的激光振蕩部分和位于另一側(cè)的第二導(dǎo)電型包層的特性。
具體地，在襯底由GaAs構(gòu)成的情況下，包含第一導(dǎo)電型包層、有源層和第二導(dǎo)電型包層的至少一個激光器結(jié)構(gòu)由AlGaAs基材料構(gòu)成，并且使構(gòu)成第一導(dǎo)電型包層的兩層或更多層中位置最接近襯底的層的Al混晶比x不小于0.45，并使之高于位置正處在該層之上的層的Al混晶比，在通過蝕刻形成在GaAs襯底上的AlGaAs基材料的無用區(qū)而進行去除的過程中，可利用HF對GaAs襯底或形成在該襯底上的GaAs緩沖層實現(xiàn)具有選擇性的鏡面蝕刻。因此，可以防止生長用于下一激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料的過程中的缺陷生長，并且可以通過消除將要形成的激光器結(jié)構(gòu)的特性缺陷而提高可靠性。與此相反，通過把構(gòu)成第一導(dǎo)電型包層的兩層或更多層中最接近有源層的層的Al混晶比x設(shè)置為0.425(＜0.45)并使垂直輻射角與36°匹配，可以提高橢圓度。
另外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器件制造方法，在GaAs襯底上形成第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層，并且在去除疊置在此第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層上的用于第一激光器結(jié)構(gòu)的AlGaAs基材料的無用區(qū)的過程中，通過利用HF蝕刻下述層至此層與第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層之間的邊界來去除此層，其中此層是由形成在第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層上的AlxGa1-xAs基材料構(gòu)成的第一導(dǎo)電型包層，且位置最接近GaAs襯底，且此層的Al混晶比x大于正好位于此層之上的層的Al混晶比。因此，可以在保持對GaAs的選擇性的同時以高蝕刻速率實現(xiàn)鏡面蝕刻。
因此，可以防止生長用于下一激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料的過程中的缺陷生長，并且可以通過消除將要形成的激光器結(jié)構(gòu)的特性缺陷而提高可靠性。
另外，如果在生長用于下一激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料之前去除其中可能混合了降低結(jié)晶度的如氧的雜質(zhì)的第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層，則可以提高下一個要形成的激光器結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度。
即，根據(jù)本發(fā)明的前述方面中的每一個，通過該整體型多波長半導(dǎo)體激光器件制造方法可容易地蝕刻AlGaAs基材料，并且可以制備具有高度可靠性和穩(wěn)定特性的半導(dǎo)體激光器件。而且，AlGaAs基激光器結(jié)構(gòu)中的Al混晶比可以隨意設(shè)置，并且可以提高設(shè)計的自由度。


通過借助示例性方式給出的以下詳細說明和附圖，將更加全面地理解本發(fā)明，該說明和附圖不是對本發(fā)明的限制，其中圖1是示出本發(fā)明半導(dǎo)體激光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2A和2B是圖1所示半導(dǎo)體激光器件在其制造過程中的截面圖；圖3C、3D和3E是圖2B之后的制造過程中的截面圖；圖4F和4G是圖3E之后的制造過程中的截面圖；圖5是示出本發(fā)明的不同于圖1的半導(dǎo)體激光器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖6A、6B和6C是圖5所示的半導(dǎo)體激光器件在其制造過程中的截面圖；圖7D、7E和7F是圖6C之后的制造過程中的截面圖；圖8G和8H是圖7F之后的制造過程中的截面圖；圖9是常規(guī)整體型半導(dǎo)體激光器件的截面圖；圖10A和10B是圖9所示常規(guī)半導(dǎo)體激光器件在其制造過程中的截面圖；
