CN1901302A - 半导体激光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体激光装置及其制造方法，特别是，在二波长激光装置等的单片集成激光装置中，根据1次的杂质扩散工序，在活性层的发射边缘面附近区域分别形成良好的窗口区。其包括：发出第1波长激光的第1元件和发出第2波长激光的第2元件，该第1元件由第一导电型的第1覆层101、位于发射边缘面附近具有第1窗口区的第1活性层102、和第二导电型的第1覆层103在衬底上从下依次层积形成，该第2元件由第一导电型的第2覆层104、位于发射边缘面附近具有第2窗口区的第2活性层105、和第二导电型的第2覆层106在衬底上从下依次层积形成；第二导电型的第1覆层103的晶格常数及第二导电型的第2覆层106的晶格常数是被调整的常数，以使得在第1活性层102的第1窗口区中所含的杂质的扩散速度、和在第2活性层105的第2窗口区中所含的杂质的扩散速度的差异获得补偿。

Description

半导体激光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体激光装置，特别是涉及、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、CD-ROM、DVD-Video、CD-DA及VCD等的光盘装置、信息处理、光通信、和光测量等所用的半导体激光装置及其制造方法。
背景技术
半导体激光装置被用来作为光盘装置的读写用光源、以及作为光信息处理、光通信、和光测量的光源。譬如，作为为了对DVD-RAM进行读入或写入的读写用光源，使用波长650nm左右的AlGaInP系的红色激光。同时，譬如，作为为了对CD-R进行读入或写入的读写用光源，使用波长780nm左右的AlGaAs系红外激光。
为了对应DVD-RAM和CD-R的双方，1个驱动器必须有红色激光和红外激光两者，因此，一般受到广泛使用的驱动器是具有DVD用的光集成元件和CD用的光集成元件的两者。然而，近几年，由于对驱动器的小型化及低成本化、以及光学系装配工序的简化等的要求，因此要求具备了能够对应DVD-RAM和CD-R双方的1个光集成元件的驱动器。
因此，近几年来，在一个衬底上由波长650nm左右的AlGaInP系的红色激光及波长780nm左右的AlGaAs系的红外激光所集成形成的二波长激光装置持续的受到实用化(譬如参考专利文献1)。通过利用二波长激光装置来作为读写用光源，能够实现在1个光集成元件上具备了DVD/CD两用的激光的光盘装置。
同时，在对DVD-RAM及CD-R等的数据写入时，要求着半导体激光装置的高输出化。
然而，半导体激光装置中，由于在活性层的发射边缘面的附近区域中形成界面准位，因此促进了载波(carrier)的非发光再结合。因此，在活性层的发射边缘面的附近区域，由于吸收了半导体激光装置内所发生的激光的光，产生了因发热造成的温度上升。
随着光输出密度的增加，在活性层的发射边缘面的附近区域，吸收更多的激光的光，因此增加了发热造成的温度上升。由于上述，最后在活性层的发射边缘面附近区域的温度，上升到构成各半导体层的结晶的熔点，使得各半导体层的发射边缘面附近区域的部分熔化，造成了激光发射动作的停止。
如上述地，在半导体激光装置，高输出密度的动作时，在各半导体层位于发射边缘面附近区域的部分受到损害(以下记为光学损害)。
为了解决这个问题，具有窗结构(window structure)的半导体激光装置被实用化。
以下，简单地说明具有窗结构的半导体激光装置的制造方法(譬如参考非专利文献1)。
首先，在衬底上，形成包含具有多重量子势阱(quantum well)结构的活性层的多个半导体层。接着，根据溅射法，在多个的半导体层位于发射边缘面附近区域的部分上，选择性地形成ZnO膜。接着，通过退火将ZnO膜中所含的Zn扩散到活性层位于ZnO膜下方的部分中。
通过上述，在活性层的Zn的扩散区域，能够谋求活性层的无秩序化来扩大能带隙(bandgap)的扩大，因此能够在于发射边缘面附近区域形成具有能带隙的窗口区，该窗口区的能带隙大于活性层的内部区域。
如此地，在具有窗结构的半导体激光装置，在活性层的发射边缘面附近区域形成具有大于活性层内部区域的能带隙的窗口区。
因此，在具有窗结构的半导体激光装置中，在活性层位于发射边缘面的附近区域中，在半导体激光装置内发生的激光的光将不会被吸收，因此能够防止发生激光停止发射动作。
如上述地，在二波长激光装置中，为了实现能够进行高输出动作的红外激光及红色激光，必须在红外激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分、和红色激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分的双方形成窗口区。
【专利文献1】日本特开2001-57462
【非专利文献1】IEEE Journal of Quantum Electronics，Vol.29，No.6，p1874-1879(1993)
发明内容
解决课题
然而，二波长激光装置的制造方法中，如果以同样的工序进行用来在红外激光形成窗口区的Zn扩散工序、和用来在红色激光形成窗口区的Zn扩散工序，换句话说，根据1次的Zn扩散工序来形成红外激光窗口区及红色激光窗口区，则将会产生以下所示课题。
如上所述，在由红外激光及红色激光构成的二波长激光装置中，使用AlGaAs混晶作为红外激光活性层，同时，使用AlGaInP混晶作为红色激光活性层。
这里，AlGaAs混晶的Zn扩散速度，比起AlGaInP混晶的Zn扩散速度小很多。
因此，对于由AlGaAs混晶构成的红外激光活性层，扩散发挥作为窗结构机能的必要的量的Zn，而调整Zn扩散工序的条件时，对于由AlGaInP混晶构成的红色激光活性层，Zn将会被过度扩散。
根据上述，在红色激光半导体层位于发射边缘面附近区域的部分的结晶性将明显恶化。进一步地，在红色激光半导体层位于发射边缘面附近区域的部分中被过度扩散的Zn将到达衬底，而使得半导体激光装置中发生电短路。
相反地，对于由AlGaInP混晶构成的红色激光活性层，扩散发挥作为窗结构机能的必要的量的Zn，而调整Zn扩散工序的条件时，对于由AlGaAs混晶构成的红外激光活性层，将无法扩散发挥作为窗结构机能的必要量的Zn。
因此，由于无法在红外激光活性层位于发射边缘面附近区域形成良好的窗口区，因此，通过红外激光活性层位于发射边缘面附近区域将吸收半导体激光装置内发生的激光的光吸收，使得红外激光半导体层位于发射边缘面附近区域的部分被熔化，引起红外激光的停止发射动作。
这样地，在二波长激光装置的制造方法中，根据1次的Zn扩散工序，虽然能够在红外激光及红色激光的其中之一的激光形成良好的窗口区，但是，无法在另一方的激光形成良好的窗口区。
对于上述，二波长激光装置的制造方法中，如果以不同工序来分别进行用来在红外激光形成窗口区的Zn扩散工序、和用来在红色激光形成窗口区的Zn扩散工序，换句话说，以2次的Zn扩散工序来分别形成红外激光窗口区及红色激光窗口区，将产生以下所示课题。
二波长激光装置的制造方法中，根据2次的Zn扩散工序，增加了制造工序数，使得二波长激光装置的制造成本增加。进一步地，二波长激光装置的制造方法中，根据2次的Zn扩散工序，对红外激光及红色激光中其中一方的激光，实施2次的Zn扩散工序，使得二波长激光装置的成品率降低。
有鉴于前，本发明的目的在于：提供一种半导体激光装置及其制造方法，根据1次的Zn扩散工序，对于红外激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分、和红色激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分，扩散用来发挥作为窗结构机能的适度量的Zn，以形成良好的红外激光窗口区和红色激光窗口区的双方。
解决方法
为了解决所述的课题，本发明的第1半导体激光装置，在衬底上，具备了发出第1波长激光的第1元件和发出第2波长激光的第2元件，第1元件由第一导电型的第1覆层、位于发射边缘面附近具有第1窗口区的第1活性层、和第二导电型的第1覆层在衬底上从下依次层积形成，第2元件由第一导电型的第2覆层、位于发射边缘面附近具有第2窗口区的第2活性层、和第二导电型的第2覆层在衬底上从下依次层积形成；其特征在于：所述第二导电型的第1覆层的的晶格常数(lattice constant)及所述第二导电型的第2覆层的晶格常数是被整的常数，以使得在所述第1活性层的所述第1窗口区中所含的杂质的扩散速度和在所述第2活性层的所述第2窗口区中所含的杂质的扩散速度的差异获得补偿。
根据本发明的第1半导体激光装置，由于第二导电型的第1覆层的晶格常数及所述第二导电型的第2覆层的晶格常数受到调整，以使得在第1活性层的第1窗口区所含的杂质的扩散速度和在第2活性层的第2窗口区所含的杂质的扩散速度的差异获得补偿，因此第二导电型的第1覆层的第1窗口区所含的杂质的扩散速度、和第二导电型的第2覆层的第2窗口区所含的杂质的扩散速度受到调整。
因此，本发明的第1半导体激光装置中，调整通过第二导电型的第1覆层扩散到第1活性层中的第1窗口区所含的杂质的实效性剂量、和第二导电型的第2覆层扩散到第2活性层中的第2窗口区所含的杂质的实效性剂量，以使得第1活性层的第1窗口区所含的杂质的扩散速度和第2活性层的第2窗口区所含的杂质的扩散速度的差异获得补偿。
因此，本发明的第1半导体激光装置中，由于根据1次的杂质扩散工序，使得发挥作为窗结构的机能的适度量的杂质扩散到第1活性层位于发射边缘面附近区域的部分中、和第2活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，因此，实现了在发射边缘面附近区域具有良好第1窗口区的第1活性层，同时，实现了在发射边缘面附近区域具有良好第2窗口区的第2活性层，而能够提供高输出动作可能的半导体激光装置。
