制造半导体激光器的方法

摘要

本发明涉及制造半导体激光器的方法。该半导体激光器，其中，(λa-λw)＞(大于)15(nm)且Lt小于25(μm)，这里，“λw(nm)”是与设置在谐振器方向上的距一个端面的距离在2μm内的位置处的有源层的带隙相对应的光波长，“λa(nm)”是与设置在谐振器方向上的距一个端面间隔等于或大于(3/10)L且等于或小于(7/10)L的距离的位置处的有源层的带隙相对应的光波长，“L”是谐振器长度，并且“Lt”是在具有与λw+2(nm)的光波长相对应的带隙的有源层的位置和具有与λa-2(nm)的光波长相对应的带隙的有源层的位置之间设置的过渡区在谐振器方向上的长度。

权利要求

1.一种制造半导体激光器的方法，包括：在衬底上形成有源层；以及

将杂质扩散到靠近所述有源层的端面的区域中，以使所述有源层合金化，其中，所述的使所述有源层合金化包括：制备半导体层A和半导体层B；

当所述半导体层A相对于所述杂质的固溶极限浓度为Ma且所述半导体层B相对于所述杂质的固溶极限浓度为Mb并且Ma>Mb时，在所述有源层上顺序形成所述半导体层B和所述半导体层A；

在其中靠近所述端面的所述区域要被形成的区域与其中除了靠近所述端面的所述区域以外的区域要被形成的区域之间的所述半导体层A中形成沟槽；以及形成包括所述杂质的层以便仅与其中靠近所述端面的所述区域要被形成的所述区域中的所述半导体层A的表面进行接触或者仅将其中靠近所述端面的所述区域要被形成的所述区域中的所述半导体层A的表面暴露于包括所述杂质的气体，并且使所述杂质通过所述半导体层A和所述半导体层B扩散到其中靠近所述端面的所述区域要被形成的所述区域中的所述有源层中。

2.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，当所述半导体层A为帽层且所述半导体层B为覆盖层时，所述帽层保留在除了靠近所述端面的所述区域以外的所述区域要被形成的所述区域中的所述覆盖层上。

3.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，当所述半导体层A为帽层且所述半导体层B为覆盖层时，所述帽层保留在其中靠近所述端面的所述区域要被形成的所述区域中的所述覆盖层上。

4.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，当所述半导体层A为帽层且所述半导体层B为覆盖层时，在其中靠近所述端面的所述区域要被形成的所述区域中，去除所述覆盖层上的所述帽层，以及在所述覆盖层上形成电流阻挡层。

5.如权利要求4所述的制造半导体激光器的方法，其中，所述电流阻挡层是单层或多层结构。

6.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，所述的形成所述沟槽的步骤包括：

在所述沟槽中，形成防止所述杂质扩散的层。

7.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，所述杂质为Zn。

8.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，形成所述半导体层B的材料包括：GaInP、AlGaInP或AlGaAs。

9.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，形成所述半导体层A的材料包括：GaAs。

10.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，包括所述杂质的所述层是通过溅射法形成的ZnO膜。

11.如权利要求1所述的制造半导体激光器的方法，其中，所述半导体激光器是自激振荡的。

12.一种使杂质通过半导体层A扩散到半导体层B中的方法，包括：制备所述半导体层A和所述半导体层B；

当所述半导体层A相对于所述杂质的固溶极限浓度为Ma且所述半导体层B相对于所述杂质的固溶极限浓度为Mb并且Ma>Mb时，在所述半导体层B上形成所述半导体层A；

在所述半导体层A中形成沟槽，以在所述半导体层B上形成第一半导体层A和第二半导体层A；以及形成包括所述杂质的层以便仅与所述第一半导体层A的表面进行接触，并且使杂质通过所述第一半导体层A扩散到所述半导体层B中。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述杂质为Zn。

14.如权利要求12所述的方法，其中，形成所述半导体层B的材料包括：GaInP、AlGaInP或AlGaAs。

15.如权利要求12所述的方法，其中，形成所述半导体层A的材料包括：GaAs。

说明书

制造半导体激光器的方法

[0001] 本申请是申请日为2010年3月1日、申请号为201010124930.x、申请人为“瑞萨电子株式会社”且发明名称为“半导体激光器以及制造半导体激光器的方法”的发明专利申请的分案申请。

[0002] 本申请基于日本专利申请No.2009-046074，其内容通过引用结合于此。

技术领域

[0003] 本发明涉及一种半导体激光器以及制造半导体激光器的方法。

背景技术

[0004] 作为用于防止在半导体激光器中由于光学损伤而导致端面劣化的技术，已提出了下述技术，其中，在端面处设置不吸收激光器振荡光的窗口结构。

[0005] 例如，日本未审专利公布No.2006-319120公开了一种防止杂质扩散的改进的半导体激光器。

[0006] 图16A至16C示出制造该半导体激光器的工艺。首先，对ZnO层201进行选择性蚀刻，并对其中要形成增益区004的p-GaAs接触层109进行选择性蚀刻(图16A)。然后，在晶片的整个表面上形成电介质膜202(图16B)。然后，执行热处理(退火)以将ZnO层201中的Zn以固相扩散到有源层(active layer)104中(图16C)。

[0007] 以此方式，在该半导体激光器中，Zn仅从与p-GaAs接触层109形成接触的一部分扩散。因此，与其中对在整个表面上提供的接触层进行扩散杂质的结构相比较而言，防止了杂质扩散。

[0008] 另外，日本未审专利公布No.2006-319120还公开了一种结构，其中，在Zn扩散区的两侧设置有包括杂质的分割区，从而防止由于退火而导致杂质扩散到在窗口区两侧上设置的增益区中的有源层中。

