CN1356749A - 半导体激光器和半导体激光器的制造方法及安装方法 - Google Patents

Abstract

课题是防止半导体激光器的端面保护膜的剥离。解决方法是采用在p型InGaAlP刻蚀阻挡层5上边,加上p型InGaAlP脊条型光波导层6,形成p型InGaAlP脊条6a的办法,在光波导部分隆起13的两侧形成光非波导部分隆起13a。

Description

半导体激光器和半导体激光器的 制造方法及安装方法

技术领域

本发明涉及半导体激光器、半导体激光器的制造方法和半导体激光器的安装方法，特别适合于具有脊条构造的半导体激光器的发明。

背景技术

在现有的半导体激光器中，有为了保护半导体激光器的谐振器端面，形成端面保护膜，为了提高生产效率，还在激光器芯片一侧设置焊锡层的半导体激光器。

图8的斜视图示出了现有的650nm波段半导体激光器的概略构成。在图8中，在n型GaAs衬底1上边，依次叠层上n型InGaAlP包层2、InGaAlPMQW(多量子阱)有源层3、p型InGaAlP包层4和p型InGaP刻蚀阻挡层5，再在p型InGaP刻蚀阻挡层5上边形成p型InGaAlP脊条型光波导层6。在p型InGaAlP脊条型光波导层6的两侧，形成n型GaAs电流阻止层7，在p型InGaAlP脊条型光波导层6和n型GaAs电流阻止层7上边形成p型GaAs接触层8。

再在p型GaAs接触层8上边，形成p侧电极9和焊锡层10，在n型GaAs衬底1的背面形成n侧电极11。在这里，在已形成了焊锡层10的激光器条带面上边，发生与p型InGaAlP脊条型光波导层6对应的光波导部分隆起13。

此外，在谐振器端面上，形成有前端面保护膜12a和后端面保护膜12b，由于这些前端面保护膜12a和后端面保护膜12b也迂回到芯片上下面上，故形成了十几微米左右长度的端面保护膜迂回部分14。

图9的斜视图示出了现有的半导体激光器的端面保护膜形成工序和安装工序。如图9(a)所示，当在晶片状衬底1上形成焊锡层10后，如图9(b)所示，就把晶片状衬底1解理。借助于此，把晶片状衬底1切断成条状，在解理面上形成谐振器面。

其次，如图9(c)所示，采用对已解理的条状衬底1上下进行向解理面的溅射的办法，在解理面上形成前端面保护膜12a和后端面保护膜12b。在这里，在进行溅射时，由于在条状衬底1的上下面上会迂回形成前端面保护膜12a和后端面保护膜12b，故在条状衬底1的上下面上会形成端面保护膜迂回部分14。

其次，如图9(d)所示，采用对条状衬底1进行划片的办法，把条状衬底1切断成芯片状。

其次，如图9(e)所示，使半导体激光器芯片的激光器条带面朝下地安装到散热片15上边。然后，采用边用筒夹推压半导体激光器芯片边加热的办法，通过焊锡层10把半导体激光器芯片熔焊到散热片15上。

发明内容

但是，若使用现有的半导体激光器的制造方法，则存在着当使激光器条带面朝下地安装到散热片15上时，加在后端面保护膜12b上的压缩应力将集中于光波导部分隆起13附近，在发光点17附近会发生端面保护膜12b的剥离18的问题。

图10是用来说明该剥离18的发生机理的说明图，是示出了在图9的C-D线处剖开的熔焊前后状态的剖面图。

在图10中，当进行半导体激光器芯片的加热加压熔焊时，焊锡层10溶出，后端面保护膜12b将通过端面保护膜迂回部分14受到压缩应力。在这里，由于在激光器条带面上边，发光点17附近的光波导部分隆起13部分变得比别的部分高，故压缩应力将集中于光波导部分隆起13处。为此，在发光点17附近的后端面保护膜12b与解理面之间将发生剪切应力，在发光点17附近产生后端面保护膜12b的剥离18。当发生了端面保护膜12b的剥离18时，在发光点17处的反射率就会发生变化。通过端面保护膜12b射出的后方出射光20，通常被作为监视光而加以利用，当该监视光信号强度变动时，监视信号强度变成为不合要求，生产成品率恶化。

