CN1257585C - 半导体激光器件及其制造方法以及光盘再现和记录设备 - Google Patents

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Abstract

在于650℃的生长温度下，层叠多重应变量子阱有源层105的GaAsP构成垒层后，立即层叠AlGaAs构成的第二上导向层126。在温度保持在适合P基层生长的生长温度下，即650℃下生长该第二上导向层126。通过减少来自垒层的P解吸，使垒层与第二上导向层126之间的界面粗糙度减小到20或小于20。然后层叠第一上导向层106。该第一上导向层106的生长温度在开始时是650℃，该生长温度随着生长而升高，直到生长结束时温度达到750℃为止。

Description

半导体激光器件及其制造方法 以及光盘再现和记录设备
技术领域
本发明涉及半导体激光器件，特别涉及大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件及其制造方法，以及还涉及光盘再现(reproducing)和记录(recording)设备。
背景技术
近年来，已开发出通过形成无Al(缺Al)量子阱结构(阱层(well layer)和垒层(barrier layer))而构成的AlGaAs基大功率和长寿命半导体激光器件。其原因是，在振荡器端的Al的存在会在振荡器端面引起表面电平，因而会造成灾害性光损坏(COD)，对大功率、长寿命和高可靠性造成负面影响。
例如，Japan Journal of Applied Physics Vol.38(1999)pp.L387-L389报道了具有无Al有源区的半导体激光器件。如图11所示，通过在GaAs衬底301上一个接一个地层叠GaAs缓冲层302，Al0.63Ga0.37As下盖层303，In0.49Ga0.51P下导向层304，In0.4Ga0.6P垒层305，In0.13Ga0.87As0.75P0.25阱层306，In0.4Ga0.6P垒层307，In0.49Ga0.51P上导向层308，Al0.63Ga0.37As上盖层309和帽层310来组成该半导体激光器件。
通常，无Al半导体层与AlGaAs基层(AlGaAs-based layer)之间的最佳生长温度不同。例如，与AlGaAs基材料相比，在InGaAsP或GaAsP等的生长温度低。因此，在层叠无Al半导体层后再层叠AlGaAs基层的情况中，必须在层叠无Al半导体层后中止晶体生长，然后在形成AlGaAs基层之前升高温度。
令人遗憾的是，由于在晶体生长中断期间，无Al半导体层将作为最顶层露出，温度升高会引起P解吸(desorb)(再蒸发)，因此，造成无Al半导体层与AlGaAs基层之间的界面变得更加粗糙。
为了防止出现这种问题，上述的常规半导体激光器件设计成，无Al半导体层和AlGaAs基层在恒温下连续生长。这样做的优点是晶体生长不会中断，因此可以防止无Al半导体层在中断期间在最顶层表面露出。
但是，在上述的现有技术的半导体激光器件中，AlGaAs基层的连续晶体生长的生长温度为720℃，该温度对无Al半导体层而言是较高的温度。这就是说，InGaAsP的最佳生长温度是例如650℃。结果，即使在连续生长的情况下，在720℃也易于出现P解吸的问题，因而生成粗糙的表面。该问题与半导体激光器件的增大的退化和变坏的可靠性有关。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种半导体激光器件及其制造方法，其中，不含P作主要组分的非P基半导体层层叠在量子阱有源层上，该量子阱有源层是层叠在GaAs衬底上并含P的无Al的P基半导体层，通过改善P基半导体层与无P基半导体层之间的界面的结晶度，制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件，而且，还提供一种采用该半导体激光器件的光盘再现和记录设备。
为了达到上述目的，根据本发明，提供一种半导体激光器件，其包括在GaAs衬底上顺序形成的至少：第一导电类型的下盖层、下导向层、由至少一层阱层和至少两层垒层构成的量子阱有源层、上导向层和第二导电类型的上盖层，其中
量子阱有源层是用含有作为V族元素的P的III族和V族化合物半导体形成的P基层，与该P基层相邻的层是用不含P但以As作为V族元素的III族和V族化合物半导体形成的As基层，以及
P基层与As基层之间的界面的粗糙度不大于20。
