CN1578026A - 半导体激光器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种半导体激光器件，其中形成了脊以在解理的表面内具有埋置结构以便防止颗粒形成在解理表面。还公开了一种半导体激光器件的制造方法。半导体激光器件包括第一导电类型的衬底；形成在衬底上的第一导电类型的覆盖层；形成在第一导电类型覆盖层上的有源层；第二导电类型的覆盖层，形成在有源层上，同时在各相对的纵向端部处具有脊，脊与激光发射端面和与激光发射端面相对的端面相隔预定的间隙；以及电流阻挡层，形成在脊周围的第二导电类型的覆盖层上。根据本发明，可以防止颗粒形成在解理表面。

Description

半导体激光器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体激光器件的制造方法，特别涉及其中形成了脊以在解理(cleaved)的表面内具有埋置结构以便防止颗粒(grains)形成在解理表面的半导体激光器件，以及半导体激光器件的制造方法。

背景技术

通常，半导体激光器件具有很小的体积同时具备低制造成本，由此可以实现大规模生产。而且，这种半导体激光器件可以用几mA的驱动电流发出高功率的激光振荡。由于这种特性，半导体激光器件已用做如CD、CD-RW、DVD以及DVD-RW的光盘系统中的光拾取装置的光源。此外，半导体激光器件已广泛地应用于各种技术领域，例如光通信、多路通信(multi-communication)以及空间通信。特别是，在与光拾取装置有关的技术领域中需要具有高光功率的半导体激光器件，以便提高写速度。还需要提高这种半导体激光器件的可靠性，以提高产品质量，并增加产品寿命。

图1a示出了常规的半导体激光器件的剖视图。图1b示出了在已形成了脊的状态中的常规半导体激光器件的结构的平面图。图2示出了常规的半导体激光器件的晶片级状态的平面图。现在，参考图1a，1b和2介绍常规的半导体激光器件的制造方法。下面介绍适合于发射具有780nm波长的激光的AlGaAs基半导体激光器件。

如图1a所示，在例如为n型的第一导电类型的GaAs衬底11上，首先形成n型AlGaAs覆盖层12。AlGaAs基有源层13形成在n型AlGaAs覆盖层12上。AlGaAs基有源层13具有的组分与n型AlGaAs覆盖层12的组分不同，同时AlGaAs基有源层13具有多量子阱结构。此后，第二导电类型也就是p型的AlGaAs覆盖层14形成在n型AlGaAs基有源层13上。p型AlGaAs覆盖层14的组分与n型AlGaAs覆盖层12的组分相同。掩模形成在要形成脊14a的区域处的p型AlGaAs覆盖层14上。设置掩模的区域对应于要形成脊14a的区域。因此，当随后进行蚀刻工艺时，在对应于掩模区的部分处没有蚀刻p型AlGaAs覆盖层14，由此将形成脊14a。此后，通过蚀刻对应于掩模区的部分之外的那部分p型AlGaAs覆盖层14形成了脊14a。然后电流阻挡层15形成在脊14a周围。通过在脊14a周围的p型AlGaAs覆盖层14上选择性地生长n型GaAs层以使它具有对应于脊14a的高度，由此形成了电流阻挡层15。随后，形成p型GaAs欧姆接触层16以覆盖脊14a和电流阻挡层15的表面。某种(certain)合金淀积在欧姆接触层16的上表面和n型GaAs衬底的下表面上，由此，分别形成了电极18和17。参考图1b，可以看出以上提到的半导体激光器件具有其中脊14a的相对的横向端暴露到分别设置半导体激光器件的相对端面的区域A的结构。

在其中脊14a的相对的横向端暴露到设置半导体激光器件的相对端面的各个区域A的结构中，存在的问题在于在晶片级的半导体激光器件解理成芯片级的各半导体激光器件时制成的解理小平面处形成有颗粒。

图2示出了常规的半导体激光器件的晶片级状态的平面图。如图2所示，根据条制备(bar making)工艺在垂直于脊延伸的方向中，以上面提到方式在晶片上形成的半导体激光器件，然后，根据芯片制备工艺在平行于脊延伸的方向中解理，由此将它们变成单个的半导体激光器件。

