專利名稱：半導(dǎo)體激光器及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光盤系統(tǒng)中光源等的半導(dǎo)體激光器，尤其是具有脊型條紋結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其中用電介質(zhì)膜抑制了電流，消除了掩埋增長(burying growth)。
背景技術(shù)：
近年來，由于DVD和CD的廣泛使用，半導(dǎo)體激光器應(yīng)用于各種領(lǐng)域，因此強(qiáng)烈要求減少半導(dǎo)體激光器的生產(chǎn)費(fèi)用和產(chǎn)品從訂貨到交貨的時(shí)間。
圖6(參見JP6(1994)-237038A)示出了半導(dǎo)體激光器常用的掩埋脊型條紋結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由下述方法生成。
首先，使用金屬有機(jī)物氣相生長方法(以下稱MOCVD法)在第一電導(dǎo)型襯底201上外延生長以下各層緩沖層202，第一電導(dǎo)型包層203，引導(dǎo)層204，有源層205，引導(dǎo)層206，第二電導(dǎo)型包層207，異質(zhì)緩沖層(hetero buffer layer)208和覆蓋層209。
絕緣層(圖中未顯示)在覆蓋層209上生成并呈條紋圖案，再以該條紋圖案為掩膜將第二電導(dǎo)型包層207刻蝕生成脊型。之后，使用MOCVD法選擇性生長第一電導(dǎo)型電流阻擋層210。除去該條紋圖案后，使用MOCVD法生長第二電導(dǎo)型接觸層211。此外，再分別生成n極212和p極213。
采用這種結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)過程中要完成三次MOCVD工藝，因此很難減少生產(chǎn)費(fèi)用。
其次，以電介質(zhì)膜為電流阻擋層的脊型條紋結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器如圖7A(見JP11(1999)-186650A)所示。生成這種結(jié)構(gòu)的過程中，使用MOCVD法在第一電導(dǎo)型襯底301上外延生長以下各層緩沖層302，第一電導(dǎo)型包層303，引導(dǎo)層304，有源層305，引導(dǎo)層306，第二電導(dǎo)型包層307，異質(zhì)緩沖層308和覆蓋層309。絕緣層(圖中未顯示)在覆蓋層309上生成并呈條紋圖案，此后，再以該條紋圖案為掩膜將第二電導(dǎo)型包層307刻蝕成脊型。此外，在該脊的兩側(cè)均提供由電介質(zhì)膜制成的電流阻擋層310。進(jìn)而，再分別生成n極311和p極312。
使用電介質(zhì)膜的脊型條紋結(jié)構(gòu)只需完成一次MOCVD工藝，因此生產(chǎn)費(fèi)用會(huì)比圖6所示例子減少很多。而且，由于減少了生長步驟，制造過程中的生產(chǎn)時(shí)間也將減少。尤其在單片型雙波長激光器中，晶體生長步驟和生產(chǎn)過程更為復(fù)雜，因此可以認(rèn)識(shí)到，采用圖7A所示結(jié)構(gòu)會(huì)大大減少生產(chǎn)費(fèi)用和產(chǎn)品從訂貨到交貨的時(shí)間。
生產(chǎn)如圖7A所示的具有脊型條紋結(jié)構(gòu)的激光器僅使用一次外延生長法，這種激光器可采用諸如氧化硅(以下稱SiO2)膜或氮化硅(以下稱SiN)膜等電介質(zhì)膜作為電流阻擋層，與AlGaAs或AlGaInP為基質(zhì)的半導(dǎo)體層相比，這些膜具有相當(dāng)小的折射率。例如，對(duì)于波長為650nm的光，各折射率為AlGaAs＝3.1到4.1，AlGaInP＝3.2到3.6；而SiO2＝1.5，SiN＝2.0。
相應(yīng)地，電流阻擋層與構(gòu)成脊型部分和包層的半導(dǎo)體層間的折射率差變大了。因此，為了調(diào)整出射光的張角，如圖7A所示，需要增加脊型部分外側(cè)的第二電導(dǎo)型包層307的膜厚度H以增強(qiáng)對(duì)光的限制。因此，如圖7B所示，電流的無效部分314從光發(fā)射區(qū)域313泄漏，注入了有源層305，由此引出工作電流增加的問題。工作電流的增加有可能降低半導(dǎo)體激光器元件的溫度特性，并大大降低其高溫可靠性。
發(fā)明概述為了克服上述傳統(tǒng)例子中的缺點(diǎn)，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供了一個(gè)脊型條紋結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，該激光器用電介質(zhì)膜作為電流阻擋層，這種電介質(zhì)膜對(duì)于發(fā)射波長具有足夠小的吸收系數(shù)，且與包層的折射率差也足夠小，正適合于限制光，所以半導(dǎo)體激光器有很小的激光振蕩閾值并在高溫和大功率下振蕩時(shí)表現(xiàn)出極好的電流特性。而且，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供生產(chǎn)此種半導(dǎo)體激光器的方法。
