CN1702929A - 半导体激光装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体激光装置，根据本发明的半导体激光装置，脊部(150)构成波导路，波导光沿脊部(150)被波导，该波导光的下部也存在于第一侧部(151)，但第二侧部(152)构成未达到所述波导光下面的区域。另一方面，由脊部(150)产生的散射光经由第一侧部(151)，在第二侧部(152)进行扩展，但在该第二侧部(152)上，由于在第一包层(108)上形成有成为光吸收体的光吸收层(127)，故散射光被吸收。通过由该第二侧部(152)吸收散射光，降低放射光的波动。另外，由于使光吸收层(127)与p侧欧姆电极(125)层电接触，故可避免向光吸收层(127)蓄积电荷的问题。

Description

半导体激光装置
技术领域
本发明涉及半导体激光装置，作为一例，涉及适用于向光盘写入数据及从光盘读取数据的光盘用半导体激光装置。
背景技术
目前，作为光盘用半导体激光装置，使用有端面射出型半导体激光装置。在光盘用半导体激光装置中，需要使用能够在光盘上得到良好的点状的激光，即能够得到良好的放射光形状的激光。
在光盘用激光中，存在不适于光盘用的不良的放射光形状，特别是放射光中产生波动的情况。该波动考虑为波导光被波导路部分散射并成为导致波导光和散射光重叠的原因。这种现象特别容易出现在即使将半导体激光装置高输出化也不会产生曲折地使波导路宽度WO缩窄的情况下。
参照从上面看到的波导路501的模式说明图即图14说明该机构。当波导光503和散射光505从分开距离Ls的位置射出时，波导光503的电场g(θ)和散射光的电场s(θ)的相位差在2π(Ls·sinθ)/λ的周期内变化。由此，由于相位增强的角度θ和减弱的角度θ周期地出现，故作为一例如图4中实线所示的特性C1，细的波动与水平放射光重叠。另外，图4中虚线所示的特性C2表示没有波动时的水平放射光分布。
发明内容
因此，本发明的课题提供一种半导体激光装置，可抑制放射光强度的分布形状的混乱。
为解决所述课题，本发明半导体激光装置的特征在于，包括：脊部，其依次层积下包层、活性层、第一上包层、第二上包层以及电极层；第一侧部，其配置于所述脊部的两外侧，同时依次层积所述下包层、所述活性层、所述第一上包层以及折射率比所述第一上包层小的埋入层；第二侧部，其配置于所述第一侧部的两外侧，同时依次层积所述下包层、所述活性层、所述第一上包层以及所述光吸收层，所述光吸收层和所述电极层电接触。
在该半导体激光装置中，上述脊部构成波导路，波导光沿所述脊部被波导。该导光波的下部也存在于所述第一侧部。另一方面，所述第二侧部构成所述波导光的下部未达到的区域。
从所述脊部产生的散射光经由第一侧部向第二侧部扩展，但由于在该第二侧部在第一上包层上形成作为光吸收体的光吸收层，故散射光被吸收。通过由该第二侧部吸收散射光来降低放射光的波动。
另外，由于金属或半导体等不能电绝缘的材料具有复折射率(n+ik)中的光吸收的项k比绝缘体等大的性质，故作为吸收散射光的光吸收体的材料适用。
作为一例，所述光吸收层在未与构成所述脊部的电极层接触时，所述光吸收层成为所谓的电漂移状态，故可能在光吸收层上蓄积不需要的电荷。由于向该光吸收层进行的电荷蓄积引起动作不稳定，或在极端的情况下放电导致绝缘破坏的情况，故最好固定成为光吸收层的导电性材料的电位。
在本发明中，由于使所述光吸收层与所述电极层电接触，故可避免向光吸收层蓄积电荷的问题。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述第二侧部在所述第一上包层和所述光吸收层之间具有绝缘层。
在该实施例的半导体激光装置中，在所述第二侧部，由于在第一上包层和光吸收层之间具有绝缘膜，故即使光吸收层构成避免形成漂移状态的结构，无效电流也可以通过光吸收层流动。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述第一侧部的所述活性层上端和所述埋入层下端之间的距离比所述第二侧部的所述活性层上端和所述光吸收层下端之间的距离长。
在该实施例的半导体激光装置中，第一侧部的第一上包层的厚度比第二侧部的第一上包层的厚度薄。即，第二侧部的光吸收层由于比第一侧部的埋入层更接近活性层，故可进一步抑制放射光波动。其理由是由于光吸收层越接近折射率高的活性层，散射光的光强度越强。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述光吸收层是由Ru、Os、Zr、Mo、W、Re、Zn、Fe、Sn、Ti、Cr、Sb、Ir、Mn、Pt、Pd中至少一种材料制造的金属层。
在该实施例的半导体激光装置中，光吸收层是由Ru(4.96+4.78i)、Os(3.81+1.75i)、Zr(3.80+6.05i)、Mo(3.74+3.58i)、W(3.70+2.94i)、Re(3.54+2.50i)、Zn(3.45+4.19i)、Fe(3.31+3.75i)、Sn(3.15+7.28i)、Ti(3.03+3.65i)、Cr(2.97+4.85i)、Sb(2.8+4.5i)、Ir(2.57+4.68i)、Mn(2.56+3.65i)、Pt(2.38+4.26i)、Pd(2.3+2.7i)中至少一种材料制造的金属层，例如，是所述金属的合金膜、多层膜。另外，所述元素符号括弧内的记载是应构成波长0.65μm的近波长的复折射率的文献值。
这些金属在半导体激光的发光波长，特别是红色等可见光中具有吸收效果，另外，即使在半导体上形成，也难以带来不良影响。光吸收效果在折射率n大且随着吸收系数的增高而增大。光吸收层材料的选定也应该考虑除光吸收效果之外的材料的成形难易度、稳定性以及资源量等。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述光吸收层由Ge、Si、SixGe1-x(0≤x≤1)，GaAs、InGaAs、AlGaAs、InP、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤0.5)、InGaAs中任一种材料制造。
