CN1604414A - 包括多个激光振荡部的单片多波长激光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种包括多个激光振荡部的单片多波长激光元件及其制造方法，所述单片多波长激光元件包括：衬底(101)，带有脊状部分的第一波长激光振荡部(102)，和带有脊状部分的第二波长激光振荡部(103)，并且第一波长激光振荡部(102)和第二波长激光振荡部(103)均包括：由覆盖脊状部分的侧面并延伸到与脊状部分的底面相连的平面的至少一部分区域的半导体薄膜构成的电流阻止层(131)；和覆盖在电流阻止层(131)上的绝缘层(132)，其由具有比电流阻止层(131)低的折射率的材料制成的绝缘性电介质薄膜构成。

Description

包括多个激光振荡部的单片多波长激光元件及其制造方法
这个非临时申请基于2003年9月30日向日本专利局提交的日本专利申请No.2003-339490，其完整内容在这里被参照引用。
技术领域
本发明涉及一种激光元件。更具体地，本发明涉及一种包括形成在同一衬底上的多个激光振荡部的单片多波长激光元件。
此外，本发明还涉及到上述单片多波长激光元件的制造方法。
背景技术
诸如CD(compact disk，密度盘)、DVD(digital video disk，数字化视频光盘)或MD(Mini Disk，微型光盘)的光学记录信息的光盘目前被广泛用作大容量记录媒体。
信息通过光拾取被记录在光盘中或从光盘再现。响应于依赖光盘类型的记录密度差异，从CD上再现信息的光拾取采用780nm波段的激光束，从DVD上再现信息的光拾取采用650nm波段的激光束。
近年来，开发了一种既能够从CD上又能够从DVD上再现信息的光盘，利用了一种具有将能够发射波长为650nm和780nm波段的激光束的半导体激光元件结合在一起而制成的多波长半导体激光元件的光拾取，从而取代了原来分别从CD和DVD上再现信息的专用光盘，例如，在日本专利特开No.01-204487或2000-091698中都有描述。
图6是典型常见的单片多波长激光元件的截面示意图。在所有附图中，相同或者相应部分将会标以相同的参考标记。而且，在所有附图中，为了清楚和简化说明，尺寸如长度、宽度和厚度被适当改变，而非实际尺寸关系。
在图6所示的单片多波长激光元件中，CD激光振荡部602和DVD激光振荡部603并列地形成在倾斜的n型砷化镓(GaAs)衬底601上，该衬底具有从结晶学的(001)面在[110]晶向上偏移15°的主表面。
n型砷化镓缓冲层604、n型Al0.5Ga0.5As覆层605、非掺杂的Al0.3Ga0.7As引导层606、有源层607、另一个非掺杂的Al0.3Ga0.7As引导层608、p型Al0.5Ga0.5As第一覆层609、以及p型GaAs刻蚀停止层610被顺序地形成在CD激光振荡部602上。脊状p型Al0.5Ga0.5As第二覆层611和p型GaAs罩层612顺序地形成在p型GaAs刻蚀停止层610上，并且脊状p型Al0.5Ga0.5As第二覆层611和p型GaAs罩层612的两侧面都埋在n型GaAs电流阻止层613中。
另一方面，n型GaAs缓冲层614、n型GaInP缓冲层615、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P覆层616、非掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P引导层617、有源层618、另一非掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P引导层619、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5第一覆层620、和p型GaInP刻蚀停止层621顺序地制作在DVD激光振荡部603上。脊状p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5第二覆层622、p型GaInP中间层623和p型GaAs罩层624顺序地形成在p型GaInP刻蚀停止层621上，并且脊状p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5第二覆层622、p型GaInP中间层623以及p型GaAs罩层624的两侧面埋在n型GaAs电流阻止层613中。
