專利名稱：半導體激光器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體激光器件的制造方法，特別涉及其中形成了脊以在解理(cleaved)的表面內具有埋置結構以便防止顆粒(grains)形成在解理表面的半導體激光器件，以及半導體激光器件的制造方法。
背景技術：
通常，半導體激光器件具有很小的體積同時具備低制造成本，由此可以實現(xiàn)大規(guī)模生產。而且，這種半導體激光器件可以用幾mA的驅動電流發(fā)出高功率的激光振蕩。由于這種特性，半導體激光器件已用做如CD、CD-RW、DVD以及DVD-RW的光盤系統(tǒng)中的光拾取裝置的光源。此外，半導體激光器件已廣泛地應用于各種技術領域，例如光通信、多路通信(multi-communication)以及空間通信。特別是，在與光拾取裝置有關的技術領域中需要具有高光功率的半導體激光器件，以便提高寫速度。還需要提高這種半導體激光器件的可靠性，以提高產品質量，并增加產品壽命。
圖1a示出了常規(guī)的半導體激光器件的剖視圖。圖1b示出了在已形成了脊的狀態(tài)中的常規(guī)半導體激光器件的結構的平面圖。圖2示出了常規(guī)的半導體激光器件的晶片級狀態(tài)的平面圖?，F(xiàn)在，參考圖1a，1b和2介紹常規(guī)的半導體激光器件的制造方法。下面介紹適合于發(fā)射具有780nm波長的激光的AlGaAs基半導體激光器件。
如圖1a所示，在例如為n型的第一導電類型的GaAs襯底11上，首先形成n型AlGaAs覆蓋層12。AlGaAs基有源層13形成在n型AlGaAs覆蓋層12上。AlGaAs基有源層13具有的組分與n型AlGaAs覆蓋層12的組分不同，同時AlGaAs基有源層13具有多量子阱結構。此后，第二導電類型也就是p型的AlGaAs覆蓋層14形成在n型AlGaAs基有源層13上。p型AlGaAs覆蓋層14的組分與n型AlGaAs覆蓋層12的組分相同。掩模形成在要形成脊14a的區(qū)域處的p型AlGaAs覆蓋層14上。設置掩模的區(qū)域對應于要形成脊14a的區(qū)域。因此，當隨后進行蝕刻工藝時，在對應于掩模區(qū)的部分處沒有蝕刻p型AlGaAs覆蓋層14，由此將形成脊14a。此后，通過蝕刻對應于掩模區(qū)的部分之外的那部分p型AlGaAs覆蓋層14形成了脊14a。然后電流阻擋層15形成在脊14a周圍。通過在脊14a周圍的p型AlGaAs覆蓋層14上選擇性地生長n型GaAs層以使它具有對應于脊14a的高度，由此形成了電流阻擋層15。隨后，形成p型GaAs歐姆接觸層16以覆蓋脊14a和電流阻擋層15的表面。某種(certain)合金淀積在歐姆接觸層16的上表面和n型GaAs襯底的下表面上，由此，分別形成了電極18和17。參考圖1b，可以看出以上提到的半導體激光器件具有其中脊14a的相對的橫向端暴露到分別設置半導體激光器件的相對端面的區(qū)域A的結構。
在其中脊14a的相對的橫向端暴露到設置半導體激光器件的相對端面的各個區(qū)域A的結構中，存在的問題在于在晶片級的半導體激光器件解理成芯片級的各半導體激光器件時制成的解理小平面處形成有顆粒。
圖2示出了常規(guī)的半導體激光器件的晶片級狀態(tài)的平面圖。如圖2所示，根據條制備(bar making)工藝在垂直于脊延伸的方向中，以上面提到方式在晶片上形成的半導體激光器件，然后，根據芯片制備工藝在平行于脊延伸的方向中解理，由此將它們變成單個的半導體激光器件。
在條制備工藝中，如圖2所示，沿在垂直于脊延伸的方向中延伸的條制備線32，將晶片解理成各條。在芯片制備工藝中，如圖2所示，沿平行于脊延伸的方向中延伸的芯片制備線23，將每個條解理成芯片。
