專利名稱：半導(dǎo)體激光裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光裝置，特別涉及縱向波型(振蕩
模)(longitudinal mode)為多模式(multimode)的半導(dǎo)體激光裝置(包括自 激振蕩型)。
背景技術(shù)：
近年來，作為在對(duì)于光磁盤及光磁氣記錄磁盤等記錄媒體的光學(xué)記錄 裝置及光學(xué)讀出裝置等中使用的光拾取光源，大多使用半導(dǎo)體激光元件。 光拾取光源的用途跨越錄音機(jī)用、PC(personal computer)用及車載用等 各個(gè)領(lǐng)域，光磁盤市場(chǎng)正在不斷擴(kuò)大。尤其是應(yīng)用在汽車導(dǎo)航裝置的車載 方面的愿望較強(qiáng)烈，能夠再生CD(小型磁盤)及DVD(數(shù)碼電視磁盤)即再 生所有磁盤的光拾取裝置的需要正在擴(kuò)大。
對(duì)車載用光拾取裝置的要求是(1)光拾取裝置的小型化、(2)抑制信號(hào)劣 化(低噪音化)、以及(3)保證可在低溫到高溫下這樣較廣的范圍內(nèi)進(jìn)行動(dòng)作 的動(dòng)作溫度。
首先，(l)為了使光拾取裝置小型化，較為有效的方法是減少光學(xué)部品 的個(gè)數(shù)，使裝置簡(jiǎn)單。例如，實(shí)現(xiàn)將DVD用的帶寬是650nm的紅色半導(dǎo) 體激光和CD用的帶寬是780nm的紅外線半導(dǎo)體激光集成在同一半導(dǎo)體 基板上的單片半導(dǎo)體激光的方法就是其中一個(gè)方法。這不僅能夠使多個(gè)半 導(dǎo)體激光匯集在一個(gè)基板上，降低制造所需的時(shí)間和成本，而且能夠在紅 色半導(dǎo)體激光和紅外線半導(dǎo)體激光之間共用瞄準(zhǔn)儀(collimator)和光束分 離器(beam splitter)等光學(xué)部品，有利于實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。
其次，(2)關(guān)于抑制信號(hào)劣化(低噪音化)，首先，對(duì)產(chǎn)生噪音的主要原 因加以說明。當(dāng)將半導(dǎo)體激光用作,fe磁盤系統(tǒng)的光源時(shí)，聚集在光磁盤上 的激光在光磁盤的盤面上反射之后，再次被反饋到激光射出端。此時(shí)，光
磁盤如同復(fù)合諧振器那樣作用。這里，由于由復(fù)合諧振器決定的縱向波型 (振蕩模)的振蕩波長(zhǎng)、和由半導(dǎo)體激光自身的諧振器面決定的縱向波型(振 蕩模)的振蕩波長(zhǎng)在形成各自的諧振器的光程長(zhǎng)度上存在有差異，因此彼此 的波長(zhǎng)不同。而且，'由復(fù)合諧振器效果帶來的實(shí)效端面反射率也因光程長(zhǎng) 度的不同而產(chǎn)生變動(dòng)。所以，在某動(dòng)作狀態(tài)下，由復(fù)合諧振器決定的縱向 波型(振蕩模)的振蕩閾值電流值小于由激光自身決定的縱向波型(振蕩模) 的振蕩閾值電流值，造成振蕩模式有時(shí)會(huì)產(chǎn)生變化。此時(shí)，因來自光磁盤 的反射返回光而使縱向波型(振蕩模)產(chǎn)生振蕩模競(jìng)爭(zhēng)，使光輸出不穩(wěn)定， 造成產(chǎn)生噪音的結(jié)果。該噪音被稱為返回光噪音。如果將該噪音大小換算
為相對(duì)噪音強(qiáng)度(Relative Intensity Noise: RIN)之后的值大于一120dB / Hz的話，就會(huì)對(duì)實(shí)際上的使用帶來不便。
為了降低半導(dǎo)體激光中的返回光噪音，較為有效的方法是讓半導(dǎo)體激 光進(jìn)行多縱向波型(振蕩模)動(dòng)作。多縱向波型(振蕩模)動(dòng)作是指產(chǎn)生激光振 蕩的波長(zhǎng)(振蕩波長(zhǎng))不是單一波長(zhǎng)，而是由多條振蕩波長(zhǎng)構(gòu)成的激光振蕩 狀態(tài)。由于在讓半導(dǎo)體激光進(jìn)行多縱向波型(振蕩模)動(dòng)作時(shí)，難以產(chǎn)生振 蕩模競(jìng)爭(zhēng)，很容易產(chǎn)生過量的噪音，因此能夠?qū)崿F(xiàn)受到從光磁盤反射的返 回光影響較小的低噪音特性。
為了產(chǎn)生多模式振蕩，只要讓半導(dǎo)體激光以脈沖狀動(dòng)作即可。為了讓 半導(dǎo)體激光以脈沖狀動(dòng)作，只要用高頻重疊電路脈沖驅(qū)動(dòng)激光即可，此時(shí)， 由于需要追加新的驅(qū)動(dòng)電路，使得部品的個(gè)數(shù)增加，因此對(duì)光拾取的小型 化或成本方面帶來不利。并且，在最近的汽車中除了裝載對(duì)半導(dǎo)體激光元 件進(jìn)行高速調(diào)制的高頻重疊模塊以外，還裝載有很多使用高頻的裝備品(例 如，ETC機(jī)器(Electronic Toll Collection system))。因此，有可能產(chǎn)生因 機(jī)器之間的頻率共振而引起的機(jī)器誤動(dòng)作等問題。故而，很難說讓半導(dǎo)體 激光元件高速調(diào)制的方法是最佳的方法。
為了不用高頻重疊電路，讓激光驅(qū)動(dòng)為脈沖狀，較為有效的方法是利 用半導(dǎo)體激光中的自激振蕩現(xiàn)象。在自激振蕩型激光中，需要由激光自身 來激發(fā)形成在波導(dǎo)路中的激光的吸收區(qū)域，使該光吸收量變少，最終形成 為透明(吸收飽和)的可飽和吸收體。當(dāng)吸收體成為透明時(shí)，波導(dǎo)路的損失 變小，光輸出急劇增大。由于當(dāng)光輸出增大時(shí)，在受激發(fā)射中消耗的活性
層的載流子數(shù)目也會(huì)增加，使載流子急劇丟失，因此最終造成載流子數(shù)目 不足，激光振蕩停止。所以，自激振蕩型激光的光輸出即使在進(jìn)行直流偏 置動(dòng)作時(shí)，也能夠相對(duì)于時(shí)間進(jìn)行脈沖狀動(dòng)作，獲得多縱向波型(振蕩模) 振蕩。并且，由于在自激振蕩動(dòng)作的半導(dǎo)體激光中，活性層的載流子密度 也隨時(shí)間振動(dòng)，因此活性層的折射率隨時(shí)間變化。由于當(dāng)活性層的折射率 變化時(shí)，發(fā)光波長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生變化，因此每個(gè)振蕩光譜的線幅也會(huì)增大，結(jié)果 能夠降低與從光磁盤反射的返回光的干擾性。作為為了抑制信號(hào)劣化(低噪 音化)，能夠不用高頻重疊電路，來降低過量的噪音的小型低噪音的光源， 自激振蕩型激光非常重要。
其次，(3)為了保證較廣范圍的動(dòng)作溫度，需要提高半導(dǎo)體激光元件自 身的溫度特性。專利文獻(xiàn)l的方法作為其中的一個(gè)方法而被眾所周知。在
專利文獻(xiàn)1中，記載有通過使覆蓋層的雜質(zhì)濃度為8xl(^cnrs以上，來提 高半導(dǎo)體激光元件的溫度特性的方法。
專利文獻(xiàn)1特開平5 — 202080號(hào)公報(bào)
如上所述，為了實(shí)現(xiàn)(l)光拾取裝置的小型化、及(2)抑制信號(hào)劣化(低 噪音化)，期望著將自激振蕩型激光應(yīng)用在集成型半導(dǎo)體激光裝置中(例如， 兩波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置)。
但是，當(dāng)為了實(shí)現(xiàn)(3)保證較廣范圍的動(dòng)作溫度，如上述專利文獻(xiàn)l中 所述，使覆蓋層的雜質(zhì)濃度為8xl0i cnrs以上時(shí)，雖然在高溫下的溫度特 性良好，但是相反會(huì)產(chǎn)生不能獲得穩(wěn)定的自激振蕩這樣的問題。而且，當(dāng) 覆蓋層的雜質(zhì)濃度較高時(shí)，激光裝置制作工序中的受熱歷程會(huì)使雜質(zhì)擴(kuò)散 到活性層中，還會(huì)對(duì)可靠性造成不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