这里，第一导电类型是指n型或p型，如果第一导电类型是n型，则第二导电类型是p型；如果第一导电类型是p型，则第二导电类型是n型。
用这种配置，P基层与As基层之间的界面的粗糙度在20或低于20。因此，提高了界面的结晶度，使得能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
在一个实施例中，P基层与As基层之间的界面位于上盖层与下盖层之间。
在此实施例中，提高了结晶度的界面在光被限制的区域内。所以能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，在一个实施例中，P基层是用InGaAsP、InGaP、GaAsP或AlGaInP构成的。
而且，在一个实施例中，As基层是用GaAs、AlGaAs、AlAs、InGaAs或AlGaInAs构成的。
而且，在一个实施例中，阱层是P基层。
在此实施例中，由于阱层是P基层，阱层的界面粗糙度在20或低于20，关系到量子阱有源层的界面的结晶度，即，有源区中的结晶度得到了改善。所以能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，垒层是P基层。
在此实施例中，由于垒层是P基层，垒层的界面粗糙度在20或低于20，关系到量子阱有源层，即，有源区中的界面的结晶度得到了改善。所以能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，在一个实施例中，阱层和垒层都是P基层，并且上导向层和下导向层都是As基层。
在此实施例中，量子阱有源层，即，有源区与上导向层和下导向层之间的界面的结晶度得到了改善。所以能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，在一个实施例中，阱层和垒层都是用InGaAsP构成的，与垒层相邻的上导向层和下导向层都用AlGaAs构成。
在此实施例中，由于阱层和垒层都是用InGaAsP构成的，所以，关系到量子阱有源层，即，有源区中的界面的结晶度得到了改善。另外，由于上导向层和下导向层都用AlGaAs构成，且垒层是用InGaAsP构成，因此，利用导带能级(Ec)和价带能级(Ev)能充分抑制载流子过流，同时，通过利用使由InGaAsP构成的垒层位于用AlGaAs构成的上导向层和下导向层和阱层之间来防止构成上导向层和下导向层的AlGaAs靠近与出现发光复合有关的阱层，因而能保证可靠性。所以能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，在一个实施例中，上导向层和下导向层的III族元素中的Al组分比大于0.20并且小于或等于0.4。
在此实施例中，由于上导向层和下导向层的III族元素中的Al组分比不低于0.20，相对于量子阱有源层的阱层的导带能级差(ΔEc)和价带能级差(ΔEv)能达到很好的平衡，使得，能充分抑制载流子过流。所以能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，在一个实施例的半导体激光器件中，发射波长不小于760nm并且不大于800nm。
根据本发明，提供一种半导体激光器件的制造方法，该半导体激光器件包括在GaAs衬底上顺序形成的至少：第一导电类型的下盖层、下导向层、由至少一层阱层和至少两层垒层构成的量子阱有源层、上导向层和第二导电类型的上盖层，其中
量子阱有源层是用含有作为V族元素的P的III族和V族化合物半导体形成的P基层，该方法包括以下步骤：
在第一生长温度，对P基层进行晶体生长；以及
在P基层上，在大致等于第一生长温度的生长温度，开始生长由不含P但含As作为V族元素的III族和V族半导体构成的As基层，其后，继续生长，直到温度升高到第二生长温度。
在根据本发明的该半导体激光器件的制造方法中，在P基层上，即，正好在P基层上，或在P基层上的插入层上，在等于作为P基层的生长温度的第一生长温度开始生长As基层。然后，继续生长，直到温度升高到第二温度。因此，通过减少来自P基层的P解吸，使得P基层与As基层之间的界面的粗糙度减小到20以下。因此，根据本发明能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，一个实施例的半导体激光器件的制造方法还包括步骤：在As基层生长前，在大致等于第一生长温度的温度下，正好在P基层上，形成一层或多层除所述As基层的其它的As基层。
