CN101714745A - 半导体激光器及其制造方法、光拾波器和光盘驱动装置 - Google Patents

半导体激光器及其制造方法、光拾波器和光盘驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有端面窗结构的半导体激光器及其制造方法、光拾波器和光盘驱动装置，所述制造方法包括如下步骤：在包括第一区域和周期性平行布置在第一区域之间的第二区域的氮化物基III-V族化合物半导体基板上形成由绝缘膜构成的掩模；以及在未被掩模覆盖的区域中生长氮化物基III-V族化合物半导体层。每两个邻近的第二区域之间的第一区域具有两个以上的关于第一区域的中心线对称的激光器条纹形成位置。至少在端面窗结构的形成位置附近，将所述掩模形成在各个激光器条纹形成位置一侧或两侧，并使所述掩模关于中心线对称。氮化物基III-V族化合物半导体层包括至少含有铟和镓的活性层。本发明能够容易地形成端面窗结构，并能抑制波导损失、光吸收和局部发热。

Description

半导体激光器及其制造方法、光拾波器和光盘驱动装置
相关申请的交叉参考
本申请含有与2008年9月30日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2008-252364的公开内容相关的主题，在此将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及半导体激光器的制造方法、半导体激光器、光拾波器和光盘驱动装置。更具体地，本发明适合用于例如具有端面窗结构(edgewindow structure)且使用氮化物基III-V族化合物半导体的脊状条纹半导体激光器以及使用这种半导体激光器作为光源的光拾波器和光盘驱动装置。
背景技术
为了增大半导体激光器的最大光输出，有效的途径是引入端面窗结构，在这种结构中，对于从活性层发出的光具有透明性的窗被设置在共振器端面上。
对于现有的GaInP基红光发光半导体激光器，在生长用于形成激光器结构的半导体层之后，在与共振器端面对应的位置附近通过将锌原子扩散至该半导体层来形成端面窗结构是有效的(例如，见日本专利申请公开公报No.2005-45009(专利文献1))。在此情况下，在与共振器端面对应的位置附近通过将锌原子扩散至半导体层来形成端面窗结构，从而能够局部地增大该半导体层的带隙能量。
近年来，高密度光盘驱动装置包括使用氮化物基III-V族化合物半导体作为光源的半导体激光器。与GaInP基半导体相比，大部分氮化物基III-V族化合物半导体是具有更高热稳定性和机械稳定性的材料。因此，通过使用对GaInP基红光发光半导体激光器有效的杂质原子扩散和湿式蚀刻很难在使用氮化物基III-V族化合物半导体的半导体激光器中形成端面窗结构。
于是，迄今为止，人们已经对在使用氮化物基III-V族化合物半导体的半导体激光器中形成端面窗结构的方法作出了各种提议和试验。下面说明迄今为止提出的形成端面窗结构的方法。
根据一些提出的方法，在通过劈开法形成激光条之后，通过使铟暴露在氢等离子体中或者用激光照射而除去铟以增大共振器端面附近的带隙能量来形成端面窗结构(例如，见日本专利申请公开公报No.2006-147814(专利文献2)和No.2006-147815(专利文献3))。然而，这些方法由于使用高真空室装置因而需要投入大量资金，并且由于在劈开之后对共振器端面进行处理，因而就生产率而言通常也是不利的。
下面方法中提出了很多建议(例如，见日本专利申请公开公报No.2004-134555(专利文献4)和No.2003-60298(专利文献5)、PCT国际申请No.WO 03/036771(专利文献6)和日本专利申请公开公报No.2002-204036(专利文献7))。具体地，首先，在基板上外延生长形成激光器结构的半导体层。然后利用反应离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)方法蚀刻与共振器端面对应的半导体层的部分。随后，在蚀刻部分上外延生长具有大带隙能量的氮化物基III-V族化合物半导体层。然而在此方法中，由于利用RIE方法蚀刻的表面出现表面能级(surface level)，因而在激光器工作期间可能发生光吸收和局部发热。
另一个示例是如下的方法，即，通过在具有利用RIE或者绝缘膜沉积方法形成的几何台阶的基板上外延生长形成激光器结构的半导体层来形成端面窗结构(例如，见日本专利申请公开公报No.2005-191588(专利文献8)、No.2005-294394(专利文献9)、No.2003-198057(专利文献10)和No.2000-196188(专利文献11))。这种方法想要在激光行进方向上使用带隙能量比活性层大的覆层作为端面窗结构。代表性的示例如图25所示。在图25中，利用RIE图形化方法在基板101的主面内形成凹部101a。在基板101上依次生长n型半导体层102、活性层103和p型半导体层104，并在p型半导体层104上形成p侧电极105、隔离电极106和焊盘电极107。然而，这种方法存在下面的问题。基板101内的凹部101a会在n型半导体层102、活性层103和p型半导体层104中形成陡峭的几何台阶，因而会在台阶附近引起波导损失。另外，由于不想通过加宽共振器端面附近的活性层103的带隙来形成透明区域，因而这种结构不能用作有效的端面窗结构。
根据现有技术的另一个示例，使用氮化物基III-V族化合物半导体基板制造半导体激光器，该氮化物基III-V族化合物半导体基板包括由单晶体形成并具有第一平均位错密度的第一区域和布置在第一区域中并具有高于第一平均位错密度的第二平均位错密度的第二区域(例如，见日本专利申请公开公报No.2003-124572(专利文献12))。这种氮化物基III-V族化合物半导体基板的一个示例是：该氮化物基III-V族化合物半导体基板包括由单晶体形成并具有第一平均位错密度的第一区域和具有高于第一平均位错密度的第二平均位错密度并周期性地平行布置在第一区域中从而线性延伸的第二区域。当在氮化物基III-V族化合物半导体基板上生长形成激光器结构的氮化物基III-V族化合物半导体层时，氮化物基III-V族化合物半导体基板的第二区域被转录至氮化物基III-V族化合物半导体层中。在氮化物基III-V族化合物半导体基板上界定激光器芯片区域，从而使第二区域未包含在激光器条纹中。
如上所述，在使用氮化物基III-V族化合物半导体的半导体激光器中用于形成端面窗结构的现有技术的方法存在很多问题。
发明内容
为了解决上述问题，期望提供一种使用氮化物基III-V族化合物半导体的半导体激光器的制造方法，在该制造方法中能容易地形成端面窗结构，并且还期望提供这种半导体激光器。
另外，期望提供一种使用氮化物基III-V族化合物半导体的半导体激光器的制造方法，在该制造方法中能抑制波导损失，并且还期望提供这种半导体激光器。
此外，期望提供一种使用氮化物基III-V族化合物半导体的半导体激光器的制造方法，在该制造方法中能够抑制在激光器工作期间由于表面能级而引起的光吸收和局部发热，并且还期望提供这种半导体激光器。
另外，期望提供一种从单个氮化物基III-V族化合物半导体基板制造出大量的使用氮化物基III-V族化合物半导体的半导体激光器的方法，并且还期望提供这种半导体激光器。
此外，期望提供使用上述优选的半导体激光器作为光源的光拾波器和光盘驱动装置。
本发明人作出的深入研究的总结如下。具体地，在预先形成有绝缘膜掩模的基板上生长诸如InGaN层等至少含有铟和镓的氮化物基III-V族化合物半导体层。本发明人发现通过选择绝缘膜掩模的宽度、间隔、形状和位置等能够在所希望的位置处控制氮化物基III-V族化合物半导体层的带隙能量。通过这种带隙能量的控制方法，能够容易地形成端面窗结构。另一方面，如上所述，如果使用专利文献12中公开的氮化物基III-V族化合物半导体基板来制造半导体激光器，则限定激光器芯片区域以使第二区域不包含在激光器条纹内。本发明人研究了最有效地利用氮化物基III-V族化合物半导体基板的面积来使生产的激光器芯片的数量增加的方法。结果，本发明人得出结论：在每两个邻近的线性延伸的第二区域之间包括两个以上激光器芯片区域是令人满意的。基于上面的研究和发现，作为来自各种观点的详细研究结果作出本发明。