p侧欧姆电极625和Mo/Au电极626顺序地分别形成在CD和DVD激光振荡部602和603的p型GaAs罩层612和624上。n侧欧姆电极627形成在n型GaAs衬底601的背面上。
为了使这些激光振荡部602和603彼此电气绝缘，在CD和DVD激光振荡部602和603之间形成到达衬底601的激光振荡部分离沟628。每个单片多波长激光元件是沿着芯片分割沟629从晶片上分割的。
用上述方法制作的图6所示的单片多波长激光元件被安装在一个底座上。同时，靠近p侧欧姆电极625的一侧安装在底座的表面，而靠近n侧欧姆电极627的一侧朝上，并且底座装配在指定的晶体管管座上。
然而，当从断面观察时，上述p侧欧姆电极625具有在CD和DVD激光振荡部602和603的脊状部分的头部周围的大量空隙，这样导致了热散逸效果不好。此外，在包括利用GaAs电流阻止层613的损耗引导结构的单片多波长激光元件中，由于内部损耗大，导致工作电流增大，因而使得光拾取设计中热设计等等的容许范围非常狭小。
近年来，研制出了一种在上覆层上生长外延层的技术，用该技术生长的外延层与上覆层的晶格常数接近，用于使上覆层化学稳定，如日本专利特开No.2002-094181所公开的。然而，这种光限制结构的性能仍然不能令人满意。此外，由于空气脊状结构，在脊状部分的头部周围形成了大量空隙，这样的不足之处就是热散逸效果差。
同时日本专利特开No.05-136526描述了一种掩埋(buried，BH)激光，通过用电流阻止层填满由双异质结构构成的波导的侧面而制成，这种掩埋激光具有上述类似的问题，并且不是多波长激光元件。
发明内容
基于上述情况，本发明要解决的技术问题是提供一种可靠性高、工作电流低、返回光噪声少及热散逸性能高的单片多波长激光元件。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种制造单片多波长激光元件的方法，按照此法能够简单且正确地制造出可靠性高、工作电流低、返回光噪声少及热散逸性能高的单片多波长激光元件。
发明人想出一种方法，电流阻止层采用了真实引导结构，而不是损耗引导结构，这样的话就能降低工作电流以及发热量，同时通过某些方式降低返回光噪声，以便解决前述问题，以及试图开发出包括这种结构的单片多波长激光元件。
总之，发明人发现除了采用真实引导结构之外，通过提供电流阻止层和低折射率的绝缘层作为埋设脊状部分侧面的层从而降低返回光噪声，以及进一步在p侧电极上提供外侧金属电极层从而提高热散逸性能，可以实现具有高可靠性、低工作电流、低返回光噪声以及高热散逸性能的单片多波长激光元件，这样完成了本发明。
根据本发明的单片多波长激光元件包括：衬底，带有脊状部分的第一波长激光振荡部，和带有脊状部分的第二波长激光振荡部，并且第一波长和第二波长激光振荡部均包括：电流阻止层，其由覆盖上述脊状部分的侧面和延伸至与上述脊状部分的底面相连的平面的至少一部分区域的半导体薄膜构成；和覆盖了电流阻止层的绝缘层，其由具有比电流阻止层低的折射率的材料制成的绝缘性电介质薄膜组成。
这种单片多波长激光元件进一步优选地包括一个p侧电极，该p侧电极包括一个内侧金属电极层和一个外侧金属电极层，并且内侧金属电极层优选接触上述绝缘层的一部分，外侧金属电极层优选覆盖上述内侧金属电极层。
电流阻止层的厚度可以在0.05um至0.2um的范围内。另外，绝缘层的表面可以具有在0和0.001之间的O成分和/或N成分，并且绝缘层的厚度在0.05um和0.2um之间。
此外，电流阻止层可以由包含从GaAs、α-Si和Ge构成的组中选择的至少一种材料的半导体薄膜构成。在激光束发射方向上，内侧金属电极层可以覆盖绝缘层的全部表面。
更进一步地，绝缘层可能是包含从氧化硅、氮化硅及其混和物构成的组中选择的至少一种材料作为材料的绝缘性电介质薄膜，该绝缘层的表面可以具有0到0.001范围内的O成分和/或N成分。
内侧金属电极层的材料可以包含Mo/Au合金和/或Ti/Al合金。另一方面，外侧金属电极层的材料可以包含Au。
衬底可以由包括GaAs的材料构成。并且，该衬底可以具有从(001)晶面在[110]晶向上5°到25°范围内的偏置角度。
