CN100375350C - 半导体激光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种具有阀值电流小且制作容易的结构，并且具有良好的温度特性和高速应答特性的半导体激光元件，具有n型GaAs基板(101)、n型GaAs基板(101)上形成的n型AlGaInP包覆层(102)、非掺杂量子井活性层(103)、p型AlGaInP第1包覆层(104)、p型GaInP腐蚀阻止层(105)、p型AlGaInP第2包覆层(106)、p型GaInP覆盖层(107)、p型GaAs接触层(108)和n型AlInP阻挡层(109)，具有脊背部和脊背部两侧的突起部，p型GaAs接触层(108)仅形成在脊背部的上面。

Description

半导体激光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体激光元件，特别涉及作为光盘系统、信息处理或光通信用的电源使用的半导体激光元件。
背景技术
光盘系统等的光源中使用的半导体激光元件以脊形元件为主流，不仅要求与快速写入相对应的高输出，而且要求高速应答性(提高对注入电流的光输出上升特性的应答速度)。为了实现高速应答性，必须减小激光元件的电阻或电容。
为了降低电阻，扩大电流注入区域的接触层的开口面积是有效的，在以往的脊形半导体激光元件中，通过使用例如异向性干腐蚀形成脊背，来提高脊背部的垂直性，增大脊背部顶端形成的接触层的面积等进行。并且，由于加长共振器的长度也能增加接触层的面积，所以对于降低电阻值也有效。
而在降低电容方面，通过降低伴随阻挡层与包覆层之间形成的pn结的电容是有效的，在例如日本专利特开平8-222801号公报、特开2003-188474号公报所记载的脊形半导体激光元件中，通过在阻挡层与包覆层之间插入降低电容的层等来进行。
图1为表示日本专利特开平8-222801号公报、特开2003-188474号公报所记载的以往的脊形半导体激光元件的结构的剖视图。
如图1所示，在特开平8-222801号公报、特开2003-188474号公报所记载的脊形半导体激光元件中，n型GaAs基板1101上依次层叠有n型AlGaInP包覆层1102、活性层1103、p型AlGaInP第1包覆层1104和p型GaInP腐蚀阻止层1105。
这里，p型GaInP腐蚀阻止层1105上层叠有p型AlGaInP第2包覆层1107、p型GaInP覆盖层1108和p型GaAs第1接触层1109，形成预定宽度的脊背部。并且，在使该脊背(ridge)部的p型GaAs第1接触层1109为开口的状态下，形成具有电流和光狭窄结构的n型AlInP阻挡层1110及电容降低层1106。另外，电容降低层1106由低杂质浓度的GaAs或AlInP构成。
并且，在n型AlInP阻挡层1110和p型GaAs第1接触层1109上形成有p型GaAs第2接触层1111。
在上述结构的脊形半导体激光元件中，由于在阻挡层与包覆层之间插入电容降低层，因此能够减小伴随阻挡层与包覆层之间形成的pn结的电容，能够实现减小元件的电容。
并且，作为减小电容的以往的其他技术有例如日本专利特开2003-46197号公报所记载的不是用半导体层而是用电介质层形成电流和光狭窄结构，由此避免形成成为问题的pn结的脊形半导体激光元件。
图2为表示特开2003-4617号公报所记载的以往的脊形半导体激光元件的结构的剖视图。
如图2所示，在特开2003-46197号公报所记载的脊形半导体激光元件中，n型GaAs基板1201上依次层叠有n型AlGaAs包覆层1202、活性层1203、p型AlGaAs第1包覆层1204和p型AlGaAs腐蚀阻止层1205。
这里，p型AlGaAs腐蚀阻止层1205上层叠有p型AlGaAs第2包覆层1206、p型GaAs接触层1207，以条纹的形状形成预宽度的脊背部和作为突起部的翼部。并且，在使p型GaAs接触层1207开口的状态形成由SiO2或Si3N4等形成的电介质层1208，形成电流和光狭窄结构。
并且，电介质层1208和p型GaAs接触层1207上形成有p型欧姆电极1209，n型GaAs基板1201上形成有n型欧姆电极1210。
在上述结构的脊形半导体激光元件中，由于没有在元件内的阻挡层附近形成pn结，因此能够降低电容。但是，在上述特开平8-222801号公报、特开2003-188474号公报所记载的脊形半导体激光元件中，由于在接触层与阻挡层之间也没有形成pn结，因此上述对策存在不能充分减小电容，不能实现高速应答的问题。并且，由于半导体激光元件一般具有结晶成长形成的多层结构，因此存在几乎在元件的整个面上形成pn结，即使用上述对策也不能充分降低电容，不能实现高速应答性的问题。而且，还存在结晶成长需要3次，读出时间变长、芯片价格变高这样的问题。而且，存在结向下组装时焊接应力容易集中在脊背部，使元件的可靠性降低的问题。
而在上述特开2003-46197号公报记载的脊形半导体激光元件中，由于用一次结晶成长制作激光元件，并且用电介质层形成电流和光狭窄结构，而且在脊背部的两侧形成翼部，因此分别解决了高速应答特性的问题、读出时间或芯片价格的问题、元件的可靠性问题。但是，在上述特开2003-46197号公报所记载的脊形半导体激光元件中，由于阻挡层使用的实用的电介质层的折射率小(最小为2左右)，因此如果考虑水平张角(Δn：在脊背部内的实际的折射率差)，产生要将阻挡层下的包覆层的膜厚设计得很厚的必要，因此无效电流增大，阀值电流也变大，因此存在温度特性变差的问题。并且，为了形成电流和光狭窄结构，使用热传导率比半导体层低的电介质层，因此还存在进一步恶化元件的温度特性的问题。