在此实施例中，正好在P基层上，在等于P基层的生长温度的第一生长温度下，生长其它的一层或多层As基层。通过更加优选地减少来自P基层的P解吸，而使P基层与As基层之间的界面的粗糙度减小到20或20以下。因此根据本发明能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，在一个实施例中，第一生长温度不低于600℃并且不高于680℃。
在此实施例中，由于在更适合生长的不低于600℃和不高于680℃的第一生长温度下生长P基层，能使结晶度变得更好，能改善与As基层之间的界面。从而，能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
而且，在一个实施例中，第二生长温度不低于700℃并且不高于780℃。
在此实施例中，由于在更适合生长的不低于700℃和不高于780℃的第二生长温度下生长As基层，能使结晶度变得更好，能改善与P基层的界面。由此，能制成大功率、高可靠性和长寿命的半导体激光器件。
根据本发明，提供使用上述半导体激光器件的光盘再现和记录设备。
由于用具有比常规半导体激光器件的光输出更高的光输出的半导体激光器件，所以，即使光盘的转动速度高于常规速度，光盘再现和记录设备能够读和写数据。因此，根据本发明的光盘再现和记录设备操作更方便，实际上，与常规的光盘再现和记录设备比较，在目前颁布的写操作中，它访问光盘的时间令人惊奇的减少。
附图说明
通过以下详细的描述并伴随仅以说明为目的而不对本发明构成限制的附图，可以更充分的理解本发明，其中：
图1是根据本发明实施例1的半导体激光器件的截面图，它是沿相对于剥离方向垂直的平面切割的；
图2是显示根据本发明实施例1的半导体激光器件的制造方法的截面图；
图3是显示根据本发明实施例1的半导体激光器件的制造方法的截面图；
图4是显示根据本发明实施例1的半导体激光器件的制造方法的截面图；
图5是显示根据本发明实施例1的半导体激光器件的生长温度分布图；
图6是显示根据本发明的半导体激光器件中含P的半导体层与不含P的半导体层之间的界面的示意截面图；
图7是显示根据本发明实施例1的半导体激光器件的改型例的截面图；
图8是根据本发明实施例2的半导体激光器件的截面图，它是沿相对于剥离方向垂直的平面切割的；
图9是显示根据本发明实施例2的半导体激光器件的生长温度分布图；
图10是显示根据本发明实施例3的光盘再现和记录设备的示意图；以及
图11是根据现有技术的半导体激光器件的截面图。
具体实施方式
图1显示出根据本发明的实施例1的半导体激光器件的结构。该半导体激光器件的构成方法是，在n型GaAs衬底101上顺序层叠n型GaAs缓冲层102、n型Al0.5Ga0.5As下盖层103、Al0.35Ga0.65As第一下导向层104、Al0.25Ga0.75As第二下导向层124、多重应变量子阱有源层105、Al0.25Ga0.75As第二上导向层126、Al0.35Ga0.65As第一上导向层106、p型Al0.5Ga0.5As第一上盖层107和p型GaAs蚀刻停止层108。在该蚀刻停止层108上设置台面条形(mesa-stripe shaped)p型Al0.5Ga0.5第二上盖层109和GaAs保护层110。另外，在P型Al0.5Ga0.5As第二上盖层109和GaAs保护层110的两个上埋置由n型Al0.7Ga0.3As第一阻挡层(blocking layer)112、n型GaAs第二阻挡层113和p型GaAs平整层114构成的定义台面条形的光电流(light-current)限制区，并且另外在其上设置p型GaAs帽层116。该半导体激光器件具有台面条形部分121a和台面条形部分的边缘部分121a，121a在台面条形侧边部分121a的两侧上。
以下参见图2至4说明半导体激光器件的制造方法。
首先，如图2所示，在具有(100)晶面的n型GaAs衬底101上用MOCVD法(金属有机物化学汽相沉积法)进行晶体生长，顺序层叠层厚为0.5μm的n型GaAs缓冲层102、层厚为2μm的n型Al0.5Ga0.5As下盖层103、层厚为43nm的Al0.35Ga0.65As第一下导向层104、层厚为2nm的Al0.25Ga0.75As第二下导向层124、由交替沉积In0.2Ga0.8As0.69P0.31压应变阱层(应变为0.35％，厚度为60，两层)和GaAs0.72P0.28张应变垒层(应变为-0.1％，三层，从衬底一侧开始，层厚度为55、50和55)构成的多重应变的量子阱有源层105(该阱层和垒层均未在图中示出)、层厚度为2nm的Al0.25Ga0.75As第二上导向层126、层厚度为43nm的Al0.35Ga0.65As第一上导向层106、层厚度为0.235μm的p型Al0.5Ga0.5As第一上盖层107、层厚度为30的p型GaAs蚀刻停止层108、层厚度为1.2μm的p型Al0.5Ga0.5As第二上盖层109和层厚度为0.75μm的GaAs保护层110。