圖11C、11D和11E是圖10B之后的制造過程中的截面圖；圖12F是圖11E之后的制造過程中的截面圖；圖13是曲線圖，示出用HF蝕刻期間，AlxGa1-xAs的蝕刻速率與Al混晶比的相關(guān)性；以及圖14是曲線圖，示出n型包層的垂直輻射角與Al混晶比的相關(guān)性。
具體實施例方式
下面根據(jù)圖示的本發(fā)明的實施例詳細描述本發(fā)明。
(第一實施例)圖1表示本實施例的半導(dǎo)體激光器件的截面圖。本實施例涉及整體型雙波長半導(dǎo)體激光器件，其中第一激光器結(jié)構(gòu)由AlGaAs基紅外線激光器構(gòu)成，第二激光器結(jié)構(gòu)由AlGaInP基紅光激光器構(gòu)成。圖2A至4G示出本半導(dǎo)體激光器件在其制造過程中的截面圖。下面將參考圖2A至4G詳細描述本實施例的整體型雙波長半導(dǎo)體激光器件的制造方法。
首先，如圖2A所示，通過MOCVD(金屬有機化學(xué)氣相沉積)法在n型GaAs襯底21上依次疊置膜厚為0.5μm的摻Si的n型GaAs緩沖層22、膜厚度為0.2μm的第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層23、膜厚度為1.6μm的第一n型AlxGa1-xAs(x＝0.425)包層24、無摻雜的AlGaAs多量子阱有源層25、膜厚度為1.2μm的p型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層26和膜厚度為0.8μm的p型GaAs蓋層27。
接下來，用抗蝕劑28等掩蔽第一激光器結(jié)構(gòu)所需的區(qū)域，并通過蝕刻去除不必要的區(qū)域。首先，如圖2B所示，利用對AlGaAs基材料無選擇性的蝕刻劑(例如硫酸基蝕刻劑，其中硫酸∶過氧化物∶水＝1∶8∶50)，從p型GaAs蓋層27到第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層23的中心附近進行蝕刻。隨后，如圖3C所示，通過利用HF的蝕刻去除第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層23的剩余層。
在此情況下，因為第二n型包層23的Al混晶比x為0.500，所以因HF導(dǎo)致的模糊不出現(xiàn)，并且可以實現(xiàn)鏡面蝕刻。而且，因為HF對GaAs有選擇性，所以蝕刻在n型GaAs緩沖層22處自動停止。
接下來，如圖3D所示，去除抗蝕劑28，并且通過MOCVD法依次疊置膜厚度為0.25μm的n型GaAs緩沖層29、膜厚度為0.25μm的n型InGaP緩沖層30、膜厚度為1.3μm的n型AlGaInP包層31、有源層(發(fā)射波長為650nm的多量子阱結(jié)構(gòu))32、膜厚度為1.2μm的p型AlGaInP包層33和膜厚度為0.8μm的p型GaAs蓋層34以作為第二激光器結(jié)構(gòu)。
接下來，用抗蝕劑膜等保護第二半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)所需的區(qū)域，之后，如圖3E所示，通過蝕刻去除不必要的第二半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，該不必要的第二半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)疊置在由第一激光器結(jié)構(gòu)構(gòu)成的第一半導(dǎo)體激光器39上、以及在位于第一和第二半導(dǎo)體激光器39和40之間的元件隔離部分中。結(jié)果，第一半導(dǎo)體激光器39的區(qū)域和第二半導(dǎo)體激光器40的區(qū)域被隔離，留下n型GaAs襯底21和n型GaAs緩沖層22。
隨后，如圖4F所示，通過蝕刻去除第一半導(dǎo)體激光器39的從p型GaAs蓋層27到p型包層26的中途的層，形成條狀脊結(jié)構(gòu)。同樣，通過蝕刻去除第二半導(dǎo)體激光器40的從p型GaAs蓋層34到p型包層33的中途的層，形成條狀脊結(jié)構(gòu)。隨后，在整個表面上疊置n型GaAs電流限制層35。然后，如圖4G所示，通過蝕刻去除位于第一和第二半導(dǎo)體激光器39和40的脊條上以及元件隔離部分中的不必要的n型GaAs電流限制層35，并且之后形成在第一和第二半導(dǎo)體激光器39和40的脊條之上以及n型GaAs電流限制層35之上延伸的p側(cè)AuZn/Au電極36和37。另外，在n型GaAs襯底21的背面?zhèn)刃纬蒼側(cè)AuGe/Ni電極38。
