專利名稱：半導(dǎo)體激光器及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光盤系統(tǒng)中光源等的半導(dǎo)體激光器，尤其是具有脊型條紋結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其中用電介質(zhì)膜抑制了電流，消除了掩埋增長(burying growth)。
背景技術(shù)：
近年來，由于DVD和CD的廣泛使用，半導(dǎo)體激光器應(yīng)用于各種領(lǐng)域，因此強烈要求減少半導(dǎo)體激光器的生產(chǎn)費用和產(chǎn)品從訂貨到交貨的時間。
圖6(參見JP6(1994)-237038A)示出了半導(dǎo)體激光器常用的掩埋脊型條紋結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由下述方法生成。
首先，使用金屬有機物氣相生長方法(以下稱MOCVD法)在第一電導(dǎo)型襯底201上外延生長以下各層緩沖層202，第一電導(dǎo)型包層203，引導(dǎo)層204，有源層205，引導(dǎo)層206，第二電導(dǎo)型包層207，異質(zhì)緩沖層(hetero buffer layer)208和覆蓋層209。
絕緣層(圖中未顯示)在覆蓋層209上生成并呈條紋圖案，再以該條紋圖案為掩膜將第二電導(dǎo)型包層207刻蝕生成脊型。之后，使用MOCVD法選擇性生長第一電導(dǎo)型電流阻擋層210。除去該條紋圖案后，使用MOCVD法生長第二電導(dǎo)型接觸層211。此外，再分別生成n極212和p極213。
采用這種結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)過程中要完成三次MOCVD工藝，因此很難減少生產(chǎn)費用。
其次，以電介質(zhì)膜為電流阻擋層的脊型條紋結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器如圖7A(見JP11(1999)-186650A)所示。生成這種結(jié)構(gòu)的過程中，使用MOCVD法在第一電導(dǎo)型襯底301上外延生長以下各層緩沖層302，第一電導(dǎo)型包層303，引導(dǎo)層304，有源層305，引導(dǎo)層306，第二電導(dǎo)型包層307，異質(zhì)緩沖層308和覆蓋層309。絕緣層(圖中未顯示)在覆蓋層309上生成并呈條紋圖案，此后，再以該條紋圖案為掩膜將第二電導(dǎo)型包層307刻蝕成脊型。此外，在該脊的兩側(cè)均提供由電介質(zhì)膜制成的電流阻擋層310。進(jìn)而，再分別生成n極311和p極312。
使用電介質(zhì)膜的脊型條紋結(jié)構(gòu)只需完成一次MOCVD工藝，因此生產(chǎn)費用會比圖6所示例子減少很多。而且，由于減少了生長步驟，制造過程中的生產(chǎn)時間也將減少。尤其在單片型雙波長激光器中，晶體生長步驟和生產(chǎn)過程更為復(fù)雜，因此可以認(rèn)識到，采用圖7A所示結(jié)構(gòu)會大大減少生產(chǎn)費用和產(chǎn)品從訂貨到交貨的時間。
生產(chǎn)如圖7A所示的具有脊型條紋結(jié)構(gòu)的激光器僅使用一次外延生長法，這種激光器可采用諸如氧化硅(以下稱SiO2)膜或氮化硅(以下稱SiN)膜等電介質(zhì)膜作為電流阻擋層，與AlGaAs或AlGaInP為基質(zhì)的半導(dǎo)體層相比，這些膜具有相當(dāng)小的折射率。例如，對于波長為650nm的光，各折射率為AlGaAs＝3.1到4.1，AlGaInP＝3.2到3.6；而SiO2＝1.5，SiN＝2.0。
相應(yīng)地，電流阻擋層與構(gòu)成脊型部分和包層的半導(dǎo)體層間的折射率差變大了。因此，為了調(diào)整出射光的張角，如圖7A所示，需要增加脊型部分外側(cè)的第二電導(dǎo)型包層307的膜厚度H以增強對光的限制。因此，如圖7B所示，電流的無效部分314從光發(fā)射區(qū)域313泄漏，注入了有源層305，由此引出工作電流增加的問題。工作電流的增加有可能降低半導(dǎo)體激光器元件的溫度特性，并大大降低其高溫可靠性。
發(fā)明概述為了克服上述傳統(tǒng)例子中的缺點，本發(fā)明的一個目的是提供了一個脊型條紋結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，該激光器用電介質(zhì)膜作為電流阻擋層，這種電介質(zhì)膜對于發(fā)射波長具有足夠小的吸收系數(shù)，且與包層的折射率差也足夠小，正適合于限制光，所以半導(dǎo)體激光器有很小的激光振蕩閾值并在高溫和大功率下振蕩時表現(xiàn)出極好的電流特性。而且，本發(fā)明的另一個目的是提供生產(chǎn)此種半導(dǎo)體激光器的方法。