最好是，本发明的第1半导体激光装置中，第1活性层含AlGaAs，第2活性层含AlGaInP，第二导电型的第1覆层及第二导电型的第2覆层含AlGaInP，并且，第二导电型的第1覆层的晶格常数小于衬底的晶格常数，而且小于第二导电型的第2覆层的晶格常数。
如此一来，使得第二导电型的第1覆层(即红外激光第二导电型覆层)的晶格常数调整成小于衬底的晶格常数、并且小于第二导电型的第2覆层(即红色激光第二导电型覆层)的晶格常数，而使得由AlGaAs构成的第1活性层(即红外激光活性层)的第1窗口区(即红外激光窗口区)所含的杂质(即Zn)的扩散速度、和由AlGaInP构成的第2活性层(即红色激光活性层)的第2窗口区(即红色激光窗口区)所含的杂质(即Zn)的扩散速度的差异获得补偿。
因此，本发明的第1半导体激光装置中，由于在红外激光第二导电型覆层的Zn扩散速度被调整成大于在红色激光第二导电型覆层的Zn扩散速度，以使得在红外激光活性层的Zn扩散速度和在红色激光活性层的Zn扩散速度的差异受到补偿，因此将通过红外激光第二导电型覆层扩散到红外激光活性层中的Zn的实效性剂量、调整成大于通过红色激光第二导电型覆层扩散到红色激光活性层中的Zn的实效性剂量。
因此，本发明的第1半导体激光装置中，由于根据1次的Zn扩散工序，使得发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn(譬如大于或等于2×1018[cm-3])扩散到红外激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分中、和红色激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，而实现了在发射边缘面附近区域具有良好的红外激光窗口区的红外激光活性层，同时，实现了在发射边缘面附近区域具有良好的红色激光窗口区的红色激光活性层，而能够提供高输出动作可能的半导体激光装置。
最好是，本发明的第1半导体激光装置中，第二导电型的第1覆层对衬底的晶格错配值(lattice mismatch value)，大于或等于-3.0×10-3且未满-5.0×10-4，第二导电型的第2覆层对衬底的晶格错配值，大于或等于-5.0×10-4且小于或等于2.0×10-3。
如此一来，能够使得红外激光第二导电型覆层(即第二导电型的第1覆层)的晶格错配值调整成小于0、且小于红色激光第二导电型覆层(即第二导电型的第2覆层)的晶格错配值。
这里，所谓第二导电型覆层对衬底的晶格错配值，是以衬底的晶格常数为a0、以第二导电型覆层的晶格常数为a1、和以第二导电型覆层的泊松比为μ时，使用以μ×(a1-a0)/a0所示的式子计算出的数值。这些值能够使用X射线曲折装置简单地实际测量。
最好是，本发明的第1半导体激光装置中，第1窗口区所含的杂质及第2窗口区所含的杂质含Zn。
最好是，本发明的第1半导体激光装置中，第二导电型的第1覆层包含普通式(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)所示的化合物，第二导电型的第2覆层包含普通式(AltGa1-t)uIn1-uP(0≤t≤1，0≤u≤1)中所示化合物，x和t满足x＜t的关系。
如此一来，红外激光第二导电型覆层(即第二导电型的第1覆层)的Al的组成比x、和红色激光第二导电型覆层(即第二导电型的第2覆层)的Al的组成比t，满足x＜t的关系中，通过调整组成比y和组成比u，能够将在红外激光第二导电型覆层的Zn扩散速度调整成大于在红色激光第二导电型覆层的Zn扩散速度。
譬如，调整组成比y和组成比u，使得红外激光第二导电型覆层对衬底的晶格错配值满足大于或等于-3.0×10-3且未满-5.0×10-4的范围，同时，红色激光第二导电型覆层对衬底的晶格错配值满足大于或等于-5.0×10-4且小于或等于2.0×10-3的范围。
这样地，本发明的第1半导体激光装置中，即使在组成比x和组成比t满足x＜t的关系时，在红外激光第二导电型覆层的Zn的扩散速度，也不会小于在红色激光第二导电型覆层的Zn的扩散速度。
最好是，本发明的第1半导体激光装置中，第二导电型的第1覆层中所含的第1的第二导电型杂质是与第1窗口区所含的杂质不同的元素，第二导电型的第1覆层的第1的第二导电型杂质的扩散速度小于第二导电型的第1覆层的第1窗口区所含的杂质的扩散速度。
如此一来，不只是能够谋求红色激光第二导电型覆层(即第二导电型的第2覆层)所含的第2的第二导电型杂质的高浓度化，也能够谋求红外激光第二导电型覆层(即第二导电型的第1覆层)所含的第1的第二导电型杂质的高浓度化。
具体来说，由于通过选择与Zn不同的元素作为红外激光第二导电型覆层所含的第1的第二导电型杂质，来使得红外激光第二导电型覆层的第1的第二导电型杂质的扩散速度小于在红外激光第二导电型覆层的Zn(即第1窗口区所含杂质)扩散速度，能够防止红外激光第二导电型覆层所含的第1的第二导电型杂质通过红外激光第二导电型覆层而扩散到红外激光活性层的内部区域，谋求红外激光第二导电型覆层所含的第1的第二导电型杂质的高浓度化。
并且，具体来说，本发明的第1半导体激光装置中，如同前述，由于将在红色激光第二导电型覆层的Zn的扩散速度调整成小于在红外激光第二导电型覆层的Zn的扩散速度，因此，即使选择Zn作为红色激光第二导电型覆层所含的第2的第二导电型杂质，红色激光第二导电型覆层所含的第2的第二导电型杂质Zn、也不会通过红色激光第二导电型覆层扩散到红色激光活性层的内部区域，能够谋求红色激光第二导电型覆层所含的第2的第二导电型杂质Zn的高浓度化。
这样地，本发明的第1半导体激光装置中，能够谋求红外激光第二导电型覆层所含的第1的第二导电型杂质的高浓度化，同时，能够谋求红色激光第二导电型覆层所含的第2的第二导电型杂质的高浓度化。
因此，本发明的第1半导体激光装置中，由于能够谋求降低在红外激光活性层及红色激光活性层内发生的无效电流，因此，能够防止在红外激光活性层及红色激光活性层内引起热饱和，而能够提供更高输出动作的半导体激光装置。
进一步地，本发明的第1半导体激光装置中，由于红外激光第二导电型覆层中所含高浓度的第1的第二导电型杂质不会通过红外激光第二导电型覆层扩散到红外激光活性层的内部区域，因此，在红外激光活性层中，不会促进载波的非发光再结合，而能够防止半导体激光装置特性的恶化。
最好是，本发明的第1半导体激光装置中，第1的第二导电型杂质含Mg。
如此一来，由于红外激光第二导电型覆层的第1的第二导电型杂质(即Mg)的扩散速度小于在红外激光第二导电型覆层的Zn的扩散速度，因此，能够谋求红外激光第二导电型覆层所含的第1的第二导电型杂质Mg的高浓度化。
最好是，本发明的第1半导体激光装置中，第二导电型的第1覆层中所含的第1的第二导电型杂质的浓度、和第二导电型的第2覆层中所含的第2的第二导电型杂质的浓度，大于或等于6×1017cm-3且小于或等于1.6×1018cm-3。
如此一来，能够谋求红外激光第二导电型覆层所含的第1的第二导电型杂质(譬如Mg)的高浓度化，同时，能够谋求红色激光第二导电型覆层所含的第2的第二导电型杂质(譬如Zn)的高浓度化。
最好是，本发明的第1半导体激光装置中，第1活性层及第2活性层中的至少1个，是量子势阱结构。
本发明的第1半导体激光装置的制造方法，其特征在于，包括：工序(A)，在衬底上，从下依次层积第一导电型的第1覆层、第1活性层、和第二导电型的第1覆层；工序(B)，在所述衬底上，从下依次层积第一导电型的第2覆层、第2活性层、和第二导电型的第2覆层；工序(C)，通过以热处理使杂质至少扩散到所述第1活性层及所述第2活性层，在所述第1活性层的发射边缘面附近区域形成第1窗口区、同时在所述第2活性层的发射边缘面附近区域形成第2窗口区；并且，所述工序(A)是调整所述第二导电型的第1覆层的晶格常数的工序，并且，所述工序(B)是调整所述第二导电型的第2覆层的晶格常数的工序。
按照本发明的第1半导体激光装置的制造方法，在工序(A)中，形成第二导电型的第1覆层时，预先调整第二导电型的第1覆层的晶格常数，同时，在工序(B)中，形成第二导电型的第2覆层时，预先调整第二导电型的第2覆层的晶格常数，而能够预先调整第二导电型的第1覆层的晶格常数及第二导电型的第2覆层的晶格常数，以使得第1活性层的杂质扩散速度和第2活性层的杂质扩散速度的差异获得补偿。
通过上述，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，由于能够预先调整第二导电型的第1覆层的杂质扩散速度、和第二导电型的第2覆层的杂质扩散速度，以使得第1活性层的杂质扩散速度和第2活性层的杂质扩散速度的差异获得补偿，因此，在工序(C)中，能够调整通过第二导电型的第1覆层扩散到第1活性层中的杂质的实效性剂量、和通过第二导电型的第2覆层扩散到第2活性层中的杂质的实效性剂量。
因此，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，根据1次的杂质扩散工序，能够使得发挥作为窗结构的机能的适度量的杂质扩散到第1活性层位于发射边缘面附近区域的部分、和第2活性层位于发射边缘面附近区域的部分，而在第1活性层位于发射边缘面附近区域形成良好的第1窗口区，同时，在第2活性层位于发射边缘面附近区域形成良好的第2窗口区。
这样地，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，由于能够形成良好的第1窗口区和第2窗口区的双方，因此，在第1活性层发射边缘面附近区域及第2活性层发射边缘面附近区域，能够防止发生光学损害，而能够提供高输出动作可能的半导体激光装置。
