專利名稱：半導(dǎo)體激光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光元件，特別涉及用作信息記錄用裝置的光源的半導(dǎo)體激光元件。
背景技術(shù)：
近年，由于數(shù)字信息化技術(shù)的進(jìn)步，信息記錄用光盤的記錄密度日益增加，但同時為了提高光盤的信息記錄速度，對作為信息記錄裝置的光源的半導(dǎo)體激光元件要求高功率化?？墒牵谑褂蒙?，比如，最好不要出現(xiàn)像“kink”(異常翹曲)等這樣的電流和光輸出之間的非線性，即使是輸出高也不發(fā)生“kink”，換言之，需要“kink”級高的半導(dǎo)體激光元件。
另外，為了提高記錄速度，有效的半導(dǎo)體激光元件是具有將從半導(dǎo)體激光元件發(fā)出的光引導(dǎo)到光盤的透鏡系統(tǒng)和可獲得高的光耦合效率的低高寬比特性(作為激光器的出射光的垂直擴(kuò)展角FFPy和水平擴(kuò)展角FFPx之比的FFFPy/FFPx小)的半導(dǎo)體激光元件。
這樣，為了改善記錄密度，需要“kink”級高的低高寬比的半導(dǎo)體激光元件。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開平2-178988號公報。
不過，為了得到低的高寬比，存在減小FFPy和加大FFPx的方法，但是如果減小FFPy，則溫度特性惡化，而加大FFPx，則存在“kink”級變低的問題。
所以，過去制作輸出高而高寬比低的激光器是困難的。
比如，為了得到低高寬比，如果要加大FFPx，就必須加大對水平方向的光的約束，而加大光的約束，會產(chǎn)生由于空間燒孔造成載流子注入不均勻而發(fā)生“kink”。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的在于提供一種具有即使是在加大FFPx時也可以抑制“kink”的發(fā)生的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光元件。
本發(fā)明的一種脊形結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光元件，在一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層和具有脊部的另一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間設(shè)置有活性層并且在其兩端部具有非增益區(qū)域的窗區(qū)域，其中，在上述窗區(qū)域的上述脊部兩側(cè)具有由光吸收材料構(gòu)成的埋入層。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明的半導(dǎo)體激光元件，可實現(xiàn)低高寬比而不會降低“kink”級。


圖1為與本發(fā)明的實施方式1的半導(dǎo)體激光二極管的諧振方向平行的剖面的剖面圖。
圖2(a)為實施方式1的半導(dǎo)體激光二極管的窗區(qū)域(沿著圖1的A-A′線)的剖面圖，而圖2(b)為實施方式1的半導(dǎo)體激光二極管的增益區(qū)域(沿著圖1的B-B′線)的剖面圖。
圖3為在實施方式1的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在各半導(dǎo)體層生長之后的斜視圖。
圖4為在實施方式1的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在對接觸層進(jìn)行刻蝕之后的斜視圖。
圖5為在實施方式1的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在用來形成脊部的第一次刻蝕結(jié)束后的斜視圖。
圖6為在實施方式1的半導(dǎo)體激光元件的制造方法中，在用來形成脊部的第二次刻蝕結(jié)束后的斜視圖。
圖7(a)為實施方式1的變形例的半導(dǎo)體激光二極管的窗區(qū)域的剖面圖，而圖7(b)為實施方式1的變形例的半導(dǎo)體激光二極管的增益區(qū)域的剖面圖。
圖8為實施方式2的半導(dǎo)體激光二極管的斜視圖。
圖9(a)為實施方式3的半導(dǎo)體激光二極管的窗區(qū)域的剖面圖，而圖9(b)為實施方式3的半導(dǎo)體激光二極管的增益區(qū)域的剖面圖。
圖10為實施方式3的變形例的半導(dǎo)體激光二極管的窗區(qū)域的剖面圖。
圖11為實施方式4的變形例的半導(dǎo)體激光二極管的窗區(qū)域的剖面圖。
圖12(a)為實施方式6的半導(dǎo)體激光二極管的窗區(qū)域的剖面圖，而圖12(b)為實施方式6的半導(dǎo)體激光二極管的增益區(qū)域的剖面圖。
圖13為與本發(fā)明的實施方式7的半導(dǎo)體激光二極管的諧振方向平行的剖面的剖面圖。
圖14(a)為實施方式7的半導(dǎo)體激光二極管的窗區(qū)域的剖面圖，而圖14(b)為實施方式7的半導(dǎo)體激光二極管的增益區(qū)域的剖面圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施方式予以說明。
實施方式1.
