專利名稱：半導體激光器及其生產(chǎn)方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于光盤等的半導體激光器，以及該激光器的生產(chǎn)方法。具體地，本發(fā)明涉及一種具有窗口結(jié)構(gòu)的半導體激光器，其優(yōu)越性在于大功率的工作特性，以及該激光器的生產(chǎn)方法。
近年來，已經(jīng)將多種類型的半導體激光器廣泛地用作光盤設(shè)備的光源。尤其是已經(jīng)將大功率半導體激光器用作向DVD(數(shù)字通用盤)播放器和CD-RAM(隨機存取存儲器)驅(qū)動器中的盤寫入信息的光源，這需要驅(qū)動電流的降低和功率的進一步改進。
使半導體激光器的驅(qū)動電流增加的因素之一是雜質(zhì)原子從包層向有源層中的擴散。此外，限制半導體激光器功率增長的因素之一是災難性光學損傷(COD)，隨著激光器腔端面附近的有源層區(qū)域中光功率密度的增長，這種損傷更易于發(fā)生。
專利文獻1(JP11-87831A)公開的半導體光發(fā)射設(shè)備中，采用了一種通過抑制雜質(zhì)原子擴散到有源層中從而降低半導體激光器中驅(qū)動電流的方法。此外，專利文獻2(JP3-208388A)公開的半導體激光器中采用了一種通過降低COD程度來提高輸出功率的方法，該方法利用了一種窗口結(jié)構(gòu)，其中多量子阱結(jié)構(gòu)有源層是無序的。
首先將要描述專利文獻1公開的用于抑制雜質(zhì)原子擴散到有源層中的現(xiàn)有技術(shù)。

圖14所示的橫截面圖表示了如專利文獻1公開的半導體光發(fā)射設(shè)備的AlGaInP半導體激光器。
在圖14中，附圖標記1表示n型GaAs襯底，附圖標記2表示n型Alx1Gay1Inz1P(0≤x1，y1，z1≤1)包層，附圖標記3表示Alx2Gay2Inz2P(0≤x2，y2，z2≤1)光波導層(光導層)，附圖標記4表示MQW結(jié)構(gòu)有源層，其由Gay3Inz3P(0≤y3，z3≤1)量子阱層(阱層)和Alx2Gay2Inz2P勢壘層構(gòu)成，附圖標記5表示Alx2Gay2Inz2P光波導層(光導層)，附圖標記6表示p型Alx1Gay1Inz1P包層，附圖標記7表示p型GaInP中間層，附圖標記8表示GaAs覆蓋層。附圖標記10表示p側(cè)電極，附圖標記11表示n側(cè)電極。
p型包層6、p型中間層7和p型覆蓋層的上部具有沿一個方向延伸的條帶形狀，該條帶部分的兩側(cè)充滿了n型GaAs電流收縮層(電流阻礙層)9。將硒(Se)原子用作進入到n型包層2和n型電流收縮層9中的n型導電雜質(zhì)，將鋅(Zn)原子用作進入到p型包層6、p型中間層7和p型覆蓋層8中的p型導電雜質(zhì)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的AlGaInP半導體激光器中，n型包層2相對于n型襯底1的晶格失配率為-0.15％或者更大，但不超過-0.02％。p型包層6相對于n型襯底1的晶格失配率為0.02％或更大，但不超過0.3％。
下面將要描述專利文獻2中公開的用于降低COD程度的現(xiàn)有技術(shù)。圖15A和15B是橫截面圖，示出了專利文獻2中公開的具有窗口結(jié)構(gòu)的半導體激光器的結(jié)構(gòu)。
圖15A是激發(fā)區(qū)域(有源區(qū)域)中的半導體激光器的橫截面圖，圖15B是雜質(zhì)擴散區(qū)域(窗口區(qū)域)中的半導體激光器的橫截面圖。附圖標記21表示n型GaAs襯底，附圖標記22表示n型GaAs過渡層，附圖標記23表示n型AlGaInP包層，附圖標記24表示非摻雜GaInP有源層，附圖標記25表示p型AlGaInP內(nèi)包層，附圖標記27表示p型AlGaInP外包層，附圖標記29表示p型GaAs覆蓋層，附圖標記30表示GaAs阻礙層，附圖標記31表示p型GaAs接觸層，附圖標記32表示p側(cè)電極，附圖標記33表示n側(cè)電極。
圖16A到圖16D是過程圖，示出了專利文獻2中公開的生產(chǎn)半導體激光器的傳統(tǒng)方法。將依照圖16A到圖16D描述生產(chǎn)半導體激光器的傳統(tǒng)方法。
如圖16A所示，通過MOVPE(金屬有機氣相外延)方法，以660℃的生長溫度，在n型GaAs襯底21上依次形成n型GaAs過渡層22、n型AlGaInP包層23、非摻雜GaInP有源層24、p型AlGaInP內(nèi)包層25、p型GaInP刻蝕限制層26、p型AlGaInP外包層27、p型GaInP異勢壘層28以及p型GaAs覆蓋層29。將鋅原子作為p型雜質(zhì)摻雜到從p型內(nèi)包層25到p型覆蓋層29的具有p型導電性的各層中。
接著，將介電薄膜34沉積到p型覆蓋層29上，通過光刻將介電薄膜構(gòu)成條帶形之后，利用將ZnAs2作為雜質(zhì)擴散源的密封管擴散方法使鋅原子擴散。從而使高度集中的鋅原子擴散到非摻雜有源層24的區(qū)域中，該區(qū)域變?yōu)殡s質(zhì)擴散區(qū)域，使得非摻雜有源層24的帶隙能量增加。
接著，如圖16B所示，再次利用光刻在介電薄膜34和p型覆蓋層29上形成抗蝕劑條帶掩模35。其后，如圖16C所示，通過化學刻蝕處理依次除去介電薄膜34、p型覆蓋層29、p型異勢壘層28和p型外包層27，從而形成脊。
接著，如圖16D所示，在除去抗蝕劑條帶掩模35之后，利用介電薄膜34作為掩模，通過MOVPE方法，以660℃的生長溫度使n型GaAs阻礙層30(參見圖15A和圖15B)有選擇地生長。因此，在脊兩側(cè)上的區(qū)域中以及雜質(zhì)擴散區(qū)域上形成n型阻礙層30。這防止了電流注入形成n型阻礙層30的區(qū)域中。
接著，在除去介電薄膜34之后，通過MOVPE方法，以660℃的生長溫度形成p型GaAs接觸層31(參見圖15A和15B)。其后，如圖15A和15B所示，在p型接觸層31上形成p側(cè)電極32，以及在n型襯底21的下側(cè)形成n側(cè)電極33。然后，分解晶片，得到圖15A和15B所示的半導體激光器。
然而，傳統(tǒng)的半導體激光器具有以下問題。明確地，在專利文獻1公開的半導體激光器中，其中抑制了雜質(zhì)原子向有源層中的擴散，為了抑制了p型包層6中包含的鋅原子向有源層4中的擴散，向p型包層6提供應變使得p型包層6相對于n型襯底1的晶格失配率為0.02％或更大，但不超過0.3％。
然而，在傳統(tǒng)的半導體激光器中，其中抑制了雜質(zhì)原子向有源層中的擴散，僅僅在p型包層6中提供應變不足以抑制p型包層6中包含的p型導電雜質(zhì)原子(鋅原子)向有源層4中擴散。在包層6中包含的p型導電雜質(zhì)是鈹原子的情況下，如果向p型包層6施加正應變，那么大量的鈹原子擴散到有源層4中，這將引起大功率工作時驅(qū)動電流的增加。
在雜質(zhì)原子向有源層中的擴散得到抑制的半導體激光器中，在腔的端面附近的區(qū)域中傾向于吸收激光，從而在發(fā)射端面附近的有源層區(qū)域中易于出現(xiàn)COD。因此，引起了大功率工作期間最大光輸出的降低。所以不能獲得足夠的長期可靠性。
在專利文獻2所公開的具有傳統(tǒng)窗口結(jié)構(gòu)的半導體激光器中，利用密封管擴散方法實現(xiàn)了鋅原子向非摻雜有源層24中的擴散，在該方法中將包含鋅原子的ZnAs2用作雜質(zhì)擴散源，所述鋅原子相對于AlGaInP材料具有較大的擴散常數(shù)，因此雜質(zhì)擴散區(qū)域(窗口區(qū)域)的帶隙能量大于對應于激光振蕩波長的帶隙能量。所以抑制了腔附近區(qū)域中激光的吸收，并且防止了發(fā)射端面附近的有源層區(qū)域中COD的出現(xiàn)。
然而，在具有傳統(tǒng)窗口結(jié)構(gòu)的半導體激光器中，如上所述，由于發(fā)射端面附近的有源層的帶隙能量大于對應于激光振蕩波長的帶隙能量，因此鋅原子擴散到激光器腔端面附近的非摻雜有源層24的雜質(zhì)擴散區(qū)域(窗口區(qū)域)中。這時，缺點在于存在于p型內(nèi)包層25中的大量鋅原子甚至擴散到了非摻雜有源層24的激發(fā)區(qū)域(有源區(qū)域)中，這引起大功率工作時驅(qū)動電流的增加并且破壞了長期可靠性。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種半導體激光器，該激光器在大功率工作時具有降低的驅(qū)動電流并且具有較好的長期可靠性，還提供了一種生產(chǎn)該激光器的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種AlGaInP半導體激光器，其至少包括形成在半導體襯底上的第一導電型第一包層、有源層和第二導電型第二包層，所述第二導電型第二包層在與襯底反向相對的一側(cè)上具有條帶形脊，所述激光器具有在該脊的橫向兩側(cè)上形成的第一導電型電流阻礙層，其中第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率為-0.20％或者更大，但不超過0％。
利用上述結(jié)構(gòu)，向第一導電型電流阻礙層提供負晶格失配間接地向第二導電型第二包層施加了負應變。因此，降低了在第二包層中具有第二導電率的雜質(zhì)原子的擴散率。從而，降低了具有第二導電率的雜質(zhì)原子向有源層中的擴散，所以降低了大功率工作時的驅(qū)動電流。在該情況下，即使第二導電型雜質(zhì)原子是鈹原子，其擴散率也降低，從而降低了雜質(zhì)原子向有源層中的擴散。
在一個實施例中，激光器腔端面附近區(qū)域中的有源層的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的有源層的光激發(fā)光峰值波長。
根據(jù)該實施例，在激光器腔端面附近區(qū)域中的有源層中，形成了不吸收激光的窗口區(qū)域，因此抑制了激光器腔端面附近區(qū)域中的有源層中的COD。從而可以獲得優(yōu)越性在于在大功率工作中具有長期可靠性的無COD半導體激光器。
