CN101047302A - 半导体激光装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在一种能高功率输出的单片双波长半导体激光装置中，通过共同的步骤为每个激光器单元形成窗口结构，由此提高了该装置的可靠性。该半导体激光装置具有单片集成在n型半导体衬底101上的红外激光器单元110和红色激光器单元120。红外和红色激光器单元110和120的每一个都具有在每个谐振器端面上由Zn扩散形成的脊形波导和窗口结构。红外和红色激光器单元110和120包括在各自波导脊上的p型接触层109和119。p型接触层109薄于p型接触层119。

Description

半导体激光装置及其制造方法

本申请基于在日本提交的第2004-283887号申请，其内容合并在此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种半导体激光装置及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种具有互不相同的振荡波长的两个半导体激光器的单片双波长半导体激光装置及其制造方法。

背景技术

最近几年，用于记录和播放光学信息的大容量DVD驱动器在各个领域迅速变得常见了，在视频播放器领域尤其显著。非常希望DVD驱动器能够读取传统记录媒体，比如CD、CD-R和CD-RW。为了满足该需求，DVD驱动器具有用于光学拾波器的两个光源以记录和播放DVD和CD。用于DVD的那个是发射大约650nm波长光的红色半导体激光器。用于CD的那个是发射大约780nm波长光的红外半导体激光器。

随着更小的信息处理设备，比如PC的趋势，也要求用于DVD和其它记录媒体的记录/播放装置变得更加紧凑和细长。为此，关键是使得光学拾波器更小更薄。通过减少光学部件数以简化结构可使得光学拾波器更小更薄。帮助减少光学部件数的一个方案是将红色半导体激光器和红外半导体激光器集成到单个片中。

作为一个常规的已知例子，日本专利申请公开No.11-186651(此后，“专利文献1”)提出了一种单片半导体激光装置，其具有集成在单个半导体衬底上的红色和红外半导体激光器。除了两个半导体激光器集成到单个片中的优点外，所公开的结构允许诸如准直透镜和束分裂器的光学部件在红色和红外半导体激光器之间共享。因此，所公开的结构帮助降低了装置的尺寸和厚度。

对于这种单片半导体激光装置，希望在提高光输出的同时确保装置在高输出功率工作的稳定性和可靠性。为此，越来越多的装置已经开始应用在激光器端面上形成的实折射率导引结构和窗口结构。在窗口结构中，该激光器端面附近的带隙大于激光束发射的带隙。为了提高激光器输出，需要供应更大量的电流。随着供应电流的增加，激光器端面的附近容易受到通过非辐射复合产生的热量的影响，该非辐射复合是由端面涂覆膜和激光端面之间存在的接口状态所引起的。因为该热量，激光器更容易恶化。然而通过应用激光器端面窗口结构，抑制了由热量引起的激光器恶化。

因为期望红外和红色激光器都在高的功率上工作，所以这两个激光器都必须具有端面窗口结构。

在例如日本专利申请公开No.2001-210907、2002-026447和2001-345514(此后，以所述顺序称为“专利文献2、3和4”)中公开了本领域中已知的一些制造方法。

图7说明了具有端面窗口结构的红色激光装置，其公开在专利文献2中。

如图7A所示，下面这些层在由GaAs构成的n型半导体衬底401上以所述的顺序外延地增长：由GaAs构成的n型缓冲层402；由AlGaInP构成的n型披覆层403；活性层(具有660nm的振荡波长的多量子阱结构)404；由AlGaInP构成的p型第一披覆层405；由GaInP构成的蚀刻终止层406；由AlGaInP构成的p型第二披覆层407；由GaInP构成的p型中间层408；和由GaAs构成的p型接触层409。

接着，利用形成诸如溅射装置的装置的薄膜，ZnO沉积在整个晶片表面上以形成ZnO薄膜410(未示出)。接着使用光致抗蚀剂来使ZnO薄膜410形成图案，以便只在后形成的激光器端面的附近留下ZnO薄膜(ZnO薄膜的剩余区域由附图标记410a表示)。

接着，绝缘薄膜411沉积在整个晶片表面上。通过热处理，Zn从每个ZnO薄膜410扩散到层压的半导体层中。所述热处理用适合于Zn的到达活性层(图7B)的温度和时间来实施。

在Zn所扩散的区域中，活性层404经受了结构上的扰乱。结果，形成了具有比活性层404的带隙更大的带隙的窗口结构412。最后，移除每个ZnO薄膜410a(图7C)。

