TW465154B - Laser semiconductor device and method of producing the same - Google Patents
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Description
五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體雷射裝置及其製造方法，尤其 曰 η η 疋關於用作忠資訊處理的半導體雷射裝置及其製造方法。 【習知之技術】 目前用作光資訊處理的半導體雷射裝置已開始採用使用 石申化鎵（GaAs)電流塊層（blocking layer)的增益導波型構 ^ 然而最近則是採用將石申化鎵銘（A1G a A s )層用於電流塊 層中的折射率導波型構造’藉以開發出降低動作電流的半 f體雷射裝置。在折射率導波型構造中，由於電流塊層的 光吸收損失少，所以可降低臨限電流，同時可提高發光效厂 率’並可降低動作電流。 圖9係顯示SAS(Self-Aligned Structure :自動對準結 構）型之習知半導體雷射裝置π 3作為其折射率導波型之代 表例的的截面圖，其係在η型砷化鎵基板（以下，將「η 型J記為「η_」’將「Ρ型」記為ΓΡ-」）101上，介以η-石申化鎵緩衝層1〇2 ’形成由n-j\i〇.5Ga0.5As所組成的下包 覆層103之後，形成由砷化鎵鋁（A1GaAs)所組成的主動層 104 ’並在其上形成由卩_ Α1 〇· 5Ga〇. 5As所組成的第一個上 包覆層105，更依序形成由p_ A1〇.2Ga〇.8As所組成的蝕刻j 阻止（etching、由n-Ai〇.6Ga〇4As所組成、 的電流塊層107、由p- A10.2Ga〇.8AS所組成的保護層 108、 及由p- A丨〇_ 5Ga〇· 5As所組成的第二個上包覆層 109。 另外，107&係成為電流塊層1〇7之電流通道的條狀窗 口，11 0為卜砷化鎵接觸層，Π 1為η侧電極，丨〗2為？側電
)114813.ptd 第5頁 五、發明說明 極。
時體！射裝置113雖係由上述所構成，但是有 而會因第二個r地獲得第一個上包覆層105之載體濃度， 部指4， 包覆層丨〇 5之鋅（Ζη)的濃度降低而增大内 且粕大動作時的發熱。因此，會因載體（電子、 障電:)之被二果V有穿越由雙載子構造峨 形、"°果因有助於振盪的載體很少，故而會降伯 1化。換句話說，有時會使電流_光輸出特性之溫度0特性― =士。^更且’因卯接面之位置在下包覆層1 03内錯開，結 果有時會對束射特性帶來不良影響。 σ 田綜合撿时此種問題時，可明白由於係使用鋅以作為第 一個上包覆層1〇5、蝕刻阻止層106及第二個上包覆層1〇9 等的Ρ型摻質，且第一次之磊晶成長之MOCVD法的成長溫度 為MO C~750 t，所以在形成作為主動層1〇4的砷化鎵鋁層 之後’依序形成作為第一個上包覆層105的p-A 10. 5GaO. 5 As層、作為蝕刻阻止層1〇6的？_八1〇2(^〇.843層、作為電 流塊層107的η-Α10· 6GaO. 4As層、及作為保護層108的 P-jUO· 2GaO. 8As層時，鋅會從第一個上包覆層1〇5擴散至 主動層104中；更且，由於在進行第二次之磊晶成長時也 疋在同樣的溫度下進行，所以會因鋅從第一個上包覆層 105擴散至主動層1〇4中而發生。
又’在實現折射率導波型構造時，雖然除了習知例所記 載的SAS型之外亦可以埋設凹（ridge)型來實現，但是從最 近的了解中’已明白鋅從第一個上ϋ層1 0 5擴散至主動