為了解決上述問題，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器包括以下幾部分第一電導(dǎo)型包層，第二電導(dǎo)型包層，該包層至少有一個在諧振器方向延伸脊型結(jié)構(gòu)，位于兩包層間的有源層和電流阻擋層，該電流阻擋層至少要覆蓋脊型結(jié)構(gòu)一個側(cè)面。電流阻擋層包括氫化第一電介質(zhì)膜。
附圖簡述

圖1是根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖2A到圖2C是根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體激光器制造過程的橫截面圖；圖3A和圖3B是根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體激光器的電流特性曲線；圖4是根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部損耗與氫化非晶硅的膜厚度間的關(guān)系曲線；圖5是根據(jù)實施例2的半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖6是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中掩埋脊型條紋結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖7A和圖7B是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中具有電介質(zhì)膜電流阻擋層的條紋結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖8A和圖8B分別是波長與折射率間的相互關(guān)系，以及波長與不同電介質(zhì)材料吸收系數(shù)間的相互關(guān)系的曲線；圖9A到圖9C是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體激光器的安裝過程的橫截面圖。
優(yōu)選實施例的描述本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器中，氫化第一電介質(zhì)膜用作電流阻擋層，這種膜對于發(fā)射波長具有大的折射率和足夠小的吸收系數(shù)。因此，可以減小脊型部分內(nèi)外的折射率差。相應(yīng)地，可以減少引入有源層的無效電流，并同時減小了元件的閾值電流，因此半導(dǎo)體激光器元件在高溫和大功率振蕩時有極好的電流特性，且元件可被大產(chǎn)量生產(chǎn)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器中，為阻止氫擴散，電流阻擋層最好包括位于第一電介質(zhì)膜和脊型結(jié)構(gòu)間的第二電介質(zhì)膜。這種結(jié)構(gòu)可以抑制電流阻擋層等各層中，由第一電介質(zhì)膜擴散的氫引出的障礙物的出現(xiàn)。
第一電介質(zhì)膜最好是非晶硅，非晶硅的厚度最好為0.1μm或更大。
更優(yōu)選的是，能在第一電介質(zhì)膜的兩面都提供第二電介質(zhì)膜。
當(dāng)然，第二電介質(zhì)膜最好含氮或鋁。具體地說，第二電介質(zhì)膜最好由下列物質(zhì)構(gòu)成氮化硅(SiN)，氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)，包含這些原料的化合物或氮化鈦鋁(AlTiN)。
第一和第二電介質(zhì)膜可以相鄰。
第二電介質(zhì)膜的厚度優(yōu)選為在2nm到50nm(包括2nm和50nm)的范圍，最好在5nm到50nm(包括5nm和50nm)的范圍。
生產(chǎn)一種上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器時，最好能使用電子回旋共振(以下稱ECR)濺射法或ECR-CVD法生成第一電介質(zhì)膜和第二電介質(zhì)膜。