為了解決上述問題，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器包括以下幾部分第一電導(dǎo)型包層，第二電導(dǎo)型包層，該包層至少有一個(gè)在諧振器方向延伸脊型結(jié)構(gòu)，位于兩包層間的有源層和電流阻擋層，該電流阻擋層至少要覆蓋脊型結(jié)構(gòu)一個(gè)側(cè)面。電流阻擋層包括氫化第一電介質(zhì)膜。
附圖簡述

圖1是根據(jù)實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖2A到圖2C是根據(jù)實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器制造過程的橫截面圖；圖3A和圖3B是根據(jù)實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器的電流特性曲線；圖4是根據(jù)實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部損耗與氫化非晶硅的膜厚度間的關(guān)系曲線；圖5是根據(jù)實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖6是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中掩埋脊型條紋結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖7A和圖7B是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中具有電介質(zhì)膜電流阻擋層的條紋結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖8A和圖8B分別是波長與折射率間的相互關(guān)系，以及波長與不同電介質(zhì)材料吸收系數(shù)間的相互關(guān)系的曲線；圖9A到圖9C是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體激光器的安裝過程的橫截面圖。
優(yōu)選實(shí)施例的描述本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器中，氫化第一電介質(zhì)膜用作電流阻擋層，這種膜對(duì)于發(fā)射波長具有大的折射率和足夠小的吸收系數(shù)。因此，可以減小脊型部分內(nèi)外的折射率差。相應(yīng)地，可以減少引入有源層的無效電流，并同時(shí)減小了元件的閾值電流，因此半導(dǎo)體激光器元件在高溫和大功率振蕩時(shí)有極好的電流特性，且元件可被大產(chǎn)量生產(chǎn)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器中，為阻止氫擴(kuò)散，電流阻擋層最好包括位于第一電介質(zhì)膜和脊型結(jié)構(gòu)間的第二電介質(zhì)膜。這種結(jié)構(gòu)可以抑制電流阻擋層等各層中，由第一電介質(zhì)膜擴(kuò)散的氫引出的障礙物的出現(xiàn)。
第一電介質(zhì)膜最好是非晶硅，非晶硅的厚度最好為0.1μm或更大。
更優(yōu)選的是，能在第一電介質(zhì)膜的兩面都提供第二電介質(zhì)膜。
當(dāng)然，第二電介質(zhì)膜最好含氮或鋁。具體地說，第二電介質(zhì)膜最好由下列物質(zhì)構(gòu)成氮化硅(SiN)，氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)，包含這些原料的化合物或氮化鈦鋁(AlTiN)。
第一和第二電介質(zhì)膜可以相鄰。
第二電介質(zhì)膜的厚度優(yōu)選為在2nm到50nm(包括2nm和50nm)的范圍，最好在5nm到50nm(包括5nm和50nm)的范圍。
生產(chǎn)一種上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器時(shí)，最好能使用電子回旋共振(以下稱ECR)濺射法或ECR-CVD法生成第一電介質(zhì)膜和第二電介質(zhì)膜。
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明者用電介質(zhì)膜作為電流阻擋層進(jìn)行試驗(yàn)，這種膜對(duì)于該發(fā)射波長有足夠小的吸收系數(shù)并具有比SiO2或SiN更大的折射率。關(guān)于不同的電介質(zhì)材料，圖8A示出了折射率對(duì)波長的依賴關(guān)系，以及圖8B示出了吸收系數(shù)對(duì)波長的依賴關(guān)系。試驗(yàn)的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)氫化非晶硅在對(duì)于波長是600nm或者更長的光具有比SiO2或SiN更大的折射率以及足夠小的吸收系數(shù)。