如上所鑒，本發(fā)明的目的在于將半導(dǎo)體激光元件提供為集成型半導(dǎo) 體激光裝置使用，該半導(dǎo)體激光元件能夠在低溫到高溫這樣的較廣的溫度 范圍內(nèi)，使縱向波型(振蕩模)穩(wěn)定地維持多模式振蕩(包括自激振蕩)特性、 溫度特性及可靠性。
為了達(dá)到上述目的，本案發(fā)明者們?nèi)缟鲜鰧＠墨I(xiàn)l中所述，對(duì)在提 高覆蓋層的雜質(zhì)濃度時(shí)，自激振蕩變得不穩(wěn)定的原因進(jìn)行了探討，得到了下述認(rèn)識(shí)。
艮P，在自激振蕩型激光中，如上所述，由于需要將可飽和吸收體形成 在波導(dǎo)路中，因此通常將可飽和吸收體形成在活性層中。此時(shí)，通過使傳 播波導(dǎo)路的波導(dǎo)光的光分布在橫方向上大幅度擴(kuò)展到電流約束層下的活性 層，來在電流約束層下的活性層形成可飽和吸收體。該電流約束層下的活 性層區(qū)域最初作為對(duì)激光進(jìn)行吸收的吸收體工作，但因激光自身的光激勵(lì) 而在活性層中形成電子空穴對(duì)，從而造成光吸收逐漸變?nèi)酢Ｓ捎谠诠馕?變?nèi)鯐r(shí)，波導(dǎo)路損失變小，因此光輸出增大，在該電流約束層下的活性層 區(qū)域中，電子空穴對(duì)越發(fā)被激起，使得光吸收變得更弱，最終對(duì)于激光成 為透明。結(jié)果是光輸出急劇增大，光輸出增強(qiáng)為脈沖狀。由于當(dāng)光輸出象 這樣增強(qiáng)時(shí)，被激勵(lì)的電子空穴對(duì)因受激發(fā)射帶來的再結(jié)合而失去，因此 形成有可飽和吸收體的電流約束層下的活性層區(qū)域再次作為吸收體工作。 從而能夠獲得光輸出隨著時(shí)間以脈沖狀進(jìn)行振動(dòng)的自激振蕩現(xiàn)象。
雖然為了實(shí)現(xiàn)自激振蕩型激光，最重要的是如何讓電流約束層下的活 性層作為可飽和吸收體作用，但是當(dāng)如上述專利文獻(xiàn)l那樣，覆蓋層的雜 質(zhì)濃度較高時(shí)，載流子的擴(kuò)散距離會(huì)變長(zhǎng)，電流會(huì)擴(kuò)展到電流約束層下的 活性層。由于這樣的電流也會(huì)對(duì)激光振蕩造成不良影響，使可飽和吸收體 的形成變得困難或不可能，因此難以獲得穩(wěn)定的自激振蕩特性。
艮口，本案發(fā)明者們得知為了能夠抑制電流擴(kuò)展(也就是說，穩(wěn)定地形成 可飽和吸收體)，維持穩(wěn)定的自激振蕩且能夠確保溫度特性及可靠性，必須 要設(shè)定覆蓋層的雜質(zhì)濃度。
本發(fā)明為基于上述各點(diǎn)的發(fā)明，具體地說，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體激 光裝置為在同一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上包括用第一波長(zhǎng)發(fā)光的第一雙異 質(zhì)結(jié)構(gòu)、和用與上述第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)發(fā)光的第二雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的半 導(dǎo)體激光裝置。上述第一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有第一之第一導(dǎo)電型覆蓋層、形成 在上述第一之第一導(dǎo)電型覆蓋層上的第一活性層、和形成在上述第一活性 層上的第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層。上述第二雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有第二之第一導(dǎo) 電型覆蓋層、形成在上述第二之第一導(dǎo)電型覆蓋層上的第二活性層、和形 成在上述第二活性層上的第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層。上述第一之第二導(dǎo)電 型覆蓋層和上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層由同一材料構(gòu)成且彼此具有不同
的雜質(zhì)濃度。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置，由于在構(gòu)成各個(gè)發(fā)光元件的每個(gè)雙異 質(zhì)結(jié)構(gòu)中，第二導(dǎo)電型覆蓋層具有不同的雜質(zhì)濃度，因此能夠使各個(gè)第二 導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度最佳化，以能夠抑制活性層中的橫方向的電流擴(kuò) 展(也就是說，穩(wěn)定地形成可飽和吸收體)，維持穩(wěn)定的自激振蕩且能夠確 保溫度特性及可靠性。所以，能夠獲得具有多個(gè)半導(dǎo)體激光元件的集成型 半導(dǎo)體激光裝置，該半導(dǎo)體激光元件能夠在低溫到高溫這樣的較廣的溫度 范圍內(nèi)，使縱向波型(振蕩模)穩(wěn)定地維持多模式振蕩(包括自激振蕩)特性、 溫度特性及可靠性。
當(dāng)在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置中，上述第一之第一導(dǎo)電型覆蓋層、上 述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層、上述第二之第一導(dǎo)電型覆蓋層及上述第二之
第二導(dǎo)電型覆蓋層分別含有AlGalnP時(shí)，能夠使裝置的制造工序單純化， 并且能夠在包含紅外線的兩波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置中提高紅外線激光的溫度 特性。
當(dāng)在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置中，上述第一活性層含有GaAs，上述 第二活性層含有GalnP時(shí)，能夠獲得可再現(xiàn)性良好的紅外線及紅色兩波 長(zhǎng)自激振蕩型低噪音激光。此時(shí)，當(dāng)使上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜 質(zhì)濃度為Cpl，上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度為Cp2，具有 CpKCp2的關(guān)系時(shí)，能夠確實(shí)地使第一及第二雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)各自的第二導(dǎo) 電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度最佳化。
當(dāng)在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置中，使上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層的
雜質(zhì)濃度為Cpl，具有Cpl〈7xi0i cnrs的關(guān)系時(shí)，能夠確實(shí)地使第一雙
異質(zhì)結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度最佳化。
