專(zhuān)利名稱(chēng)：面發(fā)光型半導(dǎo)體激光管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在其頂面包括激光發(fā)光部分的面發(fā)光型激光二極管及 其制造方法，特別涉及一種適合用于要求具有穩(wěn)定偏振方向的光輸出的應(yīng)用 的面發(fā)光型激光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的邊緣發(fā)光型激光二極管不同，面發(fā)光型激光二極管在正交于基 板的方向發(fā)光，并且可以在單個(gè)基板上以二維陣列布置大量的器件，因此面 發(fā)光型激光二極管作為用于數(shù)字復(fù)印機(jī)或打印機(jī)的光源受到重視。
傳統(tǒng)上，在這種類(lèi)型的面發(fā)光型激光二極管中， 一對(duì)多層反射鏡形成在 半導(dǎo)體基板上，并且作為發(fā)光部分的有源層^t包括在該對(duì)多層反射鏡之間。 然后，具有窄電流注入?yún)^(qū)構(gòu)造的電流限制層設(shè)置在多層反射鏡中的 一個(gè)上，
以增大流入到有源層中的電流注入效率并減小閥值電流。而且，n側(cè)電極和 p側(cè)電極分別設(shè)置在底面和頂面上，并且用于發(fā)射激光的發(fā)光開(kāi)口設(shè)置在p 側(cè)電極中。在面發(fā)光型激光二極管中，在電流被電流限制層限制之后，電流 被注入有源層，而光在有源層中發(fā)射，并且當(dāng)光被該對(duì)多層反射鏡反復(fù)反射 時(shí)，光從p側(cè)電極的發(fā)光開(kāi)口作為激光發(fā)射。
順便提及，上述面發(fā)光型激光二極管典型地具有非均勻性使得偏振方向 由于器件變化而變化，或者具有非均勻性使得偏振方向被輸出或環(huán)境溫度所 改變。因此，在這種面發(fā)光型激光二極管應(yīng)用于依賴(lài)偏振的光學(xué)器件(諸如 鏡或分束器)的情況中，例如在面發(fā)光型激光二極管被用作數(shù)字復(fù)印機(jī)或打 印機(jī)的光源的情況中，存在這樣的問(wèn)題由于偏振方向的變化造成圖像位置 或輸出的差異，從而引起模糊或顏色不均。
因此，為了克服這樣的問(wèn)題，已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了一些技術(shù)，其通過(guò)在面發(fā)光型 激光二極管中設(shè)置偏振可控功能來(lái)使偏振方向穩(wěn)定在一個(gè)方向。
例如，使用具有作為法向(as a normal)的(311 )面并由砷化鎵(GaAs ) 制成的特別傾斜基板的技術(shù)為此種技術(shù)之一。在通過(guò)使用這樣的特別傾斜基板來(lái)形成面發(fā)光型激光二極管的情況中，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)于[-233]方向的特性的 增強(qiáng)，并且激光的偏振方向被控制到該方向。另外，激光的偏振比^[艮高，因 此該技術(shù)對(duì)于使面發(fā)光型激光二極管的偏振方向穩(wěn)定在一個(gè)方向是有效的。
而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了通過(guò)使柱結(jié)構(gòu)(post structure)的截面 尺寸減小到小于光的模尺寸(mode size)來(lái)控制偏振方向的技術(shù)。
而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了一種技術(shù)，該技術(shù)在金屬接觸層的一部 分中形成不影響從發(fā)光開(kāi)口發(fā)射的激光特性的不連續(xù)部，從而獲得在平行于 該不連續(xù)部的邊界的方向的偏振。
專(zhuān)利文獻(xiàn)l:日本專(zhuān)利No. 2891133
專(zhuān)利文獻(xiàn)2: PCT國(guó)際申請(qǐng)的日語(yǔ)翻譯公開(kāi)No. 2001-52599
發(fā)明內(nèi)容
然而，上述傾斜基板是以(311)面為法向的特殊基板，因此與(001) 面基板等的典型基板相比，該傾斜基板非常昂貴。而且，在使用此種特殊傾 斜基板的情況中，外延生長(zhǎng)條件諸如生長(zhǎng)溫度、摻雜條件和氣流速率與使用 (001)面基板的情況完全不同，因此難以容易地制造該傾斜基板。
此外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)l中，柱結(jié)構(gòu)截面尺寸小于光的模尺寸，從而光 輸出低到約lmW;因此，該面發(fā)光型激光二極管不適合作為要求高輸出的 應(yīng)用(諸如用于數(shù)字復(fù)印機(jī)或打印機(jī))的光源。
而且，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，作為實(shí)例，公開(kāi)了這樣一種面發(fā)光型激光 二極管其中深度為4.0到4.5 M_m的槽(不連續(xù)部)形成在距離發(fā)光開(kāi)口邊 緣7pm的位置的，從而獲得在平行于槽的方向的偏振。然而，除非共振區(qū) 短邊的距離減小到產(chǎn)生衍射損失效應(yīng)的程度，偏振方向可能不能穩(wěn)定在一個(gè) 方向，因此認(rèn)為偏振方向可能無(wú)法被在沒(méi)有獲得衍射損失效應(yīng)的范圍中(短 邊距離為7)Lim)形成的不連續(xù)部穩(wěn)定在一個(gè)方向。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，難以以低成本容易地制造能夠?qū)⒓す獾钠穹较蚍€(wěn)定 在一個(gè)方向的高功率面發(fā)光型激光二極管。
考慮到前述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供一種能夠以低成本容易地制造并
能夠?qū)⒓す獾钠穹较蚍€(wěn)定在一個(gè)方向及獲得較高輸出的面發(fā)光型激光二 極管，以及其制造方法。
本發(fā)明的面發(fā)光型激光二極管在基板上包括發(fā)光部分，在該發(fā)光部分中第 一多層反射鏡、包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光區(qū)域的有源層以及第二多層反射鏡依 次層疊。第一多層反射鏡和第二多層反射鏡中至少一個(gè)包括氧化部分，該氧 化部分在圍繞發(fā)光部分旋轉(zhuǎn)的方向上非均勻分布在對(duì)應(yīng)發(fā)光部分的區(qū)域的 外圍中。另外，任何其他層可以插在第一多層反射鏡和有源層之間，或者在 有源層和第二多層反射鏡之間。
在本發(fā)明的面發(fā)光型激光二極管中，至少第 一多層反射鏡和第二多層反 射鏡之一 包括氧化部分，該氧化部分在圍繞發(fā)光部分旋轉(zhuǎn)的方向非均勻分布 在對(duì)應(yīng)發(fā)光部分的區(qū)域的外圍中，從而由于氧化部分造成的應(yīng)力非均勻地產(chǎn) 生在有源層中。這時(shí)，在氧化部分的非均勻分布具有各向異性的情況中，由 于氧化部分的各向異性應(yīng)力產(chǎn)生在有源層中，從而增強(qiáng)在平行于應(yīng)力方向的 方向的一個(gè)偏振分量以及在正交于應(yīng)力方向的方向的偏振分量，^抑制其他 偏振分量。從而，激光的偏振分量固定在一個(gè)方向。
制造本發(fā)明的面發(fā)光型激光二極管的方法包括以下步驟(A)到(D)。 (A)在基板上依次層疊第一多層反射鏡、有源層和第二多層反射鏡的步驟。
(B )在第二多層反射鏡的頂面?zhèn)刃纬砂ㄒ粋€(gè)或多個(gè)寬度不均勻的環(huán) 狀開(kāi)口的涂覆層的步驟。
(C) 通過(guò)使用涂覆層作為掩模的干法蝕刻來(lái)形成具有對(duì)應(yīng)于開(kāi)口的寬 度的非均勻深度的槽部分的步驟。
(D) 通過(guò)氧化槽部分的側(cè)面而在第 一多層反射鏡和第二多層反射鏡中 的至少 一個(gè)中形成對(duì)應(yīng)于槽部分的深度而非均勻分布的氧化部分的步驟。
在制造本發(fā)明的面發(fā)光型激光二極管的方法中，具有對(duì)應(yīng)于開(kāi)口的寬度 的非均勻深度的槽部分通過(guò)干法蝕刻形成，而在這之后通過(guò)氧化形成對(duì)應(yīng)于 槽部分深度而非均勻分布的氧化部分。這時(shí)，在槽部分的非均勻深度具有各 向異性的情況中，氧化部分的分布具有與槽部分相同的各向異性，并且由于 氧化部分造成的各向異性應(yīng)力產(chǎn)生在有源層中，從而增強(qiáng)在平行于應(yīng)力方向 的方向的 一個(gè)偏振分量以及在正交于應(yīng)力方向的方向的偏振分量，而抑制其 他偏振分量。從而，激光的偏振分量固定在一個(gè)方向。