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明者用電介質(zhì)膜作為電流阻擋層進(jìn)行試驗，這種膜對于該發(fā)射波長有足夠小的吸收系數(shù)并具有比SiO2或SiN更大的折射率。關(guān)于不同的電介質(zhì)材料，圖8A示出了折射率對波長的依賴關(guān)系，以及圖8B示出了吸收系數(shù)對波長的依賴關(guān)系。試驗的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)氫化非晶硅在對于波長是600nm或者更長的光具有比SiO2或SiN更大的折射率以及足夠小的吸收系數(shù)。
發(fā)明者因此研究性地生產(chǎn)了包含這種材料作為電流阻擋層的半導(dǎo)體激光器，但已意識到，在不同的情況下可能發(fā)生以下問題。
以具有圖7A所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器為例子進(jìn)行描述。在這種半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)過程中，形成電流阻擋層310后，電流阻擋層310的一部分將被除去，以露出覆蓋層309的頂部。此后，在襯底的背面形成由Au，Ge和Ni做成的n極311，在襯底的正面形成由Cr/Pt/Au做成的p極312，然后進(jìn)行合金處理，以得到歐姆接觸。
但是，已認(rèn)識到，在合金處理中，電流阻擋層310和p極312有可能被抬升或脫落。這個現(xiàn)象的出現(xiàn)可認(rèn)為有以下原因在氫化非晶硅膜作為電流阻擋層310的情況下，半導(dǎo)體激光器暴露在200℃或更高溫度時，引起了非晶硅膜中的氫的擴散，這些擴散后的氫在包層307和電流阻擋層310間積累，然后膨脹，于是導(dǎo)致像水泡一樣地脫落。
如果發(fā)生了這樣的脫落現(xiàn)象，那么電流阻擋層的隔離作用就不能保持，因此大量的無效電流流入激光器，導(dǎo)致工作電流的增加。如果脫落現(xiàn)象顯著，電極本身可能會分裂成片。
當(dāng)然，在安裝半導(dǎo)體激光器和副底座(sub-mount)過程中也可能出現(xiàn)類似的失效。參照圖9A到9C，對大功率半導(dǎo)體激光器的安裝過程進(jìn)行描述。在安裝過程中，首先如圖9A所示，一個大功率半導(dǎo)體激光器401由一個彈簧夾頭404夾住，再安裝到另一個組件上，如通過焊料402安裝到副底座403上。這個過程中，副底座403一直在焊料402的熔點或更高溫度下被加熱。在大功率半導(dǎo)體激光器401降低到如圖9B所示的狀態(tài)后，副底座403和半導(dǎo)體激光器401被擠壓并結(jié)合到一起。之后，如圖9C所示，抬升彈簧夾頭404。
在上述的過程中，當(dāng)副底座403和半導(dǎo)體激光器401被擠壓并結(jié)合到一起時，由于彈簧夾頭404的負(fù)荷和大功率半導(dǎo)體激光器元件40 1的形狀而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生也是因為在傳統(tǒng)大功率半導(dǎo)體激光器401的結(jié)構(gòu)中，諧振器的長度比寬度長，諧振器的長度為0.5到1mm。
半導(dǎo)體激光器元件一般是通過在靠近光發(fā)射區(qū)域的表面與副底座相連的，這個面被稱為連接面(junction down)，這樣連接是為了能有好的散熱特性，因此，在半導(dǎo)體激光器內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會集中在激光器與副底座的結(jié)合處。由殘余應(yīng)力產(chǎn)生的形變可能導(dǎo)致激光器性能的惡化，降低其長期工作的可靠性。
可采用一些方法以減輕這種殘余應(yīng)力，如在200℃或更高的溫度下組裝大功率半導(dǎo)體激光器401，或在安裝后去掉彈簧夾頭404，在沒有負(fù)荷的情況下重新加熱，使焊料402再次融化(達(dá)350℃)。
可是，在滿足上述結(jié)構(gòu)和條件下生產(chǎn)大功率半導(dǎo)體激光器時，包含氫化膜的電流阻擋層會暴露在200℃或更高的溫度下，氫化膜中包含的氫有可能擴散，由此導(dǎo)致膜像水泡一樣脫落。
而且，由于加熱操作導(dǎo)致了氫的解吸附作用，使得氫化非晶硅膜的折射率發(fā)生了變化，非晶硅膜原本是為了減小吸收系數(shù)，但這里卻增加了吸收系數(shù)。因而，光限制性能也隨之改變，最后導(dǎo)致激光器性能的惡化。
正如上面提到的，發(fā)明者已經(jīng)認(rèn)識到，只要第二電介質(zhì)膜包含在電流阻擋層中，就可以解決這個問題，第二電介質(zhì)膜位于第一電介質(zhì)膜與脊型結(jié)構(gòu)間，用來阻止氫的擴散。這種結(jié)構(gòu)可以抑制電流阻擋層等各層中，由第一電介質(zhì)膜擴散的氫所引起的障礙物的出現(xiàn)。