9114813.ptd 第6頁 > 五、發明說明（3) --- ·~ 層104的情形，比起埋設凹型，尤以SAS型較為容易發生。 為了抑制該鋅之擴散，雖然也有根據第一個上包覆層 1 05之p型雜質的鋅，以降低卩型載體濃度的方法，但是因 來自主動層104的載體溢流（overflow)情形會變大，而會 發生臨限電流密度變高的問題，因此依此方法根本無法解 決上述問題。 本發明係有鑒於上述之問題點，且為了消除此問題而成 者，其第一目的在係在於提供一種臨限電流低、且電流— 光輸出特性之溫度特性惡化少的半導體雷射，其第二目的 係在於提供一種利用簡單的步驟即可製造臨限^流低、且 電流-光輸出特性之溫度特性惡化少的半導體雷射之製造 方法。 【發明之概要】 本發明經專心檢討的結果’發現在使用第_導電塑之石申 化鎵（GaAs)半導體基板時’當摻質（d〇pant)之雜質濃度為 、0. 1 X 1017cnr3以上1. 5 X 1018cnr3以下，則可抑制與主動層接 '觸之上包覆（cladding)層中的鋅擴散，且可充分確保上包 覆層孓P考載體（carrier)濃度’並藉以完成本發明者。 一種半導體雷射裝置，其特徵為：包含有，第一導電盤 之砷化鎵（GaAs)半導體基板；第一導電型之第一包覆層， 配設於該半導體基板上，由Π I -V族化合物半導體所構 成，主動層’配设於邊第一包覆層上’由能帶隙小於上述 第一包覆層的IH-V族化合物半導體所構成；第二導電型 之第一個第一包覆層’配5又於该主動層上，由能帶隙大於
)314813.ptd 第 7 頁 4 6515 4 五、發明說明（4) — —--~ 上述主動層的III-V族化合物半導體所構成；第一導電型 之電流塊層，配設於該第—個第二包覆層±，由能帶隙大 於上述主動層的111 -V族化合物半導體所構成，且具有成 為電流路徑的帶狀開口；以及第二導電型之第二個第二包 覆層，介以該電流塊層之上述開口而配設於上述第一個第 —包覆層上，由能帶隙大於上述主動層的ΠΙ — ν族化合物 半導體所構成，上述砷化鎵半導體基板之摻質的雜質濃度 為(Κ 1 X 1017cm—3以上1. 5 X l〇!8cm-3以下，即可將基板與電極 之接觸（contact)電阻抑制得很低，而防止第二導電型摻 貝從第一個第二包覆層擴散至主動層，且可有效地進行對 主動層之載體封閉。 … 更且，在本發明中，由於更在上述第一個第二包覆層與 上述第一個第二包覆層之間，具備有由能帶隙大於主動層 且小於第二個第二包覆層的111_乂族化合物半導體所構成 的第二導電型之半導體層，所以可確實形成帶狀開口 ，且 可構成结晶性佳的第二個第二包覆層。 再者’當以AlxGal-xAsCO <χ<1)構成第一包覆層，以 砷化鎵鋁（AlGaAs)系材料構成主動層，以AluGal-uAs(0< u<l)構成第一個第二包覆層，以AlzGal-zAs(0<z<l)構：^J) 成電流塊層，而以AlvGal-vAs(0<v<l)構成第二個第二 包覆層時，則在紅外線之半導體雷射裝置中，即可邊將基 板與電極之接觸電阻抑制得很低，而邊防止第二導電型摻 質擴散至主動層中，且可有效地進行對主動層之載體封 閉。
114813,ptd 第8頁 465154 五、發明說明（5) 再者，當第一個第二包覆層之第二導電型之摻質的雜質 濃度設為1 X 1 018cnT3以上2 X 1 018cm-3以下時，及可扣卩制來自 主動層之載體溢流（〇 v e r f 1 〇 w )，並可將臨限電流密度保持 得报低。
更且’當利用VB(Vertical Bridgeman :垂直布氏）法戍 VGF(Vertical Gradient Freeze :垂直梯度冷凍）法製作 砷化鎵半導體基板時，則可有效地減少第二導電型之'"播質 擴散至主動層中。 、又’當將含於砷化鎵半導體基板内之不活性的矽濃度設 為1 X 1 018cnr3以下時，則可有效地減少第二導電型之移广質 擴散至主動層中。 更且，由於第一導電型為，第二導電型為口型，且將 基板之η型摻質設為矽，將p型摻質設為鋅，所以可將基 板與電極之接觸電阻抑制得很低，而防止鋅從第—個第二 $覆層擴散至主動層’ 1可有效地進行對主動層之载體封 徽ί : ίΪΪ提供一種半導體雷射裝置之製造方法，其特 杌…制 有，將第一導電型之砷化鎵（GaAs)半導體λ 二製作成#質之雜質濃度為 ιπ-ν族化八物H在該石申化嫁半導體基板上，形成由 的步驟，·在%第；構成之第—導電型之第一包覆層 層之Ιπ_ν/ ^覆層上’形成由能帶隙小於第一包覆 主動層上形丄所構成之主動層的步驟；在該 成由迠V隙大於主動層之π 族化合物半
4 65 1 54 五、發明說明（6)
