專利名稱：半導體裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體激光裝置及其制造方法，特別涉及具有能提高輸出的窗式結構的半導體激光裝置及其制造方法。
近年來，為了提高記錄速度，不斷要求提高用作信息處理裝置(例如光盤裝置)的光源的半導體激光裝置的輸出功率。滿足這一要求的一種方法是在激光腔端面上使用窗式結構，以減輕端面處的災難性光學損壞(“catastrophic optical damage”，下文稱為“COD”)。
COD是半導體激光器在光輸出達到或超過一定限值時發(fā)生的一種瞬時惡化現象。半導體激光器的端面周圍變成激光器中的光吸收區(qū)時發(fā)生COD。具體地說，當由于激光腔端面的半導體表面上吸收氧氣或表面氧化而形成懸掛鍵、從而半導體表面能級加深、從而端面周圍的禁帶寬度大大變窄時就會發(fā)生COD現象。由于由半導體表面能級造成的非輻射再組合造成溫度上升，因此COD現象使得激光腔端面周圍的禁帶寬度進一步減小，光吸收進一步增加。因此，COD現象是一種正反饋。因此端面會因熔化而損壞，從而光輸出減小，該激光裝置發(fā)生無法修復的損壞。
為了防止激光腔端面處的COD破壞，某些半導體激光裝置使用窗式結構提高一有源層在該激光腔端面附近部分的帶隙能量。例如，在激光腔端面周圍擴散一種雜質使得該有源層中的超點陣結構無序化就可形成窗式結構。
下面說明現有窗式結構半導體激光裝置的一種制造方法。圖6A-6D示出一現有窗式結構半導體激光裝置的一種制造方法的各步驟。
首先，如圖6A所示，使用MOVPE(金屬有機氣相取向附生)法在一n-GaAs基片601上形成如下半導體多層結構，其中，各層以如下次序相繼生長成晶體一n-AlGaInP涂層602、一AlGaInP/GaInP超點陣有源層603、一p-AlGaInP第一涂層604、一p-GaInP蝕刻停止層605、一p-AlGaInP第二涂層606、一p-GaInP能帶分級層607和一p-GaAs頂層608。
接著，如圖6B所示，用等離子體CVD(化學氣相沉積)工藝在上述半導體多層結構上形成一SiN薄膜609。而且，SiN薄膜609用干蝕刻成型，從而形成兩平行開口，兩平行開口的平面呈寬度為幾十μm的兩個條。用濕蝕刻除去GaAs頂層608的這兩個開口所在部分。然后用濺射生成一ZnO薄膜610和一SiO2薄膜611覆蓋該半導體多層結構(包括兩開口)。此外，進行退火，使得ZnO薄膜610中的Zn擴散到p-GaInP層607的露出在SiN薄膜609和GaAs頂層608的開口中的部分。通過Zn的這一固相擴散，形成呈條狀平面的雜質擴散區(qū)612，AlGaInP/GaInP超點陣有源層603的位于雜質擴散區(qū)612中的部分轉變成混合晶體。有源層603的轉變成混合晶體的區(qū)域形成窗式結構。窗式結構的帶隙能量比未生成混合晶體的區(qū)域高。
如圖6C所示，除去SiO2薄膜611、ZnO薄膜610、SiN薄膜609和GaAs薄膜608。然后使用公知工藝在露出的p-GaInP能帶分級層607上形成一條狀SiO2薄膜613，該條狀薄膜沿一與雜質擴散區(qū)612的縱向垂直的平面伸展。把條狀SiO2薄膜613用作一掩模，使用乙酸型蝕刻劑把p-GaInP能帶分級層607蝕刻成凸脊形。然后改用硫酸型蝕刻劑蝕刻掉p-AlGaInP第二涂層606，直到p-GaInP蝕刻停止層605。從而如圖6C所示，生成一由p-GaInP能帶分級層607和p-AlGaInP第二涂層606構成的凸脊結構。由于硫酸型蝕刻劑對p-AlGaInP第二涂層606的蝕刻率比對p-GaInP蝕刻停止層605大，因此蝕刻過程可成功地停止在蝕刻停止層605上。