于是，本发明的目的是提供可以防止端面保护膜剥离的半导体激光器、半导体激光器的制造方法和半导体激光器的安装方法。

为了解决上边所说的课题，第1方面的发明的特征是：在激光器条带部分的周边区域，形成高度比激光器条带部分的隆起还高的隆起。

借助于此，即便是在使激光器条带面朝下地把激光器芯片安装到散热片上的情况下，也可以使激光器条带部分与散热片不接触，可以防止激光器条带部分附近的保护膜的端面剥离。

此外，第2方面的发明的特征是：具备衬底；在上述衬底上形成的激光器条带部分；在激光器条带部分的两端形成的谐振器面；在上述衬底上形成且与激光器芯片的安装面隔以固定的间隔来保持上述激光器条带部分两端的至少一端的间隔保持部分。

借助于此，即便是在使激光器条带面朝下地把激光器芯片安装到散热片上的情况下，也可以使激光器条带部分与散热片不接触地把激光器芯片保持在散热片上边，可以防止给激光器条带部分两端加上应力。

此外，第3方面的发明的特征是具备：第1导电类型衬底；在上述第1导电类型衬底上边形成的第1导电类型包层；在第1导电类型包层上边形成的有源层：在上述有源层上边形成的第2导电类型包层：在上述第2导电类型包层上边生产的第2导电类型脊条型光波导；在上述第2导电类型包层上边形成且设置在第2导电类型脊条型光波导以外的区域上的第2导电类型突起部分。

借助于此，即便是在脊条型光波导部分上具有隆起的情况下，也可以在脊条型光波导以外的部分上形成比之更大的隆起而不会形成新的叠层面。为此，即便是在使脊条型光波导部分面朝下地进行安装的情况下，也可以使脊条型光波导部分不与散热片接触，可以防止发光点附近处端面保护膜的剥离。

此外，第4方面的发明的特征是：上述第2导电类型突起部分是与上述第2导电类型脊条型光波导平行设置的第2导电类型脊条。

借助于此，即便是在使脊条型光波导部分安装为不与散热片接触的情况下，也可以在确保散热性的同时把激光器芯片稳定地安装在散热片上边。

此外，第5方面的发明的特征是具备第1导电类型电流阻止层，该电流阻止层在上述第2导电类型包层上边被形成为把上述第2导电类型突起部分覆盖起来，并设置在上述第2导电类型脊条型光波导以外的区域上。

借助于此，可以以良好地效率使电流在发光部分中流动，可以降低阈值电流。

此外，第6方面的发明的特征是具备：前端面保护膜；反射率比上述前端面保护膜还高的后端面保护膜。

借助于此，可以效率良好地取出出射光，可以容易地增大光功率。

此外，第7方面的发明的特征是：第1导电类型衬底是GaAs，上述包层是InGaAlP，上述有源层是InGaAlP多量子阱构造。

借助于此，可以抑制阈值电流，同时可以效率良好地得到650nm波段的激光。

此外，第8发明的发明的特征是具备下述工序：在第1导电类型衬底上边形成第1导电类型包层的工序；在上述第1导电类型包层上边形成有源层的工序；在上述有源层上边形成第2导电类型包层的工序；在上述第2导电类型包层上边形成第2导电类型半导体层的工序；在第2导电类型半导体层上边形成氧化膜的工序；采用以图形化后的上述氧化膜为掩模刻蚀上述第2导电类型半导体层的办法，在上述第2导电类型包层上边形成第2导电类型脊条型光波导和第2导电类型突起部分的工序；除去在上述第2导电类型突起部分上边形成的氧化膜的工序；以在上述第2导电类型脊条型光波导上边形成的氧化膜为掩模，叠层第1导电类型半导体层的工序；在除去了在上述第2导电类型脊条型光波导上边形成的氧化膜后，叠层第2导电类型接触层的工序。

