專利名稱：半導(dǎo)體激光器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光盤裝置中用作光源的半導(dǎo)體激光器和所述半導(dǎo)體激光器的制造方法。
近年來已經(jīng)開發(fā)了關(guān)于數(shù)字射頻錄象盤(DVDs)和例如介質(zhì)的其它光盤裝置。通常能夠獲得半導(dǎo)體激光器的的所述裝置主要利用發(fā)射短波激光的AlGaInP-型半導(dǎo)體激光器作為它們的光源。
圖7表示實(shí)際指標(biāo)控制型激光器的橫截面圖。圖7是處于垂直位置時(shí)在以下對(duì)于結(jié)構(gòu)的說明中的“上”和“下”表明。所示的實(shí)際指標(biāo)控制型激光器具有n-型GaAs襯底1，在其上按照規(guī)定次序依次形成n-型GaAs緩沖層2，由Al0.35Ga0.15In0.5P構(gòu)成的n-型覆蓋層3，有源層4，由Al0.35Ga0.15In0.5P構(gòu)成的第1P-型覆蓋層5，由(AlxGa1-x)0.5In0.5P(其中0≤x≤0.1)，AlzGa1-zAs(其中0.4≤z≤1)等構(gòu)成的腐蝕停止層6。然后由Al0.35Ga0.15In0.5P形成第2P-型覆蓋層7作為腐蝕停止層6上表面中心的脊部。然后在第2P型覆蓋層7的頂部形成由P-型Ga0.15In0.5P構(gòu)成的歐姆接觸層8。在第2P-型覆蓋層7和歐姆接觸層8的兩側(cè)上形成由n-型Al0.35Ga0.15In0.5P形成的電流阻擋層9，在歐姆接觸層8和電流阻擋層9的頂部形成由P-型GaAs構(gòu)成的頂蓋層10。在頂蓋層10的上面形成P-型電極11，在n-型GaAs襯底1的背面形成n-型電極12。第2P-型覆蓋層7和電流阻擋層9形成限光結(jié)構(gòu)，限制光在該結(jié)構(gòu)和n-型覆蓋層3中。注意這里引用的材料僅僅是舉例，所以可能利用其它材料的組合物。
利用金屬有機(jī)汽相外延(MOVPE)法依次形成所述的AlGaInP-型半導(dǎo)體激光器中的每一層。如下所述，形成限光結(jié)構(gòu)。首先在腐蝕停止層上提供用于制造第2P-型覆蓋層7的材料，然后在相應(yīng)第2P-型覆蓋層7的材料部分上形成腐蝕掩模，把包括硫酸的腐蝕液加到該材料的沒掩模的部分上。這導(dǎo)致腐蝕頂層6的沒掩蓋部分被腐蝕，留下形成第2P-型覆蓋層7材料層的脊部。然后，除掉腐蝕掩模，通過晶體生長(zhǎng)利用MOVEP形成由Al0.35Ga0.15In0.5P構(gòu)成的電流阻擋層9。但是在形成電流阻擋層之前，需要從由n-型GaAs襯底1到歐姆接觸層8形成的多層結(jié)構(gòu)表面除掉(主要由腐蝕處理后殘留的腐蝕溶液構(gòu)成的)雜質(zhì)。通過熱清潔處理除掉這些雜質(zhì)，在此處把多層結(jié)構(gòu)加熱到接近接著形成電流阻擋層9晶體生長(zhǎng)溫度的高溫(通常，為700℃以上)，為了防止磷從歐姆接觸層8的表面蒸發(fā)，在加熱時(shí)提供諸如磷化氫(PH3)的氣體。
用于光盤裝置的AlGaInP半導(dǎo)體激光器需要提高激光器的特性，保持和光盤裝置一致，也就是說，以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)橫向模式振動(dòng)和具有低的閾值電流。結(jié)果，第1P-型覆蓋層5和第2P-型覆蓋層7的厚度及形狀需要分別確定，同時(shí)電流阻擋層9的結(jié)晶化需要改善。
本發(fā)明的第1目的是提供改善諸如較低閾值電流激光特性的半導(dǎo)體激光器。
本發(fā)明的第2目的是提供改善諸如低閾值電流激光特性的半導(dǎo)體激光器的制造方法。
為了達(dá)到所述的目的，本發(fā)明人首先審查常規(guī)半導(dǎo)體激光器的下述方案。
首先，發(fā)明人研究不均勻處(突起和凹處)為什么出現(xiàn)在腐蝕停止層的表面。當(dāng)由(AlxGa1-x)0.5In0.5P(其中0≤x≤0.1)，AlzGa1-zAs(其中0.4≤z≤1)等形成腐蝕停止層時(shí)，在700℃以上溫度進(jìn)行晶體生長(zhǎng)能夠獲得高結(jié)晶度的第2P-型覆蓋層和電流停止層。熱清潔處理也必須在700℃以上的高溫進(jìn)行。由于這些高溫，使(AlxGa1-x)0.5In0.5P(其中0≤x≤0.1)，AlzGa1-zAs(其中0.4≤z≤1)等在腐蝕停止層表面升華。