众所周知，GaAs材料的Zn扩散系数小于AlGaInP材料。利用这个属性，GaAs接触层409作为Zn扩散过程中的Zn扩散控制层，使得在每个端面上稳定地形成窗口结构。此外，抑制了窗口结构412中多余的Zn扩散。这在将p型第二披覆层407处理成条纹图案的后续步骤中是有利的，因为防止了将存在于p型第二披覆层407之下的GaInP蚀刻终止层406弄碎。结果，可形成在形状上符合激光增益区域的条纹图案。

但是，如上所述，GaAs材料的Zn扩散系数相当小。因为红外激光器具有基于GaAs的活性层，所以比在具有基于AlGaInP的活性层的红色激光器中更加难以形成窗口结构。这个限制可通过分别使红外和红色激光器遭受不同的热处理以达到基本上相等级别的Zn扩散来解决。然而，通过分别执行热处理，为了窗口结构形成而首先处理的激光器在为另一个激光器实施热处理时遭受了不必要的热量。多余的热量引入了半导体中缺陷的出现。此外，Zn过多的扩散致使减小了在激光增益区域的活性层的可靠性。

现在转到专利文献3，它公开了替代GaAs，AlGaAs被用于p型接触层以便于Zn扩散。结果，即使在使用GaAs材料的红外激光器中，也形成了具有良好可控性和高再现性的窗口结构。

现在转到专利文献4，它公开了红外和红色激光器的活性层各自在厚度上得到优化。这些每个都具有最佳厚度的活性层允许Zn通过单次热处理就被不适当扩散，以在两个激光器中形成窗口结构。

发明内容

然而不幸的是，即使利用了专利文献3和4中公开的技术，仍然存在与具有集成在单个衬底上的红外激光器单元和红色激光单元的单片双波长半导体激光装置有关的下列缺点。即是，仍然难以同时为这两个激光器单元形成窗口结构，同时又优化这两个激光器单元的性能。

更具体地，根据专利文献3中公开的方法，AlGaAs接触层需要以相对高的组成率包含Al，以便达到基本上与在AlGaInP材料中相等的Zn扩散。然而，随着AlGaAs中Al含量的增加，电阻率增加了。结果，红外激光器单元的整体电阻率增加了，这对于高功率输出是不利的。

然而，专利文献4中公开的方法也具有下列的缺点。活性层对于Zn扩散的最佳厚度可能不是对于激光器单元性能的最佳厚度。因此，难以确定满足最佳Zn扩散和各个激光器单元的最佳性能的要求的活性层厚度。

此外，在制造单片双波长激光装置中，相同的材料被用于红色和红外激光器单元的披覆层，以减少制造步骤数。通常，披覆层由AlGaInP材料构成。在该情况下，可为最佳性能调整各个披覆层的成分。结果，红色和红外激光器单元的披覆层在Zn扩散系数上互不相同。只通过链接活性层的厚度是不能调节该差异的。

本发明涉及一种具有单结构的单片双波长半导体激光装置的制造方法，并旨在允许红外和红色激光器单元的活性层通过一起热扩散Zn而被扰乱，同时保证该装置的高可靠性。

力图满足上述目标，单片半导体激光装置包括放置在单个衬底上的第一半导体激光器单元和第二半导体激光器单元。第一半导体激光器单元可操作用来发射第一波长的光。第二半导体激光器单元可操作用来发射第二波长的光。第一半和第二半导体激光器单元的每个都包括双杂型结构。该双杂型结构由以所述的顺序层压的第一传导率类型的披覆层、活性层、第二传导率类型的披覆层和接触层组成。第一和第二半导体激光器单元各自接触层的厚度互不相同。

利用上面的根据本发明的半导体激光装置，第一和第二激光器单元的接触层在薄膜厚度上互不相同。薄膜厚度的差异用来抑制在第一和第二激光器单元之间杂质分布的不平衡的趋势，该不平衡是由各个激光装置中使用的材料的差异所引起的。结果，可同时优化这两个激光器单元的活性层和披覆层。

更具体地，假设两个激光器单元的每一个都具有相同厚度的接触层。在该情况下，在具有由允许更少的杂质被扩散的材料构成的接触层的激光器单元之一中，在形成窗口结构的阶段更少的杂质被扩散。

另一方面，在第一和第二半导体激光器单元的接触层彼此不同的情况下，在形成窗口结构的阶段，在具有较厚接触层的激光器单元中更少的杂质被扩散。

即是，在第一激光器单元的活性层由具有比第二激光器单元的材料更小的杂质扩散系数的材料构成的情况下，使第一激光器单元的接触层比第二激光器单元的接触层更薄。结果，为了形成窗口结构，通过一起处理这两个激光器单元，第一和第二激光器单元经受了相同级别的杂质扩散。