而且，图5中的生长温度的分布图形所示，用MOCVD法生长缓冲层102至下盖层103的生长温度是750℃。第一下导向层104开始生长的生长温度是750℃，该生长温度随着生长的进行而逐渐降低，当生长结束时的生长温度下降到650℃。然后，在650℃的生长温度下，顺序层叠第二下导向层124，量子阱有源层105和第二上导向层126。第一上导向层106的开始生长温度是650℃，随着生长的进行而逐渐升高，当生长结束时的生长温度逐渐上升到750℃。
然后，在750℃的生长温度下，顺序生长和层叠第一上盖层107、蚀刻停止层108、第二上盖层109和保护层110。
而且，如图2所示，在要形成上述的台面条形部分121a的部分用光刻工艺形成光致抗蚀剂掩模111，以使台面条形沿(011)方向取向。
然后，如图3所示，蚀刻除光致抗蚀剂掩模111以外的部分，进而除去光致抗蚀剂掩模111，以形成台面条形部分121a。该蚀刻通过利用硫酸和过氧化氢的混合水溶液和利用氢氟酸的两个步骤进行，直到刚好蚀刻到蚀刻停止层108以上。通过利用氢氟酸对GaAs的极慢的蚀刻速度的优点，可以控制蚀刻表面的平整度和台面条形部分的宽度。正好在蚀刻停止层108上的蚀刻深度是1.95μm，台面条形部分121a的宽度是2.5μm。
随后，如图4所示，在蚀刻停止层108和保护层110上通过MOCVD顺序形成厚度为0.6μm的n型Al0.7Ga0.3As第一阻挡层112、厚度为0.3μm的n型GaAs第二阻挡层113和厚度为1.05μm的p型GaAs平整层114，由此构成光-电流限制区。然后，仅在台面条形部分的侧部121b，上用光刻工艺形成光致抗蚀剂掩模115。
随后，蚀刻除去台面条形部分121a上的第二阻挡层113和第一阻挡层112。利用氨和过氧化氢的溶液的混合溶液和利用硫酸和过氧化氢溶液的混合溶液，按两个步骤进行该蚀刻。然后，除去光致抗蚀剂掩模115，并层叠厚度为2.0μm的p型GaAs顶层116。根据该方法能制成有图1所示结构的半导体激光器件。
在该实施例1中，层叠多重应变的量子阱有源层105的又GaAs构成的垒层后，立即层叠AlGaAs构成的第二上导向层126。该第二上导向层126保持在适合于P基层的650℃下生长。因此，这表明，通过减少来自垒层的P解吸，可以使界面的粗糙度降低到20。图6显示出这里所述的界面粗糙度。对该实施例1的半导体激光器件进行可靠性测试的结果证明，半导体激光器件即使在85℃和200mw的条件下也能稳定工作5000小时以上。为此，可以认为能达到大功率，高可靠性和长寿命的效果。
在该实施例1中，同在650℃的低温生长AlGaAs形成Al0.25Ga0.75As第二上导向层126。第二上导向层126中的Al混合晶体比小于Al0.35Ga0.65As第一上导向层106中的Al混合晶体比，第一上导向层106是在比第二上导向层126的生长温度高的生长温度下层叠的。所以，减少激活Al的氧沉积，以获得上述的相同效果。
而且，在本实施例1中，不会出现生长温度变化，在由AlGaAs形成的第二下导向层124与多重应变量子阱有源层105的由GaAsP形成的垒层之间的界面不会出现生长中断。结果，由于仍处于低温的由AlGaAs形成的第二下导向层124暴露在最顶层的时间缩短，并同时由于激活Al的氧沉积的减少，所以获得了与前述相同的效果。而且，为了使AlGaAs形成的第二下导向层124和无Al半导体层(多重应变量子阱有源层105的GaAsP形成的垒层)在低温下连续生长，在层叠第一下导向层104的过程中，生长温度从750℃逐渐下降到650℃。在低温下进行AlGaAs第二下导向层124的生长，使得激活Al的氧沉积更趋向于在低温下进行。但是，低温生长的Al0.25Ga0.75As第二下导向层124的Al混合晶体比低于Al0.35Ga0.65As第一下导向层104中的Al混合晶体比，所以氧沉积减少。因此能获得与前述相同的效果。
而且，在本实施例1中，由于GaAs衬底101上设置了包含由InGaAsP形成的压应变阱层的多重应变量子阱有源层105，所以构成了特别是在780nm频段的高可靠性和长寿命的大功率半导体激光器件。利用这种配置，使压应变阱层的压应变量在3.5％之内，从而更好地获得上述效果。这里用(al-aGaAs)/aGaAs表示变形量，“aGaAs”是GaAs衬底101的晶格常数，“al”是阱层的晶格常数。如果应变量为正，则叫做压应变，如果应变量为负，则叫做张应变。