導體所構成之第二導電型之第一個第二包覆層的步驟；在 該第一個第二包覆層上，形成由能帶隙大於主動層之 I I I -V族化合物半導體所構成，且具有成為電流路徑之帶 狀開口之電流塊層的步驟；以及介以該電流塊層之開口而 在第一個第二包覆層上，形成由能帶隙大於主動層之 UI-ν族化合物半導體所構成之第二導電型之第二個第二 包覆層的步驟。 更且’在上述方法中，當包含有更在第一個第二包覆層 與第二個第二包覆層之間，具備有由能帶隙大於主動層且 小於第二個第二包覆層的111 -V族化合物半導體所構成的 第二導電型之半導體層的步驟，同時在形成電流塊層之開 口的步驟中利用該第二導電型之半導體層使蝕刻作業停止 時’即可確實形成帶狀開口，且可結晶性佳地形成第二個 第—包覆層。 又，在上述方法中，當第一包覆層係由人1又〇&1-叉人5(0< x 所組成，主動層係由砷化鎵鋁（AlGaAs)系材料所構 成’第一個第二包覆層係由AluGal-uAs(0 <u <1)所組 成’電流塊層係由AIzGa卜zAs(0 <1)所组成，而第二 ^固第一包覆層係由A1 v G a 1 - v A s ( 0 < v < 1)所組成時，貝彳& '红外線半導體雷射中，即可製造邊將基板與電極之接觸、 阻抑制得很低，而邊可防止第二導電型摻質擴散至主動\ 的紅外線半導體雷射。 層 【較佳之實施形態】 以下，雖係根據較佳的實施形態詳細說明本發明，但θ
4 65 1 5 4 五、發明說明（7) 本發明並非被限定於以下之實施形態。 實施形熊1 ^ 圖1係本發明之一個實施形態之半導體雷射裝置的截面 圖。在此，係就用作資訊處理之雷射波長為·780ηιη的SAS盤： 半導體雷射裝置為其一例而加以說明。 在本實施形態1中’係藉由將η型砷化鎵基板之載體濃度 設為0 · 1Ε1 7 c nr3以上1 _ 5 Ε1 8 c nr3以下’並根據該η型摻質降 低辞從第一包覆層擴散至主動層中者。 圖1中’1為以（100)面作為主面的η型珅化鎵之基板，該 基板1之η型摻質為矽，載體濃度為8Ε1 7 cnr3。又，該砷化：） 鎵基板1係由VB(Vertical： Bridgeman:垂直布氏）法所製 成者。 2為設於基板1上之層厚為〇. 1只m的^砷化鎵緩衝層，該 緩衝層2之摻質為矽，載體濃度為3E17cnr3，3為設於缓衝 層2上之層厚為2.0#m的n-A10_48Ga0.5 2As的下包覆層， 該下包覆層3之摻質為矽。但是，下包覆層3之摻質亦可為 硒（Se)等的其他n型摻質，其載體濃度為3E17cm-3。 4為設於下包覆層3上之層厚為0.06 之非摻雜 A10.15Ga0,85As的主動層，5為設於主動層4上之層厚為〇. 2仁m之p-A10.48Ga0.52As的第一個上包覆層，而該第一個 上包覆層5之摻質為鋅，載體濃度為1.5E1 8 cm—3，6為設於 第一個上包覆層5上之層厚為0·01 /zm矣？410.2〇&0.8厶3的 餘刻阻止層（etching stopper 1 ay er)，該餘刻阻止層6之 ， 摻質為鋅，載體濃度為2E18cnr3。
L14813.ptd 第11頁 4 s5 ] 〇 4 五、發明說明（8) 7為設於該蝕刻阻止層6上之層厚為〇. 6 # m之 n-A10.55Ga0.45As的電流塊層，該電流塊層7之推質為 矽，載體濃度為2,5E17cnr3。8為設於電流塊層7上之層厚 為0.02"m之p_A10.2Ga0.8As的保護層，該保護層8之接質 為辞，載體濃度為3E17cib3。在該保護層8與電流塊声、 上，形成有作為電流路徑的條狀窗口 7a。介以該窗二7a而 在蝕刻阻止層6與保護層8上，設有層厚為2 载體濃度為 1. 5 E18cnr3之鋅摻質p-AlO· 48Ga0· 52As的第二個上包覆層 9 »10為設於第二個上包覆層9上之層厚為申化 鎵的接觸層，而該接觸層10之摻質為鋅，載體濃度為2E1g cnr3 〇 1 1為η侧電極’ 1 2為p側電極》1 3為本發明之半導體雷射 裝置。 且田 其次，就本發明之半導體雷射裝置丨3之製造方法加以說 明。 圖2及圖3係顯示本發明半導體雷射裝置η之製造步驟之 各步驟之半導體雷射裝置的截面圖。 參照圖2(a) ’首先係利用MOCVD法等結晶成長法所進行 的第一次遙晶成長以在η -碑化錄基板1上，依序成長作為 緩衝層2的η-砷化鎵層72、作為η型下包覆層3的η-ΑΙΟ. 4δ