如上所述，由允许较少杂质扩散的材料构成的第一和第二半导体激光器单元中的一个具有比另一个半导体激光器单元接触层更薄的接触层。利用这种安排，通过实施形成窗口结构的过程来获得均匀杂质扩散的两个激光器单元。即是，因为可同时为第一和第二半导体激光器单元形成窗口结构，因此在整个制造过程中只要求执行窗口结构形成步骤一次。因此，可减少处理步骤数并由此降低制造成本。此外，因为这些半导体激光器单元都不需要冗余地经受热处理步骤。因此，防止了由这种过多的热处理引起的杂质到活性层的过多的扩散，这导致了提高半导体激光单元的可靠性。

本发明的上述半导体激光器单元可更优选地具有下列构造。

第一和第二半导体激光器单元的每一个都可包括具有脊的波导。第一和第二半导体激光器单元可包括覆盖每个波导脊的侧表面的电流阻塞层。

第一和第二半导体激光器单元各自的接触层的厚度彼此相差至少0.01μm。第一和第二半导体激光器单元的每一个的接触层厚度可至少为0.05μm。

第一波长可以是780nm的红外波段，并且第二波长可以是660nm的红色波段。

第一和第二半导体激光器单元的每一个的接触层可由Al_xGa_1-XAs构成，其中0≤x≤0.4。

第一和第二半导体激光器单元的每一个的接触层可具有5×10¹⁷cm^-3或更高的载流子密度。

电流阻塞层可覆盖至少在对应于形成窗口结构处的区域上的每个波导脊的上表面。通常，到窗口结构区域的电流注入引起每个谐振器端面上的热生成。然而，因为电流阻塞层覆盖了每个窗口结构区域的上表面，所以抑制了这种热生成。

第一和第二半导体激光器单元可由一个隔离槽分开，该隔离槽的内表面涂有绝缘薄膜。

力图满足上述目标，本发明的另一个方面提供了一种制造半导体激光装置的方法。该方法包括：第一分层形成步骤，形成第一半导体分层，该第一半导体分层由以所述的顺序在半导体衬底上层压的第一传导率类型的第一披覆层、第一活性层、第二传导率类型的第一披覆层和第二传导率类型的第一接触层所组成；第一分层移除步骤，移除在对应于所述衬底的预定区域的部分上的第一半导体分层；第二分层形成步骤，形成第二半导体分层，该第二半导体分层由以所述的顺序在所述衬底的预定区域上层压的第一传导率类型的第二披覆层、第二活性层、第二传导率类型的第二披覆层和第二传导率类型的第二接触层所组成，第二接触层在厚度上不同于第一接触层；第二分层移除步骤，移除在对应于所述衬底的预定区域以外区域的部分上的第二分层；以及电极形成步骤，在各自的半导体分层上都形成电极对，以形成半导体激光器单元，每个电极对由在所述衬底的后表面上形成的电极和在各自的半导体分层的波导脊的上表面上形成的电极组成。

利用根据本发明的制造方法，第二传导率类型的第一接触层又具有与第二传导率类型的第二接触层不同的薄膜厚度。因此，对于使用允许较少杂质扩散的材料的半导体激光器单元中的一个，使该接触层比另一个半导体激光器单元的接触层更薄。利用这种安排，这两个激光器单元在窗口结构形成时经受基本上相同级别的杂质扩散。

本发明的上述制造方法可更优选的具有下列构造。

该制造方法可进一步包括：杂质施加步骤，将杂质的源施加到第一和第二半导体分层表面的预定区域；和窗口结构形成步骤，热处理衬底以将杂质扩散到第一和第二半导体分层中，由此形成窗口结构。

从由Zn和Si组成的组中选择的一个可用作为杂质。

所述制造方法可进一步包括：脊形波导形成步骤，通过使第二传导率类型的第一披覆层和第二传导率类型的第一接触层形成图案，并通过使第二传导率类型的第二披覆层和第二传导率类型的第二接触层形成图案，来形成两个都具有脊的波导。

所述制造方法可进一步包括：电流阻塞层形成步骤，形成覆盖两个波导每一个的脊的侧表面的电流阻塞层。

在电流阻塞层形成步骤中，形成电流阻塞层以覆盖在对应于形成窗口结构处的区域上的每个波导脊的上表面。

所述制造方法可进一步包括：接触层移除步骤，移除在对应于各自半导体激光器单元的谐振器的一个或两个端面附近的区域上的第一和第二接触层的每一个。

在接触层移除步骤中，可在朝着激光增益区域的方向上从各自谐振器的端面算起相距至少5μm的区域上移除第一和第二接触层的每一个。

附图说明

结合说明本发明的特定实施例的附图，根据下列的描述，本发明的这些和其它目的、优点和特征将更加清楚。

在附图中：

图1A和图1B分别是根据本发明的实施例1的半导体激光装置的斜视图和截面图；

图2A-2D是说明根据实施例1的半导体激光装置的制造方法的步骤的视图；

图3A和3B是说明接着图2的制造方法的步骤的视图；

图4A-4C是说明接着图3的制造方法的步骤的视图；

图5A和5B是说明根据本发明的实施例2的半导体激光装置的制造方法的步骤的视图；

图6A是根据实施例2的半导体激光装置的斜视图，图6B和6C是其截面图；并且

图7A-7C是说明根据现有技术的具有端面窗口结构的红色激光装置的制造方法的视图。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的实施例。