然后，使用MOVPE方法用一種選擇生長工藝生成一n-型電流阻擋層614覆蓋凸脊結構的側面。在除去用作條狀掩模的SiO2薄膜613后，n-型電流阻擋層614和p-GaInP能帶分級層607上生成一p-GaAs接觸層615。使用公知工藝形成p-側和n-側歐姆電極(未示出)。
將所得半導體多層結構在雜質擴散區(qū)612中沿一與凸脊結構縱向垂直的平面切開，從而形成激光腔端面。從而生成圖6D所示具有窗式結構的半導體激光裝置。
現有窗式結構半導體激光裝置用上述制造方法生成。但是，按照上述制造方法，在Zn擴散步驟中不僅有源層603、而且p-GaInP蝕刻停止層605與周圍各AlGaInP層一起轉變成混合晶體。即，按照上述現有制造方法，Zn從Zn源即ZnO薄膜610直接擴散到擴散系數較大的各AlGaInP層中。因此很難控制雜質的劑量。因此，比方說如

圖1所示，AlGaInP晶體中雜質的擴散濃度高，迅速生成混合晶體。特別是，薄蝕刻停止層605最終會因蝕刻而遭到破壞。在這種情況下，由于硫酸型蝕刻劑的蝕刻選擇比大大下降，因此蝕刻停止層605無法停止蝕刻，造成p-AlGaInP第一涂層604和有源層603被蝕刻掉。因此無法正確控制凸脊形狀。
而且，按照上述現有制造方法，電流阻擋層614會由于過度蝕刻而更靠近有源層603。因此無法有效控制從有源層603發(fā)出的光的展開角。特別是在損耗引導型半導體激光裝置中，傳播損失增加，因此該裝置的激光特性大大惡化，造成比方說輸出功率下降或工作電流增加。
此外，按照上述現有制造方法，如圖1所示，有源層603的雜質濃度變得很高。因此，由載流子散布造成的傳播損失增加，從而該裝置的激光特性大大惡化，造成比方說輸出功率下降或工作電流增加。
作為避免過度蝕刻的一種方法，比方說日本專利申請No.9-139550公開了一種方法，在該方法中，首先在除去p-GaInP層607而露出AlGaInP層606時只在Zn擴散的區(qū)域保留p-GaInP層607部分，然后用硫酸型蝕刻劑進行蝕刻。按照該方法，當蝕刻達到蝕刻停止層605的Zn擴散區(qū)之外區(qū)域時，AlGaInP層606在Zn擴散區(qū)中由于p-GaInP能帶分級層607的蝕刻率低而被保留，此時蝕刻終止。
但是，顯然很難精確控制AlGaInP層606的蝕刻量。蝕刻后留下的AlGaInP層606每次蝕刻都不同。
因此，蝕刻成的凸脊的高度會變動，因此很難控制凸脊形狀。
本發(fā)明半導體激光裝置包括一第一導電型的半導體基片；該半導體基片上的一第一導電型的涂層；該第一導電型的涂層上的一有源層，該有源層具有超點陣結構，它在至少一個激光腔端面附近有一無序區(qū)；該有源層上的一第二導電型的第一涂層；該第一涂層上的一第二導電型的蝕刻停止層；以及該蝕刻停止層上的一第二導電型的第二涂層，該第二涂層形成一凸脊結構，該凸脊結構沿激光腔長度方向伸展，具有一預定寬度，其中，蝕刻停止層中在至少一個激光腔端面附近的雜質濃度比在激光腔內部的雜質濃度大，等于或小于約2×1018cm-3。
在本發(fā)明一實施例中，該半導體基片包括一復合半導體材料，其主要成分為第一導電型的GaAs；該第一導電型的涂層包括一復合半導體材料，其主要成分為第一導電型的GaP；該有源層包括一復合半導體材料，其主要成分為GaP；該第一涂層、蝕刻停止層和第二涂層各包括一復合半導體材料，其主要成分為第二導電型的GaP。