本發(fā)明的實施方式1的半導(dǎo)體激光二極管，如圖2(a)、(b)所示，是脊形的半導(dǎo)體激光二極管，在脊部9兩側(cè)的活性層3上，保留一部分上覆層來形成脊部9，在兩端部中形成防止光學(xué)損傷用的作為非增益區(qū)域的窗區(qū)域11(圖1)。
于是，在本實施方式1的半導(dǎo)體激光二極管中，其構(gòu)成為使窗區(qū)域11的上覆保留層4a比增益區(qū)域10的上覆保留層4b薄。
在這樣構(gòu)成的實施方式1的半導(dǎo)體激光二極管中，因為可以使作為窗區(qū)域11的非增益區(qū)域的等效折射率差Δn11比增益區(qū)域10的等效折射率差Δn10大，由此可以使FFPx加大而得到低高寬比。
另一方面，由于為了加大等效折射率差Δn11，將上覆保留層4a做得薄的窗區(qū)域11是沒有增益或增益小的非增益區(qū)域，即使是光約束強(qiáng)，“kink”級也不會下降。
因此，實施方式1的半導(dǎo)體激光元件不會降低“kink”級并且可以實現(xiàn)低高寬比。
因而，下面參照圖3對本發(fā)明的實施方式1的半導(dǎo)體激光元件的制造方法予以說明。
在本制造方法中，首先，在半導(dǎo)體襯底1上，按照以下順序外延生長下覆層2、多量子阱活性層3、第1上覆保留層41、刻蝕阻擋層ESL1、第2上覆保留層42、刻蝕阻擋層ESL2、上覆層43及接觸層6(圖3)。
另外，在表1中舉出構(gòu)成DVD用的660nm半導(dǎo)體激光二極管時的襯底及半導(dǎo)體層材料的例子。
表1

表1中，上覆層表示第1上覆保留層41、第2上覆保留層42及上覆層43。
另外，作為刻蝕阻擋層ESL1及刻蝕阻擋層ESL2，比如，可使用p型Al0.3Ga0.7As層。
另外，作為另一個例子，在表2中舉出構(gòu)成CD用的780nm半導(dǎo)體激光二極管時的例子。
表2

表2中，上覆層表示第1上覆保留層41、第2上覆保留層42及上覆層43。
在可以構(gòu)成此表1及表2所示的GaAs襯底的材料中，可使用Si、質(zhì)子、Zn作為形成窗區(qū)域11的雜質(zhì)。
另外，表1及表2所示的p型及n型的極性也可以反過來。
另外，表1及表2所示的內(nèi)容是具體材料的示例，本申請并不限定于這些材料。
在外延生長后，對用來構(gòu)成窗區(qū)域的區(qū)域A的部分，借助離子注入或擴(kuò)散等方法使雜質(zhì)穿過活性層進(jìn)行摻雜。由此，經(jīng)過摻雜的活性層的帶隙變大，形成不吸收光的窗區(qū)域11。此窗區(qū)域11是不吸收光并且對光無增益作用的非增益區(qū)域。
另外，窗區(qū)域11是在從端面算起的5μm～50μm的部分，或更一般是20μm～30μm的部分上形成。
之后，對形成窗區(qū)域11的區(qū)域A的接觸層6全部或一部分進(jìn)行刻蝕(圖4)。
于是，形成用來形成脊部的保護(hù)膜R1，對保護(hù)膜R1的兩側(cè)進(jìn)行干法刻蝕。此時，可設(shè)定刻蝕條件為在區(qū)域A中將第2上覆保留層42刻蝕一部分，而在用來形成增益區(qū)域的區(qū)域B中將上覆層43刻蝕一部分。
就是說，在本制造方法中，在脊部兩側(cè)的區(qū)域A和區(qū)域B之間形成與借助對利用圖4所說明的區(qū)域A的接觸層6進(jìn)行刻蝕而形成的區(qū)域A和區(qū)域B之間的臺階相等的臺階。
之后，借助濕法刻蝕，將第2上覆保留層42及上覆層43的露出部分去掉。在此濕法刻蝕中，對區(qū)域A刻蝕到刻蝕阻擋層ESL1，對區(qū)域B刻蝕到刻蝕阻擋層ESL2(圖6)。
在這種制造方法中，通過適當(dāng)設(shè)定第1上覆保留層41、第2上覆保留層42及上覆層43的厚度，可以很容易并且重復(fù)性良好地形成所希望厚度的窗區(qū)域11的上覆保留層4a及增益區(qū)域10的上覆保留層4b。
在以上的實施方式1的半導(dǎo)體激光元件中，說明的是脊部9的兩側(cè)未埋入半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不限定于此，也可應(yīng)用于脊部9的兩側(cè)，如圖7所示，借助電流阻止層21埋入的結(jié)構(gòu)的激光元件。此外，圖7(a)為窗區(qū)域的剖面圖，而圖7(b)為增益區(qū)域的剖面圖。
實施方式2本發(fā)明的實施方式2的半導(dǎo)體激光元件，除了與實施方式1有以下幾點不同之外，與實施方式1的結(jié)構(gòu)相同(圖8)。