發(fā)明者因此研究性地生產(chǎn)了包含這種材料作為電流阻擋層的半導(dǎo)體激光器，但已意識(shí)到，在不同的情況下可能發(fā)生以下問題。
以具有圖7A所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器為例子進(jìn)行描述。在這種半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)過程中，形成電流阻擋層310后，電流阻擋層310的一部分將被除去，以露出覆蓋層309的頂部。此后，在襯底的背面形成由Au，Ge和Ni做成的n極311，在襯底的正面形成由Cr/Pt/Au做成的p極312，然后進(jìn)行合金處理，以得到歐姆接觸。
但是，已認(rèn)識(shí)到，在合金處理中，電流阻擋層310和p極312有可能被抬升或脫落。這個(gè)現(xiàn)象的出現(xiàn)可認(rèn)為有以下原因在氫化非晶硅膜作為電流阻擋層310的情況下，半導(dǎo)體激光器暴露在200℃或更高溫度時(shí)，引起了非晶硅膜中的氫的擴(kuò)散，這些擴(kuò)散后的氫在包層307和電流阻擋層310間積累，然后膨脹，于是導(dǎo)致像水泡一樣地脫落。
如果發(fā)生了這樣的脫落現(xiàn)象，那么電流阻擋層的隔離作用就不能保持，因此大量的無效電流流入激光器，導(dǎo)致工作電流的增加。如果脫落現(xiàn)象顯著，電極本身可能會(huì)分裂成片。
當(dāng)然，在安裝半導(dǎo)體激光器和副底座(sub-mount)過程中也可能出現(xiàn)類似的失效。參照?qǐng)D9A到9C，對(duì)大功率半導(dǎo)體激光器的安裝過程進(jìn)行描述。在安裝過程中，首先如圖9A所示，一個(gè)大功率半導(dǎo)體激光器401由一個(gè)彈簧夾頭404夾住，再安裝到另一個(gè)組件上，如通過焊料402安裝到副底座403上。這個(gè)過程中，副底座403一直在焊料402的熔點(diǎn)或更高溫度下被加熱。在大功率半導(dǎo)體激光器401降低到如圖9B所示的狀態(tài)后，副底座403和半導(dǎo)體激光器401被擠壓并結(jié)合到一起。之后，如圖9C所示，抬升彈簧夾頭404。
在上述的過程中，當(dāng)副底座403和半導(dǎo)體激光器401被擠壓并結(jié)合到一起時(shí)，由于彈簧夾頭404的負(fù)荷和大功率半導(dǎo)體激光器元件40 1的形狀而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生也是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)大功率半導(dǎo)體激光器401的結(jié)構(gòu)中，諧振器的長度比寬度長，諧振器的長度為0.5到1mm。
半導(dǎo)體激光器元件一般是通過在靠近光發(fā)射區(qū)域的表面與副底座相連的，這個(gè)面被稱為連接面(junction down)，這樣連接是為了能有好的散熱特性，因此，在半導(dǎo)體激光器內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)集中在激光器與副底座的結(jié)合處。由殘余應(yīng)力產(chǎn)生的形變可能導(dǎo)致激光器性能的惡化，降低其長期工作的可靠性。
可采用一些方法以減輕這種殘余應(yīng)力，如在200℃或更高的溫度下組裝大功率半導(dǎo)體激光器401，或在安裝后去掉彈簧夾頭404，在沒有負(fù)荷的情況下重新加熱，使焊料402再次融化(達(dá)350℃)。
可是，在滿足上述結(jié)構(gòu)和條件下生產(chǎn)大功率半導(dǎo)體激光器時(shí)，包含氫化膜的電流阻擋層會(huì)暴露在200℃或更高的溫度下，氫化膜中包含的氫有可能擴(kuò)散，由此導(dǎo)致膜像水泡一樣脫落。
而且，由于加熱操作導(dǎo)致了氫的解吸附作用，使得氫化非晶硅膜的折射率發(fā)生了變化，非晶硅膜原本是為了減小吸收系數(shù)，但這里卻增加了吸收系數(shù)。因而，光限制性能也隨之改變，最后導(dǎo)致激光器性能的惡化。
正如上面提到的，發(fā)明者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，只要第二電介質(zhì)膜包含在電流阻擋層中，就可以解決這個(gè)問題，第二電介質(zhì)膜位于第一電介質(zhì)膜與脊型結(jié)構(gòu)間，用來阻止氫的擴(kuò)散。這種結(jié)構(gòu)可以抑制電流阻擋層等各層中，由第一電介質(zhì)膜擴(kuò)散的氫所引起的障礙物的出現(xiàn)。