在本發(fā)明另一實施例中，該半導體基片包括第一導電型的GaAs；該第一導電型的涂層包括第一導電型的AlGaInP；該有源層包括AlGaInP和GaInP；該第一涂層包括第二導電型的AlGaInP；該蝕刻停止層包括第二導電型的GaInP；該第二涂層包括第二導電型的AlGaInP。
在本發(fā)明另一實施例中，第二涂層中在至少一個激光腔端面附近沿從基片頂面到底面的基片法線方向的雜質濃度梯度比在激光腔內部沿基片法線方向的雜質濃度梯度大，等于或小于約2×1018cm-3μm-1。
在本發(fā)明另一實施例中，有源層中在至少一個激光腔端面附近的雜質濃度比在激光腔內部的雜質濃度大，等于或小于約2×1018cm-3。
在本發(fā)明另一實施例中，該雜質為Zn。
按照本發(fā)明另一方面，提供半導體激光裝置的一種制造方法，包括下列步驟在一第一導電型的半導體基片上形成一半導體多層結構，該半導體多層結構包括一第一導電型的涂層；一具有超點陣結構的有源層；一第二導電型的第一涂層；一第二導電型的蝕刻停止層；一第二導電型的第二涂層；一第二導電型的能帶分級層；以及一雜質供應控制層；在該半導體多層結構中的至少一個預定區(qū)中擴散一種雜質而使該有源層無序；以及用濕蝕刻把該第二涂層成型為一凸脊結構，其中，該蝕刻停止層中在該預定區(qū)中的雜質擴散濃度比在該預定區(qū)外的雜質擴散濃度大，等于或小于約2×1018cm-3。
在本發(fā)明一實施例中，該半導體基片包括一復合半導體材料，其主要成分為第一導電型的GaAs；該第一導電型的涂層包括一復合半導體材料，其主要成分為第一導電型的GaP；該有源層包括一復合半導體材料，其主要成分為GaP；該第一涂層、蝕刻停止層、第二涂層和能帶分級層各包括一復合半導體材料，其主要成分為第二導電型的GaP；該雜質供應控制層包括一復合半導體材料，其主要成分為GaAs。
在本發(fā)明另一實施例中，該半導體基片包括第一導電型的GaAs；該第一導電型的涂層包括第一導電型的AlGaInP；該有源層包括一由AlGaInP和GaInP構成的超點陣結構；該第一涂層和第二涂層各包括第二導電型的AlGaInP；該蝕刻停止層包括第二導電型的GaInP；該能帶分級層包括第二導電型的GaInP；以及該雜質供應控制層包括GaAs。
在本發(fā)明另一實施例中，該雜質供應控制層的厚度等于或大于100埃。
在本發(fā)明另一實施例中，在第二涂層中擴散的雜質在該預定區(qū)中沿從基片頂面到底面的基片法線方向的濃度梯度比在該預定區(qū)外沿基片法線方向的濃度梯度大，等于或小于約2×1018cm-3μm-1。
在本發(fā)明另一實施例中，在該有源層中擴散的雜質在該預定區(qū)中的擴散濃度比在該預定區(qū)外的擴散濃度大，等于或小于約2×1018cm-3。
在本發(fā)明另一實施例中，該雜質為Zn。
因此，本文所述本發(fā)明可(1)提供一種輸出提高的窗式結構半導體激光裝置；(2)提供該半導體激光裝置的一種制造方法。
本領域普通技術人員可從結合附圖的下述詳述中清楚看出本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點。
圖1示出本發(fā)明窗式結構半導體激光裝置和現有窗式結構半導體激光裝置的各層中的Zn濃度。
圖2A-2D為示出本發(fā)明窗式結構半導體激光裝置的制造方法的各步驟的立體圖。