在本实施例1中，当通过改变作为780nm频段的压应变阱层的组分比来增大压应变量时，会发现实验地制造的半导体激光器件在压应变量超过3.5％的范围时产生可靠性变坏的趋势。因此，为了制造出有稳定膜厚的半导体激光器件，要求压应变阱层的压应变量在3.5％的范围内。
同样，在本实施例1中，由于用InGaAsP形成的张应变垒层补偿具有压应变的压应变阱层的压应变量，所以，能制成具有更稳定的晶体的多重应变量子阱有源层105，以实现具有高可靠性的半导体激光器件。另外，借助这种配置，使张应变量在3.5％的范围内，能更好地获得上述效果。而且，张应变量增大时，会发现实验地制造的半导体激光器件在压应变量超过3.5％的范围时产生可靠性变坏的趋势。因此，为了制造出具有稳定膜厚的半导体激光器件，要求张应变垒层的张应变量在3.5％的范围内。
而且，在本实施例1中，用AlGaAs形成第二上导向层126和第二下导向层124，多重应变量子阱有源层105的GaAsP张应变垒层邻近两层导向层126和124。借助这种配置，利用AlGaAs的导带能级(Ec)和价带能级(Ev)可以获得充分抑制载流子过流的效果，同时，防止AlGaAs邻近与光发射复合相关的InGaAsP压应变阱层，可以保证可靠性。即，为了构成有高可靠性的无Al的半导体激光器件，用InGaP等构成全都无Al的导向层和盖层。但是，在本实施例1中，设置用Al混合晶体比大于0.2的AlGaAs构成导向层124和126，使得可以获得关于具有发射波长在780nm频带的InGaAsP压应变阱层的导带能级差(ΔEc)和价带能级差(ΔEv)的良好平衡，根据这种配置，AlGaAs放置在离压应变阱层附近的尽可能远的位置，使其不影响可靠性。而且，无Al的GaAsP基的薄张应变垒层设置在压应变阱层与导向层124和126之间。结果，能获得上述的结果。通过仅是压应变阱层和其两侧的张应变垒层由无Al层形成，同时，用含Al层形成的诸如导向层124、104、126、106和盖层103、107、109的外侧层，可以获得足够高的可靠性。用无Al层构成邻近构成发光部分的压应变阱层的张应变垒层的配置，会最有利于提高可靠性，而采用含Al层稍微离开压应变阱层的配置，可以获得高可靠性。
本实施例1的半导体激光器件有隆起结构(半导体激光器件的层叠结构，它的上至上盖层的多层形成台面条形，并在台面条形的两侧设置光-电流限制层)。但是，甚至在半导体激光器件具有BH结构时，也能获得同样的效果，所述的BH结构是半导体层的叠层结构，它下至下盖层的层形成台面条形，并在台面条形的两侧设置光-电流限制层。
而且，尽管在上述的实施例1中P基层用作阱层和垒层，但是，例如AlGaAs形成的As基层也能用作垒层。图7显示出实施例1的半导体激光器件的改进例。
参见图7所示的半导体激光器件，除多重应变的量子阱有源层505外的它的其它部件与图1所示的半导体激光器件的部件相同。因此，图7所示的半导体激光器件与图1所示的半导体激光器件的相同的构件用相同的附图标记指示，对它们不再描述。
交替沉积图中未示出的In0.2Ga0.8As0.69P0.31压应变阱层(应变为0.35％，厚度为60，两层)和Al0.35Ga0.65As垒层(从衬底一侧开始的层厚度为55、50和55，三层)构成多重应变的量子阱有源层505。
该改进的实施例的半导体激光器件与实施例1的半导体激光器件有相同的工作效果。
[实施例2]
图8是根据本发明实施例2的半导体激光器件的截面图。该半导体激光器件的构成方法是，在n型GaAs衬底201上顺序层叠n型GaAs缓冲层202、n型Al0.5Ga0.5As下盖层203、Al0.4Ga0.6As下导向层204、多重应变的量子阱有源层205、Al0.4Ga0.6As上导向层206、p型Al0.5Ga0.5As第一上盖层207和p型GaAs蚀刻停止层208。在该蚀刻停止层208上设置台面条形状的p型Al0.478Ga0.522第二上盖层209和GaAs保护层210。而且，在Al0.478Ga0.522As第二上盖层209和GaAs保护层210的两侧埋置由n型Al0.7Ga0.3As第一阻挡层212、n型GaAs第二阻挡层213和p型GaAs平整层214构成的台面条形状的光-电流限制区，并在其上设置p型GaAs帽层216。该半导体激光器件具有台面条形部分221a和在台面条形部分221a的两侧上的台面条形侧边部分221b。
以下参见图8至9描述该半导体激光器件的制造方法。