也就是说，本发明实施例的用于制造具有端面窗结构的半导体激光器的方法包括如下步骤：在氮化物基III-V族化合物半导体基板上形成由绝缘膜构成的掩模；以及在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上未被所述掩模覆盖的区域中生长氮化物基III-V族化合物半导体层。所述氮化物基III-V族化合物半导体基板包括第一区域和第二区域，所述第一区域由单晶体形成并具有第一平均位错密度，所述第二区域线性地延伸且具有高于所述第一平均位错密度的第二平均位错密度并且周期性地平行布置在所述第一区域之间。每两个邻近的第二区域之间的所述第一区域具有两个以上的关于所述第一区域的中心线对称的激光器条纹形成位置。至少在端面窗结构的形成位置附近，在各个激光器条纹形成位置的一侧或两侧形成所述掩模，并使所述掩模关于所述中心线对称。所述氮化物基III-V族化合物半导体层包括至少含有铟和镓的氮化物基III-V族化合物半导体的活性层。
所述激光器条纹形成位置是指包括投影在氮化物基III-V族化合物半导体基板上的激光器条纹图像的条纹状区域，该激光器条纹最终会形成在所述氮化物基III-V族化合物半导体层中。所述激光器条纹形成在激光器条纹形成位置的中心线上。所述激光器条纹的宽度小于或者等于激光器条纹形成位置的宽度。所述激光器条纹代表性地是脊状条纹但不限于脊状条纹。
本发明另一实施例的具有端面窗结构的半导体激光器包括：氮化物基III-V族化合物半导体基板，所述氮化物基III-V族化合物半导体基板包括第一区域和第二区域，所述第一区域由单晶体形成并具有第一平均位错密度，所述第二区域具有高于所述第一平均位错密度的第二平均位错密度并沿着平行于共振器长度方向的一侧设置着；由绝缘膜构成的掩模，其至少在与所述端面窗结构对应的位置附近被设置在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上；以及氮化物基III-V族化合物半导体层，其包括活性层，并且生长在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上未被掩模覆盖的区域中。
当前面实施例的氮化物基III-V族化合物半导体基板是晶片时，本实施例的氮化物基III-V族化合物半导体基板具有激光器芯片的形状。
本发明另一实施例的光拾波器包括具有作为光源的端面窗结构的半导体激光器。所述半导体激光器包括：氮化物基III-V族化合物半导体基板，其包括第一区域和第二区域，所述第一区域由单晶体形成并具有第一平均位错密度，所述第二区域具有高于所述第一平均位错密度的第二平均位错密度并沿着平行于共振器长度方向的一侧设置着；由绝缘膜构成的掩模，其至少在与所述端面窗结构对应的位置附近被设置在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上；以及氮化物基III-V族化合物半导体层，其包括活性层，并且生长在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上未被掩模覆盖的区域中。
本发明另一实施例的光盘驱动装置包括具有作为光源的端面窗结构的半导体激光器。所述半导体激光器包括：氮化物基III-V族化合物半导体基板，其包括第一区域和第二区域，所述第一区域由单晶体形成并具有第一平均位错密度，所述第二区域具有高于所述第一平均位错密度的第二平均位错密度并沿着平行于共振器长度方向的一侧设置着；由绝缘膜构成的掩模，其至少在与所述端面窗结构对应的位置附近被设置在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上；以及氮化物基III-V族化合物半导体层，其包括活性层，并且生长在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上未被掩模覆盖的区域中。
一般地，最常用的氮化物基III-V族化合物半导体为AlxByGa1-x-y-zInzAsuN1-u-vPv(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤x+y+z＜1且0≤u+v＜1)。更具体地，使用的氮化物基III-V族化合物半导体为AlxByGa1-x-y-zInzN(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z＜1)，有代表性的是AlxGa1-x-zInzN(其中0≤x≤1并0≤z≤1)。氮化物基III-V族化合物半导体的具体示例包括，但不限于，GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN和AlGaInN。至少含有铟和镓的氮化物基III-V族化合物半导体为AlxByGa1-x-y-zInzAsuN1-u-vPv(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0＜z≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤x+y+z＜1且0≤u+v＜1)。更具体地，至少含有铟和镓的氮化物基III-V族化合物半导体为AlxByGa1-x-y-zInzN(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0＜z≤1且0≤x+y+z＜1)。有代表性的是，至少含有铟和镓的氮化物基III-V族化合物半导体为AlxGa1-x-zInzN(其中0≤x≤1且0＜z≤1)。具体示例包括InGaN和AlGaInN。氮化物基III-V族化合物半导体层能够利用各种外延方法生长。使用的外延方法代表性地是，但不限于，金属有机化学气相沉积法(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)、氢化物气相外延法或卤化物气相外延法(halide vapor phaseepitaxy，HVPE)、分子束外延法(molecular beam epitaxy，MBE)。
在上面的各实施例中，在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上至少在端面窗结构的形成位置附近形成由绝缘膜构成的掩模，并且在未被所述掩模覆盖的区域中生长活性层。由于铟的扩散长度显著小于镓的扩散长度，因而所述活性层的铟含量在端面窗结构的形成位置附近比其它区域的低。因此，与现有技术不同，不在基板上形成凹部也能形成端面窗结构。另外，适当选择的掩模形状防止了在包括活性层的氮化物基III-V族化合物半导体层中形成陡峭台阶，从而抑制了波导损失。另外，由于不必通过RIE法对形成端面窗结构的半导体层的部分进行蚀刻就能形成端面窗结构，因而没有出现表面能级，从而防止激光器工作期间的光吸收和局部发热。另外，由于在两个邻近的第二区域之间限定了两个以上激光器芯片区域，因而能够有效地利用氮化物基III-V族化合物半导体基板的面积。
另外，在与所述掩模相反的所述激光器条纹侧的区域中形成焊盘电极并使该焊盘电极与所述激光器条纹电连接。例如，这防止了焊盘电极在台阶处断裂。具体地，在生长了氮化物基III-V族化合物半导体层之后在所述掩模上方形成凹部。如果在与掩模面对的激光器条纹侧的区域中形成焊盘电极，则焊盘电极例如可能在所述掩模上方的凹部内的台阶处断裂。相反，本发明由于与掩模相反的激光器条纹侧的区域中的表面基本上是平坦的，因而能够在基本上平坦的区域中形成焊盘电极而没有例如焊盘电极在台阶处断裂的风险。
根据上面的实施例，能够提供使用氮化物基III-V族化合物半导体的半导体激光器，在所述半导体激光器中，能够容易地形成端面窗结构并能抑制波导损失，并能抑制激光器工作期间的光吸收和局部发热。另外，能够由单个氮化物基III-V族化合物半导体基板制造出较大数量的半导体激光器。而且，优异的半导体激光器能够被用作光拾波器的光源从而提供具有高性能的光盘驱动装置。
附图说明
图1A和图1B分别是示出了本发明人进行基础研究用的样品的平面图和截面图；
图2A和图2B是示出了本发明人进行基础研究用的样品的截面图；
图3是示出了当本发明人进行基础研究用的样品上的SiO2膜掩模的宽度和间隔变化时发光波长的变化的曲线图；
