CN101292402B - 半导体激光发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体激光发光装置(1)，该半导体激光发光装置(1)具有：在基板(2)的上表面，叠层有第一下层包层(11)、第一活性层(12)以及第一上层包层(13)的红外激光发光元件(3)，和叠层有第二下层包层(21)、第二活性层(22)以及第二上层包层(23)的红色激光发光元件(4)。第一下层包层(11)由在基板(2)的整个上表面形成的第三下层包层(17)、在第三下层包层(17)的整个上表面形成的蚀刻阻挡层(18)、和在位于蚀刻阻挡层(18)的上表面且形成红外激光发光元件(3)的区域形成的第四下层包层(19)构成。第二下层包层(21)，形成于位于蚀刻阻挡层(18)的上表面且形成红外激光发光元件(3)的区域以外的区域。

Description

半导体激光发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有红外激光发光元件和红色激光发光元件的半导体激光装置及其制造方法。
背景技术
在作为现有技术的专利文献1中，提案有两波长型的半导体激光装置。该半导体激光装置在一个基板上并列设置有红外激光发光元件和红色激光发光元件。该半导体激光装置具有单片(monolithic)结构。红外激光发光元件和红色激光发光元件发出波长互不相同的激光。
红外发光元件构成为，叠层有n型的第一下层包(clad)层、第一活性层和p型的第一上层包层。红色激光发光元件构成为，叠层有n型的第二下层包层、第二活性层和p型的第二上层包层。
以下，对该半导体激光装置的制造方法进行说明。在该制造方法中，在一个基板的整个上表面上形成第一叠层体。第一叠层体按照n型的第一下层包层、第一活性层和p型的第一上层包层的顺序叠层而成。在该第一叠层体中，保留形成红外激光发光元件的部分，在第一蚀刻工序中除去其以外的部分。由此，在基板的上表面露出形成红外激光发光元件的部分以外的部分。
接着，在基板的上表面的在第一蚀刻工序中露出的部分和形成红外激光发光元件的部分的全体上形成第二叠层体。第二叠层体按照n型的第二下层包层、第二活性层和p型的第二上层包层的顺序叠层而成。在第二叠层体中，保留形成红色激光发光元件的部分，在第二蚀刻工序中除去其以外的部分。
在作为另一现有技术的专利文献2中提案有另一结构的半导体激光装置。另一结构的半导体激光装置在红色激光发光元件的基板与第二下层包层之间形成有提高加固层(高度调整用缓冲层)，在这点上，专利文献2记载的半导体激光装置与专利文献1中记载的半导体激光装置不同。
以下，对专利文献2中记载的半导体激光装置的制造方法加以说明。利用该制造方法，在一个基板的整个上表面形成第一叠层体。第一叠层体按照n型的第一下层包层、第一活性层和p型的第一上层包层的顺序叠层而成。在该第一叠层体中保留形成红外激光发光元件的部分，在第一蚀刻工序中除去其以外的部分。由此，在基板的上表面露出形成红外激光发光元件的部分以外的部分。
接着，在基板的上表面的在第一蚀刻工序中露出的部分形成提高加固层(高度调整用缓冲层)。接着，在形成提高加固层和红外激光发光元件的部分的全体上形成第二叠层体。第二叠层体按照n型的第二下层包层、第二活性层和p型的第二上层包层的顺序叠层而成。在该第二叠层体中保留形成红色激光发光元件的部分，在第二蚀刻工序中除去其以外的部分。
专利文献1：日本国特开2001-244569号公报
专利文献2：日本国特开2001-320132号公报；
可是，在这些半导体激光装置中，红外激光发光元件的第一活性层和红色激光发光元件的第二活性层，由于组装或光学系统上等的理由实质上必需使距离基板上表面的高度位置一致。
另一方面，红色激光发光元件的第二下层包层的组成成分与红外激光发光元件的第一下层包层不同。因此，能够使第二下层包层的厚度比第一下层包层的厚度大幅减小。