在该实施例的半导体激光装置中，光吸收层由Ge(4.66+1.65i)、Si(4.23+0.57i)、SixGe1-x(0≤x≤1)，GaAs(3.817+0.173i)、InGaAs、AlGaAs、InP、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤0.5)、InGaAsP中任一种材料制造。
另外，在记载于所述括弧内的复数是应构成波长0.65μm的近波长的复折射率的文献值。这些材料在电气上是半导体，但在光学上带隙能量比相当于激光的振荡波长的能量(波长)小，因此，对光来说作为与金属相同的吸收体动作。另外，通常这些半导体比金属的导电性小，还可进行导电型控制，因此，可容易地抑制无效电流。另外，这些半导体即使在半导体激光结构上形成，也难以带来不良影响。
在一实施例的半导体激光装置中，所述第一侧部的宽度为1μm～5μm。
在该实施例的半导体激光装置中，第一侧部的宽度大于或等于1μm并且小于或等于5μm。若第一侧部的宽度小于或等于5μm，则放射光波动被抑制在小于或等于80％；若第一侧部区域的宽度大于或等于1μm，则可将波导光的吸收损失增大抑制在小于或等于1cm-1。
在一实施例的半导体激光装置中，所述第一侧部中光射出端面附近以外的宽度为1μm～5μm，所述光射出端面的宽度比所述光射出端面附近以外的宽度小。
在该实施例的半导体激光装置中，第一侧部的宽度在光射出端面附近缩窄。由此，配置于第一侧部两外侧的第二侧部在光射出端面附近比光射出端面附近之外更近接构成波导路的脊部。因此，在光射出端面附近以外，可抑制第二侧部的光吸收层造成的波导损失的增大，同时，在光射出端面附近可利用第二侧部的光吸收层有效地吸收成为放射光波动原因的散射光。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述第一侧部在光射出端面宽度大致为零。
在该实施例的半导体激光装置中，在光射出端面附近形成窗部时，可将该窗部的波导损失抑制在0.1cm1程度，同时，可有效地吸收成为放射光波动原因的散射光。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述光吸收层的厚度大于或等于5nm。
在该实施例的半导体激光装置中，由于光吸收层的厚度大于或等于5nm，故与光吸收层的厚度十分厚的情况相比，可至少得到大于或等于二分之一的光吸收效果。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述绝缘层的厚度小于或等于20nm。
在该实施例的半导体激光装置中，第二侧部具有的绝缘层的厚度小于或等于20nm。若该绝缘层的厚度小于或等于20nm，则与没有光吸收效果强的绝缘层的情况相比，可得到大于或等于二分之一的光吸收效果。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述光吸收层是与所述第一上包层的导电型不同的导电型。
在该实施例的半导体激光装置中，由于所述光吸收层是和所述第一上包层的导电型不同的导电型，故可通过光吸收层抑制无效电流流过。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述光吸收层包括：第一光吸收层，其由Ge、Si、SixGe1-x(0≤x≤1)，GaAs、InGaAs、AlGaAs、InP、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤0.5)、InGaAs中任一种材料制造；第二光吸收层，其形成在所述第一光吸收层上并且由Ru、Os、Zr、Mo、W、Re、Zn、Fe、Sn、Ti、Cr、Sb、Ir、Mn、Pt、Pd中至少一种材料制造。
在该实施例的半导体激光装置中，在利用所述半导体材料制造的第一光吸收层上具有形成利用所述金属材料制造的第二光吸收层的光吸收层。根据该半导体激光装置，通过将由光吸收效果大的金属材料制造的第二光吸收层和由在阻止无效电流上具有光吸收效果的半导体材料制造的第一光吸收层组合使用，可不产生无效电流，降低波动。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述下包层、所述活性层、所述第一上包层、所述第二上包层分别由(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤1)构成。
在该实施例的半导体激光装置中，作为一例，可实现适用于DVD(数字万用盘)等用途的红色半导体激光装置。
另外，在一实施例的半导体激光装置中，所述活性层含有量子阱，在光射出端面附近形成有将所述活性层混晶化的窗区域。
在该实施例的半导体激光装置中，活性层具有量子阱，通过在光射出端面附近形成有将所述活性层混晶化的窗区域，抑制形成窗区域所产生的散射光，谋求放射光波动的降低。
根据本发明的半导体激光装置，脊部构成波导路，波导光沿所述脊部被波导，该波导光的下部也存在于第一侧部，但第二侧部构成未达到所述波导光下部的区域。
另一方面，由所述脊部产生的散射光经由第一侧部在第二侧部上进行扩展，但在该第二侧部上，由于在第一包层上形成有成为光吸收体的光吸收层，故散射光被吸收。通过由该第二侧部吸收散射光，降低放射光的波动。
另外，在该发明中，由于使所述光吸收层与所述电极层电接触，故可避免向光吸收层蓄积电荷的问题。
因此，根据本发明的半导体激光装置，即使在进行高输出动作时，也不会产生曲折，可射出具有波动少的良好放射光特性的激光。因此，本发明的半导体激光装置中，在作为光盘使用的情况下，聚光特性优良，写入、读取错误少，适用于使用放射光的一部分进行光输出控制的动作。