图4是示出了当本发明人进行基础研究用的样品上的SiO2膜掩模的宽度和间隔变化时发光波长的变化的曲线图；
图5A、图5B和图5C分别是示出了生长在本发明人进行基础研究用的样品上的InGaN层的镓浓度、铟浓度和铟含量的分布的曲线图；
图6是示出了当本发明人进行基础研究用的样品上的SiO2膜掩模的间隔固定而宽度变化时ΔX1和ΔX2的变化的曲线图；
图7是示出了当本发明人进行基础研究用的样品上的SiO2膜掩模的宽度固定而间隔变化时ΔX1和ΔX2的变化的曲线图；
图8A和图8B分别是示出了本发明第一实施例的GaN基半导体激光器制造方法中使用的n型GaN基板的立体图和截面图；
图9是示出了本发明第一实施例的GaN基半导体激光器制造方法的平面图；
图10A和图10B是示出了本发明第一实施例的GaN基半导体激光器制造方法的截面图；
图11A和图11B是示出了本发明第一实施例的GaN基半导体激光器制造方法的截面图；
图12A和图12B分别是示出了根据本发明第一实施例制造出来的GaN基半导体激光器的结构的立体图和截面图；
图13是示出了根据本发明第一实施例制造出来的GaN基半导体激光器的脊状条纹和形成在该脊状条纹上的p侧电极的立体图；
图14是示出了本发明第二实施例的GaN基半导体激光器制造方法的平面图；
图15是示出了本发明第三实施例的GaN基半导体激光器制造方法的平面图；
图16是示出了本发明第四实施例的GaN基半导体激光器制造方法的平面图；
图17是示出了本发明第五实施例的GaN基半导体激光器制造方法的平面图；
图18是示出了本发明第六实施例的GaN基半导体激光器制造方法的平面图；
图19是示出了本发明第七实施例的GaN基半导体激光器制造方法的截面图；
图20是示出了明本发明第九实施例的GaN基半导体激光器制造方法的截面图；
图21是示出了本发明第九实施例的GaN基半导体激光器制造方法的截面图；
图22是示出了本发明第九实施例的GaN基半导体激光器制造方法的截面图；
图23是示出了本发明第九实施例的GaN基半导体激光器制造方法的平面图；
图24是示出了本发明第十实施例的GaN基半导体激光器制造方法的平面图；以及
图25是利用现有技术的端面窗结构形成方法制造出来的GaN基半导体激光器的截面图。
具体实施方式
下面说明本发明的优选实施例。按下面的顺序进行说明：
1.由本发明人获得的结论为各实施例提供基础
2.第一实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
3.第二实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
4.第三实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
5.第四实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
6.第五实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
7.第六实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
8.第七实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
9.第八实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
10.第九实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
11.第十实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
12.第十一实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
13.第十二实施例(半导体激光器和半导体激光器的制造方法)
1.由本发明人获得的结论为各实施例提供基础
下面说明本发明人获得的结论。
本发明人进行了如下的基础研究试验。
如图1A和图1B所示，在n型GaN基板1上以间隔d平行地形成两个具有宽度w的条纹状SiO2膜掩模2。图1A是平面图，并且图1B是沿图1A中的IB-IB线的截面图。
如图2A和图2B所示，在已形成有SiO2膜掩模2的n型GaN基板1上，外延生长GaN基半导体层3，该GaN基半导体层3构成了用于形成GaN基半导体激光器的激光器结构的层的一部分。
GaN基半导体层3包括n型AlGaN覆层3a、n型GaN波导层3b、活性层3c和未掺杂的InGaN波导层3d，该活性层3c具有未掺杂的Ga1-xInxN(量子阱层)/Ga1-yInyN(势垒层)多量子阱结构(其中x＞y)。
上述各层中不含铟的层，即n型AlGaN覆层3a和n型GaN波导层3b是在例如900℃～1100℃温度下生长出来的。
上述各层中含有铟的层，即Ga1-xInxN/Ga1-yInyN多量子阱结构的活性层3c和未掺杂的InGaN波导层3d是在例如700℃～800℃温度下生长出来的。
在上述情况下，GaN基半导体层3基本上不会生长在SiO2膜掩模2上，而是仅生长在n型GaN基板1上未被SiO2膜掩模2覆盖的区域中。
使用激励光(hv)照射由此制备出来的样品，利用显微光致发光光谱学(microphotoluminescence spectroscopy)对从活性层3c发出的光的峰值能量进行评估(见图2B)。
该试验产生了关于从活性层3c发出的光的峰值能量与SiO2膜掩模2的宽度w和间隔d的依赖关系的基本数据。图3和图4示出了测量结果。
图3所示曲线图的纵轴的符号Δλb被定义如下。与从GaN基半导体层3中的活性层3c的平坦部发出的光的峰值能量相对应的波长被称作λ1，上述平坦部是离SiO2膜掩模2足够远的部分(见图2A)。
在离开SiO2膜掩模2的方向上，与所发出光的峰值能量相对应的波长移动至较短波长侧然后回到较长波长侧。将与最大峰值能量相对应的最短波长称作λmin，这里Δλb被定义如下：Δλb＝λmin-λ1。
图3示出了当SiO2膜掩模2的宽度w固定，且改变SiO2膜掩模2之间的间隔d时Δλb的变化。宽度w在三个值即5μm、30μm和50μm之间选定。粗略地说，如图3所示，随着间隔d和宽度w的增加，Δλb倾向于在负值方向上变化。例如，当宽度w为5μm且间隔d为10μm时，Δλb约为-9nm。
上述约为-9nm的Δλb值相当于在带隙能量上的约80meV的增加。这种带隙能量的变化量足以形成端面窗结构。
图4所示曲线图的纵轴的符号Δλc被定义如下。与从GaN基半导体层3中的活性层3c的中央部发出的光的峰值能量相对应的波长被称作λ2，上述中央部是生长在SiO2膜掩模2之间的部分(见图2A)，这里Δλc被定义如下：Δλc＝λ2-λ1。
图4示出了当SiO2膜掩模2的宽度w固定，且改变SiO2膜掩模2之间的间隔d时Δλc的变化。宽度w在三个值即5μm、30μm和50μm之间选定。
如图4所示，当宽度w为30μm以上时，Δλc倾向于在负值方向上变化。在宽度w为5μm的情况下，当间隔d为5μm以下时，Δλc倾向于在正值方向上变化，而当间隔d为10～50μm时，Δλc倾向于在负值方向上移动。例如，当宽度w为5μm且间隔d为3μm时，Δλc约为+5nm；当宽度w为5μm且间隔d为20μm时，Δλc约为-5nm。
图3中的数据显示出，即便使用单个SiO2膜掩模2时也能减小发光波长(提高活性层3c的带隙能量)。
另外，令人惊讶的是，图4示出了能够满足Δλc＞0的情况，也就是说，能够增大发光波长(降低活性层3c的带隙能量)。
因此，能够通过适当地设计SiO2膜掩模2的图形来自由地改变活性层3c的带隙能量。
本发明人研究了在如上所述利用SiO2膜掩模2外延生长得到的GaN基半导体层3的特定位置处能够使活性层3c的带隙能量改变的原因。结果，本发明人得出的结论是，在GaN基半导体层3的特定位置处的活性层3c的带隙能量发生变化的原因是因为铟的扩散长度显著小于镓的扩散长度这一情况。
下面对此进行说明。
下面讨论如图2A和图2B所示在n型GaN基板1上未被SiO2膜掩模2覆盖的那些区域中生长有GaN基半导体层3的活性层3c的情况。在此情况中，不仅直接从源材料将铟和镓提供至那些区域，而且通过被提供到SiO2膜掩模2上的铟和镓穿过该SiO2膜掩模2的扩散来将铟和镓提供至那些区域。