如上所述，在本實施例中，使首先形成在n型GaAs緩沖層22上的第一半導(dǎo)體激光器39的n型AlGaAs包層具有雙層結(jié)構(gòu)，其由位于n型GaAs緩沖層22側(cè)的第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層23和位于AlGaAs多量子阱有源層25側(cè)的第一n型AlxGa1-xAs(x＝0.425)包層24構(gòu)成。
因此，在通過利用HF蝕刻位于n型GaAs緩沖層22側(cè)的第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層23來進行去除的過程中，因為第二n型包層23的Al混晶比x為0.500，所以不發(fā)生由于HF導(dǎo)致的模糊，允許達到鏡面蝕刻。而且，因為HF對GaAs具有選擇性，所以蝕刻可以在n型GaAs緩沖層22處自動停止。甚至在上述情況下，位于AlGaAs多量子阱有源層25側(cè)的第一n型AlxGa1-xAs(x＝0.425)包層24的Al混晶比x為0.425，因此，通過使垂直方向上的輻射角θ⊥等于36°，可以提高激光器件的橢圓度。
此外，將第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層23的層厚度設(shè)置為0.2μm，其中該層是n型AlGaAs包層的在更接近n型GaAs襯底21一側(cè)上的層。如上所述，通過將最接近襯底21的n型包層設(shè)置為0.2μm或更大，當(dāng)從p型GaAs蓋層27到第二n型AlGaAs包層23的中心附近進行蝕刻時，即時硫酸系統(tǒng)等非選擇性蝕刻劑的蝕刻速率存在變化，隨后將受到AlGaAs選擇性蝕刻的第二n型AlGaAs包層23也可以剩下。
(第二實施例)圖5是本實施例的半導(dǎo)體激光器件的截面圖。與第一實施例的情形類似，本實施例涉及一種整體型雙波長半導(dǎo)體激光器件，其中第一激光器結(jié)構(gòu)由AlGaAs基紅外線激光器構(gòu)成，第二激光器結(jié)構(gòu)由AlGaInP基紅光激光器構(gòu)成。圖6A至8H示出本半導(dǎo)體激光器件在其制造過程中的截面圖。下面將參考圖6A至8H詳細描述本實施例的整體型雙波長半導(dǎo)體激光器件的制造方法。
首先，如圖6A所示，通過MOCVD法在n型GaAs襯底41上依次疊置膜厚度為0.5μm的摻Si的n型GaAs緩沖層42、膜厚度為0.2μm的第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層43、膜厚度為1.6μm的第一n型AlxGa1-xAs(x＝0.425)包層44、無摻雜的AlGaAs多量子阱有源層45、膜厚度為1.2μm的p型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層46和膜厚度為0.8μm的p型GaAs蓋層47。
接下來，用抗蝕劑68等掩蔽第一激光器結(jié)構(gòu)所需的區(qū)域，并通過蝕刻去除不必要的區(qū)域。首先，如圖6B所示，通過利用對AlGaAs基材料無選擇性的蝕刻劑(例如硫酸基蝕刻劑，其中硫酸∶過氧化物∶水＝1∶8∶50)，從p型GaAs蓋層47到第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層43的中心附近進行蝕刻。隨后，如圖6C所示，通過利用HF的蝕刻，去除第二n型AlxGa1-xAs(x＝0.500)包層43的剩余層。
在此情況下，因為第二n型包層43的Al混晶比x為0.500，所以由于HF導(dǎo)致的模糊(cloudiness)不出現(xiàn)，允許實現(xiàn)鏡面蝕刻。而且因為HF對GaAs有選擇性，所以蝕刻在n型GaAs緩沖層42處自動停止。
接下來，如圖7D所示，通過利用硫酸基蝕刻劑進行蝕刻，去除n型GaAs緩沖層42。n型GaAs緩沖層42中可能存在降低結(jié)晶度的如氧的雜質(zhì)的混合物。因此，在再次生長第二激光器結(jié)構(gòu)之前，通過借助蝕刻n型GaAs緩沖層42而進行的去除，進一步提高第二激光器結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度。