[0009] 在日本未审专利公布No.2006-319120所公开的半导体激光器中，如图16A、16B和16C中所示，仅在其中要形成窗口区的区域中形成p-GaAs接触层109，其中，在有源层104上形成有ZnO层201，并且从大部分增益区去除p-GaAs接触层109。如日本未审专利公布No.2006-319120的说明书或附图中所述，在除了窗口以外的部分中，在使p型GaInP覆盖层
107的表面暴露的情况下执行后续制造工艺。

[0010] 然而，本技术领域中所公知的是，与由GaAs构成的层相比，例如由于热处理或等离子体工艺而产生的缺陷更易于发生在由GaInP或AlGaInP构成的层的表面附近。因此，由于制造工艺中的热历史而引起的晶体缺陷易于发生在暴露的p型GaInP覆盖层107中。该缺陷由于热处理而扩展到晶体中，并且使形成该晶体的元素相互扩散。因此，在增益区中的有源层104中，由于晶体的相互扩散而发生合金化(alloying)，这会导致带隙变化。

[0011] 即使防止了Zn在横向方向上的扩散，也难以以高重复性防止其中未提供p-GaAs接触层109的增益区中的有源层的合金化。

[0012] 虽然在日本未审专利公布No.2006-319120中未详细说明有源层的带隙，但有源层的带隙由于在未形成ZnO层201的增益区中的合金化而可能扩宽。

[0013] 日本未审专利公布No.2007-318077公开了一种防止由于工艺损伤而产生晶体缺陷的改进的半导体激光器。

[0014] 图17A至17D示出制造半导体激光器的工艺。首先，在n型GaAs衬底2上顺序形成n型AlGaInP覆盖层3、有源层4、第一p型AlGaInP覆盖层5、p型蚀刻停止层6、第二p型AlGaInP覆盖层7、p型势垒降低层8和p型GaAs帽层9，并且去除靠近谐振器的端面的p型GaAs帽层9，以形成开口。然后，在该开口中形成ZnO层11，并且执行热处理以使包括在ZnO层11中的Zn扩散到有源层4中，从而形成窗口区M。然后，在谐振器方向上形成条带状绝缘膜掩模图案16，以便覆盖窗口区M。然后，通过选择性蚀刻溶剂仅去除p型GaAs帽层9，以形成脊部17。根据日本未审专利公布No.2007-318077，可以提高制造良率。

[0015] 在日本未审专利公布No.2007-318077所公开的制造半导体激光器的方法中，如图17D中所示，在将ZnO层11和p型GaAs帽层9设置在同一层上以便彼此接触时执行热处理，从而将在ZnO层11中的Zn扩散到有源层4中。在此情况下，Zn通过p型GaAs帽层9在谐振器方向上扩散。结果，有源层的非增益区扩宽，这导致阈值电流值增大。

[0016] 当有源层中的非增益区的体积大时，不能得到足够的增益，这致使阈值电流值增大。特别地，在具有相对小的谐振器长度的用于播放光盘的激光器中，该现象是显著的。另外，在诸如自激振荡激光器的利用增益与损失之间的精细平衡的器件中，极难发生自激振荡。

[0017] 如上所述，日本未审专利公布No.2006-319120和2007-318077中所公开的现有技术存在下列问题。

[0018] 首先，由于杂质在有源层的谐振器方向上扩散而使得非增益区扩宽，这导致阈值电流值增大。

[0019] 其次，由于工艺损伤而出现晶体缺陷，所以难以以高重复性控制有源层的合金化。

发明内容

[0020] 在一个实施例中，提供一种半导体激光器，其包括：衬底；以及有源层，该有源层设置在衬底上。靠近至少一个端面的区域中的有源层通过杂质扩散而被合金化。靠近所述端面的区域中的有源层的带隙比除了靠近所述端面的区域以外的区域中的有源层的带隙更宽。在该半导体中，(λa-λw)＞(大于)15(nm)且Lt小于25(μm)，其中，“λw(nm)”是与设置在谐振器方向上在距一个端面的2μm距离内的位置处的有源层的带隙相对应的光波长，“λa(nm)”是与设置在谐振器方向上在距一个端面间隔等于或大于(3/10)L且等于或小于(7/10)L的距离的位置处的有源层的带隙相对应的光波长，“L”是谐振器长度，并且“Lt”是设置在具有与λw+2(nm)的光波长相对应的带隙的有源层的位置与具有与λa-2(nm)的光波长相对应的带隙的有源层的位置之间的过渡区在谐振器方向上的长度。

[0021] 在制造λa-λw＞15nm且Lt小于25μm的半导体激光器的工艺中，可以通过减小Lt以及急剧改变靠近端面的区域中的有源层的带隙来减小阈值电流值。

[0022] 在另一实施例中，提供一种制造半导体激光器的方法，该方法包括：在衬底上形成有源层；以及将杂质扩散到靠近有源层的端面的区域中，以使有源层合金化。使有源层合金化的步骤包括：制备半导体层A和半导体层B；当半导体层A相对于杂质的固溶极限浓度为Ma并且半导体层B相对于杂质的固溶极限浓度为Mb(Ma＞Mb)时，在有源层上顺序形成半导体层B和半导体层A；在其中靠近端面的区域要被形成的区域与其中除了靠近端面的区域以外的区域要被形成的区域之间的半导体层A中形成沟槽；以及形成包括杂质的层以便仅与靠近端面的区域要被形成的区域中的半导体层A的表面形成接触，或者仅将其中靠近端面的区域要被形成的区域中的半导体层A的表面暴露于包括杂质的气体，并且使杂质通过半导体层A和半导体层B扩散到其中靠近端面的区域要被形成的区域中的有源层中。

[0023] 根据制造半导体激光器的方法，可以制造其中靠近端面的区域中的有源层的带隙急剧改变的半导体激光器。

[0024] 即，在半导体层A中形成沟槽，以将其中靠近端面的区域要被形成的区域与其中除了靠近端面的所述区域以外的区域要被形成的区域分离，并且在包括杂质的层或包括杂质的气体仅与其中靠近端面的所述区域要被形成的区域中的半导体层A的表面进行接触的同时对杂质进行扩散。以此方式，可以防止杂质越过沟槽扩散到将成为除了靠近端面的所述区域以外的所述区域的区域中的半导体层A中。