制作上述单片多波长激光元件的发明方法包括在150℃到400℃的成膜温度下形成电流阻止层和形成绝缘层的步骤，以及还可包括形成内侧金属电极层和形成外侧金属电极层的步骤。
形成绝缘层的步骤可以包括在150℃到250℃的成膜温度下形成该绝缘层的步骤。另外，形成外侧金属电极层的步骤可以包括用电解电镀的方法形成该外侧金属电极层的步骤。
制作单片多波长激光元件的上述方法还可包括步骤：形成由材料包含GaAs的半导体薄膜构成的刻蚀停止层；形成由半导体薄膜构成的覆层，该半导体薄膜与该刻蚀停止层靠近p侧电极的一侧接触并且其材料包含AlxGa1-xAs(0.4≤x≤0.7)；形成由半导体薄膜组成的罩层，该半导体薄膜与该覆层靠近p侧电极的一侧接触并且其材料包含GaAs；用包含氨的刻蚀液第一次选择性刻蚀该罩层，止于靠近p侧电极的覆层表面，和用含氢氟酸的刻蚀液第二次选择性刻蚀覆层，止于靠近p侧电极的刻蚀停止层表面，并且形成电流阻止层的步骤可包括形成电流阻止层以便接触第一波长激光振荡部和/或第二波长激光振荡部的经由执行第一次刻蚀和第二次刻蚀而裸露的脊状部分的步骤。
根据本发明，如下所述，由薄GaAs层等构成的电流阻止层、由绝缘性电介质薄膜等构成的绝缘层形成在每个CD和DVD激光振荡部的脊状部分侧面上以填埋脊状部分。此外，作为外侧金属电极层的下层的内侧金属电极层覆盖由绝缘性电介质薄膜等构成的绝缘层上面的指定部分(如对应于脊状部分侧面的部分)的表面。另外，外侧金属电极层形成在内侧金属电极层上。根据本发明，由于上述结构，可以提供一种性能优异的单片多波长激光元件，能通过一个真实引导结构来降低工作电流，并且能通过外侧金属电极层来改善热散逸效果。
相应地，根据本发明的单片多波长激光元件具有高可靠性、低工作电流、少返回光噪声及高热散逸性能。
按照本发明制造单片多波长激光元件的方法能够简单且正确地制造出具有高可靠性、低工作电流、少返回光噪声及高热散逸性能的单片多波长激光元件。
通过下面详细的叙述本发明并结合附图，本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点将会变得更加清晰。
附图说明
图1是根据本发明实施例的单片多波长激光元件的截面示意图；
图2A是形成CD激光振荡部的半导体多层结构的截面示意图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的示例性方法中的一个步骤；
图2B是形成DVD激光振荡部时露出的一部分衬底表面的截面示意图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的另一个步骤；
图2C是形成DVD激光振荡部的半导体多层结构的截面示意图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤；
图2D是形成激光振荡部分离沟的截面示意图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤；
图3A是形成成形脊状部分的截面示意图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤；
图3B是形成电流阻止层的截面图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤；
图3C是用湿法刻蚀将电流阻止层部分去掉的截面图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤；
图3D是形成绝缘性电介质薄膜和抗蚀剂图案的截面图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤；
图4A是形成p侧合金电极的截面图，示出了制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤；
图4B是制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤，它是形成内侧金属电极层的截面图；
图4C是制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤，它是在内侧金属电极层上形成抗蚀剂图案的截面图；