Ga0.52As層73、作為主動層4的非摻雜A10.15Ga0.85As層 74、作為第一個上包覆層5的p-A10.48Ga0.52As層75、作 為拙刻阻止層6的p - A1 0. 2 G a 0 · 8 A s層7 6、作為電流塊層7的 n-A10.55Ga0.45As 廣 77、及作為保護層 8 的 p-A10.2Ga0.8
34813.ptd 第12頁 * 4 651 { 五、發明說明（9) —
As層78。此時的推質，η型推質可使闬石夕，p型接質可使用 鋅。圖2 (a)係顯示該步驟的結果。 其次’在作為保護層8的p-A10.2Ga0.8As層78上，形成 光阻膜’且利用微影（p h 〇 t ο 1 i t h 〇 g r a p h y )術形成具有條狀 開 口的光阻圖案（photoresist pattern)80。 圖2 (b)係顯示該步驟的結果。 將該光阻圖案80當作罩幕（mask)，並使用選擇性蝕刻液 姓刻至貫穿？410.2〇3〇.8入3詹78與11410.5 5〇3〇.45^層 77 ’且達到p-AlO, 2Ga0. 8As層76為止’藉此形成作為電流 通道的窗口 7a。 … 此飯刻方法，係以對酒石酸或硫酸等的砷化鋁（AlAs)不 太具有選擇性的蝕刻劑（etchant )，進行蝕刻直至 η - Al(L55Ga0.45As層77為止，其次使用可選擇性触刻珅化 紹現晶比較高層的氟酸系之蝕刻劑，以選擇性地蝕刻所殘 留的n-A10. 5 5GaO. 45As層77。換句話說，氟酸系之蝕刻劑 並不會蝕刻P-A10· 2GaO. 8As層76，而會在該部分上停止蝕 刻。 圖3 ( a )係顯示該步驟之結果。 在使用氟酸系之蝕刻劑，選擇性地進行蝕刻時，亦可去 j 除光阻圖案80，並將具有條狀開口的P — A10, 2GaO. 8As層78 當作罩幕而進行蝕刻。 接著’在去除光阻圖案80之後，進行第二次之磊晶成 長’並介以窗口7a在 p-A10.2Ga0_8As 層76、n-A10.55Ga0· 4 5As 層 77 與ρ-ΑΙΟ. 2Ga0_ 8As 層 78 上進行p-A10_ 48Ga0_ 52As
114823.ptd 第13頁 '4651 5 .
五、發明說明（】〇) 層79之埋設成長以作為第二個上包覆層9，且在該 P-A10.48Ga0.52As層79上形成作為接觸層^的^砷化 82。 e 圖3 (b)係顯不該步驟的結果。 其次，在P-砷化鎵層82之表面上形成p侧電極12，在基
板I之背面側形成η側電極11，以完成圖j所示之半導體雷 射裝置13。 其次就半導體雷射裝置丨3之動作加以說明。 當在π侧電極1 1與Ρ側電極丨2之間施加順向電壓時，由於 電流塊層7為η型半導體層，保護層8及第二個上包覆層9為） Ρ型層’且依該ρη接面所產生的空乏層而具有電流塊效 2 ’所以可利用電流塊層7來阻止電流之流動以控制電 :’並可介以開口 7 a而有效率地使電流流至主動層4中。 當預定的臨限值以上之電流流至主動層4時，在主動層4中 電子與電洞就會再次耦合，並依此而發生雷射光。 此時’下包覆層3、第一個上包覆層5及第二個上包覆層 9 ’由於具有大於主動層4的能帶@(bandgap)，所以下包 覆層3、第一個上包覆層5及第二個上包覆層9之折射率會 小於主動層4，而雷射光會封閉在下包覆層3與第一個上包+ 覆層5及第二個上包覆層9之間。 、 -又，電流塊層7之能帶隙由於大於第一個上包覆層5及第 ^，上包覆層9之能帶隙’所以電流塊層7之折射率會小於 個上包覆層5及第二個上包覆層9之折射率，且雷射光 水平衡方向的擴展可依電流塊層7而受到限制。
114813.ptd 第14頁 4 6515 4 五、發明說明（11) 如此由於構成雷射光之發光點的上下、左右皆具有折射 率差，所以雷射光可效率佳地封閉於發光點附近。