[0025] 另外，由于Ma＞Mb，所以杂质浓度在半导体层A的预定区域或更多区域中达到饱和，并且杂质扩散到半导体层B中。换言之，可以防止在杂质开始扩散到半导体层A中的同时杂质在谐振器方向上扩散到半导体层B中。

[0026] 另外，执行后续制造工艺，并且在除了靠近端面的所述区域以外的区域要被形成的区域中保留半导体层A。因此，可以防止由于工艺损伤而出现晶体缺陷。

[0027] 在又一实施例中，提供一种使杂质通过半导体层A扩散到半导体层B中的方法。该方法包括：制备半导体层A和半导体层B；当半导体层A相对于杂质的固溶极限浓度为Ma并且半导体层B相对于杂质的固溶极限浓度为Mb(Ma＞Mb)时，在半导体层B上形成半导体层A；在半导体层A中形成沟槽，以在半导体层B上形成第一半导体层A和第二半导体层A；以及形成包括杂质的层以便仅与第一半导体层A的表面进行接触，并且使杂质通过第一半导体层A扩散到半导体层B中。

[0028] 根据本发明的上述实施例，可以提供一种能够防止由于光学损伤而使得端面劣化并且能够制作高良率、小阈值电流的半导体激光器及其制造方法。

附图说明

[0029] 从下面结合附图对某些优选实施例进行的说明，本发明的上述及其他目的、优点和特征将更加明显，附图中：

[0030] 图1是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器的结构的透视图；

[0031] 图2是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器的结构的透视图；

[0032] 图3A和3B是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器的制造工艺的图示；

[0033] 图4A和4B是示出根据本发明第一实施例的半导体激光器的制造工艺的图示；

[0034] 图5是示出从半导体激光器的端面的在谐振器方向上的有源层的光致发光波长(带隙)的变化的曲线图；

[0035] 图6A和6B是示出半导体激光器的相干性(自激振荡强度)的柱状图；

[0036] 图7A和7B是示出根据本发明实施例的半导体器件的制造方法中的Zn扩散工艺与根据比较例的半导体器件的制造方法的Zn扩散工艺之间的差异的图示；

[0037] 图8是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器的结构的透视图；

[0038] 图9是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器的结构的透视图；

[0039] 图10A和10B是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器的制造工艺的图示；

[0040] 图11是示出根据本发明第二实施例的半导体激光器的制造工艺的图示；

[0041] 图12A和12B是示出根据本发明第三实施例的半导体激光器的制造工艺的图示；

[0042] 图13A和13B是示出根据比较例的半导体激光器的制造工艺的图示；

[0043] 图14A和14B是示出根据比较例的半导体激光器的制造工艺的图示；

[0044] 图15A和15B是示出根据比较例的半导体激光器的制造工艺的图示；

[0045] 图16A至16C是示出根据现有技术的半导体激光器的制造工艺的图示；以及[0046] 图17A至17D是示出根据现有技术的半导体激光器的制造工艺的图示。

具体实施方式

[0047] 现在，将参照示例性实施例来说明本发明。本领域技术人员将认识到，利用本发明的教导能够实现许多可替选的实施例，并且本发明并不限于为了解释目的而示出的实施例。

[0048] 以下，将参照附图来说明本发明的示例性实施例。图中，相同的部件由相同的附图标记表示，并且将不再重复对其的说明。

[0049] (第一实施例)

[0050] 将参照图1和图2来说明本发明的第一实施例。

[0051] 图1是示出根据第一实施例的半导体激光器的结构的透视图。图2是示出当去除图1中所示的结构的一部分以便于理解内部结构时的半导体激光器的透视图。图中，暗色部分表示Zn扩散区511。

[0052] 根据第一实施例的半导体激光器是在其端部具有窗口结构的自激振荡半导体激光器。

[0053] 该半导体激光器包括衬底(n型GaAs衬底501)和在n型GaAs衬底501上设置的有源层(量子阱有源层504)。在半导体激光器的窗口结构中，靠近端面的至少一个区域的量子阱有源层504通过杂质扩散而被合金化，靠近端面的区域的量子阱有源层504的带隙比除了靠近端面的区域以外的区域的量子阱有源层504的带隙更宽。在本实施例中，使用Zn作为杂质，但本发明并不限于此。可以使用各种金属材料作为杂质。

[0054] 如图1中所示，在Zn扩散区511中，扩散Zn并增大Zn的浓度。在Zn扩散区511中，量子阱有源层504的带隙比其他部分的带隙更宽。

[0055] 在半导体激光器中，与设置在谐振器方向上距一个端面距离2μm的位置处的量子阱有源层504的带隙相对应的光波长为λw(nm)，谐振器长度为L，并且与设置在谐振器方向上距另一端面间隔等于或大于(3/10)L且等于或小于(7/10)L的距离的位置处的量子阱有源层504的带隙相对应的光波长为λa(nm)。另外，在谐振器方向上在具有与λw+2(nm)的光波长相对应的带隙的量子阱有源层504的位置和具有与λa-2(nm)的光波长相对应的带隙的量子阱有源层504的位置之间布置过渡区，且该过渡区的长度为Lt。在此情况下，λa-λw＞15(换言之，“λa-λw”大于15)nm且Lt小于25μm。

[0056] 如图1和图2中所示，根据本实施例的半导体激光器包括n型GaInP异质势垒降低层502、n型AlGaInP覆盖层503、p型AlGaInP覆盖层505、p型GaInP异质势垒降低层506、p型GaAs帽层507、n型AlInP/GaAs电流阻挡层513、p型GaAs接触层514、n电极(未示出)和p电极(未示出)。