发明内容
因此，本发明就是鉴于这些问题，第1个目的是提供一种具有阀值电流小并且制造容易的结构，而且具有良好的温度特性和高速应答特性的半导体激光元件。
并且，本发明的第2个目的是提供一种能够降低组装时应力向脊背部集中的、可靠性好的半导体激光元件。
技术方案
为了达到上述目的，本发明的半导体激光元件为脊形半导体激光元件，其特征在于，包括：n型半导体基板；在上述n型半导体基板上形成的n型包覆层；在上述n型包覆层上形成的活性层；在上述活性层上形成的、具有条纹状的脊背部和在该脊背部两侧形成的条纹状的突起部的p型包覆层(clad)；仅在上述突起部的上述p型包覆层的上方形成的电介质层；以及至少在上述脊背部和上述突起部之间以及在上述p型包覆层的侧面上形成的n型阻挡层(block)。
因此，由于不形成阻挡层与接触层之间的pn结，能够充分地降低电容，所以能够实现具有良好的高速应答特性的半导体激光元件。并且，由于用阻挡层形成电流和光狭窄结构，能够有效地散发元件产生的热量，因此能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。并且，由于用阻挡层形成电流和光狭窄结构，不必考虑水平张角增加包覆层的膜厚，因此能够实现阀值电流小的半导体激光元件。并且，由于能够用2次结晶成长制作，因此能够实现具备制作容易的结构的半导体激光元件。即，能够实现读出时间缩短和降低芯片的价格的半导体激光元件。
这里，上述p型包覆层也可以在上述脊背部的两侧具有条纹状的突起部。
因此，由于能够用突起部回避向下组装时焊接时的应力向脊背部集中，所以能够实现能够降低组装时应力向脊背部集中、可靠性好的半导体激光元件。
并且，上述半导体激光元件也可以具备在上述突起部上面的上述p型包覆层与上述n型阻挡层之间形成的电介质层。
因此，由于在突起部阻挡层形成在电介质层上，能够降低伴随阻挡层与包覆层之间形成的pn结的电容，因此能够实现具有良好的高速应答特性的半导体激光元件。并且，由于能够使突起部比脊背部高，能够避免结向下组装时焊接应力向脊背部集中，因此能够实现能够降低组装时的应力向脊背部集中的可靠性好的半导体激光元件。
或者，上述p型包覆层也具有2个以上的上述突起部；上述半导体激光元件还具有在上述突起部的上述p型包覆层上形成的电介质层。
由此，可以避免翼部的宽度变窄，阻挡层在电介质层上聚合成长，所以可以实现防止阻挡层剥离的半导体激光元件。
上述半导体激光元件还可以具备在上述脊背部的两侧的上述p型包覆层与上述n型阻挡层之间形成的条纹状电介质层。
因此，由于阻挡层形成在电介质层上，能够降低伴随阻挡层与包覆层之间形成的pn结的电容，因此能够实现具有良好的高速应答特性的半导体激光元件。
并且，上述半导体激光元件也可以再具有在上述脊背部的两侧的上述p型包覆层上形成的2个以上的条纹状电介质层。
因此，由于在各电介质层之间形成阻挡层，因此能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。并且，由于能够使电介质层的宽度变窄，能够回避阻挡层在突起部的电介质层上聚合成长，因此能够实现防止阻挡层剥离的半导体激光元件。
或者，本发明为一种脊形半导体激光元件，其特征在于，包括：n型半导体基板；在上述n型半导体基板上形成的n型包覆层；在上述n型包覆层上形成的活性层；在上述活性层上形成的、具有条纹状的脊背部的p型包覆层；仅在上述脊背部的上述p型包覆层的上方形成的接触层；在上述脊背部两侧的上述p型包覆层上形成的n型阻挡层；以及在上述脊背部的两侧的上述p型包覆层上形成从而与上述脊背部隔开的电介质层；其中，上述n型阻挡层还形成在上述电介质层上。
因此，由于在突起部阻挡层形成在电介质层上，能够降低伴随阻挡层与包覆层之间形成的pn结的电容，因此能够实现具有良好的高速应答特性的半导体激光元件。并且，由于能够使突起部比脊背部高，能够避免结向下组装时焊接应力向脊背部集中，因此能够实现能够降低组装时的应力向脊背部集中的可靠性好的半导体激光元件。并且，由于在激光振荡引起的元件温度变高的脊背部附近形成阻挡层，能够有效地散发元件发生的热量，因此能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。
并且，本发明为一种脊形半导体激光元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：在n型半导体基板上使n型包覆层、活性层及p型包覆层依次堆积成长的步骤；在用电介质层在上述p型包覆层上形成掩膜图案后，蚀刻上述p型包覆层，从而形成脊背部和在上述脊背部两侧形成的突起部的步骤；仅除去上述脊背部的上述电介质层的步骤；以及至少在上述脊背部与上述突起部之间以及在上述p型包覆层的侧面上形成阻挡层的步骤。
因此能够实现可以制作具有阀值电流小且制作容易的结构，并且具有良好的温度特性及高速应答特性的半导体激光元件的半导体激光元件的制造方法。
并且，在上述第2步骤中还可以形成位于上述脊背部两侧的突出部。
由此，能够实现可以制作能够降低向脊背部的应力集中、可靠性好的半导体激光元件的半导体激光元件的制造方法。