根據以上提到的常規(guī)的半導體激光器件的制造方法，掩模形成在晶片上以形成將形成的半導體激光器件的各脊21。在圖2中，掩模由與脊相同的參考數(shù)字表示，即“21”，是由于脊21分別形成在形成有掩模的區(qū)域處。形成掩模以使它們在將形成的脊21的延伸方向中連接。因此，形成半導體激光器件的脊21以使它們在它的延伸方向中連接。以上面提到方式制備的半導體激光器件具有了晶片級結構，隨后對它們進行條制備工藝，由此它們被單個化。然而，每個半導體激光器件的疊層結構，特別是半導體激光器件的脊暴露到半導體激光器件的相對的橫向端面，也就是解理表面。即，在條制備工藝中沿條制備線22解理半導體激光器件時，每個半導體激光器件的脊21也被解理，由此它的相對的橫向端面分別暴露到相關的解理表面。
由于每個半導體激光器件具有多層的疊置結構，因此它具有多個界面，每個界面限定在多層的相鄰層之間。然而，在該界面處，由于相關的疊置層具有不同的組分，因此存在物理缺陷。在形成解理表面的解理工藝中，當橫向力施加到解理表面時，這種物理缺陷會使顆粒形成在解理表面。具體地，與施加在其它界面的力相比，在解理工藝中施加到每個脊的力在基本上垂直于橫向端面的方向中施加在橫向端面上。由于該原因，力的施加方向會改變，由此在每個脊的橫向端面形成有顆粒的可能性增加。這種顆粒使所得半導體激光器件的外觀質量下降，由此負面地影響了從半導體激光器件發(fā)出的激光的特性。
圖3a到3c示出了在常規(guī)的半導體激光器件的解理表面形成的各種顆粒。如圖3a所示，顆粒32的形成可以開始于脊31的附近，并繼續(xù)到襯底和n型覆蓋層的界面。在嚴重的情況中，形成在脊31附近的顆粒32會延伸到襯底的一部分，如圖3b所示。在更嚴重的情況中，顆粒32會延伸到襯底的整個部分，如圖3c所示。雖然各種顆粒32會形成在半導體激光器件的解理表面，但是它們都會從脊附近的區(qū)域延伸繼續(xù)到脊下面的區(qū)域，并延伸到襯底內。由此，使半導體激光器件的外觀變差的這種顆粒延伸穿過激光振蕩的有源區(qū)。此時，將不能產生均勻的激光振蕩。此外，就發(fā)出激光的方向性而言也存在問題。由此，振蕩的激光變差，從而使半導體激光器件的可靠性下降。
因此，在技術領域中，需要提供一種半導體激光器件的制造方法，當解理晶片級狀態(tài)的半導體激光器件時能防止形成顆粒，由此提供一種顯示出優(yōu)異的激光振蕩特性以及優(yōu)良的可靠性的半導體激光器件。

發(fā)明內容
鑒于以上問題制成了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種半導體激光器件，其中它的脊的相對的縱向端部處設置得距離解理表面一段距離，以使它沒有暴露到解理表面，從而能夠簡化解理表面的結構，以防止顆粒形成在解理表面，由此半導體激光器件顯示出優(yōu)異的激光振蕩特性以及優(yōu)良的可靠性，并提供了一種半導體激光器件的制造方法。
根據一個方案，本發(fā)明提供一種半導體激光器件，包括第一導電類型的襯底；形成在襯底上的第一導電類型的覆蓋層；形成在第一導電類型覆蓋層上的有源層；第二導電類型的覆蓋層，形成在有源層上，同時在各相對的縱向端部處具有脊，脊與激光發(fā)射端面和與激光發(fā)射端面相對的端面相隔預定的間隙；以及電流阻擋層，形成在脊周圍的第二導電類型的覆蓋層上。
優(yōu)選，預定間隙為5μm或更多，預定間隙對應于激光發(fā)射端面和相對端面之間距離的10％或更小。
根據另一方案，本發(fā)明提供一種半導體激光器件的制造方法，包括以下步驟在襯底上依次形成至少第一導電類型的覆蓋層、有源層以及第二導電類型的覆蓋層；在第二導電類型的覆蓋層上形成適合于形成脊的掩模，脊在它的各相對的縱向端部處與激光發(fā)射端面和與激光發(fā)射端面相對的端面相隔預定的間隙；使用掩模將第二導電類型的覆蓋層蝕刻到預定的深度；以及在脊周圍蝕刻的第二導電類型的覆蓋層上形成由第一導電類型的半導體材料制成的電流阻擋層。
優(yōu)選，形成脊的步驟包括采用干蝕刻工藝形成脊結構，以及采用濕蝕刻工藝除去在脊結構的表面上形成的缺陷，由此形成脊。