附图说明
本发明根据以下详细的说明和附图更完全地理解，详细的说明和图面仅作为例证说明，不限定本发明。
图1是表示本发明第一实施例的半导体激光装置的剖面图；
图2是表示上述第一实施例的半导体激光装置的上面图；
图3是表示上述第一实施例的半导体激光装置的水平放射光的光强度分布的图；
图4是表示上述第一实施例的半导体激光装置的比较例的水平放射光波动的图；
图5是表示在上述第一实施例的半导体激光装置中，改变光吸收层127的折射率时的降低波动效果的第二侧部的损失变化的图；
图6是表示上述第一实施例的半导体激光装置的光吸收层127的厚度与降低波动效果的第二侧部的损失的关系的图；
图7是表示上述第一实施例的半导体激光装置的第一侧部的宽度W1与水平放射光的波动的关系的图；
图8是表示上述第一实施例的半导体激光装置的第一侧部的宽度W1与波导光损失的关系的图；
图9是表示本发明第二实施例的半导体激光装置的上面图；
图10是表示上述第二实施例的半导体激光装置的剖面图；
图11是表示上述第二实施例的半导体激光装置的绝缘层226的厚度与降低波动效果的第二侧部的损失的关系的图；
图12是表示本发明第三实施例的半导体激光装置的剖面图；
图13是表示上述第三实施例的半导体激光装置的上面图；
图14是说明现有半导体激光装置的放射光波动产生的原理的图。
具体实施方式
下面，通过图示的实施形态详细说明本发明。另外，在附图中，相同的参照符号表示相同的部分或相当的部分。在该明细书中，将(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤1)略记为AlGaInP，将GazIn1-zP(0≤z≤1)略记为GaInP，将AlrGa1-rAs(0≤r≤1)略记为AlGaAs。
第一实施例
图1表示本发明半导体激光装置的第一实施例的模式的剖面，图2表示该第一实施例的模式的上面。图1的模式剖面图表示沿图2的A-A线的剖面。
如图1所示，该第一实施例的半导体激光装置具有脊部150、位于该脊部150两外侧的第一侧部151和位于该第一侧部151两外侧的第二侧部152。该脊部150的脊下部宽度W0作为一例为1.6μm，第一侧部151的宽度W1作为一例为2.5μm。
另外，上述脊部150、第一侧部151、第二侧部152分别具有形成于n型GaAs衬底100上的半导体层积结构部170。
另外，在该半导体激光装置中，在图1中由符号160表示的区域160所示的范围分布波导光。该波导光分布区域160的横宽被上述脊下部宽度W0限定。另外，上述宽度W1的第一侧部151的第二侧部152侧的一端设于未达到波导光下部的位置。
上述半导体层积结构部170在n型GaAs衬底100上形成。该半导体层积结构部170如下形成：在n型GaAs衬底100上依次层积n型GaAs缓冲层101、n型Ga0.5In0.5P缓冲层102、厚度2.0μm的n型(Al0.67Ga0.33)0.5In0.5P第一下包层103、厚度0.2μm的n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二下包层104、厚度0.05μm的未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P下导向层105、含有量子阱层的未掺杂活性层106、厚度0.05μm的未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P上导向层107、厚度0.24μm的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层108、厚度0.01μm的p型Ga0.7In0.3P蚀刻停止层109。
在此，上述活性层106如下构成：从n型第二下包层104侧依次层积厚度6nm的Ga0.5In0.5P量子阱层、厚度5nm的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P势垒层、厚度6nm的Ga0.5In0.5P量子阱层、厚度5nm的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P势垒层、厚度6nm的Ga0.5In0.5P量子阱层。
另外，上述第二侧部152具有由形成于蚀刻停止层109上的Mo构成的厚度150nm的光吸收层127，在该光吸收层127上形成有由Au构成的厚度2μm的p侧电极128。利用该第二侧部152的结构，光吸收层127的电位被p侧电极128固定，因此，可避免漂移造成的电位不稳定及绝缘破坏的问题。
第一侧部151具有由形成于蚀刻停止层109上的厚度0.2μm的SiO2构成的埋入层115，在该埋入层115上依次形成有光吸收层127和p侧电极128。
另外，上述脊部150具有从蚀刻停止层109表面的一部分向上方突出的厚度1.2μm的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二上包层110。该脊部150在第二上包层110上依次形成厚度0.05μm的p型Ga0.5In0.5P中间带隙层111、厚度0.5μm的p型GaAs间隙层112、p侧AuZn欧姆电极125、光吸收层127以及p侧电极128。
在上部第二侧部152上，尽管位于蚀刻停止层109上的光吸收层127是形成于作为半导体膜的蚀刻停止层109上的金属层，但不能得到所谓的欧姆接触。因此，几乎不会从光吸收层127向半导体层积结构170侧流入电流。
另一方面，由于在脊部150的间隙层112上形成有用于得到欧姆接触的p侧欧姆电极125，故在脊部150上流过电流。
在n型GaAs衬底100上，在和层积有半导体层积结构部170的一侧的面相反侧的面上形成有n侧电极120。该n侧电极120通过在n型衬底100上依次层积AuGe层、Ni层、Mo层及Au层而形成。