圖3為測量各樣本獲得的Zn擴散分布圖，示出固相擴散過程中Zn在GaAs中的擴散。
圖4示出Zn在GaInP蝕刻停止層中的擴散濃度與本發(fā)明制造方法一步驟中過度蝕刻深度之間的關系。
圖5示出多個半導體激光器樣本的可靠性測試結果，在這些樣本中，Zn在GaInP蝕刻停止層中的擴散濃度不同。
圖6A-6D示出一現有窗式結構半導體激光裝置的制造方法的各步驟。
下面說明本發(fā)明半導體激光裝置的制造方法。圖2A-2D示出本發(fā)明窗式結構半導體激光裝置制造方法的各步驟。
首先，如圖2A所示，用MOVPE法在一n-GaAs基片201上生成如下半導體多層結構，其中，各層以如下次序相繼生長成晶體一n-AlGaInP涂層202、一AlGaInP/GaInP超點陣有源層203、一p-AlGaInP第一涂層204、一p-GaInP蝕刻停止層205、一p-AlGaInP第二涂層206、一p-GaInP能帶分級層207和一p-GaAs雜質供應控制層208。也可使用任何其他晶體生長法，例如MBE(分子束取向附生)法。
接著，如圖2B所示，用濺射法在上述半導體多層結構上生成一ZnO薄膜209。在該ZnO薄膜209上涂上一抗有機薄膜(未示出)后，用光刻工藝生成寬度為幾十μm的條。用濕蝕刻除去ZnO薄膜209和p-GaAs雜質供應控制層208的位于這些條之外的部分。但是p-GaAs雜質供應控制層208的這些部分并不向下一直除去到底下的p-GaInP能帶分級層207。然后，使用等離子體CVD工藝在該半導體多層結構上形成一SiN薄膜210覆蓋這些條。而且進行退火，從而擴散ZnO薄膜209中的Zn。具體地說，Zn從p-GaAs雜質供應控制層208的頂面向基片201方向固相擴散，從而到達n-AlGaInP涂層202。通過Zn的這一固相擴散，形成互相平行的條狀雜質擴散區(qū)211。該雜質擴散區(qū)211位于最終所得半導體激光裝置的激光腔端面附近，從而用作半導體激光裝置的窗式結構。
在上述Zn固相擴散過程中生成的條狀雜質擴散區(qū)211中，不僅有源層203的晶體、而且蝕刻停止層205的晶體被無序化。窗式結構通過有源層203的無序化而生成。但是，該無序作用還造成蝕刻停止層205的作用減弱。換句話說，在生成窗式結構時，理想的情況是，有源層203無序化的同時蝕刻停止層205的作用保持不變。為此，重要的是，在進行Zn的固相擴散時(或更一般地，在擴散任何雜質時)，應使Zn在該半導體多層結構的各層、特別是n-AlGaInP涂層202、AlGaInP/GaInP超點陣有源層203、p-AlGaInP第一涂層204、p-GaInP蝕刻停止層205和p-AlGaInP第二涂層206中的擴散濃度保持在低值上。
下面說明根據本發(fā)明的控制Zn(更一般地，所擴散的任何雜質)在該半導體多層結構中的條狀雜質擴散區(qū)211中的擴散濃度的一種方法。
圖3示出通過測量各樣本獲得的Zn的擴散分布。具體地說，在一ZnO薄膜上形成一SiN頂層，然后沉積到一GaAs層上，從而獲得一樣本，然后在氮氣中加熱該樣本，造成Zn的固相擴散。從該圖可看出，Zn在GaAs層中的擴散行為如下低擴散濃度陣面(Zn濃度約2×1018cm-3)具有較高擴散速度，而高擴散濃度陣面(Zn濃度約3×1018cm-3)具有較低擴散速度。而且，一般來說，含有P作為V組元素的復合半導體材料、例如AlGaInP和GaInP的Zn擴散速度比含有As作為V組元素的復合半導體材料、例如AlGaAs和GaAs高得多。