當結合附圖閱讀下面詳細說明之后，本發(fā)明的以上目的、其它特點和優(yōu)點將變得更顯然，其中圖1a示出了常規(guī)的半導體激光器件的透視圖；圖1b示出了在已形成了脊的狀態(tài)中的常規(guī)半導體激光器件的結構平面圖；圖2示出了常規(guī)的半導體激光器件的晶片級狀態(tài)的平面圖；圖3a到3c示出了在常規(guī)的半導體激光器件的解理表面處形成的各種顆粒的剖面圖；圖4a到4c分別示出了根據本發(fā)明具有高階模式(higher-ordermode)吸收層的半導體激光器件的制造方法的順序工藝步驟；圖5a到5b分別示出了根據本發(fā)明示出的實施例的半導體激光器件的結構剖面圖；以及圖6示出了根據本發(fā)明的實施例半導體激光器件的晶片級狀態(tài)的平面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的各優(yōu)選實施例。
圖4a到4c分別示出了根據本發(fā)明具有高階模式吸收層的半導體激光器件的制造方法的順序工藝步驟。雖然圖4a到4c中示出的實施例與適合于振蕩780nm波長的激光的AlGaAs基半導體激光器件有關，但是本發(fā)明不限于此。
為了根據本發(fā)明的示出實施例制造半導體激光器件，首先制備第一導電類型的半導體襯底41，如圖1a所示。形成第一導電類型的半導體襯底41，在它的下表面具有由某種合金制成的第一電極(未示出)。此后，使用MOCVD或MOVPE工藝在第一導電類型的半導體襯底41上依次形成第一導電類型的覆蓋層42、有源層43以及第二導電類型的覆蓋層44。當半導體激光器件為AlGaAs基半導體激光器件，因此襯底41通常為n型GaAs器件。此時，第一和第二導電類型的覆蓋層42和44可以分別是n和p型AlGaAs基覆蓋層，而有源層43可以是具有量子阱結構的AlGaAs基有源層。以上介紹的各層以上面介紹的順序依次并連續(xù)的方式形成。在下文中，該形成過程將稱做“初始(primary)生長過程”。雖然圖4a中沒有示出，但是第一導電類型的緩沖層可以插在襯底41和第一導電類型的覆蓋層42之間。然而，第一導電類型的緩沖層僅適合于襯底41和第一導電類型的覆蓋層42之間的晶體對準。因此，在下面的說明書和權利要求書中，該第一導電類型的緩沖層將介紹為包含在第一導電類型的覆蓋層42中。
完成初始生長過程之后，掩模45形成在第二導電類型的覆蓋層44上。設置掩模的區(qū)域對應于將形成脊的區(qū)域。也就是，由于在隨后的蝕刻工藝中沒有蝕刻掩模區(qū)，因此將形成脊。對于脊45，可以使用介質膜、如SiO2膜的氧化膜或如SiN膜的氮化膜。蝕刻停止層(未示出)可以包含在第二導電類型的覆蓋層44中，由此防止了在蝕刻工藝中第二導電類型的覆蓋層44被過量蝕刻。
在半導體激光器件的常規(guī)制造方法中，形成掩模以使它從半導體激光器件的激光發(fā)射端面延伸到與激光發(fā)射端面相對的端面。然而根據本發(fā)明，設置掩模45以使在它的各相對的縱向端部它與半導體激光器件的激光發(fā)射端面和相對的端面相距預定的間隙W。因此，當對第二導電類型的覆蓋層44進行蝕刻工藝時，僅對應于預定間隙W的那部分被蝕刻。由此，在各縱向端部，脊與激光發(fā)射端面和相對的端面相距一定的間隙。
預定間隙W為5μm或更多。優(yōu)選，預定間隙W對應于激光發(fā)射端面與相對的端面之間距離的10％或更小。例如，激光發(fā)射端面與相對的端面之間的距離為200μm時，預定間隙W應不小于5μm，但不大于20μm。當預定間隙W小于5μm時，由于在條制備工藝中容易在解理晶片時發(fā)生解理錯誤，因此脊暴露到解理表面。由于該原因，優(yōu)選間隙W不小于5μm。此外，間隙W超過激光發(fā)射端面與相對的端面之間距離的10％時，發(fā)生光功率增益降低。由此，半導體激光器件的特性變差。因此，優(yōu)選地間隙W對應于激光發(fā)射端面與相對的端面之間距離的10％或更小。