在条制备工艺中，如图2所示，沿在垂直于脊延伸的方向中延伸的条制备线32，将晶片解理成各条。在芯片制备工艺中，如图2所示，沿平行于脊延伸的方向中延伸的芯片制备线23，将每个条解理成芯片。

根据以上提到的常规的半导体激光器件的制造方法，掩模形成在晶片上以形成将形成的半导体激光器件的各脊21。在图2中，掩模由与脊相同的参考数字表示，即“21”，是由于脊21分别形成在形成有掩模的区域处。形成掩模以使它们在将形成的脊21的延伸方向中连接。因此，形成半导体激光器件的脊21以使它们在它的延伸方向中连接。以上面提到方式制备的半导体激光器件具有了晶片级结构，随后对它们进行条制备工艺，由此它们被单个化。然而，每个半导体激光器件的叠层结构，特别是半导体激光器件的脊暴露到半导体激光器件的相对的横向端面，也就是解理表面。即，在条制备工艺中沿条制备线22解理半导体激光器件时，每个半导体激光器件的脊21也被解理，由此它的相对的横向端面分别暴露到相关的解理表面。

由于每个半导体激光器件具有多层的叠置结构，因此它具有多个界面，每个界面限定在多层的相邻层之间。然而，在该界面处，由于相关的叠置层具有不同的组分，因此存在物理缺陷。在形成解理表面的解理工艺中，当横向力施加到解理表面时，这种物理缺陷会使颗粒形成在解理表面。具体地，与施加在其它界面的力相比，在解理工艺中施加到每个脊的力在基本上垂直于横向端面的方向中施加在横向端面上。由于该原因，力的施加方向会改变，由此在每个脊的横向端面形成有颗粒的可能性增加。这种颗粒使所得半导体激光器件的外观质量下降，由此负面地影响了从半导体激光器件发出的激光的特性。

图3a到3c示出了在常规的半导体激光器件的解理表面形成的各种颗粒。如图3a所示，颗粒32的形成可以开始于脊31的附近，并继续到衬底和n型覆盖层的界面。在严重的情况中，形成在脊31附近的颗粒32会延伸到衬底的一部分，如图3b所示。在更严重的情况中，颗粒32会延伸到衬底的整个部分，如图3c所示。虽然各种颗粒32会形成在半导体激光器件的解理表面，但是它们都会从脊附近的区域延伸继续到脊下面的区域，并延伸到衬底内。由此，使半导体激光器件的外观变差的这种颗粒延伸穿过激光振荡的有源区。此时，将不能产生均匀的激光振荡。此外，就发出激光的方向性而言也存在问题。由此，振荡的激光变差，从而使半导体激光器件的可靠性下降。

因此，在技术领域中，需要提供一种半导体激光器件的制造方法，当解理晶片级状态的半导体激光器件时能防止形成颗粒，由此提供一种显示出优异的激光振荡特性以及优良的可靠性的半导体激光器件。

发明内容

鉴于以上问题制成了本发明，本发明的一个目的是提供一种半导体激光器件，其中它的脊的相对的纵向端部处设置得距离解理表面一段距离，以使它没有暴露到解理表面，从而能够简化解理表面的结构，以防止颗粒形成在解理表面，由此半导体激光器件显示出优异的激光振荡特性以及优良的可靠性，并提供了一种半导体激光器件的制造方法。

根据一个方案，本发明提供一种半导体激光器件，包括：第一导电类型的衬底；形成在衬底上的第一导电类型的覆盖层；形成在第一导电类型覆盖层上的有源层；第二导电类型的覆盖层，形成在有源层上，同时在各相对的纵向端部处具有脊，脊与激光发射端面和与激光发射端面相对的端面相隔预定的间隙；以及电流阻挡层，形成在脊周围的第二导电类型的覆盖层上。

优选，预定间隙为5μm或更多，预定间隙对应于激光发射端面和相对端面之间距离的10％或更小。

根据另一方案，本发明提供一种半导体激光器件的制造方法，包括以下步骤：在衬底上依次形成至少第一导电类型的覆盖层、有源层以及第二导电类型的覆盖层；在第二导电类型的覆盖层上形成适合于形成脊的掩模，脊在它的各相对的纵向端部处与激光发射端面和与激光发射端面相对的端面相隔预定的间隙；使用掩模将第二导电类型的覆盖层蚀刻到预定的深度；以及在脊周围蚀刻的第二导电类型的覆盖层上形成由第一导电类型的半导体材料制成的电流阻挡层。

