TW480797B - Semiconductor laser device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Atsunori Mochida
Masaaki Yuri
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Description

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 B7 五、發明說明（/ ) 〔技術領域〕 本發明係關於分布反饋型或分布反射型半導體之半導 體雷射。 〔背景技術〕 半導體雷射，就藉由將具備精確的（sharply)波長選擇 特性之繞射光柵設於半導體光導波路內而以單一縱模式來 振盪之構造，已知有分布反饋型(Distributed Feedback，以 下稱「DFB」）或分布反射型（Distributed Bragg Reflector， 以下稱「DBR」）。要將這些半導體雷射當作光資訊處理或 光測量等的光源來利用時，必須實施所謂橫模式控制，而 控制成以基本橫模式來振盪。 針對DFB半導體，作爲進行橫模式控制和電流縮頸之 構造，例如日本專利特開平6 - 112580號公帮所揭示般， 係在電流阻止層形成條狀凹部（所謂窗）而成之構成。以下 ，參照圖11說明該習知的構造。 該DFB半導體，係在η型GaAs基板101上，設置η 型 GaAs 緩衝層 102、η 型 Ga〇.5Al().5As 第 1 包層 1〇3、 Ga0.85Al0.15As 活性層 104、p 型 Ga0.5Al0.5As 第 1 光導層 105、p型Ga〇.8Al().2As繞射光柵層1〇6。形成有電流縮頸 用的條狀窗l〇9a之η型Ga〇.4Al().6As電流阻止層1〇9、p型 GaAs保護層112，係形成於其上方。又，存包含條狀窗 109a之保護層112上設有p型Gaa.5Al().5AS第2包層U0、 p型GaAs接觸層111。 又，以往之其他的DFB半導體雷射，係在活性層104 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線象 480797 A7 五、發明說明（义） 下方形成具有繞射光柵106a之繞射光柵層106。 然而，上述以往的構造，存在著下述（1)〜(3)的問題。 (1) 形成條狀窗109a所採用的蝕炙，會使繞射光柵 l〇6a的形狀劣化，要以高良率來實現單一縱模式特性會有 困難。 (2) 在因繞射光柵l〇6a的形成而使繞射光柵層106的 ί 膜厚變薄之部分，要形成條狀窗l〇9a時會產生過蝕刻，蝕 I 刻可能會到達繞射光柵層106下部之第1光導層105，而 使良率變差。 (3) 若在活性層104下方形成繞射光柵層106，雖可避 免繞射光柵遭受蝕刻，但由於變成在凹凸的繞射光栅層 106上形成活性層104，故要將結晶品質安定化會有困難， 而使發光特性的偏差變大。 同時知道有一種DBR半導體雷射，其採用以單一縱模 式來振盪之其他構造。以下，參照圖12來說明該半導體雷 射的製造方法。 首先，如圖12(a)所示般，在η型GaAs基板142上， 進行第1次結晶成長來形成η型GaAs緩衝層143、η型 Ga〇.5Al〇.5As 第 1 包層 144、Ga〇.85Al〇.15As 活性層 145、ρ 型Ga〇.5Al〇.5AS第2包層146、光柵層147。接著，如圖 12(b)所示般，藉由對分布布雷格反射區域HI之光柵層 147施以蝕刻，而在分布布雷格反射區域ι41之光柵層147 — 形成繞射光柵147a。 : 進一步，如圖12(c)、圖12(d)所示般，進行第2次結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 狀衣·-------訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480797 A7 B7 經濟部智慧財蓋局員工消費合作社印製 五、發明說明（j ) 晶成長來形成p型Ga〇.5Al().5AS第3包層148，並在垂直於 繞射光柵的方向對P型Gao.5Alo.5As第3包層148施以脊狀 蝕刻，而形成脊部148a。 接著，如圖12(e)所不般，在脊部148a上成Si02膜 15〇，使用該Si02膜150作爲選擇成長遮罩，在P型 Ga0.5AlG.5AS第3包層148上進行$ 3次結晶成長以形成n 型GaAs電流阻止層149。