首先，如图8所示，在具有(100)晶面的n型GaAs衬底201上用MOCVD法(金属有机物化学汽相沉积法)顺序晶体生长层厚为0.5μm的n型GaAs缓冲层202、层厚为2.5μm的n型Al0.5Ga0.5As下盖层203、层厚为0.1μm的Al0.4Ga0.6As下导向层204、通过交替沉积In0.2686Ga0.7314As0.5544P0.4456压应变阱层(应变为0.395％，层厚度为80，两层)和In0.176Ga0.824As0.684P0.316张应变垒层(从衬底一侧开始的层厚度为215、79和215，三层)构成的多重应变的量子阱有源层205(其中，该阱层和垒层均未示出)、层厚度为0.1μm的Al0.4Ga0.6As上导向层206、层厚度为0.235μm的p型Al0.5Ga0.5As第一上盖层207、层厚度为30的p型GaAs蚀刻停止层208、层厚度为1.28μm的p型Al0.478Ga0.522As第二上盖层209和层厚度为0.75μm的GaAs保护层210。
而且，如图9中显示的生长温度的分布图形，用MOCVD法生长缓冲层202至下盖层203的生长温度是750℃。下导向层204开始生长的生长温度是750℃，该生长温度随着生长的进行而逐渐降低，当生长结束时的生长温度下降到650℃。然后，在650℃的生长温度下，层叠由压应变阱层和张应变垒层构成的量子阱有源层205。开始生长时为650℃的上导向层206的生长温度随着生长的进行而逐渐升高，当生长结束时的该生长温度上升到750℃。
接着，在750℃的生长温度下，顺序生长和层叠第一上盖层207、蚀刻停止层208、第二上盖层209和保护层210。
而且，尽管图中未示出，在将要形成上述的台面条形部分221a的部分用光刻工艺形成光致抗蚀剂掩模，使台面条形按(011)方向取向。然后，蚀刻除光致抗蚀剂掩模以外的部分，接着去除用以形成台面条形部分221a的光致抗蚀剂掩模。按两个步骤，利用硫酸和过氧化氢的混合水溶液和利用氢氟酸，进行该蚀刻，直到刚好蚀刻到蚀刻停止层208。利用氢氟酸对GaAs的极慢的蚀刻速度的优点，可以确保蚀刻表面的平整度和台面条形部分的宽度控制。正好蚀刻到蚀刻停止层208上的蚀刻深度是2.03μm，台面条形部分221a的宽度是2.5μm。
随后，在蚀刻停止层208和保护层210上，利用金属有机物晶体生长法顺序形成层厚度为0.6μm的n型Al0.7Ga0.3As第一阻挡层212、层厚度为0.3μm的n型GaAs第二阻挡层213和层厚度为1.13μm的p型GaAs平整层214，由此构成光-电流限制区。然后，尽管图中未示出，仅在台面条形部分的侧边221b上用光刻工艺形成光致抗蚀剂掩模。
然后，蚀刻去除台面条形部分221a上的平整层214、第二阻挡层213和第一阻挡层212。按两个步骤，利用氨和过氧化氢溶液的混合水溶液和利用硫酸和过氧化氢溶液的混合溶液，进行该蚀刻。然后，除去光致抗蚀剂掩模，并层叠层厚度为2.0μm的p型GaAs帽层216。根据该方法能制成具有图8所示结构的半导体激光器件。
在该实施例2中，层叠多重应变的量子阱有源层205的由InGaAsP构成的垒层后，立即层叠由AlGaAs构成的上导向层206。该上导向层206在650℃开始生长，这是适合于P基层的生长温度。因此，通过减少来自垒层的P解吸，可以使界面的粗糙度减小到20。该实施例2的半导体激光器件经可靠性测试的结果证明，该半导体激光器件即使在85℃和200mw的条件下也能稳定工作5000小时以上。由此，可以认为能达到更大的功率、更高的可靠性和更长的寿命的效果。
在该实施例2中，尽管在低温开始生长AlGaAs，上导向层206是在被升高以在更适合AlGaAs生长的温度下层叠的梯度温度下生长。从而，同样是由于激活Al的氧的沉积被降低，所以能获得上述的相同效果。
而且，在本实施例2中，在AlGaAs形成的下导向层204与多重应变量子阱有源层205的InGaAsP形成的张应变垒层之间的界面没有出现生长中断。结果，由于使仍然处于低温的AlGaAs层露出在最顶层的时间缩短，因而能减少激活Al的氧沉积，获得上述的相同效果。
而且，在本实施例2中，由于GaAs衬底上设置包含InGaAsP形成的压应变阱层的多重应变量子阱有源层205，所以，构成了特别是在780nm频段的高可靠性和长寿命的大功率半导体激光器件。另外，利用这种配置，使压应变阱层的压应变量在3.5％内，能更好的获得上述效果。
本实施例2中，当通过改变作为780nm频段的压应变阱层的组分比来增大压应变量时，会发现实验地制造的半导体激光器件在压应变量超过3.5％的范围时产生可靠性变坏的趋势。因此，为了制造出具有稳定膜厚的半导体激光器件，要求压应变阱层的压应变量在3.5％的范围内。