根據(jù)本發(fā)明的面發(fā)光型激光二極管，在圍繞發(fā)光部分旋轉(zhuǎn)的方向上非均 勻分布的氧化部分設(shè)置在對(duì)應(yīng)于發(fā)光部分的至少第 一多層反射鏡和第二多 層反射鏡之一的區(qū)域的外圍中，從而激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一個(gè)方向。根據(jù)本發(fā)明的制造面發(fā)光型激光二極管的方法，具有對(duì)應(yīng)于開(kāi)口寬度的 非均勻深度的槽部分通過(guò)干法蝕刻形成，而在這之后通過(guò)氧化形成對(duì)應(yīng)于槽 部分深度而非均勻分布的氧化部分，從而激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一個(gè)方 向。
而且，基板不必須是諸如(nil)面基板(n是整數(shù))的特殊基板，而可 以是(100)面基板，從而可以以低成本容易地制造面發(fā)光型激光二極管。 此外，也不必須將氧化部分設(shè)置在對(duì)應(yīng)于發(fā)光部分的區(qū)域中，從而光輸出降 低的可能性小，并可以發(fā)射高功率激光。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的面發(fā)光型激光二極管及其制造方法，可以以低成本 容易地制造面發(fā)光型激光二極管，并且激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一個(gè)方 向，且可以獲得高輸出。


圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管的俯視圖。 [圖2]圖2是示出沿圖1的箭頭方向A-A截取的激光二極管的截面構(gòu)造 的圖示。圖3是示出沿圖1的箭頭方向B-B截取的激光二極管的截面構(gòu)造
的圖示。圖4是示出沿圖1的箭頭方向C-C截取的激光二極管的截面構(gòu)造 的圖示。圖5是圖2中下DBR鏡層的截面構(gòu)造實(shí)例的放大圖。 [圖6]圖6是示出圖2中氧化部分和電流限制層的平面構(gòu)造的圖示。 [圖7]圖7是圖2中下DBR鏡層的截面構(gòu)造另一實(shí)例的放大圖。 [圖8]圖8是圖2中下DBR鏡層的截面構(gòu)造另一實(shí)例的放大圖。 [圖9]圖9是用于描述圖1中激光二極管的制造步驟的截面圖和俯視圖。 [圖IO]圖IO是用于描述圖9之后步驟的截面圖。 [圖ll]圖ll是用于描述圖IO之后步驟的截面圖。 [圖12]圖12是示出正交偏振波和電源之間的消光比之間的關(guān)系的實(shí)例 的關(guān)系圖。圖13是示出正交偏振波和電源之間的消光比之間的關(guān)系的對(duì)比 實(shí)例的關(guān)系圖。[圖14]圖14是示出正交偏振波和槽22A的深度之間的消光比之間的關(guān) 系的實(shí)例的關(guān)系圖。圖16是才艮據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管在另一個(gè) 方向的截面構(gòu)造的圖示。圖17是用于描述制造圖15所示的激光二極管的步驟的截面圖。圖18是用于描述圖17之后的步驟的截面圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管的俯視圖。圖20是示出在圖19中的橫模調(diào)節(jié)層的一個(gè)方向的截面構(gòu)造的放 大圖。圖21是示出在圖19中的橫模調(diào)節(jié)層的另一個(gè)方向的截面構(gòu)造的 放大圖。圖22是根據(jù)另一個(gè)修改的實(shí)例的面發(fā)光型激光二極管的俯視圖。 [圖23]圖23是才艮據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管的俯視圖。 [圖24]圖24是示出沿圖23的箭頭方向A-A截取的激光二極管的截面構(gòu) 造的圖示。圖25是示出沿圖24的箭頭方向A-A截取的激光二極管的截面構(gòu) 造的圖示。圖26是示出沿圖24的箭頭方向B-B截取的激光二極管的截面構(gòu) 造的圖示。圖27是根據(jù)修改的實(shí)例的面發(fā)光型激光二極管的俯視圖。 [圖28]圖28是示出沿圖27的箭頭方向A-A截取的激光二極管的截面構(gòu) 造的圖示。圖29是示出沿圖27的箭頭方向C-C截取的激光二極管的截面構(gòu) 造的圖示。圖30是示出沿圖28的箭頭方向A-A截取的激光二極管的截面構(gòu) 造的圖示。圖31是示出根據(jù)修改的實(shí)例的面發(fā)光型激光二極管的截面構(gòu)造 的圖示。圖32是示出在與圖31中的激光二極管的截取方向正交的方向的
10截面構(gòu)造的圖示。圖33是示出圖2中激光二極管的修改的實(shí)例的截面構(gòu)造的圖示。 [圖34]圖34是示出在與圖33中的激光二極管的截取方向正交的方向的 截面構(gòu)造的圖示。圖35是示出圖31中激光二極管的修改的實(shí)例的截面構(gòu)造的圖示。 [圖36]圖36是示出在與圖35中的激光二極管的截取方向正交的方向的 截面構(gòu)造的圖示。圖37是圖1中激光二極管的修改的實(shí)例的俯視圖。圖38是圖1中激光二極管的另一個(gè)修改的實(shí)例的俯視圖。圖39是圖1中激光二極管的再一個(gè)修改的實(shí)例的俯視圖。圖40是圖1中激光二極管的又一個(gè)修改的實(shí)例的俯視圖。圖41是圖38中激光二極管的修改的實(shí)例的俯視圖。圖42是圖38中激光二極管的另一個(gè)修改的實(shí)例的俯視圖。圖43是圖37中激光二極管的修改的實(shí)例的俯視圖。圖44是圖37中激光二極管的另一個(gè)修改的實(shí)例的俯視圖。圖45是圖37中激光二極管的再一個(gè)修改的實(shí)例的俯視圖。圖46是圖39中激光二極管的修改的實(shí)例的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖來(lái)詳細(xì)描述優(yōu)選實(shí)施例。 [第一實(shí)施例]
圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管1的俯視圖。圖 2示出沿圖1的箭頭方向A-A截取的面發(fā)光型激光二極管1的截面構(gòu)造，圖 3示出沿圖1的箭頭方向B-B截取的面發(fā)光型激光二極管1的截面構(gòu)造，圖 4示出沿圖1的箭頭方向C-C截取的面發(fā)光型激光二極管1的截面構(gòu)造。圖 5示出圖2中下DBR鏡層11 (將在下文描述)的截面構(gòu)造的實(shí)例，而圖7 和8示出圖2中下DBR鏡層11的截面構(gòu)造的修改的實(shí)例。圖6示出當(dāng)通過(guò) 圖1中的面發(fā)光型激光二極管1觀看時(shí)從氧化部分11A (將在下文描述)和 電流限制層17的頂部觀察的分布(形狀)。
面發(fā)光型激光二極管1包括在基板10的一個(gè)面上的發(fā)光部分20。通過(guò) 從基板10側(cè)依次層疊下DBR鏡層11 (第一多層反射鏡)、下隔離層14、有源層l5、上隔離層l6、電流限制層17、上DBR鏡層18 (第二多層反射鏡) 和接觸層19,構(gòu)造出發(fā)光部分20。在發(fā)光部分20中，例如，寬度為大約IO pm到30 lam的柱狀臺(tái)部分21和圍繞臺(tái)部分21的槽部分22形成在下DBR 鏡層ll、下隔離層14、有源層15、上隔離層16、電流限制層17、上DBR 鏡層18和接觸層19的一部分中。
槽部分22是具有非均勻?qū)挾鹊沫h(huán)狀槽，并具有根據(jù)(正比于)槽寬度 的非均勻深度。更具體地，具有徑向方向?qū)挾萀y和圓周方向?qū)挾萀x的一對(duì) 槽22A設(shè)置在與平行于層疊面并通過(guò)臺(tái)部分21的中心部分的一個(gè)軸(圖1 的A-A線(xiàn))對(duì)應(yīng)的部分中，而具有徑向方向?qū)挾華R的一對(duì)槽22B與槽22A 相通設(shè)置。每個(gè)槽22A都具有到達(dá)下DBR鏡層11的下第一DBR鏡層12(將 在下文描述)的深度D1。另一方面，每個(gè)槽22B都具有不到達(dá)下第一DBR 鏡層12的深度D2。換言之，槽22B的深度D2小于槽22A的深度Dl，并 且臺(tái)部分21的高度對(duì)應(yīng)于槽部分22的深度而相應(yīng)地不均勻，且暴露于臺(tái)部 分21側(cè)面的層構(gòu)造對(duì)應(yīng)槽部分22的深度變化。另外，圖3中，舉例說(shuō)明了 槽22B到達(dá)下DBR鏡層11的下第二DBR鏡層13(將在下文描述)的情況。
這里，Lx和Ly優(yōu)選足夠大以防止下文描述的蝕刻速率減慢，并優(yōu)選為 5pm或更大。而且，AR優(yōu)選小于Lx和Ly，并優(yōu)選足夠大以通過(guò)將在下文 描述的負(fù)載效應(yīng)(loading effect)使槽22B的蝕刻速率變得比槽22A的蝕刻 速率慢，并優(yōu)選在1 |um到3 pm并包含1 pm和3 )Lim的范圍內(nèi)，更優(yōu)選2 |im。