當(dāng)在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置中，使上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層的 雜質(zhì)濃度為Cp2，具有l(wèi)xl0i7cnr3〈Cp2〈8xl0i7cnr3的關(guān)系時(shí)，能夠確
實(shí)地使第二雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度最佳化。
當(dāng)在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置中，上述第一活性層含有GaAs，上述 第二活性層含有GalnP時(shí)，最好當(dāng)使上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜 質(zhì)濃度為Cpl，使上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度為Cp2時(shí)，具 有l(wèi)xl0i7cnr3〈Cpl〈Cp2〈7xl0"cnr3的關(guān)系。這樣一來，能夠在低溫
到高溫這樣的較廣的溫度范圍內(nèi)，使紅外線及紅色兩波長(zhǎng)自激振蕩型低噪 音激光各自的縱向波型(振蕩模)穩(wěn)定地維持多模式振蕩(包括自激振蕩)特 性、溫度特性及可靠性。
當(dāng)在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置中，在上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層形 成有第一隆起部，在上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層形成有第二隆起部，在 上述第一隆起部的兩側(cè)壁及上述第二隆起部的兩側(cè)壁分別形成有電流約束 層時(shí)，能夠在第一及第二雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的每一結(jié)構(gòu)中，確實(shí)地關(guān)住水平橫方 向的光。
本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的制造方法，是在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體 基板上集成有用不同波長(zhǎng)發(fā)光的多個(gè)發(fā)光元件的半導(dǎo)體激光裝置的制造方 法。該半導(dǎo)體激光裝置的制造方法，包括在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板 上的上述多個(gè)發(fā)光元件各自的形成區(qū)域中依次形成第一導(dǎo)電型覆蓋層、活 性層及第二導(dǎo)電型覆蓋層的工序，以及將上述多個(gè)發(fā)光元件各自的上述第 二導(dǎo)電型覆蓋層圖案化為臺(tái)形，來形成隆起部的工序。上述多個(gè)發(fā)光元件 各自的上述第二導(dǎo)電型覆蓋層由同一材料構(gòu)成且彼此具有不同的雜質(zhì)濃 度。
艮口，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置的制造方法為用以制造上述本發(fā)明的第 一半導(dǎo)體激光裝置的方法，能夠獲得上述效果。 (發(fā)明的效果)
使用本發(fā)明，能夠?qū)雽?dǎo)體激光元件提供為集成型半導(dǎo)體激光裝置使 用，該半導(dǎo)體激光元件能夠在低溫到高溫這樣的較廣的溫度范圍內(nèi)，使縱 向波型(振蕩模)穩(wěn)定地維持多模式振蕩(包括自激振蕩)特性、溫度特性及可 靠性。
附圖
的簡(jiǎn)單說明
圖l(a)為本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的剖面結(jié)構(gòu)的 示意圖，圖l(b)為本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的紅外線 激光部的活性層的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖，圖l(c)為本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉 及的半導(dǎo)體激光裝置中的紅色激光部的活性層的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2(a) 圖2(d)為表示當(dāng)使本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光
裝置中的紅外線激光部的p型第一覆蓋層的雜質(zhì)濃度為lxl0i cnr3、 4xl017cnr3、 7xl017cnr3、 lxl018cnr3時(shí)的振蕩光譜特性圖，圖2(e) 圖 2(h)為表示當(dāng)使本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置中的紅色激 光部的p型第一覆蓋層的雜質(zhì)濃度為lxlOi化nr3、 5xlOi7cm-3、 8xl0i cnr3、 lxl018cnr3時(shí)的振蕩光譜特性圖。
圖3為表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的活性層中 的增益系數(shù)g的動(dòng)作載流子密度n的依存性的圖。
圖4(a)為表示當(dāng)使本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置中的 紅外線激光部的p型第一覆蓋層的雜質(zhì)濃度為lxl0i cnr3、 4xl0i cm-3、 7xlOi7cnr3、 Ixl0i8cnr3時(shí)85。C的電流一光輸出特性圖，圖4(b)為表示當(dāng) 使本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置中的紅色激光部的p型第 一覆蓋層的雜質(zhì)濃度為lxl017cm-3、 5xl017cm-3、 8xl017cm-3、 lxl0^cnr3 時(shí)85°C的電流一 光輸出特性圖。
圖5(a) 圖5(c)為表示本發(fā)明的一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的 制造方法的各工序的剖面圖。
圖6(a) 圖6(c)為表示本發(fā)明的一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的 制造方法的各工序的剖面圖。
圖7為表示本發(fā)明的一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的制造方法的 一工序的剖面圖。
(符號(hào)的說明)
IOO —紅外線激光部；101 — n型GaAs基板；102—n型GaAs緩沖 層；103—n型(AlGa)InP第一覆蓋層；104—活性層；1040g—(AlGa)InP 第一引導(dǎo)層；1041w — GaAs第一阱層；1042b — (AlGa)InP第一阻擋層； 1043w — GaAs第二阱層；1044b — (AlGa)InP第二阻擋層；1045w — GaAs 第三阱層；1046g—(AlGa)InP第二引導(dǎo)層；105—p型(AlGa)InP第一覆 蓋層；106—p型GalnP蝕刻停止層；107—p型(AlGa)InP第二覆蓋層； 108—p型GalnP中間層；109 — n型GaAs電流約束層；110 —p型GaAs 接觸層；111 一隆起條(ridge stripe); 130 —紅色激光部；132 —n型GaAs 緩沖層；133 — n型(AlGa)InP覆蓋層；134 —活性層；1340g—(AlGa)InP 第一引導(dǎo)層；1341w—GalnP第一阱層；1342b — (AlGa)InP第一阻擋層；