最後，如圖12⑴所示般，實施 選擇性蝕刻來除去Si02膜150，進行第4次結晶成長來形 成P型GaAs接觸層151。 圖12(f)的構造中，在分布布雷格反射區域141之光柵 層147，由於形成有具備周期構造之繞射光柵，故具有以 單一縱模式來振盪之構造。這時，η型GaAs電流阻止層 149的禁帶寬由於比雷射光的波長能量爲小，故在脊部 148a以外的區域雷射光會被η型GaAs電流阻止層149吸 收，而將雷射光封閉於脊部148a內，即獲得單一橫模式之 雷射振盪。 ^ 然而，圖12所示之習知構造，由於將光柵層形成於包 層的中間，必須進行4次的結晶成長，因此其製造過程複 雜，且良品率會變差。又，由於電流阻止層會產生光吸收 ，而有導波損失變高、動作電流變大的問題。又，由於電 流阻止層所產生之光吸收，將限制光分布，而有繞射光柵 的耦合係數無法變大的問題。 〔發明之揭示〕 於是，本發明之第1目的係提供一具備條狀構造之 請、 先 閱 讀 背- 意 事 項 再應I!· i 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480797 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（分） —DFB或DBR傘導體雷射，其橫模式控制性優異，能進行 安定扩縱模式振盪且適於#*。本發明之第' 2目的係提 ,共一能用更少的結晶成長步驟來製造出之DBR半導體雷射 〇 本發明之第1半導體雷射，其特徵爲具備：基板，基 板上所形成之活性層，活性層上所形成之具有繞射光柵的 | 半導體層，半導體層上所形成之蝕刻棋+爲·蝕刻停止層 上所形成之具有條狀構造的包層，以及鈾刻停止層上所形 成之配置於條狀構造的至少側面側之電流姐止層。該半導 體雷射裝置，由於是在具有繞射光柵之半導韹層上形·成蝕 刻停止層，故能狀|钟衣丨丨苧苎，访之縫射采柵的損傷。 該半導體雷射裝置較佳爲，電流阻止層的折射率比包 層的折射率爲小。如此，可抑制電流阻止層之吸收雷射光 ，而減低半導體雷射的導波路損失；又在電流阻止層下部 的繞射光柵能擴大雷射光的分布，而使繞射光柵的耦合係 數提高。 又，該半導體雷射裝置較佳爲，蝕刻停止層係Gai-sA1sAs所構成之第1導電型層，電流阻止層係Ga^AlzAs 所構成之第2導電型層，包層係Gai-cAlcAs所構成之第1 導電型層，C、S、Z之間具備l-Z>C>S-0)的關係。 該半導體裝置，由於蝕刻停止層之A1組成比S，比成 爲被蝕刻層之電流阻止層或包層的A1組成比Z或C爲小 ’在對被蝕刻層施以蝕刻時，即可利用蝕刻停止層來防止 朝向繞射光柵層的蝕刻。又，由於電流阻止層的A1組成比 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480797 A7 B7 五、發明說明（r) Z比包層之A1組成比C爲大，和上述同樣的，能防止電流 阻止層之吸收雷射光，而在電流阻止層下部的繞射光柵能 擴大雷射光的分布。 本發明之上述第1半導體雷射裝置的製造方法，其特 徵在於：蝕刻停止層是由Gai-sAlsAs層來形成，擇自包層 及電流阻止層中之任一被蝕刻層是由Ga^AluAs層來形 成(其中，l-U>S-0);藉由使用蝕刻劑(能對GaAlAs中 A1比例較高的層實施選擇性蝕刻）來蝕刻被蝕刻層，以形 成條狀構造。該製造方法中，由於使用能對高A1組成比( 換言之AlAs混晶比高)層實施選擇性蝕刻之蝕刻劑，且將 各層的A1組成比控制如上，故能利用鈾刻停止層來停止 蝕刻，而防止蝕刻停止層下方的繞射光柵層之過蝕刻。當 被蝕刻層爲電流阻止層時，U相當於Z ;當被鈾刻層爲包 層時，ϋ相當於C 〇 上述半導體裝置較佳爲，在活性層和繞射光柵層間， 進一步形成第1導電型的GamAl^AViXYKl)所構成之 第1光導層。又較佳爲，在具有繞射光柵之半導體層和蝕 刻停止層間進一步形成第1導電犁的Ga!-y2A1Y2As(0<Y2<1)所構成之第2光導層。又更佳爲，具有 繞射光柵之光導體層爲GanAlGAsCOSGSl)層，且G和 Y2間有Y2>G的關係。又較佳爲，活性層具有包含Gai-xA1xAs(0$X<1)構成的井層之量子井構造。 本發明之第2半導體裝置爲DBR半導體雷射，其特徵 爲具備：基板上所形成的活性層，活性層上所形成的具有 7 --------^---------. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格ΟΠΟ X 297公釐） 480797 A7 B7 五、發明說明（έ) 條狀窗之電流阻止層’在電流阻止層之至少端面附近的區 域形成繞射光柵。該半導體雷射裝置是在電流阻止層形成 繞射光柵。因此，可在電流阻止層爲止的各層均形成後每 形成繞射光柵，而藉由另一次的結晶成長即可製作出。又 ，由於在電流阻止層上形成繞射光柵，雷射4會滲出電流 止層而成爲導波，即可使繞射光栅的耦合係數變大。 本發明之上述第2DRB半導體雷射裝置的製造方法， 其特徵在於：在活性層上形成電流阻止層，將電流阻止層 局部除去來形成條狀窗，在電流阻止層之至少端面附近的 區域形成繞射光柵。依據該製造方法，在形成繞射光柵後 ’不須中斷層的成長即可製作出DBR半導體雷射裝置。 〔圖式之簡單說明〕 ^係顯示本發明的DBR半導體雷射之丄例之局部切 除立%Α。 圖示圖1的半導體雷射之製造方法的步驟圖 圖3'ϋ示本發明的DBR半導體雷射之一例之局部切 除立體圖。 圖4係在圖3的半導體雷射製造過程中，顯示在繞射 光柵層表面形成繞射光柵的狀態之局部切除立體圖。 係顯示本發明的DBR半導體雷射之其他例之局部 切除。 ‘ 示圖5的半導體雷射之製造方法之步驟圖。 圖示本發明的DBR半導體雷射之其他例之局部 切除立體圖。 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝---- —訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480797
五、發明說明（ 圖8係顯示本發明的半導體雷射之電流-光輸出特性 的一例。 圖9係顯示本發明的DBR半導體雷射之其他例之局部 切除立體 圖10 圖11
C ΙΓ示圖9的半導體雷射之製造方法之步驟圖 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以往的半導體雷射之局部切除立體® ° 圖示以往的半導體雷射之製造方法的步驟圖。 〔發明之實施形態〕 以下，邊參照圖面邊說明本發明的實施形態。 首先，針對上述第1半導體雷射裝置作說明。 (實施形態1) 圖1所示之DFB半導體雷射，係在n型GaAs基板1 依序形成η型GaAs緩衝層2、η型Gao.5Alo.5As第1 包層 3、Ga〇.85Al().15As 活性層 4、ρ 型 Ga〇.5Al().5As 第 1 光 導層 5、p 型 Ga〇.8Al().2As 繞射光柵層 6、p 型 Ga〇.5Al().5As 第2光導層7、p型Ga〇.8Al().2As蝕刻停止層8。在該積層 構造上，係形成η型Ga〇.4Al〇.6As電流阻止層9(設有電流 縮頸用之條狀窗9a)。在包含條狀窗9a之電流阻止層9上 ，係依序形成有P型Ga〇.5Al().5As第2包層10、p型GaAs 接觸層11。 該雷射裝置，從P型GaAs接觸層η注入的電流會被 η型Ga〇.4Al().6AS電流阻止層9封閉在條狀窗9a內，位於 條狀窗9a下部之活性層4會產生780nm帶之雷射振盪。 該構成中，由於η型GaQ.4AlQ.6As電流阻止層9之禁帶寬比 上
線# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480797 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（）
Ga0.85Al0.15As 活性層 4 及 p 型 Ga0.5Al0.5As 第:2 包層 1〇 之 禁帶寬爲大，故電流阻止層9之吸收雷射光幾乎不會產生 。因此，能大幅地減低導波路的損失。 又，由於幾乎沒有電流阻止層9之光吸收，雷射光分 布不致侷限於條帶內部，而能擴及電流阻止層9下部之繞 射光柵層。因此，藉由增加傳過繞射光柵的光功率，即可 將用以決定波長選擇性之繞射光柵的耦合係數設定爲較高 値。其結果，繞射光柵6a之精確的波長選擇特性可付諸實 現，而針對溫度變化、光輸出變化等能維持單Γ-縱模式。 本實施形態中，爲了防止電流注入時之電漿效果所造 成之條帶內的折射率降低而產生之反導引的導波路，係將 電流阻止層9之AlAs混晶比設成比第2包層1〇的A1As 混晶比爲高。例如，本實施形態中，電流阻止層9之AlAs 混晶比，係設成比GaAlo.sAso·5第2包層10的AlAs混晶比 爲高之〇·6。藉此，就算在高輸出時仍能獲得安定的單—橫 模式振盪。 本實施形態中，Ga〇.5Al〇.5As第1光導層之A1As胃 晶比，係比活性層4之AlAs混晶比來得高很多，故能有 效地將載子封閉於活性層4。爲了獲得78〇nm波帶的雷身寸 振盪，AlAs混晶比較佳爲0_45以上，在此是定爲〇β5。