基板10是例如n型GaAs基板，并且該GaAs基板優(yōu)選為例如(100) 平面基板；然而，該GaAs基板可以是特殊基板，諸如(nil )平面基板(n 是整數(shù))。
下DBR鏡層11的構(gòu)造為其中從基板IO側(cè)順次層疊下第一DBR鏡層 12 (第三多層反射鏡)和下第二 DBR鏡層13 (第四多層反射鏡)。如圖5 所示，下第一DBR鏡層12通過(guò)層疊多對(duì)低折射率層12A和高折射率層12B 來(lái)構(gòu)造。低折射率層12A由例如光學(xué)厚度為人/4 (入是振蕩波長(zhǎng))的n型 AlxlGai.xlAs制成，而高折射率層12B由例如光學(xué)厚度為人/4的n型 Alx2Gai.x2As制成。下第二 DBR鏡層13通過(guò)層疊多對(duì)低折射率層13A和高 折射率層13B來(lái)構(gòu)造。低折射率層13A由例如光學(xué)厚度為X/4的n型 Alx3Gai.x3As制成，而高折射率層13B由例如光學(xué)厚度為人/4的n型 A^Ga,.x4As制成。另外，作為n型雜質(zhì)，例如，有硅(Si )、硒(Se)等。
12這里，下DBR鏡層11中Al成分的值xl到x4滿(mǎn)足以下公式。從而， 下第一 DBR鏡層12的低折射率層12A比下第二 DBR鏡層13的低折射率 層13A對(duì)氧化更敏感，并具有等于或高于電流限制層17的抗氧化性的抗氧 化性。
lSx9^xl〉(x3, xl0)〉0.8〉(x2, x4，......(1)
在公式(l)中，(x3,xl0)表示x3或x10,而(x2，x4)表示x2或x4。而且， x9是電流限制層17的制成材料中包括的Al成分的值，而x10是制成上DBR 鏡層18的低折射率層的材料中包括的Al成分的值。此外，0.8對(duì)應(yīng)于低折 射率層的折射率和高折射率層的折射率之間的邊界。
然而，在每個(gè)下第一DBR鏡層12的低折射率層2A的作為對(duì)應(yīng)于臺(tái)部 分21的中心區(qū)(將在下文描述的發(fā)光區(qū)域15A)的區(qū)域的外圍并圍繞槽22A 的區(qū)域中，通過(guò)氧化低折射率層12A的部分形成氧化部分30。氧化部分30 包括一對(duì)氧化層31A和32A，并且該對(duì)氧化層31A和32A設(shè)置成相距距離 Doxl彼此面對(duì)，并在兩者間具有對(duì)應(yīng)于下第一DBR鏡層12的發(fā)光區(qū)域15A 的區(qū)域(該區(qū)域也是對(duì)應(yīng)于將在下文描述的電流注入?yún)^(qū)17B的區(qū)域)，并且 對(duì)應(yīng)于槽部分22的具有較大深度的槽22A形成。換言之，氧化區(qū)!50在圍繞 發(fā)光區(qū)域15A旋轉(zhuǎn)的方向非均勻分布，并在有源層15中產(chǎn)生根據(jù)氧化部分 30的分布的非均勻應(yīng)力。
這里，假設(shè)電流注入?yún)^(qū)17B在徑向方向的長(zhǎng)度是Dox2,則距離Doxl 優(yōu)選大于Dox2，并且在期望抑制高階橫模振蕩的情況中，距離Doxl優(yōu)選在 Dox2+l 到15 pm并包含Dox2+l jum和15 jnm的范圍內(nèi)。而且，在期望 進(jìn)一步抑制高階橫;漠振蕩的情況中，距離Doxl優(yōu)選在Dox之+l (im到10 pm 并包含Dox2+l pm和10 nm的范圍內(nèi)。此外，在期望避免氧化層31A和 的發(fā)光效率損失的情況中，距離Doxl優(yōu)選大于距離Dox2，更優(yōu)選等于或大 于UxDox2。
氧化層31A和32A都包括A1203 (氧化鋁)，將在下文描述，氧化層31A 和32A通過(guò)從臺(tái)部分21和槽部分22的側(cè)面氧化包括在低折射率層12A中 的高濃度A1來(lái)獲得。因此，在下DBR鏡層11中氧化層31A夾著高折射率 層12B層疊，以構(gòu)成多層膜31 (第一多層膜)，在下DBR鏡層11中氧化層 32A夾著高折射率層12B層疊，以構(gòu)成多層膜32 (第二多層膜)。另外，下 第一 DBR鏡層12不在臺(tái)部分21的側(cè)面中的面向槽22B的部分中暴露，從
13而氧化層31A和32A不分布在該部分的除鄰近槽22A的部分之外的部分中。 順便提及，下第一DBR鏡層12的低折射率層12A不限于上述組成，并 可以具有例如圖7或8所示的構(gòu)造且其光學(xué)厚度維持在人/4。例如，如圖7 所示，在由AlxsGa^As制成的第一折射率層12C和由Alx6Ga,—x6As制成的 第二折射率層12D以此順序順次從基板10側(cè)層疊的情況中，Al成分的值x2 到x6設(shè)定為滿(mǎn)足以下公式(2)的值，并且如圖8所示，在由Alx7Ga,^As 制成的第三折射率層12E、由Alx5Gai.x5As制成的第一折射率層12C和由 A"Ga,.x6As制成的第二折射率層12D以此順序順次從基板IO側(cè)層疊的情況 中，Al成分的值x2到x7設(shè)定為滿(mǎn)足以下公式(3)的值。
I^c5=x9>(x6， x3, xl0)>0.8>(x2, x4)^0......(2)
I^x5=x9>(x6， x7, x3， xl0)>0.8>(x2, x4，......(3)
在公式(2 )中，(x6, x3, xl0)表示x6、 x3或xlO,而在公式(2 )和(3 ) 中，(x2, x4)表示x2或x4,在公式(3 )中,(x6, x7, x3, xlO)表示x6、 x7、 x3或xlO。
下隔離層14由例如Alx8Ga,_x8As( 0<x8<l )制成。有源層15由例如GaAs 基材料制成。在有源層15中，面向?qū)⒃谙挛拿枋龅碾娏髯⑷雲(yún)^(qū)HB的區(qū)域 是發(fā)光區(qū)域15A，并且該發(fā)光區(qū)域15A的中心區(qū)(發(fā)光中心區(qū))是主要發(fā)生 基本(ftmdamental)橫模振蕩的區(qū)域，而圍繞發(fā)光區(qū)域15A的發(fā)光中心區(qū)的 邊緣區(qū)是主要發(fā)生高階橫模振蕩的區(qū)域。上隔離層16由例如Alxl2Gai_xl2As (0<xl2<l )制成。期望下隔離層14、有源層15和上隔離層16不包括雜質(zhì)， 但是其可能包括p型或n型雜質(zhì)。作為p型雜質(zhì)，有鋅(Zn)、鎂(Mg)、 鈹(Be)等。
電流限制層17在其邊緣區(qū)中包括電流限制區(qū)17A，并在其中心區(qū)中包 括電流注入?yún)^(qū)17B。電流注入?yún)^(qū)17B由例如p型AUGaLwAs ( 0<x9<l )制 成。電流限制區(qū)17A包括A1203 (氧化鋁)，并且將在下文描述，電流限制 區(qū)17A通過(guò)從臺(tái)部分21的側(cè)面?zhèn)妊趸ㄔ贏lx9Ga^9As層17D中的高濃 度Al來(lái)獲得。換言之，電流限制層17具有限制電流的功能。
電流注入?yún)^(qū)17B為對(duì)角線(xiàn)在
方向和
方向的四邊形(例如菱形) 形狀，并具有面內(nèi)各向異性。電流限制區(qū)17A為對(duì)角線(xiàn)在
方向和[01-l〗 方向的四邊形形狀的原因是Alx9Ga^9As在
方向和
方向的氧化速 率和在與
方向和
方向形成45。角的
方向和
方向的氧化速率不同。在此情況中，在期望抑制高階橫;漢振蕩的情況中電流注入?yún)^(qū)17B的 對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度Dox2優(yōu)選在3 pm到8 |Lim并包含3 )nm和8 的范圍內(nèi)。而且， 在期望進(jìn)一步抑制高階橫模振蕩的情況中，長(zhǎng)度Dox2優(yōu)選在3 iim到5 |am 并包含3 |um和5 jam的范圍內(nèi)。
上DBR鏡層18通過(guò)層疊多對(duì)低折射率層和高折射率層來(lái)構(gòu)造。低折射 率層由例如光學(xué)厚度為人/4的p型Al^Ga,.x,()As ( 0<xl0<l )制成，而高折射 率層由例如光學(xué)厚度為X/4的p型AlxuGa"nAs (0<xll<l)制成。接觸層 19由例如p型GaAs制成。
在本實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管1中，保護(hù)膜23也形成在臺(tái)部分21 的頂面的邊緣部分、槽部分22的內(nèi)表面、以及接觸層19的除臺(tái)部分21之 外的表面上。在對(duì)應(yīng)上述電流注入?yún)^(qū)17B的區(qū)域中包括發(fā)光開(kāi)口 24A的環(huán) 狀上電極24形成在接觸層19的表面上，而上電極焊盤(pán)25形成在保護(hù)膜23 的遠(yuǎn)離臺(tái)部分21的部分的表面上。隨后，如圖1和4所示,連接部分26形 成在保護(hù)膜23的包括槽22B的部分的表面上，并且上電極24和上電極焊盤(pán) 25通過(guò)連接部分26彼此電連接。而且，下電極27形成在基板10的背面上。