实施例1

双波长半导体激光装置

图1A是根据本发明的实施例1的半导体激光装置的示意性的斜视图。图1B是图1A的沿着线A-A′的截面图。

根据本实施例，该单片双波长半导体激光装置由n型GaAs衬底101以及在衬底101上装配的红外激光器单元110和红色激光器单元120组成。每个激光器单元都具有下列构造。

所述红外激光器单元110具有下列以所述的顺序在n型GaAs衬底101上层压的层：n型GaAs缓冲层102；n型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP披覆层103；基于GaAs/AlGaAs的活性层104；p型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP第一披覆层105；p型GaInP蚀刻终止层106；具有脊形的p型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP第二披覆层107；p型GaInP中间层108；和p型GaAs接触层109。

另一方面，红色激光器单元120具有下列以所述的顺序在n型GaAs衬底101上层压的层：n型GaAs缓冲层112；n型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP披覆层113；基于GaInP/AlGaInP的活性层114；p型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP第一披覆层115；p型GaInP蚀刻终止层116；具有脊形的p型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP第二披覆层117；p型GaInP中间层118；和p型GaAs接触层119。

此外，形成电流阻塞层132以覆盖脊形第二披覆层107和117的侧表面以及蚀刻终止层106和116的上表面。在各自激光器单元的端面附近的每个区域中形成窗口结构131。

这里，GaAs接触层109和119已经被蚀刻，以移除其存在于窗口结构131之上的区域。

红外激光器单元110和红色激光器单元120由通过蚀刻所形成的隔离槽130电绝缘，以暴露n型衬底101的区域。隔离槽130的内表面涂有绝缘薄膜。通过有机金属化学气相沉积(Metal-OrganicChemical Vapor Deposition，MOCVD)来形成红外和红色激光器单元110和120的这些层。

本实施例的特征在于，红外激光器单元110的p型GaAs接触层109薄于红色激光器单元120的p型GaAs接触层119。更具体地，红外激光器单元的接触层109测量的厚度为0.1μm，而红色激光器单元的接触层119测量的厚度为0.2μm。

另一个特征在于，GaAs接触层109和119已经被蚀刻，以移除其存在于窗口结构131之上的区域。在下面关于双波长半导体激光装置的制造方法的描述中，将对于提供不同厚度的接触层以及移除存在于窗口结构之上的接触层的区域的效果给出解释。

双波长半导体激光装置的制造方法

下面描述了具有上述结构的双波长半导体激光装置的制造方法。在该描述中，参考了图2、3和4，这些图中的每一个都是说明该制造方法步骤的横截图。

首先如图2A所示，在n型GaAs衬底201上利用MOCVD顺序地形成了下列层：n型GaAs缓冲层202；n型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP披覆层203；基于GaAs/AlGaAs的活性层204；p型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP第一披覆层205；p型GaInP蚀刻终止层206；p型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP第二披覆层207；p型GaInP中间层208；和p型GaAs接触层209。

在该实施例中，每个披覆层由(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP构成，其中x＝0.7并且y＝0.5。

接着如图2B所示，利用光刻法和湿蚀刻技术来移除上述层压的体部的一部分。这里，所移除的部分对应于要在其上形成红色激光器单元120的衬底的区域。也就是说，在对应于红外激光器区域210的部分上的层压的体部保持未移除。

执行图2B中所示蚀刻，以移除n型GaAs缓冲层202之上每一层的对应部分，使得n型GaAs衬底201的表面被部分暴露。为了精确执行选择性蚀刻，用盐酸作为蚀刻剂来蚀刻包含P的半导体层，并且用硫酸作为蚀刻剂来蚀刻包含As的半导体层。

接着如图2C所示，在包括其暴露表面的衬底201的区域上利用MOCVD顺序地形成了下列层：n型GaAs缓冲层212；n型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP披覆层213；基于GaInP/AlGaInP的活性层214；p型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP第一披覆层215；p型GaInP蚀刻终止层216；和p型(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP第二披覆层217；p型GaInP中间层218；和p型GaAs接触层219。

在该实施例中，每个披覆层由(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP构成，其中x＝0.7并且y＝0.5。

