CN1052576A - 半导体二极管激光器及其制造方法 - Google Patents

半导体二极管激光器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明半导体二极管激光器的反射镜区17、19 中包括第一覆层1′、辐射导引层2′和第三覆层6。在 2′中，利用在其中的装置12形成辐射波导15，而形 成有效折射率台阶。位于15增强断面的层1′、2′、6 的禁带宽度大于层3。反射镜区中无辐射吸收，劣化 减少，激光器的功率高寿命长。装置12通过减小波 导两侧导引层2′的厚度或通过搀杂改变层2′的组分 形成。折射率台阶足够小时，可使反射镜区17、19 的横向模稳定。本发明方法只需使用MOVPE生长 技术。

Description

本发明涉及一种半导体二极管激光器，这种激光器有一个半导体本体，该半导体本体有一个第一导电型的半导体衬底，衬底上依次配置有至少一第一导电型的第一覆层、一发出辐射的激活层和一第二导电型的第二覆层，半导体衬底和第二覆层设有供流装置，作为激活层一部份的激活区位于一条形区底下，以足够大的电流强度在激活区内产生相干电磁辐射，该条形区的纵向基本上垂直于位于激活区外的镜面，在镜面与激活区之间的中间层中则设置有一辐射波导，该辐射体位于介在第三和第四覆层之间的辐射导引层中，将辐射导引层光学耦合到镜面上。本发明还涉及制造这类半导体二极管激光器的一种方法，这种方法是在半导体衬底上依次配置至少一第一导电型的第一覆层、一发出辐射的激活层和一第二导电型的第二覆层。
这类半导体二极管激光器属于所谓NAM（非吸收镜）型，由于在高功率辐射的情况下产生的镜面劣化程度较小，因而特别适用作高功率半导体二极管激光器。这类激光器，特别是当用GaAs/AlGaAs材料制造时，用作光记录系统[例如数字光记录（DOR）系统]的写入激光器非常合适。
从H.Naito等人在1988年8月29日至9月1日在美国波士顿召开的第十一届I、E、E、E、（电气与电子工程师协会）国际半导体激光器会议的会议文集，文件L-2第150-151页中发表的题为“100毫瓦带非吸收反射镜的GaAlAs掩埋式双脊衬底激光器的高可靠性相干波运行”可以了解到这种半导体二极管激光器及其制造方法的情况。该文章公开了一种半导体二极管激光器，该激光器的辐射波导在中间区中横方向上借助于一有效折射率的台阶形成，所产生的电磁辐射，有一部分被位于所产生的辐射的增强分布断面（amplification  profile）内的辐射波导两侧的辐射吸收层所吸收。辐射波导是在辐射导引层中形成的，辐射导引层则位于充满着吸收层沟道的第三覆层上。该方法利用LPE（液相外延）形成（特别是）该第三覆层。
实践证明，这种半导体二极管激光器的缺点在于，光功率极高时，反射镜会劣化。这就是说，特别是在上述那种希望激光器发出高功率的应用中，要进一步抑制反射镜的劣化，甚至可以采用更多的合适的半导体二极管激光器，从而对激光器的寿命和功率都带来有利的影响。
本发明的目的特别是提供一种反射镜不会劣化或基本上不会劣化因而能产生高功率长寿命的半导体二极管激光器。本发明的目的还在于提供一种制造合乎要求的半导体二极管激光器的方法。
本发明特别是基于这样的认识，即在上述已知的激光器中，所产生的电磁辐射中有一部分在镜面附近的辐射波导两侧被吸收。
为达到本发明的目的，本说明书开端所述的那种半导体二极管激光具有这样的特点：辐射波导是通过设在辐射导引层中的装置（means）限定在横向方向上的，借助于该装置，在辐射波导两侧形成有效折射率的一个台阶，且所有位于辐射波导增强分布断面内各层的各部分，它们的禁带宽度都大于激活层。由于辐射导引层中存在形成有效折射率台阶的装置，因而电磁辐射在辐射波导中是横向封闭的。由于位于辐射波导的增强分布断面内各层的各部分（即各辐射导引层、第三和第四覆层的各部份），其禁带宽度都大于激活层，因而本发明半导体二极管激光器的中间区中没有或基本上没有吸收电磁辐射的现象发生。由于采取了这些措施，避免了反射镜附近的吸收现象，从而防止了反射镜因温度升高或吸收辐射产生反应而带来的劣化。所以，本发明的半导体二极管激光器能产生高功率，且由于抑制了反射镜的劣化，因而使用寿命长。根据本发明，这种激光器的制造方法的特征在于，在条形中间区内至少腐蚀除去激活层和覆盖层，并在中间层内，以如下方式至少敷设一辐射导引层和第四覆层，使得辐射导引层光学耦合到激活区上，且在敷设第四覆层之前，在辐射导引层中的横向形成一辐射波导，方法是在辐射导引层提供一装置，借助于该装置在该辐射波导两侧形成有效折射率的台阶。用本发明的方法可制取很好地满足要求的半导体二极管激光器。