保護(hù)膜23由例如絕緣材料諸如氧化物或氮化物形成，并形成為布置在 從接觸層19的邊緣部分到槽部分22的內(nèi)表面的區(qū)域以及靠近該區(qū)域的區(qū)域 上。上電極24和上電極焊盤(pán)25都是通過(guò)以此順序順次層疊例如鈦(Ti)層、 鉑(Pt)層和金(Au)層來(lái)構(gòu)造的，并電連接到接觸層19。連接部分26由 鍍1_層形成在通過(guò)以此順序順次層疊例如Ti層、Pt層和Au層形成的層疊構(gòu) 造上的部分構(gòu)成。下電極27的構(gòu)造為其中金(Au)鍺(Ge )合金層、鎳(Ni) 層和金(Au)層從基板10側(cè)順次層疊，下電極27電連接到基板10。
根據(jù)本實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管1可以通過(guò)例如以下步驟制造。
圖9(A)和9(B)到ll(A)和ll(B)依次示出制造方法的步驟。另外，圖9(A)、 10(A)和11(A)示出沿與圖1的箭頭方向A-A相同的方向截取的在制造過(guò)程中 的器件的截面構(gòu)造，圖9(B)示出圖9(A)的構(gòu)造的頂面，而IO(B)和ll(B)示 出沿與圖1的箭頭方向B-B相同的方向截取的在制造過(guò)程中的器件的截面構(gòu) 造。
在此情況中，基板10上的由GaAs制成的化合物半導(dǎo)體層通過(guò)例如 MOCVD (有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積)法形成。這時(shí)，作為III-V族化合物半導(dǎo) 體材料，使用例如三曱基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)、三曱基銦(TMIn)和胂(AsH3)，作為施主雜質(zhì)材料，使用例如H2Se，而作為受主雜質(zhì)材料， 使用例如二曱基鋅(DMZ)。
首先，在基板IO上順次層疊下第一DBR鏡層12、下第二DBR鏡層13、 下隔離層14、有源層15、上隔離層16、 Alx9GawAs層17D、上DBR鏡層 18和接觸層19之后，具有寬度不均勻的環(huán)狀開(kāi)口 W的抗蝕劑層R形成在 接觸層19的表面上(參考圖9(A)和9(B))。更具體地，開(kāi)口W包括一對(duì)徑 向方向?qū)挾葹長(zhǎng)y而圓周方向?qū)挾葹長(zhǎng)x的弧形開(kāi)口 Wl以及一對(duì)徑向方向?qū)?度為AR的與所述一對(duì)開(kāi)口 Wl相通的弧形開(kāi)口 W2。
接著，通過(guò)例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)法從接觸層19側(cè)進(jìn)fl^蝕刻。然后， 由開(kāi)口 W的非均勻?qū)挾犬a(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)，寬度小的開(kāi)口 W2中的蝕刻速率比 寬度大的開(kāi)口 Wl中的慢。結(jié)果，對(duì)應(yīng)開(kāi)口 Wl形成深度D1的槽22A，對(duì) 應(yīng)開(kāi)口 W2形成深度D2的槽22B (參考圖IO(A)和10(B))。當(dāng)槽22A和槽 22B以此方式形成時(shí)，臺(tái)部分21形成在被槽22A和槽22B圍繞的部分中。
接著，在水蒸氣氣氛中進(jìn)行高溫氧化工藝，從槽部分22的內(nèi)部選擇性 氧化低折射率層12A和AUGa^As層17D的Al。從而，圍繞Alx9Gai_x9As 層17D和低折射率層12A的槽部分22的區(qū)變成絕緣層(氧化鋁)。換言之， 彼此面對(duì)且在其間有對(duì)應(yīng)于發(fā)光區(qū)域15A的區(qū)域的一對(duì)多層膜31和32形成 在每個(gè)低折射率層12A中的圍繞對(duì)應(yīng)于有源層15的發(fā)光區(qū)域15A的區(qū)域并 圍繞槽22A的區(qū)域中，并且進(jìn)一步形成具有對(duì)應(yīng)于發(fā)光區(qū)域WA的開(kāi)口的 電流限制區(qū)17A,該開(kāi)口變成電流注入?yún)^(qū)17B (參考圖ll(A)和ll(B))。
當(dāng)通過(guò)以此方式使用具有寬度不均勻的環(huán)狀開(kāi)口 W的抗蝕劑層R而產(chǎn) 生負(fù)載效應(yīng)時(shí)，可以通過(guò)一個(gè)蝕刻工藝來(lái)形成具有不均勻深度的槽部分22。 而且，當(dāng)通過(guò)使用深度不均勻的槽部分22來(lái)進(jìn)行氧化工藝時(shí)，可以容易地 形成在圍繞發(fā)光區(qū)域15A旋轉(zhuǎn)的方向非均勻分布的氧化區(qū)30。
接著，在絕緣材料通過(guò)例如CVD (化學(xué)氣相沉積)法沉積在臺(tái)部分21 、 槽部分22和槽部分22的外圍的所有表面上之后，由蝕刻沉積的絕緣材料的 對(duì)應(yīng)于臺(tái)部分21的頂面的部分被選擇性去除，以暴露接觸層19(參考圖2(A) 和2(B))。接著，在金屬材料通過(guò)例如真空沉積法層疊在所有表面上之后， 具有發(fā)光開(kāi)口 24A的上電極24通過(guò)例如選擇性蝕刻形成在臺(tái)部分21的頂面 (接觸層19的暴露部分)，而上電極焊盤(pán)25通過(guò)例如選擇性蝕刻形成在遠(yuǎn) 離臺(tái)部分21的位置。而且，連接部分26通過(guò)鍍覆形成以將上電極24和上
16電極焊盤(pán)25彼此電連接，并且當(dāng)基板10的背面根據(jù)需要被拋光以調(diào)節(jié)基板 IO的厚度之后，下電極27形成在基板10的背面上。最后，基板10通過(guò)切 割(dicing)被分成小的芯片。這樣就制造了面發(fā)光型激光二極管1。
然而，在上述制造步驟中，當(dāng)通過(guò)改變蝕刻時(shí)間來(lái)改變槽22A的深度 Dl時(shí)，暴露到槽22A內(nèi)表面的低折射率層12A的層#1改變。因此，當(dāng)槽22A 的深度D1隨著蝕刻時(shí)間的增大而增大時(shí)，暴露的低折射率層12A的層數(shù)增 加，相反，當(dāng)槽22A的深度D1隨著蝕刻時(shí)間的減少而減小時(shí)，暴露的低折 射率層12A的層數(shù)減少。這時(shí)，槽22B的深度D2根據(jù)蝕刻時(shí)間而改變；然 而，在深度D2在上述范圍內(nèi)改變的情況中，低折射率層12A不暴露到槽22A 的內(nèi)表面，從而低折射率層12A的面向槽22B的部分被氧化的可能性小， 并且不可能在有源層15中產(chǎn)生沿槽22B彼此面對(duì)的方向的應(yīng)力。因此，即 使槽22A的深度D1小，也能在有源層15中產(chǎn)生沿槽22A彼此面對(duì)的方向 的應(yīng)力，并且沿槽22A彼此面對(duì)的方向的該應(yīng)力可以根據(jù)槽22A的深度Dl 增大(成比例)。換言之，可以自由設(shè)定產(chǎn)生在有源層15中的各向異性應(yīng)力 的幅值。
而且，如圖7和8所例舉的，在低折射率層12A由高Al成分的層和低 Al成分的層的層疊構(gòu)造而成的情況中，低折射率層12A的氧化速率可以通 過(guò)在這些層的Al成分均勻的狀態(tài)下改變這些層的厚度來(lái)自由控制。然后， 例如，氧化速率可以與低折射率層12A是單層的情況中相同，從而在低折射 率層12A是單層且下DBR鏡層11中的Al成分的值xl到x4滿(mǎn)足公式(1) 的情況中，低折射率層12A可以具有使低折射率層比低折射率層13A 對(duì)氧化更敏感的性質(zhì)，并具有等于或高于電流限制層17的抗氧化性的抗氧 化性。
另外，根據(jù)氧化條件，例如，在電流限制層17的Al成分的值x9和第 一折射率層12C的Al成分的值x5都是1，而第二折射率層12D的Al成分 的值x6、第三折射率層12E的Al成分的值x7、《氐折射率層13A的Al成分 的值x3以及上DBR鏡層18的低折射率層的Al成分的值x10都是0.9的情 況中，距離Doxl可以在Dox2+l |um到15 |am并包含Dox2+l pm和15 |nm 的范圍內(nèi)。
此外，例如，低折射率層12A中的高Al成分的層的Al成分的值可以與 電流限制層17的Al成分的值相同，而低折射率層12A的低Al成分的層的Al成分的值可以與上DBR鏡層18的低折射率層的Al成分的值相同。然后， 在此情況中，當(dāng)形成低折射率層12A時(shí)，可以使用在制造電流限制層17或 上DBR鏡層18時(shí)的外延生長(zhǎng)條件諸如摻雜條件和氣流速率，從而易于制造 低折射率層12A。