下面將參考附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器及其生產(chǎn)方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例1圖1是根據(jù)實(shí)施例1基于AlGaInP的激光器的橫截面示意圖。本實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器具有脊型條紋結(jié)構(gòu)，其中在n型GaAs襯底101上生成以下各層n型GaAs緩沖層102，n型AlGaInP包層103，未摻雜的AlGaInP光引導(dǎo)層104，多量子阱有源層105，未摻雜的AlGaInP光引導(dǎo)層106，p型AlGaInP包層107，p型GaInP異質(zhì)緩沖層108，p型GaAs覆蓋層109和層狀電流阻擋層112，而且，在n型襯底101的背面生成n極113，在接觸層109上生成p極114。
下面描述每一層的具體例子。n型GaAs襯底101由Si摻雜n型GaAs生成。n型GaAs緩沖層102由Si摻雜n型GaAs(Si濃度n＝2×1018cm-3，膜厚度t＝0.5μm)生成。n型AlGaInP包層103由Si摻雜n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P(載流子濃度1×1018cm-3，t＝1.5μm)生成。未摻雜AlGaInP光引導(dǎo)層104由未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P(t＝25nm)生成。
多量子阱有源層105包括未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P阱(t＝5nm三層)和未摻雜的Ga0.5In0.5P阱(t＝6nm四層)生成。未摻雜的AlGaInP光引導(dǎo)層106由未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P(t＝25nm)生成。p型AlGaInP包層107由Zn摻雜的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P(載流子濃度1×1018cm-3，t＝1.3μm)。
p型GaInP異質(zhì)緩沖層108由Zn摻雜p型Ga0.5In0.5P(載流子濃度1×1018cm-3，t＝50μm)生成。p型GaAs覆蓋層109由Zn摻雜p型GaAs(載流子濃度1×1019cm-3，t＝200μm)生成。層狀電流阻擋層112包括氮化硅膜110(t＝10nm)和氫化非晶硅膜111(t＝100nm)。
生成的一對(duì)比脊型部分還要高的突出部分115，這樣可以將脊型部分置于其中，在通過連接面裝配時(shí)，減少了對(duì)脊型部分的損傷。
此外，在激光器的諧振器端面上生成窗型結(jié)構(gòu)(圖中未示出)。通過對(duì)由Zn擴(kuò)散形成的多量子阱進(jìn)行互結(jié)晶，而使窗型結(jié)構(gòu)將帶隙擴(kuò)大，并減少了對(duì)具有發(fā)射光波長的光吸收，因此抑制了端面處的光學(xué)損傷。
下面來描述由圖1描繪的半導(dǎo)體激光器的生產(chǎn)方法。圖2A到2C是本實(shí)施例中生產(chǎn)半導(dǎo)體激光器各步驟的橫截面圖。
使用MOCVD法完成對(duì)包層103、包層107、有源層105等的晶體生長，并在AlGaInP、AlInP和GaAs晶體生長時(shí)使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)、磷化氫(PH3)和砷化氫(AsH3)作為原料氣體。
進(jìn)行p摻雜和n摻雜時(shí)，分別使用二甲基鋅(DMZn)和硅化氫(SiH4)。使用電阻加熱器對(duì)n型GaAs襯底101進(jìn)行加熱。此處，生長溫度為660℃，生長氣壓為4666Pa(＝35Torr)。生長速度約為每小時(shí)2um。
首先，如圖2A所示，n型GaAs襯底101安裝在MOCVD反應(yīng)器上，然后，按n型GaAs緩沖層102、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包層103、未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P光引導(dǎo)層104、有源層105、未摻雜的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P光引導(dǎo)層106、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包層107、p型Ga0.5In0.5P緩沖層108和p型GaAs覆蓋層109的順序逐層生長以生產(chǎn)出異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的襯底。從MOCVD反應(yīng)器中取出異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的襯底后，可選擇性的在諧振器的端面區(qū)域形成ZnO膜(圖中未顯示)，并經(jīng)過熱擴(kuò)散使其互結(jié)晶成多量子阱結(jié)構(gòu)，這樣就生成了端面的窗型結(jié)構(gòu)。