1343w — GalnP第二阱層；1344b — (AlGa)InP第二阻擋層；1345w — GalnP第三阱層；1346b — (AlGa)InP第三阻擋層；1347w—GalnP第四 阱層；1348b — (AlGa)InP第四阻擋層；1349w—GalnP第五阱層；1350g —(AlGa)InP第二引導(dǎo)層；135—p型(AlGa)InP第一覆蓋層；136—p型 GalnP蝕刻停止層；137—p型(AlGa)InP第二覆蓋層；138 — p型GalnP 中間層；140—p型GaAs接觸層；141一隆起條；501 —抗蝕劑圖案；502 一抗蝕劑圖案；503 —氧化硅膜。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例)
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置及其制 造方法加以說明。
圖l(a)為表示本發(fā)明的一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的剖面結(jié)構(gòu) 的一個(gè)例子的示意圖。如圖Ka)所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置為將紅 外線激光部100和紅色激光部130裝載在同一 n型GaAs基板101上的 單片兩波長(zhǎng)激光裝置。
首先，如圖l(a)所示，在紅外線激光部100中，在n型GaAs基板 101上，與紅色激光部130分開，從下向上依次疊層有n型GaAs緩沖層 102(厚度為0.4pm)、 n型(AlGa)InP覆蓋層103(厚度為2.0!im)、活性層 104、 p型(AlGa)InP第一覆蓋層105(厚度為0.83irni)、 p型GalnP蝕刻 停止層106(厚度為90人)、p型(AlGa)InP第二覆蓋層107(厚度為0.6!im)、 p型GalnP中間層108(厚度為O.ljim)及p型GaAs接觸層110(厚度為 0.2pm)。來實(shí)現(xiàn)活性層104被n型覆蓋層103、和p型覆蓋層105及107 夾著的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
這里，如圖l(b)所示，活性層104為阱數(shù)為3層的量子阱活性層。具 體地說，活性層104由從下向上依次設(shè)置的3個(gè)GaAs阱層1045w、1043w 及1041w(各自的厚度為30人，合計(jì)厚度為90A)分別夾著兩個(gè)(AlGa)InP 阻擋層1044b及1042b(各自的厚度為50人)而成，且具有這五層疊層結(jié)構(gòu) 從下方和上方被兩個(gè)(AlGa)InP弓l導(dǎo)層1040g及1046g(各自的厚度為 130人)夾著的結(jié)構(gòu)。即，從下側(cè)(n型(AlGa)InP覆蓋層103側(cè))依次疊層有
(AlGa)InP引導(dǎo)層1046g、 GaAs阱層1045w、 (AlGa)InP阻擋層1044b、 GaAs阱層1043w、 (AlGa)InP阻擋層1042b、 GaAs阱層1041w及 (AlGa)InP引導(dǎo)層1040g。另外，在活性層104中位于最上層的(AlGa)InP 引導(dǎo)層1040g之上形成有p型(AlGa)InP第一覆蓋層105。
并且，如圖l(a)所示，p型(AlGa)InP第二覆蓋層107、 p型GalnP 中間層108及p型GaAs接觸層110作為用以關(guān)住水平橫方向的光及進(jìn)行 電流約束的隆起條111而被加工為臺(tái)型條狀。在隆起條111的兩側(cè)形成有 n型GaAs電流約束層109(厚度為0.3pm)，來構(gòu)成約束注入到活性層104 中的電流的區(qū)域的電流約束結(jié)構(gòu)。這里，使電流約束層109下表面(換句話 說，隆起條111的下面)到活性層104上表面的距離(剩余厚度)為d"另外， 由于蝕刻停止層106的厚度與第一覆蓋層105的厚度相比，為薄到可以忽 視的程度，因此在(h中不含蝕刻停止層106的厚度。
構(gòu)成本實(shí)施例的紅外線激光部100的各層的材料組成比例如如下所 示。n型(AlGa)InP覆蓋層103、 p型(AlGa)InP第一覆蓋層105及p型 (AlGa)InP第二覆蓋層107分別為(Ak7Gao.3)o.5ilno.49P。并且，構(gòu)成活 性層104的(AlGa)InP阻擋層1042b及1044b為(Al0.4 GaQ.6) o.51 Ino.49P。
并且，在本實(shí)施例中，紅外線激光部100的隆起條111底部的寬度(條 寬)為2irni，剩余厚度(h(也就是，p型(AlGa)InP第一覆蓋層105的厚度) 為0.83，。
其次，在紅色激光部130中，其基本結(jié)構(gòu)也與紅外線激光部100 —樣。 即，如圖l(a)所示，在紅色激光部130中，在與紅外線激光部IOO共通的 n型GaAs基板101上，與紅外線激光部100分開，從下向上依次疊層有 n型GaAs緩沖層132(厚度為1.2pm)、 n型(AlGa)InP覆蓋層133(厚度 為1.2tim)、活性層134、p型(AlGa)InP第一覆蓋層135(厚度為0.41pm)、 p型GalnP蝕刻停止層136(厚度為60人)、p型(AlGa)InP第二覆蓋層 137(厚度為0.58irni)、p型GalnP中間層138(厚度為O.ltim)及p型GaAs 接觸層140(厚度為0.2irni)。來實(shí)現(xiàn)活性層134被n型覆蓋層133、和p 型覆蓋層135及137夾著的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
這里，如圖l(c)所示，活性層134為阱數(shù)為5層的量子阱活性層。具 體地說，活性層134由從下向上依次設(shè)置的5個(gè)GalnP阱層1349w、1347w、 1345w、 1343w及1341w(各自的厚度為60A，合計(jì)厚度為300A) 分別夾著4個(gè)(AlGa)InP阻擋層1348b、 1346b、 1344b及1342b(各自的 厚度為60人)而成，且具有這九層疊層結(jié)構(gòu)從下方和上方被兩個(gè)(AlGa)InP 引導(dǎo)層1350g及1340g(各自的厚度為700人)夾著的結(jié)構(gòu)。艮P，從下側(cè)(n 型(AlGa)InP覆蓋層133側(cè))依次疊層有(AlGa)InP引導(dǎo)層1350g、GalnP 阱層1349w、 (AlGa)InP阻擋層1348b、 GalnP阱層1347w、 (AlGa)InP 阻擋層1346b、 GalnP阱層1345w、 (AlGa)InP阻擋層1344b、 GaJnP 阱層1343w、 (AlGa)InP阻擋層1342b、 GalnP阱層1341w及(AlGa)InP 引導(dǎo)層1340g。另外，在活性層134中位于最上層的(AlGa)InP弓i導(dǎo)層 1340g之上形成有p型(AlGa)InP第一覆蓋層135。
并且，與紅外線激光部IOO—樣，如圖l(a)所示，p型(AlGa)InP第 二覆蓋層137、 p型GalnP中間層138及p型GaAs接觸層140作為用 以關(guān)住水平橫方向的光及進(jìn)行電流約束的隆起條141而被加工為臺(tái)型條 狀。在隆起條141的兩側(cè)形成有n型GaAs電流約束層109(厚度為 0.3tim)，來構(gòu)成約束注入到活性層134中的電流的區(qū)域的電流約束結(jié)構(gòu)。 這里，使電流約束層109下表面(換句話說，隆起條141的下表面)到活性 層134上表面的距離(剩余厚度)為d2。另外，由于蝕刻停止層136的厚度 與第一覆蓋層135的厚度相比，為薄到可以忽視的程度，因此在d2中不 含蝕刻停止層136的厚度。