換句話說，當(dāng)利用MOVPE形成第2P-型覆蓋層時(shí)進(jìn)行加熱，引起升華，導(dǎo)致在這些層的表面形成不均勻處。當(dāng)利用MOVPE形成腐蝕停止層時(shí)進(jìn)行加熱和對(duì)熱處理部件進(jìn)行加熱時(shí)也在腐蝕停止層的表面引起升華，這也導(dǎo)致不均勻性。在形成電流停止層的部分結(jié)構(gòu)在制造時(shí)至少經(jīng)受兩次高溫，所以它的表面不均勻性比第2P-型覆蓋層的表面更嚴(yán)重。結(jié)果，不能用高結(jié)晶度形成第2P-型覆蓋層和電流停止層，則不可能制造所要求特性的半導(dǎo)體激光器。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，腐蝕停止層表面不均勻處的尺寸決定于形成腐蝕停止層材料(AlxGa1-x)0.5In1-yP中鋁對(duì)鎵的比例。
第2現(xiàn)象是在腐蝕停止層表面形成異質(zhì)層。當(dāng)由(AlxGa1-x)0.5In0.5P(其中0≤x≤0.1)，AlzGa1-zAs(其中0.4≤z≤1)形成腐蝕停止層時(shí)，在700℃以上高溫存在諸如磷化氫(PH3)氣體中進(jìn)行熱處理時(shí)，由于在腐蝕停止層(AlxGa1-x)0.5In0.5P(其中0≤x≤0.1)，AlzGa1-zAs(其中0.4≤z≤1)表面具有磷或其它氣體，則形成異質(zhì)層。并且，必須在700℃以上的溫度進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，以便獲得具有高結(jié)晶度的第2P-型覆蓋層和電流停止層。但是，當(dāng)利用所述高溫時(shí)，和利用較低溫度時(shí)相比，腐蝕停止層表面將吸收保留在反應(yīng)器內(nèi)部(在最初抽空反應(yīng)器后發(fā)生反應(yīng)，尤其是不可能除掉全部雜質(zhì)的情況)諸如硅的較多雜質(zhì)。這些吸收的雜質(zhì)是引起形成晶體缺陷區(qū)(異質(zhì)層)的一個(gè)原因。形成電流停止層的部分結(jié)構(gòu)至少經(jīng)受兩次高溫，在這過程中該部分和雜質(zhì)及磷化氫接觸，腐蝕停止層的表面比第2p-型覆蓋層形成異質(zhì)層更顯著。換句話說，當(dāng)在其上具有異質(zhì)結(jié)的腐蝕停止層頂部形成第2P-型覆蓋層和電流阻擋層時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)高結(jié)晶度，并且不能制造具有所希望的半導(dǎo)體激光器。通過實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在腐蝕停止層表面上形成異質(zhì)結(jié)的程度決定于形成腐蝕停止層材料(AlxGa1-x)0.5In1-yP中鋁對(duì)鎵的比例。
利用半導(dǎo)體激光器能夠達(dá)到本發(fā)明的所述的第1目的，該激光器包括第1覆蓋層；在第1覆蓋層上形成的有源層；在有源層上形成第2覆蓋層，具有和第1覆蓋層不同的導(dǎo)電類型；在第2覆蓋層上形成腐蝕停止層，具有和第2覆蓋層相同的導(dǎo)電類型；利用腐蝕工藝在腐蝕停止層上形成限光結(jié)構(gòu)，其中腐蝕停止層具有和限光結(jié)構(gòu)接觸的表面部分，該表面部分由(AlxGa1-x)0.5In1-yP半導(dǎo)體構(gòu)成，其中0.2≤x＜0.7和0＜y≤1。
在這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器中，腐蝕停止層具有由(AlxGa1-x)0.5In1-yP半導(dǎo)體(其中0.2≤x＜0.7和0＜0≤1)構(gòu)成的表面部分，它和各種氣體進(jìn)行相關(guān)反應(yīng)，受到相對(duì)少的升華。結(jié)果，當(dāng)把腐蝕停止層作為熱清潔處理工藝和形成包括鄰近腐蝕停止層的限光結(jié)構(gòu)各層工藝中的部件暴露在高溫時(shí)，能夠抑制腐蝕停止層表面的升華。該層表面在進(jìn)行這些工藝時(shí)不能和周圍氣體反應(yīng)。因?yàn)檫@個(gè)原因，能夠達(dá)到非常平的腐蝕停止層，在該表面沒有形成異質(zhì)層。這可能在腐蝕停止層的頂部形成包括限光結(jié)構(gòu)的各層，不減少結(jié)晶度，并且制造具有優(yōu)良激光特性(閾值電流，斜率)的半導(dǎo)體激光器。