图5A和图5B分别示出了以在垂直于SiO2膜掩模2的方向上从该SiO2膜掩模2的边缘测量得到的距离为横坐标，从形成在n型GaN基板1上的该SiO2膜掩模2的上述边缘向外侧扩散的镓和铟的浓度变化，并且图5C示出了活性层3c的铟含量的变化。
如图5A和图5B所示，由于铟的扩散长度显著小于镓的扩散长度，因而铟浓度在较短距离ΔX1处变成常量，而镓浓度在较长距离ΔX2处变成常量。
因此，如图5C所示，活性层3c的铟含量减少直到在距离ΔX1处达到最小值，然后增加，并在距离ΔX2处变成常量。距离ΔX1和ΔX2分别随扩散的镓和铟的浓度的增加而增加。
图6示出了当SiO2膜掩模2的间隔d固定在5μm时ΔX1和ΔX2随SiO2膜掩模2的宽度w而变化的测量结果。另一方面，图7示出了当SiO2膜掩模2的宽度w固定在5μm时ΔX1和ΔX2随SiO2膜掩模2之间的间隔d而变化的测量结果。
根据图6和图7，当宽度w为3～5μm时，在活性层3c的生长温度下镓的最大扩散长度为约20μm，而铟的最大扩散长度只有约3μm，比镓的最大扩散长度小一个数量级左右。
这意味着，如果宽度w为3～5μm，则即使间隔d被增加到约40μm，也能够减少SiO2膜掩模2之间的活性层3c的中央部的铟含量，并因此能够提高带隙能量。
尽管上面说明了使用SiO2膜掩模2的情况，但使用由诸如SiN膜或Al2O3膜等其它绝缘膜形成的掩模也能够同样地控制活性层3c的铟含量并因而控制带隙能量。掩模的宽度、间隔、形状和位置等可以根据例如半导体激光器的所需特性，基于例如由本发明人得到的上述结论来适当地确定。
下面给出掩模形状的一些示例。例如，可以在氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在激光器条纹形成位置的一侧沿着该激光器条纹形成位置来形成掩模，并使激光器条纹形成位置与掩模之间的间隔在端面窗结构的形成位置附近的值比在其它区域中的值小或大。在此情况下，优选地，在激光器条纹形成位置的与两个邻近第二区域之间的第一区域的中心线相面对的那一侧，沿着该激光器条纹形成位置来形成掩模。
可代替的是，可以在氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在激光器条纹形成位置的两侧沿着该激光器条纹形成位置来形成掩模，并使该激光器条纹形成位置两侧的掩模之间的间隔在端面窗结构的形成位置附近的值比在其它区域中的值大。
可代替的是，可以在氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在端面窗结构的形成位置附近的激光器条纹形成位置的一侧或两侧形成掩模。掩模的平面形状例如是但不限于梯形或矩形。
尽管不受限制，但一般情况下，掩模宽度W1一般小于掩模间隔W2。另外，虽然不受限制，但一般情况下，如果在激光器条纹形成位置的两侧形成掩模，则在共振器长度方向上的中央附近，掩模宽度W3与掩模间隔W4之间的关系满足W3＜W4，并且在端面窗结构的形成位置附近，掩模宽度W5与掩模间隔W6之间的关系满足W5＜W6。
在包括活性层的氮化物基III-V族化合物半导体层的生长过程中使用这种掩模能够得到如下结果。
在掩模之间或掩模附近的那部分激光器条纹中的活性层的铟含量x(或发光波长λ)与不在掩模附近的那部分激光器条纹中的活性层的铟含量y(或发光波长λ′)之间的关系能够被控制成满足x＜y(λ＜λ′)。另外，在掩模之间的那部分激光器条纹的厚度t1与不在掩模附近的那部分激光器条纹的厚度t2之间的关系能够被控制成满足t2＜t1。
2.第一实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
图8示出了在第一实施例的GaN基半导体激光器制造方法中用作基板的n型GaN基板。专利文献12中公开了该n型GaN基板的详细内容和该基板的制造方法。
如图8所示，n型GaN基板11包括由单晶体GaN形成的第一区域11a和由GaN形成的第二区域11b，各第二区域11b周期性地平行布置在第一区域11a之间并且以条纹状图形线性延伸。
第二区域11b由多晶体形成，或者由相对于第一区域11a的单晶体略微倾斜的单晶体形成，或者由相对于第一区域11a的单晶体沿c轴反转的单晶体形成。第一区域11a具有第一平均位错密度，而第二区域11b具有高于第一平均位错密度的第二平均位错密度。第二区域11b延伸穿透n型GaN基板11。
第二区域11b的平均位错密度一般为第一区域11a的平均位错密度的五倍以上。有代表性的是，第一区域11a的平均位错密度为2×106cm-2以下，而第二区域11b的平均位错密度为1×108cm-2以上。尽管不受限制，但第二区域11b的宽度一般为10～100μm，有代表性的是20～50μm。
在第一区域11a与第二区域11b之间可具有第三区域作为迁移区域。有代表性的是，第三区域的平均位错密度小于1×108cm-2且大于2×106cm-2。
n型GaN基板11尽管可以具有不同的取向，例如r面取向、a面取向或m面取向，但在本实施例中是(0001)面取向(c面取向)。在此情况下，第二区域11b的纵向方向代表性地是，但不限于，与n型GaN基板11的<1-100>或<11-20>方向平行的方向。适当地选择n型GaN基板11的厚度并且一般例如为200～600μm。
图9～图13图示了第一实施例的GaN基半导体激光器制造方法。该GaN基半导体激光器具有端面窗结构和脊状条纹结构，并且包括通过除去共振器端面附近的p侧电极的部分而在共振器的两端形成的非电流注入区域。
在本实施例中，首先，如图9、图10A和图10B所示，在n型GaN基板11上限定芯片区域12，每个芯片区域12最终会形成一个激光器芯片。图9是平面图，图10A是沿图9中的XA-XA线的截面图，并且图10B是沿图9中的XB-XB线的截面图。
第二区域11b的排列周期(每两个邻近的第二区域11b的中心线之间的距离)是芯片区域12的在与共振器长度方向垂直的方向上的宽度的两倍。对应于两个激光器芯片的两个芯片区域12被限定在每两个邻近的第二区域11b的中心线之间。
在各芯片区域12中，在例如通过劈开法最终形成共振器的前边缘和后边缘的共振器端面形成位置13和14附近，在将要形成脊状条纹的脊状条纹形成位置15的两侧形成绝缘膜掩模16。每两个邻近的芯片区域12中的脊状条纹形成位置15关于在两个邻近的第二区域11b之间的第一区域11a的中心线对称。
因此，脊状条纹形成位置15与第二区域11b之间的距离在两个芯片区域12中是相等的。最终在脊状条纹形成位置15的中心线上形成了脊状条纹但该脊状条纹的宽度比脊状条纹形成位置15的宽度窄。
绝缘膜掩模16的平面形状为梯形。绝缘膜掩模16关于脊状条纹形成位置15对称，并且关于在两个邻近的第二区域11b之间的第一区域11a的中心线对称。
脊状条纹形成位置15可位于共振器长度方向上的芯片区域12中心线的附近；在本实施例中，脊状条纹形成位置15以预定距离靠近在两个邻近的第二区域11b之间的第一区域11a的中心线。该预定距离可适当地选择，且例如可以大约为两个邻近的第二区域11b的中心线之间的距离的三分之一。
这样做的原因是为了将脊状条纹形成位置15与具有高平均位错密度即高缺陷密度的第二区域11b分开一定距离，在该距离下不会产生不利影响，以便在GaN基半导体层的具有较低缺陷密度的部分上形成脊状条纹。
各绝缘膜掩模16的一对平行边中的较长边沿着脊状条纹形成位置15的一个边缘定位。在与共振器端面形成位置13和14相距d1的范围内，绝缘膜掩模16具有宽度w1，而在与共振器端面形成位置13和14相距d2-d1的范围内，绝缘膜掩模16在共振器长度方向上宽度从w1线性减少至0从而形成锥形形状。尽管不受限制，但例如d1为20μm，d2为50μm并且w1为5μm。
绝缘膜掩模16能够由诸如SiO2膜、SiN膜或者Al2O3膜等绝缘膜形成。例如，通过利用真空沉积方法或者CVD方法在n型GaN基板11上形成绝缘膜，并利用蚀刻方法图形化该绝缘膜，就能够容易地形成绝缘膜掩模16。绝缘膜掩模16的厚度例如是，但不限于，约300nm。
将要形成在脊状条纹形成位置15中的脊状条纹的宽度例如由GaN基半导体激光器的所需特性来决定，并且尽管不受限制，但一般例如约为1～20μm(或者约为1～12μm)。