优选，形成脊的步骤包括采用干蚀刻工艺形成脊结构，以及采用湿蚀刻工艺除去在脊结构的表面上形成的缺陷，由此形成脊。

附图说明

当结合附图阅读下面详细说明之后，本发明的以上目的、其它特点和优点将变得更显然，其中：

图1a示出了常规的半导体激光器件的透视图；

图1b示出了在已形成了脊的状态中的常规半导体激光器件的结构平面图；

图2示出了常规的半导体激光器件的晶片级状态的平面图；

图3a到3c示出了在常规的半导体激光器件的解理表面处形成的各种颗粒的剖面图；

图4a到4c分别示出了根据本发明具有高阶模式(higher-ordermode)吸收层的半导体激光器件的制造方法的顺序工艺步骤；

图5a到5b分别示出了根据本发明示出的实施例的半导体激光器件的结构剖面图；以及

图6示出了根据本发明的实施例半导体激光器件的晶片级状态的平面图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的各优选实施例。

图4a到4c分别示出了根据本发明具有高阶模式吸收层的半导体激光器件的制造方法的顺序工艺步骤。虽然图4a到4c中示出的实施例与适合于振荡780nm波长的激光的AlGaAs基半导体激光器件有关，但是本发明不限于此。

为了根据本发明的示出实施例制造半导体激光器件，首先制备第一导电类型的半导体衬底41，如图1a所示。形成第一导电类型的半导体衬底41，在它的下表面具有由某种合金制成的第一电极(未示出)。此后，使用MOCVD或MOVPE工艺在第一导电类型的半导体衬底41上依次形成第一导电类型的覆盖层42、有源层43以及第二导电类型的覆盖层44。当半导体激光器件为AlGaAs基半导体激光器件，因此衬底41通常为n型GaAs器件。此时，第一和第二导电类型的覆盖层42和44可以分别是n和p型AlGaAs基覆盖层，而有源层43可以是具有量子阱结构的AlGaAs基有源层。以上介绍的各层以上面介绍的顺序依次并连续的方式形成。在下文中，该形成过程将称做“初始(primary)生长过程”。虽然图4a中没有示出，但是第一导电类型的缓冲层可以插在衬底41和第一导电类型的覆盖层42之间。然而，第一导电类型的缓冲层仅适合于衬底41和第一导电类型的覆盖层42之间的晶体对准。因此，在下面的说明书和权利要求书中，该第一导电类型的缓冲层将介绍为包含在第一导电类型的覆盖层42中。

完成初始生长过程之后，掩模45形成在第二导电类型的覆盖层44上。设置掩模的区域对应于将形成脊的区域。也就是，由于在随后的蚀刻工艺中没有蚀刻掩模区，因此将形成脊。对于脊45，可以使用介质膜、如SiO₂膜的氧化膜或如SiN膜的氮化膜。蚀刻停止层(未示出)可以包含在第二导电类型的覆盖层44中，由此防止了在蚀刻工艺中第二导电类型的覆盖层44被过量蚀刻。

在半导体激光器件的常规制造方法中，形成掩模以使它从半导体激光器件的激光发射端面延伸到与激光发射端面相对的端面。然而根据本发明，设置掩模45以使在它的各相对的纵向端部它与半导体激光器件的激光发射端面和相对的端面相距预定的间隙W。因此，当对第二导电类型的覆盖层44进行蚀刻工艺时，仅对应于预定间隙W的那部分被蚀刻。由此，在各纵向端部，脊与激光发射端面和相对的端面相距一定的间隙。

预定间隙W为5μm或更多。优选，预定间隙W对应于激光发射端面与相对的端面之间距离的10％或更小。例如，激光发射端面与相对的端面之间的距离为200μm时，预定间隙W应不小于5μm，但不大于20μm。当预定间隙W小于5μm时，由于在条制备工艺中容易在解理晶片时发生解理错误，因此脊暴露到解理表面。由于该原因，优选间隙W不小于5μm。此外，间隙W超过激光发射端面与相对的端面之间距离的10％时，发生光功率增益降低。由此，半导体激光器件的特性变差。因此，优选地间隙W对应于激光发射端面与相对的端面之间距离的10％或更小。