而且，在本实施例2中，由于用由InGaAsP形成的张应变垒层补偿具有压应变的压应变阱层的压应变量，所以，能制成具有更稳定的晶体的多重应变量子阱有源层205，因而能制成有高可靠性的半导体激光器件。另外，借助这种配置，使张应变量在3.5％的范围内，能更好的获得上述的效果。另外，张应变量增大时，会发现实验地制造的半导体激光器件在压应变量超过3.5％的范围时产生可靠性变坏的趋势。因此，为了制造出具有稳定膜厚的半导体激光器件，要求张应变垒层的张应变量在3.5％的范围内。
而且，在本实施例2中，用AlGaAs形成上导向层206和下导向层204，多重应变量子阱有源层205的InGaAsP张应变垒层邻近两层导向层206和204。借助这种配置，利用AlGaAs的导带能级(Ec)和价带能级(Ev)可以获得充分抑制载流子过流的效果，同时，通过防止AlGaAs靠近与光发射复合相关的InGaAsP压应变阱层，可以保证可靠性。即，为了构成具有高可靠性的无Al的半导体激光器件，甚至用InGaP构成全部无Al的导向层和盖层。但是，在本实施例2中，作为导向层204和206，设置具有Al混合晶体比大于0.2的AlGa，这使得可以获得相对于发射波长在780nm频带的InGaAsP压应变阱层的导带能级差(ΔEc)和价带能级差(ΔEv)的良好平衡，在这种配置中AlGaAs置于在其不影响可靠性的条件下离压应变阱层尽可能远的位置。而且，要求上述无Al的InGaAsP基薄垒层设置在压应变阱层与导向层204和206之间。结果，能获得上述的效果。而且，通过仅是在压应变阱层和其两侧的张应变垒层以无Al层形成，同时，用含Al层形成作为导向层204、206和盖层203、207、209的外边层，可以获得足够高的可靠性。用无Al层构成的邻近作为发光部分的压应变阱层的区域的配置，最有利于提高可靠性，而采用含Al层稍微离开压应变阱层的配置，可以获得高可靠性。
在本实施例2中，的半导体激光器件具有隆起结构。甚至当半导体激光器件具有BH结构时，也能获得同样的效果。
在上述的实施例1和2中，用MOCVD形成半导体层。但是，也可以用诸如气体源或有机金属源的分子束外延的方法形成半导体层。
而且，尽管在实施例1和2中阱层的数量是两个，但是，阱层的数量可以是任何一个数。此外，实施例1和2中对阱层的层厚度没有限止。
而且，尽管在实施例1和2中半导体激光器件具有隆起结构，但是，本本发明不仅能用于具有BH结构的半导体激光器件，也可以用于大面积结构(broad area structure)的半导体激光器件。
而且，尽管在实施例1和2中使用形成电流阻挡层112、113、212、213的pn反向结的半导体掩埋结构，但是，也可以用高电阻层掩埋结构或介电膜掩埋结构等。
[实施例3]
图10显示出根据本发明实施例3的光盘记录和再现设备。该用于将数据写到光盘401上或从光盘401再现写入的数据的光盘记录和再现设备包括与上述的作为发光器件的实施例1的半导体激光器件的半导体激光器件402。
以下将更详细的描述光盘记录和再现设备。对于写，用准直透镜将由半导体激光器件402发射的承载信号的激光束制成平行光，经分束器404透射。用λ/4偏光镜405调节用分束器404透射的该光束的偏振，然后以物镜406聚焦，以将光施加到光盘401。由此，将数据记录到该光盘401上。
另一方面，对于读，将没有承载数据信号的激光束沿着与写的路径相同的路径施加到光盘401上。在其上已记录有数据的光盘表面上反射该激光束，从而，形成再现承载数据信号的光。该再现的光，在通过用于发射激光束的物镜406和λ/4偏光镜405后，被分束器404反射，以使角度改变90度，其后用物镜407汇聚再现光，从而，入射到检测信号的光探测器408。在该检测信号的光探测器408中，承载在激光上的数据信号按入射激光束的强度转换成电信号。由此，在信号光再现电路409中再现原始数据。
上述的实施例3的光盘记录和再现设备，通过利用具有比传统器件更高的光输出的半导体激光器件402，即使光盘的转速高于常规转速，也能读和写数据。与用采用常规的半导体激光器件的光盘记录和再现设备相比，由于如在前面描述的写操作中，本发明的光盘记录和再现设备对光盘的访问时间是令人惊奇的短，所以，本发明的光盘记录和再现设备操作很容易。
以上描述了将本发明的半导体激光器件用于光盘记录和再现设备的实例。但是，当然，本发明的半导体激光器件也可以用于使用780nm波段的光盘记录和再现设备。