尽管图9仅示出了两个邻近的芯片区域12，但芯片区域12实际上在n型GaN基板11上在两个正交方向上重复布置着。另外，尽管图9仅示出了布置在单独芯片区域12内的绝缘膜掩模16，但绝缘膜掩模16实际上被形成为与在共振器长度方向上邻近的两个以上芯片区域12重叠。
图9所示的芯片区域12的形状和尺寸仅是一个例子，而不是限定于此的。
接着，如图11A和图11B所示，例如利用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在已形成有绝缘膜掩模16的n型GaN基板11上外延生长用于形成激光器结构的GaN基半导体层。图11A是沿图9中的XA-XA线的截面图，并且图11B是沿图9中的XB-XB线的截面图。
具体地，用于形成激光器结构的GaN基半导体层是通过依次外延生长n型AlGaN覆层17、n型GaN波导层18、活性层19、未掺杂的InGaN波导层20、未掺杂的AlGaN波导层21、p型AlGaN电子势垒层22、p型GaN/未掺杂的AlGaN超晶格覆层23、p型GaN接触层24来形成的。
活性层19例如是，但不限于，具有未掺杂的Ga1-xInxN(量子阱层)/Ga1-yInyN(势垒层)多量子阱结构(其中x＞y)的层。
例如在约900℃～1100℃温度下生长出上述各层中的不含铟的层，即n型AlGaN覆层17、n型GaN波导层18、未掺杂的AlGaN波导层21、p型AlGaN电子势垒层22、p型GaN/未掺杂的AlGaN超晶格覆层23以及p型GaN接触层24。
例如在约700℃～800℃温度下生长出上述各层中的含有铟的层，即具有Ga1-xInxN/Ga1-yInyN多量子阱结构的活性层19以及未掺杂的InGaN波导层20。
在下文中，将用于形成激光器结构的上述各层统称为GaN基半导体层25。
尽管用于生长GaN基半导体层25的源材料不受限制，但在下面给出了该源材料的一些示例。
镓的源材料例如是三乙基镓((C2H5)3Ga，TEG)或者三甲基镓((CH3)3Ga，TMG)。
铝的源材料例如是三甲基铝((CH3)3Al，TMA)。
铟的源材料例如是三乙基铟((C2H5)3In，TEI)或者三甲基铟((CH3)3In，TMI)。
氮的源材料例如是氨(NH3)。
所使用的n型掺杂剂例如是甲硅烷(SiH4)。所使用的p型掺杂剂例如是双(甲基环戊二烯基)镁((CH3C5H4)2Mg)、双(乙基环戊二烯基)镁((C2H5C5H4)2Mg)或者双(环戊二烯基)镁((C5H5)2Mg)。
在GaN基半导体层25的生长过程中使用的载气例如是，但不限于，氢气。
V族元素的源材料的流量与III族元素的源材料的流量的比(V/III比)一般为但不限于103～106(例如，约105)。
上述生长过程中的压强例如是，但不限于，760托(大气压强)。
n型AlGaN覆层17、n型GaN波导层18、活性层19、未掺杂的InGaN波导层20、未掺杂的AlGaN波导层21、p型AlGaN电子势垒层22、p型GaN/未掺杂的AlGaN超晶格覆层23、p型GaN接触层24基本上不会生长在绝缘膜掩模16上，而是仅生长在n型GaN基板11上未被绝缘膜掩模16覆盖的区域中。在经过选择的生长条件下利用普通方法能够容易地实现这种生长。
在n型AlGaN覆层17的生长过程中，n型AlGaN覆层17的厚度在各对绝缘膜掩模16之间的值比在其它区域中的值大，其原因如下。
直接从源材料将铝原子和镓原子供应到位于各对绝缘膜掩模16之间的脊状条纹形成位置15。另外，从源材料供应至脊状条纹形成位置15两侧的绝缘膜掩模16上的铝原子和镓原子通过在绝缘膜掩模16上的扩散而被供应到脊状条纹形成位置15，因此有助于生长过程。
结果，n型AlGaN覆层17的厚度在各对绝缘膜掩模16之间的值比其它区域中的值大。在与共振器端面形成位置13和14相距d2-d1的范围内，绝缘膜掩模16的宽度从w1线性减少并逐渐减少至0。因此，在距离d2-d1的范围内，从绝缘膜掩模16提供到脊状条纹形成位置15的铝原子和镓原子的数量在共振器长度方向上逐渐减少。于是，在距离d2-d1的范围内，n型AlGaN覆层17的厚度在共振器长度方向上向着共振器端面形成位置13和14逐渐增加。
另一方面，在与共振器端面形成位置13和14相距d1的范围内，绝缘膜掩模16具有恒定宽度w1。因此，在距离d1的范围内，从绝缘膜掩模16提供到脊状条纹形成位置15的铝原子和镓原子的数量在共振器长度方向上保持恒定。于是，在距离d1的范围内，n型AlGaN覆层17的厚度保持恒定。这也适用于n型GaN波导层18。
在含有铟和镓的活性层19的生长过程中，直接从源材料将铟原子和镓原子供应到各对绝缘膜掩模16之间的脊状条纹形成位置15。另外，从源材料供应至脊状条纹形成位置15两侧的绝缘膜掩模16上的铟原子和镓原子通过扩散而被供应到脊状条纹形成位置15，因此有助于生长过程。
在活性层19的生长温度下(例如，700℃～800℃)，由于铟原子的扩散长度比镓原子的扩散长度小约一个数量级，因而从绝缘膜掩模16供应到脊状条纹形成位置15的铟原子的量小于镓原子的量。结果，活性层19的铟含量在共振器长度方向上不均匀，并且在各对绝缘膜掩模16之间的铟含量值比在其它区域中的铟含量值低。
因此，各对绝缘膜掩模16之间的带隙能量值大于其它各区域中的带隙能量值，因而该区域用作端面窗结构。未掺杂的InGaN波导层20的生长过程与活性层19的生长过程相类似。
未掺杂的AlGaN波导层21、p型AlGaN电子势垒层22、p型GaN/未掺杂的AlGaN超晶格覆层23以及p型GaN接触层24的生长过程与n型AlGaN覆层17及n型GaN波导层18的生长过程相类似。
接着，根据日本专利申请公开公报No.2008-34587(专利文献13)中公开的用于制造具有端面非电流注入结构的半导体激光器的方法，在GaN基半导体层25顶部的脊状条纹形成位置15中形成脊状条纹，并在脊状条纹上形成p侧电极。另外，对于各个芯片区域12，单独地形成隔离电极和焊盘电极，并且，对于各个芯片区域12，在n型GaN基板11的背侧单独地形成n侧电极。
接着，例如通过劈开法沿着共振器端面形成位置13和14将具有上述激光器结构的n型GaN基板11切成激光条，从而形成共振器的端面。例如通过涂敷共振器的端面并将激光条劈开从而将激光条加工成芯片。
于是，所需的GaN基半导体激光器被制造出来。
图12A和图12B示出了由此制造出来的GaN基半导体激光器的详细结构。图12A是立体图，并且图12B是沿图12A中的XIIB-XIIB线的截面图。图13以放大图示出了脊状条纹和形成在该脊状条纹上的p侧电极。
在图12A、图12B和图13中，附图标记26表示p侧电极，附图标记27表示脊状条纹，附图标记28表示隔离电极，附图标记29表示焊盘电极，并且附图标记30表示n侧电极。p侧电极26例如包括钯膜和形成在该钯膜上的铂膜。
脊状条纹27例如形成在p型GaN/未掺杂的AlGaN超晶格覆层23和p型GaN接触层24的上部中。脊状条纹27的高度例如是，但不限于，0.4～0.65μm。
如图13所示，例如，在脊状条纹27的两侧形成有诸如SiO2膜等绝缘膜31和诸如未掺杂的硅膜等绝缘膜32，并且这两层膜从脊状条纹27的两侧向外延伸。
隔离电极28例如包括钛膜、铂膜或和镍膜。尽管不受限制，但例如最底层的钛膜具有10nm的厚度，铂膜具有100nm的厚度，并且最顶层的镍膜具有100nm的厚度。
焊盘电极29例如包括钛膜、铂膜和金膜。尽管不受限制，但例如最底层的钛膜具有10nm的厚度，铂膜具有100nm的厚度，并且最顶层的金膜具有300nm的厚度。
在该GaN基半导体激光器中，n型GaN基板11的芯片包括第一区域11a和第二区域11b，该第二区域11b沿着芯片的平行于共振器长度方向的一侧设置着(见图9)。
第一实施例提供了下面各种优点。
仅通过在n型GaN基板11上预先形成绝缘膜掩模16并在绝缘膜掩模16上生长用于形成激光器结构的GaN基半导体层25，就能够使活性层19的带隙能量在共振器端面形成位置13和14附近比其他区域的大。这使得易于形成端面窗结构。