在本发明半导体二极管激光器的第一实施例中，辐射波导两侧的有效折射率台阶小于大约0.01。在有效折射率台阶如此小的情况下，横向基模在实用所要求的宽度约1微米-7微米之间、且辐射导引层和第三和第四覆层的厚度和组成为通常实用值（这是可以计算出来的，而且最好这样做）的辐射波导中受惠。在激活区两侧，可形成折射率的台阶，由于在那里的各吸收区的存在，所产生的电磁辐射的部分吸收对横向基模相当有利。激活区旁边出现的辐射吸收不影响或基本上不影响邻接镜面的中间区，因而该辐射吸收不影响反射镜劣化。
在本发明半导体二极管的另一个实施例中，所述的装置的构成是减小辐射波导两侧第二辐射导引层的厚度。形成一有利变型方案，即从辐射波导的横截面来看，它的断面呈台阶形，该层的下边基本是平的，上边处台阶的高度比辐射导引层的厚度小。辐射导引层的厚度，举例说，在0.10和0.40微米之间时，台阶的高度最好在0.02和0.10微米之间。在辐射导引层由例如Al0.31Ga0.69As组成且厚度为0.30微米，各覆层由Al0.41Ga0.59As组成且辐射波导宽度约4微米的情况下，当台阶高度为0.05微米时有效折射率的台阶约为4＊10-3，台阶高度为0.10微米时有效折射率台阶约为8＊10-3。这种台阶形的断面可以在第二辐射导引层上借助于条形掩模用湿法化学蚀刻法形成，即将掩模外的一部分辐射导引层腐蚀掉。在本发明方法的第一实施例中，同时采用阳极氧化法，将掩模外辐射导引层的部分厚度转化成半导体材料氧化物层，同时或以后，在蚀刻工序中将该层用针对辐射导引层选取的蚀刻剂溶解掉。这样，视一些阳极氧化工序和蚀刻工序的具体情况而定，将辐射导引层按极其精确的方式局部制得较薄。在本发明半导体二极管激光器值得推荐的方案中，辐射导引层设置在激活层与第一或第二覆层之间于是得到叫做LOC（大光腔）式的半导体二极管激光器，因此激活区中产生的电磁辐射就部分出现在另一辐射导引层的邻接部分。当这另一辐射导引层处在激活层下方时就是特别有利的。在这种情况下，该另一辐射导引层同时可作为中间区的辐射导引层。这样就简化了本发明半导体二极管激光器的制造过程：现在减少了需要在中间区除去和敷设的薄层的数量。此外，辐射波导与激活区之间的光连接非常好，即低耗连接。另外还有一个很大的好处：由于已经有了辐射导引层，且无需另外进行生长工序，因而蚀刻之后在中间区形成各薄层的工序只需要一个生长工艺。
在本发明半导体二极管的另一个实施例中，所述装置构成如下：辐射波导两侧辐射导引层的组分是至少在该层的部分厚度上以如下方式加以改变，即使得辐射波导两侧形成有效折射率的台阶。此外，在该实施例中，没有或基本上没有吸收所产生的电磁辐射的现象出现，同时有效折射率的台阶确保了辐射的横向导引。该台阶最好要小得使横向基模构成最稳定的模。为达到该目的，需要变更组分（对Ⅲ-Ⅴ半导体材料来说约为1原子%），这个变更比起在掩埋式异质型辐射波导中以可重现的方式仍然可获得的组分变更要小。在对本实施例有益的变化方案中，辐射波导两侧第二辐射导引层的组分是通过搀杂剂的出现而改变的。掺杂剂可以简单的方式以足够低的浓度加入。为此，可在辐射导引层中局部进行例如扩散搀杂或注入搀杂。对上一个实施例增设辐射导引层（最好位于激活区下方）的作法也适用于本实施例。
在本发明半导体二极管激光器的一个重要实施例中，其中一个覆层在条形区内的厚度大于在该区外的厚度，区外设有辐射吸收层，辐射吸收层的禁带宽度几乎与激活层的相等，激活层是第一导电型的，与毗邻的覆层形成阻流p-n结，且位于另一辐射导引层或激活层增强断面内，本实施例半导体二极管激光器的特征在于，第一覆层的厚度基本上是均匀的，第二覆层在条形区的厚度大于在该区两侧的厚度，且辐射吸收层位于第二覆层的条形区两侧，并与第二覆层形成阻流p-n结。在这种半导体二极管激光器中，横模在辐射发射区内很稳定，且对横向基模是很有利的。这种半导体二极管激光器还具有这种一大优点，即第一覆层、激活层、辐射导引层、辐射吸收层和第二覆层可以用MOVPE（金属有机汽相外延生长）法生长技术形成。