或者，本发明为一种脊形半导体激光元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：在n型半导体基板上依次堆积成长n型包覆层、活性层及p型包覆层的第1步骤；在用电介质层在上述p型包覆层上形成掩膜图案后，腐蚀上述p型包覆层形成位于脊背部和上述脊背部两侧的突起部的第2步骤；仅除去上述脊背部的上述电介质层，从而仅在上述突起部的上述p型包覆层的上方形成电介质层的第3步骤；在上述p型包覆层的至少上述脊背部与上述突起部之间形成阻挡层的第4步骤。这里，上述第4步骤中的上述脊背部与突起部之间的阻挡层的形成可以通过在上述p型包覆层及上述电介质层上选择成长上述阻挡层进行；在上述第2步骤中形成2个以上的上述突起部，上述第4步骤中的上述脊背部与突起部之间的阻挡层的形成可以通过在上述p型阻挡层上选择成长上述阻挡层进行。
因此，能够实现可以制作具有阀值电流小且制作容易的结构，并且具有良好的温度特性及高速应答特性，且能够降低向脊背部的应力集中、可靠性好的半导体激光元件的半导体激光元件的制造方法。并且，由于能够省略除去突起部的电介质层的过程，因此能够实现简化了制作过程的半导体激光元件的制造方法。
如通过以上说明能够明白的那样，如果采用本发明的半导体激光元件，能够实现具有良好的高速应答特性的半导体激光元件。并且，能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。并且，能够实现阀值电流小的半导体激光元件。并且，能够实现具有制造容易的结构的半导体激光元件。即，能够实现缩短读出时间和降低芯片价格。并且，能够实现可以降低组装时的应力向脊背部集中的、可靠性好的半导体激光元件。
因此，采用本发明能够提供一种具有阀值电流小并且制造容易的结构，而且具有良好的温度特性和高速应答特性的半导体激光元件，实用价值极高。
附图说明
图1表示以往的脊形半导体激光元件的结构的剖视图
图2表示以往的脊形半导体激光元件的结构的剖视图
图3表示本发明的第1实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图
图4用来说明第1实施形态的半导体激光元件的制造方法的剖视图
图5表示第2实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图
图6用来说明第2实施形态的半导体激光元件的制造方法的剖视图
图7表示第3实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图
图8用来说明第3实施形态的半导体激光元件的制造方法的剖视图
图9表示第4实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图
图10用来说明第4实施形态的半导体激光元件的制造方法的剖视图
图11表示第5实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图
图12用来说明第5实施形态的半导体激光元件的制造方法的剖视图
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施形态中的半导体激光元件。另外，虽然更加具体地说明了本发明的结构和作用效果，但本发明并不受以下实施形态的限制，在符合前面和后面叙述的宗旨的范围内理所当然地可以施加变更实施，所有这些都包含在本发明的技术范围之内。
(实施形态1)
图3为表示第1实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图。
本实施形态的半导体激光元件为脊形半导体激光元件，在该半导体激光元件中，n型GaAs基板101上依次层叠有以1×1018cm-3的浓度掺杂n型杂质形成的膜厚为2μm的n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、以1×1018cm-3的浓度掺杂p型杂质形成的膜厚为0.2μm的p型AlGaInP第1包覆层104和以1×1018cm-3的浓度掺杂p型杂质形成的膜厚为10nm的p型GaInP腐蚀阻止层105。
这里，p型GaInP腐蚀阻止层105上形成有由层叠以1×1018cm-3的浓度掺杂p型杂质形成的膜厚为1.2μm的p型AlGaInP第2包覆层106、以1×1018cm-3的浓度掺杂p型杂质形成的膜厚为50nm的p型GaInP覆盖(cap)层107和以1×1019cm-3的浓度掺杂p型杂质形成的膜厚为0.2μm的p型GaAs接触层108构成的条纹形状脊背部。并且，在脊背部的两侧形成由层叠p型AlGaInP第2包覆层106和p型GaInP覆盖层107构成的、条纹形状的作为预定宽度的突起部的翼部(wing)。而且，在使脊背部的p型GaAs接触层108为开口的状态下，形成了具有电流和光狭窄结构的n型AlInP阻挡层109。即，在脊背部的p型AlGaInP第2包覆层106及p型GaAs接触层108的侧面上的脊背部与突起部之间、和突起部的p型AlGaInP第2包覆层106的上方形成有n型AlInP阻挡层109。此时，脊背部的底部的宽度(条纹的宽度)考虑n型AlInP阻挡层109的选择长度决定，例如为2～3μm。另外，n型AlInP阻挡层109的折射率比p型AlGaInP第2包覆层106的低。
并且，在p型GaAs接触层108和n型AlInP阻挡层109上形成有p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成有n型欧姆电极111。
并且，非掺杂量子井活性层103具有层叠3层膜厚为6nm的GaInP井层、膜厚为4nm的AlGaInP阻挡层和膜厚为35nm的AlGaInP引导层形成的量子井结构。