再根據(jù)本實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管1中，當(dāng)預(yù)定電壓施加到下電極 27和上電極24之間時(shí)，電流通過(guò)電流限制層17中的電流注入?yún)^(qū)17B注入 有源層15，從而通過(guò)電子-空穴復(fù)合而發(fā)光。光被下DBR鏡層11和上DBR 鏡層18反射從而導(dǎo)致預(yù)定波長(zhǎng)的激光振蕩，并且光作為激光束發(fā)射到外部。
而且，在圍繞發(fā)光區(qū)域15A旋轉(zhuǎn)的方向上非均勻分布的氧化部分30設(shè) 置在對(duì)應(yīng)于下DBR鏡層11的下第一DBR鏡層12的發(fā)光區(qū)域15A的區(qū)域的 外圍中，從而通過(guò)氧化部分30在有源層15中非均勻地產(chǎn)生張應(yīng)力。在此情 況中，氧化部分30包括一對(duì)彼此面對(duì)的多層膜31和32，兩者之間是包括發(fā) 光區(qū)域15A的區(qū)域，氧化部分30在槽22A;f皮此面對(duì)的方向上具有各向異性 分布。因此，根據(jù)該分布的各向異性，在有源層15中產(chǎn)生張應(yīng)力。另外， 如上所述，不可能在槽22B的內(nèi)表面中氧化低折射率層12A，并且在有源層 15中不可能產(chǎn)生在槽22B彼此面對(duì)的方向的應(yīng)力。因此，盡管在與張應(yīng)力 方向正交的方向的偏振分量增強(qiáng)，但是在與張應(yīng)力方向平行的方向的偏振分 量被抑制。
圖12(A)和12(B)和13(A)和13(B)示出根據(jù)本實(shí)施例的面發(fā)光型激光二 極管1的正交偏振波之間的消光比的實(shí)例，分別示出當(dāng)電源為lmW(毫瓦)、 2 mW、 3 mW和4 mW時(shí)正交偏振波之間的消光比。另外，槽22A的深度 Dl固定為4.65 pm (多層膜31和32的層數(shù)是4)。每個(gè)圖的水平軸表示正 交偏振波之間的消光比，而縱軸表示樣本數(shù)。而且，圖"示出在電源為4mW 的情況中當(dāng)槽22A的深度Dl從4.4 )am以0.1 jam的增量改變到5.0 pm (多 層膜31和32的層數(shù)增加)時(shí)正交偏振波之間的消光比。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)正交 偏振波之間的消光比為15dB或以上時(shí)，激光的偏振分量被充分抑制，并且
偏振分量#:固定在一個(gè)方向。
從圖12(A)和12(B)和13(A)和13(B)例舉的結(jié)果明顯看出，在槽22A的 深度Dl為4.65 pm (多層膜31和32的層數(shù)為4 )的情況中，偏振分量當(dāng)電 '源為1 mW或2 mW時(shí)固定在一個(gè)方向。而且，從圖M例舉的結(jié)果明顯看 出，當(dāng)槽22A的深度D1為4.7 (im或以上(多層膜31和32的層數(shù)為7或以上)時(shí)，偏振分量固定在一個(gè)方向。然后，不僅在圖5、 7和8中例舉的下 DBR鏡層11的層構(gòu)造的情況中，而且也在將在下文描述的其他實(shí)施例的層 構(gòu)造的情況中，存在該傾向。
另外，正交偏振波之間的消光比通過(guò)改變一對(duì)氧化層31A和32A之間 的距離Doxl而改變；然而，在用于抑制高階橫模振蕩的優(yōu)選范圍內(nèi)，正交 偏振波之間的消光比足夠大，并且偏振分量被固定在一個(gè)方向。
如上所述，在本實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管1中， 一對(duì)彼此面對(duì)并且 其間有發(fā)光區(qū)域15A的多層膜31和32設(shè)置在下第一 DBR鏡層12中，從而 激光的偏振分量可以固定在一個(gè)方向，結(jié)果，激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一 個(gè)方向。
順便提及，在本實(shí)施例中，如上所述，基板不一定是諸如(nil)面基 板(n是整數(shù))的特殊基板，而可以是典型的(100)面基板，從而可以使用 諸如摻雜條件和氣流速率等典型(100)面基板的外延生長(zhǎng)條件。從而，可 以以低成本容易地制造面發(fā)光型激光二極管1。
而且，在本實(shí)施例中，下DBR鏡層11的構(gòu)造為下第一DBR鏡層12和 下第二 DBR鏡層13依次從基板10側(cè)層疊，從而槽22A的深度Dl越大， 包括在下第一DBR鏡層12中的多層膜對(duì)31和32的層數(shù)(厚度)增加越多。 從而，各向異性應(yīng)力可以根據(jù)多層膜對(duì)31和32的層數(shù)(厚度)而增大，并 且改善偏振可控性。
此外，在本實(shí)施例中，下DBR鏡層11具有上述構(gòu)造，因此只要小深度 的槽22B的底面形成在下第二DBR鏡層13中的某處，就不可能影響偏振可 控性。換言之，不必要在制造步驟中精確控制槽22B的深度，即使槽22B 的深度變化，各面發(fā)光型激光二極管1的偏振可控性也不可能變化。
而且，在本實(shí)施例中，在下第一DBR鏡層12中的低折射率層12A的 Al成分的值xl等于或基本等于電流限制層17的Al成分的值x9的情況中， 低折射率層12A的反射率高于下第二DBR鏡層13中的低折射率層13A的 反射率。因此，可以減少到基板10的光泄漏，從而可以增大從上DBR鏡層 18發(fā)射到外部的光的輸出。此外，在低折射率層包括AlGaAs的情況中， 當(dāng)AlGaAs的Al成分的值增大時(shí)，低折射率層12A的熱導(dǎo)率增大，從而可 以改善面發(fā)光二極管1的熱輻射。
此外，在本實(shí)施例中， 一對(duì)多層膜31和32的層數(shù)(厚度)增加越多，
19各向異性應(yīng)力就可以增加越多，從而不必要在對(duì)應(yīng)于發(fā)光區(qū)域15A的區(qū)域中 設(shè)置氧化部分30以對(duì)有源層15施加大應(yīng)力。從而，光輸出被氧化部分30 降低的可能性小，并且可以發(fā)射高功率激光。
因此，在本實(shí)施例中，面發(fā)光型激光二極管1可以以低成本容易地制造， 并且激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一個(gè)方向且可以獲得較高的輸出。
而且，在本實(shí)施例中，如圖1到4所示，圍繞臺(tái)部分21形成的槽部分 22的深度為槽部分22穿透至少有源層15的程度，從而從上電極24、上電 極焊盤(pán)25和連接部分26到有源層15的電流通路僅存在在臺(tái)部分21中。因 此，電流注入效率不可能由于形成圍繞臺(tái)部分21的槽部分22而降低。
圖15和16示出根據(jù)第二實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管2的截面構(gòu)造。 在上述實(shí)施例中，下DBR鏡層11的構(gòu)造為下第一 DBR鏡層12和下第二 DBR鏡層13依次從基板IO側(cè)層疊；然而，在本實(shí)施例中，從下DBR鏡層 11去除下第二DBR鏡層13,并且下DBR鏡層11具有與下第二DBR鏡層 13相同的構(gòu)造。
因此，如圖17(A)和17(B)所示，當(dāng)槽部分22通過(guò)蝕刻形成時(shí)，下DBR 鏡層11中的低折射率層12A不僅在槽22A中而且還在槽22B中被暴露。因 此，如圖18(A)和18(B)所示，氧化部分40不僅在低折射率層UA的面向槽 22A的部分中形成，而且在面向槽22B的部分中形成。然而，槽22A的深 度Dl大于槽22B的深度D2，而且氧化部分40中槽22A側(cè)的層數(shù)大于槽 22B側(cè)的層數(shù)，從而氧化部分40是在其厚度中具有各向異性的環(huán)狀多層膜， 并且非均勻地分布在圍繞發(fā)光區(qū)域15A旋轉(zhuǎn)的方向。因此，氧化部分40根 據(jù)在有源層15中的分布產(chǎn)生非均勻應(yīng)力。
這樣，在本實(shí)施例中，在圍繞發(fā)光區(qū)域15A旋轉(zhuǎn)的方向非均勻分布的氧 化部分40設(shè)置在下DBR鏡層11的對(duì)應(yīng)于發(fā)光區(qū)域15A的區(qū)域的外圍中， 從而由于氧化部分40造成的應(yīng)力非均勻產(chǎn)生在有源層15中。在此情況中， 氧化部分40構(gòu)造成包括環(huán)狀多層膜，該多層膜在槽22A側(cè)的層數(shù)大于在槽 22B側(cè)的層數(shù)并在其厚度中具有各向異性，并且在槽2ZA彼此面對(duì)的方向具 有各向異性分布，從而根據(jù)該分布的各向異性應(yīng)力產(chǎn)生在有源層15中。然 后，如上述實(shí)施例的情況，產(chǎn)生在有源層15中的應(yīng)力的方向與槽2ZA彼此 面對(duì)的方向匹配。因此，盡管在與應(yīng)力方向正交的方向的偏振分量增強(qiáng)，但是在與應(yīng)力方向平行的方向的偏振分量^皮抑制。