下一步，如圖2B所示，使用氣壓加熱CVD法(370℃)沉積0.3μm厚的氧化硅膜116。之后，使用光刻和干法刻蝕技術(shù)將氧化硅膜116變成2μm寬的條紋圖案。用硫酸刻蝕劑選擇性刻蝕p型GaAs覆蓋層109，用鹽酸刻蝕劑刻蝕p型Ga0.5In0.5P緩沖層108，用硫酸或鹽酸刻蝕劑刻蝕p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包層107，以這種圖案作為掩膜，生成如圖2B所示的臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
隨后，如圖2C所示，用氫氟酸刻蝕劑去除氧化硅膜116的所有條紋圖案，采用ECR-CVD裝置以這種順序沉積氮化硅膜110(t＝10nm)和氫化非晶硅膜111(t＝100nm)來生成電流阻擋層112。
在高溫下(＞200℃)，氮化硅膜110對(duì)氫化非晶硅膜111中的氫擴(kuò)散有阻礙特性，厚度為5nm或更厚氮化硅膜在直到溫度達(dá)350℃或更高時(shí)能夠抑制氫的解吸附作用。而氮化硅膜110的厚度不宜為2nm或更小，因?yàn)檫@樣會(huì)減小對(duì)氫的阻礙特性，而實(shí)現(xiàn)對(duì)氫的阻礙正是本實(shí)施例的一個(gè)目的。依據(jù)這種阻礙特性，氮化硅膜的厚度最好為5nm或者更大。然而，該氮化硅膜的厚度最好是50nm或更小，因?yàn)槿绻笥?0nm，在應(yīng)力作用下可能會(huì)出現(xiàn)分層。當(dāng)?shù)枘さ暮穸仍诖朔秶鷥?nèi)時(shí)，光的限制特性不會(huì)受到很大影響。
之后，通過光刻和刻蝕工藝，氮化硅膜110和脊型結(jié)構(gòu)中位于p型GaAs覆蓋層109頂部的氫化非晶硅膜111被刻蝕掉。以使用CF4氣體進(jìn)行干法刻蝕做為這步刻蝕的一個(gè)例子。在這個(gè)過程中，靠近諧振器端面窗型區(qū)域內(nèi)的電流阻擋層112被保留，從而抑制了無效電流注入窗型區(qū)域。
最后，在襯底101的背面形成用Au、Ge和Ni制成的n極113，在氫化非晶硅膜111的表面和覆蓋層109上生成用Cr/Au/Pt制成的p極114，這樣就得到了如圖1所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。
根據(jù)下面所描述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了在n極上得到歐姆接觸，合金處理的溫度應(yīng)定在350℃或更低。
在高溫下安裝時(shí)，比較本實(shí)施例中半導(dǎo)體激光器與電流阻擋層中不包含氮化硅膜的半導(dǎo)體激光器的表現(xiàn)。在對(duì)比試驗(yàn)中，生成電極的合金處理在350℃氮?dú)猸h(huán)境中持續(xù)10分鐘，用顯微鏡觀察每個(gè)半導(dǎo)體激光器p極表面的情況。
結(jié)果，在電流阻擋層包含氮化硅膜的半導(dǎo)體激光器中沒有觀察到p極被抬升的現(xiàn)象。而電流阻擋層不包含氮化硅膜的半導(dǎo)體激光器中，可在很多部分觀察到p極被抬升的現(xiàn)象。另外，已證實(shí)這種抬升是由于脊型部分側(cè)面和氫化非晶硅膜間的脫落現(xiàn)象導(dǎo)致的。
根據(jù)以上結(jié)果，已證實(shí)，即使在約為350℃高溫下，本實(shí)施例中半導(dǎo)體激光器也不會(huì)發(fā)生電流阻擋層脫落的現(xiàn)象，其中氮化硅膜作為對(duì)氫的阻擋層。
接下來，與根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的半導(dǎo)體激光器做比較，下面描述本實(shí)施例中半導(dǎo)體激光器的特征。
圖3A和3B顯示了實(shí)施例1中半導(dǎo)體激光器的電流-光輸出的特性。圖3A是25℃時(shí)的測(cè)量結(jié)果，圖3B是75℃時(shí)的測(cè)量結(jié)果。通過給半導(dǎo)體激光器施加脈沖電流(脈沖周期200nsec，占空比50％)來進(jìn)行測(cè)量。
如圖3A所闡明的，依照本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的紅色半導(dǎo)體激光器的閾值電流下降到了使用常規(guī)SiN膜為電流阻擋層的紅色半導(dǎo)體激光器的約70％。另外，如圖3B所示，高溫時(shí)的工作電流值也下降了，因此實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器元件在大功率振蕩時(shí)仍具有極好的電流特性。
圖4顯示了膜厚度與電流阻擋層使用了氫化非晶硅的半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部損耗之間的關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用中內(nèi)部損耗最好低于0.1/cm-1，但圖中也顯示了當(dāng)氫化非晶硅的膜厚度為0.1μm或更大時(shí)，內(nèi)部損耗可以足夠的小。因此，氫化非晶硅的膜厚度最好為0.1μm或更大。