另外，在圖8中，對于與實施方式1相同的部件賦予同樣的符號。
不同點1在實施方式2的半導(dǎo)體激光二極管中，在脊部的兩側(cè)的活性層之上，從窗區(qū)域11起到增益區(qū)域10之上形成同一厚度的上覆保留層4c。
不同點2只在增益區(qū)域10的脊部兩側(cè)形成電流阻止層(埋入層)21。
在這樣構(gòu)成的實施方式2的半導(dǎo)體激光二極管中也可以使作為非增益區(qū)域(窗區(qū)域)的脊部和脊部兩側(cè)之間的等效折射率差Δn11比增益區(qū)域10的脊部和脊部兩側(cè)的等效折射率差Δn10大。
由此，由于即使是在本實施方式2中，也可以使FFPx加大而得到低高寬比，等效折射率差Δn11大的窗部是非增益區(qū)域，所以即使是光約束強(qiáng)，“kink”級也不會降低。
由此，利用實施方式2的半導(dǎo)體激光元件，可以獲得與實施方式1同樣的作用效果。
實施方式3本發(fā)明的實施方式3的半導(dǎo)體激光元件，除了在窗區(qū)域11的脊部兩側(cè)形成折射率比在增益區(qū)域10的脊部兩側(cè)埋入的電流阻止層21的折射率小的半導(dǎo)體組成的埋入層21a之外，與實施方式2的結(jié)構(gòu)相同(圖9(a)、(b))。
另外，在圖9中，對于與實施方式1相同的部件賦予同樣的符號。
在這樣構(gòu)成的實施方式3的半導(dǎo)體激光二極管中也可以使作為非增益區(qū)域(窗區(qū)域)的脊部和脊部兩側(cè)之間的等效折射率差Δn11比增益區(qū)域10的脊部和脊部兩側(cè)的等效折射率差Δn10大。
由此，由于即使是在本實施方式3中，也可以使FFPx加大而得到低高寬比，等效折射率差Δn11大的窗部是非增益區(qū)域，所以即使是光約束強(qiáng)，“kink”級也不會降低。
由此，利用實施方式3的半導(dǎo)體激光元件，可以獲得與實施方式1及2同樣的作用效果。
在以上的實施方式3中，是在窗區(qū)域11的脊部兩側(cè)形成折射率比電流阻止層21的折射率小的半導(dǎo)體組成的埋入層21a，但也可以在窗區(qū)域11的脊部兩側(cè)和增益區(qū)域10的脊部兩側(cè)形成由同樣的半導(dǎo)體組成的埋入層，使在窗區(qū)域11的脊部兩側(cè)的載流子濃度高于增益區(qū)域兩側(cè)而成為高載流子濃度埋入層21b(圖10)。
即使是采用這樣的結(jié)構(gòu)，也可以借助等離子體效應(yīng)而降低高載流子濃度埋入層21b的折射率，獲得與實施方式3同樣的作用效果。
實施方式4本發(fā)明的實施方式4的半導(dǎo)體激光元件，是在窗區(qū)域11的脊部兩側(cè)，利用比如由可以吸收激光器振蕩光的GaAs組成的材料形成電流阻止層21c。
另外，增益區(qū)域10的構(gòu)成，既可以與實施方式1一樣，也可以與實施方式2一樣(圖11是假設(shè)與實施方式2一樣而繪制的)。
在這樣構(gòu)成的實施方式4的半導(dǎo)體激光元件中，由于電流阻止層21c吸收光，可以使端面的光的水平方向的光斑尺寸減小。
由此，由于光的衍射現(xiàn)象可使水平方向的遠(yuǎn)場圖形(FFPx)加大而實現(xiàn)低高寬比而不會使“kink”級降低。
實施方式5本發(fā)明的實施方式5，是使窗區(qū)域11的上覆保留層4a形成為比增益區(qū)域10的上覆保留層4b薄的方法，是與在實施方式1中說明的方法不同的方法。
具體說，在本制造方法中，與在實施方式1中說明的方法不同之處是刻蝕阻擋層ESL2是多量子阱結(jié)構(gòu)，并且不形成刻蝕阻擋層ESL1。就是說，在本方法中，第1上覆保留層41和第2上覆保留層42是連續(xù)地由同一材料形成的。
此處，作為多量子阱結(jié)構(gòu)的刻蝕阻擋層ESL2，可以采用Ga0.58In0.42P阱層和(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P勢壘層組成的多量子阱結(jié)構(gòu)。
之后，與實施方式1一樣，對用來構(gòu)成窗區(qū)域的區(qū)域A的部分，借助離子注入或擴(kuò)散等方法進(jìn)行雜質(zhì)摻雜。由此，窗區(qū)域的多量子阱結(jié)構(gòu)的刻蝕阻擋層ESL2無序化而失去了刻蝕阻擋的功能。
經(jīng)過這樣的處理之后，在進(jìn)行用來形成脊部的刻蝕時，在窗區(qū)域中，可越過刻蝕阻擋層ESL2實施刻蝕，而與此相對，在增益區(qū)域中，由于刻蝕阻擋層ESL2而阻止刻蝕。