鉴于中间区中的半导体层也可以用MOVPE法形成，因而半导体二极管激光器的一大优点是它可只用MOVPE生长技术来制造。这个优点非常重要，因为MOVPE是特别适宜以工业规模制造半导体二极管激光器的生长技术。本实施例范围内的第一变化方案的特征在于，第二覆层由第二导电型的半导体层构成，其中，在该层部分厚度的条形区形成有MESA（台式结构），在MESA两侧敷有吸收层。按照本发明，这种变化方案的制造过程是这样的：形成各薄层（包括第三覆层在内），然后用条形掩模将MESA蚀刻入后一层中，并除去掩模外该薄层的部分厚度;在MESA两侧提供第二导电型辐射吸收层;然后借助掩模进行蚀刻，除去中间区中的各薄层，包括激活层;在第一辐射导引层中形成辐射波导之后，在中间区中提供第四覆层。本实施例范围内的第二变化方案的特征在于，第二覆层由两个第二导电型的半导体层构成，这两半导体层彼此在条形区中邻接，且在条形区外被辐射吸收层所隔开。按照本发明，这个变化方案的制造过程如下：在这两半导体层的第一半导体层形成之后（这一层选取较小的厚度），在其上提供辐射吸收层;然后借助于掩模除去条形区内的后一层;在除去掩模之后，提供这两个半导体层的第二半导体层;接着，借助掩模，用蚀刻方法除去中间层中包括激活层在内的各层;然后在第一辐射导引层中形成辐射波导，再在中间区中形成第四覆层。
在本发明半导体二极管激光器的第四实施例中，第四覆层是第二导电型的，且至少一第一导电型的另一覆层配置在第四覆层上，该另一覆层至少在中间区内与第四覆层形成阻流p-n结。这样的半导体二极管激光器的优点在于，各载流子基本上不可能到达靠近辐射波导的中间区，从而避免在电流流过半导体二极管激光器的情况下，形成辐射波导的有效折射率的台阶发生变化。在前一实施例的第一变化方案的情况下，第四和另一覆层也可以在辐射吸收层顶部的条形区两侧形成。这具有这样的好处，在条形区两侧可形成附加的阻流p-n结，而不致使此变化方案的制造过程复杂化。
本发明的半导体二极管激光器特别适宜获取尽可能对称的电磁辐射发射束，同时该发射束的功率高。为达到此目的，本发明的半导体二极管激光器具有这样的特点：辐射波导的宽度小于激活区的宽度。因为辐射波导的厚度不能太大，因而还可以通过选取较小的辐射波导宽度来获取较对称的激光束。应该指出的是，辐射波导的厚度是已经比其宽度小许多倍，因此激光束垂直于辐射波导的发射角比平行于辐射波导的发射角大几倍。减小辐射波导的宽度时，平行于辐射波导的发射角就扩大了。
现在就两个实施例参照附图更全面地说明本发明的内容。附图中：
图1示出了本发明半导体二极管激光器的第一实施例的示意图，其部分为透视图，部分为剖视图。
图2和3示出了图1的半导体二极管激光器分别沿Ⅱ-Ⅱ线和Ⅲ-Ⅲ线截取的剖面;
图4a至4c示出了制造图1所示的半导体二极管激光器所使用的掩模的平面图;
图5a至5g示出了图1的半导体二极管激光器在连续各制造阶段平行于图1图面的剖面，剖面的位置按需要分别示于图4a至4c中;
图6示出了本发明半导体二极管激光器第二实施例的示意图，其部分为透视图，部分为剖视图;
图7和8示出了图6的半导体二极管激光器分别沿图6的Ⅶ-Ⅶ线和Ⅷ-Ⅷ线截取的剖面图;
图9a至9c示出了制造图6所示的半导体激光器所使用的掩模的平面图;
图10a至10g示出了图6的半导体二极管激光器在连续各制造阶段平行于图6图面的剖面，剖面的位置按需要分别示于图9a至9c中。
图1示出了本发明半导体二极管激光器第一实施例的示意图，其部分为透视图，部分为剖视图。图2和3示出了本实施例的半导体二极管激光器分别沿图1的Ⅱ-Ⅱ线和Ⅲ-Ⅲ线截取的剖面图。该半导体二极管激光器包括一半导体本体30，半导体本体30有一个第一导电型的衬底区域10，在本实施例系由单晶砷化镓组成，其上设有一连接导体11，第一导电型在这里为n型。此外，在条形区13内依次配置有第一导电型（在此为n型）的、厚度基本上均匀的第一覆层1、第一导电型（在此为n型）的在本实施例中与辐射导引层2′重合的另一辐射导引层2、一激活层3、第二导电型（在此为p型）的第二覆层4和p导电型的接触层20，20上设有连接导体21。在条形区13下方的激活层3中配置有激活区13′，在激活区13′中，由于足够高的电流强度，在条形共振腔内第一覆层1与第二覆层4间的p-n结正向方向上产生相干电磁辐射，所述条形共振腔在镜面35与36之间形成，且在本实施例中包括激活区13′、辐射导引层2的下层部分和在区14下面的两个辐射波导15。