接下來，如圖7E所示，去除抗蝕劑48，并且通過MOCVD法依次疊置膜厚度為0.5μm的n型GaAs緩沖層49、膜厚度為0.5μm的n型InGaP緩沖層50、膜厚度為1.3μm的n型AlGaInP包層51、有源層(發(fā)射波長為650nm的多量子阱結(jié)構(gòu))52、膜厚度為1.2μm的p型AlGaInP包層53和膜厚度為0.8μm的p型GaAs蓋層54以作為第二激光器結(jié)構(gòu)。
接下來，用抗蝕劑膜等保護第二半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)所需的區(qū)域，之后，如圖7F所示，通過蝕刻去除不必要的第二半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，該不必要的第二半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)疊置在由第一激光器結(jié)構(gòu)構(gòu)成的第一半導(dǎo)體激光器59上以及位于第一和第二半導(dǎo)體激光器59和60之間的元件隔離部分中。結(jié)果，第一半導(dǎo)體激光器59的區(qū)域和第二半導(dǎo)體激光器60的區(qū)域被隔離，留下n型GaAs襯底41。
隨后，如圖8G所示，通過蝕刻去除第一半導(dǎo)體激光器59的從p型GaAs蓋層47到p型包層46中途的層，形成條狀脊結(jié)構(gòu)。同樣，通過蝕刻去除第二半導(dǎo)體激光器60的從p型GaAs蓋層54到p型包層53中途的層，形成條狀脊結(jié)構(gòu)。隨后，在整個表面上疊置n型GaAs電流限制層55。然后，如圖8H所示，通過蝕刻去除位于第一和第二半導(dǎo)體激光器59和60的脊條上以及元件隔離部分中的不必要的n型GaAs電流限制層55，并且之后形成在第一和第二半導(dǎo)體激光器59和60的脊條之上以及n型GaAs電流限制層55之上延伸的p側(cè)AuZn/Au電極56和57。另外，在n型GaAs襯底41的背面?zhèn)刃纬蒼側(cè)AuGe/Ni電極58。
如上所述，在本實施例中，在制造第一實施例中的其中第一激光器結(jié)構(gòu)由AlGaAs基紅外線激光器構(gòu)成且第二激光器結(jié)構(gòu)由AlGaInP基紅光激光器構(gòu)成的整體型雙波長半導(dǎo)體激光器件的過程中，通過借助用抗蝕劑48掩蔽第一激光器結(jié)構(gòu)所需的區(qū)域來進行的蝕刻，去除不必要的區(qū)域，并且之后通過蝕刻去除作為蝕刻停止層的n型GaAs緩沖層42。
因此，通過在再次生長第二激光器結(jié)構(gòu)之前去除其中可能混合有降低結(jié)晶度的如氧的雜質(zhì)的n型GaAs緩沖層42，除第一實施例的效果外，可提高第二半導(dǎo)體激光器60的結(jié)晶度。
即，根據(jù)前述每個實施例，對于整體型多波長激光器件，容易蝕刻用于第一半導(dǎo)體激光器39和59的AlGaAs基材料，并且可以提供具有高可靠性和穩(wěn)定特性的半導(dǎo)體激光器件。
雖然在其中同一半導(dǎo)體襯底上形成兩個半導(dǎo)體激光器的示例的基礎(chǔ)上描述了前述每個實施例，但無需說明，本發(fā)明也可應(yīng)用到在同一半導(dǎo)體襯底上形成三個或更多個半導(dǎo)體激光器的情形。
此外，本發(fā)明不限于前述任一實施例，并且對于生長方法、晶體成分和導(dǎo)電類型的彼此的各種組合都是可以接受的。
顯然，以上描述的本發(fā)明可以以多種方式變化。這樣的變化被認(rèn)為是不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，所有的這些改型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有多個激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器件，該多個激光器結(jié)構(gòu)由生長在同一襯底上的半導(dǎo)體層構(gòu)成并具有相互不同的發(fā)射波長，其中所述激光器結(jié)構(gòu)中的至少一個包括第一導(dǎo)電型包層、有源層和第二導(dǎo)電型包層，以及相對于該有源層位于該襯底側(cè)的該第一導(dǎo)