并且，这样地，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，根据1次的杂质扩散工序，而能够形成第1窗口区和第2窗口区的双方，因此能够谋求提高半导体激光装置的成品率同时降低制造成本。
并且，这样地，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，能够使得发挥作为窗结构的机能的适度量的杂质扩散到第1活性层位于发射边缘面附近区域的部分、和第2活性层位于发射边缘面附近区域的部分。
换句话说，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，不会如同现有技术中、杂质过度地扩散到第1活性层位于发射边缘面附近区域的部分、或第2活性层位于发射边缘面附近区域的部分的其中一方。
因此，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，由于不会出现因杂质过度扩散到活性层位于发射边缘面附近区域的部分，而防止该部分的结晶性明显地恶化，同时，过度扩散到活性层位于发射边缘面附近区域的部分的杂质不会到达衬底，因此能够防止发生电短路。
最好是，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，工序(A)是进一步调整第二导电型的第1覆层中所含的第1的第二导电型杂质的浓度的工序，并且，工序(B)是进一步调整第二导电型的第2覆层中所含的第2的第二导电型杂质浓度的工序。
如此一来，通过在工序(A)形成第二导电型的第1覆层时调整第二导电型的第1覆层中所含的第1的第二导电型杂质的浓度、同时在工序(B)形成第二导电型的第2覆层时调整第二导电型的第2覆层中所含的第2的第二导电型杂质浓度，能够谋求第二导电型的第1覆层所含的第1的第二导电型杂质的高浓度化、并且谋求第二导电型的第2覆层所含的第2的第二导电型杂质的高浓度化。
因此，本发明的第1半导体激光装置的制造方法中，能够谋求降低第1活性层及第2活性层内发生的无效电流，因此，能够防止在第1活性层及第2活性层内引起热饱和，而能够提供更高输出动作可能的半导体激光装置。
本发明的第2半导体激光装置，其特征在于：在衬底上，具备第一导电型的覆层、在发射边缘面具有窗口区的活性层、和第二导电型的覆层；所述第二导电型的覆层的晶格常数，按照在所述活性层的所述窗口区中所含的杂质的扩散速度受到调整，并且，所述第二导电型的覆层中所含的第二导电型杂质，是和所述窗口区中所含杂质不同的元素；在所述第二导电型的覆层的所述第二导电型杂质的扩散速度，小于在所述第二导电型的覆层的所述窗口区中所含杂质的扩散速度。
按照本发明的第2半导体激光装置，根据在活性层的窗口区所含的杂质的扩散速度来调整第二导电型的覆层的晶格常数，因此在第二导电型的覆层的窗口区所含的杂质的扩散速度受到调整，因此，调整通过第二导电型的覆层扩散到活性层中的窗口区所含的杂质的实效性剂量。
因此，本发明的第2半导体激光装置中，由于发挥作为窗结构的机能的适度量的杂质容易被扩散到活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，因此，能够实现在发射边缘面附近区域具有良好的窗口区的活性层。
进一步地，按照本发明的第2半导体激光装置，通过选择不同于在窗口区所含的杂质的元素来作为第二导电型的覆层所含的第二导电型杂质，以使得第二导电型的覆层的第二导电型杂质的扩散速度小于第二导电型的覆层的窗口区所含的杂质的扩散速度，而能够防止第二导电型的覆层所含的第二导电型杂质通过第二导电型的覆层扩散到活性层中，因此能够谋求第二导电型的覆层所含的第二导电型杂质的高浓度化。
因此，本发明的第2半导体激光装置中，由于能够谋求降低在活性层内发生的无效电流，因此能够防止在活性层内引起热饱和，而能够提供高输出动作可能的半导体激光装置。
最好是，本发明的第2半导体激光装置中，活性层含AlGaAs，第二导电型的覆层含AlGaInP，第二导电型的覆层的晶格常数小于衬底的晶格常数。
如此一来，根据由AlGaAs构成的活性层(即红外激光活性层)的窗口区所含的杂质(即Zn)的扩散速度，将第二导电型的覆层(即红外激光第二导电型覆层)的晶格常数调整成小于衬底的晶格常数，因此能够谋求促进在红外激光第二导电型覆层的Zn的扩散。
因此，本发明的第2半导体激光装置中，由于能够使发挥作为窗结构机能的适度量的Zn(譬如大于或等于2×1018[cm-3])容易扩散到红外激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分，而容易实现在发射边缘面附近区域具有良好窗口区的红外激光活性层。
进一步地，如此一来，通过选择不同于Zn的元素来作为红外激光第二导电型覆层所含的第二导电型的杂质，以使得在红外激光第二导电型覆层的第二导电型杂质的扩散速度小于在红外激光第二导电型覆层的窗口区所含的杂质(即Zn)的扩散速度，能够防止红外激光第二导电型覆层所含的第二导电型杂质通过红外激光第二导电型覆层扩散到红外激光活性层，而能够谋求红外激光第二导电型覆层所含的第二导电型杂质的高浓度化。
因此，本发明的第2半导体激光装置中，能够谋求降低在红外激光活性层内发生的无效电流，因此能够防止在红外激光活性层内引起热饱和，提供高输出动作可能的半导体激光装置。
最好是，本发明的第2半导体激光装置中，窗口区中所含的杂质含Zn。
最好是，本发明的第2半导体激光装置中，第二导电型杂质含Mg。
如此一来，在红外激光第二导电型覆层的第二导电型杂质(即Mg)的扩散速度将小于在红外激光第二导电型覆层的Zn的扩散速度，因此能够谋求红外激光第二导电型覆层所含的第二导电型杂质Mg的高浓度化。
最好是，本发明的第2半导体激光装置中，第二导电型杂质的浓度大于或等于6×1017cm-3且小于或等于1.6×1018cm-3。
如此一来，能够谋求红外激光第二导电型覆层所含的第二导电型杂质(譬如Mg)的高浓度化。
最好是，本发明的第2半导体激光装置中，活性层是量子势阱结构。
发明效果
按照本发明的第1半导体激光装置及其制造方法，由于第二导电型的第1覆层的晶格常数及第二导电型的第2覆层的晶格常数受到调整，因此，根据1次的杂质扩散工序，能够使得发挥作为窗结构的机能的适度量的杂质扩散到第1活性层位于发射边缘面附近区域的部分、和第2活性层位于发射边缘面附近区域的部分，而能够实现在发射边缘面附近区域具有良好的第1窗口区的第1活性层，同时，实现在发射边缘面附近区域具有良好的第2窗口区的第2活性层。
这样地，本发明的第1半导体激光装置及其制造方法中，由于能够形成良好的第1窗口区和第2窗口区的双方，因此能够防止在第1活性层位于发射边缘面附近区域及第2活性层位于发射边缘面附近区域发生光学损害，而能够提供高输出动作可能的半导体激光装置。
进一步地，本发明的第1半导体激光装置及其制造方法中，根据1次的杂质扩散工序，能够形成第1窗口区和第2窗口区的双方，因此能够谋求提高半导体激光装置的成品率同时谋求降低制造成本。
附图说明
图1(a)～图1(d)是表示本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法的枢轴部工序的剖面图。
图2(a)及图2(b)是表示本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法的枢轴部的工序图。
图3(a)～图3(d)是表示本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法的枢轴部工序剖面图。
图4是表示本发明的第1实施例的半导体激光装置的构造的斜视图。
图5是表示由AlGaInP构成的p型覆层中、晶格错配值和Zn扩散深度的关系图。
图6是表示现有技术的半导体激光装置的窗口区的SIMS的测量结果图。
图7是表示本发明的半导体激光装置的窗口区的SIMS的测量结果图。
图8是表示现有技术的半导体激光装置的电流-光输出的特性图。
图9是表示本发明的半导体激光装置的电流-光输出的特性图。符号说明
100-衬底、101-红外激光n型覆层、102-红外激光活性层、103-红外激光p型覆层、103a-背脊、104-红色激光n型覆层、105-红色激光活性层、106-红色激光p型覆层、106a-背脊、107，107a，107b-电流块层、108，108a，108b接触层、109a-红外激光p方面电极、109b-红外激光p方面电极、10-n侧电极、200a，200b-发射边缘面附近区域、201a，201b-绝缘膜、l，L-长wa，wb，Wa，Wb-幅度
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的各实施例。
(第1实施例)
以下，参考图1(a)～图1(d)、图2(a)及图2(b)、和图3(a)～图3(d)，说明本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法。
图1(a)～图1(d)、图2(a)及图2(b)、和图3(a)～图3(d)，是表示本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法的枢轴部工序的剖面图。
这里，图1(a)～图1(d)和图3(a)～图3(d)是表示半导体激光装置的制造方法的枢轴部工序的剖面图，具体来说，是在图4所示的IIId-IIId线的枢轴部工序的剖面图，图2(a)是表示半导体激光装置的制造方法的枢轴部工序上面图，图2(b)是表示半导体激光装置的制造方法的枢轴部工序的斜视图。
首先，如图1(a)所示，根据有机金属汽相淀积(MOCVD)法，在衬底100上，从下依次层积红外激光n型覆层101、具有量子势阱结构的红外激光活性层102、以及红外激光p型覆层103。