在条形区13两侧，在第二覆层4上依次设有第一导电型（在此为n型）的辐射吸收层9、第二导电型（在此为p型）的第四覆层6、和另两个分别为第一导电型（规此为n型）和第二导电型（在此为p型）的覆层7和8，以及连接导体21。它们在厚度上依次减小。吸收层9对激活区13′中的横向基横有相当有利的影响，而该层与第二覆层4之间形成的p-n结25和覆层6与7之间形成的p-n结26阻碍分布在激活区13′两侧的电流分散。辐射波导15设在中间区17、19和幅射导引层2′之中，中间区17、19位于区18与镜面35、36之间，幅射导引层2′位于第三覆层1′（在本实施例中与第一覆层1重合）与第四覆层6之间。在本实施例中，第三覆层1′的厚度基本是均匀的。按照本发明，本实施例的半导体二极管激光器具有这样一些大优点，例如，辐射波导15与激活区13′之间的光学耦合良好，制造方法简单（仅需少量蚀刻层和生长薄层），并可以采用MOVPE生长技术。第二覆层6与另一覆层7之间形成的阻流p-n结26使中间区17、19中的折射率免受各载流子的影响。此外，该阻流作用阻止了中间区中的复合过程，从而减轻了反射镜的劣化。在本实施例中，另一辐射导引层2位于激活区3底下，按照本发明，这具有这样的好处，即除去中间区17、19中的激活层3时，不但无需除去另一辐射导引层2，而且还可把它用作辐射导引层2′。按照本发明，辐射波导15是借助于设在辐射导引层2′中的装置12形成的，通过这种方式，在辐射波导15两边形成有效折射率的台阶，所产生的电磁辐射有一部分即在该台阶处散射。由于在中间区17、19中对所产生的辐射没有被吸收，因而本发明阻止了反射镜的劣化。在本实施例中，装置12主要是通过减小辐射波导15两侧的辐射导引层2′的厚度形成的。所形成的台阶的高度为400埃。这样的台阶可简单地用掩模进行蚀刻，最好是在蚀刻之前或过程中进行阳极氧化，在这个过程中，采用经选择的蚀刻剂，使所形成的氧化物溶解在蚀刻剂中，但半导体材料不溶解。辐射波导15的宽度约3微米，长度相当于中间区17、19的宽度，约为10微米，条形区13的长度和宽度则分别为300微米和4微米。通过把辐射波导15的宽度选得小于条形区13的宽度，按照本发明就可以得出对称性较大、输出功率高且以横向基模工作的放射辐射束。半导体本体的尺寸约为300×320平方微米。在本实施例中，第二覆层4在条形区13内的厚度大于其两侧设有辐射吸收层9处的厚度。厚度的这种局部加大是通过在第二覆层4的条形区14面积上形成MESA获取的。这就是说，第二覆层4开始可以扁平层形成，这能采用例如MOVPE来完成，这样做有好处。吸收层9也能借助于MOVPE形成。激活区13′的宽度较大，且还存在另一个辐射导引层2，因而在激活区13′中能产生高功率的辐射。参看下表即可看出本实施例各半导体层的性能。连接导体包括通常为GaAs/AlGaAs所用的金属或金属合金，其厚度为常规厚度。
层  半导体  类型  搀杂浓度  厚度
（原子/立方厘米）  （微米）
10 GaAs（衬底） N 2×1018350
1，1′ Al0.4Ga0.6As N 2×10181
2，2′ Al0.3Ga0.7As N 2×10180.3
3 Al0.1Ga0.9As 0.15
4 Al0.4Ga0.6As P 2×10181.5（0.2）
6 Al0.4Ga0.6As P 2×10180.5
7 Al0.4Ga0.6As N 2×10170.6
8 Al0.4Ga0.6As P 2×10170.6
9 GaAs N 2×10170.4
20 GaAs P 2×10181