在一個實施例中，第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率在電流阻礙層內(nèi)是一致的。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在第一導電型電流阻礙層內(nèi)提供一致的負晶格失配，由此降低在第二導電型第二包層中具有第二導電率的雜質(zhì)原子的擴散率。因此，具有第二導電率的雜質(zhì)原子向有源層中的擴散減少，所以降低了大功率工作時的驅(qū)動電流。
在一個實施例中，第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率在電流阻礙層內(nèi)變化。
根據(jù)該實施例，通過改變第一導電型電流阻礙層內(nèi)的負晶格失配率，局部地引入負應變。這使得調(diào)整第二導電型第二包層中具有第二導電率的雜質(zhì)原子的擴散率，并且調(diào)整間接引入有源層中的應變量成為可能。因此，最佳地降低了大功率工作時的驅(qū)動電流，并且可以獲得優(yōu)越性在于長期可靠性的半導體激光器。
在一個實施例中，第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率隨著該電流阻礙層與第二導電型第二包層中除脊之外的部分的距離增加而增加。
根據(jù)該實施例，因為第一導電型電流阻礙層的晶格失配率隨著該層到第二導電型第二包層距離的減少而降低。因此間接引入有源層中的應變量減少了，同時減少了第二導電型第二包層中具有第二導電率的雜質(zhì)原子的擴散率。從而減少了具有第二導電率的雜質(zhì)原子向有源區(qū)域中的擴散，抑制了有源層中結(jié)晶度的退化。所以，大功率時的驅(qū)動電流降低，并且可以獲得優(yōu)越性在于長期可靠性的半導體激光器。
在一個實施例中，第一導電型電流阻礙層的晶格失配率在電流阻礙層內(nèi)逐漸變化。
根據(jù)該實施例，在第二導電型第二包層附近設(shè)置具有較小晶格失配率的第一導電型電流阻礙層，在遠離第二包層的位置設(shè)置具有較大晶格失配率的第一導電型電流阻礙層。這使得更易于控制第二包層中具有第二導電率的雜質(zhì)原子的擴散率以及控制引入到有源層中的應變量。因此降低了大功率工作時的驅(qū)動電流，并且可以獲得優(yōu)越性在于長期可靠性的半導體激光器。
在一個實施例中，第一導電型電流阻礙層由AlxInzP(0≤x≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
根據(jù)該實施例，通過控制AlxInzP中的摩爾分數(shù)，將第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率控制為所需數(shù)值。從而降低了大功率時的驅(qū)動電流，并且穩(wěn)定地獲得了優(yōu)越性在于長期可靠性的半導體激光器。
在一個實施例中，第一導電型電流阻礙層由AlxInzAsαPβ(0≤x≤1，0≤z≤1，0≤α≤1，0≤β≤1)構(gòu)成。
根據(jù)該實施例，通過控制AlxInzAsαPβ中的摩爾分數(shù)，將第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率控制為所需數(shù)值。從而降低了大功率時的驅(qū)動電流，并且穩(wěn)定地獲得了優(yōu)越性在于長期可靠性的半導體激光器。
在一個實施例中，電流阻礙層中的Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z是不變的，第二導電型第二包層附近的電流阻礙層中的As摩爾分數(shù)α為0。
根據(jù)該實施例，改變第一導電型AlxInzAsαPβ電流阻礙層中的As摩爾分數(shù)α，使得晶格失配率隨著其與第二導電型第二包層中除脊之外的部分的距離增加而增加，該第二導電型第二包層中的部分即基本上沿垂直于襯底的方向上的部分。因此，第二包層附近的AlxInzAsαPβ電流阻礙層的晶格失配率較小。這樣，盡管負應變間接地提供給第二包層，然而引入有源層的負應變減少了。因此減少了具有第二導電率的雜質(zhì)原子向有源層中的擴散，抑制了有源層中結(jié)晶度的退化。結(jié)果降低了大功率工作時的驅(qū)動電流，獲得了大功率工作時優(yōu)越性在于長期可靠性的半導體激光器。
在一個實施例中，包含于第二導電型包層中的雜質(zhì)原子是鈹原子。
根據(jù)該實施例，使用了在AlGaInP材料中具有更小擴散常數(shù)的鈹原子，從而降低了大功率工作時的驅(qū)動電流，并且獲得了在大功率工作時優(yōu)越性在于長期可靠性的無COD半導體激光器。
在一個實施例中，第二導電型第二包層相對于半導體襯底的晶格失配率為-0.15％或更大但不大于0.05％。
根據(jù)該實施例，在第一導電型電流阻礙層中提供負晶格失配，間接地向第二導電型第二包層中施加了負應變。此外，將負晶格失配引入第二包層中，使得在第二包層中具有第二導電率的雜質(zhì)原子的擴散率進一步減少。結(jié)果，雜質(zhì)原子向有源層中的擴散進一步減少并且大功率工作時的驅(qū)動電流進一步降低。
在一個實施例中，第一導電型電流阻礙層的晶格失配率小于第二導電型第二包層的晶格失配率。
根據(jù)該實施例，將負應變有效地引入第二導電型第二包層中，使得在第二包層中具有第二導電率的雜質(zhì)原子的擴散率進一步減少。結(jié)果，雜質(zhì)原子向有源層中的擴散進一步減少并且大功率工作時的驅(qū)動電流進一步降低。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種生產(chǎn)半導體激光器的方法，其包括形成由AlGaInP材料構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)至少包括在半導體襯底上的第一導電型第一包層、有源層和第二導電型第二包層；
在第二包層與襯底反向相對的一側(cè)上，將其處理為條帶形的脊；和使脊的兩側(cè)充滿第一導電型電流阻礙層，其相對于半導體襯底的晶格失配率為-0.20％或更大但不大于0％。
利用上述結(jié)構(gòu)，向第一導電型電流阻礙層提供負晶格失配，間接地向第二導電型第二包層施加負應變。因此減少了在第二包層中具有第二導電率的雜質(zhì)原子的擴散率。結(jié)果，具有第二導電率的雜質(zhì)原子向有源層中的擴散減少，因此大功率工作時的驅(qū)動電流降低。在該情況下，即使第二導電型雜質(zhì)原子是鈹原子，其擴散率也減少，從而減少了雜質(zhì)原子向有源層中的擴散。
在一個實施例中，鈹原子作為具有第二導電率的雜質(zhì)原子，包含于第二導電型第二包層中，該方法進一步包括，在形成層狀結(jié)構(gòu)之后和形成條帶形的脊之前，在具有層狀結(jié)構(gòu)的晶片的激光器腔端面附近區(qū)域中，形成雜質(zhì)擴散源薄膜，其包含具有第二導電率的鋅原子；對形成有雜質(zhì)擴散源薄膜的晶片進行退火，使得包含在激光器腔端面附近區(qū)域的第二導電型第二包層中的具有第二導電率的鈹原子和包含在激光器腔端面附近區(qū)域的雜質(zhì)擴散源薄膜中的具有第二導電率的鋅原子進入激光器腔端面附近區(qū)域的有源層中，從而使激光器腔端面附近區(qū)域中有源層的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中有源層的光激發(fā)光峰值波長。
根據(jù)該實施例，在激光器腔端面附近區(qū)域中的有源層中，形成了基本上不吸收激光的窗口區(qū)域，從而抑制了激光器腔端面附近區(qū)域的有源層中的COD。因此降低了大功率工作時的驅(qū)動電流，獲得了在大功率工作時優(yōu)越性在于長期可靠性的無COD半導體激光器。
在一個實施例中，在使脊的兩側(cè)充滿第一導電型電流阻礙層的步驟中，將AlxInzAsαPβ用作電流阻礙層，在AlxInzAsαPβ中的Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z不變的情況下，控制AlxInzAsαPβ中的As摩爾分數(shù)α，使之隨著AlxInzAsαPβ與第二導電型第二包層中除脊之外的部分的距離增加而增加。
根據(jù)該實施例，在位于脊之下的第二導電型第二包層部分附近的AlxInzAsuPβ電流阻礙層的晶格失配率小。這樣，盡管負應變間接地施加到第二包層，但引入有源層的負應變減輕。因此，具有第二導電率的雜質(zhì)原子向有源層中的擴散減少，并且抑制了有源層中結(jié)晶度的退化。結(jié)果降低了大功率工作時的驅(qū)動電流，獲得了優(yōu)越性在于長期可靠性的半導體激光器。
附圖簡要描述通過以下給出的詳細說明將更加完整地理解本發(fā)明，所附的附圖僅僅用于說明目的，因此不作為對本發(fā)明的限定，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導體激光器的透視圖，示出了該激光器的光發(fā)射端面；圖2A是沿圖1的2A-2A線觀察到的橫截面圖；圖2B是沿圖1的2B-2B線觀察到的橫截面圖；圖3A到3F是示出了生產(chǎn)圖1所示半導體激光器的方法中處理步驟的橫截面圖；圖4是示出了圖1所示的半導體激光器和用于比較的半導體激光器中，n型AlInP電流阻礙層相對于n型GaAs襯底的晶格失配率和CW(連續(xù)波)50mW時的驅(qū)動電流(Iop)之間的關(guān)系的曲線圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導體激光器的透視圖，示出了該激光器的光發(fā)射端面；圖6A是沿圖5的6A-6A線觀察到的橫截面圖；圖6B是沿圖5的6B-6B線觀察到的橫截面圖；圖7A到7F是示出了生產(chǎn)圖5所示的半導體激光器的方法中處理步驟的橫截面圖；圖8是示出了圖5所示的半導體激光器和用于比較的半導體激光器中，p型AlGaInP第二和第三包層相對于n型GaAs襯底的晶格失配率和CW 50mW時的驅(qū)動電流(Iop)之間關(guān)系的曲線圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導體激光器的透視圖，示出了該激光器的光發(fā)射端面；圖10A是沿圖9的10A-10A線觀察到的橫截面圖；圖10B是沿圖9的10B-10B線觀察到的橫截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的半導體激光器的透視圖，示出了該激光器的光發(fā)射端面；圖12A是沿圖11的12A-12A線觀察到的橫截面圖；圖12B是沿圖11的12B-12B線觀察到的橫截面圖13A到13F是示出了生產(chǎn)圖11所示的半導體激光器的方法中處理步驟的橫截面圖；圖14是傳統(tǒng)AlGaInP半導體激光器的橫截面圖，該激光器抑制了雜質(zhì)原子向有源層中的擴散；圖15A和圖15B是具有窗口結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)半導體激光器的橫截面圖，該激光器減少了COD程度；圖16A到16D是示出了生產(chǎn)圖15A和圖15B所示的半導體激光器的傳統(tǒng)方法中處理步驟的橫截面圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述下文中將通過所述的實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