構(gòu)成本實(shí)施例的紅色激光部130的各層的材料組成比例如如下所示。 n型(AlGa)InP覆蓋層133、 p型(AlGa)InP第一覆蓋層135及p型 (AlGa)InP第二覆蓋層137分別為(Ak Gao.s) G.5i Ino.幼P。并且，構(gòu)成活 性層134的(AlGa)InP引導(dǎo)層1340g及1350g、和構(gòu)成活性層134的 (AlGa)InP阻擋層1342b、 1344b、 1346b及1348b分別為(Alo.5Gao.5) 0.51 In0.49P。并且，構(gòu)成活性層134的GalnP阱層1349w、 1347w、 1345w、 1343w及1341w為Gao.43Ino.57P。
并且，在本實(shí)施例中，紅色激光部130的隆起條141底部的寬度(條 寬)為4iim，剩余厚度d2(也就是，p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的厚度) 為0.41jim。
另外，在本實(shí)施例中，同時(shí)形成紅外線激光部100的隆起條111、和
紅色激光部130的隆起條141。并且，對(duì)于電流約束層109，在紅外線激 光部100及紅色激光部130中也是同時(shí)形成的。
而且，在p型GaAs接觸層110及140、和電流約束層109各自上形 成有p型電極，在n型GaAs基板101的背面形成有n型電極，對(duì)圖示加 以了省略。對(duì)于這些p型電極及n型電極，在紅外線激光部100及紅色激 光部130中也是同時(shí)形成的。
如上所述，本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置為包括紅外線激光部100及紅 色激光部130的單片兩波長(zhǎng)激光裝置。
圖2(a) 圖2(d)表示在這樣的半導(dǎo)體激光裝置中，當(dāng)使紅外線側(cè)的p 型(AlGa)InP第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃度為lx，cm-3、 4xl0"cm-3、 7xl0i cnr3、 lxl0i8cm-3時(shí)的振蕩光譜特性，圖2(e) 圖2(h)表示當(dāng)使紅 色側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度為lxlOi cnr3、 5xl0i7cm-3、 8xl0"cm-3、 lxl018cnr3時(shí)的振蕩光譜特性。不管是紅外線 激光，還是紅色激光，測(cè)定條件都是室溫、CW(Continuous Wave)5mW。
另夕卜，向p型(AlGa)InP第一覆蓋層105及p型(AlGa)InP第一覆蓋 層135分別注入的注入雜質(zhì)例如為Zn或Mg、或者這兩方。并且，當(dāng)在p 型(AlGa)InP第一覆蓋層105及p型(AlGa)InP第一覆蓋層135各自中的 雜質(zhì)濃度不均一時(shí)，將各層內(nèi)的平均濃度看作各層的雜質(zhì)濃度。
如圖2(a) 圖2(d)所示，關(guān)于紅外線激光，在雜質(zhì)濃度為l 7xl0"cnr3的范圍內(nèi)呈現(xiàn)了良好的多模式特性，但是在雜質(zhì)濃度為 lxl0iscnrs時(shí)，多模式特性降低。
另一方面，如圖2(e) 圖2(h)所示，關(guān)于紅色激光，當(dāng)隨著雜質(zhì)濃度 上升，振蕩光譜的半值全寬變窄，雜質(zhì)濃度成為lxl0iscnrs時(shí)，幾乎成為 單模式(single mode)。
另外，為了在85。C的高溫動(dòng)作中獲得多模式振蕩，需要在室溫動(dòng)作下， 使振蕩光譜的半值全寬在0.5nm以上。其理由是在高溫下時(shí)，動(dòng)作電流值 增大，結(jié)果使可飽和吸收體變小且后述的微分增益下降，從而難以產(chǎn)生自 激振蕩的原因。
其次，對(duì)在圖2(a) 圖2(h)所示的試驗(yàn)結(jié)果中，在紅外線激光和紅色 激光之間的振蕩光譜的半值全寬產(chǎn)生差異的情況、以及振蕩光譜的半值全 寬隨著雜質(zhì)濃度的增大而減少的情況加以說明。
圖3表示活性層中的增益系數(shù)g的動(dòng)作載流子密度n的依存性。具體 地說，圖3表示用在紅外線激光的活性層中的GaAs的增益系數(shù)、和用在 紅色激光的活性層中的GalnP的增益系數(shù)。
如圖3所示，GalnP的微分增益dg / dn小于GaAs的微分增益dg / dn。微分增益較小的意思是指光子的變動(dòng)(振動(dòng))相對(duì)于載流子的變動(dòng)較 小。在自激振蕩中，較重要的是增大載流子和光子的相互作用，讓振動(dòng)持 久。故而，能夠認(rèn)為由于微分增益較小的GalnP(紅色激光)的振動(dòng)小于 GaAs(紅外線激光)的振動(dòng)，因此GalnP(紅色激光)的振蕩光譜的半值全寬 變得窄于GaAs(紅外線激光)。
如圖3所示，動(dòng)作載流子密度n較高的區(qū)域的微分增益小于動(dòng)作載流 子密度n較低的區(qū)域的微分增益。目卩，由于當(dāng)動(dòng)作電流也就是動(dòng)作載流子 密度n較高時(shí)，難以產(chǎn)生自激振蕩，因此動(dòng)作載流子密度n較高的區(qū)域的 振蕩光譜的半值全寬窄于動(dòng)作載流子密度n較低的區(qū)域的振蕩光譜的半值 全寬。
當(dāng)(AlGa)InP第一覆蓋層的雜質(zhì)濃度較高時(shí)，與該雜質(zhì)濃度較低時(shí)相 比，在將載流子從該第一覆蓋層注入活性層之前，載流子就已經(jīng)在該第一 覆蓋層內(nèi)擴(kuò)散了。這樣一來，由于可飽和吸收體減少，即使為較少的注入 電流，也能夠進(jìn)行激光振蕩，因此激光振蕩時(shí)的光輸出的峰值功率(peak power)變小。結(jié)果是由于因受激發(fā)射而失去的載流子減少，載流子的振幅 變小，因此向更高能級(jí)激起的載流子減少。從而使能夠振蕩的光的半值全 寬減少，使波長(zhǎng)范圍(也就是，振蕩光譜的半值全寬)減少。
如上所述，能夠認(rèn)為振蕩光譜的大小是由活性層的微分增益及 (AlGa)InP第一覆蓋層的雜質(zhì)濃度分別決定的。
圖4(a)表示在本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置中，當(dāng)使紅外線側(cè)的p型 (AlGa)InP第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃度為lxl0"cm-3、 4xl0i7cm-3、 7xlO"cm-3、 lxl0iScm^時(shí)85。C的電流一光輸出特性。圖4(b)表示在本實(shí) 施例的半導(dǎo)體激光裝置中，當(dāng)使紅色側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層135 的雜質(zhì)濃度為lxl017cm-3、 5xlO"cm.3、 8xlO"cm.3、 lx，cm.3時(shí)85 。C的電流一光輸出特性。
如圖4(a)所示，關(guān)于紅外線激光，雖然電流值隨著雜質(zhì)濃度的減少而
增力n，但是能夠在雜質(zhì)濃度為1 10xl0"cnrs的范圍內(nèi)獲得不會(huì)熱飽和的 良好的電流一光輸出特性。能夠認(rèn)為這是因?yàn)榛钚詫覩aAs與覆蓋層 AlGalnP之間的帶隙差A(yù)Eg較大而使從活性層漏向覆蓋層的泄漏電流變 小，因而呈現(xiàn)出良好的溫度特性之故。另外，在本案中，良好的溫度特性 的意思是指在85。C的電流一光輸出特性中，光輸出相對(duì)于電流是線性的， 不會(huì)產(chǎn)生彎曲和熱飽和等的意思。
另一方面，如圖4(b)所示，關(guān)于紅色激光，與紅外線激光一樣，電流 值隨著雜質(zhì)濃度的減少而大幅度增加，特別是在雜質(zhì)濃度成為lxl0"cm-3 時(shí)，微分效率(Se)下降。對(duì)于紅色激光而言，雜質(zhì)濃度對(duì)于溫度特性的影 響較大，為了改善溫度特性，需要盡可能較高的雜質(zhì)濃度。