现在参照图4和5说明如何按照本发明制造上述半导体二极管激光器。图4示出了在制造过程中先后使用的掩模40、41、42的平面图。这些掩模40、41、42的尺寸根据待形成的半导体二极管激光器的尺寸以及其中各区的尺寸选取。图5示出了图1的半导体二极管激光器在连续的各制造阶段中的剖面，剖面的位置按需要在图4中示出。将（001）GaAs衬底10抛光和蚀刻之后，借助于MOVPE生长技术，在该衬底上依次按下列顺序形成以下各层：第一覆层1，辐射导引层2.2′，激活层3，第二覆层4和接触20。各层的厚度、组分和导电类型按上表选取。n型搀杂源采用SiH4，P型搀杂源采用DEZn（二乙基锌）。接着，用溅射法敷上0.7微米厚的SiO2层60（见图5a）。在此层中，在相应于待形成的半导体本体30的区内形成条形掩模40（见图4a）。然后将掩模40外的半导体层20和8除去，或用一般的蚀刻剂蚀刻，使其厚度减小。接着，用MOVPE法在掩模40外形成辐射吸收层9。图5b和5c分别示出了在区18和17内所得出的结构的截面，如图4a所示。然后借助于光致抗蚀剂和光刻蚀法形成掩模41，如图4b所示。将区17和18中这个掩模以外部分腐蚀掉，以除去辐射吸收层9、第二覆层4和激活层。得出的这些区中结构的剖面示于图5d。接着提供光致抗蚀剂掩模41、42（见图4c），该掩模包括位于中间区17、19中的条形区42。通过阳极氧化将掩模外的辐射导流层2的一小部分（约400埃）转化成半导体氧化物材料层，再将其用水稀释的铵溶液除去（见图5e）。除去光致抗蚀剂和清理干净之后，借助于MOVPE在SiO2的掩模40外按以下顺序形成各层：第四覆层6、另一覆层7和另一覆层8。图5f和5g示出了所得出的结构沿图4a所示的各线的剖面。除去掩模层60之后，按一般方式形成连接导体，于是在劈裂工序之后（在此工序中形成镜面）就得出图1的半导体二极管激光器。在本发明的方法中，在辐射导引层2′中设置了装置12，在此情况下，辐射导引层2′与辐射导引层2重合，借助于该装置在待形成的辐射波导15两侧形成有效折射率台阶，所产生的辐射就在该台阶处部分散射。这个方法的好处在于可以采用MOVPE生长技术。辐射导引层2，2′重合且它们位于激活层3底下，且有这样的好处，即，简化了制造方法：一方面，待蚀刻的薄层的数目较小，另一方面，待形成的层的总数也减小了。在中间区17、19内第二辐射导引层2′中形成台阶形断面的工序可用简单方式进行处理。按本发明使用的阳极氧化法是通过有选择地蚀刻第二辐射导引层2′除去所形成的半导体氧化物材料层的，这个方法的好处是能用可控的精确调节手段形成辐射波导15的有效折射率台阶。本发明的方法还具有这样的好处，即区18内的半导体层也可借助于MOVPE形成。因此本发明的方法提供了只采用MOVPE作为各半导体层的生长技术制造本发明的半导体二极管激光器的可能性。鉴于MOVPE技术的上述优点，因此本发明的方法是特别合适的方法。
图6示出了本发明半导体二极管激光器的第二实施例的示意图，其部分为透视图，部分为剖视图。该半导体二极管激光器包括一半导体本体30，半导体半体30具有第一导电型（在此为n型）的衬底区10，在本实施例中系由砷化镓单晶组成，还有一连接导体11。在该衬底上，在条形区13内依次配置有第一导电型（在此为n型）的且在本实施例中与另一辐射导引层2重合的辐射导引层2′、激活辐射发射层3、由两个第二导电型（在此为p型）的半导体层4、8组成的第二覆层以及具有连接导体21的p导电型接触层20，所有这些层也都在条形区13两侧延伸。在本实施例中，另一辐射导引层2位于激活区3底下，这按照本发明，具有第一实施例所述的那些优点。第一导电型（在此为n型）的辐射吸收层9位于半导体层4和8之间的条形区13的两侧。条形辐射发射激活区13′位于区13底下的激活层3中。辐射波导15位于激活区13′与镜面35、36之间的中间区17、19中，其中辐射导引层2′位于第三覆层1′与第四覆层1重合，其厚度在辐射波导15的部分基本上是均匀的。辐射波导15将激活区13′光学地连接到镜面35、36，且借助于设在辐射导引层2′中的装置12形成，通过这种方式，在辐射波导15两侧形成一有效折射率的台阶，所形成的部分电磁辐射即在该台阶上散射。这具有谈到第一实施例时所述的那此优点。在本实施例中，装置12也由减小辐射波导15两侧的第二辐射波导层2′的厚度形成的。所形成的台阶的高度为400埃。本实施例的半导体二极管激光器及其各区的尺寸都和第一实施例中的一样。在本实施例中，厚覆层4在条形区14中的厚度也比其两侧设有辐射吸收层9处的厚度大，辐射吸收层9与第二覆层4形成阻流p-n结25，这具有谈到第一实施例时所提到的那些优点。厚度上的这种局部加大在于第二覆层4、8由两个半导体层4，8形成，半导体层4，8是第二导电型（在此为p型）的，它们在条形区13的部分彼此毗邻，且在13的两侧彼此由辐射吸收层9分开。第二覆层和辐射吸收层可借助于例如MOVPE形成，这样做有好处。