图4D是制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤，它是形成外侧金属电极层的截面图；
图5A是制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤，它是将内侧金属电极层部分去掉(除了直接位于外侧金属电极层下面的部分)的截面图；
图5B是制作根据本发明的单片多波长激光元件的方法中的又一个步骤，它是在衬底背面上形成n型欧姆电极的截面图；以及
图6是常见的传统单片多波长激光元件的截面示意图。
具体实施方式
现在，将参考实施例更加详细地描述本发明。
<单片多波长激光元件>
图1是根据实施例的单片多波长激光元件的截面示意图。
如图1所示，根据实施例的单片多波长激光元件的组成如下：衬底101，具有一脊状部分的第一波长激光振荡部102和也具有一脊状部分的第二波长激光振荡部103，同时第一波长激光振荡部102和第二波长激光振荡部103各自包括：一个由半导体薄膜构成的电流阻止层131，该半导体薄膜覆盖了脊状部分的侧面并且延伸至与脊状部分的底面相连的平面的至少一部分区域；和覆盖了电流阻止层131的绝缘层132，该绝缘层由折射率低于电流阻止层131的材料的绝缘性电介质薄膜构成。
第一波长激光振荡部102的脊状部分包括存在于p型刻蚀停止层112上的层，即，p型第二覆层113和p型罩层114。第二波长激光振荡部103的脊状部分包括了在p型刻蚀停止层123上的层，即，p型第二覆层124、p型中间层125和p型罩层126。
上述连接脊状部分底面的面由第一波长激光元件102中上述p型刻蚀停止层112的表面(没有形成脊状部分)所限定。在第二波长激光振荡部103中，这个面由上述p型刻蚀停止层123的表面(没有形成脊状部分)所限定。电流阻止层131(其形成为完全覆盖了与图1中第一和第二波长激光振荡部102和103的每一个中的上述脊状部分的底面相连的平面)可以只是延伸到与脊状部分的底面相连的平面的部分区域而非完全覆盖这个平面。
根据实施例的单片多波长激光元件还具有包括内侧金属电极层135和外侧金属电极层137的p侧电极，并且内侧金属电极层135与上述绝缘层132部分接触，外侧金属电极层137覆盖了内侧金属电极层135。
在根据实施例的单片多波长激光元件中，形成在例如单一GaAs衬底上的第一和第二波长激光振荡部102和103具有一种真实的引导结构，使得当第一和第二波长分别为780nm和650nm波段时，与现有技术相比较，可以降低波导损耗以及工作电流。
<衬底>
上述衬底101优选地由包含GaAs的材料构成。当衬底101由这种材料做成时，有利于平坦地生长具有良好结晶性状态的、由期望材料构成的晶体。
上述衬底101优选地从(001)晶面在[110]晶向上具有5°到25°范围的偏置角度，以便调节第二波长激光振荡部103的波长和改善第一和第二波长激光振荡部102和103的结晶性，从而改进激光元件的性能。更优选的偏置角度为10°到20°，进一步优选的角度是13°到18°。
<电流阻止层>
上述电流阻止层131的厚度优选地是至少0.05um，尤其更优选的是至少0.1um。这个厚度优选地不超过0.2um，更优选地尤其不超过0.17um。如果该厚度小于0.05um的话，沿脊状部分的横向光禁闭将会趋于不稳定，从而光学特性的弥散将会增大；同时如果该厚度大于0.2um的话，波导损耗以及工作电流趋于增大。
上述电流阻止层131优选地由至少含有GaAs、α-Si和Ge组成的组中的一种材料的半导体薄膜构成。当电流阻止层131含有这种材料时，绝缘性电介质薄膜和脊状部分的侧面之间以及和刻蚀停止层112和123之间的粘附能力将有所提高，并且由于通过薄的电流阻止层131减弱了光吸收，水平方向的放射角的形状就能稳定下来。
<绝缘层>
如上所述，上述绝缘层132优选地由绝缘性电介质薄膜组成，该薄膜接触上述电流阻止层131靠近p侧电极的侧面，并且该薄膜由折射率低于电流阻止层131材料的材料构成。由于绝缘层132的折射率低于电流阻止层131的折射率，使得沿脊状部分的横向光禁闭可以稳定化并且可降低波导损耗。