<第一實施例>
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導體激光器的透視圖，示出了該激光器的光發(fā)射端面。圖2A是沿圖1的2A-2A線觀察到的橫截面圖，示出了包含波導的部分。以及圖2B是沿圖1的2B-2B線觀察到的橫截面圖。
在圖1中，附圖標記41表示n型GaAs襯底(載流子濃度2×1018cm-3)，附圖標記42表示n型GayInzP(0≤y，z≤1)過渡層(載流子濃度1×1018cm-3，y＝0.515，z＝0.485，膜厚大約0.2μm)，附圖標記43表示n型AlxGayInzP(0≤x≤1)第一包層(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.360，y＝0.155，z＝0.485，膜厚大約2μm)。附圖標記44表示有源層(MQW有源層)，其構(gòu)成為交替的AlxGayInzP勢壘層(x＝0.258，y＝0.257，z＝0.485；每層的膜厚度約為50埃)和GayInzP阱層(y＝0.485，z＝0.515；每層的膜厚度約為50埃)的多量子阱結(jié)構(gòu)，以及兩層AlxGayInzP光導層(x＝0.258，y＝0.257，z＝0.485，膜厚約500埃)，在這兩層光導層之間插入該多量子阱結(jié)構(gòu)。
附圖標記45表示p型AlxGayInzP第二包層(載流子濃度2×1018cm-3，x＝0.360，y＝0.155，z＝0.485，膜厚大約0.1μm)，附圖標記46表示p型刻蝕限制層，附圖標記47表示p型AlxGayInzP第三包層(載流子濃度2×1018cm-3，x＝0.360，y＝0.155，z＝0.485，膜厚大約1.2μm)，附圖標記48表示p型GayInzP中間層(載流子濃度5×1018cm-3，y＝0.515，z＝0.485，膜厚大約0.05μm)，附圖標記49表示p型GaAs保護層(載流子濃度1×1019cm-3，膜厚大約0.5μm)。在本實施例中，p型AlxGayInzP第二包層45和p型AlxGayInzP第三包層47構(gòu)成了所述的第二包層。
p型第三包層47、p型中間層48和p型保護層49構(gòu)成了條帶形的脊54。硅原子作為n型雜質(zhì)包含于從n型襯底41到n型第一包層43的各層中，同時鈹原子作為p型雜質(zhì)包含于從p型第二包層45到p型保護層49的各層中。
附圖標記50表示n型AlxInzP電流阻礙(收縮)層(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.538，z＝0.462，膜厚大約1.2μm)。形成n型電流阻礙層50從而使脊54的兩側(cè)充滿n型電流阻礙層50。附圖標記51表示p型GaAs接觸層(載流子濃度1×1019cm-3，膜厚大約4μm)，附圖標記52表示p側(cè)電極，以及附圖標記53表示n側(cè)電極。
在具有上述結(jié)構(gòu)的半導體激光器中，n型電流阻礙層50相對于n型襯底41均勻地具有-0.10％的晶格失配率。在該情況下，n型電流阻礙層50的晶格常數(shù)a2小于n型襯底41的晶格常數(shù)a1(a2＜a1)。
在該半導體激光器中，n型過渡層42、p型刻蝕限制層46、p型中間層48和p型保護層49相對于n型襯底41的晶格失配率為0％。在該情況下，這些層的晶格常數(shù)a1與n型襯底41的晶格常數(shù)相等。
在該半導體激光器中，n型第一包層43、p型第二包層45和p型第三包層47相對于n型襯底41的晶格失配率為+0.05％。構(gòu)成部分MQW有源層44的勢壘層和光導層相對于n型襯底41的晶格失配率為+0.03％。構(gòu)成MQW有源層44其它部分的阱層相對于n型襯底41的晶格失配率為+0.22％。在該情況下，n型第一包層43、勢壘層、阱層、光導層、p型第二包層45和p型第三包層47的晶格常數(shù)大于n型襯底41的晶格常數(shù)a1。
在n型電流阻礙層50中，通過調(diào)整構(gòu)成n型電流阻礙層50的AlxInzP的In摩爾分數(shù)z給出晶格失配率[Δa/a(％)]。
現(xiàn)將描述相對于n型GaAs襯底41的晶格失配率和Al、Ga和In摩爾分數(shù)之間的關(guān)系。用于計算相對于n型襯底41的晶格失配率(Δa/a)與Al、Ga和In摩爾分數(shù)的關(guān)系表達式由以下的等式(1)和(2)給出Δa/a＝-3.5912+7.4z+(0.13135-0.13z)x/(x+y)......(1)x+y+z＝1 ......(2)n型電流阻礙層50對于其晶格失配率為0％的In摩爾分數(shù)z為z＝0.476，這是因為等式(1)和(2)中的Δa/a＝0以及y＝0。因此，n型電流阻礙層50的成分是Al0.524In0.476P。另一方面，n型電流阻礙層50對于其晶格失配率為-0.10％的In摩爾分數(shù)z是z＝0.462，這是因為等式(1)和(2)中的Δa/a＝-0.10以及y＝0。因此，n型電流阻礙層50的成分是Al0.538In0.462P。也就是說，n型AlxInzP電流阻礙層50相對于n型GaAs襯底41的晶格失配率為負數(shù)時的In摩爾分數(shù)z2小于n型AlxInzP電流阻礙層50與n型GaAs襯底41晶格匹配時(即晶格失配率為0％時)的In摩爾分數(shù)z1。
接著，將依照圖3A-3E描述生產(chǎn)具有上述結(jié)構(gòu)的半導體激光器的方法。首先，如圖3A所示，通過分子束外延(MBE)在n型GaAs襯底41上外延地依次生長n型GayInzP過渡層42、n型AlxGayInzP第一包層43、MQW有源層44、p型AlxGayInzP第二包層45、p型刻蝕限制層46、p型AlxGayInzP第三包層47、p型GayInzP中間層48和p型GaAs保護層49。
接著，利用已知的光刻技術(shù)在p型保護層49上形成沿垂直于激光器腔端面的方向延伸的條帶形抗蝕劑掩模55。然后，如圖3B所示，利用已知的刻蝕技術(shù)，刻蝕p型保護層49、p型中間層48和p型第三包層47，直到達到p型刻蝕限制層46為止，從而形成了寬度約為3μm的條帶形的脊54。
接著，去除形成在p型保護層49上的條帶形抗蝕劑掩模55，如圖3C所示，通過第二MBE過程，使由p型第三包層47、p型中間層48和p型保護層49組成的脊54的兩側(cè)充滿n型AlxInzP電流阻礙層50。這時，調(diào)整In摩爾分數(shù)使得n型電流阻礙層50相對于n型襯底41的晶格失配率在n型電流阻礙層50內(nèi)一致。
其后，如圖3D所示，利用已知的光刻技術(shù)將抗蝕劑掩模56、56形成在脊54的兩側(cè)上形成的n型電流阻礙層50上。然后，利用已知的刻蝕技術(shù)，僅僅將在抗蝕劑掩模56之間的開口處的一部分n型電流阻礙層50有選擇地刻蝕。接著，如圖3E所示，去除形成在n型電流阻礙層50上的抗蝕劑掩模56，并且實施第三MBE過程以形成p型GaAs接觸層51。此外，盡管沒有示出，但是還在p型接觸層51之上形成了p側(cè)電極52并且在n型襯底41的下側(cè)形成了n側(cè)電極53。
此后，因此獲得的晶片被分割成多個條，使得腔長為800μm。在各個條兩側(cè)的光發(fā)射端面鍍有反射膜(未示出)。最后，將各個條分割成小片，從而形成單獨的半導體激光器。
對利用本實施例的生產(chǎn)方法形成的半導體激光器進行特性評價，該激光器中n型電流阻礙層50相對于n型襯底41的晶格失配率均勻地為0.10％。為了進行比較，制造了12種半導體激光器，其中n型電流阻礙層50相對于n型襯底41的晶格失配率均勻地分別為-0.30％、-0.25％、-0.20％、-0.15％、-0.05％、0％、+0.05％、+0.10％、+0.15％、+0.20％、+0.25％和+0.30％，并且同時也進行對這些激光器的特性的測定。
首先，測定CW 50mW時的振蕩波長(λ)。結(jié)果本實施例的半導體激光器和用于比較的12種半導體激光器的振蕩波長都為655nm。接著，測定在CW 50mW時本實施例的半導體激光器和用于比較的12種半導體激光器的驅(qū)動電流(Iop)。
圖4示出了關(guān)于利用本實施例的生產(chǎn)方法制造的半導體激光器和用于比較的12種半導體激光器，N型電流阻礙層50相對于n型襯底41的晶格失配率和CW50mW時的驅(qū)動電流(Iop)之間的關(guān)系。在圖4中，縱軸示出了在CW 50mW時的Iop(mA)，橫軸示出了n型電流阻礙層50相對于n型襯底41的晶格失配率(％)。
如圖4所示，在n型電流阻礙層51相對于n型襯底41的晶格失配率為-0.20％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，驅(qū)動電流(Iop)不大于85mA。另一方面，在晶格失配率小于-0.20％或者大于0％的范圍內(nèi)，驅(qū)動電流(Iop)迅速增加。
通過在n型電流阻礙層50內(nèi)均勻地提供負晶格失配，間接地向p型第二包層45施加了負應變。因此，在p型第二包層45中具有p型導電性的雜質(zhì)原子(鈹原子)的擴散率降低。從而減少了鈹原子向MQW有源層44中的擴散。在晶格失配率不大于0％的范圍內(nèi)，驅(qū)動電流(Iop)相應地降低了。然而，在n型電流阻礙層50相對于n型襯底41的晶格失配率小于-0.20％的情況下，n型電流阻礙層50的晶格相對于n型襯底41和p型第二包層45是松弛的，因此引入p型第二包層45的應變的作用消失。由于這一點，鈹原子向有源層中的擴散增加并且驅(qū)動電流(Iop)增加。