在条形区14内，激活层3中得到对所产生的辐射起折射率制导的作用，所以该辐射有一部分被吸收，从而抑制了较高的横模。此外，由于条形区的宽度较大，而能产生较高的功率。按照本发明，而且在本实施例中，第四覆层6（在本实施例中，第四覆层6为第二导电型，在此为p型）设有另一第一导电型（在此为n型）的覆层，该覆层与第四覆层6形成阻流p-n结26，这具有谈到第一实施例时所述的那些优点。图7和8示出了本实施例的半导体二极管激光器的剖面，该诸剖面是分别沿图6的Ⅶ-Ⅶ线和Ⅷ-Ⅷ线截取的。本实施例各半导体层的性质参看上表。其各连接导体与第一实施例中的一样。
现在参看图9和10说明如何按照本发明制造上述导体二极管激光器。图9示出了依次在制造过程中使用的掩模41、42、50的平面图。这些掩模的尺寸与第一实施例中的一样。图10示出了图7的半导体二极管激光器在制造过程中连续各阶段的剖面，剖面的位置按需要示于图9中。在抛光和蚀刻（001）GaAs衬底10之后，借助于MOVPE生长技术在衬底10上依次按下列顺序形成以下各层：第一覆层1，在本实施例中与另一辐射导引层2重合的辐射导引层2′，激活层3，第二导电型（在此为p型）的厚度约为0.3微米31半导体层4和辐射吸收层9。然后按第一实施例给出的一览表选择各层的组分和导电类型，这里不另行说明。接着，用溅射法敷法上0.3微米厚的SiO2层60（见图10a）。在该层中，在对应于半导体本体30的区内形成掩模41（见图9a）。然后用一般蚀刻剂除去掩模41外的半导体层3，4和9（见图10b）。借助于光致抗蚀剂和光刻蚀法再形成掩模41、42，如图9b所示。接着，借助于阳极氧化法将掩模外的辐射导引层2′的一小部分（约400埃）转化成半导体氧化物材料层，然后将此半导体氧化物材料在用水稀释的铵溶液中除去（见图10c）。除去光致抗蚀剂和清理干净之后，借助于MOVPE在含SiO2的掩模41外依次形成第四覆层6和另一覆层7。图10d示出了在中间区17、19部分得到的结构的剖面。除去掩模层41、42之后，借助于光蚀刻法和蚀刻法在掩模层60中形成图9c所示的掩模50。借助于蚀刻剂，例如选择性蚀刻剂，除去条形区13内的辐射吸收层9（见图10e）。除去光致抗蚀剂和掩模层并清理干净之后，借助于MOVPE方法依次形成厚约1微米且与半导体层4-齐形成第二覆层的第二导电型半导体层8和接触层20。图9c所示部分的最终结构的剖面如图10f和10g所示。形成各连接导体和完成劈裂工序之后，就得出图7的半导体二极管激光器。在本发明的方法中，在第二辐射导引层2′（在此情况下第二辐射导引层2′与第一辐射导引层2重合）中，装置12设置在第二辐射导引层2中，借助于要在该层中形成的辐射波导15两侧的装置12形成有效折射率的台阶，所产生的辐射即在该台阶上部分散射。这种方法也具有第一实施例的制造半导体二极管激光器方法的优点。按照本发明这个实施例的方法也具有区18内的各半导体层可借助于MOVPE形成的优点。因此根据本发明的方法也可以只用MOPVE作为各半导体层的生长技术来制取本实施例的本发明的半导体二极管激光器。
应该指出，在图4和9所示的各掩模中，只示出了制造半导体二极管激光器所需用的图形。实际上，该图形是可以互换的，且适宜制取毗邻着的半导体二极管激光器的二维矩阵。
本发明并不局限于上述诸实施例，因为在不脱离本发明范围的前提下，熟悉本技术领域的人士是可以对上述实施例进行多种修改和更改的。举例说，用以形成辐射波导的台阶形断面也可以在辐射导引层下侧形成，也可以在该层的上侧和下侧都形成。另一种可能的变化方案是：在条形区内，通过借助于第一覆层吸收辐射，获得折射率制导作用，该第一覆层有一沟道，且位于阻流和辐射吸收层的上方。为达到此目的需用的沟道只设在条形区中。举例说，令辐射导引层出现在第一覆层上，而辐射吸收层位于所述辐射导引层增强断面内的条形区两侧。然后按上述实施例同样的方式在中间区中形成辐射波导。其它变化方案则特别可在不使用上述实施例所述的半导体材料或组成时采用。举例说，激活区两侧的辐射吸收层可用非吸收层代替，非吸收层的半导体料选得使其禁带宽度大于激活层的禁带宽度，且在激活区两侧按中间区类似的方式形成有效折射率的台阶。因此，在激活区两侧没有吸收现象，因而这种半导体二极管激光器的起动电流较低，激光器的效率较高。