專利名稱：高輸出紅色半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在DVD等應(yīng)用的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器。
技術(shù)背景隨著記錄型DVD市場的成熟，由于DVD以高倍速度寫入，因此波長 650nm頻帶的AlGalnP類紅色半導(dǎo)體激光器就需要超過250mW的高輸出。該紅色半導(dǎo)體激光器的一般結(jié)構(gòu)示于圖4,具有n-GaAs襯底32和在其 上成長的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)從襯底側(cè)開始依次由 n-AlGalnP包層33、 MQW有源層34、 p-AlGalnP第1包層35、 p-GalnP蝕 刻停止層36、 n-GaAs阻擋層(7、、口 、乂夕層)37、 p-AlGalnP第2包層38、 p-GaInP緩沖層39、 p-GaAs蓋層40構(gòu)成。另外，在n-GaAs襯底32的下面 形成有n電極31,在p-GaAs蓋層40的上面形成有p電極41。圖4的紅色半導(dǎo)體激光器具有脊部埋入結(jié)構(gòu)，其由第2包層38和緩沖 層39形成帶狀的脊部A,在該脊部A的兩側(cè)配置n-GaAs阻擋層37，用p-GaAs 蓋層40覆蓋p-GalnP緩沖層39和n-GaAs阻擋層37。根據(jù)脊部A的折射率和在脊側(cè)面配置的n-GaAs阻擋層37的折射率之 差，在水平方向封入光。電流不在成為反偏置的n-GaAs阻擋層37及其下部 流通，而在帶狀的脊部A流通。另外，如果直接接合p-GaAs蓋層40和p-AlGalnP第2包層38,由于帶 隙差大，對作為p側(cè)區(qū)域的載流子的空穴，在接合界面旁邊形成大的壁壘， 阻止空穴的使之不流通，使電流難以流通。為了防止這種現(xiàn)象，在p-GaAs 蓋層40和p-AlGalnP第2包層38之間，夾著帶隙成為兩者中間的p-GalnP 緩沖層39,降低在接合界面形成的壁壘，使空穴易于流通。如果在p電極41和n電極31之間通電，電流則因作為電流阻擋層的 n-GaAs阻擋層變狹窄，可以從相當(dāng)于脊部A的下部位置的MQW有源層34 的中央部得到發(fā)光。然而，如果想要得到超過250mW的高輸出，就需要增 大動作電流，隨之，由各層的電阻產(chǎn)生的焦耳熱也增加，從激光器元件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量增多。為了防止因從激光器元件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致溫度上升，在對半導(dǎo)體激光器元件進(jìn)行模塊化時，如圖5所示，在由光學(xué)玻璃窗52、引線管腳51等 構(gòu)成的封裝上安裝散熱片54，在該散熱片54上安裝激光器元件53,從而冷 卻激光器元件53。專利文獻(xiàn)1:日本特開平9-205249號公報(bào)在上述現(xiàn)有的紅色半導(dǎo)體激光器中，因焦耳熱增加，從激光器元件內(nèi)部 產(chǎn)生的熱量增多時，由于作為基體材料的AlGalnP的熱傳導(dǎo)率不良，特別是 熱量容易蓄留在元件內(nèi)部，導(dǎo)致激光器元件的溫度過度地上升，因此發(fā)光效 率下降，或者導(dǎo)致最大輸出的下降。另外，如圖5所示，即使通過散熱片冷 卻激光器元件，如果激光器元件的散熱特性不良，由于冷卻有限，因此存在 不能充分冷卻的問題。于是，作為促進(jìn)激光器元件散熱的方法，提出了增大激光器元件的表面 面積而增加散熱量的方案。 一般地，為了改善激光器元件的溫度特性，有必 要減小激光器元件內(nèi)部的電流密度，而且增加諧振器長度，因此要增大激光 器元件的散熱面積，需要進(jìn)一步增加激光器元件的諧振器方向(軸向)的長 度。但是，如果采用如上所述方案，激光器元件就變得相當(dāng)大，其價格也變 得非常昂貴。另外，如圖5所示，安裝激光器元件的封裝大小，通常按照一 定的大小生產(chǎn)，如果制作比該封裝大小長且大的激光器元件，就存在不能安 裝的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為解決上述的課題而創(chuàng)造的方案，其所要解決的技術(shù)問題是， 提供一種通過改善散熱特性抑制溫度上升，無需增大元件的散熱面積的高輸 出紅色半導(dǎo)體激光器。為了達(dá)到上述目的，方面1所述的發(fā)明是一種AlGalnP類的高輸出紅色 半導(dǎo)體激光器，其在n型半導(dǎo)體襯底上，至少依次具有n型包層、有源層及 p型包層，在有源層的上部具有含有所述p型包層的帶狀的脊部，其特征在 于，用含有AlGaAs的半導(dǎo)體形成構(gòu)成所述脊部的半導(dǎo)體層的一部分。