也就是說，如果晶格失配率在-0.20％到0％的范圍內(nèi)(包含端點)，驅(qū)動電流(Iop)為85mA或更小。另一方面，如果晶格失配率在小于-0.20％或者大于0％的范圍內(nèi)，驅(qū)動電流(Iop)迅速增加。
根據(jù)以上描述可以看出，通過將n型電流阻礙層50相對于n型襯底41的晶格失配率設(shè)定為-0.20％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，優(yōu)選-0.15％或更大但不大于-0.05％的范圍內(nèi)，實現(xiàn)了驅(qū)動電流的減小。這就是在本實施例的整個n型電流阻礙層50的失配率均勻地為-0.10％的半導體激光器中，驅(qū)動電流減小的原因。
<第二實施例>
圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導體激光器的透視圖，示出了該激光器的光發(fā)射端面。圖6A是沿圖5的6A-6A線觀察到的橫截面圖，示出了包含波導的部分。以及圖6B是沿圖5的6B-6B線觀察到的橫截面圖。
在圖5中，附圖標記61表示n型GaAs襯底(載流子濃度2×1018cm-3)，附圖標記62表示n型GayInzP(0≤y，z≤1)過渡層(載流子濃度1×1018cm-3，y＝0.515，z＝0.485，膜厚大約0.2μm)，附圖標記63表示n型AlxGayInzP(0≤x≤1)第一包層(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.360，y＝0.155，z＝0.485，膜厚大約2μm)。附圖標記64表示有源層(MQW有源層)，其構(gòu)成為交替的AlxGayInzP勢壘層(x＝0.258，y＝0.257，z＝0.485；每層的膜厚度約為50埃)和GayInzP阱層(y＝0.485，z＝0.515；每層的膜厚度約為50埃)的多量子阱結(jié)構(gòu)，以及兩層AlxGayInzP光導層(x＝0.258，y＝0.257，z＝0.485，膜厚約500埃)，在這兩層光導層之間插入該多量子阱結(jié)構(gòu)。MQW有源層64包括附圖標記64a表示的激光器腔內(nèi)的MQW有源層區(qū)域(下文中稱作“有源區(qū)域”)，以及附圖標記64b表示的MQW有源層區(qū)域(下文中稱作“窗口區(qū)域”)，其位于激光器腔端面附近并且其光激發(fā)光峰值波長小于有源區(qū)域64a的光激發(fā)光峰值波長。
附圖標記65表示p型AlxGayInzP第二包層(載流子濃度2×1018cm-3，x＝0.370，y＝0.158，z＝0.472，膜厚大約0.1μm)，附圖標記66表示p型刻蝕限制層，附圖標記67表示p型AlxGayInzP第三包層(載流子濃度2×1018cm-3，x＝0.370，y＝0.158，z＝0.472，膜厚大約1.2μm)，附圖標記68表示p型GayInzP中間層(載流子濃度5×1018cm-3，y＝0.515，z＝0.485，膜厚大約0.05μm)，附圖標記69表示p型GaAs保護層(載流子濃度1×1019cm-3，膜厚大約0.5μm)。也就是說，在本實施例中，p型AlxGayInzP第二包層65和p型AlxGayInzP第三包層67構(gòu)成了所述的第二包層。
p型第三包層67、p型中間層68和p型保護層69構(gòu)成了條帶形的脊74。附圖標記75表示通過去除p型中間層68和p型保護層69形成的電流非注入?yún)^(qū)域。硅原子作為n型雜質(zhì)包含于從n型襯底61到n型第一包層63的各層中，同時鈹原子作為p型雜質(zhì)包含于從p型第二包層65到p型保護層69的各層中。
附圖標記70表示n型AlxInzP電流阻礙(收縮)層(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.538，z＝0.462，膜厚大約1.2μm)。形成n型電流阻礙層70從而使脊74的兩側(cè)充滿n型電流阻礙層70。附圖標記71表示p型GaAs接觸層(載流子濃度1×1019cm-3，膜厚大約4μm)，附圖標記72表示p側(cè)電極以及附圖標記73表示n側(cè)電極。
在具有上述結(jié)構(gòu)的半導體激光器中，p型第二包層65和p型第三包層67相對于n型襯底61的晶格失配率為-0.05％。n型電流阻礙層70相對于n型襯底61的晶格失配率為-0.10％。在該情況下，p型第二包層65、p型第三包層67和n型電流阻礙層70的晶格常數(shù)小于n型襯底61的晶格常數(shù)。
在該半導體激光器中，n型過渡層62、p型刻蝕限制層66、p型中間層68和p型保護層69相對于n型襯底61的晶格失配率為0％。在該情況下，這些層的晶格常數(shù)a1與n型襯底61的晶格常數(shù)相等。
在該半導體激光器中，n型第一包層63相對于n型襯底61的晶格失配率為+0.05％。構(gòu)成部分MQW有源層64的勢壘層和光導層相對于n型襯底61的晶格失配率為+0.03％。構(gòu)成MQW有源層64其它部分的阱層相對于n型襯底61的晶格失配率為+0.22％。在該情況下，n型第一包層63、勢壘層、阱層、光導層、p型第二包層65和p型第三包層67的晶格常數(shù)大于n型襯底61的晶格常數(shù)a1。
在p型第二包層65和p型第三包層67中，通過調(diào)整構(gòu)成這些層的AlxGayInzP中的Al摩爾分數(shù)占Al摩爾分數(shù)與Ga摩爾分數(shù)和的比例(x/(x+y))，使得該比例總是常數(shù)(即x/(x+y)＝0.7)并同樣調(diào)整In摩爾分數(shù)z，從而給出晶格失配率(Δa/a)。
在p型第二包層65和p型第三包層67的晶格失配率為-0.05％的情況下，在p型第二和第三包層65和67中的Al摩爾分數(shù)x、Ga摩爾分數(shù)y和In摩爾分數(shù)z是x＝0.370、y＝0.158和z＝0.472，這是因為根據(jù)上述等式(1)和(2)中Δa/a＝-0.050并且x/(x+y)＝0.7。因此，p型第二包層65和p型第三包層67的成分是Al0.370Ga0.158In0.472P。
接著，將依照圖7A-7F描述生產(chǎn)具有上述結(jié)構(gòu)的半導體激光器的方法。首先，如圖7A所示，通過分子束外延(MBE)方法在n型GaAs襯底61上外延地生長n型GayInzP過渡層62、n型AlxGayInzP第一包層63、MQW有源層64、p型AlxGayInzP第二包層65、p型刻蝕限制層66、p型AlxGayInzP第三包層67、p型GayInzP中間層68和p型GaAs保護層69。
在該情況下，對In摩爾分數(shù)進行控制使得p型第二包層65和p型第三包層67相對于n型GaAs襯底61的晶格失配率在p型第二包層65和p型第三包層67中分別為均勻的。
接著，如圖7B所示，利用已知的光刻技術(shù)，在激光器腔端面附近區(qū)域中的p型保護層69表面上，以膜76的條帶沿垂直于脊條帶的方向延伸的方式，形成用作雜質(zhì)擴散源的60μm寬的條帶形ZnvOw(v，w≥1)膜76。該ZnvOw膜76的膜厚度為35nm，膜76的條帶間距是800μm，與激光器腔的長度相同。然后，在具有ZnvOw膜76的晶片的整個表面上形成SitOu(t，u≥1)膜77，該膜為介電膜，膜厚度為200nm。
接著，在溫度為510℃并且保持時間為2小時的條件下，在氮保護氣氛中對晶片實施退火，該晶片的表面覆蓋有介電膜SitOu膜77。因此，在形成ZnvOw雜質(zhì)擴散源膜76的激光器腔端面附近區(qū)域中，使來自ZnvOw膜76的Zn原子擴散到MQW有源層64中。同時，包含于從p型第二包層65到p型保護層69各層中的鈹原子也擴散到MQW有源層64中，使得激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)64b的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的MQW有源層(有源區(qū)域)64a的光激發(fā)光峰值波長。
通過退火在MQW有源層64中形成了有源區(qū)域64a和窗口區(qū)域64b之后，利用一部分晶片，通過PL方法測定激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)64b和激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的MQW有源層(有源區(qū)域)64a的波長。因此，確認窗口區(qū)域64b的發(fā)射光譜從有源區(qū)域64a的發(fā)射光譜向短波長側(cè)移動了38nm。
其后，去除形成在p型保護層69上的ZnvOw膜76和SitOu膜77，并且如圖7C所示，利用已知的光刻技術(shù)在p型保護層69上形成沿垂直于激光器腔端面的方向延伸的條帶形抗蝕劑掩模78。然后利用已知的刻蝕技術(shù)，刻蝕p型保護層69、p型中間層68和p型第三包層67，直到達到p型刻蝕限制層66為止，從而形成了條帶形的脊74，其寬度約為2μm。
接著，如圖7D所示，去除形成在p型保護層69上的條帶形抗蝕劑掩模78，通過第二MBE過程將脊74的兩側(cè)充滿n型AlxInzP電流阻礙層70，其中所述脊74由p型第三包層67、p型中間層68和p型保護層69構(gòu)成。同時，控制AlxInzP中的In摩爾分數(shù)，使得整個n型電流阻礙層70相對于n型襯底61具有均勻的晶格失配率。
其后，利用已知的光刻技術(shù)，在脊74的橫向側(cè)的n型電流阻礙層70上形成抗蝕劑掩模(未示出)。然后，利用已知的刻蝕技術(shù)，僅僅將在抗蝕劑掩模的開口處并且形成在脊74上的一部分n型電流阻礙層70有選擇地刻蝕。接著，去除形成在n型電流阻礙層70上的抗蝕劑掩模。再次利用已知的光刻技術(shù)形成抗蝕劑掩模79，使得在激光器腔內(nèi)部區(qū)域處形成740μm寬的抗蝕劑掩模條帶，如圖7E所示，有選擇地去除位于激光器腔端面附近區(qū)域中、抗蝕劑掩模79開口內(nèi)的p型保護層69和p型中間層68。形成抗蝕劑掩模79的開口，使其直接位于激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)64b之上。