[0057] 另外，形成包括量子阱有源层504、n型AlGaInP覆盖层503和p型AlGaInP覆盖层505的双异质结构。电流阻挡层可以是单层或多层结构。在本实施例中，使用多层结构(n型AlInP/GaAs电流阻挡层513)作为电流阻挡层。

[0058] 如图1和图2中所示，在n型GaAs衬底501上堆叠n型GaInP异质势垒降低层502、n型AlGaInP覆盖层503、量子阱有源层504、p型AlGaInP覆盖层505、p型GaInP异质势垒降低层506、p型GaAs帽层507和p型GaAs接触层514。另外，在p型AlGaInP覆盖层505上形成脊状部(脊状条带)。在脊的侧面(脊状p型AlGaInP覆盖层505的侧壁)上形成包括n型AlInP/GaAs电流阻挡层513的电流缩窄结构。在n型GaAs衬底501下方形成有n电极(未示出)，并且在p型GaAs接触层514上形成有p电极。

[0059] 如图2中所示，在靠近端面的区域与除了靠近端面的区域以外的区域之间的p型GaAs帽层507中形成沟槽(分离槽)。该沟槽使得在靠近端面的区域中形成扩散有Zn的p型GaAs帽层507，并且使得除了在Zn扩散工艺之前的工艺中所包括的以外，在增益区中的量子阱有源层504上形成不包括Zn的p型GaAs帽层507。

[0060] 根据上述结构，可以形成其中在脊的侧面上形成饱和吸收区的自激振荡半导体激光器。另外，可以适当地调节脊部与脊的两侧之间的折射率差和脊宽度。谐振器长度L没有具体限定。例如，谐振器长度L可以等于或小于500μm。根据本实施例的半导体激光器可以具有脊状条带或掩埋脊条带。

[0061] 接下来，将参照图3A和3B以及图4A和4B来说明第一实施例的制造方法。

[0062] 图3A和3B以及图4A和4B是示出根据第一实施例的半导体激光器的制造方法的工序的图示。在图中，示出了与晶片中的一个半导体激光器相对应的部分。然而，在实际制造工艺中，在晶片上二维地布置多个元件。

[0063] 根据本实施例的半导体激光器的制造方法包括下列工艺：在衬底(n型GaAs衬底501)上形成有源层(量子阱有源层504)的工艺；将杂质扩散到靠近量子阱有源层504的端面的区域中以使量子阱有源层504合金化的工艺。以此方式，可以在其中扩散有杂质的靠近端面的区域的量子阱有源层504中形成窗口结构。

[0064] 使量子阱有源层504合金化的工艺包括下列工艺(1)至(3)：

[0065] 工艺(1)：制备半导体层A和半导体层B，半导体层A相对于杂质的固溶极限浓度为Ma，半导体层B对于杂质的固溶极限浓度为Mb(Ma＞Mb，即Ma大于Mb)，并且在量子阱有源层504上顺序形成半导体层B和半导体层A；

[0066] 工艺(2)：在其中靠近端面的区域要被形成的区域与其中除了靠近端面的区域以外的区域要被形成的区域之间的半导体层A中形成沟槽；以及

[0067] 工艺(3)：形成包括杂质的层，以便使其仅与其中靠近端面的区域要被形成的区域中的半导体层A的表面进行接触，并且通过半导体层A和半导体层B将杂质扩散到其中靠近端面的区域要被形成的区域中的量子阱有源层504中。

[0068] 半导体层A可以由任何材料制成，只要该材料包括GaAs即可。半导体层B可以由任何材料制成，只要该材料包括GaInP、AlGaInP或AlGaAs即可。

[0069] 在本实施例中，半导体层A是p型GaAs帽层507，半导体层B是p型AlGaInP覆盖层505，且杂质为Zn。

[0070] 接下来，将详细说明工艺(1)、(2)和(3)。

[0071] [工艺(1)]

[0072] 首先，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在n型GaAs衬底501上外延生长n型GaInP异质势垒降低层502(厚度：0.02μm)、n型AlGaInP覆盖层503(厚度：1.2μm)、量子阱有源层504(包括厚度为0.006μm的GaInP阱层和厚度为0.005μm的AlGaInP势垒层的七重量子阱)、p型AlGaInP覆盖层505(厚度：1.2μm)、p型GaInP异质势垒降低层506(厚度：0.02μm)和p型GaAs帽层507(厚度：0.3μm)。

[0073] [工艺(2)]

[0074] 然后，通过化学气相沉积(CVD)法在p型GaAs帽层507上形成SiO2膜(厚度：0.1μm)，并且通过光刻和湿法蚀刻对SiO2膜的一部分进行开口。

[0075] 该开口在谐振器方向上的长度是7.5μm，并且该开口紧靠端面的一端与端面间隔12.5μm的距离。通过湿法蚀刻去除p型GaAs帽层507的设置在该开口正下方的部分。

[0076] 以此方式，如图3A所示，在与谐振器方向正交的方向上在p型GaAs帽层507中形成沟槽。因此，可以使p型GaAs帽层507中的其中靠近端面的区域要被形成的区域与其中除了靠近端面的区域以外的区域要被形成(增益区)的区域分离。

[0077] [工艺(3)]

[0078] 然后，在完全去除SiO2膜之后，通过CVD法形成SiO2膜508(厚度：0.2μm)，并且在将膜解理成激光器芯片时端面的中心附近形成开口。在此情况下，开口在谐振器方向上的长度为20μm。

[0079] 然后，通过溅射法形成ZnO膜509(厚度：0.1μm)和SiO2膜510(厚度：0.1μm)。

[0080] 以此方式，如图3A中所示，可以在沟槽中形成用于防止杂质扩散的层(SiO2膜508)。可以形成SiO2膜508，以便填充沟槽。SiO2膜508防止Zn在谐振器方向上扩散到p型GaAs帽层507中。用于防止杂质扩散的层并不限于SiO2膜508，而是可以使用各种材料。