在专利文献1记载的制造方法中，第二叠层体的第二下层包层的厚度与第一叠层体的第一下层包层的厚度相同。这样，实质上使第一活性层与第二活性层的高度位置一致。如上所述，第二叠层体的厚度虽然能够减小，但为了使第一活性层与第二活性层的高度位置一致，而使第二下层包层的厚度增厚。因此，在生长形成第二下层包层的成膜工序中，需要较长的时间。
并且，在专利文献1记载的制造方法中，由于增厚形成第二下层包层，仅此即使成膜用的原材料的使用量变多。因此，存在导致制造成本大幅提高的问题。
与此相对，在专利文献2记载的制造方法中，在第一蚀刻工序中露出的部分上形成提高加固层，在该提高加固层的上表面上形成第二下层包层。因此，能够使第二下层包层的厚度减小与提高加固层的厚度相当的量。并且，通过调整第二下层包层的厚度，能够使第一活性层与第二活性层的高度位置实质上一致。
但是，在专利文献2记载的制造方法中。在第一蚀刻工序中形成第一叠层体后，必需另外设置用于形成提高加固层的成膜工序。因此，存在导致制造成本大幅增大的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的。本发明的目的是提供能够消除上述问题的半导体激光发光装置及其制造方法。
根据本发明的第一方面而提供的一种半导体激光发光装置，其具有：在一个基板的上表面，叠层第一下层包层、第一活性层以及第一上层包层而形成的红外用的红外激光发光元件，和叠层第二下层包层、第二活性层以及第二上层包层而形成的红色用的红色激光发光元件，该半导体激光发光装置的特征在于：上述第一下层包层由在上述基板的整个上表面形成的第三下层包层、在上述第三下层包层的整个上表面形成的蚀刻阻挡(etching stop)层、和在位于上述蚀刻阻挡层的上表面且形成上述红外激光发光元件的区域形成的第四下层包层构成，上述第二下层包层，形成于位于上述蚀刻阻挡层的上表面且形成上述红外激光发光元件的区域以外的区域。
上述第一活性层与上述第二活性层优选借助上述第三下层包层和上述蚀刻阻挡层，距离上述基板上表面的高度位置大致相同。
优选上述第三下层包层和上述第四下层包层由n型AlGaAs形成，上述蚀刻阻挡层由InGaP形成，上述第一活性层由AlGaAs形成，上述第二下层包层由n型InGaAlP形成，上述第二活性层由InGaP形成。
根据本发明的第二方面，提供一种半导体激光发光装置的制造方法，该制造方法制造在一个基板的上表面设置有红外激光发光元件和红色激光发光元件的半导体激光发光装置，其特征在于，包括：第一外延工序，该第一外延工序在上述基板的整个上表面形成构成第一下层包层的第三包层，在上述第三下层包层的整个上表面形成蚀刻阻挡层，在上述蚀刻阻挡层的整个上表面形成构成上述第一下层包层的第四下层包层，在上述第四下层包层的上表面形成第一活性层，在上述第一活性层的上表面形成第一上层包层，从而形成第一叠层体；第一蚀刻工序，该第一蚀刻工序除去在上述第一叠层体中成为上述红外激光发光元件的部分以外的部分，使位于上述蚀刻阻挡层的上表面且成为上述红外激光发光元件的部分以外的部分露出；第二外延工序，该第二外延工序在通过上述第一蚀刻工序保留的上述第一叠层体和露出的上述蚀刻阻挡层的上表面，形成第二下层包层，在上述第二下层包层的上表面形成第二活性层，在上述第二活性层的上表面形成上述第二上层包层，从而形成第二叠层体；和第二外延工序，该第二外延工序除去上述第二叠层体中的成为上述红色激光发光元件的部分以外的部分。
附图说明
图1为表示本发明的第一实施例的半导体激光发光装置的纵截正面图。
图2为表示图1所示的半导体激光发光装置的制造方法的图。
图3为表示图1所示的半导体激光发光装置的制造方法的图。
图4为表示图1所示的半导体激光发光装置的制造方法的图。
图5为表示图1所示的半导体激光发光装置的制造方法的图。