由具有低折射率的上述绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132的折射率优选在1.0到2.0的范围。第一波长激光振荡部102的脊状部分材料的折射率通常在3.2到3.4的范围，为了禁闭光在激光振荡部102中，于是由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132的折射率优选地小于脊状部分材料和上述电流阻止层131的折射率。氮化硅、氧化硅或它们的混合物可被选择作为由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132的材料。
由上述绝缘性电介质薄膜组成的绝缘层132的表面优选地具有至少为0的O成分和/或N成分(包括N和O成分的合计值)，更优选地尤其为0.0001以上。O成分和/或N成分优选地不高于0.001，更加优选地尤其不高于0.0005。这样的话，绝缘层132和含有Mo/Au作为材料的内侧金属电极层135之间的粘附力将会得到改善，使得材料含有Au的外侧金属电极层137能够可靠地形成。
此外，由上述低折射率的绝缘性电介质薄膜组成的绝缘层132的厚度优选地在0.05um以上，更优选地尤其在0.1um以上。该厚度优选地不高于0.2um，更加优选地尤其不高于0.15um。当由低折射率的绝缘性电介质薄膜组成的绝缘层132除了形成在第一波长激光振荡部102上还形成在第二波长激光振荡部103上时，通过减小由绝缘性电介质薄膜组成的、具有比半导体晶体小的热导率和热散逸性差的绝缘层132的厚度，可以防止第二波长激光振荡部103的温度特性和可靠性降低。
<内侧金属电极层>
上述内侧金属电极层135优选地在激光束发射方向上覆盖整个上述绝缘层132。由此结构可知，为了改善激光振荡部102和103的热散逸以及激光元件的温度特性和可靠性，外侧金属电极层137形成在内侧金属电极层135的整个表面上。
制作上述内侧金属电极层135的材料优选地包含Mo/Au合金和/或Ti/Al合金。当内侧金属电极层135包含这种材料时，由于具有低的热导率，激光元件的热散逸将会得到进一步的改善。
<外侧金属电极层>
制作上述外侧金属电极层137的材料优选地包含Au。这样的话，外侧金属电极层137就能用电解电镀的方法较容易地形成为大的厚度，具有与将激光元件安装在晶体管管座上的钎料的良好贴合性。
从保护脊状部分和热散逸的观点出发，外侧金属电极层137的厚度优选在2.5um到3um之间。
<制作单片多波长激光元件的方法>
根据本实施例制作单片多波长激光元件的方法包括下列步骤：形成上述电流阻止层131，和在150℃到400℃范围的成膜温度下形成上述绝缘层132，以及还可包括形成上述内侧金属电极层135和形成上述外侧金属电极层137的步骤。
在根据本实施例制作单片多波长激光元件的方法中，在形成由低折射率的绝缘电介质薄膜构成的绝缘层132的步骤中，成膜温度优选为150℃以上，更优选地尤其在200℃以上。该成膜温度优选不超过400℃，更优选地尤其不超过250℃。如果成膜温度低于150℃，由于受到绝缘层132和电流阻止层131的热膨胀系数差异的影响造成炼制合金步骤中热史的温度变化等，绝缘性电介质薄膜中的内部应变趋于增大，从而减弱其与电流阻止层131之间的粘附能力和容易分离绝缘性电介质薄膜；如果成膜温度高于400℃，由于受到绝缘层132和电流阻止层131的热膨胀系数差异的影响，绝缘性电介质薄膜的密度和硬度趋于增加，从而减弱其与电流阻止层131之间的粘附能力和容易分离绝缘性电介质薄膜。
形成上述外侧金属电极层137的步骤优选地包括通过电解电镀形成上述外侧金属电极层137的步骤。当采用电解电镀时，外侧金属电极层137可以很容易地形成为预定厚度以全面形成在内侧金属电极层135上。
下面参考例子更加详细地说明本发明，本发明并不仅限于这些例子。
<实施例1>
图1的断面示意图图解了根据本发明实施例1的单片双波长半导体激光元件。
图2A到图5B是制作如图1所示的单片双波长半导体激光元件的典型方法的截面示意图。