下面將參考附圖對根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體激光器及其生產(chǎn)方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
實施例1圖1是根據(jù)實施例1基于AlGaInP的激光器的橫截面示意圖。本實施例中的半導(dǎo)體激光器具有脊型條紋結(jié)構(gòu)，其中在n型GaAs襯底101上生成以下各層n型GaAs緩沖層102，n型AlGaInP包層103，未摻雜的AlGaInP光引導(dǎo)層104，多量子阱有源層105，未摻雜的AlGaInP光引導(dǎo)層106，p型AlGaInP包層107，p型GaInP異質(zhì)緩沖層108，p型GaAs覆蓋層109和層狀電流阻擋層112，而且，在n型襯底101的背面生成n極113，在接觸層109上生成p極114。
下面描述每一層的具體例子。n型GaAs襯底101由Si摻雜n型GaAs生成。n型GaAs緩沖層102由Si摻雜n型GaAs(Si濃度n＝2×1018cm-3，膜厚度t＝0.5μm)生成。n型AlGaInP包層103由Si摻雜n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P(載流子濃度1×1018cm-3，t＝1.5μm)生成。未摻雜AlGaInP光引導(dǎo)層104由未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P(t＝25nm)生成。
多量子阱有源層105包括未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P阱(t＝5nm三層)和未摻雜的Ga0.5In0.5P阱(t＝6nm四層)生成。未摻雜的AlGaInP光引導(dǎo)層106由未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P(t＝25nm)生成。p型AlGaInP包層107由Zn摻雜的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P(載流子濃度1×1018cm-3，t＝1.3μm)。
p型GaInP異質(zhì)緩沖層108由Zn摻雜p型Ga0.5In0.5P(載流子濃度1×1018cm-3，t＝50μm)生成。p型GaAs覆蓋層109由Zn摻雜p型GaAs(載流子濃度1×1019cm-3，t＝200μm)生成。層狀電流阻擋層112包括氮化硅膜110(t＝10nm)和氫化非晶硅膜111(t＝100nm)。
生成的一對比脊型部分還要高的突出部分115，這樣可以將脊型部分置于其中，在通過連接面裝配時，減少了對脊型部分的損傷。
此外，在激光器的諧振器端面上生成窗型結(jié)構(gòu)(圖中未示出)。通過對由Zn擴散形成的多量子阱進(jìn)行互結(jié)晶，而使窗型結(jié)構(gòu)將帶隙擴大，并減少了對具有發(fā)射光波長的光吸收，因此抑制了端面處的光學(xué)損傷。
下面來描述由圖1描繪的半導(dǎo)體激光器的生產(chǎn)方法。圖2A到2C是本實施例中生產(chǎn)半導(dǎo)體激光器各步驟的橫截面圖。
使用MOCVD法完成對包層103、包層107、有源層105等的晶體生長，并在AlGaInP、AlInP和GaAs晶體生長時使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)、磷化氫(PH3)和砷化氫(AsH3)作為原料氣體。
進(jìn)行p摻雜和n摻雜時，分別使用二甲基鋅(DMZn)和硅化氫(SiH4)。使用電阻加熱器對n型GaAs襯底101進(jìn)行加熱。此處，生長溫度為660℃，生長氣壓為4666Pa(＝35Torr)。生長速度約為每小時2um。
首先，如圖2A所示，n型GaAs襯底101安裝在MOCVD反應(yīng)器上，然后，按n型GaAs緩沖層102、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包層103、未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P光引導(dǎo)層104、有源層105、未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P光引導(dǎo)層106、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包層107、p型Ga0.5In0.5P緩沖層108和p型GaAs覆蓋層109的順序逐層生長以生產(chǎn)出異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的襯底。從MOCVD反應(yīng)器中取出異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的襯底后，可選擇性的在諧振器的端面區(qū)域形成ZnO膜(圖中未顯示)，并經(jīng)過熱擴散使其互結(jié)晶成多量子阱結(jié)構(gòu)，這樣就生成了端面的窗型結(jié)構(gòu)。