[0081] 然后，在580℃的温度下执行热处理20分钟，以将Zn从ZnO膜509扩散到p型GaAs帽层507、p型GaInP异质势垒降低层506和量子阱有源层504，并且将Zn从量子阱有源层504的表面扩散到大约0.2μm的深度(图3A)。

[0082] 在此情况下，由于与去除了p型GaAs帽层507的区域相比，ZnO膜509与端面的面侧上的半导体接触，所以Zn没有扩散到去除区域(沟槽)上的谐振器的内部。由于p型GaInP异质势垒降低层506的表面与p型GaAs帽层507的表面相比，相对于诸如热处理或等离子体工艺的工艺较不稳定，所以其中去除了p型GaAs帽层507的区域的尺寸优选小的，但不为零。当该区域应用于半导体激光器时，该区域在谐振器方向上的尺寸优选在2至15μm的范围内。另外，可优选的是，通过与溅射法相比对膜的损伤较小的CVD法来形成诸如SiO2膜508的、与具有大面积的半导体进行接触的膜。

[0083] 在本实施例的下一工艺中，p型GaAs帽层507可以保留在其中除了靠近端面的区域以外的区域要被形成中的p型AlGaInP覆盖层505上(图2)。另外，p型GaAs帽层507可以保留在其中靠近端面的区域要被形成的区域中的p型AlGaInP覆盖层505上(图2)。以此方式，可以减小工艺损伤。

[0084] 然后，通过湿法蚀刻来去除SiO2膜508、ZnO膜509和SiO2膜510，并且形成新的SiO2膜512(厚度：0.2μm)。然后，通过光刻和湿法蚀刻将SiO2膜512处理成宽度为3至5μm的条带，并且通过湿法蚀刻来去除直到量子阱有源层504的表面上方0.2至0.4μm的位置处的半导体。以此方式，形成脊状条带(图3B)。

[0085] 然后，在保留条状SiO2膜512的同时通过MOCVD法在脊的两侧堆叠由n型AlInP或n型GaAs或其组合组成的n型AlInP/GaAs电流阻挡层513(厚度：1.0μm)(图4A)。

[0086] 然后，通过湿法蚀刻来去除条带状SiO2膜512，并且堆叠p型GaAs接触层514(图4B)。

[0087] 然后，在p型GaAs接触层514上形成p电极，并且对整个晶片进行处理，使得其厚度为约100μm。然后，在n型GaAs衬底501的下表面上形成n电极。然后，对晶片进行解理，使得在其中扩散有Zn的区域(Zn扩散区511)包括端面，并且将晶片划分成单独的半导体。通过上述处理得到根据本实施例的半导体激光器芯片。

[0088] 接下来，将参照表格1来说明当存在部分地去除的p型GaAs帽层507时提高Zn的横向扩散的机理。

[0089] 表格1示出Zn分别相对于GaAs和AlGaInP的固溶极限浓度以及本实施例中提供的p型GaAs帽层507和p型AlGaInP覆盖层505在扩散Zn之前的Zn浓度。从表格1中可看出，Zn相对于GaAs的固溶极限浓度比p型GaAs帽层507中的Zn浓度更大，但Zn相对于AlGaInP的固溶极限浓度几乎等于p型AlGaInP覆盖层505的Zn浓度。因而，另外掺杂到p型GaAs帽层507中的Zn的量大，而另外掺杂到p型AlGaInP覆盖层505中的Zn的量小。因此，从ZnO膜509扩散到p型GaAs帽层507的Zn难以扩散到p型GaInP异质势垒降低层506或p型AlGaInP覆盖层505中，并且易于在横向方向上扩散到p型GaAs帽层507中。当Zn的浓度在比预期的p型GaAs帽层507更宽的区域上达到饱和时，Zn开始在垂直方向上扩散到p型GaInP异质势垒降低层506和p型AlGaInP覆盖层505中，以便在扩散Zn之前将存在于p型GaInP异质势垒降低层506或p型AlGaInP覆盖层505中的Zn推出去。

[0090] 在本发明的工艺中，通过部分地去除p型GaAs帽层507来实现阻挡沿着谐振器方向的Zn扩散路径，可以防止Zn在谐振器方向上被顺序扩散到p型AlGaInP覆盖层505中。

[0091] 表格1中，p型GaAs帽层的固溶极限浓度基于Journal of Crystal Growth，167(1996)，p.17中所公开的数据。该文献公开了一种由包括Zn化合物的气相与由包括Zn作为杂质的GaAs半导体组成的固相之间的浓度平衡来估算Zn相对于GaAs的固溶极限浓度的方法。

[0092] 此外，在表格1中，发明人通过实验得到p型AlGaInP层的固溶极限浓度。通过SIMS测量由在堆叠方向上的Zn浓度分布来估算出Zn相对于AlGaInP的固溶极限浓度。在Physical Status Solid(a)，149(1995)，p.557中公开了估算时所使用的方法。

[0093] 此外，通过SIMS测量测出本实施例中提供的p型GaAs帽层507和p型AlGaInP覆盖层505在扩散Zn之前的Zn浓度。

[0094] [表格1]

[0095]固溶极限浓度 Zn原子的浓度
P型GaAs帽层 ＞1019cm-3 3×1018cm-3
P型AlGaInP层 ～1018cm-3 1×1018cm-3

[0096] 接下来，将描述与有源层的带隙相对应的光波长的测量结果。

[0097] 图5是示出与根据本实施例的半导体激光器(图5中的(a))和根据比较例的半导体激光器(图5中的(b))的有源层的带隙相对应的光波长的测量结果的曲线图，这将在下面说明。在曲线图中，水平轴表示在谐振器方向上的与端面的距离，并且垂直轴表示光致发光的光的峰值波长。另外，假定端面位置(水平轴为0μm的位置)处的光波长为λw(nm)，并且水平轴为100μm的位置处的光波长为λa(nm)。图5中，Lt表示过渡区的长度。