借助于此，仅仅变更脊条型光波导形成时的图形，就可以在脊条型光波导以外的区域上形成比在脊条型光波导部分上形成的隆起还大的隆起，可以作成为使得脊条型光波导部分不与散热片接触，而不会伴随有增加新的叠层的形成工序或新的刻蚀工序的追加。

此外，第9方面的发明的特征是：激光器条带部分两端的至少一端与激光器芯片的安装面隔以规定的间隔进行安装。

借助于此，即便是使激光器条带面朝下地把激光器芯片安装到散热器上边的情况下，也可以防止应力加到激光器条带部分两端，可以防止端面保护膜的剥离。

附图说明

图1的斜视图示出了本发明的实施例1的半导体激光器的概略构成。

图2的斜视图示出了本发明的实施例1的半导体激光器的安装工序。

图3的斜视图示出了本发明的实施例1的半导体激光器的制造工序。

图4的剖面图示出了本发明的实施例1的半导体激光器的制造工序。

图5(a)的斜视图示出了本发明的实施例2的半导体激光器的概略构成，图5(b)的斜视图示出了本发明的实施例3的半导体激光器的概略构成。

图6的斜视图示出了本发明的实施例4的半导体激光器的概略构成。

图7是图6的A-B线的剖面图。

图8的斜视图示出了现有的半导体激光器的概略构成。

图9的斜视图示出了现有的半导体激光器的端面保护膜形成工序和安装工序。

图10的剖面图示出了在图9的C-D线处剖开的熔焊前后的状态。

具体实施方式

以下，边参看附图边说明本发明的实施例的半导体激光器。

图1的斜视图示出了本发明的实施例1的半导体激光器的概略构成。在图1中，在n型GaAs衬底1上边，依次叠层上n型InGaAlP包层2、InGaAlPMQW有源层3、p型InGaAlP包层4和P型InGaP刻蚀阻挡层5，再往P型InGaP刻蚀阻挡层5上边加上p型InGaAlP脊条型光波导层6，形成p型InGaAlP脊条6a。在p型InGaAlP脊条型光波导层6的两侧，形成n型GaAs电流阻止层7，使得把p型InGaAlP脊条6a覆盖起来，在p型InGaAlP脊条型光波导层6和n型GaAs电流阻止层7上边形成p型GaAs接触层8。

在这里，这些层的形成，例如，可以用MOCVD(有机金属气相外延生长)、MBE(分子束外延生长)或ALE(原子层外延)等方法进行。

在p型GaAs接触层8上边，形成p侧电极9和焊锡层10，在n型GaAs衬底1的背面形成n侧电极11。

此外，在已形成了焊锡层10的激光器条带面上边，在形成与p型InGaAlP脊条型光波导层6对应的光波导部分隆起13的同时，还形成与p型InGaAlP脊条6a对应的光非波导部分隆起13a。

在这里，由于相对于n型GaAs电流阻止层7不在p型InGaAlP脊条型光波导层6上边形成，而在p型InGaAlP脊条6a上边形成，故光非波导部分隆起13a就变得比光波导部分隆起13的高度还高1微米。

此外，由于在谐振器端面上形成前端面保护膜12a和后端面保护膜12b，这些前端面保护膜12a和后端面保护膜12b也迂回到芯片上下面上去，故形成了十几微米左右的端面保护迂回部分14。另外，也可以作成为使得后端面保护膜12b的反射率比前端面保护膜12a的反射率高，以便效率良好地取出前方出射光19。

由p侧电极9供给的电流，通过p型GaAs接触层8向p型InGaAlP脊条型光波导层6流动，注入到p型InGaAlP脊条型光波导层6下边的InGaAlPMQW有源层3中，在该区域内进行激光振荡。在这里在p型InGaAlP脊条型光波导层6的两侧，形成n型GaAs电流阻止层7，电流不会在该n型GaAs电流阻止层7内流动。为此，可以把电流效率良好地注入到p型InGaAlP脊条型光波导层6下边的InGaAlPMQW有源层3内，可以降低阈值电流。