這樣，在本實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管2中，構(gòu)造成包括環(huán)狀多層膜
的氧化部分40設(shè)置在下DBR鏡層11中，所述環(huán)狀多層膜在槽22A側(cè)的層 數(shù)大于在槽22B側(cè)的層數(shù)并在其厚度中具有各向異性，從而激光的偏振分量 可以固定在一個(gè)方向，結(jié)果，激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一個(gè)方向。
而且，正如上述實(shí)施例的情況，基板不一定是諸如(nil)面基板(n 是整數(shù))的特殊基板，而可以是典型的(100)面基板，從而可以使用諸如 摻雜條件和氣流速率等典型(100)面基板的外延生長(zhǎng)條件。從而，可以以 低成本容易地制造面發(fā)光型激光二極管2。此外，槽22A側(cè)的層數(shù)和槽22B 側(cè)的層數(shù)之間的差別越大，各向異性應(yīng)力可以增加越多，從而甚至不必要在 對(duì)應(yīng)于發(fā)光區(qū)域15A的區(qū)域中設(shè)置氧化部分40。從而，光輸出被氧化部分 40降低的可能性小，并且可以發(fā)射高功率激光。
因此，在本實(shí)施例中，正如上述實(shí)施例的情況，面發(fā)光型激光二極管2 可以以低成本容易地制造，并且激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一個(gè)方向，且可 以獲得較高的輸出。
圖19示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管3的頂面構(gòu)造。 圖20示出沿圖19的箭頭方向A-A截取的的截面構(gòu)造的靠近發(fā)光開(kāi)口 2斗A 的區(qū)域的放大圖，而圖21是沿圖19的箭頭方向B-B截取的的截面構(gòu)造的靠 近發(fā)光開(kāi)口 24A的區(qū)域的放大圖。面發(fā)光型激光二極管3與上述實(shí)施例的構(gòu) 造不同在于包括對(duì)應(yīng)于發(fā)光開(kāi)口 24A的橫模調(diào)節(jié)層50。
橫模調(diào)節(jié)層50包括第一調(diào)節(jié)層51、第二調(diào)節(jié)層52和第三調(diào)節(jié)層53, 并且第 一調(diào)節(jié)層51和第二調(diào)節(jié)層52依次層疊在發(fā)光開(kāi)口 24A的中心區(qū)，即， 基本橫模振蕩主要發(fā)生的區(qū)域。第三調(diào)節(jié)層53形成在圍繞中心區(qū)的邊緣區(qū)
中，即，高階橫模振蕩主要發(fā)生的區(qū)域。
另外，在圖19到21中，為了進(jìn)一步減少在槽22B彼此面對(duì)的方向的高 階橫模振蕩，第一調(diào)節(jié)層51和第二調(diào)節(jié)層52都為矩形形狀且其在該方向的 寬度小于其在槽22A彼此面對(duì)的方向的寬度；然而，第一調(diào)節(jié)層W和第二 調(diào)節(jié)層52可以具有任何其他形狀，例如，如圖22所示的圓形。
第一調(diào)節(jié)層51的膜厚為(2a-1)人/4n, (a是1或更大的整數(shù)，而n,是折射 率)，并由折射率 小于設(shè)置在上DBR鏡層18的表面上的高折射率層的折
21射率的材料制成，例如，電介質(zhì)，諸如SK)2(氧化硅)。第一調(diào)節(jié)層51的在
槽22B彼此面對(duì)的方向的寬度基本等于主要發(fā)生基本橫模振蕩的區(qū)域的寬 度，并優(yōu)選在3.0 pm到5.0 jim并包含3.0 和5.0 |am的范圍內(nèi)。
第二調(diào)節(jié)層52的膜厚為(2b-l)X/4ri2 (b是1或更大的整數(shù)，而112是折射 率)，并由折射率n2大于第一調(diào)節(jié)層51的折射率的材料制成，例如，電介質(zhì)， 諸如SiN (氮化硅)。
第三調(diào)節(jié)層53的膜厚為(2c-l)A74ri3 (c是1或更大的整數(shù)，而113是折射 率)，并由折射率Il3小于第一調(diào)節(jié)層51的折射率的材料制成，例如，電介質(zhì)， 諸如SiN (氮化硅)。另外，第二調(diào)節(jié)層52和第三調(diào)節(jié)層53優(yōu)選由相同膜 厚的相同材料制成。從而，這些層可以同時(shí)形成，簡(jiǎn)化制造步驟。
在此情況中，假設(shè)發(fā)光開(kāi)口 24A的中心區(qū)的反射率是Rp圍繞中心區(qū) 的邊緣區(qū)的反射率是R2，在這些調(diào)節(jié)層不設(shè)置在發(fā)光開(kāi)口 24A中的情況中 的反射率是R3，每個(gè)折射率優(yōu)選調(diào)節(jié)為滿(mǎn)足以下公式的關(guān)系。從而，可以?xún)H 抑制高階橫模振蕩，而不減小基本橫模光輸出。
R^R3>R2......(4)
通常，在面發(fā)光型激光二極管中，存在在發(fā)光開(kāi)口的中心部分中基本橫 模光輸出最大且隨著遠(yuǎn)離發(fā)光開(kāi)口中心部分而減小的傾向。因此，在面發(fā)光 型激光二極管用于要求高輸出的情況中，發(fā)光開(kāi)口優(yōu)選擴(kuò)張為放出盡量多的 基本橫模激光。然而，通常存在高階橫模光輸出在距離發(fā)光開(kāi)口的中心部分
為預(yù)定距離的區(qū)域中最大并向著發(fā)光開(kāi)口的中心部分減小的傾向，因此當(dāng)發(fā) 光開(kāi)口太大時(shí)，還可以產(chǎn)生高階橫模激光的高輸出。
因此，在傳統(tǒng)的面發(fā)光型激光二極管中，通過(guò)諸如減小發(fā)光開(kāi)口尺寸或 者在發(fā)光開(kāi)口中設(shè)置具有復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)的措施來(lái)避免輸出高階橫^^莫激光。 而且，即使在面發(fā)光型激光二極管用于要求低輸出的應(yīng)用的情況中，為了將 高階橫模激光減到最小，也必須采取與上述措施相同的措施。
另一方面，在本實(shí)施例中，第一調(diào)節(jié)層51和第二調(diào)節(jié)層52依次層疊在 發(fā)光開(kāi)口 24A的中心區(qū)中，而第三調(diào)節(jié)層53設(shè)置在圍繞發(fā)光開(kāi)口 2々A的中 心區(qū)的外圍區(qū)中。因此，夕卜圍區(qū)的反射率低于中心區(qū)。因此，激光的偏振方 向可以穩(wěn)定在一個(gè)方向，并且可以?xún)H抑制高階橫模振蕩而不減小基本橫模光 輸出。
而且，在本實(shí)施例中，第一調(diào)節(jié)層51設(shè)置在由半導(dǎo)體材料制成的接觸層19上，從而很容易選擇性蝕刻第一調(diào)節(jié)層51,并且不需要第一調(diào)節(jié)層51、 第二調(diào)節(jié)層52和第三調(diào)節(jié)層53具有復(fù)雜形狀，從而可以容易地制造面發(fā)光 型激光二極管3。 [第四實(shí)施例]
圖23示出根據(jù)第四實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管4的頂面構(gòu)造。圖24 示出沿圖23的箭頭方向A-A截取的面發(fā)光型激光二極管4的截面構(gòu)造。圖 25示出沿圖24的箭頭方向A-A截取的面發(fā)光型激光二極管4的截面構(gòu)造， 而圖26示出沿圖24的箭頭方向B-B截取的面發(fā)光型激光二極管4的截面構(gòu) 造。另外，沿圖23的箭頭方向B-B和C-C截取的截面構(gòu)造與上述第一實(shí)施 例的面發(fā)光型激光二極管1的情況相同。
如圖23到26所示，面發(fā)光型激光二極管4與上述實(shí)施例的構(gòu)造不同在 于形成在包括臺(tái)部分21側(cè)壁的槽22A內(nèi)壁上的半導(dǎo)體層28、以及形成在半 導(dǎo)體層28的表面中的對(duì)應(yīng)于槽22A的底面部分的一部分中的一對(duì)電極2QA 和29B。
半導(dǎo)體層28具有例如NPN構(gòu)造，其中n型半導(dǎo)體層、p型半導(dǎo)體層和 n型半導(dǎo)體層通過(guò)外延晶體生長(zhǎng)(再生長(zhǎng))從槽22A的內(nèi)壁側(cè)依次層疊。
電極29A和29B的構(gòu)造都為例如，AuGe合金層、Ni層和Au層從槽2之A 的底部側(cè)依次層疊，并電連接到半導(dǎo)體層28的表面。電極29A和四B從形 成在保護(hù)膜23的槽22A的底部中的開(kāi)口暴露。