另外，方面2所述的發(fā)明是如方面1所述的、特征為用含有AlGaAs的半導(dǎo)體形成所述p型包層的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器。另外，方面3所述的發(fā)明是如方面l所述的、特征為所述p型包層通過在中間形成的蝕刻停止層分成有脊部的第2p型包層和不含有脊部的第lp型包層的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器。另外，方面4所述的發(fā)明是如方面3所述的、特征為用含有AlGaAs 的半導(dǎo)體形成所述第2p型包層的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器。另外，方面5所述的發(fā)明是如方面4所述的、特征為用含有AlGaAs 的半導(dǎo)體形成所述第lp型包層的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器。另外，方面6所述的發(fā)明是如方面1至5中任一項(xiàng)所述的、特征為用 含有AlGaAs的半導(dǎo)體形成所述n型包層的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器。根據(jù)本發(fā)明，由于可以通過含有良好熱傳導(dǎo)率的AlGaAs的半導(dǎo)體，形 成構(gòu)成脊部的半導(dǎo)體層的一部分例如p型包層，因此在激光器元件內(nèi)部產(chǎn)生 的熱容易傳導(dǎo)至p電極側(cè)，并且來自p電極的熱的輻射容易進(jìn)行，所以可以 防止溫度的過度上升。另外，由于通過用含有熱傳導(dǎo)率良好的AlGaAs的半導(dǎo)體構(gòu)成包層，可 以改善散熱特性，因此無需增大激光器元件的散熱面積。


圖1是表示本發(fā)明的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器的剖面結(jié)構(gòu)的圖； 圖2是表示本發(fā)明的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器的其他剖面結(jié)構(gòu)的圖; 圖3是表示本發(fā)明的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器的其他剖面結(jié)構(gòu)的圖; 圖4是表示以往的紅色半導(dǎo)體激光器的剖面結(jié)構(gòu)的圖； 圖5是安裝半導(dǎo)體激光器元件的封裝結(jié)構(gòu)的圖。 附圖標(biāo)記i兌明1 n電極2 n-GaAs ^H"底3 n-AlGalnP包層4 AlGalnP光導(dǎo)層5 MQW有源層6 AlGalnP光導(dǎo)層7 p-AlGalnP第1包層58 AlGalnP蝕刻停止層9 p-AlGaAs第2包層10 p-GaAs接觸層11 n-AlGalnP阻擋層12 p電極31 n-AlGaAs包層71 p-AlGaAs第1包層具體實(shí)施方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的一實(shí)施例進(jìn)行說明。圖l表示根據(jù)本發(fā)明的 高輸出紅色半導(dǎo)體激光器的剖面結(jié)構(gòu)。在傾斜n-GaAs襯底2上層疊有n-AlGalnP包層3、 AlGalnP光導(dǎo)層4、 MQW有源層5、 AlGalnP光導(dǎo)層6、 p-AlGalnP第1包層7、 AlGalnP蝕刻停 止層8、 n-AlGalnP阻擋層11、 p-AlGaAs第2包層9、 p-GaAs接觸層10和 p電極12,在n-GaAs襯底2的背面?zhèn)刃纬捎衝電極1。 n-GaAs襯底2采用 其晶體取向?yàn)閺?001)傾斜10 15度的襯底。MQW有源層5由3層GalnP阱層和2層非摻雜的(Ala5Gao.5) o.5In05P 勢壘層(^卩7層)形成。n-AlGalnP包層3由摻雜n型雜質(zhì)Si的(Ala7Ga0.3) 05Ino.5P構(gòu)成，AlGalnP光導(dǎo)層4和AlGalnP光導(dǎo)層6由非摻雜的(Ala5Ga05) 0.5In0.5P構(gòu)成，p-AlGalnP第1包層7由摻雜p型雜質(zhì)Zn的(Al0.7Ga0.3 )05In0.5P 構(gòu)成，AlGalnP蝕刻停止層8是采用3層摻雜p型雜質(zhì)Zn的無應(yīng)變的 (Alo.,Ga。.9) 05In05P和2層摻雜p型雜質(zhì)Zn的(Al0.4Ga0.6) 0.5In05P并交替 層疊的層，p-AlGaAs第2包層9由摻雜p型雜質(zhì)Zn的Ala5GaAs構(gòu)成，p-GaAs 接觸層10由摻雜p型雜質(zhì)Zn的GaAs構(gòu)成，n-AlGalnP阻擋層11由摻雜n 型雜質(zhì)Si的(Alo.8Ga().2) o.5Ino.5P構(gòu)成。