图2的斜视图示出了本发明的实施例1的半导体激光器的安装工序。如图2(a)所示，当在晶片状衬底1上形成了焊锡层10后，就如图2(b)所示，解理晶片状衬底1。借助于此，把晶片状衬底1切断成条状，在解理面上形成谐振器面。另外，还向已形成了焊锡层10的激光器条带面上边加上光波导部分隆起13，形成光非波导部分隆起13a。

其次，如图2(c)所示，采用对已解理的条状衬底1在上下进行向解理面溅射的办法，在解理面上形成前端面保护膜12a和后端面保护膜12b。

其次，如图2(d)所示，采用把条状衬底1划片为芯片状的办法，形成半导体芯片。

其次，如图2(e)所示，使已形成了光波导部分隆起13和光非波导部分隆起13a的激光器条带面朝下，把半导体芯片安装到散热片15上边。然后，采用边用筒夹推压半导体激光器芯片边加热的办法，通过焊锡层10地把半导体激光器芯片熔焊到散热片15上。

在这里，若进行半导体激光器芯片的加热加压熔焊，则焊锡层10将熔出，后端面保护膜12b将通过端面保护膜迂回部分14受到压缩应力。但是，在半导体激光器芯片的激光器条带面上边，却形成了高度比光波导部分隆起13还高的光非波导部分隆起13a。为此，即便是在使已形成了光波导部分隆起的激光器条带面朝下地把半导体激光器芯片安装到散热片15上的情况下，也可以在使光波导部分隆起13与散热片15不接触的同时，用光非波导部分隆起13a支持半导体激光器芯片。

其结果是，可以减少加在后端保护膜12b上的压缩应力集中于光非波导部分隆起13b上，使得压缩应力不会加到光波导部分隆起13上。为此，由于可以作成为使得在远离发光点17的场所发生端面保护膜12b的剥离18a，在发光点17附近不发生端面保护膜12b的剥离18a，故可以防止在发光点17处的反射率的变化，因而可以降低因监视信号强度不合格而产生的生产成品率的恶化。

图3和图4的剖面图示出了本发明的实施例1的半导体激光器的制造工序。

如图3(a)所示，用MOCVD等的方法，在n型GaAs衬底1上边依次叠层n型InGaAlP包层2、InGaAlPMQW有源层3、p型InGaAlP包层4、p型InGaP刻蚀阻挡层5和p型InGaAlP层6。

其次，如图3(b)所示，采用用CVD或溅射等的方法，在整个面上形成氧化硅膜，用光刻技术和刻蚀技术使该氧化硅膜图形化的办法，形成与p型InGaAlP脊条型光波导层6对应的氧化硅膜30的同时，形成与p型InGaAlP脊条6a对应的氧化硅膜30a。

接着，采用以这些氧化硅膜30、30a为掩模进行刻蚀的办法，形成p型InGaAlP脊条型光波导层6和p型InGaAlP脊条6a。在这里，可以在p型InGaAlP层6下边，形成p型InGaP刻蚀阻挡层5，以增大p型InGaAlP层6和p型InGaP刻蚀阻挡层5之间的选择比。为此，即便是在p型InGaAlP包层4和p型InGaAlP层6之间的选择比小的情况下，在p型InGaP刻蚀阻挡层5的位置处也可以停止p型InGaAlP层6的刻蚀，可以以良好的精度形成p型InGaAlP脊条型光波导层6和p型InGaAlP脊条6a。

其次，如图3(c)所示，采用使用光刻技术和刻蚀技术的办法，除去p型InGaAlP脊条6a上边的氧化硅膜30a。

其次，如图4(a)所示，在保持p型InGaAlP脊条型光波导层6上边的氧化硅膜30原状不变地用MOCVD等方法形成n型GaAs电流阻止层7。在这里，由于n型GaAS电流阻止层7不在氧化硅膜30上边形成，故可以在p型InGaAlP脊条型光波导层6两侧把n型GaAs电流阻止层7形成为使得把p型InGaAlP脊条6a覆盖起来。为此，相对于在形成n型GaAs电流阻止层7时的p型InGaAlP脊条型光波导层6的两端的隆起，可以把p型InGaAlP脊条6a上边的n型GaAs电流阻止层7的隆起形成得大。