因此，在激光器腔端面附近區(qū)域中的p型第三包層67和p型接觸層71(將隨后形成)之間存在帶隙能量差，從而將形成電流非注入?yún)^(qū)域75。這樣形成的電流非注入?yún)^(qū)域75直接位于窗口區(qū)域64b之上。因此，防止了電流注入窗口區(qū)域64b中，并且減小了無助于光發(fā)射的無功電流。
然后去除激光器腔內(nèi)部區(qū)域中形成的抗蝕劑掩模79。而后如圖7F所示，通過第三MBE過程形成p型GaAs接觸層71。此外，盡管未示出，但在p型接觸層71之上形成p側(cè)電極72，同時在n型襯底61的下側(cè)上形成n側(cè)電極73。
接著，對這樣獲得的晶片基本上在60μm寬激光器腔端面附近區(qū)域的中心處進行劃線，并且將其分割成具有腔長度的條。另外，用作光發(fā)射端面的各個條的兩側(cè)鍍有反射膜。然后，將這些條分割成片，從而形成半導體激光器，每個所述激光器在長度為800μm的激光器腔的端面處具有大約30μm寬的窗口區(qū)域和電流非注入?yún)^(qū)域。
對利用本實施例的生產(chǎn)方法形成的半導體激光器進行特性評價，該激光器中p型第二包層65和p型第三包層67相對于n型襯底61的晶格失配率均勻地為-0.05％。為了進行比較，制造了8種半導體激光器，其中p型第二和第三包層65和67相對于n型襯底61的晶格失配率分別均勻地為-0.20％、-0.15％、-0.10％、0％、+0.05％、+0.10％、+0.15％和+0.20％，并且同時也對這些設(shè)備的特性進行測定。
首先，測定CW 50mW時的振蕩波長(λ)。結(jié)果本實施例的半導體激光器和用于比較的8種半導體激光器的振蕩波長均為660nm。另外，作為最大光學輸出實驗的結(jié)果，即使當光學輸出功率為300mW或更大時，本實施例的半導體激光設(shè)備和用于比較的半導體激光器都不受到COD的影響。
根據(jù)上述結(jié)果，確認了下列各項內(nèi)容。即，在本實施例的半導體激光器中，其中窗口區(qū)域64b的光激發(fā)光峰值波長小于有源區(qū)域64a的光激發(fā)光峰值波長，在窗口區(qū)域64b中形成了防止激光吸收的區(qū)域，因此抑制了窗口區(qū)域64b中COD的發(fā)生。
接著，測定在CW 50mW時本實施例的半導體激光器和用于比較的8種半導體激光器的驅(qū)動電流(Iop)。
圖8示出了關(guān)于利用本實施例的生產(chǎn)方法制造的半導體激光器和用于比較的8種半導體激光器，p型第二和第三包層65和67相對于n型襯底61的晶格失配率和CW 50mW時的驅(qū)動電流(Iop)之間的關(guān)系。在圖8中，縱軸示出了CW 50mW時的Iop(mA)，橫軸示出了p型第二和第三包層65和67相對于n型襯底61的晶格失配率(％)。
如圖8所示，在p型第二包層65和第三包層67相對于n型襯底61的晶格失配率為-0.15％或更大但不大于+0.05％的范圍內(nèi)，驅(qū)動電流(Iop)不大于100mA。另一方面，在其晶格失配率小于-0.15％或者大于+0.05％的范圍內(nèi)，驅(qū)動電流(Iop)迅速增加。
通過在n型電流阻礙層70內(nèi)提供負晶格失配，間接地向p型第二包層65施加了負應變。因此，p型第二包層65中鈹原子的擴散率降低。此外，通過在p型第二包層65和p型第三包層67中提供負晶格失配，p型第二包層65中鈹原子的擴散率進一步降低。從而減少了鈹原子向MQW有源層64中的擴散。因此，在晶格失配率不大于0％的范圍內(nèi)，驅(qū)動電流(Iop)減小。然而，在p型第二包層65和p型第三包層67相對于n型襯底61的晶格失配率小于-0.15％的情況下，由于在n型電流阻礙層70和p型第二包層65中的負應變，MQW有源層64中逐漸出現(xiàn)晶體缺陷。因此驅(qū)動電流(Iop)迅速增加。此外，在p型第二包層65和p型第三包層67相對于n型襯底61的晶格失配率大于+0.05％的情況下，引入p型第二包層65中的應變的作用減小。由于這一點，鈹原子向有源層中的擴散增加。
也就是說，如果晶格失配率在-0.15％到+0.05％的范圍內(nèi)(包含端點)，驅(qū)動電流(Iop)為100mA或更小。另一方面，如果晶格失配率在小于-0.15％或者大于0.05％的范圍內(nèi)，驅(qū)動電流(Iop)迅速增加。
根據(jù)以上描述可以看出，通過將p型第二包層65和p型第三包層67相對于n型襯底61的晶格失配率設(shè)定為-0.15％或更大但不大于0.05％的范圍內(nèi)，優(yōu)選-0.10％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，實現(xiàn)了驅(qū)動電流的減小。這就是在本實施例的p型第二包層65和p型第三包層67相對于n型襯底61的晶格失配率為-0.05％的半導體激光器中，驅(qū)動電流減小的原因。
在本發(fā)明的具有窗口結(jié)構(gòu)的半導體激光器中，其中使激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)64b的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的MQW有源層(有源區(qū)域)64a的光激發(fā)光峰值波長，將p型第二包層65和p型第三包層67相對于n型襯底61的晶格失配率設(shè)定為-0.05％。然而本發(fā)明并不限于此。如果將p型第二包層45和p型第三包層47相對于n型襯底41的晶格失配率設(shè)定為-0.15％或更大但不大于+0.05％的范圍內(nèi)，優(yōu)選-0.10％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，也可以利用第一實施例的半導體激光器實現(xiàn)驅(qū)動電流的減小。
在本實施例中，n型電流阻礙層70的晶格失配率在n型電流阻礙層內(nèi)均勻地為-0.10％。然而，如果n型AlxInzP電流阻礙層70相對于n型襯底61的晶格失配率在-0.20％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，優(yōu)選-0.15％或更大但不大于-0.05％的范圍內(nèi)，那么可以獲得和本實施例相同的效果。
<第三實施例>
圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導體激光器的透視圖，示出了該激光器的光發(fā)射端面。圖10A是沿圖9的10A-10A線觀察到的橫截面圖，示出了包含波導的部分。以及圖10B是沿圖9的10B-10B線觀察到的橫截面圖。
在圖9中，附圖標記81表示n型GaAs襯底(載流子濃度2×1018cm-3)，附圖標記82表示n型GayInzP(0≤y，z≤1)過渡層(載流子濃度1×1018cm-3，y＝0.515，z＝0.485，膜厚大約0.2μm)，附圖標記83表示n型AlxGayInzP(0≤x≤1)第一包層(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.360，y＝0.155，z＝0.485，膜厚大約2μm)。附圖標記84表示有源層(MQW有源層)，其構(gòu)成為交替的AlxGayInzP勢壘層(x＝0.258，y＝0.257，z＝0.485；每層的膜厚度約為50埃)和GayInzP阱層(y＝0.485，z＝0.515；每層的膜厚度約為50埃)的多量子阱結(jié)構(gòu)，以及兩層AlxGayInzP光導層(x＝0.258，y＝0.257，z＝0.485，膜厚約500埃)，在這兩層光導層之間插入該多量子阱結(jié)構(gòu)。MQW有源層84包括附圖標記84a表示的激光器腔內(nèi)的MQW有源層區(qū)域(下文中稱作“有源區(qū)域”)，以及附圖標記84b表示的MQW有源層區(qū)域(下文中稱作“窗口區(qū)域”)，其位于激光器腔端面附近并且其光激發(fā)光峰值波長小于有源區(qū)域84a的光激發(fā)光峰值波長。
附圖標記85表示p型AlxGayInzP第二包層(載流子濃度2×1018cm-3，x＝0.370，y＝0.158，z＝0.472，膜厚大約0.1μm)，附圖標記86表示p型刻蝕限制層，附圖標記87表示p型AlxGayInzP第三包層(載流子濃度2×1018cm-3，x＝0.370，y＝0.158，z＝0.472，膜厚大約1.2μm)，附圖標記88表示p型GayInzP中間層(載流子濃度5×1018cm-3，y＝0.515，z＝0.485，膜厚大約0.05μm)，附圖標記89表示p型GaAs保護層(載流子濃度1×1019cm-3，膜厚大約0.5μm)。也就是說在本實施例中，p型AlxGayInzP第二包層85和p型AlxGayInzP第三包層87構(gòu)成了所述的第二包層。
p型第三包層87、p型中間層88和p型保護層89構(gòu)成了條帶形的脊94。附圖標記95表示通過去除p型中間層88和p型保護層89而形成的電流非注入?yún)^(qū)域。硅原子作為n型雜質(zhì)包含于從n型襯底81到n型第一包層83的各層中，同時鈹原子作為p型雜質(zhì)包含于從p型第二包層85到p型保護層89的各層中。
附圖標記90表示所形成的電流阻礙(收縮)層，從而使條帶脊94的兩側(cè)充滿電流阻礙層90。該電流阻礙層90由n型AlxInzP第一電流阻礙層90a(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.545，z＝0.455，膜厚大約0.3μm)以及n型AlxInzP第二電流阻礙層90b(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.531，z＝0.469，膜厚大約0.9μm)構(gòu)成。附圖標記91表示p型GaAs接觸層(載流子濃度1×1019cm-3，膜厚大約4μm)，附圖標記92表示p側(cè)電極以及附圖標記93表示n側(cè)電極。