如图2所示，在垂直于n型GaAs衬底100表面的前光射出端面155上形成有前面反射膜157，在后光射出端面156上形成有后面反射膜158。前面反射膜157是Al2O3层，反射率为8％。另外，后光射出端面156上的后面反射膜158通过从前光射出端面155侧依次层积Al2O3层、Si层、Al2O3层、Si层、Al2O3层而形成。该后面反射膜158的反射率为90％。
另外，该第一实施例的半导体激光装置的共振器长度Ll为1300μm。从光射出端面155、156在长度L2＝15μm的区域分别形成窗区域131、132。在形成该窗区域131、132时，通过使波导特性在窗区域131、132及其之外变化，产生成为波动原因的散射光，但在该实施例中，由于可抑制波动，故不牺牲放射光形状，可采用适用于高输出动作的窗结构。
该实施例的半导体激光装置如下制造。即，在图1中，在n型GaAs衬底100上依次形成n型GaAs缓冲层101、n型Ga0.5In0.5P缓冲层102、n型(Al0.67Ga0.33)0.5In0.5P第一下包层103、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二下包层104、未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P下导向层105、含有量子阱层的未掺杂活性层106、未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P上导向层107、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层108、p型Ga0.7In0.3P蚀刻停止层109、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二上包层110、p型Ga0.5In0.5P中间带隙层111、p型GaAs间隙层112。
其次，在对应图2所示的窗区域131、132的部分的p型GaAs间隙层112上形成ZnO膜和SiO2膜(都未图示)，通过在高温下保持，在上部形成将活性层106及蚀刻停止层109混晶化的窗区域131和132。然后，除去上述ZnO膜和SiO2膜(都未图示)。
其次，在成为脊部150的区域的上部通过光刻法形成SiO2膜(未图示)，利用干式蚀刻{ICP法(Inductive Coupled Plasma感应耦合等离子体)或RIBE(Reactive Ion Beam Etching反应性离子束蚀刻)法等}蚀刻到p型GaAs间隙层112、p型中间带隙层111及p型第二上包层110的中间。进而，利用在蚀刻停止层109停止的湿式蚀刻剂(磷酸或盐酸)蚀刻成为第一侧部152和第二侧部152的区域的第二上包层110。然后，在整个面上形成由SiO2构成的埋入膜115。
其次，除去窗区域131、132以外的脊部150的p型间隙层112上的埋入层115，形成p侧欧姆电极125，除去成为第二侧部152的区域的埋入层115，在整个面上形成光吸收层127及p侧电极128。然后，如图2所示，劈开晶片，在得到的光射出端面155、156上分别形成反射膜157、158。
另外，在窗区域131、132上，由于在p型GaAs间隙层112上形成有埋入层115(未图示)，故防止无效电流在窗区域131、132流动。
该第一实施例的半导体激光装置的代表装置的水平放射光分布形状在图3中由实线C0表示。另一方面，除不具有图1所示的光吸收层127之外，在图4中由实线C1表示与该第一实施例相同结构的比较例的半导体激光装置的水平放射光分布形状。另外，在图3、图4中，虚线C2是设想为完全不波动时的水平放射光分布形状。在上述比较例中，如图4所示，波动值约为13％，而在该实施例中，由于具有光吸收层127，故如图3所示，波动值为4％。后面在图7的说明中叙述该波动值的定义。
这样，在该实施例中，由于如下理由波动减少。如图1所示，从波导光分布区域160分离的散射光的分布区域161在上部与光吸收层127接触，由该光吸收层127吸收散射光。由此，由于散射光的强度衰减，故在光射出端的散射光强度被抑制得较低。
在该实施例的半导体激光装置的代表装置中，光输出脉冲到280mW，自由曲折，且垂直放射角为15°。另外，水平放射角在输出CW(连续振荡驱动)3mW时为9°，在输出CW100mW时为11°。另外，振荡波长为658nm，阈值电流为50mA，阈值电流的特性温度为120K，微分量子效率为1.1W/A，在70℃时，可以以光输出240mW(脉冲宽度50ns、效率50％)动作3000小时以上。
另外，作为成为光吸收体的光吸收层127，除Mo之外，可使用记载于发明内容部分的各金属或各半导体。
其次，图5表示通过改变材料的实折射率(复折射率的实部)计算与光吸收效果有关的在第二侧部152的损失如何改变的结果。但是，在该计算中，复折射率的虚部一定。实际上是复折射率的虚部越大，光吸收效果越大。因此，不都需要该计算的大于和等于某一定值的折射率，但可知该计算得到的折射率越大，光吸收效果越高。在图5所示的计算例中，最好使用大于或等于Mo的折射率的一半程度即大于或等于折射率2的材料。
其次，图6表示用于求出光吸收层127最适合的厚度的计算结果。如图6所示，光吸收层127在非常厚时，损失为50cm-1程度。若光吸收层127的厚度大于和等于5nm，则可知具有大于或等于光吸收层127十分厚时的一半的损失。另外，光吸收层127的厚度在15nm～100nm时，光的干涉效果造成的损失最大。
其次，对第一侧部151的宽度W1进行最优化计算。在该计算中，作为波动值，是没有波动时的水平放射光与有波动时的差的绝对值的和除以没有波动时的面积(射出面)的值。该计算结果如图7所示，波动值在小于或等于9μm时第一侧部151的宽度W1减少，但特别在宽度W1小于或等于5μm时效果明显地显现，在宽度W1小于或等于3.5时波动值减半。