下一步，如圖2B所示，使用氣壓加熱CVD法(370℃)沉積0.3μm厚的氧化硅膜116。之后，使用光刻和干法刻蝕技術(shù)將氧化硅膜116變成2μm寬的條紋圖案。用硫酸刻蝕劑選擇性刻蝕p型GaAs覆蓋層109，用鹽酸刻蝕劑刻蝕p型Ga0.5In0.5P緩沖層108，用硫酸或鹽酸刻蝕劑刻蝕p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包層107，以這種圖案作為掩膜，生成如圖2B所示的臺面結(jié)構(gòu)。
隨后，如圖2C所示，用氫氟酸刻蝕劑去除氧化硅膜116的所有條紋圖案，采用ECR-CVD裝置以這種順序沉積氮化硅膜110(t＝10nm)和氫化非晶硅膜111(t＝100nm)來生成電流阻擋層112。
在高溫下(＞200℃)，氮化硅膜110對氫化非晶硅膜111中的氫擴散有阻礙特性，厚度為5nm或更厚氮化硅膜在直到溫度達(dá)350℃或更高時能夠抑制氫的解吸附作用。而氮化硅膜110的厚度不宜為2nm或更小，因為這樣會減小對氫的阻礙特性，而實現(xiàn)對氫的阻礙正是本實施例的一個目的。依據(jù)這種阻礙特性，氮化硅膜的厚度最好為5nm或者更大。然而，該氮化硅膜的厚度最好是50nm或更小，因為如果大于50nm，在應(yīng)力作用下可能會出現(xiàn)分層。當(dāng)?shù)枘さ暮穸仍诖朔秶鷥?nèi)時，光的限制特性不會受到很大影響。
之后，通過光刻和刻蝕工藝，氮化硅膜110和脊型結(jié)構(gòu)中位于p型GaAs覆蓋層109頂部的氫化非晶硅膜111被刻蝕掉。以使用CF4氣體進(jìn)行干法刻蝕做為這步刻蝕的一個例子。在這個過程中，靠近諧振器端面窗型區(qū)域內(nèi)的電流阻擋層112被保留，從而抑制了無效電流注入窗型區(qū)域。
最后，在襯底101的背面形成用Au、Ge和Ni制成的n極113，在氫化非晶硅膜111的表面和覆蓋層109上生成用Cr/Au/Pt制成的p極114，這樣就得到了如圖1所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。
根據(jù)下面所描述的實驗結(jié)果，為了在n極上得到歐姆接觸，合金處理的溫度應(yīng)定在350℃或更低。
在高溫下安裝時，比較本實施例中半導(dǎo)體激光器與電流阻擋層中不包含氮化硅膜的半導(dǎo)體激光器的表現(xiàn)。在對比試驗中，生成電極的合金處理在350℃氮氣環(huán)境中持續(xù)10分鐘，用顯微鏡觀察每個半導(dǎo)體激光器p極表面的情況。
結(jié)果，在電流阻擋層包含氮化硅膜的半導(dǎo)體激光器中沒有觀察到p極被抬升的現(xiàn)象。而電流阻擋層不包含氮化硅膜的半導(dǎo)體激光器中，可在很多部分觀察到p極被抬升的現(xiàn)象。另外，已證實這種抬升是由于脊型部分側(cè)面和氫化非晶硅膜間的脫落現(xiàn)象導(dǎo)致的。
根據(jù)以上結(jié)果，已證實，即使在約為350℃高溫下，本實施例中半導(dǎo)體激光器也不會發(fā)生電流阻擋層脫落的現(xiàn)象，其中氮化硅膜作為對氫的阻擋層。
接下來，與根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的半導(dǎo)體激光器做比較，下面描述本實施例中半導(dǎo)體激光器的特征。
圖3A和3B顯示了實施例1中半導(dǎo)體激光器的電流-光輸出的特性。圖3A是25℃時的測量結(jié)果，圖3B是75℃時的測量結(jié)果。通過給半導(dǎo)體激光器施加脈沖電流(脈沖周期200nsec，占空比50％)來進(jìn)行測量。
如圖3A所闡明的，依照本實施例的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的紅色半導(dǎo)體激光器的閾值電流下降到了使用常規(guī)SiN膜為電流阻擋層的紅色半導(dǎo)體激光器的約70％。另外，如圖3B所示，高溫時的工作電流值也下降了，因此實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器元件在大功率振蕩時仍具有極好的電流特性。