此處，限光結(jié)構(gòu)可以包括形成第3覆蓋層作為腐蝕停止層表面特殊區(qū)域上的脊部，具有和腐蝕停止層相同的導(dǎo)電類型；具有和第3覆蓋層不同導(dǎo)電類型的電流阻擋層，形成在除了特殊區(qū)以外的腐蝕停止層表面區(qū)上第3覆蓋層兩側(cè)。
這里，腐蝕停止層可能具有比有源層帶隙窄的禁帶。
除了所述的作用外，利用腐蝕停止層將吸收由有源層發(fā)射的光，所以不需要提供吸收這種光的分離層。結(jié)果，利用較小整體結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自激振蕩激光器(脈沖激光器)。
利用半導(dǎo)體激光器制造方法能夠達(dá)到本發(fā)明的第2目的，其包括形成(i)第1覆蓋層，(ii)位于第1覆蓋層頂部上的有源層，(iii)位于有源層頂部的第2覆蓋層的各層，第2覆蓋層具有和第1覆蓋層不同的導(dǎo)電類型；在第1覆蓋層頂部形成腐蝕停止層的第2工藝，腐蝕停止層具有和第2覆蓋層相同的導(dǎo)電類型；利用液相腐蝕在腐蝕停止層表面特殊區(qū)域上形成脊?fàn)畹?覆蓋層的第3工藝，第3覆蓋層具有和腐蝕停止層相同的導(dǎo)電類型；在完成第3工藝后在特殊氣氛中進(jìn)行熱處理的第4工藝；在除了特殊區(qū)以外的腐蝕停止層表面區(qū)第3覆蓋層兩側(cè)上形成電流阻擋層的第5工藝，電流阻擋層具有和第3覆蓋層不同的導(dǎo)電類型，其中第2工藝?yán)?AlxGa1-x)0.5In1-yP半導(dǎo)體，其中0.2≤x＜0.7和0＜0≤1，形成腐蝕停止層的表面部分。
在所述的制造方法中，腐蝕停止層具有由(AlxGa1-x)0.5In1-yP半導(dǎo)體(其中0.2≤x＜0.7和0＜0≤1)形成的表面部分，該半導(dǎo)體受到相對(duì)小的升華，和各種氣體基本上不反應(yīng)。這表示在形成第3覆蓋層期間，熱處理期間和形成電流阻擋層期間暴露于高溫的腐蝕停止層部分難于升華。該表面和這些工藝?yán)玫臍怏w也很少反應(yīng)。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)非常平的腐蝕停止層，在其表面沒有形成異質(zhì)層。這可能在腐蝕停止層的頂部形成包括限光結(jié)構(gòu)的各層，不減少結(jié)晶度，并且制造具有優(yōu)良激光特性(閾值電流，斜率)的半導(dǎo)體激光器。
利用半導(dǎo)體激光器制造方法也能夠達(dá)到本發(fā)明的第2目的，其包括形成(i)第1覆蓋層，(ii)位于第1覆蓋層頂部上的有源層，(iii)位于有源層頂部的第2覆蓋層的各層，第2覆蓋層具有和第1覆蓋層不同的導(dǎo)電類型；在第1覆蓋層頂部形成腐蝕停止層的第2工藝，腐蝕停止層具有和第2覆蓋層相同的導(dǎo)電類型；利用液相腐蝕至少在腐蝕停止層表面一個(gè)特殊區(qū)域上形成電流阻擋層電流阻擋層的第3工藝，電流阻擋層具有和腐蝕停止層不同的導(dǎo)電類型；在完成第3工藝后在特殊氣氛中進(jìn)行熱處理的第4工藝；在除了特殊區(qū)以外的腐蝕停止層表面區(qū)上形成第3覆蓋層的第5工藝，以便和電流阻擋層接觸，第3覆蓋層和電流阻擋層有不同的導(dǎo)電類型，其中第2工藝?yán)?AlxGa1-x)0.5In1-yP半導(dǎo)體，其中0.2≤x≤0.7和0≤y≤1，形成腐蝕停止層的表面部分。
在所述的制造方法中，腐蝕停止層具有由(AlxGa1-x)0.5In1-yP半導(dǎo)體(其中0.2≤x＜0.7和0＜0≤1)形成的表面部分，該半導(dǎo)體受到相對(duì)小的升華，和各種氣體基本上不反應(yīng)。這表示在形成形成電流阻擋層期間，熱處理期間和第3覆蓋層期間，暴露于高溫的腐蝕停止層部分難于升華。該表面和這些工藝?yán)玫臍怏w也很少反應(yīng)。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)非常平的腐蝕停止層，在其表面沒有形成異質(zhì)層。這可能在腐蝕停止層的頂部形成包括限光結(jié)構(gòu)的各層，不減少結(jié)晶度，并且制造具有優(yōu)良激光特性(閾值電流，斜率)的半導(dǎo)體激光器。
這里，第3工藝可以利用包括酒石酸腐蝕液進(jìn)行液相腐蝕。
所述的制造方法利用包括酒石酸的腐蝕液。這種溶液對(duì)于第3覆蓋層和電流阻擋層具有優(yōu)良的腐蝕選擇性。結(jié)果，正好在垂直腐蝕停止層表面處可能適當(dāng)?shù)耐Ｖ垢g。接著可能形成具有適當(dāng)形狀和厚度的電流阻擋層。結(jié)果，使半導(dǎo)體激光器更精確地發(fā)射光，因此提高激光器的特性。