1斷 * 在此半導體雷射裝置13中，雖係將第一個上包覆層5之 鋅的載體濃度設為l.5E18cm-3，但是由於係將砷化鎵基板i 之矽的載體濃度設為8E17cnr3，所以可抑制鋅擴散至主動 層4中。為了調查鋅擴散至主動層4中的情形，當在第一次 之結晶成長後進行鋅之SIMS分析（2次離子質量分析）時， 可確認鋅幾乎沒有擴散至主動層4中的情形。 此情形可說明如下。 -在Journal Crustal growth vol.l45(1995)p808 j 1 2中雖，就矽_砷化鎵/鋅_砷化鎵鋁中之鋅的擴散加以 ^ ^娱但疋在本發明中仍有考量發生與該鋅（Zn)之擴散模 功典！!現象。亦即，矽摻雜砷化鎵中的晶格間鎵會隨著 s /辰度的增加而增加，而鎵由於係該系列的母體元 锫棘雜=aa格間鎵會具有較大的擴散速度，且容易擴散至 門核〃姑化鎵鋁中。利用擴散至鋅摻雜砷化鎵鋁中的晶格 曰林門蚀捧雜钟化錄銘中的錄位置之鋅就會被彈出而變成 ^。a ’並可考慮係擴散至該晶格間鋅所接近的層中所 增加矽摻雜砷當在與習知構造相同的雷射裝置中， 覆廣m之❹m〇1之載體濃度日夺，因會促進上包 利用VB法或VGFi制:使溫度特性變差。尤其是’發現在 多數的X ^ 法衣作钟化錄基板1 01時’因結晶中會殘留 少双的不活性矽届 卞，且在矽原子活性化時會生成晶格間
465154 五、發明說明（12) —-- 鎵原子’故而會更加促進鋅擴散主動層中β 從該等情形中可知’在半導體雷射裝置13中，由於 嫁基板1之梦的載體ϊ農度會降低至8 Ε1 7 c nr3，所以可抑制其 板1中之晶格間蘇的生成，藉此晶格間鎵擴散至第—個上 包覆層5中的情形就會變少，因此可抑制鋅擴锻 上包覆層5中的情形，且可防止第—個=;\至^ 體濃度降低’同時鋅擴散至主動層4中的情形也會變少，戰 而可防止主動層4之鋅的載體濃度增大。 乂’ 尤其是’在砷化鎵基板1不僅是使用VB法而是以ν F法 製作時’由於結晶中殘留有多數的不活性矽原子，所以^ 由將砷化鎵基板1之矽的載體濃度降低至8 e 1 7 c nr3，則抑制 基板1中之晶格間鎵的生成之效果就會很大，如此可抑p制1 因從第一個上包覆層5擴散至主動層4的情形。 因而’可防止因第一個上包覆層5之鋅的載體濃度降低 而造成内部損失之增大，更可防止電流-光輸出特性之溫 度特性的惡化。 酿 又’可防止隨著主動層4之鋅的載體濃度增大所帶來的 束射特性之惡化。 然後，該半導體雷射裝置1 3之基板由於係將矽的載體濃 度設為8E1 7cm·3，所以接觸電阻亦可設定得比較低。 在本實施形態中，雖係將基板1之載體濃度設為8E17cm_3 ’但是只要設在Ο · 1 E1 8 c in-3以上1 · 5 E1 8 c πγ3以下之範圍内即 可’較佳者為設在〇.5E18cm—3以上l.〇E18cir3以下，更佳者 為設在0. 7 E1 8 c nr3以上1, Ο E1 8 cπτ3以下。
!9J14S13.ptd 第16頁 4 β^154 五、發明說明（13) 又，各層的鋁混晶比，並非被限定於本實施形 的值，只要主動層4之能帶隙小於下包覆層3、二甲所不 覆層5、電流塊層7及第二個上包覆層9,且更且—個上包 隙小於第二個上包覆廣9而大於主動層4的餘刻、有= 構成即可。 續b之
又’在實施形態1中雖係由砷化鎵鋁系材料所構 是即使在AlGalnP系等的其他IU—v族化合物 ’ S 中，亦可具有同樣的效杲。 肢、料 貫施例 以下雖然基本上係與半導體雷射裝置13為相同的 但是係就因製造步驟之差異’而從實施形態1之半導1 射裝置1 3的構成中去除保護層8的實施例加以說明。_ 圖4為本實施例之半導體雷射裝置的截面圖，鱼圖丨相 或同等部分係附記相同的元件編號並省略其說明\ 以下係就主動層2 0之製造方法加以說明d 圖5及圖6係顯示本實施例之半導體雷射裝置2〇之穿造牛 驟之各步驟之半導體雷射襞置的截面圖。 、，y 與實施形態1之圖2 (a)相同，首先利用M〇cVI)法等結晶成 長法所進行的第一次磊晶成長，以在n〜砷化鎵基板ισ上， 依序成長作為緩衝層2的η-砷化鎵層72、作為η型下包覆層 3的n-A10.48Ga0.52As層73、作為主動層4的非摻雜 ^ A10.15Ga0.85As層74、作為第一個上包覆層5的 P-A10_48Ga0. 52As 層 75、作為蝕刻阻止層6 的^Ai〇. 2Ga〇 8As層76、作為電流塊層7的n-Ai〇.55GaO,45As層77、及作
4 65 1 5-4