利用Zn的上述擴散行為，本發(fā)明使用下述程序把該半導體多層結構的位于p-GaInP能帶分級層207與基片201之間各AlGaInP層、即n-AlGaInP涂層202、AlGaInP/GaInP超點陣有源層203、p-AlGaInP第一涂層204、p-GaInP蝕刻停止層205和p-AlGaInP第二涂層206中在條狀雜質擴散區(qū)211中的Zn濃度控制在低值上。
首先，以上述方式在p-GaAs雜質供應控制層208上形成ZnO薄膜209，使得該p-GaAs雜質供應控制層208位于ZnO薄膜209與p-GaInP能帶分級層207之間。此外，規(guī)定擴散條件，使得GaAs中只有低濃度Zn擴散陣面到達p-GaAs雜質供應控制層208與p-GaInP能帶分級層207之間的交界面。因此可把該半導體多層結構的位于p-GaInP能帶分級層207與基片201之間各層的條狀雜質擴散區(qū)211中的Zn濃度控制在低值(即等于或小于約2×1018cm-3)上。
圖1示出本發(fā)明半導體激光裝置和現有窗式結構半導體激光裝置各層中的Zn濃度。從圖1可見，p-GaInP蝕刻停止層205中的Zn濃度等于或小于約2×1018cm-3。在這種情況下，防止蝕刻停止層205進入不希望的高度混合晶體狀態(tài)。
從圖1所示本發(fā)明所得結果可見，不僅在p-GaInP蝕刻停止層205中、而且在AlGaLnP/GaInP超點陣有源層203、p-AlGaInP第一涂層204和p-AlGaInP第二涂層206中雜質(該例中為Zn)的擴散濃度都等于或小于約2×1018cm-3。雜質(Zn)擴散濃度在有源層203與基片201之間的各層(例如與n-AlGaInP涂層202對應的部分)中甚至更低。
應該看到，上述值2×1018cm-3比雜質擴散區(qū)211外部區(qū)域即半導體激光裝置的激光腔的內部的雜質濃度高(也示出在圖1中)。
p-GaAs雜質供應控制層208的厚度最好等于或大于約100埃。如果p-GaAs雜質供應控制層208的厚度小于約100埃，在p-GaAs雜質供應控制層208中就很難控制高濃度Zn擴散陣面停止前進。
如圖2C所示，使用合適蝕刻劑、例如氫氟酸除去SiN薄膜210和ZnO薄膜209。此外，用硫酸與過氧化氫的混合液蝕刻掉p-GaAs雜質供應控制層208。然后用公知工藝在露出的p-GaInP能帶分級層207上形成沿一與雜質擴散區(qū)211縱向垂直的平面伸展的條狀SiO2薄膜212。把條狀SiO2薄膜212用作掩模，使用乙酸型蝕刻劑把p-GaInP能帶分級層207蝕刻成凸脊形。然后用硫酸型蝕刻劑蝕刻p-AlGaInP第二涂層206，直到到達p-GaInP蝕刻停止層205。從而，如圖2C所示，形成由p-GaInP能帶分級層207和p-AlGaInP第二涂層206構成的一凸脊結構。
由于在條狀雜質擴散區(qū)211以外的區(qū)域(相當于最終所得半導體激光器的激光腔的內部)中硫酸型蝕刻劑的蝕刻選擇率對p-AlGaInP第二涂層206比對p-GaInP蝕刻停止層205高，因此該蝕刻過程可成功地停止在蝕刻停止層205上。另一方面，在條狀雜質擴散區(qū)211(與最終所得半導體激光器的窗式結構對應)中，由于GaInP與AlGaInP已成為混合晶體，因此Al在GaInP中擴散。因此，蝕刻停止層205位于條狀雜質擴散區(qū)211中的部分的蝕刻率比位于條狀雜質擴散區(qū)211之外部分高。