图6为表示图1所示的半导体激光发光装置的制造方法的图。
图7为表示图1所示的半导体激光发光装置的制造方法的图。
图8为表示图1所示的半导体激光发光装置的制造方法的图。
图9为表示图1所示的半导体激光发光装置的制造方法的图。
图10为表示本发明的第二实施例的半导体激光发光装置的纵截正面图。
具体实施方式
以下，参照附图，具体地说明本发明的实施例。
图1为表示本发明的第一实施例的半导体激光发光装置的纵截正面图。
该半导体激光发光装置1具有基板2、红外用的红外激光发光元件3和红色用的红色激光发光元件4。红外激光发光元件3和红色激光发光元件4发出波长互不相同的激光。基板2例如由n型GaAs构成。红外激光发光元件3和红色激光发光元件4设置在基板2的上表面。
红外激光发光元件3由第一下层包层11、第一活性层12、第一上层包层13、第一脊形部14、第一埋入层15、和第一接触层16构成。
第一下层包层11由第三包层17、蚀刻阻挡层18、和第四包层19构成。第三下层包层17形成于基板2的整个上表面。在第三下层包层17的上表面形成有蚀刻阻挡层18。蚀刻阻挡层18的厚度较薄。在位于蚀刻阻挡层18的上表面且形成红外激光发光元件3的区域形成有第四下层包层19。第三包层17和第四包层19例如由n型AlGaAs构成。蚀刻阻挡层18例如由InGaP构成。
在第四下层包层19的上表面形成有第一活性层12。第一活性层12由振荡波长为750～850nm的例如AlGaAs构成。在第一活性层12的上表面形成有第一上层包层13。第一上层包层13例如由p型AlGaAs构成。
在第一上层包层13的上表面的中央部形成有第一脊形部14。在位于第一上层包层13的上表面的第一脊形部14的周围形成有第一埋入层15。第一埋入层15例如由n型AlGaAs构成。在第一埋入层15的上表面形成有第一接触层16。第一接触层16例如由p型GaAs构成。
红色激光发光元件4由第二下层包层21、第二活性层22、第二上层包层23、第二脊形部24、第二埋入层25、和第二接触层26构成。
第二下层包层21形成于蚀刻阻挡层18的上表面。第二下层包层21例如由n型InGaAlP构成。在第二下层包层21的上表面形成有第二活性层22。第二活性层22由振荡波长为635～680nm的例如InGaP构成。在第二活性层22的上表面形成有第二上层包层23。第二上层包层23例如由p型InGaAlP构成。
在第二上层包层23的上表面的中央部形成有第二脊形部24。在位于第二上层包层23的上表面的第二脊形部24的周围形成有第二埋入层25。第二埋入层25例如由n型InAlP或n型InGaAlP构成。在第二埋入层25的上表面形成有第二接触层26。第二接触层26例如由p型GaAs构成。
如上所述，半导体激光发光装置1的构成红外激光发光元件3的一部分的第一下层包层11的第三下层包层17形成于基板2的整个上表面。并且，蚀刻阻挡层18形成于第三下层包层17的整个上表面。于是，在蚀刻阻挡层18的上表面，形成有构成红外激光发光元件3的第四下层包层19并且形成有构成红色激光发光元件的第二下层包层21。
根据上述结构，第二下层包层21隔着蚀刻阻挡层18和第三下层包层17设置在基板2上。由此，能够可靠地使红外激光发光元件3的第一活性层12与红色激光发光元件4的第二活性层22在距离基板2的上表面的实质上相同高度的位置上一致。即，形成有第二下层包层21的蚀刻阻挡层18的部分和第三下层包层17的部分发挥与专利文献2中记载的半导体激光发光装置中的提高加固层相同的作用。
因此，不必如专利文献1中记载的半导体激光装置那样增加红色激光发光元件的第二下层包层的厚度。即，能够缩短形成第二下层包层的成膜工序的时间，并能够抑制第二下层包层的成膜用原材料的使用量。并且，也不必如专利文献2中记载的半导体激光装置那样形成提高加固层。因此，不必另外设置用于形成提高加固层的成膜工序，能够抑制制造成本的增加。