在該半導體激光器中，n型第一電流阻礙層90a相對于n型襯底的晶格失配率為-0.15％，n型第二電流阻礙層90b相對于n型襯底81的晶格失配率為-0.05％。也就是說，電流阻礙層的晶格失配率隨著在基本上垂直于n型襯底81的方向上與p型第二包層85距離的增加而逐漸增加。在該情況下，n型第一電流阻礙層90a和n型第二電流阻礙層90b的晶格常數(shù)小于n型襯底81的晶格常數(shù)，而且與n型第二電流阻礙層90b的晶格常數(shù)相比，n型第一電流阻礙層90a的晶格常數(shù)與n型襯底81的晶格常數(shù)相差較少。
在該半導體激光器中，p型第二包層85和p型第三包層87相對于n型襯底81的晶格失配率為-0.05％。在該情況下，p型第二包層85和p型第三包層87的晶格常數(shù)小于n型襯底81的晶格常數(shù)。
在該半導體激光器中，n型過渡層82、p型刻蝕限制層86、p型中間層88和p型保護層89相對于n型襯底81的晶格失配率為0％。在該情況下，這些層的晶格常數(shù)a1與n型襯底81的晶格常數(shù)相等。
在該半導體激光器中，n型第一包層83相對于n型襯底81的晶格失配率為+0.05％。構(gòu)成部分MQW有源層84的勢壘層和光導層相對于n型襯底81的晶格失配率為+0.03％。構(gòu)成MQW有源層84其它部分的阱層相對于n型襯底81的晶格失配率為+0.22％。在該情況下，n型第一包層83、勢壘層、阱層、光導層、p型第二包層85和p型第三包層87的晶格常數(shù)大于n型襯底81的晶格常數(shù)。
在p型第二包層65和p型第三包層67中，通過調(diào)整構(gòu)成這些層的AlxGayInzP中的Al摩爾分數(shù)占Al摩爾分數(shù)與Ga摩爾分數(shù)和的比例(x/(x+y))，使得該比例總是常數(shù)(即x/(x+y)＝0.7)并同樣調(diào)整In摩爾分數(shù)z，從而給出了晶格失配率(Δa/a)。此外，在n型第一電流阻礙層90a和n型第二電流阻礙層90b中，通過調(diào)整構(gòu)成這些層的AlxInzP中的In摩爾分數(shù)z，從而給出了晶格失配率(Δa/a)。
在p型第二包層85和p型第三包層87的晶格失配率為-0.05％的情況下，在p型第二和第三包層85和87中的Al摩爾分數(shù)x、Ga摩爾分數(shù)y和In摩爾分數(shù)z是x＝0.370、y＝0.158和z＝0.472，這是因為根據(jù)上述等式(1)和(2)中Δa/a＝-0.050并且x/(x+y)＝0.7。因此，p型第二包層85和p型第三包層87的成分是Al0.370Ga0.158In0.472P。
另一方面，在晶格失配率為-0.15％的n型第一電流阻礙層90a中的In摩爾分數(shù)z是z＝0.455，這是因為根據(jù)上述等式(1)和(2)中Δa/a＝-0.15并且y＝0。因此，n型第一電流阻礙層90a的成分是Al0.545In0.455P。此外，在晶格失配率為-0.05％的n型第二電流阻礙層90b中的In摩爾分數(shù)z是z＝0.469，這是因為根據(jù)上述等式(1)和(2)中Δa/a＝-0.05并且y＝0。因此，n型第二電流阻礙層90b的成分是Al0.531In0.469P。
對本實施例的半導體激光器進行特性評價。為了進行比較，也對第二實施例的半導體激光器進行特性評價。首先，測定CW 50mW時的振蕩波長(λ)。結(jié)果本實施例的半導體激光器和第二實施例的半導體激光器的振蕩波長均為660nm。接著，測定在CW 50mW時的驅(qū)動電流(Iop)。結(jié)果，本實施例的半導體激光器和第二實施例的半導體激光器的驅(qū)動電流(Iop)均為85mA。進行最大光學輸出測試。結(jié)果即使在光學輸出功率為300mW或更大時，本實施例的半導體激光器和第二實施例的半導體激光器均未受到COD的影響。
此外，在70℃和50mW時對半導體激光器進行可靠性測試。當?shù)诙嵤├陌雽w激光器的平均壽命為2000小時時，本實施例的半導體激光器的平均壽命為3000小時，這證明平均壽命提高了。
根據(jù)以上描述可以理解，在半導體激光器中，其中n型第一電流阻礙層90a和n型第二電流阻礙層90b相對于n型襯底81的晶格失配率分別為-0.15％和-0.05％，因此電流阻礙層90的晶格失配率總體上隨著與p型第二包層85的距離增加而逐漸增加，如在本實施例中，已經(jīng)實現(xiàn)了驅(qū)動電流的降低和長期可靠性的進一步提高。
驅(qū)動電流的降低和長期可靠性的進一步提高歸因于以下幾方面。即，將晶格失配率較小的n型第一電流阻礙層90a設(shè)置在p型第二包層85附近，而在離p型第二包層85更遠的地方設(shè)置晶格失配率較大的n型第一電流阻礙層90b，由此可以減少引入MQW有源層84中的負應變，同時將該負應變間接地施加到p型第二包層85。結(jié)果減少了鈹原子向有源層中的擴散，抑制了MQW有源層84中結(jié)晶度的退化。
在本實施例中，將n型第一電流阻礙層90a和n型第二電流阻礙層90b相對于n型襯底81的晶格失配率分別設(shè)定為-0.15％和-0.05％，因此電流阻礙層90的晶格失配率總體上隨著其與p型第二包層85的距離增加而逐漸增加。然而，通過將n型第一電流阻礙層90a和n型第二電流阻礙層90b相對于n型襯底81的晶格失配率設(shè)定在-0.20％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，優(yōu)選在-0.15％或更大但不大于-0.05％的范圍內(nèi)，并且也調(diào)整電流阻礙層90的晶格失配率使之隨著電流阻礙層90遠離p型第二包層85而逐漸增加，也可以獲得本實施例的效果。
在本實施例中，n型第一和第二電流阻礙層90a、90b由AlxInzP構(gòu)成，然而如果上述層由AlxInzAsαPβ(0≤α，β≤1)構(gòu)成，也可以獲得本實施例的效果。此外，如果n型第一電流阻礙層90a由AlxInzP構(gòu)成并且n型第二電流阻礙層90b由AlxInzAsαPβ構(gòu)成，也可以獲得本實施例的效果。
在本實施例中，n型電流阻礙層由兩層構(gòu)成，該兩層具有不同的相對于n型襯底81的晶格失配率。然而，如果n型電流阻礙層由三層或者更多層構(gòu)成，這些層具有不同的相對于n型襯底81的晶格失配率，如果將各層的晶格失配率設(shè)定在-0.20％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，優(yōu)選-0.15％或更大但不大于-0.05％的范圍內(nèi)，并且如果調(diào)整這三層或更多層的晶格失配率使與p型第二包層85距離越大的層具有越大的晶格失配率，從而使電流阻礙層的晶格失配率總體上逐漸增加，也可以獲得本實施例的效果。
根據(jù)本實施例，在窗口結(jié)構(gòu)半導體激光器中，其中使激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)84b的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的MQW有源層(有源區(qū)域)84a的光激發(fā)光峰值波長，將n型第一電流阻礙層90a相對于n型襯底81的晶格失配率設(shè)定為-0.15％，將n型第二電流阻礙層90b相對于n型襯底81的晶格失配率設(shè)定為-0.05％，從而使晶格失配率隨著電流阻礙層與p型AlxGayInzP第二包層85的距離增加而逐漸增加。然而本發(fā)明并不限于此，同樣在第一實施例的半導體激光器中，n型電流阻礙層50可以形成為兩層，將n型第一和第二電流阻礙層相對于n型襯底41的晶格失配率設(shè)定為-0.20％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，優(yōu)選-0.15％或更大但不大于0.05％的范圍內(nèi)，從而使n型電流阻礙層50的晶格失配率隨著其與p型第二包層45的距離增加而逐漸增加。因此可以實現(xiàn)驅(qū)動電流的減小和長期可靠性的改善。
<第四實施例>
圖11是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導體激光器的透視圖，示出了該激光器的光發(fā)射端面。圖12A是沿圖11的12A-12A線觀察到的橫截面圖，示出了包含波導的部分。以及圖12B是沿圖11的12B-12B線觀察到的橫截面圖。
在圖11中，附圖標記101表示n型GaAs襯底(載流子濃度2×1018cm-3)，附圖標記102表示n型GayInzP(0≤y，z≤1)過渡層(載流子濃度1×1018cm-3，y＝0.515，z＝0.485，膜厚大約0.2μm)，附圖標記103表示n型AlxGayInzP(0≤x≤1)第一包層(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.360，y＝0.155，z＝0.485，膜厚大約2μm)。附圖標記104表示有源層(MQW有源層)，其構(gòu)成為交替的AlxGayInzP勢壘層(x＝0.258，y＝0.257，z＝0.485；每層的膜厚度約為50埃)和GayInzP阱層(y＝0.485，z＝0.515；每層的膜厚度約為50埃)的多量子阱結(jié)構(gòu)，以及兩層AlxGayInzP光導層(x＝0.258，y＝0.257，z＝0.485，膜厚約500埃)，在這兩層光導層之間插入該多量子阱結(jié)構(gòu)。MQW有源層104包括附圖標記104a表示的激光器腔內(nèi)的MQW有源層區(qū)域(下文中稱作“有源區(qū)域”)，以及附圖標記104b表示的MQW有源層區(qū)域(下文中稱作“窗口區(qū)域”)，其位于激光器腔端面附近并且其光激發(fā)光峰值波長小于有源區(qū)域64a的光激發(fā)光峰值波長。
附圖標記105表示p型AlxGayInzP第二包層(載流子濃度2×1018cm-3，x＝0.370，y＝0.158，z＝0.472，膜厚大約0.1μm)，附圖標記106表示p型刻蝕限制層，附圖標記107表示p型AlxGayInzP第三包層(載流子濃度2×1018cm-3，x＝0.370，y＝0.158，z＝0.472，膜厚大約1.2μm)，附圖標記108表示p型GayInzP中間層(載流子濃度5×1018cm-3，y＝0.515，z＝0.485，膜厚大約0.05μm)，附圖標記109表示p型GaAs保護層(載流子濃度1×1019cm-3，膜厚大約0.5μm)。也就是說在本實施例中，p型AlxGayInzP第二包層105和p型AlxGayInzP第三包層107構(gòu)成了權(quán)利要求中所述的第二包層。