这时，通过调整以MOCVD法的红外激光半导体层(101～103)的形成条件，红外激光p型覆层103晶格常数容易且高精度受到控制，具体来说，红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值被设定成满足-2.0×10-3±0.5×10-3的范围内。
接着，如图1(b)所示地，通过选择性地除去在红外激光半导体层(101～103)的所要的区域，使衬底100露出。
接着，如图1(c)所示地，根据MOCVD法，在露出的衬底100上，从下依次层积红色激光n型覆层104、具有量子势阱结构的红色激光活性层105、和红色激光p型覆层106，以覆盖红外激光半导体层(101～103)。
这时，通过调整根据MOCVD法的红色激光半导体层(104～106)的形成条件，容易且高精度地控制红色激光p型覆层106的晶格常数，具体来说，对红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值，被设定成满足0±0.5×10-3的范围内。
这样地，本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法中，红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值被设定成小于0，并且，小于红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值。这里，所谓p型覆层(103或106)对衬底100的晶格错配值，是以衬底100的晶格常数为a0、以p型覆层(103或106的)的晶格常数为a1、和以p型覆层(103或106)的泊松比为μ时，以μ×(a1-a0)/a0所示的式子计算出的数值。这些值，能够用X射线曲折装置简单地实际测量。
接着，如图1(d)所示地，选择性地除去红色激光n型覆层104、红色激光活性层105、红色激光p型覆层106中、位于红外激光半导体层(101～103)的表面及侧面的部分。
接着，如图2(a)所示地，在红外激光p型覆层103位于发射边缘面附近区域200a以外的部分上，形成譬如由SiO2构成的绝缘膜201a，同时，在红色激光p型覆层106位于发射边缘面附近区域200b以外的部分上，形成譬如由SiO2构成的绝缘膜201b。这里，发射边缘面附近区域(200a及200b)的光学共振器方向的长度l是20μm，全体的光学共振器方向的长度L是1300μm。
接着，如图2(b)所示地，以绝缘膜(201a及201b)为光罩，在氮气氛且600°的温度下实施120分种的加热，使Zn扩散到红外激光活性层102位于发射边缘面附近区域的部分、和红色激光活性层105位于发射边缘面附近区域的部分。
通过上述，能够谋求在红外激光活性层102位于发射边缘面附近区域的部分、和红色激光活性层105位于发射边缘面附近区域的部分的无秩序化来使得能带隙扩大。这样一来，除了在红外激光半导体层(101～103)位于发射边缘面附近的区域形成红外激光窗口区，同时，在红色激光半导体层(104～106)位于发射边缘面附近的区域形成红色激光窗口区。
接着，如图3(a)所示地，除去绝缘膜(及201a 201b)后，通过选择性地在红外激光p型覆层103的所要区域进行蚀刻法，来形成条纹形状的背脊103a，同时，通过选择性地在红色激光p型覆层106的所要的区域进行蚀刻法，来形成条纹形状的背脊106a。这里，剖面形状是台地(mesa)形状，背脊(103a和106a)表面的幅度(wa及wb)是1μm，背脊下边的幅度(Wa及Wb)是3μm。
接着，如图3(b)所示地，根据选择性外延成长法，在衬底100上，以填埋在红外激光p型覆层103的背脊103a表面以外的部分、和在红色激光p型覆层106的背脊106a表面以外的部分的方式，来使半导体层再成长。这样地，在衬底100上形成电流块层107，而使背脊103a表面及背脊106a表面露出。
接着，如图3(c)所示地，根据外延成长法，在红外激光p型覆层103、红色激光p型覆层106、和电流块层107上，使半导体层再成长。这样地，在衬底100上，以覆盖在红外激光p型覆层103的背脊103a表面及红色激光p型活性层106的背脊106a表面的方式，来形成接触层108。
接着，如图3(d)所示地，对接触层108和电流块层107的位于红外激光半导体层(101～103)和红色激光半导体层(104～106)的边界附近区域的部分进行蚀刻法。
通过上述，选择性地除去电流块层107和接触层108、在红外激光的元件形成区域以外的部分以及在红色激光的元件形成区域以外的部分，而使得衬底100露出。
这样地，根据进行红外激光和红色激光的元件分离，在红外激光p型覆层103上形成电流块层107a及接触层108a，同时，在红色激光p型覆层106上形成电流块层107b和接触层108b。
接着，如图3(d)所示地，采用蒸镀法，在接触层108a位于发射边缘面附近区域(参考图2(a)200a)以外的部分上，形成红外激光p侧电极109a，同时，在接触层108b位于发射边缘面附近区域(参考图2(a)200b)以外的部分上，形成红色激光p侧电极109b。
接着，如图3(d)所示地，采用蒸镀法，在衬底100的与形成红外激光n型覆层101及红色激光n型覆层104的一侧的相对的面上，形成n侧电极110。
如上述地，制造本发明的第1实施例的半导体激光装置。
以下，参考表1及参照图4说明本发明的第1实施例的半导体激光装置。
表1表示本发明的第1实施例的半导体激光装置中衬底及各半导体层的材料、导电型、薄膜厚度和载波浓度。
图4是表示本发明的第1实施例的半导体激光装置的结构的斜视图。
本发明的第1实施例的半导体激光装置中衬底及各半导体层的材料、导电型、薄膜厚度和载波浓度，记载于以下所示[表1]。
【表1】
  名称   材料   导电型   膜厚   载波浓度
  衬底100   GaAs:Si   N   1×1018cm-3
  红外激光n型覆层101   (Al0.7Ga0.3)yIn1-yP:Si   N   2.0μm   1×1018cm-3
  红外激光活性层102   GaAs/Al0.4Ga0.6As量子势阱
  红外激光p型覆层103   (Al0.7Ga0.3)yIn1-yP:Zn   P   1.4μm/0.2μm   5×1017cm-3
  红色激光n型覆层104   (Al0.7Ga0.3)uIn1-uP:Si   N   2.0μm   1×1018cm-3
  红色激光活性层105   Ga0.45In0.55P/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P量子势阱
  红色激光p型覆层106   (Al0.7Ga0.3)uIn1-uP:Zn   P   1.4μm/0.2μm   3×1017cm-3
  电流块层(107a，107b)   Al0.5In0.5P:Si   N   0.35μm   1×1018cm-3
  接触层(108a，108b)   GaAs:Zn   P   2.5μm   1×1019cm-3
但是，在红外激光p型覆层103的薄膜厚度中，薄膜厚度1.4[μm]是指在红外激光p型覆层103的背脊103a部分的薄膜厚度，同时，薄膜厚度0.2[μm]，是指在红外激光p型覆层103的背脊103a以外的部分的薄膜厚度。
同样地，在红色激光p型覆层106薄膜厚度中，薄膜厚度1.4[μm]，是指在红色激光p型覆层106的背脊106a部分的薄膜厚度，同时，薄膜厚度0.2[μm]，是指在红色激光p型覆层106的背脊106a以外的部分的薄膜厚度。
但是，电流块层(107a和107b的)薄膜厚度，是指在电流块层对衬底100垂直的方向被再成长的部分的薄膜厚度。
本发明的第1实施例的半导体激光装置中，构成红外激光p型覆层103的材料(Al0.7Ga0.3)yIn1-yP:Zn中的y，被设定成红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值满足-2.0×10-3±0.5×10-3的值。
另一方面，构成红色激光p型覆层106的材料Al0.7Ga0.3)uIn1-uP:Zn的u，被设定成对红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值满足0±0.5×10-3的值。
这样地，本发明的第1实施例的半导体激光装置中，红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值，被调整成大于或等于-3.0×10-3且未满-5.0×10-4的范围内，红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值被调整在大于或等于-5.0×10-4且小于或等于2.0×10-3的范围内。
换句话说，在本发明的第1实施例的半导体激光装置，红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值被调整成小于0，并且，小于红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值。
以下，参照图5说明由AlGaInP构成的p型覆层中晶格错配值和Zn扩散速度的关系。
图5是表示AlGaInP的p型覆层中的晶格错配值和Zn扩散深度的相关性的图。
具体来说，在Zn扩散条件(氮气氛·600℃的温度·120分种的加热)固定的状况下，一边改变由AlGaInP构成的p型覆层的晶格错配值，来测量对该p型覆层进行Zn扩散时的该p型覆层的Zn扩散深度。
这里，图5的横轴表示p型覆层的晶格错配值，晶格错配值以E表示，譬如所谓-3.0E-03表示-3.0×10-3。
并且，图5的纵轴，以在p型覆层注入Zn的一侧的面为基准、设定为0[μm]，表示了从被设定为基准的面向p型覆层内的Zn扩散区域的深度方向的距离，换句话说，表示了p型覆层内的Zn的扩散深度。