但是，互相擴散的程度決定于通過擴散所植入的Zn的數量。使用本發(fā)明上述方法把蝕刻停止層205中在條狀雜質擴散區(qū)211中的Zn濃度減小到等于或小于約2×1018cm-3，就可把p-AlGaInP第二涂層206保持在高蝕刻選擇率上。
因此，按照本發(fā)明，在雜質擴散區(qū)211中以及雜質擴散區(qū)211以外部分(與最終所得半導體激光器的激光腔的內部對應)，用來形成凸脊結構的蝕刻成功地被蝕刻停止層205停止。從而所得凸脊的形狀和高度得到良好控制。
圖4示出Zn在GaInP蝕刻停止層205中的擴散濃度與GaInP蝕刻停止層205無法停止蝕刻、從而蝕刻向基片201進行時所生成的過度蝕刻深度之間的關系。
如圖4所示，過度蝕刻深度隨著GaInP蝕刻停止層205中的Zn濃度的增加而增加。換句話說，隨著GaInP蝕刻停止層205中的Zn濃度的增加，第二涂層206與蝕刻停止層205之間的蝕刻選擇率由于第二涂層206和蝕刻停止層205中生成混合晶體而下降，因此蝕刻停止層205無法正確停止蝕刻。相反，按照本發(fā)明，由于確保蝕刻停止層205的雜質擴散區(qū)211中的Zn濃度等于或小于約2×1018cm-3，因此可防止雜質擴散區(qū)211中發(fā)生過度蝕刻。
回到圖2C，用光刻和蝕刻工藝除去SiO2薄膜212中與雜質擴散區(qū)211對應的部分，從而留下開口。
然后，如圖2D所示，用使用MOVPE法的選擇生長工藝生成一n-型電流阻擋層213覆蓋該凸脊結構。除去用作掩模的SiO2薄膜212后，在n-型電流阻擋層213上生成一p-GaAs接觸層214。使用公知工藝形成p-側和n-側歐姆電極(未示出)。
沿一與凸脊結構縱向垂直的平面在雜質擴散區(qū)211切開所得半導體多層結構，從而形成激光腔端面。從而生成圖2D所示窗式結構半導體激光裝置。
為了研究本發(fā)明的效果，對GaInP蝕刻停止層205中Zn擴散濃度不同的多個半導體激光裝置樣本進行可靠性測試。圖5示出所得結果。在如下條件下進行可靠性測試工作溫度為60℃；輸出功率為35mW；振蕩波長為659nm。
從圖5可見，在GaInP蝕刻停止層205中Zn濃度為3×1018cm-3的半導體激光器樣本中由于上述理由出現過度蝕刻，電流阻擋層213中的傳播損失增加。因此，在高功率工作條件下激光腔端面附近的光吸收造成半導體激光裝置迅速惡化(即工作電流增加)。因此，這一半導體激光器無法獲得足夠的可靠性。另一方面，在GaInP蝕刻停止層205中Zn濃度控制在等于或小于約2×1018cm-3的本發(fā)明半導體激光器樣本中，端面附近充分形成凸脊。因此，本發(fā)明半導體激光器顯示出優(yōu)良的可靠性，工作電流長期保持穩(wěn)定，從而按照本發(fā)明可獲得實用的高功率激光器。
按照本發(fā)明，所得半導體激光器的激光輸出端面由于Zn擴散而無序化。因此，有源層203在激光輸出端面附近的該無序化區(qū)域中的帶隙比在有源層203的非無序化區(qū)域的帶隙大。因此有源層203的無序化區(qū)域形成窗式結構。由于在窗式結構中擴散的Zn的濃度控制在低值上，因此防止蝕刻停止層205遭到破壞，從而過度蝕刻降到最低程度。因此本發(fā)明半導體激光裝置的凸脊的生成受到良好控制。
由于本發(fā)明半導體激光裝置的凸脊的生成受到良好控制，因此可防止由電流阻擋層213造成的傳播損失。從而，由于激光器端面附近沒有傳播損失，因此可獲得高功率半導體激光器。