另外，由于各对绝缘膜掩模16之间的GaN基半导体层25的厚度在共振器长度方向上向着共振器端面形成位置13和14逐渐增加，因而GaN基半导体层25没有陡峭的台阶。在图25所示的现有技术的半导体激光器中，用于形成激光器结构的半导体层在凹部101a与外侧区域之间具有陡峭的几何台阶，因此，与图25所示的现有技术的半导体激光器不同的是，本实施例的GaN基半导体激光器使波导损失显著降低。
另外，由于不必通过RIE方法对用于形成激光器结构的半导体层25进行蚀刻就能够形成端面窗结构，因而当形成该端面窗结构时没有出现表面能级。这避免了在激光器工作期间由于表面能级所致的光吸收和局部发热的问题。
另外，由于在n型GaN基板11的每两个邻近的第二区域11b之间限定了两个芯片区域12，因而从单个n型GaN基板11能够制造出较大数量的GaN基半导体激光器。这降低了GaN基半导体激光器的制造成本。
另外，在本实施例中，能够容易地制造如下GaN基半导体激光器，在该GaN基半导体激光器中，脊状条纹27以与p侧电极26自对准的方式被形成，并且通过除去共振器端面附近的p侧电极26的部分而在共振器的两个端面处形成非电子注入区域(见专利文献13)。
由于GaN基半导体激光器在共振器的两个端面处具有非电子注入区域，因而能够有效地防止在共振器端面处的灾变性光学损伤(catastrophicoptical damage，COD)，从而延长了寿命并提高了可靠性。
该GaN基半导体激光器适合于用作例如光盘驱动装置的光拾波器的光源。该光盘驱动装置可以只重放(只读)、只记录(只写)或者能够既重放又记录，并且可在任何重放和/或记录模式下工作。
3.第二实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
第二实施例在绝缘膜掩模16的形状和位置方面不同于第一实施例。在其它方面，第二实施例与第一实施例一样。
在第二实施例中，首先，如图14所示，在n型GaN基板11上的各脊状条纹形成位置15的一侧，具体地，在与每两个邻近的第二区域11b之间的第一区域11a的中心线相面对的那一侧，沿共振器整个长度形成具有恒定宽度的伸长型绝缘膜掩模16。
在共振器长度方向上的中央部处，与脊状条纹形成位置15相面对的绝缘膜掩模16的边缘跟脊状条纹形成位置15的边缘一致；而在与共振器端面形成位置13和14相距d1的范围内，与脊状条纹形成位置15相面对的绝缘膜掩模16的边缘以间隔w1离开脊状条纹形成位置15，并且在距离距离d2-d1的范围内该间隔从w1逐渐减小至0。尽管不受限制，但例如d1是20μm，d2是50μm，绝缘膜掩模16的宽度是5μm，并且w1是5～10μm。
接着，与第一实施例中一样，例如利用MOCVD方法在已形成有绝缘膜掩模16的n型GaN基板11上生长用于形成激光器结构的GaN基半导体层25。对于含有铟和镓的活性层19，从绝缘膜掩模16的边缘至脊状条纹形成位置15的距离在与共振器端面形成位置13和14相距d2的范围内的值比在共振器长度方向上的中央部处的值大。
由于铟原子的扩散长度比镓原子的扩散长度小约一个数量级，因而从绝缘膜掩模16供应至脊状条纹形成位置15的铟原子的数量小于镓原子的数量。结果，活性层19的铟含量在共振器长度方向上不均匀，且在共振器端面形成位置13和14附近的铟含量值比其它区域中的的铟含量值低。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的带隙能量大于其它区域中的带隙能量。这样，具有较大带隙能量的活性层19的那些区域用作端面窗结构。
然后，通过与第一实施例中一样的剩余步骤来制造出所需的GaN基半导体激光器。
第二实施例提供了与第一实施例的那些优点相似的优点。
4.第三实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
第三实施例在绝缘膜掩模16的形状和位置方面不同于第一实施例及第二实施例。在其它方面，第三实施例与第一实施例相类似。
在第三实施例中，首先，如图15所示，在n型GaN基板11上的各脊状条纹形成位置15的两侧对称地形成在第二实施例中用到的绝缘膜掩模16。尽管不受限制，但例如d1是20μm，d2是50μm，绝缘膜掩模16的宽度是5μm，并且绝缘膜掩模16与脊状条纹形成位置15之间的间隔w1是3～20μm。
接着，与第一实施例中一样，例如利用MOCVD方法在已形成有绝缘膜掩模16的n型GaN基板11上生长用于形成激光器结构的GaN基半导体层25。对于含有铟和镓的活性层19，在各对绝缘膜掩模16之间的间隔以及从绝缘膜掩模16的边缘至脊状条纹形成位置15的距离在与共振器端面形成位置13和14相距d2的范围内的值比在共振器长度方向上的中央部处的值大。
由于铟原子的扩散长度比镓原子的扩散长度小约一个数量级，因而从脊状条纹形成位置15两侧的绝缘膜掩模16供应至脊状条纹形成位置15的铟原子的数量小于镓原子的数量。
结果，活性层19的铟含量在共振器长度方向上变化，且在共振器端面形成位置13和14附近的各对绝缘膜掩模16之间的铟含量值比在其它区域中的铟含量值低。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的带隙能量大于其它区域中的带隙能量。这样，具有较大带隙能量的活性层19的那些区域用作端面窗结构。
然后，通过与第一实施例中一样的剩余步骤来制造出所需的GaN基半导体激光器。
第三实施例提供了与第一实施例的那些优点相似的优点。
5.第四实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
第四实施例在绝缘膜掩模16的形状和位置方面不同于第一～第三实施例。在其它方面，第四实施例与第一实施例相类似。
在第四实施例中，首先，如图16所示，在n型GaN基板11上的各脊状条纹形成位置15的一侧，具体地，在与每两个邻近的第二区域11b之间的第一区域11a的中心线相面对的那一侧，沿共振器整个长度形成具有恒定宽度的伸长型绝缘膜掩模16。
与脊状条纹形成位置15相面对的绝缘膜掩模16的边缘，在与共振器端面形成位置13和14相距d1的范围内以间隔w2离开脊状条纹形成位置15的边缘，在共振器长度方向上的中央部处以间隔w3离开脊状条纹形成位置15的边缘，并且在与共振器端面形成位置13和14相距d2-d1的范围内该间隔从w2线性地逐渐增加至w3。
例如，w2近似等于图5C中的ΔX1，而w3近似等于或者大于图5C中的ΔX2。尽管不受限制，但例如d1是20μm，d2是50μm，绝缘膜掩模16的宽度是5μm，w2是3～5μm，并且w3是10μm。
接着，与第一实施例中一样，例如利用MOCVD方法在已形成有绝缘膜掩模16的n型GaN基板11上生长用于形成激光器结构的GaN基半导体层25。对于含有铟和镓的活性层19，在与共振器端面形成位置13和14相距d1的范围内，从绝缘膜掩模16的边缘至脊状条纹形成位置15的距离近似等于图5C中的ΔX1。
另一方面，在共振器长度方向上的中央部处，从绝缘膜掩模16的边缘至脊状条纹形成位置15的距离近似等于或者大于图5C中的ΔX2。结果，如图5C所示，在共振器端面形成位置13和14附近的铟含量低于其它区域中的铟含量。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的带隙能量大于其它区域中的带隙能量。这样，具有较大带隙能量的活性层19的那些区域用作端面窗结构。
然后，通过与第一实施例中一样的剩余步骤来制造出所需的GaN基半导体激光器。
第四实施例提供了与第一实施例的那些优点相似的优点。
6.第五实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
第五实施例在绝缘膜掩模16的形状和位置方面不同于第一～第四实施例。在其它方面，第五实施例与第一实施例相类似。
在第五实施例中，首先，如图17所示，在n型GaN基板11上在共振器端面形成位置13和14附近的各脊状条纹形成位置15两侧形成矩形平面形状的绝缘膜掩模16。
绝缘膜掩模16关于脊状条纹形成位置15对称，并且关于在两个邻近的第二区域11b之间的第一区域11a的中心线对称。
与脊状条纹形成位置15相面对的各绝缘膜掩模16的边缘跟脊状条纹形成位置15的边缘一致。绝缘膜掩模16在共振器长度方向上具有恒定宽度w4。尽管不受限制，但例如d2是20～50μm，并且绝缘膜掩模16的宽度是5～10μm。