在本實(shí)施例的面發(fā)光型激光二極管4中，電極WA和29B通過(guò)NPN構(gòu) 造的半導(dǎo)體層28連接到包括臺(tái)部分21的槽22A內(nèi)壁，因此即使DC電壓(偏 置)施加到電極29A和29B之間，電流不流進(jìn)臺(tái)部分21 ，并且當(dāng)電流在上 電極24和下電極27之間流動(dòng)以驅(qū)動(dòng)激光器時(shí)，電流不流入電極29A和29B。 因此當(dāng)DC電壓(偏置)施加到電極29A和29B之間時(shí)，可以在臺(tái)部分21 中形成電場(chǎng)。電場(chǎng)形成在電極29A和29B彼此面對(duì)的方向(槽22A彼此面 對(duì)的方向)以及與臺(tái)部分21的層疊面內(nèi)方向基本平行的方向，從而在槽22A 彼此面對(duì)的方向的吸收損失被電場(chǎng)的存在增大。
從而，在本實(shí)施例中，盡管在與槽22A彼此面對(duì)的方向正交的方向的偏 振分量增強(qiáng)，但是在槽22A彼此面對(duì)的方向的偏振分量被抑制，從而激光的 偏振分量可以固定在一個(gè)方向，結(jié)果，激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一個(gè)方向。
而且，在本實(shí)施例中，臺(tái)部分21的一部分(槽22A側(cè)的側(cè)壁)被半導(dǎo)體層28覆蓋，從而與上述實(shí)施例的每種情況相比，臺(tái)部分21的熱可以通過(guò) 半導(dǎo)體層28輻射到外部，并且熱輻射良好。
而且，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體層28和電極29A和29B都具有簡(jiǎn)單構(gòu)造， 并且半導(dǎo)體層28可以通過(guò)再生長(zhǎng)更容易地形成，從而可以容易地制造面發(fā) 光型激光二極管4。
在以上的實(shí)施例中，半導(dǎo)體層28形成在槽22A中；然而，如圖27到 30所示的面發(fā)光型激光二極管5，半導(dǎo)體層28也形成在槽22B中從而槽22B 可以由半導(dǎo)體層28填充。在此情況中，臺(tái)部分21的大部分(槽22A和22B 側(cè)的側(cè)壁)由半導(dǎo)體層28覆蓋，從而與上述第四實(shí)施例的情況相比，臺(tái)部 分2]的熱可以通過(guò)槽22B填充有半導(dǎo)體層28的部分有效地輻射，并且熱輻 射良好。
另外，圖27示出根據(jù)修改的實(shí)例的面發(fā)光型激光二極管5的頂面構(gòu)造， 圖28示出沿圖27的箭頭方向B-B截取的截面構(gòu)造，圖29示出沿圖27的箭 頭方向C-C截取的截面構(gòu)造。而且，沿圖27的箭頭方向A-A截取的截面構(gòu) 造與圖24中的相同，圖30示出沿圖28的箭頭方向A-A截取的截面構(gòu)造。
雖然參考實(shí)施例和修改的實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例
等，而可以做各種修改。
例如，在每個(gè)上述實(shí)施例中，下DBR鏡層11的構(gòu)造都為其中下第一 DBR鏡層12和下第二DBR鏡層13從基板IO側(cè)依次層疊；然而，如圖31 和32所示，下DBR鏡層11可以構(gòu)造為下第一DBR鏡層12插入到下第二 DBR鏡層13的中間，還可以構(gòu)造為下第一DBR鏡層12設(shè)置為使得氧化層 31和32的最4氐層位于比槽22A的底面充分高的位置。另外，圖31示出在 對(duì)應(yīng)圖1的箭頭方向A-A的方向的截面構(gòu)造，圖32示出在對(duì)應(yīng)圖1的箭頭 方向B-B的方向的截面構(gòu)造。在每個(gè)上述實(shí)施例中，例如，如圖33和34所 示，在槽22A的底部具有錐形形狀的情況中，可能在各個(gè)面發(fā)光型激光二極 管1之間錐形形狀會(huì)變化。而且，當(dāng)在各個(gè)面發(fā)光型激光二極管1之間槽22A 的深度變化時(shí)，在各個(gè)面發(fā)光型激光二極管1之間氧化層31A和32A的數(shù) 目可能變化。因此，在槽22A的錐形形狀或深度變化的情況中，在各個(gè)面發(fā) 光型激光二極管1之間施加到有源層15的應(yīng)力幅值可能變化。另一方面， 在下DBR鏡層11具有圖31和32所示的構(gòu)造的情況中，即使槽22A的底部具有如圖35和36所示的錐形形狀，該底部的錐形形狀不到達(dá)氧化層31A和32A,因此不可能由于該錐形形狀的變化而對(duì)氧化層31A和32A施加不利影響。而且，即使在各個(gè)面發(fā)光型激光二極管1之間槽22A的深度變化，氧化層31A和32A并不直接位于槽22A的底面之下，因此不可能由于槽22A深度的變化而對(duì)氧化層31A和32A施加不利影響。因此，在下DBR鏡層ll構(gòu)造成下第一DBR鏡層12插入到下第二 DBR鏡層13中間，以及下第一DBR鏡層12設(shè)置為使得氧化層31和32的最低層位于比槽22A的底面充分高的位置的情況中，即使錐形形狀或者槽22A的深度變化，也可以避免在各個(gè)面發(fā)光型激光二極管1之間施加到有源層15的應(yīng)力幅值變化。
而且，在每個(gè)上述實(shí)施例中，從頂面?zhèn)扔^察的槽22A的形狀是基本為四邊形形狀；然而，例如，槽22A的形狀可以是圖37所示的扇形形狀或者圖38所示的釘子的截面的形狀。
而且，在每個(gè)上述實(shí)施例中，描述了僅設(shè)置一個(gè)臺(tái)部分21的情況；然而，如圖39和40所示，可以陣列設(shè)置多個(gè)臺(tái)部分21，并且圍繞臺(tái)部分21的槽部分22可以彼此相通形成。這時(shí)，槽部分22的形狀可以是圖41和圖42所示的釘子的截面的形狀。這樣，在圍繞臺(tái)部分21的槽部分22彼此相通形成的情況中，在將面發(fā)光型激光二極管1切割成芯片之前的晶片中，可以避免由外延晶體生長(zhǎng)引起的整個(gè)晶片的翹曲。從而，可以減小在切割之后殘留在每個(gè)芯片中的翹曲量，并可以減小在各芯片之間翹曲量的變化。
此外，如圖43和44所示，在槽部分22的形狀是扇形形狀的情況中，當(dāng)槽部分22的槽22A彼此面對(duì)的方向相同時(shí)，從每個(gè)臺(tái)部分21的發(fā)光開(kāi)口24A發(fā)射的激光的偏振分量固定在一個(gè)方向，結(jié)果，當(dāng)獲得光輸出時(shí)，激光的偏振方向可以穩(wěn)定在一個(gè)方向。然而，如圖45所示，在槽^A彼此面對(duì)的方向選擇性變化的情況中，驅(qū)動(dòng)面發(fā)光型激光二極管，使得施加電壓到被槽部分22圍繞的每個(gè)臺(tái)部分21并且其中槽22A彼此面對(duì)的方向被固定在一個(gè)方向的周期、以及施加電壓到被槽部分22圍繞的每個(gè)臺(tái)部分21并且其中槽22A彼此面對(duì)的方向被固定在另 一個(gè)方向的周期彼此不重疊，從而當(dāng)激光的偏振方向穩(wěn)定在一個(gè)方向時(shí)，偏振方向可以根據(jù)需要而轉(zhuǎn)變。而且，如圖46所示，包括在一個(gè)陣列中的多個(gè)臺(tái)部分21以及包括在另一個(gè)陣列中的多個(gè)臺(tái)部分21可以交替設(shè)置。
而且，在每個(gè)上述實(shí)施例中，參考AlGaAs基化合物激光二極管作為實(shí)
25例來(lái)描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明可以應(yīng)用于任何其他化合物激光二極管，例
如，GalnP基、AlGalnP基、InGaAs基、GalnP基、InP基、GaN基、GalnN基或者GalnNAs基化合物半導(dǎo)體激光二極管。
權(quán)利要求
1. 一種面發(fā)光型激光二極管，其特征在于包括發(fā)光部分，在所述發(fā)光部分中在基板上依次層疊第一多層反射鏡、包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光區(qū)域的有源層、以及第二多層反射鏡，其中所述第一多層反射鏡和所述第二多層反射鏡中至少一個(gè)包括氧化部分，所述氧化部分在圍繞所述發(fā)光區(qū)域旋轉(zhuǎn)的方向上非均勻分布在對(duì)應(yīng)所述發(fā)光區(qū)域的區(qū)域的外圍中。
2. 如權(quán)利要求1所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于 所述氧化部分配置成包括環(huán)狀多層，所述環(huán)狀多層在其厚度中具有各向異性。
3. 如權(quán)利要求1所迷的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于 所述氧化部分配置成包括第一多層膜和第二多層膜，所述第一多層膜和第二多層膜彼此面對(duì)，并且所述發(fā)光區(qū)域在所述第一多層膜和第二多層膜之 間。