另一方面，如图8所示，波导光损失的值在宽度W1大于或等于4μm时，减小到1cm-1程度，而在宽度W1为1μm时，增加至2cm-1左右，在宽度W1为0.5μm时，增大到非常大的3.5cm-1。
因此，第一侧部151的宽度W1的值优选1μm～5μm，更理想的是1.5μm～5μm，最理想的是2μm～3.5μm。
另外，在图1中，脊部150的脊侧面相对于衬底面垂直，但实际上脊侧面通常相对于衬底面稍微倾斜。此时，脊部150的宽度W0定义为第二上包层110与蚀刻停止层109接触的部分的宽度。另外，第一侧部151的宽度W1定义为埋入层115与蚀刻停止层109接触的部分的宽度。第二侧部152定义为光吸收层127与蚀刻停止层109或上包层108接触的区域。
第二实施例
其次，图9表示本发明半导体激光装置的第二实施例的模式的上面图，图10表示上述第二实施例的模式的剖面。该图10是沿图9的线A-A的剖面图。
如图10所示，该第二实施例的半导体激光装置具有脊部250、第一侧部251、第二侧部252和第三侧部253。另外，如图9所示，由前光射出端面255和后光射出端面256分别在长度L2＝15μm的范围形成窗区域231、232。如图9所示，上述第二侧部252在前光射出端面255附近相对于脊部250极其近接，作为一例其距离约为1μm，这里的第一侧部251的宽度W1’例如为1μm程度。
另一方面，在从前光射出端面255分开尺寸大于或等于L3＝50μm的内部，将第一侧部251的宽度W1设为2.5μm。由此，可不增大光吸收损失，在前光射出端面255附近特别有效地除去成为放射光波动原因的散射。
如图10所示，在该第二实施例的半导体激光装置中，脊部250、第一侧部251、第二侧部252和第三侧部253分别具有形成于n型GaAs衬底200上的半导体层积结构部270。
进一步详细说明，半导体层积结构部270的构成如下：在n型GaAs衬底200上依次形成n型GaAs缓冲层201、n型Ga0.5In0.5P缓冲层202、厚度2.0μm的n型(Al0.67Ga0.33)0.5In0.5P第一下包层203、厚度0.2μm的n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二下包层204、厚度0.05μm的未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P下导向层205、含有量子阱层的未掺杂活性层206、未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P上导向层207。
而且，在上述第二侧部252上，在上述半导体层积结构部270上形成有p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层208(厚度0.08μm)、Si3N4绝缘层226(厚度2nm)、Ti光吸收层227(厚度0.2μm)、由Au构成的p侧电极228(厚度3μm)。在该实施例中，从第二侧部252的活性层206上端到光吸收层227下端的距离H2为0.132μm。
另外，在第一侧部251上，在半导体层积结构部270上形成有p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层208(厚度0.27μm)、p型Ga0.7In0.3P蚀刻停止层209(厚度0.01μm)、Si3N4埋入层215、p型电极228。在该实施例中，从第一侧部251的活性层206上端到埋入层215下端的距离H1为0.33μm。另外，第三侧部253是与第一侧部251相同的层结构。
在脊部250上，在半导体层积结构部270上依次形成有厚度0.27μm的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层208、从厚度0.01μm的p型Ga0.7In0.3P蚀刻停止层209表面局部向上方突出的厚度1.2μm的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二上包层210、厚度0.05μm的p型Ga0.5In0.5P中间带隙层211、厚度0.5μm的p型GaAs间隙层212、p侧AuZn欧姆电极225、p侧电极228。
在n型GaAs衬底200上，在与层积有半导体层积结构部270的一侧相反的面上形成有n侧电极220。
如图9所示，在与n型GaAs衬底200表面垂直的光射出端面255、256上分别形成有前面反射膜257及后面反射膜258。
在该第二实施例中，活性层206的结构与第一实施例的活性层106相同，n侧电极220的结构与n侧电极120相同。另外，前面反射膜257的结构与第一实施例的前面反射膜157相同，后面反射膜258的结构与图1的后面反射膜158相同。
该第二实施例的半导体激光装置的制造如下。首先，在n型GaAs衬底200上依次形成n型GaAs缓冲层201、n型Ga0.5In0.5P缓冲层202、n型(Al0.67Ga0.33)0.5In0.5P第一下包层203、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二下包层204、未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P下导向层205、含有量子阱层的未掺杂活性层206、未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P上导向层207、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层208、p型Ga0.7In0.3P蚀刻停止层209、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二上包层210、p型Ga0.5In0.5P中间带隙层211、p型GaAs间隙层212。