P電極12采用Ti和Au的多層金屬 膜，n電極1則采用Au、 Ge、 Ni的合金層和Ti和Au的多層金屬膜。MQW有源層5是從兩側(cè)用AlGalnP光導(dǎo)層4、 6夾著而構(gòu)成的。這些 光導(dǎo)層是為了在垂直方向封入光而形成的層，可以根據(jù)光導(dǎo)層的組成、厚度 控制垂直擴(kuò)展角度。如果減弱該垂直方向的光的封入，則發(fā)光點(diǎn)在垂直方向 擴(kuò)大，射出光束的垂直擴(kuò)展角度(FFP的層疊方向的大小)降低。如圖1所示的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，具有用p-AlGaAs第2包層9和p-GaAs接觸層10形成帶狀的脊部B、用n-AlGalnP阻擋層11覆蓋該脊 部B的兩側(cè)的脊部埋入結(jié)構(gòu)。電流不在成為反偏置的n-AlGalnP阻擋層11 及其下部流通，而在帶狀的脊部B流通。制造方法利用已知的MOCVD法或光刻技術(shù)等按照如下步驟進(jìn)行。另 外，各層的合適的膜厚隨著半導(dǎo)體材料的組成比例等而變化，但是在本實(shí)施 例中，各層的膜厚根據(jù)所述的各層的組成比例如下形成。在n-GaAs襯底2上，通過利用MOCVD法(有4幾金屬化學(xué)氣相成長法) 的第1次結(jié)晶成長，依次形成2.5 nm厚的n-AIGalnP包層3、 5nm厚的 AlGalnP光導(dǎo)層4、 MQW有源層5、 10nm厚的AlGalnP光導(dǎo)層6、 0.24 n m 厚的p-AlGalnP第1包層7、 AlGalnP蝕刻停止層8、 1.25 jli m厚的p-AlGaAs 第2包層9、 0.2)am厚的p-GaAs接觸層10,得到雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的晶片。另夕卜， MQW有源層5是具有3層6nm厚的阱層、2層4nm厚的勢壘層的多重量子 阱結(jié)構(gòu)；蝕刻停止層8是具有3層2nm厚的無應(yīng)變的(Alo」Ga。.9) o.5In05P、 2層5nm厚的(Al04Ga0.6) 0.5In0.5P的多層結(jié)構(gòu)。其次，將帶狀的Si02作為掩模，通過干式蝕刻將p-GaAs接觸層10和 p-AlGaAs第2包層9進(jìn)行蝕刻形成脊部B。再其次，利用鹽酸或稀硫酸和雙 氧水進(jìn)行濕式蝕刻，直至達(dá)到蝕刻停止層8進(jìn)行蝕刻。通過蝕刻停止層8， 脊蝕刻自動停止，可以良好地控制形成脊。然后，將晶片回送到MOCVD裝置內(nèi)，通過第2次的結(jié)晶成長形成 n-AlGalnP阻擋層11。然后，通過HF處理去除SK)2掩模。最后，通過研磨、 拋光，使晶片薄化至100jum左右，并且通過真空蒸鍍法形成n電極1和p 電極12。如果在p電極12和n電極1之間一通電，就發(fā)生振蕩，激光繼續(xù)產(chǎn)生， 但是，由于電阻等的關(guān)系，特別是在p側(cè)的層或MQW有源層5產(chǎn)生大量的 焦耳熱。產(chǎn)生的這些熱量雖然在擴(kuò)散，但是由于第2包層9將含有熱傳導(dǎo)率 良好的AlGaAs作為其成分，因此熱量迅速向第2包層9傳導(dǎo)、到達(dá)p-GaAs 接觸層10。由于p-GaAs接觸層10薄，因此熱量立即擴(kuò)散到p電極12，從 p電極12進(jìn)行散熱。因?yàn)锳lGaAs的熱傳導(dǎo)率達(dá)AlGalnP熱傳導(dǎo)率的約2倍， 所以與如圖4所示的紅色半導(dǎo)體激光器比較，熱可以迅速擴(kuò)散。這樣通過將 AlGaAs作為成分的半導(dǎo)體形成構(gòu)成脊部B的半導(dǎo)體層的一部分，可以改善 散熱特性，防止激光器元件的溫度過度地上升。然而，AlGaAs混晶系列中，通過降低A1成分，可以更加提高熱傳導(dǎo)率 (低熱阻化)，但是另一方面，由于包層的帶隙能減少，不能阻擋少數(shù)載流 子的流出，因此如本實(shí)施例所述，包層在40%~70%,優(yōu)選在50%~60%范 圍構(gòu)成Al0.5GaAs和Al組成。在本實(shí)施例中，Al成分為50%。圖2表示在圖1的結(jié)構(gòu)中用p-AlGaAs第1包層71代替p-AlGalnP第1 包層7的結(jié)構(gòu)。第1包層71與第2包層9同樣，由摻雜p型雜質(zhì)Zn的Alo.5GaAs 構(gòu)成。