如图5所示地，p型覆层的晶格错配值为大于或等于0以上(具体来说0.0E+00～约1.7E-03)的情况下，Zn扩散深度并不依存p型覆层的晶格错配值，大体上是一定值(具体地表示约0.1[μm])。
这样地，p型覆层的晶格错配值为大于或等于0、即压缩应力的情况时，Zn的扩散速度显表示大体上一定值，几乎不依存p型覆层的晶格错配值。
另一方面，如图5所示地，在p型覆层的晶格错配值为小于或等于0(具体来说-2.0E-03～0.0E+00)的情况，随着p型覆层的晶格错配变小，Zn的扩散深度大体上以一定的比例增大。
譬如，如图5所示地，p型覆层的晶格错配值为0(即0.0E+00)时Zn的扩散深度是大约0.1[μm]，相对地，p型覆层的晶格错配值为-2.0×10-3(即-2.0E-03)时Zn的扩散深度是大约0.3[μm]，通过p型覆层的晶格错配值从0变化为-2.0×10-3，Zn的扩散深度从0.1[μm]向0.3[μm]变化。
这样地，p型覆层的晶格错配值为0以下，换句话说，在吸引应力的情况下，随着p型覆层的晶格错配值变小，Zn的扩散速度大体上以一定的比例增大。
本发明中，将由(Al0.7Ga0.3)yIn1-yP构成的红外激光的p型覆层103的晶格错配值调整成小于0，并且也小于由(Al0.7Ga0.3)uIn1-uP构成的红色激光的p型覆层106的晶格错配值。根据上述，能够将在红外激光p型覆层103的Zn的扩散速度，调整成大于在红色激光p型覆层106的Zn的扩散速度。
这里，为了说明本发明的效果，对于现有技术的半导体激光装置及本发明的半导体激光装置，进行以下所示的测量。
但是，以下以具体例子来说明，在以下的测量所使用的现有技术的半导体激光装置，在调整Zn扩散工序的条件下，使得发挥作为窗结构的机能的必要量的Zn扩散到红色激光活性层，通过1次的Zn扩散工序形成红外激光窗口区和红色激光窗口区的双方。
首先，对现有技术的半导体激光装置及本发明的半导体激光装置，以2次离子质量分析(SIMS：Secondary Ion Mass Spectroscopy)的测量进行评价。
以下，参照图6及图7说明SIMS的测量结果。
图6是表示现有技术的半导体激光装置的窗口区的SIMS的测量结果图。
并且，图7是表示本发明的半导体激光装置的窗口区的SIMS的测量结果图。
图6及图7所示的光谱A，表示在红外激光窗口区的SIMS的测量结果，图6及图7所示的光谱B，表示在红色激光窗口区的SIMS的测量结果。
并且，图6及图7的横轴，在红外激光(参照光谱A)的情况，以在红外激光活性层的红外激光p型覆层被形成的一侧的面为基准、即设定为0[μm]，表示从基准的面沿着各半导体层的深度方向的距离，换句话说，表示了在各半导体层的深度[μm]。
同样地，图6及图7的横轴，在红色激光(参照光谱B)的情况，以在红色激光活性层的红色激光p型覆层被形成的一侧的面为基准、即设定为0[μm]，表示从基准面沿着各半导体层的深度方向的距离，换句话说，表示在各半导体层的深度[μm]。
这里，所谓的各半导体层，如图6及图7所示地，是指p型覆层、活性层、和n型覆层，具体来说，在红外激光(参照光谱A)的情况，是指红外激光p型覆层、红外激光活性层、和红外激光n型覆层中由Zn扩散形成的窗口区部分；同样地，在红色激光(参照光谱B)的情况，是指红色激光p型覆层、红色激光活性层、和红色激光n型覆层中由Zn扩散形成的窗口区的部分。
以下说明现有技术的半导体激光装置的SIMS的测量结果。
在现有技术的半导体激光装置，红外激光p型覆层的晶格错配值和红色激光p型覆层的晶格错配值为互相相等，如图6所示地，在p型覆层的区域中，无论在红外激光或红色激光的哪个情况中，大体上表示同样的光谱。
但是，如前所述，在由AlGaAs混晶构成的红外激光活性层的Zn的扩散速度，比起由AlGaInP混晶构成的红色激光活性层的Zn的扩散速度小很多。
因此，如图6所示地，在活性层的区域，红外激光(参照光谱A)的情况下，扩散到红外激光活性层中的Zn浓度急剧减少，相对地，红色激光(参照：光谱B)的情况时，扩散到红色激光活性层中的Zn浓度不会急剧地减少，而有充分量的Zn扩散到红色激光活性层。
具体来说，如图6所示地，在活性层的区域，红外激光(参照光谱A)的情况，随着深度愈深，扩散到红外激光活性层中的Zn浓度急剧地减少到约1017[cm-3]；红色激光(参照光谱B)的情况，随着深度愈深，扩散到红色激光活性层中的Zn浓度增加，扩散到红色激光活性层中的Zn浓度是大约5×1019[cm-3]。
这里，为了实现在发射边缘面附近区域具有良好窗口区的活性层，必须通过使发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn(具体来说大于或等于2×1018[cm-3])扩散到在活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，来谋求根据在活性层的Zn扩散的区域的无秩序化使能带隙扩大。因此，在活性层的窗口区的部分的Zn浓度必须满足2E18[cm-3]、即满足大于或等于2×1018[cm-3]的浓度。
在现有技术的半导体激光装置，如图6所示地，红色激光(参照光谱B)的情况时，扩散到红色激光活性层中的Zn浓度是大约5×1019[cm-3]，满足大于或等于2×1018[cm-3]的浓度，相对地，红外激光(参照光谱A)的情况时，扩散到红外激光活性层中的Zn浓度由于急剧减少到大约1017[cm-3]，因此没有满足大于或等于2×1018[cm-3]的浓度。
这样地，能够得知：在现有技术的半导体激光装置，红色激光的情况，在红色激光活性层中扩散了发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn，相对地，红外激光的情况，在红外激光活性层中并没有扩散发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn。
以下说明本发明的半导体激光装置的SIMS的测量结果。
本发明的半导体激光装置中，由于将红外激光p型覆层的晶格错配值调整成小于0，并且小于红色激光p型覆层的晶格错配值，因此，在红外激光p型覆层的Zn扩散速度被调整成大于在红色激光p型覆层的Zn扩散速度，如图7所示地，在p型覆层的区域，随着深度愈深，红外激光p型覆层的Zn浓度比红色激光p型覆层的Zn浓度还增加。
这样地，本发明的半导体激光装置，由于在红外激光p型覆层的Zn扩散速度被调整成大于在红色激光p型覆层的Zn扩散速度，因此，通过红外激光p型覆层扩散到红外激光活性层中的Zn的实效性剂量，被调整成多于通过红色激光p型覆层扩散到红色激光活性层中的Zn的实效性剂量。
因此，确认了：本发明的半导体激光装置，如图7所示地，在活性层的区域，尽管扩散到红外激光活性层中的Zn浓度急剧地减少，但是扩散到红外激光活性层中的Zn浓度，满足大于或等于2×1018[cm-3]的浓度，而在红外激光活性层中扩散有发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn。
接着，对现有技术的半导体激光装置及本发明的半导体激光装置，根据电流-光输出特性的测量进行了评价。
以下，以设计光输出200[mA]的二波长激光装置为具体例子，参照图8及图9说明电流-光输出特性的测量结果。
图8是表示现有技术的半导体激光装置的电流-光输出的特性图。
并且，图9是表示本发明的半导体激光装置的电流-光输出的特性图。
图8及图9所示光谱A是表示红外激光的电流-光输出的特性表，图8及图9的光谱B是表示红色激光的电流-光输出的特性。
以下说明现有技术的半导体激光装置的电流-光输出特性。
在现有技术的半导体激光装置，如图8所示地，红色激光(参照光谱B)的情况，随着电流的增加，光输出以一定的比例增加，电流在大约290[mA]左右，光输出达到作为设计光输出值的200[mA]。
另一方面，在现有技术的半导体激光装置，如图8所示地，红外激光(参照：光谱A)的情况时，随着电流的增加，光输出以一定的比例增加，电流在大约200[mA]左右，虽然光输出值达到170[mA]，但是在电流大约200[mA]以后，光输出急剧地减少。
像这样地，在现有技术的半导体激光装置，如前述的图6所示地，发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn扩散到红色激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，因此，能够防止在红色激光活性层位于发射边缘面附近区域发生光学损害，而不会引起激光发射动作停止，能够达到作为设计光输出值的200[mA]。
另一方面，在现有技术的半导体激光装置，如前述图6所示地，由于发挥作为窗结构的机能的必要量的Zn没有被扩散到红外激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，因此，在红外激光活性层位于发射边缘面附近区域发生光学损害，引起激光发射动作的停止，无法达到作为设计光输出值的200[mA]。
以下说明本发明的半导体激光装置电流-光输出的特性。
本发明的半导体激光装置，如图9所示地，红外激光(参照光谱A)的情况时，随着电流的增加，光输出以一定的比例增加，电流在大约240[mA]左右，光输出达到作为设计光输出值的200[mA]。
这样地，本发明的半导体激光装置中，如前述的图7所示地，发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn，不仅扩散到红色激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，也扩散到红外激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，因此，在红外激光活性层位于发射边缘面附近区域，不会发生光学损害、引起激光发射动作的停止，而能够达到作为设计光输出值的200[mA]。