正如從上述圖2(a) 圖2(h)的多模式特性的試驗(yàn)結(jié)果、和圖4(a)及圖 4(b)的電流一光輸出特性的試驗(yàn)結(jié)果所得知的，關(guān)于紅外線激光，從多模 式特性的觀點(diǎn)出發(fā)，需要滿足p型(AlGa)InP第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃度 〈7xl0i cm^的關(guān)系。而關(guān)于紅色激光，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的多模式特性，需 要滿足p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度〈8xl0"cn"的關(guān)系。 為了改善溫度特性，需要滿足p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度 >1><1017 ^3的關(guān)系。
因此，鑒于上述結(jié)果，關(guān)于紅外線激光，為了使其能夠滿足多模式特 性及溫度特性這兩個(gè)特性，只要滿足p型(AlGa)InP第一覆蓋層105的雜 質(zhì)濃度〈7xl0i cnrs的關(guān)系即可。并且，關(guān)于紅色激光，為了使其能夠滿 足多模式特性及溫度特性這兩個(gè)特性，只要滿足1xl0"cm-s〈p型 (AlGa)InP第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度〈8xl0i cnr3的關(guān)系即可。
并且，如果從本實(shí)施例的激光裝置為兩波長(zhǎng)激光裝置這樣的觀點(diǎn)出發(fā) 的話，最好滿足lxl0i7cmf3〈紅外線側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層105 的雜質(zhì)濃度<紅色側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度< 7xl0i cnrs的關(guān)系。這是因?yàn)樵诩t色激光中，為了在可維持多模式特性的 范圍內(nèi)改善溫度特性，需要盡可能較高的雜質(zhì)濃度，但是在紅外線激光中， 只要為可維持多模式特性的范圍內(nèi)的雜質(zhì)濃度即可之故。
另外，雖然在本實(shí)施例的激光裝置中，能夠考慮到lxlOi cnr^紅色
側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度<紅外線側(cè)的p型 (AlGa)InP第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃度〈7xl0i cnr3這樣的情況，但是因 下述理由，應(yīng)當(dāng)盡量避免這種情況。即，在紅外線激光中，由于活性層104 的GaAs阱層1041w的上端(GaAs阱層1041w)與p型(AlGa)InP第一覆 蓋層105的下端之間的距離(也就是說，(AlGa)InP引導(dǎo)層1040g的膜厚 130人)較短，因此當(dāng)p型(AlGa)InP第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃度較高時(shí)， 雜質(zhì)向活性層104擴(kuò)散，因結(jié)晶性的下降和非發(fā)光再結(jié)合中心的增加而使 可靠性劣化，故而最好盡可能使p型(AlGa)InP第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃 度較低。另一方面，在紅色激光中，由于活性層134的GalnP阱層1341w 的上端與p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的下端之間的距離(也就是說， (AlGa)InP引導(dǎo)層1340g的膜厚700人)較長(zhǎng)，因此即使p型(AlGa)InP第 一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度較高，也不會(huì)產(chǎn)生因雜質(zhì)向活性層134擴(kuò)散而引 起的可靠性劣化。所以，應(yīng)該使紅外線側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層105 的雜質(zhì)濃度低于紅色側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度。
如上所述，為了在本實(shí)施例的兩波長(zhǎng)激光裝置中，同時(shí)滿足紅色激光 及紅外線激光各自的多模式特性、溫度特性及可靠性，最好滿足 lxl0i cm^〈紅外線側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃度<紅 色側(cè)的p型(AlGa)InP第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度〈7xl(^cnr3的關(guān)系。 這樣一來，能夠獲得可進(jìn)行85。C的高溫動(dòng)作的低噪音激光。
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體激光裝置的制造 方法加以說明。
圖5(a) 圖5(c)、圖6(a) 圖6(c)及圖7為表示本發(fā)明的一實(shí)施例所 涉及的半導(dǎo)體激光裝置的制造方法的各工序的剖面圖。
首先，如圖5(a)所示，利用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor D印osition)法或MBE(Molecular Beam Epitaxial)法，在例如以從(IOO) 面朝
方向傾斜10。的面為主面的n型GaAs基板101上依次形成n 型GaAs緩沖層102(厚度為0.4—、 n型(Alo.7Ga。.3) 0.5iIn0.49P覆蓋層 103(厚度為2.0imi)、量子阱活性層104(具體地說，為(Al。.4Ga。.6)。.5;JnQ.49P 引導(dǎo)層1046g(厚度為130人)、GaAs阱層1045w(厚度為30A)、(Alo.4Ga0.6) o.51InQ.49P阻擋層1044b(厚度為50A)、 GaAs阱層1043w(厚度為30A)、
(Al0.4Gao.6) g.51InG.49P阻擋層1042b、 GaAs阱層1041w(厚度為30A)及 (Alo.4Ga0.6) o.51In().49P引導(dǎo)層1040g的疊層體)、p型(Alo.7Gao.3) 0.51Ino.49P 第一覆蓋層105(厚度為0.83imi)、 p型GalnP蝕刻停止層106(厚度為 90A)、 p型(Al。.7Gao.3) 。.5iIn。.49P第二覆蓋層107(厚度為0.6—、 p型 Ga0.51Ino.49P中間層108(厚度為O.limi)及p型GaAs接觸層IIO(厚度為 0.2iim)o
另夕卜，在本實(shí)施例中，將多層量子阱結(jié)構(gòu)用在了活性層104中，也可 以代替它，使用單層量子阱結(jié)構(gòu)或塊狀(bulk)結(jié)構(gòu)。并且，并不特別限定 活性層104的導(dǎo)電型，既可以是p型，也可以是n型，或者也可以是未摻 雜型。