如图2C所示，作为该步骤的结果，还在红外激光器区域210上层压上述的层。

接着如图2D所示，从红外激光器区域210移除为形成红色激光器单元而层压的层。结果，只在红色激光器区域220中保留了红色激光器单元的层。此外，利用光刻法和湿蚀刻技术形成隔离槽230，使得红外激光器单元110和红色激光器单元120相分离。

因为组成红色激光器单元120的每一层都是包含P的半导体层，所以盐酸被用作为蚀刻剂。

注意到，在形成接触层的步骤中，红外激光器单元的p型GaAs接触层209薄于红色激光器单元的p型GaAs接触层219。由于厚度上的差异，在形成端面窗口结构231的后续步骤中确保Zn的均匀热扩散。

此外，在电极形成之前，每个接触层都随后经历了从该接触层的表面移除氧化薄膜的步骤或者蚀刻该接触层的步骤。考虑到以上内容，每个接触层在形成该层之时测量的厚度为0.05μm是所期望的。

在本实施例中，形成厚度为0.2μm的p型GaAs接触层219，而形成厚度为0.1μm的p型GaAs接触层209。

接着，通过下列步骤来形成端面窗口结构231。

如图3A所示，通过溅射在n型衬底201的整个表面上沉积ZnO(未示出)。然后，对ZnO的沉积形成图案，以使ZnO层只存留于距离激光器解理面向内伸展大约20μm的区域中(在图中区域213显示为对角阴影区)。此外，SiO₂薄膜(未示出)作为帽薄膜沉积在包括ZnO层表面的衬底201的整个表面上。

接着，通过热处理，在半导体层的紧接ZnO层之下存在的区域上，Zn被热扩散到半导体层中。结果，扰乱了活性层的ZnO扩散的区域并因此形成了窗口结构231。

根据本实施例的方法，形成了具有厚度互不相同的红外激光器单元的p型GaAs接触层209和红色激光器单元的p型GaAs接触层219。由于厚度差异，这两个激光器单元的活性层和披覆层中的杂质扩散一起被优化。也就是说，防止了一个或另一个激光器单元的活性层和披覆层中不足或过多的Zn扩散。

为给出进一步的解释，红外激光器单元的p型GaAs接触层209的厚度不同于红色激光器单元的p型GaAs接触层219的厚度。在来自在各自的接触层上沉积的相同扩散源的相同热条件下对Zn进行热扩散。自然地，红外和红色激光器单元展现出通过各自接触层的不同扩散轮廓。较薄的红外激光器单元的接触层允许更多的Zn经过它被扩散。

在另一方面，应当注意到，红外激光器单元的活性层是包含As的半导体层，而红色激光器单元的活性层是包含P的半导体层。通常，包含As的半导体层的Zn的热扩散系数小于包含P的半导体层。

考虑这两个因素，红色激光器单元具有Zn热扩散系数较小的活性层，并具有较薄的接触层，从而允许扩散更多的Zn。利用这种安排，基本上在这两个激光器单元各自的活性层之间平衡了Zn的扩散程度。

接着，在红外和红色激光器区域210和220的每一个上形成SiO₂薄膜(未示出)。接着，利用光刻法和湿蚀刻技术，将该SiO₂薄膜处理成条纹掩模图案(未示出)。利用该条纹掩模图案，如图3B所示的蚀刻红外激光器单元的第二披覆层207和红色激光器单元的第二披覆层217，而到达到蚀刻终止层206和216的深度。结果，披覆层207和217的每一个都形成脊。

通过联合使用湿和干蚀刻来执行如图3B所示的蚀刻，湿和干蚀刻利用了电感耦合的等离子区或电抗性等离子区。

接着，利用氧化氟作为蚀刻剂来移除掩模图案。此外，利用光刻法和湿蚀刻技术，移除在其区域上(未示出)的p型GaAs接触层209和219，所述每个区域朝着各自的激光增益区域在相应的窗口结构231之外扩展了25μm。这里，硫酸被用作蚀刻剂来蚀刻接触层。

接着，如图4A所示，通过在整个晶片表面上沉积绝缘薄膜来形成电流阻塞层232。接着，利用光刻法和湿蚀刻技术来部分地移除该绝缘薄膜，以便暴露除了对应于Zn扩散区域的上表面区域之外的脊形披覆层207和217的每一个的上表面，在该Zn扩散区域中接触层209和219已经通过蚀刻被移除。

图4B是图4A沿着线A-A′的截面图，并示出了激光增益区域的横截面。图4C是图4A沿着线B-B′的截面图，并示出了窗口结构的横截面。

如图4C所示，在窗口结构231的区域上已经移除了接触层209和219。电流阻塞层232覆盖了由于接触层的移除而暴露的脊的上表面区域。利用这种排列。在驱动激光器单元时，没有电流注入到窗口结构231的区域中。因此，抑制了由于响应注入电流在谐振器端面上生成的热量引起的恶化，这导致对驱动可靠性的保证。