i91148l3.ptd 第18頁 五、發明說明— 一 ' " 在去除p-A10.2Ga0.8As層78之後，以第二次之結晶成長 步驟’介以窗口7&在？-几10,2(^0.845層76舆11~^10.55〇8〇. 45As層77上進行埋設成長以作為第二個上包覆層9之 p-A10.48Ga0.52As 層 79，以在該 p-A10.48Ga0.52As 層 79 上 形成作為接觸層1 〇的p -砷化鎵層8 2。 圖6 (b )係顯示該步驟的結果。 其次’在P-砷化鎵層82之表面上形成p側電極1 2 ,在基 板1之背面侧形成n側電極11 ’以完成圖4所示之主動層 20。 在此構成中亦可獲得與半導體雷射裝置13同樣的效果。， 實施形鞔2 在本實施形態2中，係將實施形態]之非摻雜八1〇. i5Ga 〇,85As之主動層4當作雙量子井（以下稱為]構造的主動 層。 圖7係實施形態2之半導體雷射裝置之DQW構造之主動層 3〇的截面圖》 曰 、在圖7中’32為層厚I5nm且非摻雜A10.35Ga0.65As之導 光層，34為層厚8nm且非摻雜A10.I0Ga0.90As之井層，36 為層厚8nm且非摻雜A10. 35GaO. 65As之緩衝層。 \ 圖8係顯示主動層3之DQW構造的能帶隙模型圖。 Ί 八其他的構成，由於與實施形態i相同，所以在相同的部 分上附記相同的元件編號並省略其說明。 、因而1-410,48〇3〇.52人3之第一個上包覆層5，其摻質 為鋅，載體濃度為1.5E18cnr3 ,而n型砷化鎵基板工，其11型
五、發明說明（16) 摻質為矽，載體、曲 VB(垂直布氏）法為8〇7(^—3。又，該坤化鎵基板】係由 + + — &杳所製作成者。 5之辞的賞:散？少之半導體雷射裝置中，因第-個上包覆層 濃度。因此，更开而可維持第一個上包覆層5之鋅的載體 疮隊批；妹〜可防止因第—個上包覆層5之鋅的載體濃 度降低而使内部指也4 ..« ^ ,, 知失增大，及電流-光輸出特性之溫度特 性惡化的情形。 可防止隨著主動層20之鋅的载體濃度增大所帶來的 Λ丨生惡化。更且，由於利用鋅擴散至主動層2 0中可規 避QW構造之非規則化，所以可實現如設計般的DQW構造，〇 更可效率佳地進行載體之封閉。 然後’該半導體雷射裝置之基板由於係將矽之載體濃 度、基板1之載體濃度設為8E17cnr3，所以接觸電阻亦可設 定得比較低。 在本實施形態之半導體雷射裝置中，當諧振器長度設為 800 /zm時’動作溫度60 下的臨限電流為45以，比起實施 形態1還可實現更低的臨限電流。 又’在本實施形態中，雖係將主動層形成DQW構造，但 是即使為其他的量子井構造，即單一量子井（SQW : S i ng 1 e : \ Quantum Well)構造、三量子井（TQW : Triple Quantum Well)構造等的多量子井（MQW :Multi Quantum Well)構 造’或格林（GRIN)構造、分開限制異質結構（SCH :
Separate Confinement Heterostructure)構造等，亦可 獲得同樣的效果。
!9114S13.ptd 第20頁 4 65 ί 54 五、發明說明（π) 又’在實施形態1及2中所說明的半 SAS型，但是即使為在主動層上連續形豆雷射裝置雖為 非摻雜或η型電.流塊層的其他形式之半導、辛推雜包覆層與 可獲得同樣的效果。 V體雷射裝置，亦 如以上說明般’本發明之半導體雷射 效果。 衣直’具有以下之 可邊將基板與電極之接觸電阻抑制 二導電型摻質從第一個第二包覆> :，而邊防止第 有效地進行對主動層之載體封m二主動層中，且可 光輸出特性之溫度特性良好，束射特性亦佳可si，，一 比較低的半導體雷射裝置。 尋電阻也 更且由於在第一個第二包覆層與第二個第二包覆 間，具備有由能帶隙大於主動層而小於第二個第二 之m-v族化合物半導體所構成的第二導電型半導體層f， 所以可確實形成帶狀開口，且因可構成結晶性佳的第二個 第二包覆層，故可減少内部損失，並可構成更佳提高電流 -光輸出特性之溫度特性的半導體雷射裝置。 再者’由於係以AlxGal-xAs(〇<x<i)構成第一包覆 層，以砷化鎵鋁（AlGaAs)系材料構成主動層，以 AIuGaI-uAs(0<u<l)構成第一個第二包覆層，以 AlzGal-zAs(0<z<l)構成電流塊層，而以 AlvGal-VAs(0 <ν<1)構成第二個第二包覆層，所以可構成電流-光輸出 特性之溫度特性良好，束射特性亦佳，接觸電阻也比較低 的紅外線半導體雷射裝置。