在本實(shí)施例中，如上所述，需要使紅外線激光的p型(Alo.7Gao.3) 0.51Ina49P第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃度低于后述的紅色激光的p型 (Ak7GaG.3) 0.5lLqo.幼P第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度。這樣一來，由于紅外 線激光的第一覆蓋層105的雜質(zhì)濃度較低，抑制了雜質(zhì)擴(kuò)散到活性層104 的情況，因此能夠防止可靠性劣化。這里，當(dāng)使包括p型(Ak7Gao.3) 0.51InQ.49P第一覆蓋層105的紅外線激光的疊層結(jié)構(gòu)形成在包括p型 (Ak7GaG.3) G.51InG.49P第一覆蓋層135的紅色激光的疊層結(jié)構(gòu)之前時(shí)，有 利于提高紅色激光的可靠性。理由如下。即，這是因?yàn)榧僭O(shè)先形成紅色激 光的疊層結(jié)構(gòu)的話，則由于紅色激光的p型(Al。.7Ga。.3) Q.51InQ.49P第一覆 蓋層135的雜質(zhì)濃度較高、和該第一覆蓋層135過多地接受用以在形成紅 色激光的疊層結(jié)構(gòu)之后形成紅外線激光的疊層結(jié)構(gòu)的熱，而促進(jìn)了雜質(zhì)從 該第一覆蓋層135向活性層134的擴(kuò)散，結(jié)果造成了紅色激光的可靠性劣 化的緣故。故而，從可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，需要滿足紅外線激光的第一覆蓋 層105的雜質(zhì)濃度<紅色激光的第一覆蓋層135的雜質(zhì)濃度的關(guān)系、及在 形成紅色激光的疊層結(jié)構(gòu)之前先形成紅外線激光的疊層結(jié)構(gòu)這樣的條件。
其次，如圖5(b)所示，在從MOCVD反應(yīng)爐或MBE反應(yīng)爐中取出基 板101之后，利用光刻在紅外線激光形成區(qū)域形成抗蝕劑圖案501，然后， 以抗蝕劑圖案501為掩模，利用硫酸類或鹽酸類蝕刻液，除去沒有被抗蝕 劑圖案501掩模的區(qū)域的接觸層110、中間層108、 p型第二覆蓋層107、 蝕刻停止層106、 p型第一覆蓋層105、活性層104、 n型覆蓋層103及
緩沖層102。
其次，如圖5(c)所示，在除去了抗蝕劑圖案501之后，利用MOCVD 法或MBE法，在n型GaAs基板101上形成n型GaAs緩沖層132(厚 度為1.2!im)、 n型(Ak7Gao.3) o.51In。.49P覆蓋層133(厚度為1.2iim)、量子 阱活性層134(具體地說，為(Ak5Ga。.5) o.51In,P引導(dǎo)層1350g(厚度為 700A)、 Gao.43lno.57P阱層1349w(厚度為60A)、 (Ak5Ga。.5)o.51Ino.49P阻 擋層1348b(厚度為60A)、 GaQ.43In。.57P阱層1347w(厚度為60A)、 (Alo.5Ga0.5) 051In0.49P阻擋層1346b(厚度為60A)、 Ga0.43In0.57P阱層 1345w(厚度為60A)、 (Ak5Gao.5) 。.51Ino.49P阻擋層1344b(厚度為60A)、 Ga0.43InQ.57P阱層1343w(厚度為60A)、 (AlQ.5Ga。.5) 。.51In。.49P阻擋層 1342b(厚度為60A)、 Ga。.43In。.57P阱層1341w(厚度為6oA)及(Al。.sGao.5) 0.5iIno.49P引導(dǎo)層1340g(厚度為700A)的疊層體)、p型(Alo.7Ga0.3) 0.51in。.49P第一覆蓋層135(厚度為0.41tim)、p型GalnP蝕刻停止層136(厚 度為60A)、 p型(Alo.7Gao.3) 。.51InQ.49P第二覆蓋層137(厚度為0.58!im)、 p型Ga。.51Ino.49P中間層138(厚度為O.l!im)及p型GaAs接觸層140(厚 度為0.2iim)。
其次，如圖6(a)所示，在從MOCVD反應(yīng)爐或MBE反應(yīng)爐中取出基 板101之后，利用光刻在紅色激光形成區(qū)域形成抗蝕劑圖案502，然后， 以抗蝕劑圖案502為掩模，利用硫酸類或鹽酸類蝕刻液，除去沒有被抗蝕 劑圖案502掩模的區(qū)域的接觸層140、中間層138、 p型第二覆蓋層137、 蝕刻停止層136、 p型第一覆蓋層135、活性層134、 n型覆蓋層133及 緩沖層132。
其次，如圖6(b)所示，在除去了抗蝕劑圖案502之后，在大氣壓下利 用熱CVD法(例如，370°C)，在p型GaAs接觸層110及140各自上沉積 例如厚度為0.3iim的氧化硅膜503，然后，利用光刻和干蝕刻技術(shù)將氧化 硅膜503圖案化，形成條狀掩模。接著，以該條狀氧化硅膜503為掩模， 依次選擇地蝕刻p型GaAs接觸層110及140、 p型GalnP中間層108 及138、和p型AlGalnP第二覆蓋層107及137。來在具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 基板101上的紅外線激光形成區(qū)域及紅色激光形成區(qū)域各自中形成臺(tái)狀隆 起。另外，在形成臺(tái)狀隆起時(shí)，既可以代替干蝕刻技術(shù)，使用濕蝕刻技術(shù)， 或者也可以將干蝕刻技術(shù)和濕蝕刻技術(shù)組合在一起使用。
其次，在將基板101再次放入MOCVD反應(yīng)爐或MBE反應(yīng)爐之后， 如圖6(c)所示，以氧化硅膜503為掩模，選擇性地讓n型GaAs電流約束 層109(厚度為0.3iim)成長(zhǎng)。
其次，在從MOCVD反應(yīng)爐或MBE反應(yīng)爐中取出基板101之后，如 圖7所示，利用例如氟酸類蝕刻液除去氧化硅膜503。由此，能夠獲得本 發(fā)明的一實(shí)施例所涉及的兩波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，由于在構(gòu)成紅色激光及紅外線激光的每一 個(gè)的各雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中p型覆蓋層具有不同的雜質(zhì)濃度，因此能夠使各p型 覆蓋層的雜質(zhì)濃度最佳化，以便能夠抑制各活性層中的橫方向的電流擴(kuò)散 (也就是說，穩(wěn)定地形成可飽和吸收體)，維持穩(wěn)定的自激振蕩且能夠確保 溫度特性及可靠性。故而，能夠獲得具有多個(gè)半導(dǎo)體激光元件的集成型半 導(dǎo)體激光裝置，該半導(dǎo)體激光元件能夠在低溫到高溫這樣較廣的溫度范圍 內(nèi)，使縱向波型(振蕩模)穩(wěn)定地維持多模式振蕩(包括自激振蕩)特性、溫度 特性及可靠性。
另外，在本實(shí)施例中，以紅色及紅外線領(lǐng)域的兩波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光裝置 作為了對(duì)象，對(duì)發(fā)光波長(zhǎng)的種類(數(shù)目)及組合并不作特別限定。具體地說， 雖然將紅色激光用作以相對(duì)較短的波長(zhǎng)發(fā)光的發(fā)光元件，但是也可以代替 它，使用其它激光。并且，雖然將紅外線激光用作以相對(duì)較長(zhǎng)的波長(zhǎng)發(fā)光 的發(fā)光元件，但是也可以代替它，使用其它激光。
并且，在本實(shí)施例中，不用說對(duì)活性層及覆蓋層等各半導(dǎo)體層的構(gòu)成 材料及基板的構(gòu)成材料并不作特別限定。具體地說，雖然將(Alo.7Gao.3) o.51Ino.49P用作了紅外線激光的n型(AlGa)InP覆蓋層103、P型(AlGa)InP 第一覆蓋層105及p型(AlGa)InP第二覆蓋層107，但是對(duì)紅外線激光的 各覆蓋層103、 105及107的材料并不作特別限定。不過，最好將與紅色 激光的n型(AlGa)InP覆蓋層133、 p型(AlGa)InP第一覆蓋層135及P 型(AlGa)InP第二覆蓋層137相同的材料用作紅外線激光的各覆蓋層 103、 105及107的材料。作為這些覆蓋層材料，當(dāng)使用了(Al。/zGao.3) 0.51InQ.49P時(shí)，例如與使用了含GaAs的AlGaAs時(shí)相比，能夠降低高溫
時(shí)(例如，85。C)的動(dòng)作電流。并且，在將相同材料用作紅色激光及紅外線
激光各自的隆起部(p型第二覆蓋層107及137)的材料時(shí)，由于能夠利用
蝕刻同時(shí)形成兩隆起部，因此能夠提高生產(chǎn)性。