如图2A所示，通过MOCVD(metal organic chemical vapor deposition，金属有机化学汽相淀积)方法，在倾斜的n型GaAs衬底101上形成第一波长激光振荡部(下文也称作CD激光振荡部)102的半导体多层结构，GaAs衬底101具有从(001)晶面在[110]晶向上以15°的偏置角度倾斜的主表面。更具体地说，n型GaAs缓冲层106、n型Al0.5Ga0.5As覆层107、n型Al0.3Ga0.7As引导层108、由MQW(multiple quantum well，多量子阱)结构组成的有源层109、p型Al0.3Ga0.7As引导层110、p型Al0.5Ga0.5As第一覆层111、p型GaAs刻蚀停止层112、p型Al0.5Ga0.5As第二覆层113和p型GaAs罩层114被顺序地形成。
为了形成第二波长激光振荡部(下文也称作DVD激光振荡部)103的半导体多层结构，利用光刻法在CD激光振荡部102上形成一个具有指定宽度的线状抗蚀剂图案(没有画出)。如图2B所示，p型GaAs罩层114、p型Al0.5Ga0.5As第二覆层113、p型GaAs刻蚀停止层112、p型Al0.5Ga0.5As第一覆层111、p型Al0.3Ga0.7As引导层110、有源层109、n型Al0.3Ga0.7As引导层108、n型Al0.5Ga0.5As覆层107和n型GaAs缓冲层106通过该抗蚀剂图案的掩模被湿法刻蚀，从而将衬底表面115的指定宽度暴露出来。
参考图2C，通过MBE(molecular beam epitaxy，分子束外延)法在裸露的衬底表面115上形成DVD激光振荡部103的半导体多层结构，即，n型GaAs缓冲层116、n型GaInP缓冲层117、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P覆层118、非掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P引导层119、由MQW(multiple quantum well，多量子阱)结构构成的有源层120、另一非掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P引导层121、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一覆层122、p型GaInP刻蚀停止层123、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二覆层124、p型GaInP中间层125和p型GaAs罩层126被顺序地形成在裸露的衬底表面115上。
如图2D所示，形成在CD激光振荡部102的半导体多层结构上的DVD激光振荡部103的半导体多层结构的不需要部分通过光刻和湿刻蚀法被去掉了。同时，随着芯片分割沟128的形成，形成了到达衬底101的激光振荡部分离沟127，以便CD激光振荡部102和DVD激光振荡部103彼此电气绝缘。
如图3A所示，随后，在CD和DVD激光振荡部102和103的p型GaAs罩层114和126上形成一个宽3um到4um的线状SiO2掩模(没有画出)。CD激光振荡部102的p型第二覆层113和p型罩层114以及DVD激光振荡部103的p型第二覆层124、p型GaInP中间层125和p型GaAs罩层126通过干刻蚀法被加工成指定脊宽，并且得到的脊状部分129和130通过湿刻蚀法被成形。
如图3B所示，由MOCVD法形成厚0.1um的n型GaAs电流阻止层131，以分别填充在CD和DVD激光振荡部102和103的脊状部分129和130的侧面。
如图3C所示，通过光刻法在CD和DVD激光振荡部102和103上形成具有分别位于电气隔离CD激光振荡部102和DVD激光振荡部103的沟127的上方和芯片分割沟128的上方的线状开口窗的抗蚀剂图案(未示出)。N型GaAs电流阻止层131位于沟127和128上的部分由湿刻蚀法除掉。
如图3D所示，抗蚀剂图案被去掉之后，由低折射率(折射率为1到2)的绝缘性电介质薄膜(如氮化硅(SiNX)保护膜)构成的绝缘层132通过例如等离子CVD(chemical vapor deposition，化学气相沉积)法形成在剩余n型GaAs电流阻止层131上。同时，通过调节电介质薄膜的最终成膜条件，可以将表面层的N成分设定为不超过0.001％。或者，在形成(SiNx)保护膜后，可以利用溅射法形成Si薄膜。