如同上述地，按照本发明的第1实施例的半导体激光装置，由于将红外激光p型覆层103的晶格常数调整成小于衬底100的晶格常数，并且调整成小于红色激光p型覆层106的晶格常数，使得在红外激光活性层102的Zn扩散速度和在红色激光活性层105的Zn的扩散速度的差异获得补偿，因此，在红外激光p型覆层103的Zn扩散速度被调整成大于在红色激光p型覆层106的Zn扩散速度。
因此，本发明的第1实施例的半导体激光装置，将通过红外激光p型覆层103扩散到红外激光活性层102中的Zn的实效性剂量调整成多于通过红色激光p型覆层106扩散到红色激光活性层105中的Zn的实效性剂量，因此，使得在红外激光活性层102的Zn扩散速度、和在红色激光活性层105的Zn扩散速度的差异受到补偿。
因此，本发明的第1实施例的半导体激光装置，由于根据1次的Zn扩散工序，使得发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn(参照图7)扩散到红外激光活性层102位于发射边缘面附近区域的部分中、和红色激光活性层105位于发射边缘面附近区域的部分中，实现了在发射边缘面附近区域具有良好红外激光窗口区的红外激光活性层102，同时，实现了在发射边缘面附近区域具有良好红色激光窗口区的红色激光活性层105，而能够提供高输出动作可能的半导体激光装置(参照图9)。
在本发明的第1实施例的半导体激光装置，如[表1]所示地，以构成红外激光p型覆层103的材料(AlxGa1-x)yIn1-yP(Al的组成比x＝0.7)、构成红色激光p型覆层106的材料(AltGa1-t)uIn1-uP(Al的组成比t＝0.7)为具体例子。
然而，本发明并不受到这个限制，根据半导体激光装置的设计上的理由，将在红外激光p型覆层103的Al的组成比x、和在红色激光p型覆层106的Al的组成比t予以适当地调整。
一般地，在半导体层的Al的组成比变得愈小，在该半导体层的Zn扩散速度也变小。
但是，在本发明的第1实施例的半导体激光装置，即使组成比x和组成比t满足x＜t的关系时，通过调整组成比y和组成比u，能够将在红外激光p型覆层103的Zn扩散速度调整成大于在红色激光p型覆层106的Zn扩散速度。
具体来说，使组成比y和组成比u调整成满足红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值大于或等于-3.0×10-3且未满-5.0×10-4的范围，同时，调整成满足红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值大于或等于-5.0×10-4并且小于或等于2.0×10-3的范围。
这样地，在本发明的第1实施例的半导体激光装置，即使组成比x和组成比t满足x＜t的关系时，在红外激光p型覆层103的Zn扩散速度也不会变得小于在红色激光p型覆层106的Zn扩散速度。
按照本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法，由于通过如图1(a)所示地、根据MOCVD法的红外激光半导体层(101～103)的形成工序时、容易且高精度地控制红外激光p型覆层103的晶格常数，同时，由于通过如图1(c)所示地、根据MOCVD法的红色激光半导体层(104～106)的形成工序时、容易且高精度地控制红色激光p型覆层106的晶格常数，来使得在红外激光活性层102的Zn扩散速度和在红色激光活性层105的Zn扩散速度的差异获得补偿，因此，能够将红外激光p型覆层103的晶格常数预先调整成小于衬底100的晶格常数，并且，调整成小于红色激光p型覆层106的晶格常数。
根据上述，在本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法，由于能够将红外激光p型覆层103的Zn扩散速度预先调整成大于红色激光p型覆层106的Zn扩散速度，使得红外激光活性层102的Zn扩散速度和红色激光活性层105的Zn扩散速度的差异获得补偿，因此，如图2(b)所示地，Zn的扩散工序时，能够将通过红外激光p型覆层10扩散到红外激光活性层102中的Zn的实效性剂量调整成多于通过红色激光p型覆层106扩散到红色激光活性层105中的Zn的实效性剂量。
因此，本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法中，由于根据1次的Zn扩散工序，如图7所示地，使发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn扩散到红外激光活性层102位于发射边缘面附近区域200a的部分中、和红色激光活性层105位于发射边缘面附近区域200b的部分中，因此，能够在红外激光活性层102位于发射边缘面附近区域200a形成良好的红外激光窗口区，同时，在红色激光活性层105位于发射边缘面附近区域200b形成良好的红色激光窗口区。
这样地，在本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法中，由于能够形成良好的红外激光窗口区和红色激光窗口区的双方，因此，能够防止在红外激光活性层102位于发射边缘面附近区域200a、和在红色激光活性层105位于发射边缘面附近区域200b发生光学损害，如图9所示地，能够提供高输出动作可能的半导体激光装置。
并且，这样地，本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法中，如图2(b)所示地，根据1次的Zn扩散工序，能够形成红外激光窗口区和红色激光窗口区的双方，因此，能够谋求提高半导体激光装置的成品率，同时降低制造成本。
并且，这样地，本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法中，如图7所示地，能够使发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn扩散到红外激光活性层102位于发射边缘面附近区域200a的部分、和红色激光活性层105位于发射边缘面附近区域200b的部分。
因此，本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法，将不会如同现有技术中、Zn过度扩散到红色激光半导体层(104～106)位于发射边缘面附近区域200b的部分，因此，能够防止在红色激光半导体层(104～106)位于发射边缘面附近区域200b的部分的结晶性明显恶化。
进一步地，在本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法，由于不会如同现有技术中，在红色激光半导体层(104～106)位于发射边缘面附近区域200b的部分中过度扩散的Zn到达衬底100，因此，能够防止在半导体激光装置发生电短路。
并且，本发明的第1实施例的半导体激光装置及其制造方法中，虽然以二波长激光装置为具体例子进行说明，不过，本发明并不受限于此，譬如，在三波长激光装置等的单片集成激光装置中，也能够获得和本发明的第1实施例的半导体激光装置及其制造方法的相同效果。
(第2实施例)
往后，由于因应对DVD-RAM等更为高速化及多层化的数据写入，因此半导体激光装置所要求的光输出是300[mA]～400[mA]，能够进行更高输出动作的半导体激光装置将受到要求。
因此，本发明的第2实施例的半导体激光装置，不仅和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置同样地，以根据1次的Zn扩散工序来实现在发射边缘附近区域具有良好窗口区的红外激光活性层及红色激光活性层为目的，更进一步地，以提供能够进行更高输出动作的半导体激光装置为目的。
这里，为了实现能够进行更高输出动作的半导体激光装置，必须将更多的电流注入到活性层内。
但是，随着注入到活性层内电流的增加，对发光没有帮助的电流(以下记为无效电流)增加。由于无效电流成为引起发热的原因，因此，随着活性层内发生的无效电流的增加，活性层内的温度上升。
但是，由于在活性层内，产生发热所造成的光输出饱和(以下记为热饱和)而不能达成所要的光输出，因此，不能实现能够高输出动作的半导体激光装置。因此，为了实现能够高输出动作的半导体激光装置，需要谋求降低活性层内所发生的无效电流。
这里，作为降低无效电流的方法，能够举出使p型覆层中所含的杂质高浓度化。
通过上述，由于在p型覆层中能够谋求拟费米能级(Fermi level)的移动，而能够提高从p型覆层内注入到活性层内的电子的能源障壁，因此，能够降低在活性层内所发生的无效电流。
这样地，由于通过谋求p型覆层所含的杂质的高浓度化能够谋求降低在活性层内发生的无效电流，因此，能够防止在活性层内引起热饱和，而能够实现高输出动作可能的半导体激光装置。
这里，本发明的第2实施例的半导体激光装置中，通过谋求p型覆层所含的杂质的高浓度化，提供能够进行更高输出动作的半导体激光装置。
以下，以能够进行350[mA]的光输出动作的二波长激光装置为具体例来说明本发明的第2实施例的半导体激光装置。
这里，本发明的第2实施例的半导体激光装置的构成要素，和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置的构成要素相同，因此，参照前述的图4来说明本实施例的半导体激光装置。因此，将不重复本发明的第2实施例的半导体激光装置和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置的相同说明的部分。
本发明的第2实施例的半导体激光装置中、衬底及各半导体层的材料、导电型、薄膜厚度、和载波浓度，记于以下所示[表2]。