此后，在設置掩模45的區(qū)域之外的區(qū)域，將第二導電類型的覆蓋層44蝕刻到需要的深度，如圖4b所示。由于如上所述，在掩模45的各縱向端與激光發(fā)射端面和相對的端面間隔開，因此第二導電類型的覆蓋層44的蝕刻部分分別對應于脊44a的相對臺面型橫向部分、半導體激光器件的激光發(fā)射端面與脊44a的相對端面之間限定的同時對應于間隙W的區(qū)域、以及與激光發(fā)射端面相對的半導體激光器件的端面與脊44a的相對端面之間限定的同時對應于間隙W的區(qū)域。對于形成脊44a的蝕刻工藝，可以使用干和濕蝕刻工藝。
通常，蝕刻分成干蝕刻工藝和濕蝕刻工藝。干蝕刻工藝可以提供蝕刻表面的高清晰度和各向異性特性，這些是與平面化技術有關的基本要求。對于這種蝕刻工藝，有等離子體蝕刻反應離子蝕刻和反應離子束蝕刻工藝。在大多數(shù)情況中，這些蝕刻工藝使用惰性離子和反應氣體，以提供蝕刻表面的各向異性特性。然而，由于暴露到反應性化學氣體、離子輻射、以及等離子體輻射，干蝕刻工藝會損傷蝕刻的薄膜表面。由于該原因，蝕刻速度降低并且電性能下降。換句話說，一定能量級別的離子的輻射會導致形成殘留層、雜質和蝕刻氣體滲透以及晶格結構缺陷。另一方面，濕蝕刻工藝提供了蝕刻表面的各向同性特性。這種濕蝕刻工藝由于其低成本、高效率以及優(yōu)良的選擇性而被廣泛用在半導體工藝中。此外，濕蝕刻工藝由于在低溫下進行因此不會對晶片造成任何損傷。
雖然半導體激光器件的大多數(shù)常規(guī)方法使用了濕蝕刻工藝，但是根據本發(fā)明形成脊時優(yōu)選同時使用干和濕蝕刻工藝。根據本發(fā)明，首先通過干蝕刻工藝形成脊結構，然后通過濕蝕刻工藝除去在干蝕刻工藝中形成的蝕刻表面上的損傷部分。如果形成脊時僅使用干蝕刻工藝，那么在蝕刻表面上存在損傷部分，由此器件性能降低。另一方面，如果形成脊時僅使用濕蝕刻工藝，即使在脊的相對的橫面具有臺面結構，但是脊的條結構在它的正面和背面具有倒置的臺面結構。這種倒置的臺面結構產生以下問題當隨后形成電流阻擋層時，會低效率地生長在倒置的臺面結構上的下表面。為此，根據本發(fā)明，首先通過干蝕刻工藝中形成脊結構，然后通過濕蝕刻工藝除去在干蝕刻工藝中形成的蝕刻表面上的損傷部分。雖然在示出的實施例中介紹了脊具有臺面結構，但是本發(fā)明不限于這種脊結構。本發(fā)明可以應用到各種臺面結構。
除去掩模45之后，電流阻擋層66形成在脊44a周圍的第二導電類型的覆蓋層44上，如圖4c所示。第二導電類型的歐姆接觸層47形成在電流阻擋層46上。由于在前面的工藝中已形成了脊44a，在脊的各相對縱向端部，脊與半導體激光器件的激光發(fā)射端面和相對端面相距一定的間隙，因此它沒有暴露到半導體激光器件的激光發(fā)射端面和相對端面，如圖4c所示。因此，與圖1所示的常規(guī)的半導體激光器件中的激光發(fā)射端面(解理表面)相比，簡化了從晶片級狀態(tài)解理半導體激光器件時形成的解理表面的結構。特別是，解理力在垂直方向中施加到脊結構，脊結構沒有暴露到解理表面，由此解理力的施加方向沒有改變。因此，可以減少解理表面(半導體激光器件的激光發(fā)射端面和相對端面)處顆粒的形成。
圖5a和5b分別示出了根據本發(fā)明示出實施例的半導體激光器件的結構的剖面圖。圖5a示出了沿圖4c中的線X-X’截取的剖面圖。如圖5a所示，根據本發(fā)明的半導體激光器件的剖面結構為沿平行于激光發(fā)射斷面的半導體激光器件的中心部分截取的剖面，具有的結構與常規(guī)的半導體激光器件的結構相同。也就是，根據本發(fā)明的半導體激光器件包括第一導電類型的襯底41；依次形成在第一導電類型的襯底41上的第一導電類型的覆蓋層42、有源層43以及第二導電類型的覆蓋層44；形成在脊44a周圍的第二導電類型的覆蓋層44上的電流阻擋層46，形成以覆蓋脊44a和電流阻擋層46的第二導電類型的歐姆接觸層47。