为了适当地防止电流注入到窗口结构231的区域中，在朝着各自增益区域的方向上，移除接触层209和219超过每个窗口结构231的区域至少5μm，并且电流阻塞层232需要覆盖由于接触层的移除而暴露的脊的上表面区域。然而，如果接触层被移除得过多，将存在不期望的由于电阻增加而引起的性质波动的可能性。例如，激光器单元的电流-光输出性质的阈值可能波动。为了抑制该波动，将每个移除的区域保持在距离激光器端面8μm内是所期望的。

最后，在n型衬底201上层压的最上层的表面上形成p电极(未示出)，并且在衬底201的后表面形成n电极(未示出)。

如上所述，根据本实施例，为了控制为形成窗口结构而实行的Zn扩散，使各自激光器单元的GaAs接触层在厚度上彼此不同。因此，各自激光器单元的活性层在相同的退火条件下被均匀地扰动，以得到均匀的成分。

此外，因为在相同的退火条件下一起实行这两个激光器单元的Zn扩散，所以减少了制造步骤数。此外，提高了装置的可靠性。更具体地，当通过在不同的条件下的多个热处理来形成每个激光器单元的窗口结构时，激光器单元肯定会经受不必要的受热历程，这很可能降低激光器单元的可靠性。然而，根据本实施例，在相同的条件下实行Zn扩散，使得激光器单元都不经受不必要的受热历程。结果，提高了激光装置的制造产量和可靠性。

注意，湿式清理GaAs接触层209和219的表面是优选的，以便降低与电极的接触电阻并抑制接口状态。为此，优选的是，接触层209和219的每一个测量的厚度至少为0.05μm。即是，红外激光器单元210的p型GaAs接触层209测量的厚度至少为0.05μm是优选的。

此外，基于活性层204和214之间的Zn扩散系数(描述Zn扩散到各自活性层中的速率的系数)的差异，来确定红外激光器单元210的接触层209和红色激光器单元220的接触层219之间的薄膜厚度的差异(厚度差)。在Zn扩散系数之间的差异较大的情况下，相应地将厚度差设置得较大。

每个Zn扩散系数取决于GaAS接触层和p型披覆层的载流子密度。考虑到本实施例的红外和红色激光器单元210和220的扩散系数之间的差异，厚度差必须至少为0.01μm，优选的至少为0.05μm。

此外，为了降低接触层和电极之间的接触电阻，适当地设置每个接触层的载流子密度也是重要的。

简单地讲，为了将接触层和电极之间的接触电阻降低到10^-5Ω·cm²的量级，接触层的载流子密度必须为1×10¹⁸cm^-3或更高。

然而实际上，激光器单元的电阻不仅由接触层的接触电阻来确定，还由脊的宽度来确定。为此，为了将接触电阻保持在5Ω之内，载流子密度必须为5×10¹⁷cm^-3或更高。

在本实施例中，p型GaAs接触层209和219的载流子密度都被设置为1×10¹⁹cm^-1。

关于载流子密度的上限，在晶体成长期间掺杂是可能的并且对于活性层不影响Zn扩散的范围内，掺杂浓度可能较高。在本实施例中，Zn被用作为掺杂剂。

此外，如上所述，通过使红外激光器单元的GaAs接触层209和红色激光器单元的GaAs接触层219之间的载流子密度有差别，可将由Zn扩散所引起的活性层的扰动控制在某个程度。

因此，除了厚度差之外，还通过使接触层209和219之间在载流子密度上有差别，用较小的厚度差来适当地调整Zn扩散。

利用这个方法，即使当这两个激光器单元在各自活性层的结构或各自披覆层的厚度和/或成分上有差异时，两个接触层之间的厚度差可保持相对得小。

通过将厚度差保持为最小值，可到达各种优点。例如，当将该单片半导体激光装置安装在例如粘着基台(submount)上，可使激光器单元的光发射点与参考平面尽可能平行。结果，不存在影响应用该激光装置的光学系统设计的限制。

具体地，例如通过将载流子密度大约从1×10¹⁹cm^-3增加到3×10¹⁹cm^-3，厚度增加了30％或更多的红外激光器单元的p型GaAs接触层209仍然展示了相同级别的Zn扩散速率。由此，降低了与红色激光器的接触层219的厚度差。

在本实施例中，GaAs被用作为红外和红色激光器单元的p型接触层。但是可替换地，Al_xGa_1-XAs(0＜x≤0.4)可用作为接触层。

由于在每个接触层中Al的存在，促进了Zn扩散到活性层中，尤其是在红外激光器中。然而，Al的存在使得接触层的表面更容易氧化并因此增加了由接口状态所引起的接触电阻。为此，将Al的含量x保持到0.4或更低是所期望的。