p型第三包層107、p型中間層108和p型保護層109構(gòu)成了條帶形的脊114。附圖標記115表示通過去除p型中間層108和p型保護層109而形成的電流非注入?yún)^(qū)域。硅原子作為n型雜質(zhì)包含于從n型襯底101到n型第一包層103的各層中，同時鈹原子作為p型雜質(zhì)包含于從p型第二包層105到p型保護層109的各層中。
附圖標記110表示n型AlxInzAsαPβ(0≤α，β≤1)電流阻礙(收縮)層(載流子濃度1×1018cm-3，x＝0.545，z＝0.455，α＝0-0.029，β＝1-0.971，膜厚大約1.2μm)。附圖標記111表示p型GaAs接觸層(載流子濃度1×1019cm-3，膜厚大約4μm)，附圖標記112表示p側(cè)電極以及附圖標記113表示n側(cè)電極。
在該半導體激光器中，n型電流阻礙層110相對于n型襯底101的晶格失配率為-0.15％或更大但不超過-0.05％。n型電流阻礙層110中的晶格失配率隨著與p型第二包層105的距離增加而增加。在p型第二包層105的附近，n型電流阻礙層110的As摩爾分數(shù)α是0，并且其Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)是固定的。在該情況下，n型電流阻礙層110的晶格常數(shù)小于n型襯底101的晶格常數(shù)。
在該半導體激光器中，p型第二包層105和p型第三包層107相對于n型襯底101的晶格失配率為-0.05％。在該情況下，p型第二包層105和p型第三包層107的晶格常數(shù)小于n型襯底101的晶格常數(shù)。
在該半導體激光器中，n型過渡層102、p型刻蝕限制層106、p型中間層108和p型保護層109相對于n型襯底101的晶格失配率為0％。在該情況下，這些層的晶格常數(shù)a1與n型襯底101的晶格常數(shù)相等。
在該半導體激光器中，n型第一包層103相對于n型襯底101的晶格失配率為+0.05％。構(gòu)成部分MQW有源層104的勢壘層和光導層相對于n型襯底101的晶格失配率為+0.03％。構(gòu)成MQW有源層104其它部分的阱層相對于n型襯底101的晶格失配率為+0.22％。在該情況下，n型第一包層103、勢壘層、阱層、光導層、p型第二包層105和p型第三包層107的晶格常數(shù)大于n型襯底101的晶格常數(shù)a1。
在n型電流阻礙層110中，通過調(diào)整構(gòu)成電流阻礙層110的AlxInzAsαPβ的As摩爾分數(shù)α，從而給出了晶格失配率(Δa/a)。
以下將描述相對于n型襯底101的晶格失配率和Al、In、As和P摩爾分數(shù)之間的關(guān)系。用于根據(jù)Al、In、As和P摩爾分數(shù)計算相對于n型襯底101的晶格失配率(Δa/a)的關(guān)系表達式由以下等式(3)給出Δa/a＝-3.45985+7.27×z+3.491×α......(3)如果將In摩爾分數(shù)z設(shè)定為z＝0.455，那么根據(jù)等式(3)，晶格失配率為-0.15％時p型第二包層105附近的n型AlxInzAsαPβ電流阻礙層110的As摩爾分數(shù)α為α＝0。因此，n型電流阻礙層110的成分是Al0.545In0.455P。此外，在將In摩爾分數(shù)設(shè)定為z＝0.455的情況下，根據(jù)等式(3)，晶格失配率為-0.05％時n型電流阻礙層110的As摩爾分數(shù)α為α＝0.029。因此n型電流阻礙層110的成分是Al0.545In0.455As0.029P0.971。
接著，將依照圖13A-13F描述生產(chǎn)具有上述結(jié)構(gòu)的半導體激光器的方法。首先，如圖13A所示，通過分子束外延方法在n型GaAs襯底101上外延地生長n型GayInzP過渡層102、n型AlxGayInzP第一包層103、MQW有源層104、p型AlxGayInzP第二包層105、p型刻蝕限制層106、p型AlxGayInzP第三包層107、p型GayInzP中間層108和p型GaAs保護層49。
在這個過程中，控制In摩爾分數(shù)使得p型第二包層105和p型第三包層107相對于n型GaAs襯底101分別具有均勻的晶格失配率。
接著，利用已知的光刻技術(shù)，在激光器腔端面附近的區(qū)域(“激光器腔端面附近區(qū)域”)中的p型保護層109的表面上，以膜116的條帶沿垂直于脊條帶的方向延伸的方式，形成用作雜質(zhì)擴散源的60μm寬條帶形ZnvOw(v，w≥1)膜116。該ZnvOw膜116的膜厚度為35nm，條帶間距是800μm，與激光器腔的長度相同。然后，在具有ZnvOw膜116的晶片的整個表面上形成SitOu(t，u≥1)膜177，該膜為介電膜，膜厚度為200nm。
接著，在溫度為510℃并且保持時間為2小時的條件下，在氮保護氣氛中對表面覆蓋有SitOu介電膜177的晶片實施退火。因此，在形成ZnvOw雜質(zhì)擴散源膜116的激光器腔端面附近區(qū)域中，使來自ZnvOw膜116的Zn原子擴散到MQW有源層104中。同時，包含于從p型第二包層105到p型保護層109各層中的鈹原子也擴散到MQW有源層104中，使得激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)104b的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的MQW有源層(有源區(qū)域)104a的光激發(fā)光峰值波長。
通過退火在MQW有源層104中形成了有源區(qū)域104a和窗口區(qū)域104b之后，利用一部分晶片，通過PL方法測定激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)104b和激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的MQW有源層(有源區(qū)域)104a的波長。因此確認了窗口區(qū)域104b的發(fā)射光譜從有源區(qū)域104a的發(fā)射光譜向短波長側(cè)移動了38nm。
其后，去除形成在p型保護層109上的ZnvOw膜116和SitOu膜117，并且如圖13C所示，利用已知的光刻技術(shù)在p型保護層109上形成沿垂直于激光器腔端面的方向延伸的條帶形抗蝕劑掩模118。然后利用已知的刻蝕技術(shù)，刻蝕p型保護層109、p型中間層108和p型第三包層107，直到達到p型刻蝕限制層106為止，從而形成了條帶形的脊114，其寬度約為2μm。
接著，如圖13D所示，通過實施第二MBE過程，去除p型保護層109上形成的條帶形抗蝕劑掩模118，并且使由p型第三包層107、p型中間層108和p型保護層109構(gòu)成的脊114的兩側(cè)都充滿n型AlxInzAsαPβ電流阻礙層110。這時，n型電流阻礙層110相對于n型襯底101的晶格失配率在n型電流阻礙層110內(nèi)變化。通過首先將p型第二包層105附近的n型AlxInzAsαPβ電流阻礙層110中的As摩爾分數(shù)α設(shè)為0，然后改變As摩爾分數(shù)α，同時Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z不變，來控制n型電流阻礙層110的晶格失配率，從而使該晶格失配率隨著與p型第二包層105的距離增加而增加。
其后，利用已知的光刻技術(shù)，在脊114的橫向側(cè)的n型電流阻礙層110上形成抗蝕劑掩模(未示出)。然后，利用已知的刻蝕技術(shù)，僅僅將在抗蝕劑掩模的開口處并且形成在脊114上的一部分n型電流阻礙層110有選擇地刻蝕。接著，形成抗蝕劑掩模119使得在激光器腔內(nèi)部區(qū)域處形成740μm寬抗蝕劑條帶，如圖13E所示，有選擇地去除位于激光器腔端面附近區(qū)域中的、抗蝕劑掩模119開口中的p型保護層109和p型中間層108。形成抗蝕劑掩模119的開口，使其直接位于激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)104b之上。
因此，在激光器腔端面附近區(qū)域中的p型第三包層107和p型接觸層111(將隨后形成)之間出現(xiàn)帶隙能量差，從而將形成電流非注入?yún)^(qū)域115。這樣形成的電流非注入?yún)^(qū)域115將直接位于窗口區(qū)域104b之上。因此，防止了電流注入窗口區(qū)域104b中，并且減小了無助于光發(fā)射的無功電流。
然后去除激光器腔內(nèi)部區(qū)域中形成的抗蝕劑掩模119。而后如圖13F所示，通過第三MBE過程形成p型GaAs接觸層111。此外，盡管未示出，但在p型接觸層111之上形成p側(cè)電極112，同時在n型襯底101的下側(cè)上形成了n側(cè)電極113。
接著，對這樣獲得的晶片基本上在60μm寬激光器腔端面附近區(qū)域的中心處進行劃線，并且將其分割成具有腔長度的條。另外，用作光發(fā)射端面的各個條的兩側(cè)鍍有反射膜。然后，將這些條分割成小片，從而形成半導體激光器，每個所述激光器在長度為800μm的激光器腔的端面處具有大約30μm寬的窗口區(qū)域和電流非注入?yún)^(qū)域。
對利用本實施例的生產(chǎn)方法形成的半導體激光器進行特性評價。為了進行比較，同時對第二實施例的半導體激光器進行特性評價。
首先，測定CW 50mW時的振蕩波長(λ)。結(jié)果本實施例的半導體激光器和第二實施例的半導體激光器的振蕩波長均為660nm。接著，測定CW 50mW時的驅(qū)動電流(Iop)。結(jié)果本實施例的半導體激光器和第二實施例的半導體激光器的驅(qū)動電流(Iop)均為85mA。進行最大光輸出測試。結(jié)果本實施例的半導體激光器和第二實施例的半導體激光器即使在光輸出功率為300mW或更大時，也都未受到COD影響。即使在光輸出功率為300mW或更大時，本實施例的半導體激光器和第二實施例的半導體激光器中均未發(fā)生COD。
此外，在70℃和50mW時對半導體激光器進行可靠性測試。當?shù)诙嵤├陌雽w激光器的平均壽命為大約2000小時時，本實施例的半導體激光器的平均壽命為大約3000小時，這證明平均壽命提高了。