按照本發(fā)明，植入半導體多層結構的各層在條狀雜質擴散區(qū)211中的部分中的Zn的濃度控制在低值上(即等于或小于約2×1018cm-3)。特別是，由有源層203中載流子散布造成的傳播損失可降到最低。
盡管在上述例子中所示雜質供應控制層208由GaAs構成，但按照本發(fā)明，雜質供應控制層208也可由擴散速度比AlGaInP組材料低的其他材料構成。此時所得結果與使用上述GaAs雜質供應控制層所得結果相同。
該半導體多層結構各層的制作材料可使用其主要成分為GaP的復合半導體材料。
盡管在上述例子中所擴散雜質為Zn，但本發(fā)明可使用其他雜質，例如Si。此時，所得結果與使用Zn雜質所得結果相同。
如圖1所示，本發(fā)明所得結果表明，在AlGaInP/GaInP超點陣有源層203、p-AlGaInP第一涂層204、p-GaInP蝕刻停止層205和p-AlGaInP第二涂層206的垂直方向上有一等于或小于約每μm2×1018cm-3的雜質(例如Zn)擴散濃度梯度(為簡明起見，該擴散濃度梯度表為“等于或小于約2×1018cm-3μm-1”)。確切說，雜質的擴散濃度梯度的方向從基片210的頂面到底面與基片201的表面垂直(本文中稱為“基片的法線方向”)。
按照本發(fā)明，結合有源層203的無序化過程有效使用GaAs雜質供應控制層208。因此可把植入半導體多層結構各層預定區(qū)(即雜質擴散區(qū))中的雜質(例如Zn)的濃度控制在低值上。因此，可用蝕刻停止層成功停止用來形成半導體激光裝置的一凸脊的濕蝕刻過程，從而可精確控制該凸脊的形狀和高度。
由于本發(fā)明半導體激光裝置的凸脊的生成受到良好控制，因此可控制該激光裝置所發(fā)出的光的展開角。由于防止過度蝕刻在有源層203緊旁生成電流阻擋層213，因此防止傳播損失。
按照本發(fā)明，結合有源層203的無序化過程使用GaAs雜質供應控制層208把在半導體多層結構各層晶體中植入和擴散的雜質(例如Zn)的濃度控制在低值上(即等于或小于約2×1018cm-3)。由于防止過度蝕刻在有源層203緊旁生成電流阻擋層213，因此由特別在有源層203中的載流子散布造成的傳播損失降到最低。
本領域普通技術人員顯然可在本發(fā)明的范圍和精神內作出種種修正。因此，后附權利要求的范圍不受上述說明的限制，而是這些權利要求可作更寬泛的解釋。
權利要求
1.一種半導體激光裝置，包括一第一導電型的半導體基片；該半導體基片上的一第一導電型的涂層；該第一導電型的涂層上的一有源層，該有源層具有超點陣結構，它在至少一個激光腔端面附近有一無序區(qū)；該有源層上的一第二導電型的第一涂層；該第一涂層上的一第二導電型的蝕刻停止層；以及該蝕刻停止層上的一第二導電型的第二涂層，該第二涂層形成一凸脊結構，該凸脊結構沿激光腔長度方向伸展，并具有一預定寬度，其中，蝕刻停止層中在至少一個激光腔端面附近的雜質濃度比在激光腔內部的雜質濃度大，并且等于或小于約2×1018cm-3。
2.按權利要求1所述的半導體激光裝置，其中，該半導體基片包括一復合半導體材料，其主要成分為第一導電型的GaAs；該第一導電型的涂層包括一復合半導體材料，其主要成分為第一導電型的GaP；以及該有源層包括一復合半導體材料，其主要成分為GaP，以及該第一涂層、蝕刻停止層和第二涂層各包括一復合半導體材料，其主要成分為第二導電型的GaP。
3.按權利要求1所述的半導體激光裝置，其中，該半導體基片包括第一導電型的GaAs；該第一導電型的涂層包括第一導電型的AlGaInP；該有源層包括AlGaInP和GaInP；該第一涂層包括第二導電型的AlGaInP；該蝕刻停止層包括第二導電型的GaInP；以及該第二涂層包括第二導電型的AlGaInP。