4. 如權(quán)利要求1所迷的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于 所述發(fā)光部分包括圍繞所述氧化部分的槽部分，并且 所述槽部分具有對(duì)應(yīng)于所述氧化部分的分布的非均勻深度。
5. 如權(quán)利要求4所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于 所述氧化部分配置成包括環(huán)狀多層膜，所述環(huán)狀多層膜在其厚度中具有各向異性，并且所述多層膜的具有較大厚度的部分對(duì)應(yīng)所述槽部分的具有較大深度的 部分形成。
6. 如權(quán)利要求4所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于 所述氧化部分配置成包括第一多層膜和第二多層膜，所述第一多層膜和第二多層膜彼此面對(duì)，并且所述發(fā)光區(qū)域在所述第一多層膜和第二多層膜之 間，并且所述第一多層膜和所述第二多層膜對(duì)應(yīng)所述槽部分的具有較大深度的 部分形成。
7. 如權(quán)利要求4所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于 所述槽部分具有對(duì)應(yīng)于所述氧化部分的分布的非均勻?qū)挾取?br> 8. 如權(quán)利要求4所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于對(duì)應(yīng)于所述槽部分的具有較小深度的部分的部分的寬度在l ^n到3 pm并包含1 pm和3 pm的范圍內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求1所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于具有所述第一多層反射鏡和所述第二多層反射鏡之外的所述氧化部分的反射鏡具有一構(gòu)造，在所述構(gòu)造中對(duì)氧化相對(duì)敏感的第三多層反射鏡和相對(duì)抗氧化的第四多層反射鏡A^所述基板側(cè)依次層疊，并且所迷氧化部分形成在所迷第三多層反射鏡中。
10. 如權(quán)利要求1所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于具有所述第一多層反射鏡和所述第二多層反射鏡之外的所述氧化部分的反射鏡包括相對(duì)抗氧化的第四多層反射鏡以及插入到所述第四多層反射鏡的中間并且對(duì)氧化相對(duì)敏感的第三多層反射鏡，并且所述氧化部分形成在所述第三多層反射鏡中。
11. 如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于所述第三多層反射鏡通過(guò)層疊多對(duì)由AlxlGai-xlAs制成的低折射率層和由Al^Ga^2As制成的高折射率層構(gòu)造而成，所述第四多層反射鏡通過(guò)層疊多對(duì)由Alx3Gai-x3As制成的低折射率層和由Alx4GaLx4As制成的高折射率層構(gòu)造而成，并且xl到x4滿(mǎn)足以下yA式I^xl>x3>0.8>(x2， x使O......(1)
12. 如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于所述第三多層反射鏡通過(guò)層疊多對(duì)包括由A^GauxsAs制成的第一折射率層和由AUGa^6As制成的第二折射率層的低折射率層以及由Alx2Gai_x2As制成的高折射率層構(gòu)造而成，所述第四多層反射鏡通過(guò)層疊多對(duì)由Alx3GabX3As制成的低折射率層和由A"Ga^4As制成的高折射率層構(gòu)造而成，并且x2到x6滿(mǎn)足以下公式I2x5>(x6， x3)>0.8>(x2, x化0……(2)
13. 如權(quán)利要求9或權(quán)利要求IO所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于所述第三多層反射鏡通過(guò)層疊多對(duì)依次包括由Alx7Gai-x7As制成的第三 折射率層、由Alx5Gai-x5As制成的第一折射率層和由Alx6Gai.x6As制成的第二 折射率層的低折射率層以及由AldGauuAs制成的高折射率層構(gòu)造而成，所述第四多層反射鏡通過(guò)層疊多對(duì)由Alx3Ga,_x3As制成的低折射率層和 由AUGa卜x4As制成的高折射率層構(gòu)造而成，并且x2到x7滿(mǎn)足以下公式1^x5〉(x6， x7， x3)〉0.8〉(x2, x4妙......(3)
14. 如權(quán)利要求1所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于還包括在所 述第二多層反射鏡上的橫模調(diào)節(jié)層，其中所述第 一多層反射鏡和所述第二多層反射鏡之一具有四邊形的電 流注入?yún)^(qū)，所述電流注入?yún)^(qū)的對(duì)角線(xiàn)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于所述發(fā)光區(qū)域，所述第二多層反射鏡具有發(fā)光開(kāi)口 ，所述發(fā)光開(kāi)口設(shè)置在對(duì)應(yīng)于所述電 流注入?yún)^(qū)的一條對(duì)角線(xiàn)的區(qū)域中，并且所述橫模調(diào)節(jié)層設(shè)置為對(duì)應(yīng)于所述發(fā)光開(kāi)口 ，并且在所述橫模調(diào)節(jié)層 中，除了對(duì)應(yīng)于所述發(fā)光開(kāi)口的所述發(fā)光區(qū)域的中心區(qū)之外的外圍區(qū)的反射 率低于所述中心區(qū)的反射率。
15. 如權(quán)利要求1所述的面發(fā)光型激光二極管，其特征在于 對(duì)應(yīng)于所述橫模調(diào)節(jié)層的中心區(qū)的部分的構(gòu)造為依次層疊膜厚為(2a-l)人/4n, (a是l或更大的整數(shù)，X是發(fā)光波長(zhǎng)，n,是折射率)并且折射率 n,小于所述第一多層反射鏡表面的折射率的第一調(diào)節(jié)層以及膜厚為 (2b-l)A74n2 (b是1或更大的整數(shù)，n2是折射率)并且折射率112大于所述第 一調(diào)節(jié)層的折射率的第二調(diào)節(jié)層，并且對(duì)應(yīng)于所述橫模調(diào)節(jié)層的外圍區(qū)的部分是膜厚為(2c-l)A7化3(c是1或更大的整數(shù)，n3是折射率)并且折射率n3大于所述第一調(diào)節(jié)層的折射率的第三 調(diào)節(jié)層。
16. —種制造面發(fā)光型激光二極管的方法，其特征在于包括在基板上依次層疊第一多層反射鏡、有源層和第二多層反射鏡的步驟；在所述第二多層反射鏡的頂面?zhèn)刃纬砂ň哂蟹蔷鶆驅(qū)挾鹊囊粋€(gè)或多 個(gè)環(huán)狀開(kāi)口的涂覆層的步驟；通過(guò)使用所述涂覆層作為掩模，利用干法蝕刻來(lái)形成具有對(duì)應(yīng)于所述開(kāi)口的深度的非均勻深度的槽部分的步驟；以及通過(guò)氧化所述槽部分的側(cè)面而在所述第一多層反射鏡和所述第二多層反射鏡中的至少 一個(gè)中形成對(duì)應(yīng)于所述槽部分的深度非均勻分布的氧化部分的步驟。
全文摘要
提供一種面發(fā)光型半導(dǎo)體激光管，其能夠以低成本容易地制造并能夠?qū)⒓す獾钠穹较蚍€(wěn)定在一個(gè)方向及增大輸出。該半導(dǎo)體激光管包括發(fā)光單元(20)，所述發(fā)光單元具有依次層疊在基板(10)上的下第一DBR鏡層(12)、下第二DBR鏡層(13)、下隔離層(14)、具有發(fā)光區(qū)域(15A)的有源層(15)、上隔離層(16)、電流限制層(17)、上DBR鏡層(18)和接觸層(19)。下第一DBR鏡層(12)包括氧化部分(30)，該氧化部分(30)圍繞對(duì)應(yīng)于發(fā)光區(qū)域(15A)的區(qū)域設(shè)置并在圍繞發(fā)光區(qū)域(15A)旋轉(zhuǎn)的方向上非均勻分布。氧化部分(30)由通過(guò)氧化低折射率層(12A)獲得的一對(duì)多層膜(31、32)形成。這在有源層(15)中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于多層膜(31、32)的不均勻分布的各向異性應(yīng)力。
文檔編號(hào)H01S5/183GK101467314SQ20078002113
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者前田修, 山內(nèi)義則, 山口典彥, 汐先政貴 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社