[0098] 波长λw和波长λa是与每个范围中任何位置处的量子阱有源层504的带隙相对应的光波长。通过测量光致发光的光的峰值波长得到光波长。

[0099] 在本实施例中，可以在谐振器方向上与一个端面间隔等于或大于(3/10)L且等于或小于(7/10)L的距离或者间隔等于或大于(4/10)L且等于或小于(6/10)L的距离的位置处的增益区中测量波长λa。例如，可以在谐振器方向上距端面的距离在等于或大于100μm且等于或小于150μm的范围内的任何位置处测量波长λa。

[0100] 例如，如果需要，为了测量而部分地去除会成为测量的障碍的光吸收层。

[0101] 由于过渡区中的有源层的带隙不同于增益区中的有源层的带隙，所以在过渡区中不产生对激光器振荡的增益。另外，由于半导体的吸收光谱自峰值波长开始扩展，所以在过渡区的一部分中会发生相对于从增益区产生的激光器振荡光的吸收损失。因此，为了有效地进行激光器振荡，优选Lt为小的。

[0102] 如图5中的(a)所示，在根据本实施例的半导体激光器中，波长在沿着水平轴的距离增加时极大变化。相反，如图5中的(b)所示，在根据比较例的半导体激光器中，波长在沿着水平轴的距离增加时适度地变化。

[0103] 过渡区的长度Lt在图5的(a)中为12μm，而在图5的(b)中为46μm。

[0104] 这样，在根据本实施例的半导体激光器中，过渡区的长度Lt小于比较例中的过渡区长度。因此，可以防止吸收损失并且减小阈值电流值。

[0105] 接下来，将说明本实施例的操作和效果。

[0106] 根据本实施例的半导体激光器具有窗口结构，其中，靠近两端面的区域中的量子阱有源层504合金化，并且靠近端面的区域中的量子阱有源层504的带隙比增益区(除了靠近端面的区域以外的区域)中的量子阱有源层504的带隙更宽。由于具有较宽带隙的区域用作不吸收激光器振荡光的透明窗口，所以可以显著地提高光学损伤(COD)发生的标准。以此方式，可以获得具有高稳定性的半导体激光器。

[0107] 在半导体激光器中，如果λa-λw＞15nm，则可以防止COD的发生。

[0108] 由于λa-λw＞15nm并且过渡区的长度Lt小于25μm，所以，如图5中所示，量子阱有源层504的带隙自两端在谐振器方向上急剧变化。因此，可以使不产生增益的非增益区缩窄并且扩宽增益区。另外，可以防止传播损失。结果，可以得到足够的增益并减小阈值电流值。特别地，这些效果在具有相对短谐振器长度并且用于播放光盘的激光器中非常显著。

[0109] 作为过渡区的长度Lt较小，所以由于光吸收而导致的损失得以减小。然而，当Lt非常小时，在扩散与非扩散区之间的边界处折射率发生大的变化，并且导波光的损失由于散射而增大。因此，Lt优选地等于或大于1μm，且更可优选地等于或大于3μm。

[0110] 在本实施例中，在自激振荡半导体激光器中，优选过渡区的长度Lt等于或小于12μm且等于或大于1μm。

[0111] 如上所述，在本实施例的半导体激光器中，靠近端面的有源层的带隙足够宽而不会吸收激光器振荡光，可以获得能够通过缩窄其中有源层的带隙自端面在谐振器方向上变化的区域，即急剧改变靠近端面的区域的带隙来减小阈值电流值并得到稳定的自激振荡的结构。

[0112] 如果Lt小于25μm而λa-λw的值等于或小于15nm，则非增益区的带隙与增益区的带隙之间的差减小，且难以充分防止COD的发生。

[0113] (比较例)

[0114] 接下来，将说明根据比较例的半导体激光器，其对应于日本未审专利公布No.2007-318077中所公开的半导体激光器。通过下列工艺来制造根据比较例的半导体激光器。

[0115] 首先，如图13A中所示，通过第一外延生长在n型GaAs衬底1001上顺序堆叠n型GaInP异质势垒降低层1002、n型AlGaInP覆盖层1003、量子阱有源层1004、p型AlGaInP覆盖层1005、p型GaInP异质势垒降低层1006和p型GaAs帽层1007，并且通过CVD和光刻在p型GaAs帽层1007上形成SiO2膜1008。在与靠近LD芯片的端面相对应的区域中对SiO2膜1008进行开口。然后，通过溅射法形成ZnO膜1009和SiO2膜1010。然后，当在大约600℃的温度下对产物加热10至30分钟时，Zn原子自p型GaAs帽层1007与ZnO膜1009之间的接触部扩散到半导体，并且形成用图13A中所示的深色部分代表的Zn扩散区
1011。然后，去除SiO2膜1008、ZnO膜1009和SiO2膜1010。然后，如图13B中所示，使用通过CVD和光刻形成的SiO2条带1012作为蚀刻掩模，通过湿法蚀刻或干法蚀刻，从量子阱有源层1004的上表面到0.2至0.4μm的深度去除半导体，从而形成脊。然后，如图14A和
14B中所示，形成抗蚀剂膜1015，并通过光刻和蚀刻去除SiO2条带1012和p型GaAs帽层
1007靠近端面的部分。然后，去除抗蚀剂膜1015并通过第二和第三外延生长工艺形成n型电流阻挡层1013和p型接触层1014，如图15A和15B所示。然后，形成上电极和下电极，并且分割半导体，使得Zn扩散区1011包括端面。以此方式，得到根据比较例的半导体激光器。

[0116] (实施例与比较例之间的比较)

[0117] 接下来，将说明本实施例与比较例相比较的效果。

[0118] 当通过上述制造工艺来制造根据比较例的半导体激光器时，Zn在谐振器方向上扩散，有源层的非增益区扩宽，且过渡区的长度Lt等于或大于25μm。这导致阈值电流值的增大。