下面根据图4所示的剖视图说明具有上述结构的半导体激光元件的制造方法。另外，与图3相同的要素添加相同的附图标记，与之有关的详细说明这里省略。
首先，如图4(a)所示，将n型GaAs基板101设置在结晶成长装置内，通过第1次结晶成长，在n型GaAs基板101上依次堆积成长n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104、p型GaInP腐蚀阻止层105、p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108。
接着，如图4(b)所示，在形成了上述半导体层的n型GaAs基板101上堆积0.3μm的SiO2层，用众所周知的光刻法技术形成图案，在p型GaAs接触层108上形成条纹形状的SiO2掩膜201。并且，将该SiO2掩膜201作为腐蚀掩膜，用众所周知的选择腐蚀技术，腐蚀p型GaAs接触层108、p型GaInP覆盖层107和p型AlGaInP第2包覆层106挖掘条纹状沟槽，使其直到p型GaInP腐蚀阻止层105，形成脊背部和翼部。此时，在GaInP层的选择腐蚀中，使用用硫酸系溶液的湿法腐蚀或干腐蚀，在GaAs层的选择腐蚀中使用将硫酸和过氧化氢加到水中形成的溶液的湿法腐蚀或干腐蚀。
接着，像图4(c)所示那样，用众所周知的光刻法技术除去翼部上SiO2掩膜201。
然后，像图4(d)所示那样通过第2次结晶成长，在p型GaInP腐蚀阻止层105上、p型GaAs接触层108上和p型AlGaInP第2包覆层106的侧面上，长成n型AlInP阻挡层109，然后除去脊背部上的SiO2掩膜201。此时，由于脊背部的宽度狭窄，因此n型AlInP阻挡层109选择脊背部上的SiO2掩膜201以外的区域成长。
接着像图4(e)所示那样在脊背部的p型GaAs接触层108及n型AlInP阻挡层109上形成p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成n型欧姆电极111。然后用裂开法将共振器的长度调节为900～1100μm的范围内，分别在出射侧端面形成反射率5％，在反射侧端面形成反射率为95％的覆膜(未图示)。
如上所述，如果采用本实施形态的半导体激光元件，p型GaAs接触层108仅形成在脊背部的上面。因此，n型AlInP阻挡层与p型GaAs接触层之间不形成pn结，n型AlInP阻挡层附近形成的pn结的面积仅为以往的1/2，能够充分降低电容，因此本实施形态的半导体元件能够实现具有良好的高速应答特性的半导体元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体元件，由n型AlInP阻挡层109形成电流和光狭窄结构。因此，能够有效地散发例如高温、高输出振动时元件上产生的热量，所以本实施形态的半导体元件能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。而且，由于考虑到水平方向的张角没有必要形成厚的包覆层的膜厚，因此能够实现阀值电流小的半导体激光元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体激光元件，省略了以往的埋入结晶成长，通过2次结晶的成长制作半导体激光元件。因此，能够用很少的结晶成长制作半导体激光元件，所以本实施形态的半导体激光元件能够实现具有制作容易的结构的半导体激光元件。即，能够实现可以缩短读出时间和降低芯片价格的半导体激光元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体激光元件，在脊背部的两侧形成翼部。因此，在结向下(junction down)组装时能够避免焊接时的应力集中到脊背部，所以本实施形态的半导体激光元件能够实现降低组装时的应力向脊背部集中的、可靠性好的半导体激光元件。
另外，虽然在本实施形态的半导体激光元件中在脊背部的两侧形成翼部，但也可以不形成翼部。此时，由于没有形成翼部，因此虽然焊接时的应力容易集中到脊背部，但通过形成厚的p型欧姆电极，或者在散热片与芯片结合时加热芯片以减小散热片与芯片之间的温度差，或者精确地控制散热片与芯片结合时所用的钎焊的温度，能够避免焊接时的应力集中到脊背部。并且，这样的半导体激光元件通过在图4(b)所示的过程中不形成翼部，而是通过用SiO2形成掩膜图案来制作。
并且，虽然在本实施形态的半导体激光元件中半导体激光元件是用AlGaInP系列材料制作的，但半导体激光元件也可以用其他系列的例如AlGaAs系列材料制作。
(实施形态2)
图5为表示第2实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图。另外，与图3相同的要素添加相同的附图标记，有关它们的详细情况这里省略。
本实施形态的半导体激光元件在翼部上形成SiO2层这一点上与第1实施形态的半导体激光元件不同，在该半导体激光元件中，在n型GaAs基板101上依次层叠有n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104和p型GaInP腐蚀阻止层105。