【表2】
  名称   材料   导电型   膜厚   载波浓度
  衬底100   GaAs:Si   N   1×1018cm-3
  红外激光n型覆层101   (Al0.7Ga0.3)yIn1-yP:Si   N   2.0μm   1×1018cm-3
  红外激光活性层102   GaAs/Al0.6Ga0.4As量子势阱
  红外激光p型覆层103   (Al0.7Ga0.3)yIn1-yP:Mg   P   1.4μm/0.2μm   1.5×1018cm-3
  红外激光n型覆层104   (Al0.7Ga0.3)uIn1-uP:Si   N   2.5μm   1×1018cm-3
  红外激光活性层105   Ga0.45In0.55P/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P量子势阱
  红色激光p型覆层106   (Al0.7Ga0.3)uIn1-uP:Zn   P   1.4μm/0.2μm   1.5×1018cm-3
  电流块层(107a，107b)   Al0.5In0.5P:Si   N   0.35μm   1×1018cm-3
  接触层(108a，108b)   GaAs:Zn   P   2.5μm   1×1019cm-3
但是，在红外激光p型覆层103薄膜厚度中，薄膜厚度1.4[μm]是指在红外激光p型覆层103的背脊103a部分的薄膜厚度，同时，薄膜厚度0.2[μm]是指在红外激光p型覆层103的背脊103a以外的部分的薄膜厚度。
同样地，在红色激光p型覆层106薄膜厚度中，薄膜厚度1.4[μm]是指在红色激光p型覆层106的背脊106a部分的薄膜厚度，同时，薄膜厚度0.2[μm]是指在红色激光p型覆层106的背脊106a以外的部分的薄膜厚度。
但是，电流块层(107a及107b)的薄膜厚度，是指在电流块层的垂直于衬底100的方向再成长的部分的薄膜厚度。
以下，和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置一边进行比较，来详细说明本发明的第2实施例的半导体激光装置。
在本发明的第2实施例的半导体激光装置，和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置同样地，调整红外激光p型覆层103的晶格常数及红色激光p型覆层106的晶格常数，以使得在红外激光活性层102的Zn扩散速度和在红色激光活性层105的Zn扩散速度的差异受到补偿。
具体来说，构成红外激光p型覆层103的材料的(Al0.7Ga0.3)yIn1-yP:Mg的y被设定成、红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值满足-2.0×10-3±0.5×10-3的值。
另一方面，构成红色激光p型覆层106的材料的(Al0.7Ga0.3)uIn1-uP:Zn的u被设定、红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值满足0±0.5×10-3的值。
这样地，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置同样地，将红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值调整成小于0，并且，调整成小于红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值。
因此，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置同样地，由于根据1次的Zn扩散工序，使得发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn扩散到红外激光活性层102位于发射边缘面附近区域的部分中、和红色激光活性层105位于发射边缘面附近区域的部分中，因此能够获得和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置同样的效果。
更进一步地，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置比较，谋求了红外激光p型覆层103中所含的p型杂质及红色激光p型覆层106中所含的p型杂质的高浓度化。
在前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置，红外激光p型覆层103的载波浓度是5×1017[cm-3]，红色激光p型覆层106的载波浓度是3×1017[cm-3](参照前述[表1])。
相对地，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，如[表2]所示地，红外激光p型覆层103的载波浓度是1.5×1018[cm-3]，红色激光p型覆层106的载波浓度是1.5×1018[cm-3]。
这样地，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，红外激光p型覆层103中所含的p型杂质Mg的浓度、和红色激光p型覆层106中所含的p型杂质Zn的浓度被调整成大于或等于6×1017[cm-3]、并且小于或等于1.6×1018[cm-3]的范围内。
因此，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，由于能够谋求降低在红外激光活性层102及红色激光活性层105内所发生的无效电流，因此，能够防止在红外激光活性层102及红色激光活性层105内引起热饱和，因此，能够提供更高输出(譬如350[mA]的光输出)动作的半导体激光装置。
这里，在前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置，使用Zn作为红外激先p型覆层103中所含的p型杂质(参照前述[表1])，相对地，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，如[表2]所示地，使用Mg作为红外激光p型覆层103的所含高浓度的p型杂质。
这样地，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，选择不同于Zn的p型杂质作为红外激光p型覆层103所含的高浓度的p型杂质，以使得在红外激光p型覆层103的p型杂质(譬如Mg)的扩散速度小于在红外激光p型覆层103的Zn的扩散速度。
因此，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，由于能够防止在红外激光p型覆层103所含的高浓度的p型杂质Mg通过红外激光p型覆层103扩散到红外激光活性层102的内部区域，而能够谋求红外激光p型覆层103所含的p型杂质Mg的高浓度化。
更进一步地，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，由于在红外激光p型覆层103所含高浓度的p型杂质Mg不会通过红外激光p型覆层103扩散到红外激光活性层102的内部区域，因此，在红外激光活性层102，不会促进载波的非发光再结合，因此，能够防止半导体激光装置的特性恶化。
另一方面，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，如[表2]所示地，使用Zn作为红色激光p型覆层106所含的高浓度p型杂质。但是，在本发明的第2实施例的半导体激光装置，由于将红色激光p型覆层106的Zn扩散速度调整成小于红外激光p型覆层103的Zn扩散速度，因此，红色激光p型覆层106所含的高浓度p型杂质Zn，不会通过红色激光p型覆层106扩散到红色激光活性层105的内部区域，因此，能够谋求红色激光p型覆层106所含的p型杂质Zn的高浓度化。
以下，简单说明本发明的第2实施例的半导体激光装置的制造方法。
并且，由于本发明的第2实施例的半导体激光装置的构成要素和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置的构成要素相同，因此，能够以和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法相同的工序来制造本实施例的半导体激光装置。
本发明的第2实施例的半导体激光装置的制造方法中，如前述图1(a)所示地，在以MOCVD法形成红外激光半导体层(101～103)的工序时，不仅容易且高精度地控制红外激光p型覆层103的晶格常数，并且，容易且高精度地控制红外激光p型覆层103所含的p型杂质Mg的浓度。
同样地，本发明的第2实施例的半导体激光装置的制造方法中，如前述图1(c)所示地，以MOCVD形成红色激光半导体层(104～106)的工序时，不仅容易且高精度地控制红色激光p型覆层106的晶格常数，并且，容易且高精度地控制红色激光p型覆层106中所含的p型杂质Zn的浓度。
通过上述，本发明的第2实施例的半导体激光装置的制造方法中，能够将红外激光p型覆层103的晶格常数调整成小于衬底100的晶格常数，并且调整成小于红色激光p型覆层106的晶格常数，同时，能够谋求红外激光p型覆层103所含的p型杂质Mg及红色激光p型覆层106所含p型杂质Zn的高浓度化。