由此，窗區(qū)域11的上覆保留層4a的厚度，可以很容易制作得比增益區(qū)域10的上覆保留層4b薄。
實施方式6本發(fā)明的實施方式6，是一種不形成刻蝕阻擋層而制造實施方式1所示結(jié)構(gòu)的元件的制造方法。
具體說，在實施方式6中，在通過刻蝕形成脊部9之際，在脊部兩側(cè)形成從窗區(qū)域11起到增益區(qū)域10之上形成同一厚度的上覆保留層4e。于是，在窗區(qū)域形成選擇生長用的掩模，在增益區(qū)域10上的脊部兩側(cè)選擇生長上覆保留層4f(圖12(a)、(b))。
這樣，就可以使增益區(qū)域10的上覆保留層4b的厚度增加一個選擇生長的上覆保留層4f的厚度。
根據(jù)以上的實施方式6的制造方法，可以很容易制造實施方式1的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光元件。
實施方式7本發(fā)明的實施方式7，是一種使窗區(qū)域11的上覆保留層4a形成為比增益區(qū)域10的上覆保留層4b薄的方法，是與在實施方式1、5、7中說明的方法不同的方法。
具體說，本制造方法是一種形成互相平行的2個溝槽30，將2個溝槽30之間作為脊部的半導(dǎo)體激光元件的制造方法，形成窗區(qū)域的區(qū)域A和形成增益區(qū)域的區(qū)域B之間的溝槽30的寬度可改變，從而可使窗區(qū)域11的上覆保留層4a形成為比增益區(qū)域10的上覆保留層4b薄(圖13、圖14(a)、(b))。
就是說，在本方法中，通過對脊部兩側(cè)進(jìn)行刻蝕使用來形成窗部的區(qū)域A的溝槽31的寬度比形成增益區(qū)域的溝槽32的寬度窄。
更具體言之，是在接觸層上形成抗蝕膜，在形成脊部的部分的兩側(cè)形成開口部，在半導(dǎo)體激光元件的端部的第1區(qū)域中的開口部的寬度寬，而在另一部分中的開口部的寬度窄。
于是，就可以通過掩模的開口部對接觸層和上覆層進(jìn)行刻蝕而去掉規(guī)定的深度。
這樣一來，由于在寬度(刻蝕區(qū))窄的溝槽31的部分中，刻蝕材料的供給速度與溝槽的寬度寬的部分相比較更快，在溝槽31的部分中，刻蝕進(jìn)度快。由此，窗區(qū)域11的上覆保留層4a的厚度可以很容易制作得比增益區(qū)域10的上覆保留層4b薄。
如上所述，利用實施方式7的制造方法，可以制造“kink”級高而高寬比低的半導(dǎo)體激光元件。
如以上所詳細(xì)說明的，因為本發(fā)明的半導(dǎo)體激光元件，在該窗區(qū)域的脊部和其兩側(cè)之間的等效折射率差，大于除去上述窗區(qū)域之外的增益區(qū)域中的上述脊部和其兩側(cè)之間的等效折射率差，所以可以使“kink”級不降低而獲得低高寬比。
權(quán)利要求
1.一種脊形結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光元件，在一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層和具有脊部的另一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間設(shè)置有活性層并且在其兩端部具有非增益區(qū)域的窗區(qū)域，其中，在上述窗區(qū)域的上述脊部兩側(cè)具有由光吸收材料構(gòu)成的埋入層。
全文摘要
本發(fā)明可提供“kink”級不降低而高寬比低的半導(dǎo)體激光元件。該元件是一種脊形結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光元件，在一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層和具有脊部的另一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層之間設(shè)置有活性層并且在其兩端部具有非增益區(qū)域的窗區(qū)域，其中，在上述窗區(qū)域的上述脊部兩側(cè)具有由光吸收材料構(gòu)成的埋入層。
文檔編號H01S5/16GK101043123SQ20071009605
公開日2007年9月26日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者高瀨禎 申請人:三菱電機(jī)株式會社