其次，如图9所示，在与前后的光射出端面255、256相距尺寸L2＝15μm的成为窗区域231、232的区域上的间隙层212上形成ZnO膜和SiO2膜(都未图示)，并通过在高温下保持，形成将活性层206及蚀刻停止层209混晶化的窗区域231、232。
其次，利用光刻法在脊部250的上部形成SiO2膜(未图示)，利用干式蚀刻进行蚀刻，以使第二上包层210与第一、第二及第三侧部251、252、253都稍稍残留，然后，由在蚀刻停止层209停止的湿式蚀刻剂(磷酸或盐酸)蚀刻到蚀刻停止层209。然后，在整个面上形成埋入层215，除去成为脊部250及第二侧部252的区域的不需要的埋入层215。
另外，对成为第二侧部252的区域，蚀刻蚀刻停止层209及第一上包层208的一部分。由此，缩短从第二侧部252的活性层206上端到光吸收层227下端的距离H2，使其比从第一侧部251的活性层206上端到埋入层215下端的距离H1短。
在整个面上形成绝缘层226及光吸收层227后，对在第二侧部252以外形成的绝缘层226及光吸收层227利用蚀刻进行除去。
然后，在脊部250上形成p侧欧姆电极225。进而在p侧表面整个面上形成p侧电极228。另一方面，在衬底侧形成n侧电极220。
然后，劈开晶片，在得到的光射出端面225、226上分别形成反射膜257、258。另外，在窗区域231、232上，在p型GaAs间隙层212上形成有埋入层215(未图示)。因此，防止在窗区域231、232上流过无效电流。
可以在第二侧部252上完全除去第一上包层208。此时，从第二侧部252的活性层206上端到光吸收层227下端的距离H2为将上导向层207的厚度与绝缘层226的厚度相加的值(H2＝上导向层207的厚度+绝缘层226的厚度)。此时，由于未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P上导向层207设为比第一上包层208低的低混晶比，故在该上导向层207上，腐蚀率大幅降低，上导向层207几乎未被蚀刻，距离H2稳定。
另外，在该第二实施例中，使用Ti作为光吸收层227，但也可以使用记载于发明内容部分中的其它金属或半导体。另外，在该第二实施例中，由于在蚀刻第二侧部252的第一上包层208的基础上形成光吸收层227，故与上述的第一实施例相比，光吸收效果增大，放射光的波动进一步降低。另外，在该第二实施例中，在绝缘层226上形成有光吸收层227，即使在芯片的两侧面也不露出光吸收层227地设置第三侧部253，因此，在半导体膜上直接形成光吸收层227的同时可确实地防止泄漏电流。
在即使直接在蚀刻停止层209上形成光吸收层227也不产生无效电流的情况下不一定必须要绝缘层226，但通过设置绝缘层226，无效电流的产生可能减少。
图11表示计算相对于绝缘层226厚度的第二侧部252的损失的依赖性的结果。如图11所示，若绝缘层226的厚度小于或等于20nm，则光吸收层227的效果引起的在第二侧部252的损失量最好大于或等于没有绝缘层226时的一半。另外，若绝缘层226的厚度小于或等于10nm，则由于成为大于或等于没有绝缘层时的75％的损失，故是理想的；若绝缘层226的厚度小于或等于5nm，则由于成为大于或等于没有绝缘层时的89％的损失，则更加理想。
另外，在该实施例中，将在图9所示的前光射出端面255的第一侧部251的宽度W1’设为1μm，但在窗区域231上，上述宽度W1’＝0μm，通过取消第二侧部252，更有效地抑制波动。此时，波导光的损失为在第二侧部252的损失约50cm-1和在脊部250的损失0.3cm-1的加权平均，为8.7cm-1。因此，仅在窗区域231的损失为将长度比L2/L1(＝15μm/1300μm)与8.7cm-1相乘的结果，为0.1cm-1这样小的值。
第三实施例
其次，图12表示本发明半导体激光装置的第三实施例的模式的剖面。
该第三实施例的半导体激光装 置具有脊部350、配置于该脊部350两外侧的第一侧部351、配置于该第一侧部351两外侧的第二侧部352。
在上述脊部350、第一侧部351和第二侧部352上，在n型GaAs衬底300上分别形成有半导体层积结构部370。
在该半导体层积结构部370中，在n型GaAs衬底300上依次形成与图1的各层101～107相同结构的n型GaAs缓冲层301～未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P上导向层307。
另外，在上述第二侧部352上，在半导体层积结构部370上形成有厚度0.08μm的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层308、由厚度0.2μm的非晶体Si构成的光吸收层327、p侧电极328。从该第二侧部352的活性层306上端到光吸收层327下端的距离H2为0.13μm。
在第一侧部351上，在半导体层积结构部370上形成有厚度0.27μm的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层308、厚度0.01μm的p型Ga0.7In0.3P蚀刻停止层309、Si3N4埋入层315、p侧电极328。从该第一侧部351的活性层306上端到埋入层315下端的距离H1为0.33μm。
在上述脊部350上，在半导体层积结构部370上依次形成有厚度0.27μm的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层308、从厚度0.01μm的p型Ga0.7In0.3P蚀刻停止层309表面的局部向上方突出的厚度1.2μm的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二上包层310、厚度0.05μm的p型Ga0.5In0.5P中间带隙层311、厚度0.5μm的p型GaAs间隙层312、p侧欧姆电极325、p侧电极328。