这里，在p型GaInP腐蚀阻止层105上形成有层叠p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108形成的脊背部。并且，在脊背部的两侧形成有层叠p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107、p型GaAs接触层108和膜厚为0.3μm的SiO2掩膜301形成的翼部。而且，在使脊背部的p型GaAs接触层108开口的状态下，形成有具有电流和光狭窄结构的n型AlInP阻挡层109。此时，翼部的宽度考虑脊背部底部的宽度即半导体激光元件的整体宽度决定，例如在半导体激光元件的宽度为200～300μm、脊背部底部的宽度为2～3μm的情况下，使其宽度为约100μm。
并且，在p型GaAs接触层108和n型AlInP阻挡层109上形成有p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成有n型欧姆电极111。
下面根据图6所示的剖视图说明具有以上结构的半导体激光元件的制造方法。另外，与图5相同的要素添加相同的附图标记，有关它们的详细说明在这里省略。
首先，像图6(a)所示那样，将n型GaAs基板101设置在结晶成长装置内，通过第1次结晶成长，在n型GaAs基板101上依次堆积成长n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104、p型GaInP腐蚀阻止层105、p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108。
接着，如图6(b)所示，在形成了上述半导体层的n型GaAs基板101上堆积0.3μm的SiO2层，用众所周知的光刻法技术形成图案，在p型GaAs接触层108上形成条纹形状的SiO2掩膜301。并且，将该SiO2掩膜301作为腐蚀掩膜，用众所周知的选择腐蚀技术，腐蚀p型GaAs接触层108、p型GaInP覆盖层107和p型AlGaInP第2包覆层106，挖掘条纹状沟槽，使其直到p型GaInP腐蚀阻止层105，形成脊背部和翼部。此时，GaInP层选择腐蚀和GaAs层的选择腐蚀所使用的腐蚀液与实施形态1相同。
接着，像图6(c)所示那样，通过第2次结晶成长在SiO2掩膜301和p型GaInP腐蚀阻止层105上、p型GaAs接触层108上和p型AlGaInP第2包覆层106的侧面上长成n型AlInP阻挡层109，然后除去脊背部上的SiO2掩膜301。此时，由于脊背部的宽度狭窄，因此n型AlInP阻挡层109选择脊背部上的SiO2掩膜301以外的区域成长。并且，在翼部的SiO2掩膜301上，聚合成长n型AlInP阻挡层109。
接着像图6(d)所示那样，在脊背部的p型GaAs接触层108及n型AlInP阻挡层109上形成p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成n型欧姆电极111。然后用裂开法将共振器的长度调节为900～1100μm，分别在出射侧端面形成反射率5％，在反射侧端面形成反射率为95％的覆膜(未图示)。
如上所述，如果采用本实施形态的半导体激光元件，在翼部，n型AlInP阻挡层109形成在SiO2掩膜301上。因此，能够降低伴随着阻挡层与包覆层之间形成的pn结的电容，因此本实施形态的半导体元件能够实现具有良好的高速应答特性的半导体元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体元件，利用用来形成脊背部和翼部的SiO2掩膜301，降低伴随阻挡层与包覆层之间形成的pn结的电容。因此能够省略形成脊背部和翼部后的除去翼部上的SiO2掩膜的过程，因此本实施形态的半导体激光元件能够实现具备制作容易的结构的半导体激光元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体激光元件，在脊背部的两侧形成翼部，在翼部形成SiO2掩膜301。因此，翼部的高度比脊背部的高度高，能够避免结向下组装时焊接时的应力集中到脊背部，所以本实施形态的半导体激光元件能够实现降低组装时的应力向脊背部集中的、可靠性好的半导体激光元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体激光元件，在激光振动引起元件温度高的脊背部附近形成n型AlInP阻挡层109。因此能够有效地散发例如高温、高输出振动时元件产生的热量，所以本实施形态的半导体激光元件能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。
另外，虽然在本实施形态的半导体激光元件中将SiO2掩膜301形成在p型GaAs接触层108上，但也可以形成在p型GaInP覆盖层上，或者也可以形成在p型AlGaInP第2包覆层上。
并且，虽然举SiO2层作为翼部上形成的电介质层的例子，但并不局限于此。
(实施形态3)
图7为表示第3实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图。另外，与图5相同的要素添加相同的附图标记，有关它们的详细情况这里省略。
本实施形态的半导体激光元件在形成有多个宽度小的翼部这一点上与第2实施形态的半导体激光元件不同，在该半导体激光元件中，在n型GaAs基板101上依次层叠有n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104和p型GaInP腐蚀阻止层105。