電型包層包括不同成分的兩層或更多層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器件，其中所述襯底由GaAs構(gòu)成，以及包括該第一導(dǎo)電型包層、該有源層和該第二導(dǎo)電型包層的至少一個激光器結(jié)構(gòu)由AlGaAs基材料構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器件，其中至少一個激光器結(jié)構(gòu)的該第一導(dǎo)電型包層包括由AlGaAs基材料構(gòu)成的兩層或更多層，該材料由AlxGa1-xAs表示，Al混晶比假設(shè)為x(0＜x＜1)，以及所述兩層或更多層中最接近該襯底設(shè)置的層的Al混晶比x大于剛好位于該層之上的層的Al混晶比x。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光器件，其中最接近該襯底設(shè)置的該層的Al混晶比x不小于0.45。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體激光器件，其中最接近該襯底設(shè)置的該層的層厚不小于0.2μm。
6.一種制造如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光器件的方法，其中將用于第一激光器結(jié)構(gòu)的AlGaAs基材料疊置在GaAs襯底上，去除所疊置的AlGaAs基材料中對該第一激光器結(jié)構(gòu)不必要的區(qū)域，并且在去除了AlGaAs基材料的該區(qū)域中形成發(fā)射波長不同于該第一激光器結(jié)構(gòu)的發(fā)射波長的第二激光器結(jié)構(gòu)，該方法包括步驟在疊置該AlGaAs基材料之前，在GaAs襯底上形成第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層；以及在去除形成于該第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層上的該AlGaAs基材料中對該第一激光器結(jié)構(gòu)不必要的區(qū)域時，該AlxGa1-xAs基材料構(gòu)成的該第一導(dǎo)電型包層中最接近GaAs襯底設(shè)置的層通過用HF蝕刻至所述層和該第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層之間的邊界而去除。
7.如權(quán)利要求6所述的制造半導(dǎo)體激光器件的方法，其中在該第一導(dǎo)電型包層中最接近該GaAs襯底設(shè)置的該層通過蝕刻至所述層和該第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層之間的邊界而被去除之后，通過蝕刻去除該第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層。
8.如權(quán)利要求6所述的制造半導(dǎo)體激光器件的方法，其中在該第一導(dǎo)電型包層中最接近該GaAs襯底設(shè)置的該層通過用HF蝕刻至所述層和該第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層之間的邊界而被去除之前，用對該AlGaAs基材料沒有選擇性的蝕刻劑進行蝕刻至最接近該GaAs襯底設(shè)置的該層的中途。
9.如權(quán)利要求7所述的制造半導(dǎo)體激光器件的方法，其中在該第一導(dǎo)電型包層中最接近該GaAs襯底設(shè)置的該層通過用HF蝕刻至所述層和該第一導(dǎo)電型GaAs緩沖層之間的邊界而被去除之前，用對該AlGaAs基材料沒有選擇性的蝕刻劑進行蝕刻至最接近該GaAs襯底設(shè)置的該層的中途。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體激光器件及其制造方法。首先形成在n型GaAs緩沖層(22)上的第一半導(dǎo)體激光器(39)的n型AlGaAs包層由第二n型Al
文檔編號H01S5/40GK1578031SQ200410054490
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者和田一彥, 宮嵜啟介, 森本泰司, 上田禎亮, 辰巳正毅 申請人:夏普株式會社