如果将该有效折射率的台阶也制得相当小则可获得在横向基模工作的激光器。如果将激活区制造得窄一些就可以使启动电流低一些。此外，当辐射波导也较窄时，激活区就能与辐射波导很好地耦合。另外，阻流作用也可以不用阻流p-n结而用一个或多个高阻半导体层实现。此外，在第一覆层与半导体衬底之间可以设所谓缓冲层。虽然起码分立的二极管激光器的供流装置大部分由设有导电层的高搀杂层或区组成，在该层和区上设有例如导线形式的连接导体，这些装置还可以装设其它公知的供流装置，例如电子束等。在上述各实施例中，每次都出现两个中间区，每次都有一辐射波导位于其中。但也可以仅在一中间区中形成一辐射波导。然后令激活层和第一辐射导引层毗连其中一个镜面。接着就可以在该镜面上采取反射镜的防劣化的措施，例如设反射镜涂层。
本发明也不局限于诸实施例中提出的方法。虽然采用MOVPE生长技术是本发明的一大优点，但本发明的方法还可以采用其它生长技术，例如VPE（汽相外延法）、MBE（分子束外延法）、CBE（化学分子束外延法）或上述LPE（液相外延）法。在上述第一覆层是由充斥一沟道的半导体层在条形区中和条形区旁边形成的变化方案中，甚至需要使用LPE法。此外还可以在本发明的方法中在第二辐射导引层设“就地”应用的装置。这可以通过例如下述方法实现，在使该层例如借助于辐射束生长时，改变待形成的辐射波导两侧的组分。这个改型可以针对例如形成混合晶体的元素或搀杂元素进行。

Claims (19)

1、一种半导体二极管激光器，包括一半导体本体(30)，该半导体本体具有第一导电型半导体衬底(10)，半导体衬底(10)上依次配置有至少一第一导电型的第一覆层(1)、一激活辐射发射层3和一第二导电型的第二覆层(4)；半导体衬底(10)和第二覆层(4)在激活区(13′)内设有供流装置(8、11、21)，激活区(13′)是激活层(3)的一部分，位于条形区(13)底下，且其纵向基本上垂直于位于激活区(13′)外的镜面(35，36)，在激活区(13′)中由于在正向方向上具有足够高的电流强度，而产生相干电磁辐射，且在激活区(13′)中，在镜面(35，36)与激活区(13′)之间的中间区(17，19)中配置有辐射波导(15)，辐射波导(15)将激活区(13′)光学耦合到镜面(35，36)上，且出现在位于第三覆层(1′)与第四覆层(6)之间的辐射导引层(2′)中；其特征在于，辐射波导(15)借助于配置在辐射导引层(2′)中的装置(12)在横向确定，这样在辐射导引层(2′)中在辐射波导(15)两侧形成有效折射率的台阶，且位于辐射波导(15)的增强断面内的层(1′，2′，6)的各部分，它们的禁带宽度都比激活层(3)的大。
2、如权利要求1所述的半导体二极管激光器，其特征在于，形成辐射波导（15）的折射率台阶小于大约0.01。
3、如权利要求1或2所述的半导体二极管激光器，其特征在于，装置（12）的存在要点是将辐射导引层（2′）在辐射波导（15）两侧的厚度减小。
4、如权利要求1、2或3所述的半导体二极管激光器，其特征在于，第三覆层（1′）的厚度基本上是均匀的，从横切辐射波导（15）的截面看起，辐射导引层（2′）的断面呈台阶形断面，层（2′）的下边基本上扁平，位于上边的台阶的高度比辐射导引层（2′）的厚度小。
5、如权利要求3所述的半导体二极管激光器，其特征在于，辐射导引层（2′）的厚度在0.10与0.40微米之间，台阶的高度在0.01与0.1微米之间，辐射波导（15）的宽度在1与7微米之间。
6、如以上任一权利要求所述的半导体二极管激光器，其特征在于，装置（12）是因辐射波导（15）两侧的辐射导引层（2′）的组分至少在一部分厚度上发生变化而形成的，以这种方式在辐射波导（15）两侧形成有效折射率的台阶。
7、如权利要求6所述的半导体二极管激光器，其特征在于，装置（12）是使辐射波导两侧或该波导区的辐射引层（2′）的组分因搀杂元素的存在而改变形成的。
8、如以上任一权利要求所述的半导体二极管激光器，其特征在于，在激活层（3）与第一（1）和第二（4）覆层中之一的中间有另一辐射导引层（2）。
9、如以上任一权利要求所述的半导体二极管激光器，其特征在于，另一辐射导引层（2）位于第一覆层（1）与激活层（3）之间，且辐射导引层（2′）与另一辐射导引层（2）彼此重合以及第一覆层（1）与第三覆层（1′）彼此重合。