另外，在上述结构中，蚀刻阻挡层18的带隙(bandgap)比第一活性层12的带隙大。因此，因蚀刻阻挡层18引起的红外光的吸收、损失较少。并且，第三下层包层17的带隙比第二活性层22的带隙大。因此，因第三下层包层17引起的红色光的吸收、损失较少。因此，红外激光发光元件3和红色激光发光元件4能够获得高亮度。
接着，参照图2～图9对第一实施例的半导体激光发光装置1的制造方法加以说明。
首先，执行形成第一叠层体5的第一外延工序。如图2所示，在第一外延工序中，在基板2的整个上表面形成第一下层包层11的第三下层包层17。在第三下层包层17的上表面形成蚀刻阻挡层18。在蚀刻阻挡层18的上表面形成第四下层包层19。在第四下层包层19上形成第一活性层12。在第一活性层12的上表面形成第一上层包层13。由此，形成第一叠层体5。
在第一下层包层11的形成过程中，供给Al、Ga、As，生长形成第三下层包层17。然后，停止供给Al和As，仅供给规定时间的In和P，由此形成蚀刻阻挡层18。然后停止In和P的供给并再次供给Al和As，由此生长形成第四下层包层19。
如上所述，通过在形成第一下层包层11的成膜工序的途中更换原材料，不另外单独导入用于形成蚀刻阻挡层18的成膜工序，就能够形成第一下层包层11。因此，能够有助于降低制造成本。
另外，对于蚀刻阻挡层18，也能够在生长形成第三下层包层17后，通过在规定时间更换该成膜原材料的混合比而加以形成。
接着，移至第一蚀刻工序。在第一蚀刻工序中，在遮蔽第一叠层体5的成为红外激光发光元件3的部分的状态下，在蚀刻溶液中除去第一叠层体5的成为红外激光发光体3的部分以外的部分。
如图3所示，利用第一蚀刻工序，能够保留第一叠层体5的被遮蔽的部分，而除去第一叠层体5的没有被遮蔽的部分中的位于蚀刻阻挡层18的上侧的部分。由此，能够在将第三下层包层17残留于基板2的整个上表面的状态下，形成成为红外激光发光元件3的部分。
通过第一蚀刻工序，蚀刻阻挡层18露出在形成红色激光发光元件4的区域。
在此情况下，如果在蚀刻阻挡层18中含有Al(铝)，就会在第一蚀刻工序中露出的蚀刻阻挡层18的表面产生Al(铝)的氧化覆盖膜。在本第一实施例中，使用如InGaP这样不含Al(铝)的材料形成蚀刻阻挡层18。由此，能够可靠地抑制在经第一蚀刻工序而露出的蚀刻阻挡层18的表面产生Al等金属的氧化覆盖膜。
因此，在第一蚀刻工序后，在形成第二下层包层21时，不需要除去蚀刻阻挡层18的表面的氧化覆盖膜。并且，不需要形成用于避免氧化覆盖膜的不利影响的缓冲层。因此，能够进一步降低制造成本。
接着，移至形成第二叠层体6的第二外延工序。如图4所示，在第二外延工序中，在成为红外激光发光元件3的部分以及露出的蚀刻阻挡层18的整个上表面形成第二下层包层21。在该第二下层包层21的上表面形成第二活性层22。在该第二活性层22的上表面形成第二上层包层23。由此，形成第二叠层体6。
接着，移至第二蚀刻工序。在第二蚀刻工序中，在遮蔽第二叠层体6的成为红色激光发光元件4的部分的状态下，在蚀刻溶液中除去第二叠层体6的成为红色激光发光体4的部分以外的部分。
通过该第二蚀刻工序，除去第二叠层体6的没有被遮蔽的部分。由此，如图5所示，在蚀刻阻挡层18的上表面形成成为红色激光发光元件4的部分。
接着，如图6所示，在第二上层包层23的上表面形成第二脊形部24。然后，如图7所示，执行形成第二埋入层25的第三外延工序。
接着，如图8所示，在第一上层包层13的上表面形成第一脊形部14。然后，如图9所示，执行形成第一埋入层15的第四外延工序。
然后，进行在第一埋入层15和第二埋入层25的上表面分别形成第一接触层16和第二接触层26的第五外延工序。通过执行这些各工序，能够制造图1所示结构的半导体激光发光装置1。