此外，根据本实施例，红外和红色激光器单元的披覆层的成分是相同的。然而，可使各自的披覆层的成分在Al、Ga和In的含量上不同。在这种情况下，在调整接触层之间的厚度和/或载流子密度的差异时，需要附加地考虑披覆层的成分差异。

根据本实施例，每个披覆层由基于AlGaInP的材料构成。然而，基于GaAs的材料也可用于披覆层。此外，电路阻塞层可由诸如AlInP的半导体材料构成。

根据本实施例，通过扩散Zn来形成窗口结构。然而，可使用除了Zn之外的任何其它杂质，一个例子是Si。

实施例2

图6A是根据本发明的实施例2的半导体激光装置的斜视图。图6B和6C是半导体激光装置的截面图。

实施例2的半导体激光装置在结构上基本类似于实施例1的半导体激光装置。不同之处在于，电流阻塞层由AlInP构成。此外，制造方法也与实施例1不同。下面参考图5和6来描述第二制造方法。

通过实施例1的图2A-3B中所示的相同步骤，形成组成部分波导的脊。

接着，如图5A所示，利用光刻法来蚀刻SiO₂薄膜(未示出)和接触层309和319，以移除其存在于窗口结构331之上的区域。

接着，如图5B所示，有选择地生长AlInP，以形成电流阻塞层332，而不会移除在接触层309和319上存在的SiO₂掩模图案。该SiO₂掩模图案已经被用来形成脊。由AlInP构成的电流阻塞层332在驱动时防止电流注入到在端面上形成的窗口结构区域。

接着，利用光刻法和湿蚀刻技术，蚀刻电流阻塞层332以移除其生长在隔离槽330上的区域。利用作为蚀刻剂的盐酸，有选择地移除AlInP电流阻塞层332，同时留下GaAs衬底301和IGaInP披覆层307和317。

接着，如图6A所示，绝缘材料被沉积，并接着利用光刻法和湿蚀刻技术来形成图案，以在隔离槽330的表面上留下绝缘薄膜333。

由于上述的从隔离槽330的表面蚀刻AlInP电流阻塞层332，GaAs衬底301的对应区域变得暴露。将半导体激光装置与部分暴露的衬底装配可引起不期望的可能性。例如，芯片焊接材料诸如焊料可突然作用到所述槽。结果，在红外激光器单元310和红色激光器单元320之间可引起短路。然而如上所述，隔离槽330的内表面被涂上了绝缘薄膜333。因此，抑制了在装配时短路的发生。

最后，在n型衬底301上层压的最上层的表面上形成p电极(未示出)，并且在衬底301的后表面形成n电极(未示出)。

实施例2实现了针对实施例1所描述的相同优点。此外，防止了装配时在激光器单元之间短路的发生。此外，用AlInP的半导体层组成电流阻塞层，AlInP不吸收由各自激光器单元发射的光。这对于高的光输出是有利的。此外，由AlInP构成的电流阻塞层具有更高的热传导率，并因此具有比诸如SiO₂的电介质层具有更好的热耗散。这对于高的光输出也是有利的。此外，与使用诸如SiO₂的电介质层的情况比较，利用由AlInP构成的电流阻塞层，使构成各个激光器单元的半导体层的折射率之间的差异更小。这对于高的光输出也是有利的。

尽管根据实施例2的电流阻塞层由AlInP构成，但是这还适用于使用具有较高Al含量的AlGaInP。这种电流阻塞层具有不吸收由各自激光器单元发射的光的类似优点。

如上所述，根据本发明，半导体激光装置具有单片装配的红外激光器单元和红色激光器单元，并且通过使红外和红色激光器单元都经受同一个热处理来适当实现各自的活性层的扰乱以在每个端面形成窗口结构。因为这两个激光器单元的窗口结构通过一个热处理一起形成，所以减少了处理步骤数，并且激光器单元都不会遭受多余的热处理。因此，所得到的激光装置确保高的光输出和高可靠性。这种激光装置特别适合于光盘记录装置等等。

尽管已经通过参考附图举例的方式完整地描述了本发明，应当注意，对于本领域技术人员来说各种变化和修改是明显的。因此，除非这种变化和修改偏离了本发明的范围，它们就应当被认为包括在其中。

Claims (20)

1.一种单片半导体激光装置，包括：

放置在单个衬底上的第一半导体激光器单元和第二半导体激光器单元，第一半导体激光器单元可操作用来发射第一波长的光，并且第二半导体激光器单元可操作用来发射第二波长的光，