特別是，通過適當?shù)匦薷倪m合于形成需要的脊結構的掩模同時不需要添加或改變工藝就可以容易地實施根據本發(fā)明的半導體激光器件的制造方法。圖6示出了根據本發(fā)明示出實施例的晶片級狀態(tài)的半導體激光器件的平面圖。在圖2所示的常規(guī)的晶片級狀態(tài)的半導體激光器件中，在脊的縱向中對準的半導體激光器件的掩模(或脊)相互連接，由此脊在解理工藝中解理。然而，在圖6所示的晶片級狀態(tài)的半導體激光器件中，在脊的縱向中對準的半導體激光器件的掩模(或脊)在其各縱向端部處，分別與相關的條制備線52相距預定的間距W。因此，脊沒有在隨后解理晶片級結構的解理工藝中解理成芯片級結構，由此它們暴露到相關的解理表面。
也就是，根據本發(fā)明，通過以下方式可以容易地實現(xiàn)這種結構將其中分別與脊的縱向中對準的半導體激光器件的掩模形成得具有連接結構的常規(guī)方法的掩模形成工藝修改成掩模形成得分別具有單獨的芯片結構的方法，以使它們的每一個與相關的條制備線間隔預定的間隙W。
因此，在每個半導體激光器件中第二導電類型的覆蓋層上形成的脊與激光發(fā)射端面和相對的端面間隔開，由此它沒有暴露到解理表面(激光發(fā)射端面和相對的端面)。由此，簡化了半導體激光器件中解理表面(激光發(fā)射端面和相對的端面)的疊層結構，由此解理力的施加方向沒有改變。因此，可以防止在解理表面形成顆粒。還可以改善半導體激光器件的激光振蕩同時防止性能變差。
雖然為了說明的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領域中的普通技術人員應該理解可以有多種修改、添加和替換，同時不脫離附帶的權利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神。
從以上說明中可以看出，本發(fā)明提供一種半導體激光器件，其中在脊的各縱向端部脊設置得與解理表面相隔一定距離，以使它沒有暴露到解理表面，由此能夠簡化解理表面的結構，以防止顆粒形成在解理表面，由此它顯示出優(yōu)異的激光振蕩特性和優(yōu)良的可靠性。
權利要求
1.一種半導體激光器件，包括第一導電類型的襯底；形成在襯底上的第一導電類型的覆蓋層；形成在第一導電類型覆蓋層上的有源層；第二導電類型的覆蓋層，形成在有源層上，同時在各相對的縱向端部處具有脊，脊與激光發(fā)射端面和與激光發(fā)射端面相對的端面相隔預定的間隙；以及電流阻擋層，形成在脊周圍的第二導電類型的覆蓋層上。
2.根據權利要求1的半導體激光器件，其中預定間隙為5μm或更多，該間隙對應于激光發(fā)射端面和相對端面之間距離的10％或更小。
3.一種半導體激光器件的制造方法，包括以下步驟在襯底上依次形成至少第一導電類型的覆蓋層、有源層以及第二導電類型的覆蓋層；在第二導電類型的覆蓋層上形成適合于形成脊的掩模，從而脊在它的各相對的縱向端部處與激光發(fā)射端面和與激光發(fā)射端面相對的端面相隔預定的間隙；使用掩模將第二導電類型的覆蓋層蝕刻到預定的深度，從而形成脊；以及在脊周圍蝕刻的第二導電類型的覆蓋層上形成由第一導電類型的半導體材料制成的電流阻擋層。
4.根據權利要求3的方法，其中預定間隙為5μm或更多，同時該間隙對應于激光發(fā)射端面和相對端面之間距離的10％或更小。
5.根據權利要求3的方法，其中形成脊的步驟包括根據干蝕刻工藝形成脊結構，以及根據濕蝕刻工藝除去在脊結構的表面上形成的缺陷，從而形成脊。
全文摘要
公開了一種半導體激光器件，其中形成了脊以在解理的表面內具有埋置結構以便防止顆粒形成在解理表面。還公開了一種半導體激光器件的制造方法。半導體激光器件包括第一導電類型的襯底；形成在襯底上的第一導電類型的覆蓋層；形成在第一導電類型覆蓋層上的有源層；第二導電類型的覆蓋層，形成在有源層上，同時在各相對的縱向端部處具有脊，脊與激光發(fā)射端面和與激光發(fā)射端面相對的端面相隔預定的間隙；以及電流阻擋層，形成在脊周圍的第二導電類型的覆蓋層上。根據本發(fā)明，可以防止顆粒形成在解理表面。
文檔編號H01S5/00GK1578026SQ200410031968
公開日2005年2月9日 申請日期2004年3月31日 優(yōu)先權日2003年6月26日
發(fā)明者尹相福 申請人:三星電機株式會社