并且，在本實(shí)施例中，最好在各激光元件的隆起部側(cè)壁形成同一半導(dǎo) 體層。這樣一來，由于能夠通過同一結(jié)晶生長(zhǎng)過程來在隆起側(cè)壁上形成光 關(guān)閉層(電流約束層)，因此能夠減少結(jié)晶成長(zhǎng)次數(shù)，從而，能夠謀求元件 制作過程的簡(jiǎn)單化。
并且，在本實(shí)施例中，在隆起條111及141各自的兩側(cè)設(shè)置有n型 GaAs電流約束層109，也可以代替它，設(shè)置由其它半導(dǎo)體層構(gòu)成的電流 約束層，例如，設(shè)置AUnP電流約束層。或者，也可以代替n型GaAs電 流約束層109，在隆起條111及141各自的兩側(cè)形成電介質(zhì)層，例如SiN 層、Si02層、Ti02層或Ak03層中的任意一層或它們中的兩層以上的疊層 體。
(工業(yè)上的利用可能性)
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)能夠在低溫到高溫這樣較廣的溫度范圍內(nèi)，使縱向波型 (振蕩模)穩(wěn)定地維持多模式振蕩(包括自激振蕩)特性、溫度特性及可靠性的 集成型半導(dǎo)體激光裝置的發(fā)明，特別是，本發(fā)明作為要求高溫動(dòng)作的光磁 盤系統(tǒng)領(lǐng)域等的激光光源等非常有用。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體激光裝置，在同一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上包括用第一波長(zhǎng)發(fā)光的第一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、和用與上述第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)發(fā)光的第二雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其特征在于上述第一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有第一之第一導(dǎo)電型覆蓋層、形成在上述第一之第一導(dǎo)電型覆蓋層上的第一活性層、和形成在上述第一活性層上的第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層；上述第二雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有第二之第一導(dǎo)電型覆蓋層、形成在上述第二之第一導(dǎo)電型覆蓋層上的第二活性層、和形成在上述第二活性層上的第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層；上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層和上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層由同一材料構(gòu)成且彼此具有不同的雜質(zhì)濃度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于上述第一之第一導(dǎo)電型覆蓋層、上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層、上述 第二之第一導(dǎo)電型覆蓋層及上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層分別含有AlGalnP。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于 上述第一活性層含有GaAs， 上述第二活性層含有GalnP。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于 當(dāng)使上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度為Cpl，使上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度為Cp2時(shí)，具有Cpl〈Cp2的關(guān)系。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于 當(dāng)使上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度為Cpl時(shí)，具有Cpl<7X1017cm-3的關(guān)系。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于 當(dāng)使上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度為Cp2時(shí)，具有IX1017cm-3 < Cp2 < 8 X 1017cm-3的關(guān)系。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于 當(dāng)使上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度為Cpl，使上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層的雜質(zhì)濃度為Cp2時(shí)，具有l(wèi)X10i7Cnr3<Cpl<Cp2 〈7X10^cm-3的關(guān)系。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)激光裝置，其特征在于在上述第一之第二導(dǎo)電型覆蓋層形成有第一隆起部， 在上述第二之第二導(dǎo)電型覆蓋層形成有第二隆起部。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于 在上述第一隆起部的兩側(cè)壁及上述第二隆起部的兩側(cè)壁分別形成有電流約束層。
10、 一種半導(dǎo)體激光裝置的制造方法，是在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上 集成有用不同波長(zhǎng)發(fā)光的多個(gè)發(fā)光元件的半導(dǎo)體激光裝置的制造方法，其 特征在于該半導(dǎo)體激光裝置的制造方法，包括在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板 上的上述多個(gè)發(fā)光元件各自的形成區(qū)域中依次形成第一導(dǎo)電型覆蓋層、活 性層及第二導(dǎo)電型覆蓋層的工序，以及將上述多個(gè)發(fā)光元件各自的上述第二導(dǎo)電型覆蓋層圖案化為臺(tái)形，來 形成隆起部的工序；上述多個(gè)發(fā)光元件各自的上述第二導(dǎo)電型覆蓋層由同一材料構(gòu)成且彼 此具有不同的雜質(zhì)濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體激光裝置及其制造方法。在將紅外線激光部(100)和紅色激光部(130)裝載在同一n型GaAs基板(101)上的單片兩波長(zhǎng)激光裝置中，紅外線激光部(100)的p型第一覆蓋層(105)和紅色激光部(130)的p型第一覆蓋層(135)由同一材料構(gòu)成且彼此具有不同的雜質(zhì)濃度。
文檔編號(hào)H01S5/22GK101185211SQ200680018439
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者中山久志, 木戶口勛, 村澤智, 藤本康弘, 高山徹 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社