通過參考附圖對(duì)本發(fā)明特殊實(shí)施例的敘述，本發(fā)明的這些和其它目的，優(yōu)點(diǎn)和特征將顯而易見。個(gè)附圖如下所述

圖1表示本發(fā)明第1實(shí)施例半導(dǎo)體激光器LS1的橫截面圖；圖2A-2E表示制造半導(dǎo)體激光器LS的各工藝；圖3是表示腐蝕停止層組分和利用熱清潔處理在腐蝕停止層表面中產(chǎn)生不均勻處范圍之間的關(guān)系曲線圖；圖4是表示腐蝕停止層組分和利用熱清潔處理在第2P-型覆蓋層表面中產(chǎn)生晶體缺陷密度(發(fā)生率)之間關(guān)系的曲線圖；圖5是表示腐蝕停止層組分和在第2P-型覆蓋層腐蝕選擇性之間關(guān)系的曲線圖；圖6表示半導(dǎo)體激光器的光電流的輸出特性。
圖7是表示常規(guī)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
參考相關(guān)附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1表示本發(fā)明第1實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器LS的橫截面圖。和圖7所示相同的部分用相同的標(biāo)號(hào)表示。
如圖1所示，半導(dǎo)體激光器LS具有位于n-型AsGa緩沖層2上的n-型AsGa襯底1，由由Al0.35Ga0.15In0.5P構(gòu)成的n-型覆蓋層3，有源層4，由Al0.35Ga0.15In0.5P構(gòu)成的第1P-型覆蓋層5，和依次連續(xù)形成由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中0.2≤＜0.7，0＜y≤1)構(gòu)成的腐蝕停止層13。然后在腐蝕停止層13的上表面上形成由Al0.35Ga0.15In0.5P構(gòu)成的第2P-型覆蓋層7作為脊部。然后在第2P-型覆蓋層7的頂部形成由P-型Ga0.15In0.5P構(gòu)成的歐姆接觸層8。在第2P-型覆蓋層7和歐姆接觸層8的兩側(cè)上形成由n-型Al0.35Ga0.15In0.5P形成的電流阻擋層9，在歐姆接觸層8的頂部形成起耗散作用的頂層10，和電流阻擋層。在頂層10上形成P-型電極11，在n-型AsGa襯底的背面上形成P-型電極12。
n-型AsGa襯底具有(100)取向的晶體表面，該表面朝向(011)方向取向偏差100。
提供緩沖層2，因?yàn)樵趎-型AsGa襯底1的頂部正好形成n-型覆蓋層3將導(dǎo)致n-型覆蓋層3反映在n-型AsGa襯底1中的缺陷。利用緩沖層2吸收這些缺陷。
有源層4是具有多層多量子阱結(jié)構(gòu)的薄層，在此處由額定厚度(例如50埃)的Ga0.5In0.5P形成阱層，改變預(yù)定的數(shù)目(例如5)，由額定厚度(例如100埃)的Al0.35Ga0.15In0.5P形成阱層。
第1P-型覆蓋層5是平整表面的薄層。
在第1P-型覆蓋層上形成的腐蝕停止層13是熱穩(wěn)定的P-型薄層。如上所述，腐蝕停止層13由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1)構(gòu)成的。該腐蝕停止層13的組分是本發(fā)明的關(guān)鍵，以后在說明書中詳細(xì)敘述。
然后在腐蝕停止層13的上表面中心形成脊?fàn)畹牡?P-型覆蓋層7。
然后在第2P-型覆蓋層7的兩側(cè)在腐蝕停止層13的頂表面形成電流阻擋層9，以便覆蓋脊?fàn)畹?P-型覆蓋層7的側(cè)表面7A。因?yàn)樾纬呻娏髯钃鯇?，所以和整個(gè)第2P-型覆蓋層7接觸，但是腐蝕停止層13的中心部分除外，腐蝕停止層13切斷從頂蓋層10向下的電流，因此限制電流到第2P-型覆蓋層7。
P-型電極11由下列3金屬層構(gòu)成，以便接近頂蓋層9諸如50nm額定厚度的鈦層，諸如50nm額定厚度的鉑層，諸如100nm額定厚度的金層。
P-型電極11由下列3層金屬層構(gòu)成，以便接近頂蓋層9諸如50nm額定厚度的鈦層，諸如500nm額定厚度的鉑層，諸如100nm額定厚度的金層。
n-型電極12由下列金屬層構(gòu)成，以便接近n-型GaAs襯底1諸如50nm額定厚度的鎳層，諸如500nm額定厚度的金層。
在上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器中由P-型電極11提供空穴，由n-型電極12提供電子。PN結(jié)產(chǎn)生在有源層4中，所以產(chǎn)生發(fā)光振蕩。