其次，如图4(b)所示，用MOCVD等的方法，除去p型InGaAlP脊条型光波导层6上边的氧化硅膜30，形成p型GaAs接触层8。接着，为了便于解理，把n型GaAs衬底1研磨到100微米左右的厚度，用溅射或蒸镀等的方法，在p型GaAs接触层8上边形成p侧电极9和焊锡层10的同时，在n型GaAs衬底1的背面形成n侧电极11。

如上所述，在上边所说的实施例中，仅仅变更脊条型光波导层6形成时的图形化工序，就可以在脊条面上边形成高度比光波导部分隆起13还高的光非波导部分隆起13a，可以提高半导体激光器芯片安装时的成品率。

另外，在上边所说的实施例中，在把半导体激光器芯片安装到散热片15上时，由于使得光波导部分隆起13不接触散热片15，故说明的是在光波导部分隆起13上在两侧形成条带状的光非波导部分隆起13a的情况，但是光非波导部分隆起13a并不限于条带状，也可以考虑到散热性和可靠性而作成为种种的形状。

图5(a)的斜视图示出了本发明的实施例2的半导体激光器的概略构成。在图5(a)中，高度比光波导部分隆起13还高的条带状的光非波导部分隆起13b，作成为使得不变成为半导体激光器的解理面那样地在光波导部分隆起13的两侧形成。

借助于此，即便是在使激光器条带面朝下地把半导体激光器芯片安装到散热片15上边的情况下，也可以防止向端面保护膜12a、12b中的任何一方的部分加上压缩应力。为此，不仅可以防止图9的端面保护膜12b的剥离18，还可以防止图2的端面保护膜12b的剥离18a，可以防止解理面的腐蚀，进一步提高半导体激光器的可靠性。

图5(b)的斜视图示出了本发明的实施例3的半导体激光器的概略构成。在图5(b)中，高度比光波导部分隆起13还高的条带状的光非波导部分隆起13c，仅仅可以在端面保护膜12b一侧形成。

在这里，半导体激光器芯片，由于前方出射光19被散热片15拒绝，与主光束发生干涉，防止远视野像散乱，故如图10所示，半导体激光器芯片的前方要在从散热片15伸出来的状态下进行安装。

若使用这样的方法，即便是在半导体激光器芯片的加压加热熔焊时，前端面保护膜12a也不会受到压缩应力，几乎不会发生前端面保护膜12a的剥离。

为此，即便是仅仅在端面保护膜12b一侧形成条带状的光非波导部分隆起13c的情况下，也可以防止在发光点17附近的保护膜的剥离。

图6的斜视图示出了本发明的实施例4的半导体激光器的概略构成。另外，该实施例4，是作成为把在发光点附近的保护膜的剥离防止应用到具有二种波长半导体激光器中去的实施例。

在图6中，在n型GaAs衬底41上，设置650nm波段发光点57和780nm波段发光点77，与这些发光点57、77对应起来，在n型GaAs衬底41上边形成光波导部分隆起53、73。

在这里高度比光波导部分隆起53、73还高的条带状的光非波导部分隆起57a、77a在光波导部分隆起53、73的两侧形成。借助于此，即便是在使激光器条带面朝下地安装到散热片上边的情况下，也可以作成为使得光波导部分隆起53、73不与散热片接触，即便是在发光点57、77有多个的情况下，也可以防止在发光点57、77附近的保护膜的剥离。

图7是在图6的A-B线处剖开的剖面图。在图7中，在n型GaAs衬底41上边，形成n型InGaAlP包层42、62，在650nm波段区域54内形成InGaAlPMQW有源层43，在780nm波段区域74内形成AlGaAsMQW有源层63。