如上所述，由于AlGaAs的熱傳導(dǎo)率高，因此在MQW有源層5或p 側(cè)的層產(chǎn)生的焦耳熱迅速向p-AlGaAs第1包層71傳導(dǎo)，進(jìn)而也在p-AlGaAs 第2包層9中迅速擴(kuò)散傳導(dǎo)到p電極側(cè)12,所以散熱特性得到改善。另外， 為了提高散熱特性，優(yōu)選降低脊部B的高度H，縮小熱的擴(kuò)散距離。優(yōu)選降 低高度H,對于圖1和圖3的結(jié)構(gòu)同樣適用。圖3表示在圖2的結(jié)構(gòu)中用n-AlGaAs包層31代替n-AlGalnP包層3的 結(jié)構(gòu)。包層31由摻雜n型雜質(zhì)Si的Alo.sGaAs構(gòu)成。包層31通過由將熱傳 導(dǎo)率良好的AlGaAs作為成分的半導(dǎo)體構(gòu)成，也可以使在n側(cè)的層產(chǎn)生的焦 耳熱有效地進(jìn)行散熱，且在n側(cè)的層產(chǎn)生的熱，迅速向n-AlGaAs包層31傳 導(dǎo)，容易擴(kuò)散至p電極12或n電極l側(cè)，散熱特性得到改善。另外，在實(shí)施例中所述的各層的膜厚并不限于此。例如，n型包層3、 31的膜厚約為1 ~ 3 u m, n側(cè)光導(dǎo)層4的膜厚為5 ~ 30nm, MQW有源層5 的阱層的膜厚約為3-9nm, MQW有源層5的勢壘層的膜厚約為3~9nm， p側(cè)光導(dǎo)層6的膜厚為5-30nm, p型第1包層7、 71的膜厚為0.2~0.4|um， 蝕刻停止層8的無應(yīng)變的(AIo」Ga。.9) Q.5In。.5P層的膜厚約為1 ~5nm,蝕刻 停止層8的(Ala4Ga。.6) Q.5lno.5P層的膜厚約為3~ 10nm， p型第2包層9的 膜厚在0.5-2 nm范圍，進(jìn)一步優(yōu)選為0.8~ 1.5 p型接觸層10的膜厚 為0.2 ~ 0.8 jam。
權(quán)利要求
1.一種高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，其是AlGaInP類的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，其在n型半導(dǎo)體襯底上至少依次具有n型包層、有源層和p型包層，并且在有源層的上部具有含有所述p型包層的帶狀的脊部，其特征在于，用含有AlGaAs的半導(dǎo)體形成構(gòu)成所述脊部的半導(dǎo)體層的一部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，其特征在于，用含 有AlGaAs的半導(dǎo)體形成所述p型包層。
3. 如權(quán)利要求1所述的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述p 型包層通過在中間形成的蝕刻停止層分離為有脊部的第2p型包層和不含有 脊部的第lp型包層。
4. 如權(quán)利要求3所述的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，其特征在于，用含 有AlGaAs的半導(dǎo)體形成所述第2p型包層。
5. 如權(quán)利要求4所述的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，其特征在于，用含 有AlGaAs的半導(dǎo)體形成所述第lp型包層。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，其特 征在于，用含有AlGaAs的半導(dǎo)體形成所述n型包層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高輸出紅色半導(dǎo)體激光器，其改善散熱特性抑制激光器元件的溫度上升，無需增大元件的散熱面積。該發(fā)明在傾斜n-GaAs襯底(2)上層疊有n-AlGaInP包層(3)、AlGaInP光導(dǎo)層(4)、MQW有源層(5)、AlGaInP光導(dǎo)層(6)、p-AlGaInP第1包層(7)、AlGaInP蝕刻停止層(8)、n-AlGaInP阻擋層(11)、p-AlGaAs第2包層(9)、p-GaAs接觸層(10)、p電極(12)，在n-GaAs襯底(2)的背面形成有n電極(1)。由于第2包層(9)把熱傳導(dǎo)率良好的AlGaAs作為其成分，因此可以提高激光器元件的散熱特性。
文檔編號H01S5/22GK101283493SQ20068003716
公開日2008年10月8日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者中原健, 石川努 申請人:羅姆股份有限公司