利用n-型覆蓋層3構(gòu)成的結(jié)構(gòu)限定有源層中的發(fā)光，通過激勵(lì)把它放大成激光。沿有源層4把激光引導(dǎo)到外面。通過形成上述各層來限制光，和利用對(duì)光低折射率的材料形成有源層4是常規(guī)技術(shù)，所以此處不再敘述。
由對(duì)激光折射率比第2P-型覆蓋層7較低的材料形成的電流阻擋層9，所以由有源層4發(fā)射的大多數(shù)激光傳播到第2P-型覆蓋層7，并且被限制在n-型覆蓋層3和第2P-型覆蓋層7之間的各層中。這種限制作用提高了半導(dǎo)體激光器的閾值電流特性，使激光發(fā)射可能具有更低的工作電流。在第2P-型覆蓋層7兩側(cè)提供電流阻擋層9還有使在頂蓋層10和腐蝕停止層13之間電流通路變窄的作用，因此把電流集中到半導(dǎo)體激光器LS的中心部分。因?yàn)榘裀N結(jié)集中到有源層4的中心部分4，所以利用較低工作電流發(fā)射激光。
但是因?yàn)殡娏魍氛?，?dǎo)致于光主要發(fā)射在有源層4的中心部分，所以需要這樣構(gòu)成激光器，使發(fā)射的激光大致水平地傳播，以便統(tǒng)一激光的橫向模式。除了這樣作用在垂直方向利用有源層4限制發(fā)射激光外，還形成第1P-型覆蓋層5覆蓋有源層4的整個(gè)上表面，以便通過水平方向傳播光來統(tǒng)一激光的橫向模式。
下面詳細(xì)敘述制造半導(dǎo)體激光器LS的方法。圖2A-圖2E簡(jiǎn)單表示制造半導(dǎo)體激光器LS的方法。
在圖2A-圖2E所示工序中，根據(jù)MOVPE在n-型GaAs襯底1的頂部，依次形成從n-型緩沖層2到第2P-型覆蓋層7(在該處材料層用于形成第2P-型覆蓋層7)各層，歐姆接觸層8(在該處材料層用于形成歐姆接觸層8)。圖2A表示在腐蝕之前形成第2P-型覆蓋層7和歐姆接觸層8的材料層，以便在腐蝕停止層13上形成脊部。該結(jié)構(gòu)的晶體生長(zhǎng)溫度是大約760℃。注意根據(jù)MOVEP利用已經(jīng)摻雜的以便形成具有特殊載流子濃度層的(AlxGa1-x)yIn1-yP化合物(其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1)，形成腐蝕停止層13。
把腐蝕掩模(沒有表示)放到?jīng)]有成形的歐姆接觸層8上，利用額定的腐蝕溶液腐蝕歐姆接觸層8第2P-型覆蓋層7的沒有掩模的部分，直到腐蝕停止層13，以便在第2P-型覆蓋層7上形成脊部(如圖23所示)。按照這種方法，以它們的最后形狀形成第2P-型覆蓋層7和歐姆接觸層。
接著把如圖23所示的多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行(如圖2C所示)熱清潔處理，從多層結(jié)構(gòu)表面除去諸如殘留腐蝕液的雜質(zhì)。
按照MOVPE通過晶體生長(zhǎng)形成電流阻擋層，如圖2D所示。這在大約760℃的生長(zhǎng)溫度進(jìn)行。利用MOVPE形成頂蓋層10，也在大約760℃的生長(zhǎng)溫度進(jìn)行。最后，如圖2E所示，形成P-型電極11和n-型電極12。
按照所述的方法，由難于升華的(AlxGa1-x)yIn1-yP化合物(其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1)制造腐蝕臺(tái)階層13。在形成第2P-型覆蓋層7和熱清潔處理過程中，在形成腐蝕停止層13后形成電流阻擋層9，因此抑制從腐蝕停止層表面的升華，能夠使該表面保持平整。
通過下列實(shí)驗(yàn)證實(shí)所述的效果。
圖3表示用所述的制造方法形成腐蝕停止層13化合物中x值和熱清潔處理后在腐蝕停止層13表面中存在的凸凹(下文中統(tǒng)稱為不均勻處)高度之間關(guān)系。水平軸表示(AlxGa1-x)yIn1-yP化合物中的x值，而垂直軸表示不均勻度。利用y為0.5的值在760℃進(jìn)行清潔處理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)臺(tái)階測(cè)量方法測(cè)量不均勻處并且采用平均值計(jì)算方法來提供圖3中采用的數(shù)值。
如圖3所示，x值越大，表示鋁對(duì)鎵的比例越大，腐蝕停止層13表面的不均勻處的尺寸越小。對(duì)于x值是0.2以上的值表示不均勻處的尺寸幾乎是0。
如圖3所示的結(jié)果表示對(duì)于(AlxGa1-x)yIn1-yP化合物在0.2≤x的條件下，保證在熱處理期間將充分地抑制腐蝕停止層平面的損壞。