實(shí)施例2圖5是根據(jù)實(shí)施例2中半導(dǎo)體激光器的橫截面結(jié)構(gòu)圖。因?yàn)槠浠窘Y(jié)構(gòu)與圖1中的半導(dǎo)體激光器相似，所以給相同的元件標(biāo)以相同的參考編號(hào)，具體的解釋就不再重復(fù)了。這個(gè)半導(dǎo)體激光器與根據(jù)實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器的不同點(diǎn)在于其電流阻擋層117是一個(gè)三層結(jié)構(gòu)，其中氫化非晶硅膜111夾在兩個(gè)氮化硅膜110間。
當(dāng)氫化非晶硅膜中的氫向外熱擴(kuò)散時(shí)，向與脊型部分相連的界面的擴(kuò)散會(huì)被氮化硅膜阻止，這在實(shí)施例1中已描述過。這種情況下，氫也會(huì)向相反的方向擴(kuò)散，也就是說，向與p極114相連的界面擴(kuò)散。
一般認(rèn)為是電極材料Cr/Pt/Au阻止了氫向外擴(kuò)散。然而，正如我們所知，考慮到不同的金屬材料，輕的元素，如氫，它的穿透情況是根據(jù)生成金屬膜的方法而變化的。當(dāng)電極材料不能阻擋氫的擴(kuò)散時(shí)，非晶硅膜的折射率和吸收系數(shù)就隨氫的解吸附作用變化，而且，也無法得到我們希望的性能。另外，如果突然出現(xiàn)氫的解吸附狀態(tài)，氫會(huì)在電極和電流阻擋層間積累，由此可能產(chǎn)生電極等的脫落現(xiàn)象。
根據(jù)本實(shí)施例，不僅向與脊型的界面的氫擴(kuò)散而且向與電極的界面的氫擴(kuò)散也得到了阻止，因此不會(huì)出現(xiàn)上述問題，可得到穩(wěn)定的激光器特性。
并且，根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)還會(huì)帶來以下優(yōu)點(diǎn)。一般而言，非晶硅容易被氧化，且生成的自然氧化膜位于其表面。由于自然氧化膜的作用是做一個(gè)抑制層，所以即使對(duì)其加熱到350℃左右，硅和電極的最底層金屬材料Cr也很難相互發(fā)生反應(yīng)。
然而，在電極材料生成前，做一個(gè)預(yù)處理來改善p極114和覆蓋層109間的歐姆接觸時(shí)，自然氧化膜就可能被去掉。這種情況下，即使熱處理在300℃左右，Cr和Si也會(huì)相互發(fā)生反應(yīng)。如果生成了這樣的硅化物，電流阻擋層就得不到隔離作用，由于折射率、吸收系數(shù)、電極材料的質(zhì)量等的變化這將引起的激光器正常操作的失效。
采用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，可得到阻止上述硅化物生成反應(yīng)的顯著效果。
在實(shí)施例1和2中，最好使用ECR-CVD裝置生成氫化非晶硅膜以改善脊型部分的斜面覆蓋情況，但ECR濺射裝置也可與襯底的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置及另一個(gè)機(jī)械裝置一同使用，該機(jī)械裝置能使從靶上濺射出的原子在傾斜方向上也很容易落在襯底上。使用了ECR濺射裝置，可將膜生成過程中施加在元件上的損傷降到最低，且可生成濃密、均勻的氮化硅膜，氮化硅膜的作用是作為阻擋層阻擋氫化非晶硅中的氫擴(kuò)散。但是，只要可以均勻的覆蓋脊型部分的表面，其它的裝置也是可以使用的，例如，與上述ECR濺射裝置相似的磁電管濺射裝置。
在實(shí)施例1和2中，介紹了基于AlGaInP的半導(dǎo)體激光器的例子，即使將本實(shí)施例的技術(shù)用到其它材料體系的激光器中，例如，以AlGaAs為基質(zhì)的激光器，其包層的折射率低于電流阻擋層的折射率，仍可以得到具有優(yōu)良特性的半導(dǎo)體激光器。此外，半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)并不受本實(shí)施例中所描述的結(jié)構(gòu)的限制，只要是具有脊型的半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)就都可以應(yīng)用。
同時(shí)，在實(shí)施例1和2中，描述了氮化硅作為對(duì)氫具有阻擋特性的材料的情況，而氮化鋁、氧化鋁或含有這些材料的化合物也被確認(rèn)具有對(duì)氫的阻擋作用。另外，氮化鈦和氮化鋁鈦(TiAlN)也對(duì)氫有良好的阻擋作用。