其中，第一和第二半导体激光器单元的每一个都包括双杂型结构，该双杂型结构由以所述的顺序层压的第一传导率类型的披覆层、活性层、第二传导率类型的披覆层和接触层构成，并且

第一和第二半导体激光器单元各自接触层的厚度互不相同。

2.根据权利要求1的单片半导体激光装置，

其中，第一半导体激光器单元的活性层的材料在杂质扩散系数上小于第二半导体激光器单元的活性层的材料，并且

第一半导体激光器单元的接触层比第二半导体激光器单元的接触层更薄。

3.根据权利要求1的单片半导体激光装置，

其中，第一和第二半导体激光器单元的每一个都具有因为引入杂质而在谐振器的一个或两个端面上形成的窗口结构区域。

4.根据权利要求1的单片半导体激光装置，

其中，第一和第二半导体激光器单元的每一个都包括具有脊的波导。

5.根据权利要求4的单片半导体激光装置，

其中，第一和第二半导体激光器单元包括覆盖每个波导脊的侧表面的电流阻塞层。

6.根据权利要求1的单片半导体激光装置，

其中，第一和第二半导体激光器单元各自接触层的厚度彼此相差至少0.01μm。

7.根据权利要求6的单片半导体激光装置，

其中，第一和第二半导体激光器单元的每一个的接触层的厚度至少为0.05μm。

8.根据权利要求1的单片半导体激光装置，

其中，第一波长是780nm的红外波段，并且第二波长是660nm的红色波段。

9.根据权利要求1的单片半导体激光装置，

其中，第一和第二半导体激光器单元的每一个的接触层由Al_xGa_1-XAs构成，其中0≤x≤0.4。

10.根据权利要求1的单片半导体激光装置，

其中，第一和第二半导体激光器单元的每一个的接触层具有5×10¹⁷cm^-3或更高的载流子密度。

11.根据权利要求5的单片半导体激光装置，

其中，电流阻塞层覆盖至少在对应于形成窗口结构之处的区域上的每个波导脊的上表面。

12.根据权利要求1的单片半导体激光装置，

其中，第一和第二半导体激光器单元由一个隔离槽分开，该隔离槽的内表面涂有绝缘薄膜。

13.一种制造半导体激光装置的制造方法，包括：

第一分层形成步骤，形成第一半导体分层，该第一半导体分层由以所述的顺序在半导体衬底上层压的第一传导率类型的第一披覆层、第一活性层、第二传导率类型的第一披覆层和第二传导率类型的第一接触层所构成；

第一分层移除步骤，移除在对应于所述衬底的预定区域的部分上的第一半导体分层；

第二分层形成步骤，形成第二半导体分层，该第二半导体分层由以所述的顺序在所述衬底的预定区域上层压的第一传导率类型的第二披覆层、第二活性层、第二传导率类型的第二披覆层和第二传导率类型的第二接触层所构成，第二接触层在厚度上不同于第一接触层；

第二分层移除步骤，移除在对应于所述衬底的预定区域以外区域的部分上的第二分层；以及

电极形成步骤，在各自的半导体分层上都形成电极对，以形成半导体激光器单元，每个电极对由在衬底的后表面上形成的电极和在各自半导体分层的波导脊的上表面上形成的电极构成。

14.根据权利要求13的制造方法，进一步包括：

杂质施加步骤，将杂质的源施加到第一和第二半导体分层的表面的预定区域；和

窗口结构形成步骤，热处理衬底以将杂质扩散到第一和第二半导体分层中，由此形成窗口结构。

15.根据权利要求14的制造方法，

其中，从由Zn和Si组成的组中选择的一个用作为杂质。

16.根据权利要求13的制造方法，还包括：

脊形波导形成步骤，通过使第二传导率类型的第一披覆层和第二传导率类型的第一接触层形成图案，并通过使第二传导率类型的第二披覆层和第二传导率类型的第二接触层形成图案，来形成两个都具有脊的波导。

17.根据权利要求16的制造方法，还包括：

电流阻塞层形成步骤，形成覆盖所述两个波导每一个的脊的侧表面的电流阻塞层。

18.根据权利要求17的制造方法，

其中，在电流阻塞层形成步骤中，形成电流阻塞层以覆盖在对应于形成窗口结构之处的区域上的每个波导脊的上表面。

19.根据权利要求13的制造方法，还包括：

接触层移除步骤，移除在与各自半导体激光器单元的谐振器的一个或两个端面附近相对应的区域上的第一和第二接触层的每一个。

20.根据权利要求19的制造方法，

其中，在接触层移除步骤中，在朝着激光增益区域的方向上从各自谐振器的端面算起相距至少5μm的区域上移除第一和第二接触层的每一个。

Images