在由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132上形成具有分别直接位于CD和DVD激光振荡部102和103的脊状部分129和130上方的线状开口的抗蚀剂图案133。由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132位于开口下面的部分利用缓冲的氢氟酸溶液除去，而在开口下方的n型GaAs电流阻止层131部分利用硫酸刻蚀剂除去。至于由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132(其也可替代地由通过等离子CVD法形成的SiO2薄膜构成)，必须留意成膜温度。
为了确保由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132的折射率和强度，该成膜温度的下限必须是至少150℃。为了防止半导体层内所含杂质的再扩散，成膜温度的上限优选地低于半导体层的生长温度，更具体地不超过400℃。
此外，由于绝缘性电介质薄膜和半导体多层薄膜的热膨胀系数彼此不同，若绝缘性电介质薄膜的成膜温度过高就会使其剥离。为了避免这种剥离，绝缘性电介质薄膜优选在不超过250℃的衬底温度下形成。
如图4A所示，此后，Au/AuZn通过电子束蒸发法被蒸发，抗蚀剂图案133利用有机溶剂剥离，以及p侧合金电极134形成在CD和DVD激光振荡部102和103的p型罩层114和126上。
如图4B所示，内侧金属电极层135接着形成在p侧合金电极134和由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132上。根据实施例1，内侧金属电极层135由通过溅射形成的Mo/Au电极构成。
如图4C所示，在内侧金属电极层135上形成具有分别在CD和DVD激光振荡部102和103上的矩形开口的抗蚀剂图案136。
如图4D所示，Au外侧金属电极层137只形成在穿过抗蚀剂图案136掩模的开口上。
从实验的观点出发，当Au外侧金属电极层137的厚度小于1um就会使得安装时的热散逸不足，则该层的厚度必须在2um到3um之间。此外，Au外侧金属电极层137(其可以用非电解电镀也可以用电解电镀形成)一般采用电解电镀法形成，因为采用要求没有金属下层的非电解电镀难以镀敷至少厚度为1um的金属层。通过电解电镀法，Au外侧金属电极层137只形成于通电的区域，所以下层必须是一样厚并且完全被金属薄膜覆盖。
依赖于形成内侧金属电极层135的方法，脊状部分129和130侧面的颈部附近的部分很容易被遮蔽掉，使得难以覆盖内侧金属电极层135。因此，内侧金属电极层135必须用诸如溅射法或CVD的方法形成，例如，能够也覆盖住遮蔽部分。
尽管实施例1中通过溅射Mo/Au电极来制作内侧金属电极层135，内侧金属电极层135也可以从类似溅射形成的Ti/Al电极制备出。
最后，如图5A所示，利用Au外侧金属电极层137掩模，通过湿刻蚀法去除位于诸如芯片分割沟127和分离沟128的部分上的内侧金属电极层135部分，除了直接位于Au外侧金属电极层137下面的部分。
如图5B所示，得到的晶片从衬底101的背面被抛光，使得其厚度大约为100um，以及n侧欧姆电极138形成在衬底101的背面上。
形成有根据上述实施例1的双波长激光振荡部的晶片被分割成多个条，每条的端面被覆反射膜，并被分割为多个芯片。这些芯片安装在晶体管管座上，并接受激光元件特性的测试。
结果是，各芯片的CD激光振荡部在光学输出为5mW时呈现出782nm的振荡波长和30mA的工作电流。DVD激光振荡部在光学输出为4mW时呈现出656nm的振荡波长和50mA的工作电流。就可靠性而言，该芯片能正常运行1000小时以上。
当测量光学输出为5mW时的相对噪声场强(RIN)时，其中返回光量(quantity of return light)在0.01到10％的范围，CD和DVD激光振荡部都呈现出优越的噪声特性，在25℃和70℃的温度下噪声特性不超过-130dB/Hz。
<实施例2>
根据实施例2的单片双波长半导体激光元件与根据实施例1的激光元件的不同点仅仅在于：抗蚀剂图案133位于DVD激光振荡部103的脊状部分130上的开口宽度增加，并且在n型GaAs电流阻止层131上没有形成由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层132，如图3D所示。在根据实施例2的半导体激光元件的DVD激光振荡部103中，相比于实施例1，由于没有了热导率低于半导体晶体的绝缘性电介质薄膜，获得了优异的热散逸性以便改善激光元件的可靠性。