再在各个InGaAlPMQW有源层43和AlGaAsMQW有源层63上边，分别叠层p型InGaAlP包层44、64和p型InGaP刻蚀阻挡层45、65，再在各个p型InGaP刻蚀阻挡层45、65上边加上p型InGaAlP脊条型光波导层46、66，形成p型InGaAlP脊条46a、66a。此外，在p型InGaAlP脊条型光波导层46、66的两侧，使得把各个p型InGaAlP脊条46a、66a覆盖起来那样地形成n型GaAs电流阻止层47、67，在各个p型InGaAlP脊条型光波导层46、66和n型GaAs电流阻止层47、67上边，形成p型GaAs接触层48、68。

在p型GaAs接触层48、68上边，形成p侧电极49和焊锡层5，在n型GaAs衬底41的背面形成n侧电极51。

在这里，650nm波段区域54和780nm波段区域74用隔离沟55进行隔离。

此外，在已形成了焊锡层50的激光器条带面上边，形成分别与p型InGaAlP脊条型光波导层46、66对应的光波导部分隆起53、73的同时，形成分别与p型InGaAlP脊条46a、66a对应的光非波导部分隆起53a、73a。

另外，在上边所说的实施例中，由于光波导部分隆起13不与散热片15接连，故虽然说明的是在其周边形成更大的隆起的方法，但是也可以作成为用刻蚀等削掉光波导部分隆起13这部分。

如以上说明的那样，倘采用本发明，则可以防止应力加在激光器条带部分两端，可以防止端面保护膜的剥离。

Claims (9)

1.一种半导体激光器，其特征在于：在激光器条带部分的周边区域，形成高度比激光器条带部分的隆起还高的隆起。

2.一种半导体激光器，其特征在于具备：

衬底；

在上述衬底上形成的激光器条带部分；

在上述激光器条带部分的两端形成的谐振器面；

在上述衬底上形成且与上述激光器芯片的安装面隔以固定的间隔保持上述激光器条带部分两端的至少一端的间隔保持部分。

3.一种半导体激光器，其特征在于具备：

第1导电类型衬底；

在上述第1导电类型衬底上边形成的第1导电类型包层；

在上述第1导电类型包层上边形成的有源层；

在上述有源层上边形成的第2导电类型包层；

在上述第2导电类型包层上边形成的第2导电类型脊条型光波导；

在上述第2导电类型包层上边形成且设置在第2导电类型脊条型光波导以外的区域上的第2导电类型突起部分。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于：上述第2导电类型突起部分是与上述第2导电类型脊条型光波导平行设置的第2导电类型脊条。

5.根据权利要求3或4所述的半导体激光器，其特征在于：具备第1导电类型电流阻止层，该电流阻止层在上述第2导电类型包层上边被形成为把上述第2导电类型突起部分覆盖起来，并设置在上述第2导电类型脊条型光波导以外的区域上。

6.根据权利要求3或4所述的半导体激光器，其特征在于具备：

前端面保护膜；

反射率比上述前端面保护膜还高的后端面保护膜。

7.根据权利要求3或4所述的半导体激光器，其特征在于：

第1导电类型衬底是GaAs，

上述包层是InGaAlP，

上述有源层是InGaAlP多量子阱构造。

8.一种半导体激光器的制造方法，其特征在于包括下述工序：

在第1导电类型衬底上边形成第1导电类型包层的工序；

在上述第1导电类型包层上边形成有源层的工序；

在上述有源层上边形成第2导电类型包层的工序；

在上述第2导电类型包层上边形成第2导电类型半导体层的工序；

在第2导电类型半导体层上形成氧化膜的工序；

采用以图形化后的上述氧化膜为掩模刻蚀上述第2导电类型半导体层的办法，在上述第2导电类型包层上边形成第2导电类型脊条型光波导和第2导电类型突起部分的工序；

除去在上述第2导电类型突起部分上边形成的氧化膜的工序；

以在上述第2导电类型脊条型光波导上边形成的氧化膜为掩模，叠层第1导电类型半导体层的工序；

在除去了在上述第2导电类型脊条型光波导上边形成的氧化膜后，叠层第2导电类型接触层的工序。

9.一种半导体激光器的安装方法，其特征在于：激光器条带部分两端的至少一端与激光器芯片的安装面隔以规定的间隔进行安装。

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