[0119] 即，在根据比较例的半导体激光器中，如果Lt等于或大于25μm且有源层的带隙自端面向谐振器的内部缓慢减小，则非增益区的面积增大，且该增益可能不够，这导致阈值电流值增大。特别地，在具有相对小的谐振器长度的用于播放光盘的激光器中，该现象非常显著。另外，在诸如自激振荡激光器的利用增益与损失之间的精细平衡的器件中，可能难以发生自激振荡。

[0120] 相反，在根据本实施例的半导体激光器的制造工艺中，如上所述，由于λa-λw＞15nm且Lt小于25μm，所以可以获得小的半导体激光器。因此，量子阱有源层504的带隙自端面在谐振器方向上极大变化。以此方式，可以缩窄非增益区并扩宽增益区。另外，可以防止传播损失。结果，可以得到足够的增益并减小阈值电流值。特别地，这些效果在具有相对短谐振器长度且用于播放光盘的激光器中非常显著。此外，在本实施例中，可以维持增益与损失之间的平衡。因此，可以在自激振荡半导体激光器中获得稳定的自激振荡。

[0121] 接下来，将描述根据本实施例的制造方法与根据比较例的制造方法相比较的效果。

[0122] 根据本实施例的半导体激光器的制造工艺与根据比较例的半导体激光器的制造工艺的不同之处在于Zn扩散工艺(图7A和7B)。图5中的(a)和(b)所示的光致发光峰值波长的曲线分别对应于图7A和7B中所示的结构。

[0123] 在根据比较例的半导体激光器的制造工艺中，如图7B中所示，在量子阱有源层1004的整个表面上方形成p型GaAs帽层1007。因此，当执行热处理使p型GaAs帽层1007与ZnO膜1009彼此进行接触时，Zn通过p型GaAs帽层1007在谐振器方向上扩散到量子阱有源层1004中。然后，Zn扩散区1011扩宽，且量子阱有源层1004的非增益区也扩宽。

[0124] 相反，在根据本实施例的半导体激光器的制造工艺中，如图7A中所示，去除最上p型GaAs帽层507的一部分并形成分离槽。该分离槽可以将p型GaAs帽层507中的其中靠近端面的区域要被形成的区域与其中要形成增益区的区域分离。由于ZnO膜509只与其中靠近端面的区域要被形成的区域中的p型GaAs帽层507进行接触，所以可以防止Zn越过分离槽扩散到其中要形成增益区的区域中的p型GaAs帽层507中。另外，SiO2膜508插入在沟槽中，使得Zn不扩散到其中要形成增益区的区域中的p型GaAs帽层507中。

[0125] 如图7A和7B中所示，在热处理之后，其中扩散有Zn的部分成为Zn扩散区511和Zn扩散区1011。在图7B中，由于p型GaAs帽层未被切割，所以大量Zn在横向方向上扩散。相反，在图7A中，Zn在横向方向上仅扩散到由其中去除了p型GaAs帽层的部分形成的边界。因此，根据本发明的实施例的Zn扩散区511在谐振器方向上的长度小于比较示例的Zn扩散区1011在谐振器方向上的长度。

[0126] 这样，与比较例相比，本实施例的Zn在谐振器方向上的扩散被抑制。因此，在根据本实施例的制造工艺中，可以减小过渡区的长度Lt。即，可以从窗口区到谐振器内部急剧改变有源层的带隙。

[0127] 在本实施例中，即使当整个去除p型GaAs帽层507以形成ZnO膜509和SiO2膜508时，也防止了Zn在横向方向上的扩散。然而，当除了GaAs层(p型GaAs帽层507)以外的由诸如GaInP层或AlGaInP的半导体组成的层(例如，p型AlGaInP覆盖层505或p型GaInP异质势垒降低层506)被暴露时，该结构易于例如被制造工艺中的热处理和等离子体工艺损伤，且缺陷会从半导体的表面扩展到内部，这会导致量子阱有源层504合金化以及带隙扩宽。在本实施例中，通过溅射法容易形成作为Zn扩散源的ZnO膜509。然而，与CVD法相比，溅射法对作为基板的半导体晶体的损伤更大。因此，溅射法需要特别小心。考虑到上述几点，在本实施例中可以不部分地去除p型GaAs帽层507。

[0128] 如上所述，在本实施例中，在部分地去除p型GaAs帽层507之后，扩散Zn。因此，防止了Zn在谐振器方向上的扩散。另外，其中去除p型GaAs帽层507的区域被最小化。因此，可以防止晶体质量的劣化，诸如热处理和等离子体工艺过程中的半导体缺陷，并且可以防止不需要区域中的有源层的带隙扩宽。

[0129] 接下来，将参照图6A和6B说明在使用自激振荡操作的AlGaInP基半导体激光器中本实施例与比较例相比较的效果。

[0130] 图6A和6B是示出当计算出作为自激振荡的稳定性的指标的干涉光谱并计算出作为该干涉光谱的主要(零次)峰值强度与一次峰值强度之间的比率的相干性时的结果的曲线图。在这些曲线图中，100或更多的半导体激光器元件的测量值被表示为柱状图。一般而言，相干性越小，自激振荡操作越稳定。

[0131] 图6A示出由根据本实施例的具有小Lt的结构得到的结果，且图6B示出由根据比较例的具有大Lt的结构得到的结果。这些曲线图对应于具有与具有图5中的(a)和(b)所示的光致发光的峰值波长的元件相同的结构的元件。

[0132] 在根据比较例的半导体激光器的结构中，由于相干性大，所以自激振荡操作不稳定。

[0133] 相反，在根据本实施例的半导体激光器的结构中，由于相干性小，所以自激振荡操作稳定。

[0134] 如上所述，在根据本实施例的半导体激光器中，可以通过减小Lt以及使增益和损失精细地平衡来达到稳定。

[0135] 鉴于下列几点，优选小的过渡区的长度Lt：当损失区或非增益区扩宽时，可能难以得到自激振荡；自激振荡易于受增益与损失之间的关系所影响；以及其他特性点。

[0136] (第二实施例)