从以上的描述中得知，本发明的半导体激光器件在含作为V族元素的P的III族和V族化合物半导体形成的P基层和不含作为V族元素的P但含As的III族和V族化合物半导体形成的As基层之间的界面的粗糙度是20或小于20。因此，提高了半导体激光器件的界面的结晶度，从而，使其具有高可靠性、长寿命的大功率的优点。
而且，本发明的半导体激光器件的制造方法包括以下步骤：首先，在大致等于P基层的生长温度的第一生长温度的生长温度下，在上述P基层上生长上述的As基层的步骤；然后，继续生长直到生长温度升高到第二生长温度。因此，通过减少来自P基层中的P解吸，使P基层与As基层之间的界面的粗糙度减小到20或小于20，以提高界面的结晶度。因此，可以制造出高可靠性、长寿命和大功率的半导体激光器件。
而且，本发明的光盘记录和再现设备采用上述的高可靠性、长寿命和大功率的半导体激光器件。因此，即使光盘的转速升高到超过常规转速的情况下，本发明的光盘记录和再现设备也能读和写数据，使得与常规的光盘记录和再现设备相比，访问光盘的时间令人惊奇的缩短。从而，能更方便的操作本发明的光盘记录和再现设备。
以上已描述了本发明，显然，本发明还会有各种变化。这些变化不应视为脱离本发明的精神和范围，且这些变化对本领域技术人员而言是十分明显的，要求这些改进都包括在所附的权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种半导体激光器件，包括依次在GaAs衬底上的至少：第一导电类型的下盖层、下导向层、由至少一层阱层和至少两层垒层构成的量子阱有源层、上导向层和第二导电类型的上盖层，其中
量子阱有源层是由含有作为V族元素的P的III族和V族化合物半导体构成的P基层，并且与该P基层邻近的层是由不含P但含As作为V族元素的III族和V族化合物半导体构成的As基层，以及
该P基层与As基层之间的界面的粗糙度不大于20。
2.根据权利要求1的半导体激光器件，其中，该P基层与该As基层之间的界面位于上盖层与下盖层之间。
3.根据权利要求1的半导体激光器件，其中，该P基层由InGaAsP、InGaP、GaAsP或AlGaInP构成。
4.根据权利要求1的半导体激光器件，其中，该As基层由GaAs、AlGaAs、AlAs、InGaAs或AlGaInAs构成。
5.根据权利要求1的半导体激光器件，其中，该阱层是P基层。
6.根据权利要求1的半导体激光器件，其中，该垒层是P基层。
7.根据权利要求1的半导体激光器件，其中，该阱层和垒层都是P基层，而该上导向层和下导向层都是As基层。
8.根据权利要求7的半导体激光器件，其中，该阱层和垒层都是由InGaAsP构成的，靠近垒层的该上导向层和下导向层都是由AlGaAs构成的。
9.根据权利要求8的半导体激光器件，其中，该上导向层和下导向层的III族元素中的Al的组分比大于0.20并且小于或等于0.4。
10.根据权利要求1的半导体激光器件，其中，发射波长不小于760nm并不大于800nm。
11.一种半导体激光器件的制造方法，该半导体激光器件包括依次在GaAs衬底上的至少：第一导电类型的下盖层、下导向层、由至少一层阱层和至少两层垒层构成的量子阱有源层、上导向层和第二导电类型的上盖层，其中
量子阱有源层是由含有作为V族元素的P的III族和V族化合物半导体构成的P基层，该方法包括以下步骤：
在第一生长温度下，对P基层进行晶体生长；以及
在P基上，在大致等于第一生长温度的生长温度下，开始由不含P但含As作为V族元素的III族和V族化合物半导体构成的As基层的生长，之后继续生长直到温度升高到第二生长温度。
12.根据权利要求11的半导体激光器件的制造方法，还包括步骤：在所述As基层生长前，在大致等于第一生长温度的生长温度下，在P基层上形成一层或多层除所述As基层的其它的As基层。
13.根据权利要求11的半导体激光器件的制造方法，其中，该第一生长温度不低于600℃并且不高于680℃。
14.根据权利要求11的半导体激光器件的制造方法，其中，该第二生长温度不低于700℃并且不高于780℃。
15.根据权利要求11的半导体激光器件的制造方法，其中，该P基层由InGaAsP、InGaP、GaAsP或AlGaInP构成。
16.根据权利要求11的半导体激光器件的制造方法，其中，该As基层由GaAs、AlGaAs、AlAs、InGaAs或AlGaInAs构成。
17.一种光盘再现和记录设备，其采用根据权利要求1的半导体激光器件。
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