图10为表示本发明的第二实施例的半导体激光发光装置的纵截正面图。该第二实施例的半导体激光发光装置1A与第一实施例的半导体激光发光装置1相比，红外激光发光元件3的第一上层包层13和第一埋入层15、以及红色激光发光元件4的第二上层包层23和第二埋入层25(参照图1)的结构不同。其中，在图10中，以与图1相同的符号表示的部件具有相同的功能。
红外激光发光元件3A在第一活性层12的上表面形成有第一埋入层31。第一埋入层31例如由n型AlGaAs构成。在第一埋入层31的上表面形成有第一上层包层32。第一上层包层32例如由p型AlGaAs构成。在第一上层包层32的下表面中心部形成有第一脊形部33。第一上层包层32隔着第一脊形部33与第一活性层12连接。
红色激光发光元件14在第二活性层22的上表面形成有第二埋入层34。第二埋入层34例如由n型InAlP或n型InGaAlP构成。在第二埋入层34的上表面形成有第二上层包层35。第二上层包层35例如由p型InGaAlP构成。在第二上层包层35的下表面的中心部形成有第二脊形部36。第二上层包层35隔着第二脊形部36与第二活性层22相接。
因为在第二实施例的激光发光装置1A中，在基板2的整个上表面上也形成有第三下层包层17和蚀刻阻挡层18，所以能够发挥与第一实施例的半导体激光发光装置1相同的效果。

Claims (4)

1.一种半导体激光发光装置，其具有一个基板、红外用的红外激光发光元件、和红色用的红色激光发光元件，该半导体激光发光装置的特征在于：
所述红外激光发光元件具有由所述基板上的第一下层包层、该第一下层包层上的第一活性层、和该第一活性层上的第一上层包层构成的叠层结构，
所述第一下层包层由在所述基板的整个上表面形成的第三下层包层、在所述第三下层包层的整个上表面形成的蚀刻阻挡层、和在位于所述蚀刻阻挡层的上表面且形成所述红外激光发光元件的区域形成的第四下层包层构成，
所述红色激光发光元件具有由所述蚀刻阻挡层上的第二下层包层、该第二下层包层上的第二活性层、和该第二活性层上的第二上层包层构成的叠层结构，
所述第二下层包层，形成于位于所述蚀刻阻挡层的上表面且形成所述红外激光发光元件的区域以外的区域。
2.如权利要求1所述的半导体激光发光装置，其特征在于：
所述第一活性层与所述第二活性层借助所述第三下层包层和所述蚀刻阻挡层，距离所述基板上表面的高度位置大致相同。
3.如权利要求1或2所述的半导体激光发光装置，其特征在于：
所述第三下层包层和所述第四下层包层由n型AlGaAs形成，所述蚀刻阻挡层由InGaP形成，所述第一活性层由AlGaAs形成，所述第二下层包层由n型InGaAlP形成，所述第二活性层由InGaP形成。
4.一种半导体激光发光装置的制造方法，该制造方法制造在一个基板的上表面设置有红外激光发光元件和红色激光发光元件的半导体激光发光装置，其特征在于，包括：
第一外延工序，该第一外延工序在所述基板的整个上表面形成构成第一下层包层的第三包层，在所述第三下层包层的整个上表面形成蚀刻阻挡层，在所述蚀刻阻挡层的整个上表面形成构成所述第一下层包层的第四下层包层，在所述第四下层包层的上表面形成第一活性层，在所述第一活性层的上表面形成第一上层包层，从而形成第一叠层体；
第一蚀刻工序，该第一蚀刻工序除去在所述第一叠层体中成为所述红外激光发光元件的部分以外的部分，使位于所述蚀刻阻挡层的上表面且成为所述红外激光发光元件的部分以外的部分露出；
第二外延工序，该第二外延工序在通过所述第一蚀刻工序保留的所述第一叠层体和露出的所述蚀刻阻挡层的上表面，形成第二下层包层，在所述第二下层包层的上表面形成第二活性层，在所述第二活性层的上表面形成所述第二上层包层，从而形成第二叠层体；和
第二外延工序，该第二外延工序除去所述第二叠层体中的成为所述红色激光发光元件的部分以外的部分。
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