[0137] 接下来，将参照图8至11说明本发明的第二实施例。

[0138] 图8是示出根据第二实施例的半导体激光器的结构的透视图。图9是示出当去除图8中所示的结构的一部分以便于理解内部结构时的半导体激光器的透视图。

[0139] 图10A和10B以及图11是示出根据第二实施例的半导体激光器的制造工艺的图示。

[0140] 第二实施例与第一实施例的不同之处在于，电流阻挡结构设置在靠近端面的区域中的p型AlGaInP覆盖层505的上部上方。

[0141] 在第二实施例中，在实施了与第一实施例的图3B相对应的工艺之后，执行图10A中所示的工艺。具体而言，例如通过光刻法来去除设置于从图3B中所示的p型GaAs帽层507的凹进部到端面的p型GaAs帽层507和SiO2膜512。然后，在p型AlGaInP覆盖层505上形成n型电流阻挡层515(图10B)。

[0142] 以此方式，可以去除p型AlGaInP覆盖层505上的p型GaAs帽层507，并且在靠近端面的区域中的p型AlGaInP覆盖层505上形成n型电流阻挡层515。

[0143] 在去除了SiO2膜512之后，形成p型GaAs接触层516(图11)。然后，通过与第一实施例中相同的工艺来制造激光器芯片。以此方式，可以得到根据第二实施例的半导体激光器。

[0144] 在第一实施例中，在靠近端面的区域中，由于Zn向下扩散，所以pn结部位于n型AlGaInP覆盖层503中间。在使用半导体激光器的一般结构中，覆盖层的带隙比有源层的带隙宽。第二实施例也具有此结构。因此，即使当靠近端面提供电流阻挡结构时，与其他区域相比，电流也不太可能流过靠近端面的区域，因为端面部具有所谓的远结。然而，当施加具有预定电平或更大的电压时，靠近具有远结的端面，pn结导通且会有电流流动。该现象容易发生在半导体激光器通常使用的电流范围中，但靠近其中有源层的带隙大的端面，即使在注入电流时也不会产生增益。结果，半导体激光器的阈值电流值增大。另外，靠近端面的电流流动加速了端面的劣化，这可以防止半导体激光器长时间工作。为了进一步改善通过窗口结构得到的效果，优选将电流阻挡结构设置得靠近端面，如第二实施例中一样。

[0145] 作为其他实施例，所谓的脊结构可以用于其中n型AlInP/GaAs电流阻挡层513和p型GaAs接触层514或者n型电流阻挡层515和p型GaAs接触层516堆叠的结构中。

[0146] (第三实施例)

[0147] 接下来，将参照图12A和12B说明本发明的第三实施例。

[0148] 图12A和12B是示出根据本发明第三实施例的半导体激光器的制造工艺的图示。

[0149] 在第三实施例中，实施与图3B所示的第一实施例中的工艺相同的工艺。在该工艺之后，如图12A中所示，通过CVD、光刻和蚀刻来去除SiO2膜512和p型GaAs帽层507中的靠近端面的区域要被形成的区域。然后，如图12B所示，整个地去除光致抗蚀剂517和SiO2膜512，并且通过CVD、光刻和蚀刻只对期望注入电流的区域中的SiO2膜518进行开口。然后，通过与第一实施例相同的工艺得到激光器芯片。以此方式，可以得到根据第三实施例的半导体激光器。

[0150] 在第一和第二实施例中，增加与形成脊之后的晶体生长相对应的热历史。然而，在第三实施例中，由于没有增加热历史，所以可以容易地控制Zn扩散。

[0151] 然而，考虑到防止晶体质量下降，优选的是，在暴露出p型AlGaInP覆盖层505之后，使用诸如CVD的低损伤工艺在脊的两侧上形成SiO2膜。

[0152] 半导体激光器的制造方法中的扩散杂质的方法可应用于一般情况。即，当存在相对于杂质C具有不同固溶极限的固体A和固体B、固体A的固溶极限大且杂质C从固体A扩散到固体B时，通过去除固体A的一部分，可以防止杂质C在横向方向上扩散。

[0153] 即，作为杂质扩散方法，可以使用使杂质通过半导体层A扩散到半导体层B中的方法。该杂质扩散方法包括下列工艺(1)至(3)：

[0154] 工艺(1)：制备半导体层A和半导体层B，并且当半导体层A相对于杂质的固溶极限浓度为Ma且半导体层B相对于杂质的固溶极限浓度为Mb(Ma＞Mb)时，在半导体层B上形成半导体层A；

[0155] 工艺(2)：在半导体层A中形成沟槽，并且在半导体层B上形成第一半导体层A和第二半导体层A；以及

[0156] 工艺(3)：形成包括杂质的层，使其仅与第一半导体层A的表面进行接触，并且使杂质通过第一半导体层A扩散到半导体层B中。

[0157] 根据本实施例的半导体激光器，可以在不损害振荡阈值电流、效率或自激操作特性的情况下获得高COD标准和高静电放电(ESD)标准。

[0158] 根据本发明实施例的半导体激光器例如可以用作光盘设备的光源。另外，根据本发明实施例的自激振荡半导体激光器可以用作DVD播放光源。

[0159] 在工艺(3)中，可以在SiO2膜508中形成开口，可以将该开口暴露于包括杂质的气体中，并且该气体可以仅与靠近端面的区域要被形成的区域中的p型GaAs帽层507的表面进行接触。以此方式，与形成ZnO膜509的方法相似，可以防止Zn在量子阱有源层504的谐振器方向上扩散。

[0160] 任何包括Zn的气体可以用作包括杂质的气体。例如，可以使用二乙基锌(DEZ)。

[0161] 在不脱离本发明的范围的情况下，上述实施例和多个修改例可以互相组合。在上述实施例和修改例中，详细地说明了每个部件的结构，但这些结构在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式进行更改。

[0162] 显然，本发明并不限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行修改和变化。