4.按權利要求1所述的半導體激光裝置，其中，第二涂層中在至少一個激光腔端面附近沿從基片頂面到底面的基片法線方向的雜質濃度梯度比在激光腔內部沿基片法線方向的雜質濃度梯度大，并且等于或小于約2×1018cm-3μm-1。
5.按權利要求1所述的半導體激光裝置，其中，有源層中在至少一個激光腔端面附近的雜質濃度比在激光腔內部的雜質濃度大，并且等于或小于約2×1018cm-3。
6.按權利要求2所述的半導體激光裝置，其中，該雜質為Zn。
7.一種半導體激光裝置的制造方法，包括下列步驟在一第一導電型的半導體基片上形成一半導體多層結構，該半導體多層結構包括一第一導電型的涂層；一具有超點陣結構的有源層；一第二導電型的第一涂層；一第二導電型的蝕刻停止層；一第二導電型的第二涂層；一第二導電型的能帶分級層；以及一雜質供應控制層；至少在該半導體多層結構中的一個預定區(qū)中擴散一種雜質而使該有源層無序化；以及用濕蝕刻把該第二涂層成型為一凸脊結構，其中，該蝕刻停止層中在該預定區(qū)中的雜質擴散濃度比在該預定區(qū)外的雜質擴散濃度大，并且等于或小于約2×1018cm-3。
8.按權利要求7所述的方法，其中，該半導體基片包括一復合半導體材料，其主要成分為第一導電型的GaAs；該第一導電型的涂層包括一復合半導體材料，其主要成分為第一導電型的GaP；該有源層包括一復合半導體材料，其主要成分為GaP；該第一涂層、蝕刻停止層、第二涂層和能帶分級層各包括一復合半導體材料，其主要成分為第二導電型的GaP；該雜質供應控制層包括一復合半導體材料，其主要成分為GaAs。
9.按權利要求7所述的方法，其中，該半導體基片包括第一導電型的GaAs；該第一導電型的涂層包括第一導電型的AlGaInP；該有源層包括一含有AlGaInP和GaInP的超點陣結構；該第一涂層和第二涂層各包括第二導電型的AlGaInP；該蝕刻停止層包括第二導電型的GaInP；該能帶分級層包括第二導電型的GaInP；以及該雜質供應控制層包括GaAs。
10.按權利要求7所述的方法，其中，該雜質供應控制層的厚度等于或大于100埃。
11.按權利要求7所述的方法，其中，在第二涂層中擴散的雜質在該預定區(qū)中沿從基片頂面到底面的基片法線方向的濃度梯度比在該預定區(qū)外沿基片法線方向的濃度梯度大，并且等于或小于約2×1018cm-3μm-1。
12.按權利要求7所述的方法，其中，該有源層中在該預定區(qū)中的雜質擴散濃度比在該預定區(qū)外的雜質擴散濃度大，并且等于或小于約2×1018cm-3。
13.按權利要求8所述的方法，其中，該雜質為Zn。
全文摘要
一種半導體激光裝置包括:第一導電型的半導體基片;基片上的第一導電型涂層;第一導電型涂層上的有源層,有源層具有超點陣結構,在激光腔端面附近有一無序化區(qū);有源層上的第二導電型的第一涂層;第一涂層上的第二導電型的蝕刻停止層;蝕刻停止層上的第二導電型的第二涂層,第二涂層形成一凸脊結構,沿激光腔縱向伸展,具有預定寬度。蝕刻停止層中在激光腔端面附近的雜質濃度比激光腔內部的大,等于或小于約2×10
文檔編號H01S5/343GK1273448SQ00106200
公開日2000年11月15日 申請日期2000年5月8日 優(yōu)先權日1999年5月7日
發(fā)明者大西俊一, 足立秀人, 萬濃正也, 高森晃 申請人:松下電子工業(yè)株式會社