相信當(dāng)鋁的比率高于鎵的比率時(shí)由這樣的化合物構(gòu)成的層表面中具有較小的不均勻處，因?yàn)殇X具有相對(duì)高的原子化溫度。因此隨著鋁對(duì)鎵比例的增加，對(duì)于該化合物材料的升華越來越困難。
另一方面，設(shè)置x＜0.7，因?yàn)楫?dāng)x≥0.7時(shí)，腐蝕停止層13對(duì)于腐蝕不起阻擋作用。另一個(gè)原因是當(dāng)鋁的總量增加時(shí)，事實(shí)證明半導(dǎo)體的功能全面增加。
注意在y(即0＜y≤1)值范圍內(nèi)確定了圖3所示的特性。
在所述的制造方法中，由AlxGa1-x)yIn1-yP化合物(其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1)形成腐蝕停止層13，它和各種氣體的反應(yīng)是低的。這防止腐蝕停止層13的表面在形成腐蝕停止層13后的各工藝中，例如形成第2P-型覆蓋層工藝，熱處理工藝，或形成電流阻擋層9工藝，和諸如磷化氫的氣體反應(yīng)。結(jié)果，能夠防止在腐蝕停止層13的表面形成不均勻?qū)印?br> 通過下述實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種效果。
圖4表示用所述的制造方法形成腐蝕停止層13化合物中x值和由于熱處理在第2P-型覆蓋層7表面中晶體密度之間的關(guān)系。在形成所有層直到第2P-型覆蓋層7的制造方法過程中進(jìn)行這些測(cè)量。在圖4中，水平軸表示AlxGa1-x)yIn1-yP化合物的x值。而垂直軸表示晶體缺陷的密度值。利用AlxGa1-x)yIn1-yP化合物的y＝0.5數(shù)值和在存在磷化氫氣氛中在760℃進(jìn)行熱處理的條件下進(jìn)行這種實(shí)驗(yàn)。通過在透射電子顯微鏡下觀察晶體和計(jì)算每單位面積晶體位錯(cuò)數(shù)目來獲得晶體缺陷的密度。當(dāng)在透射電子顯微鏡下觀察晶體時(shí)，晶體缺陷在圖象中顯示成黑線。
由圖4可見，當(dāng)x值在0和0.5之間增加時(shí)，則晶體缺陷密度增加。觀察到在x＝0.5時(shí)缺陷數(shù)最小，在0.2≤x＜0.5處晶體缺陷密度減少速率比0≤x＜0.2處的晶體缺陷密度減少速率更小。一旦x值超過0.5，則晶體缺陷密度增加，x≥0.7的區(qū)域比0.5＜x＜0.7的區(qū)域晶體缺陷密度增加速率顯著增大。
如上所述，晶體缺陷密度根據(jù)x值變化，也就是說，根據(jù)鋁對(duì)鎵比例變化。人們認(rèn)為當(dāng)該值大時(shí)，由表面吸收雜質(zhì)量較大，形成一種缺陷區(qū)域(異質(zhì)層)。如上所述，人們也認(rèn)為，鋁對(duì)鎵的較高比例導(dǎo)致腐蝕停止層13表面和熱清潔處理時(shí)利用的磷化氫氣體之間的較強(qiáng)反應(yīng)。也就是說鋁對(duì)鎵比例增加，則在高溫和氣體反應(yīng)增加。
當(dāng)從晶體缺陷減少和結(jié)晶穩(wěn)定性來看時(shí)，所述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示把AlxGa1-x)yIn1-yP化合物的x數(shù)值設(shè)定在0.2≤x＜0.7時(shí)能夠有效的減少腐蝕停止層13表面和高溫氣體之間的反應(yīng)。
注意圖4所示的特性是在y值范圍為(即0＜y＜1)的情況下確定的。
當(dāng)由AlxGa1-x)yIn1-yP化合物(其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1)形成腐蝕停止層13和利用液相腐蝕形成第2P-型覆蓋層7時(shí)，利用硫酸作為腐蝕液。但是在這種情況下，難于使形成第2P-型覆蓋層7的材料層選擇腐蝕正好停止在腐蝕停止層13的表面。選擇腐蝕形成第2P-型覆蓋層7的材料層的性能決定于腐蝕停止層13中的鋁對(duì)鎵的比率，當(dāng)鋁對(duì)鎵的比率增加時(shí)，有減少這種性能的趨勢(shì)。
當(dāng)由AlxGa1-x)yIn1-yP化合物(其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1)形成腐蝕停止層13時(shí)，用于選擇腐蝕形成第2P-型覆蓋層7的材料層時(shí)，最好要具有優(yōu)良腐蝕特性。作為特殊的例子，可能利用酒石酸作為腐蝕溶液，或利用本身或在鹽酸和/或其它酸的混合物中。作為另一個(gè)例子，腐蝕溶液能夠由1∶1酒石酸和鹽酸(按照體積)混合物構(gòu)成。