根據(jù)以上描述可以理解，在半導體激光器中，其中n型AlxInzAsαPβ電流阻礙層110相對于n型襯底101的晶格失配率在-0.15％到-0.05％的范圍內(nèi)變化，因此電流阻礙層的晶格失配率隨著與p型第二包層105的距離增加而增加，并且其中在Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z不變的情況下，p型第二包層105附近的n型AlxInzAsαPβ電流阻礙層110的As摩爾分數(shù)α為0，已經(jīng)實現(xiàn)了驅(qū)動電流的降低和長期可靠性的進一步提高。
驅(qū)動電流的降低和長期可靠性的進一步提高歸因于以下幾方面。即，在n型電流阻礙層110a內(nèi)改變或變動負晶格失配率有助于部分引入負應變。同樣，改變n型AlxInzAsαPβ電流阻礙層110的As摩爾分數(shù)α使其晶格失配率隨著與p型第二包層105的距離增加而增加，這有助于減少p型第二包層105附近的n型電流阻礙層110的晶格失配率。也就是說，盡管向p型第二包層105間接地提供負應變，但是減少了引入MQW有源層104中的負應變。因此，鈹原子向有源層中的擴散減少并且抑制了MQW有源層104中結(jié)晶度的退化。
在本實施例中，將n型電流阻礙層110相對于n型襯底101的晶格失配率設(shè)定為-0.15％到-0.05％，該晶格失配率隨著與p型第二包層105的距離增加而增加，p型第二包層105附近的n型AlxInzAsαPβ電流阻礙層110的As摩爾分數(shù)α為0，Al摩爾分數(shù)和In摩爾分數(shù)不變。然而，如果將n型電流阻礙層110相對于n型襯底101的晶格失配率設(shè)定在-0.20％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，優(yōu)選在-0.15％或更大但不大于-0.05％的范圍內(nèi)，并且如果調(diào)整該晶格失配率使之隨著與p型第二包層105的距離增加而增加，并且p型第二包層105附近的n型電流阻礙層110的As摩爾分數(shù)α為0，同時Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z不變，也可以獲得本實施例的效果。
根據(jù)本實施例，在窗口結(jié)構(gòu)半導體激光器中，其中使激光器腔端面附近區(qū)域中的MQW有源層(窗口區(qū)域)104b的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的MQW有源層(有源區(qū)域)104a的光激發(fā)光峰值波長，將n型第一電流阻礙層110相對于n型襯底101的晶格失配率設(shè)定為-0.15％到-0.05％，從而使該晶格失配率隨著電流阻礙層與p型第二包層105的距離增加而增加，p型第二包層105附近的n型AlxInzAsαPβ的As摩爾分數(shù)α為0，同時Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z不變。然而本發(fā)明并不限于此，同樣在第一實施例的半導體激光器中，如果將n型電流阻礙層50相對于n型襯底41的晶格失配率設(shè)定為-0.20％或更大但不大于0％的范圍內(nèi)，優(yōu)選-0.15％或更大但不大于-0.05％的范圍內(nèi)，并且如果調(diào)整該晶格失配率使其隨著與p型第二包層45的距離增加而增加，同時p型第二包層45附近的n型AlxInzP電流阻礙層50的Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z不變，也可以獲得本實施例的效果。
以上就是對本發(fā)明的描述，顯而易見的是其可以有許多方式的變化。這些變化均被視為未背離本發(fā)明的精神和范圍，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，所有修改均包含在以下權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種AlGaInP半導體激光器，其至少包括形成在半導體襯底上的第一導電型第一包層、有源層和第二導電型第二包層，所述第二導電型第二包層在與襯底反向相對的一側(cè)上具有條帶形脊，所述激光器具有在該脊的橫向兩側(cè)上形成的第一導電型電流阻礙層，其中第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率為-0.20％或者更大，但不超過0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體激光器，其中激光器腔端面附近區(qū)域中的有源層的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中的有源層光激發(fā)光峰值波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體激光器，其中第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率在電流阻礙層內(nèi)是均勻的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體激光器，其中第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率在電流阻礙層內(nèi)變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導體激光器，其中第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率隨著該電流阻礙層與第二導電型第二包層中除脊之外的部分的距離增加而增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的半導體激光器，其中第一導電型電流阻礙層的晶格失配率在電流阻礙層內(nèi)逐漸變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體激光器，其中第一導電型電流阻礙層由AlxInzP(0≤x≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的半導體激光器，其中第一導電型電流阻礙層由AlxInzAsαPβ(0≤x≤1，0≤z≤1，0≤α≤1，0≤β≤1)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的半導體激光器，其中電流阻礙層中的Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z不變，并且第二導電型第二包層附近的電流阻礙層中的As摩爾分數(shù)α為0。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體激光器，其中包含于第二導電型包層中的雜質(zhì)原子是鈹原子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體激光器，其中第二導電型第二包層相對于半導體襯底的晶格失配率為-0.15％或更大但不大于0.05％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體激光器，其中第一導電型電流阻礙層的晶格失配率小于第二導電型第二包層的晶格失配率。
13.一種生產(chǎn)半導體激光器的方法，其包括形成由AlGaInP材料構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)至少包括在半導體襯底上的第一導電型第一包層、有源層和第二導電型第二包層；在第二包層與襯底反向相對的一側(cè)上，將其處理為條帶形的脊；使脊的兩側(cè)充滿第一導電型電流阻礙層，其相對于半導體襯底的晶格失配率為-0.20％或更大但不大于0％。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的生產(chǎn)半導體激光器的方法，其中鈹原子作為具有第二導電率的雜質(zhì)原子，包含于第二導電型第二包層中，該方法進一步包括，在形成層狀結(jié)構(gòu)之后和形成條帶形的脊之前，在具有層狀結(jié)構(gòu)的晶片的激光器腔端面附近區(qū)域中，形成雜質(zhì)擴散源薄膜，其包含具有第二導電率的鋅原子；和對形成有雜質(zhì)擴散源薄膜的晶片進行退火，使得包含在激光器腔端面附近區(qū)域的第二導電型第二包層中的具有第二導電率的鈹原子和包含在激光器腔端面附近區(qū)域的雜質(zhì)擴散源薄膜中的具有第二導電率的鋅原子進入激光器腔端面附近區(qū)域的有源層中，從而使激光器腔端面附近區(qū)域中有源層的光激發(fā)光峰值波長小于激光器腔內(nèi)部區(qū)域中有源層的光激發(fā)光峰值波長。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的生產(chǎn)半導體激光器的方法，其中在使脊的兩側(cè)充滿第一導電型電流阻礙層的步驟中，將AlxInzAsαPβ用作電流阻礙層，在AlxInzAsαPβ中的Al摩爾分數(shù)x和In摩爾分數(shù)z不變的情況下，控制AlxInzAsαPβ中的As摩爾分數(shù)α，使之隨著AlxInzAsαPβ與第二導電型第二包層中除脊之外的部分的距離增加而增加。
全文摘要
在一種AlGaInP半導體激光器中，在半導體襯底上至少形成第一導電型第一包層、有源層和第二導電型第二包層。第二包層在與襯底反向相對的一側(cè)上形成條帶形的脊，在脊的兩側(cè)上設(shè)置第一導電型電流阻礙層。第一導電型電流阻礙層相對于半導體襯底的晶格失配率為－0.20％或者更大，但不超過0％。該晶格失配率在電流阻礙層內(nèi)可以是均勻的?？蛇x擇地，該晶格失配率可以隨著該電流阻礙層與第二導電型第二包層中除脊之外的部分的距離增加而連續(xù)或逐漸增加。
文檔編號H01S5/227GK1578027SQ20041005523
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者大久保伸洋 申請人:夏普株式會社