在n型GaAs衬底300上，在与层积有半导体层积结构部370的一侧相反侧的面上形成有n侧电极330。
在此，埋入层315的结构与图1所示的由SiO2构成的埋入层115相同，活性层306的结构与图1所示的含有量子阱层的未掺杂活性层106相同。另外，p侧欧姆电极325的结构与图1所示的p侧欧姆电极125相同，p侧电极328的结构与p侧电极128相同，n侧电极320的结构与n侧电极120相同。
该第三实施例的半导体激光装置的制造如下。首先，在n型GaAs衬底300上依次形成n型GaAs缓冲层301、n型Ga0.5In0.5P缓冲层302、n型(Al0.67Ga0.33)0.5In0.5P第一下包层303、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二下包层304、未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P下导向层305、含有量子阱层的未掺杂活性层306、未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P上导向层307、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一上包层308、p型Ga0.7In0.3P蚀刻停止层309、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二上包层310、p型Ga0.5In0.5P中间带隙层311、p型GaAs间隙层312。
其次，如模式上面图即图13所示，在成为窗区域331、窗区域332的区域，即从前后的光射出端面355、356向长方向延伸尺寸L2(＝5μm)的区域上的p型GaAs间隙层312上形成ZnO膜和SiO2膜(都未图示)，并将其在高温下保持。由此，形成将活性层306及蚀刻停止层309混晶化的窗区域331、332。
其次，利用光刻法在形成脊部350的区域上部形成SiO2膜(未图示)，利用干式蚀刻进行蚀刻以在第一、第二侧部351、352的区域稍稍残留第二上包层310稍稍残留。然后，由在蚀刻停止层309停止的湿式蚀刻剂(磷酸或盐酸)蚀刻到蚀刻停止层309。
其次，在整个面上形成埋入层315。然后，对成为第二侧部352的区域，蚀刻埋入层315、蚀刻停止层309及上包层308的一部分。由此，减小成为第二侧部352的区域的距离H2，使其比第一侧部351的距离H1小。该距离H2是从未掺杂活性层306上端到光吸收层327下端的距离。另外，距离H1是从未掺杂活性层306上端到埋入层315下端的距离。
在蚀刻第一上包层308的面上形成光吸收层327后，蚀刻除去在成为第二侧部352的区域之外形成的光吸收层327。然后，在除去成为脊部350的区域上的埋入层315的基础上，形成p侧欧姆电极325。进而在p侧的整个表面上形成p侧电极328。在衬底300侧形成n侧电极320。
然后，劈开晶片，在得到的光射出端面355、356上分别形成反射膜357、358。另外，在窗区域331、332上，在p型GaAs间隙层312上形成有埋入层315(未图示)，故防止在各窗区域331、332上流过无效电流。
也可以在第二侧部352上完全除去第一上包层308。此时，在第二侧部352上，上述距离H2＝上导向层307的厚度。此时，由于未掺杂(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P上导向层307设为比第一上包层310低的低混晶比，故在该上导向层307上，蚀刻率大幅降低，上导向层307几乎未被蚀刻，厚度稳定。
另外，作为光吸收层327，使用利用PCVD法形成的非晶体Si，但也可以使用Ge、SixGe1-x(0≤x≤1)，GaAs、InGaAs、AlGaAs、InP、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤0.5)、InGaAsP的半导体。
在该第三实施例中，由于光吸收层327是半导体，故即使未设置绝缘层，与第一实施例相比，也不容易产生无效电流，但最好进行光吸收层327的导电型不成为p型的掺杂。
作为将光吸收层327设定得较薄的半导体层(例如小于或等于5nm)，通过在其上形成由金属构成的又一光吸收层，可提高光吸收效果，进一步降低波动。
另外，在上述第一、第二、第三实施例中，蚀刻停止层、第一蚀刻停止层、第二蚀刻停止层形成为了抑制光的吸收而增加晶格失真的单一的层，但可利用由量子阱和势垒层构成的多个层构成。此时，上述晶格失真可减弱或完全没有。另外，在上述实施例中，蚀刻停止层、第一蚀刻停止层、第二蚀刻停止层构成不含有Al的GaInP，但也可以为含有Al的AlGaInP，此时，可减弱上述晶格失真。
另外，在上述实施形态中，设置了多个含于活性层的量子阱层，但也可以单一地设置量子阱层。另外，在上述实施例中，导向层和势垒层的混晶比相同，但也可以使导向层和势垒层的混晶比不同。
在上述实施例中，作为n型第一包层、n型第二包层的掺杂质，可使用Si或Se。
在上述实施例中，作为p型第一上包层、p型第二上包层、p型GaAs间隙层的掺杂质，可使用Be、Mg或Zn等。在使用Be作为上述掺杂质时，通常使用MBE(Molecular Beam Epitaxy分子束外延)法形成化合物半导体各层，在使用Mg或Zn作为上述掺杂质时，通常使用MOCVD(MetalorganicChemical Vapor Deposition金属有机物化学气相沉积)法形成化合物半导体各层。
在上述实施例中，作为埋入层，通过形成在n型AlInP、n型GaAs、或n型AlInP上设置n型GaAs的层等的半导体电流阻止层代替形成氧化硅膜、氮化硅膜等电解质膜，可谋求热膨胀率差的降低，即使采用工艺中的热处理，也能够不容易产生特性恶化。