圖4顯示了膜厚度與電流阻擋層使用了氫化非晶硅的半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部損耗之間的關(guān)系。實際應(yīng)用中內(nèi)部損耗最好低于0.1/cm-1，但圖中也顯示了當(dāng)氫化非晶硅的膜厚度為0.1μm或更大時，內(nèi)部損耗可以足夠的小。因此，氫化非晶硅的膜厚度最好為0.1μm或更大。
實施例2圖5是根據(jù)實施例2中半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖。因為其基本結(jié)構(gòu)與圖1中的半導(dǎo)體激光器相似，所以給相同的元件標(biāo)以相同的參考編號，具體的解釋就不再重復(fù)了。這個半導(dǎo)體激光器與根據(jù)實施例1的半導(dǎo)體激光器的不同點在于其電流阻擋層117是一個三層結(jié)構(gòu)，其中氫化非晶硅膜111夾在兩個氮化硅膜110間。
當(dāng)氫化非晶硅膜中的氫向外熱擴散時，向與脊型部分相連的界面的擴散會被氮化硅膜阻止，這在實施例1中已描述過。這種情況下，氫也會向相反的方向擴散，也就是說，向與p極114相連的界面擴散。
一般認(rèn)為是電極材料Cr/Pt/Au阻止了氫向外擴散。然而，正如我們所知，考慮到不同的金屬材料，輕的元素，如氫，它的穿透情況是根據(jù)生成金屬膜的方法而變化的。當(dāng)電極材料不能阻擋氫的擴散時，非晶硅膜的折射率和吸收系數(shù)就隨氫的解吸附作用變化，而且，也無法得到我們希望的性能。另外，如果突然出現(xiàn)氫的解吸附狀態(tài)，氫會在電極和電流阻擋層間積累，由此可能產(chǎn)生電極等的脫落現(xiàn)象。
根據(jù)本實施例，不僅向與脊型的界面的氫擴散而且向與電極的界面的氫擴散也得到了阻止，因此不會出現(xiàn)上述問題，可得到穩(wěn)定的激光器特性。
并且，根據(jù)本實施例的結(jié)構(gòu)還會帶來以下優(yōu)點。一般而言，非晶硅容易被氧化，且生成的自然氧化膜位于其表面。由于自然氧化膜的作用是做一個抑制層，所以即使對其加熱到350℃左右，硅和電極的最底層金屬材料Cr也很難相互發(fā)生反應(yīng)。
然而，在電極材料生成前，做一個預(yù)處理來改善p極114和覆蓋層109間的歐姆接觸時，自然氧化膜就可能被去掉。這種情況下，即使熱處理在300℃左右，Cr和Si也會相互發(fā)生反應(yīng)。如果生成了這樣的硅化物，電流阻擋層就得不到隔離作用，由于折射率、吸收系數(shù)、電極材料的質(zhì)量等的變化這將引起的激光器正常操作的失效。
采用本實施例的結(jié)構(gòu)，可得到阻止上述硅化物生成反應(yīng)的顯著效果。
在實施例1和2中，最好使用ECR-CVD裝置生成氫化非晶硅膜以改善脊型部分的斜面覆蓋情況，但ECR濺射裝置也可與襯底的旋轉(zhuǎn)機械裝置及另一個機械裝置一同使用，該機械裝置能使從靶上濺射出的原子在傾斜方向上也很容易落在襯底上。使用了ECR濺射裝置，可將膜生成過程中施加在元件上的損傷降到最低，且可生成濃密、均勻的氮化硅膜，氮化硅膜的作用是作為阻擋層阻擋氫化非晶硅中的氫擴散。但是，只要可以均勻的覆蓋脊型部分的表面，其它的裝置也是可以使用的，例如，與上述ECR濺射裝置相似的磁電管濺射裝置。
在實施例1和2中，介紹了基于AlGaInP的半導(dǎo)體激光器的例子，即使將本實施例的技術(shù)用到其它材料體系的激光器中，例如，以AlGaAs為基質(zhì)的激光器，其包層的折射率低于電流阻擋層的折射率，仍可以得到具有優(yōu)良特性的半導(dǎo)體激光器。此外，半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)并不受本實施例中所描述的結(jié)構(gòu)的限制，只要是具有脊型的半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)就都可以應(yīng)用。
同時，在實施例1和2中，描述了氮化硅作為對氫具有阻擋特性的材料的情況，而氮化鋁、氧化鋁或含有這些材料的化合物也被確認(rèn)具有對氫的阻擋作用。另外，氮化鈦和氮化鋁鈦(TiAlN)也對氫有良好的阻擋作用。