为了将DVD激光振荡部103的振荡波长调整到满足DVD标准的656nm附近并改善CD和DVD激光振荡部102和103的结晶性，在前述实施例的每一个中采用了倾斜的n型GaAs衬底101，其具有从(001)晶面在[110]晶向上以15°的偏置角度倾斜的主表面。
为了调整DVD激光振荡部103的振荡波长，偏置角度必须设定为至少5°，而且为了改善CD和DVD激光振荡部102和103的结晶性，偏置角度必须设定为大约5°到25°之间，更优选地在10°到20°之间。进一步优选地，通过采用偏置角度在13°到18°之间的倾斜衬底，可以实现优良的激光元件特性。
虽然本发明已经详细的说明和图示，可以清楚地理解其仅仅是示范和例子，而不是限制本发明，本发明的精神和范围仅仅由附加权利要求中的条款予以限制。

Claims (15)

1.一种单片多波长激光元件，包括：
衬底(101)；
带有脊状部分的第一波长激光振荡部(102)；和
带有脊状部分的第二波长激光振荡部(103)，其中
所述第一波长激光振荡部(102)和所述第二波长激光振荡部(103)各自包括：
电流阻止层(131)，由覆盖所述脊状部分的侧面并延伸到与所述脊状部分的底面相连的平面的至少一部分区域的半导体薄膜构成，以及
由绝缘性电介质薄膜构成的绝缘层(132)，其覆盖所述电流阻止层(131)，并由具有比所述电流阻止层(131)低的折射率的材料制成。
2.根据权利要求1的单片多波长激光元件，进一步包括一包括内侧金属电极层(135)和外侧金属电极层(137)的p侧电极，其中
所述内侧金属电极层(135)与所述绝缘层(132)的一部分接触，
所述外侧金属电极层(137)覆盖所述内侧金属电极层(135)。
3.根据权利要求1的单片多波长激光元件，其中
所述电流阻止层(131)的厚度在0.05um到0.2um的范围内。
4.根据权利要求1的单片多波长激光元件，其中
所述绝缘层(132)的表面具有0到0.001范围内的O成分和/或N成分，和0.05um到0.2um的范围内的厚度。
5.根据权利要求1的单片多波长激光元件，其中
所述电流阻止层(131)由包含从GaAs、α-Si和Ge构成的组中选择的至少一种材料的半导体薄膜构成。
6.根据权利要求2的单片多波长激光元件，其中
所述内侧金属电极层(135)在激光束发射方向上覆盖了所述绝缘层的整个表面。
7.根据权利要求1的单片多波长激光元件，其中
所述绝缘层(132)是包含以从氧化硅、氮化硅以及氧化硅和氮化硅的混合物所构成的组中选择的至少一种材料作为材料的绝缘性电介质薄膜，并且所述绝缘性电介质薄膜的表面具有0到0.001范围内的O成分和/或N成分。
8.根据权利要求2的单片多波长激光元件，其中
所述内侧金属电极层(135)的材料包含Mo/Au合金和/或Ti/Al合金。
9.根据权利要求2的单片多波长激光元件，其中
所述外侧金属电极层(137)的材料包含Au。
10.根据权利要求1的单片多波长激光元件，其中
所述衬底(101)由包括GaAs的材料构成。
11.根据权利要求1的单片多波长激光元件，其中
所述衬底101具有从(001)晶面在[110]晶向上的5°到25°范围内的偏置角度。
12.一种制造根据权利要求1的单片多波长激光元件的方法，包括步骤：
形成所述电流阻止层(131)；和
在150°到400°范围内的成膜温度下形成所述绝缘层(132)。
13.根据权利要求12的制作单片多波长激光元件的方法，进一步包括步骤：
形成所述内侧金属电极层(135)，和
形成所述外侧金属电极层(137)。
14.根据权利要求12的制作单片多波长激光元件的方法，其中
形成所述绝缘层(132)的所述步骤包括在150°到250°的成膜温度下形成所述绝缘层(132)。
15.根据权利要求13的制作单片多波长激光元件的方法，其中
形成所述外侧金属电极层(137)的所述步骤包括用电解电镀的方法形成所述外侧金属电极层(137)的步骤。
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