这里，在p型GaInP腐蚀阻止层105上形成层叠p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108形成的脊背部。并且，在脊背部的两侧隔开间隔形成有多个层叠p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107、p型GaAs接触层108和膜厚为0.3μm的SiO2掩膜501构成的翼部。而且，在使脊背部的p型GaAs接触层108和翼部的SiO2掩膜501开口的状态下，形成了具有电流和光狭窄结构的n型AlInP阻挡层109。即，在脊背部的p型AlGaInP第2包覆层106及p型GaAs接触层108的侧面上的脊背部和突起部之间，以及突起部的p型AlGaInP第2包覆层106和p型GaAs接触层108的侧面上的突起部与突起部之间，形成n型AlInP阻挡层109。此时，翼部的宽度及各翼部之间的间隔考虑n型AlInP阻挡层109的选择成长、脊背部底部的宽度及半导体激光元件的整体宽度决定，例如在半导体激光元件的宽度为200～300μm、脊背部底部的宽度为2～3μm的情况下，使其宽度为3～100μm，间隔为3～20μm。
并且，在p型GaAs接触层108和n型AlInP阻挡层109上形成有p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成有n型欧姆电极111。
下面根据图8所示的剖视图说明具有以上结构的半导体激光元件的制造方法。另外，与图7相同的要素添加相同的附图标记，有关它们的详细说明在这里省略。
首先，像图8(a)所示那样将n型GaAs基板101设置在结晶成长装置内，通过第1次结晶成长，在n型GaAs基板101上依次堆积成长n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104、p型GaInP腐蚀阻止层105、p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108。
接着，如图6(b)所示，在形成了上述半导体层的n型GaAs基板101上堆积0.3μm的SiO2层，用众所周知的光刻法技术形成图案，在p型GaAs接触层108上形成条纹形状的SiO2掩膜501。并且，将该SiO2掩膜501作为腐蚀掩膜，用众所周知的选择腐蚀技术腐蚀p型GaAs接触层108、p型GaInP覆盖层107和p型AlGaInP第2包覆层106，挖掘条纹状沟槽，使其直到p型GaInP腐蚀阻止层105，形成脊背部和翼部。此时，GaInP层选择腐蚀和GaAs层的选择腐蚀所使用的腐蚀液与实施形态2相同。
接着，像图8(c)所示那样，通过第2次结晶成长在p型GaInP腐蚀阻止层105上、p型GaAs接触层108上和p型AlGaInP第2包覆层106的侧面上成长n型AlInP阻挡层109，然后除去脊背部上的SiO2掩膜501。此时，由于脊背部的宽度狭窄，因此n型AlInP阻挡层109选择脊背部和翼部上的SiO2掩膜501以外的区域成长。
接着像图8(d)所示那样，在p型GaAs接触层108及n型AlInP阻挡层109上形成p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成n型欧姆电极111。然后用裂开法将共振器的长度调节为900～1100μm，分别在出射侧端面形成反射率5％，在反射侧端面形成反射率为95％的覆膜(未图示)。
如上所述，如果采用本实施形态的半导体激光元件，翼部的宽度狭窄，n型AlInP阻挡层109选择在翼部的SiO2掩膜501以外的区域成长。因此n型AlInP阻挡层不聚合成长在SiO2上，因此本实施形态的半导体元件能够实现防止n型AlInP阻挡层剥离的半导体激光激光元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体元件，SiO2掩膜501形成在翼部上，该翼部隔开间隔在脊背部的两侧形成多个。因此，元件的没被SiO2覆盖的区域大，能够有效地散发例如高温、高输出振动时元件产生的热量，所以本实施形态的半导体激光元件能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。
(实施形态4)
图9为表示第4实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图。另外，与图3相同的要素添加相同的附图标记，有关它们的详细情况这里省略。
本实施形态的半导体激光元件在没有形成翼部这一点上与第1实施形态的半导体激光元件不同，在该半导体激光元件中，在n型GaAs基板101上依次层叠有n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104和p型GaInP腐蚀阻止层105。
这里，在p型GaInP腐蚀阻止层105上形成有层叠p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108所形成的脊背部。并且，在脊背部的两侧形成有膜厚为0.3μm的条纹状的SiO2掩膜701。而且，在使脊背部的p型GaAs接触层108开口的状态下，形成有具有电流和光狭窄结构的n型AlInP阻挡层109。此时，由于没有形成翼部，因此虽然焊接(bonding)时的应力容易集中到脊背部，但通过形成厚的p型欧姆电极，或者在散热片与芯片结合时加热芯片使散热片与芯片之间的温差减小，或者精确地控制散热片与芯片结合时使用的钎焊的温度，能够避免焊接时的应力向脊背部集中。