在不背離本發(fā)明的精神和基本特征的情況下，可以采取其它形式來實現(xiàn)本發(fā)明。本申請公開的具體實施例被認(rèn)為在各個方面作了示意性的描述而不是限制。本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書來指出而不是基于前面的描述，在本方法和與權(quán)利要求等同的范圍之內(nèi)的所有變化都將被包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器，包括第一電導(dǎo)型包層；第二電導(dǎo)型包層，其具有在諧振器方向延伸的至少有一個脊型結(jié)構(gòu)；位于所述兩包層間的有源層；和至少覆蓋該脊型結(jié)構(gòu)一個側(cè)面的電流阻擋層，其中該電流阻擋層包括氫化第一電介質(zhì)膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器，其中電流阻擋層包括位于第一電介質(zhì)膜和所述脊型結(jié)構(gòu)間用于阻擋氫擴散的第二電介質(zhì)膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器，其中的第一電介質(zhì)膜包括非晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中的第一電介質(zhì)膜包括非晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中包括氫的氫化非晶硅層的膜厚度為0.1μm或更大。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第一電介質(zhì)膜的兩個表面均設(shè)有第二電介質(zhì)膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜包括氮或鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜包括氮或鋁。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜由下列物質(zhì)構(gòu)成氮化硅(SiN)，氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)，包含這些材料的化合物或氮化鈦鋁(AlTiN)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜由下列物質(zhì)構(gòu)成氮化硅(SiN)，氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)，包含這些材料的化合物或氮化鈦鋁(AlTiN)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第一電介質(zhì)膜和第二電介質(zhì)膜彼此相鄰。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光器，其中第一電介質(zhì)膜和第二電介質(zhì)膜彼此相鄰。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜的膜厚度在2nm到50nm范圍，包括2nm和50nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜的膜厚度在2nm到50nm范圍，包括2nm和50nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜的膜厚度在5nm到50nm范圍，包括5nm和50nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜的膜厚度在5nm到50nm范圍，包括5nm和50nm。
17.制造半導(dǎo)體激光器的方法，包括生成第一電導(dǎo)型包層、有源層和具有在諧振器方向延伸的至少有一個脊型結(jié)構(gòu)的第二電導(dǎo)型包層；有源層位于所述兩包層間；以及生成至少覆蓋所述脊型結(jié)構(gòu)一個側(cè)面的電流阻擋層，該電流阻擋層包括氫化第一電介質(zhì)膜，其中該第一電介質(zhì)膜采用電子回旋共振濺射法或ECR-CVD法生成。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器包括第一電導(dǎo)型包層，在諧振器延長方向上至少有一個脊型結(jié)構(gòu)的第二電導(dǎo)型包層，位于兩包層間的有源層和至少覆蓋脊型結(jié)構(gòu)一個側(cè)面的電流阻擋層。電流阻擋層包括了氫化第一電介質(zhì)膜。在這種由電介質(zhì)生成電流阻擋層的結(jié)構(gòu)中，光的限制效率被增強，激光器振蕩閾值降低，且在高溫和大功率振蕩下的電流特性被改善。
文檔編號C23C14/35GK1585219SQ200410057538
公開日2005年2月23日 申請日期2004年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月18日
發(fā)明者牧田幸治, 足立秀人 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社