iiiil ί
89114813,ptd 第21頁 465154 五、發明說明（18) 再者’由於第一個第二包覆層之第二導電型之摻質的雜 質濃度係設為1 X 1 〇38cm-3以上2 X 1 018cnr3以下，因可抑制來 自主動層之載體溢流（〇 v e r f丨〇 w ) ’並可將臨限電流密度保< 持得很低’所以可構成電流-光輸出特性之溫度特性更^加μ 良好，束射特性亦佳的半導體雷射裝置。 更且’由於係利用VB(Vertical Bridgeman :垂直布氏） 法或VGF(Vertical Gradient Freeze :垂直梯度冷凍）法 製作砷化鎵半導體基板，所以可有效地減少第二導電型之 摻質擴散至主動層中，並可構成電流_光輸出特性之溫度 特性更加良好，束射特性亦佳的半導體雷射裝置。 更且，由於係將含於砷化鎵半導體基板内之不活性的矽 濃度設為lx l〇i8cm-3以下，所以可有效地減少第二導電梨 _ ^換質擴散至主動層中’並可構成電流一光輸出特性之溫 度特性更加良好，束射特性亦佳的半導體雷射裝置。 更且，由於第一導電型為11型，第二導電型為p型，且將 ，板之η型摻質設為珍’將p $摻質設為辞，所以可將基 極之接觸電阻抑制得很低，而防止鋅從第—個第二 二覆散至主動層’且可有效地進行對主動層之載體封 :二因係為將砷化鎵基板以型摻質設為矽，將ρ ; ΐ二;:的簡單構成，故可獲得電流-光輸出特性之 >皿度特性良好，炎私姓& 導體雷射裝置。 且接觸電阻也比較低的半 又，若依據本發明之半導體雷^ .电®之接觸電阻抑制得很低，邊 第二導
)114813.ptd 第22頁 4 65 1 〇 五、發明說明（19) 電型摻質擴散至主動層中，且以簡單的步驟製造電流-光 輸出特性之溫度特性良妤，且束射特性亦佳的半導體雷射 裝置。 【元件編號之說明】 1 珅化鎵基.板 2 緩衝層 3 下包覆層 4 主動層 5 第一個上包覆層 6 蚀刻阻止層 7 電流塊層 7 a 窗口 8 保護層 9 第二個上包覆層 ， 10 接觸層 11 η側電極 1 2 ρ側電極 13 半導體雷射裝置 2 0 主動層 30 主動層 7 2 η -碎化鎵層 73 η-Α10·48GaO.52As 層 74 非摻雜A10. 15GaO. 85As 層 75 p-AlO·48Ga0.52As 層
]]4823.ptd 第23頁 4 65 1 〇4 五、發明說明（20) 76 p-AiO.2GaO.8As 層 77 n_A 10. 55GaO.45As層 7 8 p-A10. 2GaO. 8As 層
79 p-Al0.48GaO. 52As M 80 光阻圖案 82 p-砷化鎵層 101 矽摻雜砷化鎵基板 10 2 η -珅化鎵缓衝層 103 下包覆層 104 主動層 105 第一個上包覆層 106 蝕刻阻止層 107 電流塊層 107a 窗口 108 保護層 109 第二個上包覆層 110 p-砷化鎵接觸層 111 η側電極 112 為ρ側電極 113 半導體雷射裝置
U14813.ptd 第24頁 4· 6 I j *1」4 圖式簡單說明 圖1為本發明半導體雷射裝置的截面圖。 ，2(a)、2(b)顯示本發明半導體雷 半導體雷射裝置的截面圖。 夏疋展仏步脉之 圖3(a)、3(b)顯示本發明半導體雷射 半導體雷射裝置的截面圖。 直之製k步驟之 圖4為本發明半導體雷射裝置的截面圖。 圖5(a)、5(b)顯示本發明車遙 半導體雷射裳置的截面圖^導體雷射裝置之製造步驟之 圖6(a)、6(b)顯示本發明半 半導體雷射裝置的截面圖。 ’裝置之製ie步騾之 圓7為本發明半導體雷射裝置 圖。 化之主動層的戴面 圖8顯示本發明半導體 帶隙模型圖。 ‘置之DQW構造之主動層的能 圖9為習知半導體雷射裝置的截面圖。 …
Claims (1)