在上述实施例中，作为窗区域形成方法，使用使Zn等II族原子扩散，II族原子促进GaAs中的Ga、AlGaInP中的Al、Ga或In的扩散的所谓IILD法(Impurity Induced Layer Disordering杂质诱导层无序)。此时，作为扩散源，可以是含有ZnO之外的Zn的层或含有Zn之外的Be、Mg、Cd等的扩散源。另外，作为窗区域的形成方法，可以使用在窗区域上形成SiO2层等电介质层，利用加热时的V族原子(As、P等)空穴的扩散的IFVD法(ImpurityFree Vacancy Disordering无杂质空位无序)法。
在上述实施例中，作为下包层、活性层及上包层，使用AlGaInP或GaInP的由一般式表示的半导体层，但也可以使用AlGaAs或GaAs的由一般式表示的半导体层。另外，在上述实施例中，作为下包层、活性层及上包层，使用AlGaInP或GaInP的由一般式表示的半导体层，但也可以使用AlGaInN或GaN的由一般式表示的半导体层。在上述实施例中，作为下包层、活性层及上包层，使用AlGaInP或GaInP的由一般式表示的半导体层，但也可以使用AlGaAs或InGaAs的由一般式表示的半导体层。
另外，上述的实施例以全部技术方案进行了示例，并不进行限定。本发明的范围不限于上述的说明，而由权利要求的范围表示，且含有与权利要求的范围均等的意思及范围内的全部变更。
产业上的可利用性
根据本发明的半导体激光装置，由于能够抑制激光放射光形状的波动的产生，故能够提供一种水平放射光分布接近高斯分布并且作为光盘用的利用效率优良的半导体激光装置。由此，由于可不降低激光的利用效率，实现简单结构的光盘用拾取器，故可实现光拾取器的小型轻量化和高速存取。
本发明如上记载，但本发明可利用多种方法进行变更。这样的改变从本发明的精神和范围脱离的技术不能看到，而从业者所明了的改良可理解为全部包含于本发明的框架范围内。

Claims (14)

1、一种半体激光装置，其特征在于，包括：脊部，其依次层积下包层、活性层、第一上包层、第二上包层以及电极层；第一侧部，其配置于所述脊部的两外侧，同时，依次层积所述下包层、所述活性层、所述第一上包层以及折射率比所述第一上包层小的埋入层；第二侧部，其配置于所述第一侧部的两外侧，同时，依次层积所述下包层、所述活性层、所述第一上包层以及所述光吸收层，所述光吸收层与所述电极层电接触。
2、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述第二侧部在所述第一上包层和所述光吸收层之间具有绝缘层。
3、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述第一侧部的所述活性层上端和所述埋入层下端之间的距离比所述第二侧部的所述活性层上端和所述光吸收层下端之间的距离长。
4、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述光吸收层是由Ru、Os、Zr、Mo、W、Re、Zn、Fe、Sn、Ti、Cr、Sb、Ir、Mn、Pt、Pd中至少一种制造的金属层。
5、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述光吸收层由Ge、Si、SiXGe1-X(0≤x≤1)，GaAs、InGaAs、AlGaAs、InP、(AlXGa1-X)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤0.5)、InGaAs中任一种制造。
6、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述第一侧部的宽度为1μm～5μm。
7、如权利要求6所述的半导体激光装置，其特征在于，所述第一侧部中，光射出端面附近以外的宽度为1μm～5μm，所述光射出端面的宽度比所述光射出端面附近以外的宽度小。
8、如权利要求7所述的半导体激光装置，其特征在于，所述第一侧部在光射出端面宽度大致为零。
9、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述光吸收层的厚度大于或等于5nm。
10、如权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于，所述绝缘层的厚度小于或等于20nm。
11、如权利要求5所述的半导体激光装置，其特征在于，所述光吸收层是与所述第一上包层的导电型不同的导电型。
12、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述光吸收层包括：第一光吸收层，其由Ge、Si、SiXGe1-X(0≤x≤1)、GaAs、InGaAs、AlGaAs、InP、(AlXGa1-X)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤0.5)、InGaAs中任一种制造；第二光吸收层，其由Ru、Os、Zr、Mo、W、Re、Zn、Fe、Sn、Ti、Cr、Sb、Ir、Mn、Pt、Pd中至少一种制造。
13、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述下包层、所述活性层、所述第一上包层、所述第二上包层分别由(AlXGa1-X)yIn1-yP(0≤x≤1、0≤y≤1)构成。
14、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，所述活性层具有量子阱，在光射出端面附近形成有将所述活性层混晶化的窗区域。
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