當(dāng)利用具有優(yōu)良選擇腐蝕特性的腐蝕溶液腐蝕形成第2P-型覆蓋層7的材料層時(shí)，能夠使腐蝕正好停止在腐蝕停止層13上。這可能精確地設(shè)置電流阻擋層9和第2P-型覆蓋層7的厚度。
圖5表示腐蝕停止層13的組分和第2P-型覆蓋層7的腐蝕選擇性之間的關(guān)系。水平軸表示AlxGa1-x)yIn1-yP化合物中的x值，而垂直軸表示腐蝕選擇性。注意對(duì)于AlxGa1-x)yIn1-yP化合物利用y＝0.5的數(shù)值。
下面計(jì)算腐蝕選擇性。利用酒石酸腐蝕由Al0.35Ga0.15In0.5P化合物形成的層，用腐蝕時(shí)間除以腐蝕的進(jìn)度(深度)得到數(shù)值E1。然后用E2(用腐蝕時(shí)間除以利用酒石酸腐蝕由(AlxGa1-x)0.5In0.5P(其中x＝0，0.4，或0.7)形成層的進(jìn)度(深度)獲得的)值除以該值而獲得腐蝕速率(E1/E2)。
當(dāng)腐蝕速率(E1/E2)增加時(shí)，能夠說腐蝕的選擇性增加。
圖5表示腐蝕的選擇性隨著x值，也就是說鋁對(duì)鎵的比率，減少。但是，當(dāng)利用硫酸時(shí)更加斷言該速率使選擇性降低，所以利用酒石酸作為腐蝕液，雖然降低腐蝕選擇性，但是在能夠限制x值時(shí)伴隨增加。
綜上所述，由AlxGa1-x)yIn1-yP化合物(其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1)形成腐蝕停止層，受到相對(duì)小的升華，并且和各種氣體有相對(duì)低的反應(yīng)。這表示在制造過程中能夠使腐蝕停止層表面保持平整和避免該表面組分變化。結(jié)果，能夠使制造的第2P-型覆蓋層7和電流阻擋層9高度結(jié)晶化。
由于腐蝕第2P-型覆蓋層7和腐蝕停止層時(shí)利用具有優(yōu)良腐蝕選擇性的腐蝕溶液，所以能夠形成適當(dāng)厚度的第2P-型覆蓋層7和電流阻擋層9。結(jié)果，能夠更精確地實(shí)現(xiàn)激光器的單一橫向模式。
下面評(píng)價(jià)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器LS的特性。對(duì)于具有下面的表1給出厚度和摻雜量級(jí)各層的激光器進(jìn)行評(píng)價(jià)。注意載流子濃度是制完激光器的數(shù)值。
表1<
>圖6以曲線A表示本發(fā)明半導(dǎo)體激光器的電流和輸出光之間的特性曲線，以B表示常規(guī)的650nm半導(dǎo)體激光器同樣的特性曲線。
所述的說明表示在第2P-型覆蓋層7后面形成電流阻擋層9，這等于可能在形成第2P-型覆蓋層7之前按照規(guī)定的型狀形成電流阻擋層9。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器LS中，能夠設(shè)置UFS13的帶隙比有源層的帶隙窄，這具有所述的效果和能夠使腐蝕停止層13吸收有源層4中產(chǎn)生的光。因?yàn)椴槐靥峁┪赵谟性磳?中產(chǎn)生的光，這意思是不用擴(kuò)大結(jié)構(gòu)而能夠?qū)崿F(xiàn)自激勵(lì)振蕩器(脈沖激光器)。注意在“Applied Physics Letter 68”(1996)3543中詳細(xì)敘述根據(jù)帶隙設(shè)置以脈沖形式激光振蕩的原理。
所述的說明表示在n-型GaAs襯底上接著形成n-型緩沖層2，雖然可能利用相反導(dǎo)電類型以致于在P-型GaAs襯底上依次形成P-型緩沖層，P-型覆蓋層，但是在這種情況下，電流阻擋層的導(dǎo)電類型是P-型。
雖然參考附圖結(jié)合實(shí)施例充分地?cái)⑹隽吮景l(fā)明，但是應(yīng)該注意到對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員各種變化和修改是顯而易見的。