接着，与第一实施例中一样，例如利用MOCVD方法在已形成有绝缘膜掩模16的n型GaN基板11上生长用于形成激光器结构的GaN基半导体层25。
对于含有铟和镓的活性层19，由于铟原子的扩散长度比镓原子的扩散长度小约一个数量级，因而与共振器长度方向上的中央部处不同的是，在与共振器端面形成位置13和14相距d2的范围内，从脊状条纹形成位置15两侧的绝缘膜掩模16供应至脊状条纹形成位置15的铟原子的数量小于镓原子的数量。
结果，活性层19的铟含量在共振器长度方向上不均匀，且在共振器端面形成位置13和14附近的各对绝缘膜掩模16之间的铟含量值比其它区域中的铟含量值低。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的带隙能量大于其它区域中的带隙能量。这样，具有较大带隙能量的活性层19的那些区域用作端面窗结构。
然后，通过与第一实施例中一样的剩余步骤来制造出所需的GaN基半导体激光器。
第五实施例提供了与第一实施例的那些优点相似的优点。
7.第六实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
第六实施例在绝缘膜掩模16的形状和位置方面不同于第一～第五实施例。在其它方面，第六实施例与第一实施例相类似。
在第六实施例中，首先，如图18所示，在n型GaN基板11上在共振器端面形成位置13和14附近的各脊状条纹形成位置15两侧形成梯形平面形状的绝缘膜掩模16。
绝缘膜掩模16关于脊状条纹形成位置15对称，并且关于在两个邻近的第二区域11b之间的第一区域11a的中心线对称。与脊状条纹形成位置15相面对的各绝缘膜掩模16的边缘与脊状条纹形成位置15的边缘一致。
在与共振器端面形成位置13和14相距d2的范围内，绝缘膜掩模16的宽度从w5线性减少至w6。尽管不受限制，但例如d2是20～50μm，w5是10～20μm，并且w6是5μm。
接着，与第一实施例中一样，例如利用MOCVD方法在已形成有绝缘膜掩模16的n型GaN基板11上生长用于形成激光器结构的GaN基半导体层25。
对于含有铟和镓的活性层19，由于铟原子的扩散长度比镓原子的扩散长度小约一个数量级，因而与共振器长度方向上的中央部处不同的是，在与共振器端面形成位置13和14相距d2的范围内，从脊状条纹形成位置15两侧的绝缘膜掩模16供应至脊状条纹形成位置15的铟原子的数量小于镓原子的数量。
结果，活性层19的铟含量在共振器长度方向上不均匀，且在共振器端面形成位置13和14附近的各对绝缘膜掩模16之间的铟含量值比在其它区域中的铟含量值低。因此，在共振器端面形成位置13和14附近的带隙能量大于其它区域中的带隙能量。这样，具有较大带隙能量的活性层19的那些区域用作端面窗结构。
然后，通过与第一实施例中一样的剩余步骤来制造出所需的GaN基半导体激光器。
第六实施例提供了与第一实施例的那些优点相似的优点。
8.第七实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
在第七实施例中，绝缘膜掩模16不直接形成在n型GaN基板11上；例如，在第一～第六实施例中的任一者中，在n型GaN基板11的整个表面上外延生长n型AlGaN覆层17之后，在该n型AlGaN覆层17上形成绝缘膜掩模16。
随后，与第一实施例中一样，外延生长n型GaN波导层18、活性层19、未掺杂的InGaN波导层20、未掺杂的AlGaN波导层21、p型AlGaN电子势垒层22、p型GaN/未掺杂的AlGaN超晶格覆层23、p型GaN接触层24。图19示出了生长之后的n型GaN基板11的示例(其是对应于第四实施例的示例)。
然后，通过与第一实施例中一样的剩余步骤来制造出所需的GaN基半导体激光器。
第七实施例提供了与第一实施例的那些优点相似的优点。
9.第八实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
第八实施例的GaN基半导体激光器具有端面窗结构和脊状条纹结构，但与第一实施例的不同在于，在共振器的端部未形成非电流注入区域。在其它方面，第八实施例与第一实施例相类似。
第八实施例提供了与第一实施例的除了在共振器的端部形成非电流注入区域所提供的优点之外的那些优点相似的优点。
10.第九实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
在第九实施例中，如图20所示，进行与第四实施例中一样的过程，从而在n型GaN基板11上未被绝缘膜掩模16覆盖的区域中生长用于形成激光器结构的GaN基半导体层25，该GaN基半导体层25包括活性层19。由于GaN基半导体层25基本上不会生长在绝缘膜掩模16上，因而在绝缘膜掩模16上方形成了凹部。
接着，在GaN基半导体层25和绝缘膜掩模16上形成诸如SiO2膜等绝缘膜(图未示)，并将该绝缘膜蚀刻成预定图形。
接着，如图21所示，使用上述绝缘膜作为蚀刻掩模，通过例如使用氯化蚀刻气体的RIE方法进行干式处理将GaN基半导体层25蚀刻到预定深度来形成凹槽33和34。在凹槽33和34之间形成有脊状条纹27。
接着，当用作蚀刻掩模的绝缘膜留下时，在整个表面上方依次形成诸如SiO2膜等绝缘膜31和诸如未掺杂的硅膜等绝缘膜32。利用光刻工艺形成抗蚀剂图形(未图示)，该抗蚀剂图形在对应于脊状条纹27的区域中具有开口，并且该抗蚀剂图形被用作掩模，从而利用蚀刻方法选择性地除去脊状条纹27上方的绝缘膜31和32部分。
随后，除去抗蚀剂图形。形成在凹槽33和34外侧的绝缘膜31和32总体上较厚。在凹槽33和34外侧的绝缘膜31包括作为蚀刻掩模的上述绝缘膜。
接着，如图22所示，在脊状条纹27上形成p侧电极26，并形成焊盘电极29以覆盖p侧电极26。图23以与图9对应的平面图示出了在此状态下的n型GaN基板11。
焊盘电极29通过p侧电极26与脊状条纹27电连接。在与绝缘膜掩模16相反的脊状条纹27侧的区域中的整个表面基本上是平坦的，焊盘电极29被形成为基本上在该整个表面上方延伸。焊盘电极29被形成为避开在绝缘膜掩模16上方形成的凹部以及在n型GaN基板11的第二区域11b上方的区域。
对于在安装GaN基半导体激光器时焊盘电极29的引线接合，优选地，将与共振器长度方向垂直的方向上的焊盘电极2宽度设置成从脊状条纹27的边缘算起例如为45μm以上，从而保证足够大的接合区域。
然后，通过剩余步骤来制造出所需的GaN基半导体激光器。
除了具有与第四实施例的那些优点相似的优点之外，第九实施例还提供了以下优点。
在n型GaN基板11上未被绝缘膜掩模16覆盖的区域中生长出GaN基半导体层25之后，在与绝缘膜掩模16相反的脊状条纹27侧的区域中的基本平坦表面上形成焊盘电极29，以使焊盘电极29避开在绝缘膜掩模16上方形成的凹部。这使得焊盘电极29被成功地形成而不会例如在台阶处断裂，因而显著减少了例如由于焊盘电极29在台阶处的断裂而引起的电流泄露。
11.第十实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
在第十实施例中，如图24所示，进行与第九实施例中一样的过程，从而形成焊盘电极29以覆盖p侧电极26。
焊盘电极29包括在脊状条纹27上方形成的线性部分和从该线性部分延伸形成的且横跨与绝缘膜掩模16相反的脊状条纹27侧的区域中的基本平坦表面的矩形部分。
尽管焊盘电极29的矩形部分可形成在共振器长度方向上的任何位置处，但在图24中它们形成在共振器长度方向上的中央。另外，焊盘电极29被形成为避开在绝缘膜掩模16上方形成的凹部以及在n型GaN基板11的第二区域11b上方的区域。
对于在安装GaN基半导体激光器时焊盘电极29的引线接合，优选地，将与共振器长度方向垂直的方向上的焊盘电极29宽度设置成从脊状条纹27的端部算起例如为45μm以上，从而保证足够大的接合区域。
然后，通过剩余步骤来制造出所需的GaN基半导体激光器。
除了具有与第四实施例的那些优点相似的优点之外，第十实施例还提供了以下优点。
在n型GaN基板11上未被绝缘膜掩模16覆盖的区域中生长出GaN基半导体层25之后，在与绝缘膜掩模16相反的脊状条纹27侧的区域中的基本平坦表面上形成焊盘电极29，以使焊盘电极29避开在绝缘膜掩模16上方形成的凹部。这使得焊盘电极29被成功地形成而不会例如在台阶处断裂，因而显著减少了例如由于焊盘电极29在台阶处的断裂而引起的电流泄露。