并且，在p型GaAs接触层108和n型AlInP阻挡层109上形成有p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成有n型欧姆电极111。
下面根据图10所示的剖视图说明具有以上结构的半导体激光元件的制造方法。另外，与图9相同的要素添加相同的附图标记，有关它们的详细说明在这里省略。
首先，像图10(a)所示那样将n型GaAs基板101设置在结晶成长装置内，通过第1次结晶成长，在n型GaAs基板101上依次堆积成长n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104、p型GaInP腐蚀阻止层105、p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108。
接着，如图10(b)所示，在形成了上述半导体层的n型GaAs基板101上堆积0.3μm的SiO2层，用众所周知的光刻法技术形成图案，在p型GaAs接触层108上形成条纹形状的SiO2掩膜801。并且，将该SiO2掩膜801作为腐蚀掩膜，用众所周知的选择腐蚀技术腐蚀p型GaAs接触层108、p型GaInP覆盖层107和p型AlGaInP第2包覆层106，挖掘条纹状沟槽，使其直到p型GaInP腐蚀阻止层105，形成脊背部。此时，GaInP层的选择腐蚀和GaAs层的选择腐蚀所使用的腐蚀液与实施形态1相同。
接着，像图10(c)所示那样，在形成了具有图案的半导体层的n型GaAs基板101和SiO2掩膜801上堆积0.3μm的SiO2掩膜701。
接着，像如图10(d)所示那样通过光刻法形成脊背部附近的SiO2掩膜701。
然后像图10(e)所示那样，通过第2次结晶成长在条纹状的SiO2掩膜701的两侧选择成长n型AlInP阻挡层109，即在SiO2掩膜701和p型GaInP腐蚀阻止层105上、p型GaAs接触层108上和p型AlGaInP第2包覆层106的侧面上长成n型AlInP阻挡层109，然后除去脊背部上的SiO2掩膜801。此时，由于脊背部的宽度狭窄，因此n型AlInP阻挡层109选择在脊背部上的SiO2掩膜801以外的区域成长。并且，在SiO2掩膜701上，聚合成长n型AlInP阻挡层109。
接着像图10(f)所示那样，在p型GaAs接触层108及n型AlInP阻挡层109上形成p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成n型欧姆电极111。然后用裂开(ヘきかぃ)法将共振器的长度调节为900～1100μm，分别在出射侧端面形成反射率5％，在反射侧端面形成反射率为95％的覆膜(未图示)。
如上所述，如果采用本实施形态的半导体激光元件，在脊背部周围以外的区域，n型AlInP阻挡层109形成在SiO2掩膜701上。因此，SiO2掩膜形成在n型AlInP阻挡层与p型AlGaInP第1包覆层之间，能够降低伴随阻挡层与包覆层之间形成的pn结的电容，因此本实施形态的半导体元件能够实现具有良好的高速应答特性的半导体元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体元件，在激光振动引起元件温度高的脊背部附近形成n型AlInP阻挡层109。因此能够有效地散发例如高温、高输出振动时元件产生的热量，所以本实施形态的半导体激光元件能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。
并且，虽然举SiO2层作为脊背部两侧形成的电介质层的例子，但并不局限于此。
(实施形态5)
图11为表示第5实施形态的半导体激光元件的结构的剖视图。另外，与图9相同的要素添加相同的附图标记，有关它们的详细情况这里省略。
本实施形态的半导体激光元件在用SiO2掩膜在脊背部的两侧形成周期性的条纹这一点上与第4实施形态的半导体激光元件不同，在该半导体激光元件中，在n型GaAs基板101上依次层叠有n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104和p型GaInP腐蚀阻止层105。
这里，在p型GaInP腐蚀阻止层105上形成有层叠p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108所形成的脊背部。并且，在脊背部的两侧形成有多个膜厚为0.3μm的SiO2掩膜901，这些SiO2掩膜901周期性地具有一定的间隔。而且，在使脊背部的p型GaAs接触层108和SiO2掩膜901开口的状态下，形成了具有电流和光狭窄结构的n型AlInP阻挡层109。此时，条纹状的SiO2掩膜901的宽度及各条纹状的SiO2掩膜901的间隔，考虑n型AlInP阻挡层109的选择成长、脊背部底部的宽度及半导体激光元件的整体宽度来决定，例如在半导体激光元件的宽度为200～300μm、脊背部底部的宽度为2～3μm的情况下，使其宽度为2～3μm，间隔为2～3μm。
并且，在p型GaAs接触层108、n型AlInP阻挡层109和SiO2掩膜901上形成有p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成有n型欧姆电极111。
下面根据图12所示的剖视图说明具有以上结构的半导体激光元件的制造方法。另外，与图11相同的要素添加相同的附图标记，有关它们的详细说明在这里省略。