此后，在设置掩模45的区域之外的区域，将第二导电类型的覆盖层44蚀刻到需要的深度，如图4b所示。由于如上所述，在掩模45的各纵向端与激光发射端面和相对的端面间隔开，因此第二导电类型的覆盖层44的蚀刻部分分别对应于脊44a的相对台面型横向部分、半导体激光器件的激光发射端面与脊44a的相对端面之间限定的同时对应于间隙W的区域、以及与激光发射端面相对的半导体激光器件的端面与脊44a的相对端面之间限定的同时对应于间隙W的区域。对于形成脊44a的蚀刻工艺，可以使用干和湿蚀刻工艺。

通常，蚀刻分成干蚀刻工艺和湿蚀刻工艺。干蚀刻工艺可以提供蚀刻表面的高清晰度和各向异性特性，这些是与平面化技术有关的基本要求。对于这种蚀刻工艺，有等离子体蚀刻反应离子蚀刻和反应离子束蚀刻工艺。在大多数情况中，这些蚀刻工艺使用惰性离子和反应气体，以提供蚀刻表面的各向异性特性。然而，由于暴露到反应性化学气体、离子辐射、以及等离子体辐射，干蚀刻工艺会损伤蚀刻的薄膜表面。由于该原因，蚀刻速度降低并且电性能下降。换句话说，一定能量级别的离子的辐射会导致形成残留层、杂质和蚀刻气体渗透以及晶格结构缺陷。另一方面，湿蚀刻工艺提供了蚀刻表面的各向同性特性。这种湿蚀刻工艺由于其低成本、高效率以及优良的选择性而被广泛用在半导体工艺中。此外，湿蚀刻工艺由于在低温下进行因此不会对晶片造成任何损伤。

虽然半导体激光器件的大多数常规方法使用了湿蚀刻工艺，但是根据本发明形成脊时优选同时使用干和湿蚀刻工艺。根据本发明，首先通过干蚀刻工艺形成脊结构，然后通过湿蚀刻工艺除去在干蚀刻工艺中形成的蚀刻表面上的损伤部分。如果形成脊时仅使用干蚀刻工艺，那么在蚀刻表面上存在损伤部分，由此器件性能降低。另一方面，如果形成脊时仅使用湿蚀刻工艺，即使在脊的相对的横面具有台面结构，但是脊的条结构在它的正面和背面具有倒置的台面结构。这种倒置的台面结构产生以下问题：当随后形成电流阻挡层时，会低效率地生长在倒置的台面结构上的下表面。为此，根据本发明，首先通过干蚀刻工艺中形成脊结构，然后通过湿蚀刻工艺除去在干蚀刻工艺中形成的蚀刻表面上的损伤部分。虽然在示出的实施例中介绍了脊具有台面结构，但是本发明不限于这种脊结构。本发明可以应用到各种台面结构。

除去掩模45之后，电流阻挡层66形成在脊44a周围的第二导电类型的覆盖层44上，如图4c所示。第二导电类型的欧姆接触层47形成在电流阻挡层46上。由于在前面的工艺中已形成了脊44a，在脊的各相对纵向端部，脊与半导体激光器件的激光发射端面和相对端面相距一定的间隙，因此它没有暴露到半导体激光器件的激光发射端面和相对端面，如图4c所示。因此，与图1所示的常规的半导体激光器件中的激光发射端面(解理表面)相比，简化了从晶片级状态解理半导体激光器件时形成的解理表面的结构。特别是，解理力在垂直方向中施加到脊结构，脊结构没有暴露到解理表面，由此解理力的施加方向没有改变。因此，可以减少解理表面(半导体激光器件的激光发射端面和相对端面)处颗粒的形成。