10、如以上任一权利要求所述的半导体二极管激光器，其特征在于，其中，覆层（1，4）之一在条形区（13）内的厚度大于该区外的厚度，该区外设有一辐射吸收层（9），其禁带宽度基本上等于激活层（3）的禁带宽度，它是第一导电型的，与一毗邻的覆层（1，4）形成阻流p-n结（25），且位于另一辐射导引层（2）或激活层（3）的增强断面内;其特征在于，第一覆层（1）的厚度基本上均匀，第二覆层在条形区内的厚度大于其两侧的厚度，且辐射吸收层（9）位于第二覆层（4）上条形区（13）两侧，且与该该层形成阻流p-n结（25）。
11、如权利要求10所述的半导体二极管激光器，其特征在于，第二覆层由第二导电型的一个半导体层（4）构成，其中，在条形区（13）范围内，半导体层的部分厚度上形成有MESA（16），辐射吸收层（9）即位于MESA的两侧。
12、如权利要求10所述的半导体二极管激光器，其特征在于，第二覆层（4，8）由两个第二导电型的半导体层（4），（8）构成，两者在条形区（13）内彼此邻接，在条形区外被辐射吸收层（9）彼此分开。
13、如权利要求9、10、11或12所述的半导体二极管激光器，其特征在于，第四覆层（6）为第二导电型，其中设有至少另一个第一导电型的覆层（7），覆层（7）至少在中间区（17，19）中与第四覆层（6）形成阻流p-n结。
14、如以上任一权利要求所述的半导体二极管激光器，其特征在于，辐射波导（15）的宽度小于激活区（13′）的宽度。
15、制造以上任一权利要求所述的半导体二极管激光器一种方法，该方法是依次在半导体衬底（10）上设置至少第一导电型的第一覆层（1），一激活幅射发射层（3）、第二导电型的第二覆层（4）;其特征在于，在条形中间区（17，19）内用蚀刻法除去至少该激活层（3）和覆盖层（4，8），并在条形中间区（17，19）内提供辐射导引层（2′）和第四覆层（6），使得辐射导引层（2′）光学耦合到激活区（13′），其特征还在于，在形成第四覆层（16）之前，在辐射导引层（2′）中设装置（12），以便在横向形成辐射波导（15），借助该装置12在辐射波导两侧形成有效折射率的台阶。
16、如权利要求15所述的方法，其特征在于，在形成激活层（3）之前，在条形中间区（17，19）内形成辐射导引层（2，2′），蚀刻除去激活层（3）和覆盖层（4，8），然后在条形中间区（17，19）中，在辐射导引层（2，2′）中形成辐射波导（15）。
17、如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，第一覆层（1）的厚度基本上均匀，辐射导引层（2′）覆有条形掩模（42），并同时应用阳极氧化在掩模（42）处把其部分厚度转化成半导体氧化物材料层，同时或在以后将此半导体氧化物材料层在蚀刻工序中用蚀刻剂溶解掉，蚀刻剂可按辐射导引层（2′）进行选择。
18、如权利要求15、16或17所述的方法，其特征在于，第二覆层（4）是通过设半导体层（4）形成的，其中，在与辐射导体（15）成一直线配置的条形区（13）的表面形成有MESA（16），半导体层（4）通过蚀刻所述区（13）两侧减薄，且在蚀除层（2，3，4，9）之前，在中间区（17，19）中，在MESA（16），半导体层（4）通过蚀刻所述区（13）两侧减薄，且在蚀除层（2，3，4，9）之前，在中间区（17，19）中，在MESA（16）两侧设第一导电型的辐射吸收层（9）。
19、如权利要求15、16或17所述的方法，其特征在于，第二覆层（4，8）是通过设两个第二导电型的半导体层（4，8）形成的，同时，在形成这些层（4）（8）的第一层（4）之后，形成第一层电型的辐射吸收层（9），再借助于掩膜（50）在与辐射波导（15）配置成一直线的条形区（13）表面将辐射吸收层（9）腐蚀掉，然后除去掩模（50），形成这些层（4）（8）的第二层（8）。
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Patentee after: Koninklike Philips Electronics N. V.

Patentee before: Philips Electronics N. V.

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