- 、申請專利範圍 種半導體雷射裝置，其特徵為：包含有， 第一導電型之砷化鎵半導體基板； f II導電入型之第—包覆層’配設於該半導體基板上，由 Π卜V族化合物半導體所構成； 一 5:層’配及於该第-包覆層i，由能帶隙小於上述第 I覆層的11卜V族化合物半導體所構成； =二導電型之第一個第二包覆層，配設於該主動層上， 月帶隙大於上述主動層的丨丨丨_v族化合物半導體所構 成； 第一導電型之電流塊層，配設於該第一個.第二包覆層 上，、由能帶隙大於上述主動層的丨ί 族化合物半導體所 構成，且具有成為電流路徑的帶狀開口；以及 _ 第二導電型之第二個第二包覆層，介以該電流塊層之上 述開口而配設於上述第一個第二包覆層上，由能帶隙大於 上述主動層的III-V族化合物半導體所構成， 、 上述砷化鎵半導體基板之摻質的雜質濃度為0. i X丨017 c m 3 以上 1 _ 5 X 1 〇]8 c nr3 以下。 2. 如申請專利範圍第〗項之半導體雷射裝置，其令更在 上述第一個第二包覆層與上述第二個第二包覆層之間，具 備有由能帶隙大於主動層且小於第二個第二包覆層的I工^ -V族化合物半.導體所構成的第二導電型之半導體^。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射巢置，其中上述 第一包覆層係由AlxGal-xAs(0<x<l)所組成，上述第— 個第二包覆層係由AluGal-uAs(0<u<l)所組成，上述電U14S13.ptd 第26頁 六'申請專利範圍 流塊層係由AlzGal-zAs(0<z<l)所組成’而第二個第二 包覆層係由AivGal-vAs(0<v<l)所組成，上述主動層係 由砷化鎵鋁（AlGaAs)系材料所構成，上述各層之能帶隙係 大於主動層。 4. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置，其中第一 個第二包覆層之第二導電型之摻質的雜質濃度為1 X 1 〇!8 . cnr3 以上 2 X 1 〇38 CDT3 以下。 5. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置，其中神化 鎵半導體基板係由VB法或VGF法所製作成。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體雷射裝置，其中含於 i) 珅化鎵半導體基板内的雜質為矽，而其不活性的石夕濃度為 1 X 1 018cnr3 以下。 7. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置，其中第一 導電型為η型，第二導電型為p型，基板之η型摻質為 型摻質為鋅。 8‘一種半導體雷射裝置之製造方法，其特徵為：包含 有， 將第一導電型之砷化鎵半導體基板，製作成摻 濃度為0·1χ l0nc„r3以上L5X 1〇18c„-3以下的步驟；雜資 在該砂化鎵半導體基板上，形成由III-V族化合物本道 體所構成之第一4電型之第一&覆層的步驟；勿牛導 在该A第一包覆層上，形成由能帶隙小於第一包覆層之 111 \知化合物半導體所構成之主動層的步驟； 在忒主動層上，形成由能帶隙大於主動層之族化,465六、申請專利範圍 合物半導體所槿成' 驟； 第二導電型之第-個第二包覆層的步 在β亥第 個第-藉 ⑴-V族化合物半一導體“上成，形且 狀=口之電流塊層的步驟；以及八成為電流路徑之帶 電流塊層之開口而在第 二導電型之第二個第二包覆層的步驟。牛V體所構成之弟 9 m:利範圍第8項之半導體雷射裝置之製造方 中包含有更在第一個第二包覆層與第二個第二包覆 】Π Λ備有由能帶隙大於主動層且小於第二個第二包 覆層的ΙΠ-V族化合物半導體所構成的第二導電型之半導 體層的步驟，同時在形成電流塊層之開口的步 第二導電型之半導體層使蝕刻作業停止。 ° 1〇_如申請專利範圍第δ項之半導體雷射裝置之製造方 法’其中第一包覆層係由AlxGal -xAs( Ο <χ < ^)所組成， 第一個第二包覆層係由AluGal-uAs(0<u<i)所組成，電 流塊層係由A 1 z G a 1 - z A s ( 0 < z < 1 )所組成，而第二個第二 包覆層係由AlvGa卜vAs(0<v<l)所組成，另—方面，主 動層係由砷化鎵鋁（A 1 GaAs )系材料所構成，上述各層之能 帶隙係大於主動層。i91M813.ptd 第28頁
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