另外，能够最小化焊盘电极29的面积，从而减小在焊盘电极29与下层结构之间出现的寄生电容。因此本实施例对于使用高频电流的GaN基半导体激光器的驱动是有利的。
12.第十一实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
在第十一实施例中，与第九实施例中一样以第二实施例的过程形成焊盘电极29。
第十一实施例提供了与第一实施例和第九实施例的那些优点相似的优点。
13.第十二实施例
半导体激光器和半导体激光器的制造方法
在第十二实施例中，与第十实施例中一样以第二实施例的过程形成焊盘电极29。
第十二实施例提供了与第一实施例和第十实施例的那些优点相似的优点。
尽管上面具体说明了本发明的各实施例，但本发明不限于那些实施例；基于本发明的技术思想允许各种变形。
例如，上面各实施例中的数值、结构、基板和过程等等仅是说明性的，并且在适当的情况下可使用其他不同的数值、结构、基板和过程等等。
具体地，例如，尽管在第一、第二、第三、第五和第六实施例中绝缘膜掩模16的边缘是沿着脊状条纹形成位置15的边缘布置的，然而也可将绝缘膜掩模16形成为使绝缘膜掩模16的边缘与脊状条纹形成位置15的边缘分开。
另外，在适当的情况下，可以组合上面的第一～第十二实施例中的两个或者更多实施例。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (14)

1.一种具有端面窗结构的半导体激光器的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
在氮化物基III-V族化合物半导体基板上形成由绝缘膜构成的掩模，所述氮化物基III-V族化合物半导体基板包括第一区域和第二区域，所述第一区域由单晶体形成并具有第一平均位错密度，所述第二区域线性地延伸且具有高于所述第一平均位错密度的第二平均位错密度并且周期性地平行布置在所述第一区域之间，每两个邻近的所述第二区域之间的所述第一区域具有两个以上的关于所述第一区域的中心线对称的激光器条纹形成位置，所述掩模至少在端面窗结构的形成位置附近被形成在各个所述激光器条纹形成位置的一侧或两侧，并使所述掩模关于所述中心线对称；以及
在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上未被所述掩模覆盖的区域中生长氮化物基III-V族化合物半导体层，所述氮化物基III-V族化合物半导体层包括由至少含有铟和镓的氮化物基III-V族化合物半导体构成的活性层。
2.如权利要求1所述的半导体激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在各个所述激光器条纹形成位置的一侧沿着所述激光器条纹形成位置形成所述掩模，并使所述激光器条纹形成位置与所述掩模之间的间隔在所述端面窗结构的形成位置附近的值比在其它区域中的值小。
3.如权利要求1所述的半导体激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在各个所述激光器条纹形成位置的一侧沿着所述激光器条纹形成位置形成所述掩模，并使所述激光器条纹形成位置与所述掩模之间的间隔在所述端面窗结构的形成位置附近的值比在其它区域中的值大。
4.如权利要求1所述的半导体激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在各个所述激光器条纹形成位置的两侧沿着所述激光器条纹形成位置形成所述掩模，并使各个所述激光器条纹形成位置两侧的所述掩模之间的间隔在所述端面窗结构的形成位置附近的值比在其它区域中的值大。
5.如权利要求1所述的半导体激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在所述端面窗结构的形成位置附近的各个所述激光器条纹形成位置的一侧或两侧形成所述掩模。
6.如权利要求2所述的半导体激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在各个所述激光器条纹形成位置的与所述中心线相面对的那一侧沿着所述激光器条纹形成位置形成所述掩模，并使所述激光器条纹形成位置与所述掩模之间的间隔在所述端面窗结构的形成位置附近的值比在其它区域中的值小。
7.如权利要求3所述的半导体激光器的制造方法，其中，在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在各个所述激光器条纹形成位置的与所述中心线相面对的那一侧沿着所述激光器条纹形成位置形成所述掩模，并使所述激光器条纹形成位置与所述掩模之间的间隔在所述端面窗结构的形成位置附近的值比在其它区域中的值大。
8.如权利要求6所述的半导体激光器的制造方法，还包括如下步骤：
形成所述激光器条纹；以及
在与所述掩模相反的所述激光器条纹侧的区域中形成焊盘电极，并使所述焊盘电极与所述激光器条纹电连接。
9.如权利要7所述的半导体激光器的制造方法，还包括如下步骤：
形成所述激光器条纹；以及
在与所述掩模相反的所述激光器条纹侧的区域中形成焊盘电极，并使所述焊盘电极与所述激光器条纹电连接。
10.一种具有端面窗结构的半导体激光器，所述半导体激光器包括：
氮化物基III-V族化合物半导体基板，其包括第一区域和第二区域，所述第一区域由单晶体形成并具有第一平均位错密度，所述第二区域具有高于所述第一平均位错密度的第二平均位错密度并沿着平行于共振器长度方向的一侧设置着；
由绝缘膜构成的掩模，所述掩模至少在与所述端面窗结构对应的位置附近被设置在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上；以及
氮化物基III-V族化合物半导体层，其包括活性层，并且生长在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上未被所述掩模覆盖的区域中。
11.如权利要求10所述的半导体激光器，其中，在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上，在所述激光器条纹的一侧沿着所述激光器条纹设置所述掩模，并使所述激光器条纹与所述掩模之间的间隔在与所述端面窗结构对应的位置附近的值比在其它区域中的值小。
12.如权利要求10所述的半导体激光器，还包括焊盘电极，所述焊盘电极被设置在与所述掩模相反的所述激光器条纹侧的区域中，并且所述焊盘电极与所述激光器条纹电连接。
13.一种光拾波器，所述光拾波器中用具有端面窗结构的半导体激光器作为光源，所述半导体激光器包括：
氮化物基III-V族化合物半导体基板，其包括第一区域和第二区域，所述第一区域由单晶体形成并具有第一平均位错密度，所述第二区域具有高于所述第一平均位错密度的第二平均位错密度并沿着平行于共振器长度方向的一侧设置着；
由绝缘膜构成的掩模，所述掩模至少在与所述端面窗结构对应的位置附近被设置在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上；以及
氮化物基III-V族化合物半导体层，其包括活性层，并且生长在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上未被掩模覆盖的区域中。
14.一种包括半导体激光器的光盘驱动装置，所述光盘驱动装置用具有端面窗结构的半导体激光器作为光源，所述半导体激光器包括：
氮化物基III-V族化合物半导体基板，其包括第一区域和第二区域，所述第一区域由单晶体形成并具有第一平均位错密度，所述第二区域具有高于所述第一平均位错密度的第二平均位错密度并被沿着平行于共振器长度方向的一侧设置；
由绝缘膜构成的掩模，所述掩模至少在与所述端面窗结构对应的位置附近被设置在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上；以及
氮化物基III-V族化合物半导体层，其包括活性层，并且生长在所述氮化物基III-V族化合物半导体基板上未被掩模覆盖的区域中。
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