因此，本发明的第2实施例的半导体激光装置的制造方法中，和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法相同地，将红外激光p型覆层103对衬底100的晶格错配值调整成小于0，并且调整成小于红色激光p型覆层106对衬底100的晶格错配值，如前述图2(b)所示地，由于根据1次的Zn扩散工序能够在红外激光活性层102在位于发射边缘面附近区域200a形成良好的窗口区、同时在红色激光活性层105在位于发射边缘面附近区域200b形成良好的窗口区，因此，能够获得和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置的制造方法相同的效果。
进一步地，本发明的第2实施例的半导体激光装置的制造方法中，由于能够谋求红外激光p型覆层103所含的p型杂质Mg、及红色激光p型覆层106所含的p型杂质Zn的高浓度化，因此，能够谋求降低在红外激光活性层102及红色激光活性层105内产生的无效电流，和前述的本发明的第1实施例的半导体激光装置比较，能够提供更高输出动作的半导体激光装置。
并且，本发明的第2实施例的半导体激光装置的制造方法中，使用Mg作为红外激光p型覆层103所含高浓度的p型杂质。
因此，本发明的第2实施例的半导体激光装置的制造方法中，在以MOCVD法形成红外激光半导体层(101～103)的工序(参照前述图1(a))后，以MOCVD法形成红色激光半导体层(104～106)的工序(参照前述图1(c))及Zn扩散工序(参照前述图2(b))等时，能够根据加热(譬如Zn扩散工序中以600℃的热度)防止在红外激光p型覆层103所含的高浓度的p型杂质Mg通过红外激光p型覆层103扩散到红外激光活性层102的内部区域。
并且，本发明的第2实施例的半导体激光装置中，虽然以二波长激光装置为具体例子进行说明，但是，本发明并不会受限于此，譬如三波长激光装置等的单片集成激光装置或单体的红外激光装置也能够有效地适用于本发明。
譬如，使本发明体适用于单体的红外激光装置时，通过按照在红外激光活性层的Zn的扩散速度、将红外激光p型覆层的晶格常数调整成小于衬底的晶格常数，也能够谋求促进在红外激光活性层的Zn的扩散。
因此，由于能够使发挥作为窗结构的机能的适度量的Zn(譬如大于或等于2×1018[cm-3])容易地扩散到红外激光活性层位于发射边缘面附近区域的部分中，因此能够容易地实现在红外激光活性层位于发射边缘面附近区域形成良好的窗口区。
进一步地，将本发明适用于单体的红外激光装置时，和前述的本发明的第2实施例的半导体激光装置相同地，通过谋求在红外激光p型覆层所含的p型杂质Mg的高浓度化，能够实现高输出动作可能的半导体激光装置。
这样地，通过将本发明适用于单体的红外激光装置本发明，除了能够实现在发射边缘面附近区域具有良好窗口区的红外激光活性层之外，并且能够提供高输出动作可能的半导体激光装置。
产业上的利用可能性
本发明对于具有窗结构的半导体激光装置及其制造方法非常有用。

Claims (18)

1.一种半导体激光装置，其具备发出第1波长激光的第1元件和发出第2波长激光的第2元件，该第1元件由第一导电型的第1覆层、位于发射边缘面附近具有第1窗口区的第1活性层、和第二导电型的第1覆层在衬底上从下依次层积形成，该第2元件由第一导电型的第2覆层、位于发射边缘面附近具有第2窗口区的第2活性层、和第二导电型的第2覆层在所述衬底上从下依次层积形成，其特征在于：
所述第二导电型的第1覆层的的晶格常数及所述第二导电型的第2覆层的晶格常数是被调整的常数，以使得在所述第1活性层的所述第1窗口区中所含的杂质的扩散速度、和在所述第2活性层的所述第2窗口区中所含的杂质的扩散速度的差异获得补偿。
2.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第1活性层是含AlGaAs的层，
所述第2活性层是含AlGaInP的层，
所述第二导电型的第1覆层及所述第二导电型的第2覆层是含AlGaInP的层，
所述第二导电型的第1覆层的晶格常数小于所述衬底的晶格常数，并且小于所述第二导电型的第2覆层的晶格常数。
3.根据权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第二导电型的第1覆层对所述衬底的晶格错配值，大于或等于-3.0×10-3且不满-5.0×10-4。
4.根据权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第二导电型的第2覆层对所述衬底的晶格错配值，大于或等于-5.0×10-4并且小于或等于2.0×10-3。
5.根据权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第1窗口区中所含的杂质及所述第2窗口区中所含的杂质含Zn。
6.根据权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第二导电型的第1覆层，包含普通式用(AlxGa1-x)yIn1-yP所表示的化合物，0≤x≤1，0≤y≤1；
所述第二导电型的第2覆层，包含普通式用(AltGa1-t)uIn1-uP所表示的化合物，0≤t≤1，0≤u≤1，
所述x和所述t，满足x＜t的关系。
7.根据权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第二导电型的第1覆层中所含的第1的第二导电型杂质，是和所述第1窗口区中所含杂质不同的元素，
所述第二导电型的第1覆层中的所述第1的第二导电型杂质的扩散速度，小于所述第二导电型的第1覆层中所述第1窗口区中所含的杂质的扩散速度。
8.根据权利要求7所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第1的第二导电型杂质中含Mg。
9.根据权利要求7所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第二导电型的第1覆层中所含的第1的第二导电型杂质的浓度、和所述第二导电型的第2覆层中所含的第2的第二导电型杂质的浓度，大于或等于6×1017cm-3且小于或等于1.6×1018cm-3。
10.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第1活性层及所述第2活性层中的至少1个，是量子势阱结构。
11.一种半导体激光装置的制造方法，其包括，工序A，在衬底上，从下依次层积第一导电型的第1覆层、第1活性层、和第二导电型的第1覆层；工序B，在所述衬底上，从下依次层积第一导电型的第2覆层、第2活性层、和第二导电型的第2覆层；以及，工序C，通过以热处理使杂质至少扩散到所述第1活性层及所述第2活性层，在所述第1活性层的发射边缘面附近区域形成第1窗口区，同时，在所述第2活性层的发射边缘面附近区域形成第2窗口区；其特征在于：
所述工序A是调整所述第二导电型的第1覆层的晶格常数的工序，并且，所述工序B是调整所述第二导电型的第2覆层的晶格常数的工序。
12.根据权利要求11所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：
所述工序A，是进一步调整所述第二导电型的第1覆层中所含的第1的第二导电型杂质浓度的工序，
所述工序B，是进一步调整所述第二导电型的第2覆层中所含的第2的第二导电型杂质浓度的工序。
13.一种半导体激光装置，其在衬底上，具备有第一导电型的覆层、在发射边缘面附近具有窗口区的活性层、和第二导电型的覆层；其特征在于：
所述第二导电型的覆层的晶格常数，是按照在所述活性层的所述窗口区中所含的杂质的扩散速度来调整的，并且，所述第二导电型的覆层中所含的第二导电型杂质，是和所述窗口区中所含杂质不同的元素；
在所述第二导电型的覆层的所述第二导电型杂质的扩散速度，小于在所述第二导电型的覆层的所述窗口区中所含杂质的扩散速度。
14.根据权利要求13所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述活性层是含AlGaAs的层，
所述第二导电型的覆层是含AlGaInP的层，
所述第二导电型的覆层的晶格常数小于所述衬底的晶格常数。
15.根据权利要求14所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述窗口区中所含的杂质含Zn。
16.根据权利要求14所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第二导电型杂质中含Mg。
17.根据权利要求16所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述第二导电型的覆层中所含的所述第二导电型杂质的浓度，大于或等于6×1017cm-3并且小于或等于1.6×1018cm-3。
18.根据权利要求13所述的半导体激光装置，其特征在于：
所述活性层是量子势阱结构。
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Assignee: Suzhou Matsushita Semiconductor Co., Ltd.

Assignor: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Contract record no.: 2012990000226

Denomination of invention: Semiconductor laser element and monolithic two-wavelength semiconductor laser device

Granted publication date: 20091125

License type: Common License

Open date: 20070124

Record date: 20120413

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