在不背離本發(fā)明的精神和基本特征的情況下，可以采取其它形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本申請(qǐng)公開的具體實(shí)施例被認(rèn)為在各個(gè)方面作了示意性的描述而不是限制。本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書來指出而不是基于前面的描述，在本方法和與權(quán)利要求等同的范圍之內(nèi)的所有變化都將被包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器，包括第一電導(dǎo)型包層；第二電導(dǎo)型包層，其具有在諧振器方向延伸的至少有一個(gè)脊型結(jié)構(gòu)；位于所述兩包層間的有源層；和至少覆蓋該脊型結(jié)構(gòu)一個(gè)側(cè)面的電流阻擋層，其中該電流阻擋層包括氫化第一電介質(zhì)膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器，其中電流阻擋層包括位于第一電介質(zhì)膜和所述脊型結(jié)構(gòu)間用于阻擋氫擴(kuò)散的第二電介質(zhì)膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器，其中的第一電介質(zhì)膜包括非晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中的第一電介質(zhì)膜包括非晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中包括氫的氫化非晶硅層的膜厚度為0.1μm或更大。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第一電介質(zhì)膜的兩個(gè)表面均設(shè)有第二電介質(zhì)膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜包括氮或鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜包括氮或鋁。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜由下列物質(zhì)構(gòu)成氮化硅(SiN)，氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)，包含這些材料的化合物或氮化鈦鋁(AlTiN)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜由下列物質(zhì)構(gòu)成氮化硅(SiN)，氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)，包含這些材料的化合物或氮化鈦鋁(AlTiN)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第一電介質(zhì)膜和第二電介質(zhì)膜彼此相鄰。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光器，其中第一電介質(zhì)膜和第二電介質(zhì)膜彼此相鄰。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜的膜厚度在2nm到50nm范圍，包括2nm和50nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜的膜厚度在2nm到50nm范圍，包括2nm和50nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜的膜厚度在5nm到50nm范圍，包括5nm和50nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體激光器，其中第二電介質(zhì)膜的膜厚度在5nm到50nm范圍，包括5nm和50nm。
17.制造半導(dǎo)體激光器的方法，包括生成第一電導(dǎo)型包層、有源層和具有在諧振器方向延伸的至少有一個(gè)脊型結(jié)構(gòu)的第二電導(dǎo)型包層；有源層位于所述兩包層間；以及生成至少覆蓋所述脊型結(jié)構(gòu)一個(gè)側(cè)面的電流阻擋層，該電流阻擋層包括氫化第一電介質(zhì)膜，其中該第一電介質(zhì)膜采用電子回旋共振濺射法或ECR-CVD法生成。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器包括第一電導(dǎo)型包層，在諧振器延長方向上至少有一個(gè)脊型結(jié)構(gòu)的第二電導(dǎo)型包層，位于兩包層間的有源層和至少覆蓋脊型結(jié)構(gòu)一個(gè)側(cè)面的電流阻擋層。電流阻擋層包括了氫化第一電介質(zhì)膜。在這種由電介質(zhì)生成電流阻擋層的結(jié)構(gòu)中，光的限制效率被增強(qiáng)，激光器振蕩閾值降低，且在高溫和大功率振蕩下的電流特性被改善。
文檔編號(hào)C23C14/35GK1585219SQ200410057538
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月18日
發(fā)明者牧田幸治, 足立秀人 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社