图5a和5b分别示出了根据本发明示出实施例的半导体激光器件的结构的剖面图。图5a示出了沿图4c中的线X-X’截取的剖面图。如图5a所示，根据本发明的半导体激光器件的剖面结构为沿平行于激光发射断面的半导体激光器件的中心部分截取的剖面，具有的结构与常规的半导体激光器件的结构相同。也就是，根据本发明的半导体激光器件包括：第一导电类型的衬底41；依次形成在第一导电类型的衬底41上的第一导电类型的覆盖层42、有源层43以及第二导电类型的覆盖层44；形成在脊44a周围的第二导电类型的覆盖层44上的电流阻挡层46，形成以覆盖脊44a和电流阻挡层46的第二导电类型的欧姆接触层47。

特别是，通过适当地修改适合于形成需要的脊结构的掩模同时不需要添加或改变工艺就可以容易地实施根据本发明的半导体激光器件的制造方法。图6示出了根据本发明示出实施例的晶片级状态的半导体激光器件的平面图。在图2所示的常规的晶片级状态的半导体激光器件中，在脊的纵向中对准的半导体激光器件的掩模(或脊)相互连接，由此脊在解理工艺中解理。然而，在图6所示的晶片级状态的半导体激光器件中，在脊的纵向中对准的半导体激光器件的掩模(或脊)在其各纵向端部处，分别与相关的条制备线52相距预定的间距W。因此，脊没有在随后解理晶片级结构的解理工艺中解理成芯片级结构，由此它们暴露到相关的解理表面。

也就是，根据本发明，通过以下方式可以容易地实现这种结构：将其中分别与脊的纵向中对准的半导体激光器件的掩模形成得具有连接结构的常规方法的掩模形成工艺修改成掩模形成得分别具有单独的芯片结构的方法，以使它们的每一个与相关的条制备线间隔预定的间隙W。

因此，在每个半导体激光器件中第二导电类型的覆盖层上形成的脊与激光发射端面和相对的端面间隔开，由此它没有暴露到解理表面(激光发射端面和相对的端面)。由此，简化了半导体激光器件中解理表面(激光发射端面和相对的端面)的叠层结构，由此解理力的施加方向没有改变。因此，可以防止在解理表面形成颗粒。还可以改善半导体激光器件的激光振荡同时防止性能变差。

虽然为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域中的普通技术人员应该理解可以有多种修改、添加和替换，同时不脱离附带的权利要求书公开的本发明的范围和精神。

从以上说明中可以看出，本发明提供一种半导体激光器件，其中在脊的各纵向端部脊设置得与解理表面相隔一定距离，以使它没有暴露到解理表面，由此能够简化解理表面的结构，以防止颗粒形成在解理表面，由此它显示出优异的激光振荡特性和优良的可靠性。

Claims (5)

1.一种半导体激光器件，包括：

第一导电类型的衬底；

形成在衬底上的第一导电类型的覆盖层；

形成在第一导电类型覆盖层上的有源层；

第二导电类型的覆盖层，形成在有源层上，同时在各相对的纵向端部处具有脊，脊与激光发射端面和与激光发射端面相对的端面相隔预定的间隙；以及

电流阻挡层，形成在脊周围的第二导电类型的覆盖层上。

2.根据权利要求1的半导体激光器件，其中预定间隙为5μm或更多，该间隙对应于激光发射端面和相对端面之间距离的10％或更小。

3.一种半导体激光器件的制造方法，包括以下步骤：

在衬底上依次形成至少第一导电类型的覆盖层、有源层以及第二导电类型的覆盖层；

在第二导电类型的覆盖层上形成适合于形成脊的掩模，从而脊在它的各相对的纵向端部处与激光发射端面和与激光发射端面相对的端面相隔预定的间隙；

使用掩模将第二导电类型的覆盖层蚀刻到预定的深度，从而形成脊；以及

在脊周围蚀刻的第二导电类型的覆盖层上形成由第一导电类型的半导体材料制成的电流阻挡层。

4.根据权利要求3的方法，其中预定间隙为5μm或更多，同时该间隙对应于激光发射端面和相对端面之间距离的10％或更小。

5.根据权利要求3的方法，其中形成脊的步骤包括：

根据干蚀刻工艺形成脊结构，以及

根据湿蚀刻工艺除去在脊结构的表面上形成的缺陷，从而形成脊。

Images