因此，如果所述的變化和修改不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍，應(yīng)該認(rèn)為它們包括在本發(fā)明之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體激光器，其包括第1覆蓋層；有源層，形成在第1覆蓋層頂部上；第2覆蓋層，形成在有源層的頂部上，具有和第1覆蓋層不同的導(dǎo)電類型；腐蝕停止層，形成在第2覆蓋層的頂部上，具有和第2覆蓋層相同的導(dǎo)電類型；利用腐蝕工藝在腐蝕停止層的頂部形成的限光結(jié)構(gòu)；其中腐蝕停止層具有和限光結(jié)構(gòu)接觸的表面部分，該表面部分由AlxGa1-x)yIn1-yP化合物，其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1，構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器，其中限光結(jié)構(gòu)包括在腐蝕停止層表面特殊區(qū)以脊?fàn)钚纬傻?覆蓋層，具有和腐蝕停止層相同的導(dǎo)電類型；具有和第3覆蓋層不同導(dǎo)電類型的電流阻擋層，形成在除了特殊區(qū)域以外的腐蝕停止層表面區(qū)域上的第3覆蓋層兩側(cè)。
3.按照權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中腐蝕停止層具有比有源層帶隙窄的帶隙。
4.按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器，其中腐蝕停止層具有比有源層帶隙窄的帶隙。
5.半導(dǎo)體激光器的制造方法，其包括第1工藝，其形成(i)第1覆蓋層，(ii)位于第1覆蓋層上的有源層，(iii)位于有源層上的第2覆蓋層，第2覆蓋層具有和第1覆蓋層不同的導(dǎo)電類型；第2工藝，在第2覆蓋層的頂層上形成腐蝕停止層，腐蝕停止層具有和第2覆蓋層相同的導(dǎo)電類型；第3工藝，利用腐蝕工藝在腐蝕停止層表面的特殊區(qū)域上形成脊?fàn)畹?覆蓋層，第3覆蓋層具有和腐蝕停止層相同的導(dǎo)電類型；第4工藝，在完成第3工藝后在特殊氣氛中進(jìn)行熱清潔處理；第5工藝，在除了特殊區(qū)域以外腐蝕停止層表面區(qū)域的第3覆蓋層兩側(cè)上形成電流阻擋層，電流阻擋層具有和第第3覆蓋層不同的導(dǎo)電類型，其中第2工藝?yán)?AlxGa1-x)yIn1-yP半導(dǎo)體，其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1，形成腐蝕停止層的表面部分。
6.按照權(quán)利要求5的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其中第3工藝?yán)冒ň剖岬母g溶液進(jìn)行液相腐蝕。
7.半導(dǎo)體激光器的制造方法，其包括第1工藝，其形成(i)第1覆蓋層，(ii)位于第1覆蓋層上的有源層，(iii)位于有源層上的第2覆蓋層，第2覆蓋層具有和第1覆蓋層不同的導(dǎo)電類型；第2工藝，在第2覆蓋層的頂層上形成腐蝕停止層，腐蝕停止層具有和第2覆蓋層相同的導(dǎo)電類型；第3工藝，利用液相腐蝕工藝在腐蝕停止層表面的至少一個(gè)特殊區(qū)域上形成電流阻擋層，電流阻擋層具有和腐蝕停止層不相同的導(dǎo)電類型；第4工藝，在完成第3工藝后在特殊氣氛中進(jìn)行熱清潔處理；第5工藝，在除了特殊區(qū)域以外腐蝕停止層表面區(qū)域上形成第3覆蓋層，以便和電流阻擋層接觸，第3覆蓋層具有和電流阻擋層不同的導(dǎo)電類型，其中第2工藝?yán)?A1xGa1-x)yIn1-yP半導(dǎo)體，其中0.2≤x＜0.7，0＜y≤1，形成腐蝕停止層的表面部分。
8.按照權(quán)利要求7的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其中第3工藝?yán)冒ň剖岬母g溶液進(jìn)行液相腐蝕。
全文摘要
半導(dǎo)體激光器,其包括:第1覆蓋層;有源層,形成在第1覆蓋層頂部上;第2覆蓋層,形成在有源層的頂部上,具有和第1覆蓋層不同的導(dǎo)電類型;腐蝕停止層,形成在第2覆蓋層的頂部上,具有和第2覆蓋層相同的導(dǎo)電類型;利用腐蝕工藝在腐蝕停止層的頂部形成的限光結(jié)構(gòu)。腐蝕停止層具有和限光結(jié)構(gòu)接觸的表面部分。該表面部分由Al
文檔編號(hào)H01S5/00GK1267110SQ0010672
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期2000年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月3日
發(fā)明者福久敏哉, 吉川昭男 申請(qǐng)人:松下電子工業(yè)株式會(huì)社