首先，像图12(a)所示那样将n型GaAs基板101设置在结晶成长装置内，通过第1次结晶成长，在n型GaAs基板101上依次堆积成长n型AlGaInP包覆层102、非掺杂量子井活性层103、p型AlGaInP第1包覆层104、p型GaInP腐蚀阻止层105、p型AlGaInP第2包覆层106、p型GaInP覆盖层107和p型GaAs接触层108。
接着，如图12(b)所示，在形成了上述半导体层的n型GaAs基板101上堆积0.3μm的SiO2层，用众所周知的光刻法技术形成图案，在p型GaAs接触层108上形成条纹形状的SiO2掩膜1001。并且，将该SiO2掩膜1001作为腐蚀掩膜，用众所周知的选择腐蚀技术腐蚀p型GaAs接触层108、p型GaInP覆盖层107和p型AlGaInP第2包覆层106，挖掘条纹状沟槽，使其直到p型GaInP腐蚀阻止层105，形成脊背部。此时，GaInP层的选择腐蚀和GaAs层的选择腐蚀所使用的腐蚀液与实施形态4相同。
接着，像图12(c)所示那样，在形成了具有图案的半导体层的n型GaAs基板101和SiO2掩膜1001上堆积0.3μm的SiO2掩膜901。
接着，像如图12(d)所示那样，通过光刻法腐蚀SiO2掩膜901，形成多个条纹状SiO2掩膜901。
然后像图12(e)所示那样，通过第2次结晶成长在p型GaInP腐蚀阻止层105上、p型GaAs接触层108上和p型AlGaInP第2包覆层106的侧面上成长n型AlInP阻挡层109，然后除去脊背部上的SiO2掩膜1001。此时，由于脊背部和SiO2掩膜901的宽度狭窄，因此n型AlInP阻挡层109选择在脊背部上的SiO2掩膜1001和SiO2掩膜901以外的区域成长。
接着像图12(f)所示那样，在p型GaAs接触层108、n型AlInP阻挡层109及SiO2掩膜901上形成p型欧姆电极110，在n型GaAs基板101上形成n型欧姆电极111。然后用裂开法将共振器的长度调节为900～1100μm，分别在出射侧端面形成反射率5％，在反射侧端面形成反射率为95％的覆膜(未图示)。
如上所述，如果采用本实施形态的半导体激光元件，SiO2掩膜901的宽度狭窄，n型AlInP阻挡层109选择在SiO2掩膜901以外的区域成长。因此，由于n型AlInP阻挡层不聚合成长在SiO2上，所以本实施形态的半导体元件能够实现防止n型AlInP阻挡层剥离的半导体激光元件。
并且，如果采用本实施形态的半导体元件，多个SiO2掩膜901隔开间隔形成在脊背部的两侧。因此，不被SiO2掩膜覆盖的区域变大，所以能够有效地散发例如高温、高输出振动时元件产生的热量，因此本实施形态的半导体激光元件能够实现具有良好的温度特性的半导体激光元件。
工业应用
本发明能够应用于半导体激光元件，特别是能够应用于光盘、信息处理或光通信用的光源。

Claims (10)

1.一种脊形半导体激光元件，其特征在于，包括：
n型半导体基板；
在上述n型半导体基板上形成的n型包覆层；
在上述n型包覆层上形成的活性层；
在上述活性层上形成的、具有条纹状的脊背部和在该脊背部两侧形成的条纹状的突起部的p型包覆层；
仅在上述突起部的上述p型包覆层的上方形成的电介质层；以及
至少在上述脊背部和上述突起部之间以及在上述p型包覆层的侧面上形成的n型阻挡层。
2.如权利要求1所述的脊形半导体激光元件，其特征在于，上述n型阻挡层还形成在上述电介质层上。
3.如权利要求1所述的脊形半导体激光元件，其特征在于，上述p型包覆层具有2个以上的突起部；
上述n型阻挡层还形成在上述2个以上的突起部之间以及上述p型包覆层的侧面上。
4.一种脊形半导体激光元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
在n型半导体基板上使n型包覆层、活性层及p型包覆层依次堆积成长的步骤；
在用电介质层在上述p型包覆层上形成掩膜图案后，蚀刻上述p型包覆层，从而形成脊背部和在上述脊背部两侧形成的突起部的步骤；
仅除去上述脊背部的上述电介质层，使得仅在上述突起部的上述p型包覆层的上方形成电介质层的步骤；以及
至少在上述脊背部与上述突起部之间以及在上述p型包覆层的侧面上形成阻挡层的步骤。
5.如权利要求4所述的脊形半导体激光元件的制造方法，其特征在于，在上述脊背部与上述突起部之间的上述阻挡层的形成，是通过在上述p型包覆层及上述电介质层上使上述阻挡层选择性成长来进行。
6.如权利要求4所述的脊形半导体激光元件的制造方法，其特征在于，在形成上述脊背部的步骤中形成2个以上的上述突起部；
上述脊背部与上述突起部之间的阻挡层的形成，是通过在上述p型包覆层上使上述阻挡层选择性成长来进行。
7.一种脊形半导体激光元件，其特征在于，包括：
n型半导体基板；
在上述n型半导体基板上形成的n型包覆层；
在上述n型包覆层上形成的活性层；
在上述活性层上形成的、具有条纹状的脊背部的p型包覆层；
仅在上述脊背部的上述p型包覆层的上方形成的接触层；
在上述脊背部两侧的上述p型包覆层上形成的n型阻挡层；以及
在上述脊背部的两侧的上述p型包覆层上形成从而与上述脊背部隔开的电介质层；
其中，上述n型阻挡层还形成在上述电介质层上。
8.如权利要求7所述的脊形半导体激光元件，其特征在于，上述p型包覆层在上述电介质层下方还包括条纹状的突起部。
9.如权利要求8所述的脊形半导体激光元件，其特征在于，上述脊背部的侧面被上述n型阻挡层覆盖。
10.如权利要求7所述的脊形半导体激光元件，其特征在于，上述脊背部的侧面被上述n型阻挡层覆盖。
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