Ga0.8Al〇.2As蝕刻停止層8之AlAs混晶比，較佳爲〇 3 以下，藉此能使其和GaAl〇.5As〇.5第2包層10的触刻選擇 比變高，而容易在其上方進行再成長，又較佳馬對胃射的 振盪波長不致產生吸收。本實施例是定爲0.2。 10 . --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480797 A7 _ B7 五、發明說明（） 本實施形態中，繞射光柵層6所形成之繞射光柵6a， 係沿著光共振器方向周期性的形成著。繞射光柵之周期爲 媒質內的波長之整數倍。藉由繞射光柵6a所產生之布雷格 反射，來選擇光共振器導波用之雷射光被長。依據 Ga0.8Al〇.2As繞射光柵層6和埋設有繞射光柵6a之 Ga0.5Al〇.5As第2光導層7的折射率差，即可決定繞射光柵 丨 6a之波長選擇性。就繞射光珊層6之AlAs混晶比而言， 爲實現良好的波長選擇性，並使其上方之再成長變容易， 較佳爲0.3以下，且不致對雷射的振盪波長產生吸收。本 實施形態是定爲0.2。 又，爲實現單一縱模式所需之和繞射光柵層6間的折 射率差，第2光導層7之AlAs混晶比較佳爲b.5以上，本 實施形態是定爲0.5。 圖2(a)〜(f)係顯示本實施形態的DFB半導體雷射之製 造過程。 如圖2(a)所示般，在η型GaAs基板1上，於使用 MOVCD法或MBE法之第1結晶成長步驟中係序形成n型 GaAs 緩衝層 2(厚 0.5/zm)、η 型 Ga〇.5Al()_5As 第 1 包層 3( 厚l//m)、GaQjAlojAs障壁層和GaAs井層所組成的多量 子井活性層4、p型Gao.5Alo.5As第1光導層5\厚〇.〇6 “ m) 、P型Ga〇.8Al()_2As繞射光柵層6(厚0.06/z m)。又，本說明 書中各層的厚度僅爲舉例用，並非用該數値來對厚度作任 何的限定。 活性層，在本實施形態中雖是使用無應變的多毚子# 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請- 先 閱 讀 背· Sj 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 注 意 事
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480797 A7 五、發明說明（p) ，但使用有應變的量子井或是整塊的活性層亦可。活性層 的導電型，爲P型、η型或無摻雜均可。 ； 若將繞射光柵層6形成於活性層4的上部，再成長所 造成之活性層結晶性的降低將不會發生，而能以高良率來 進行生產。 接著，如圖2(b)所示般，藉由干涉曝光法或電子束曝 I 光法等並配合濕蝕刻或乾蝕刻，而在繞射光柵層6上形成 沿光共振方向具有周期之繞射光柵6a。 其次，如圖2(c)所示般於第2結晶成長步驟，在繞射 光柵層6上，形成P型Gao.sAlo.sAs第2光雩層7(厚〇.〇6 // m)、p 型 Ga〇.8Al〇.2As 鈾刻停止層 8(厚 0.01 // m)、η 型 Ga〇.4Al〇.6As電流阻止層9(厚0.6//m)。又，電流阻止層9 的厚度薄時，往橫方向之光的封閉將變得不足，而使橫模 式變得不安定。電流阻止層9的厚度較佳爲0.4//m以上。 接著，如圖2(d)所示般，在Ga〇.4Al().6As電流阻止層9 上，用蝕刻來形成電流縮頸用之條狀窗9a。蝕刻時，藉由 使用氫氟酸等的蝕刻劑(能對AlAs混晶比較高層進行選擇 性鈾刻），即可在具有Ga〇.8Al(>.2As組成的蝕亥[J停止層8停 止蝕刻。因此，蝕刻不均所造成之特性不齊將不會發生， 而能獲得適於以高良率來量產之半導體雷射。又，和以往 的構造不同的，由於繞射光柵層6和鈾刻停止層8是分別 形成，故形成條帶時的鈾刻所造成之繞射光栅6a形狀的變 差並不會發生。 在此，條狀槽的形狀，以正台面形(mesa type)比倒台 12 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^--------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CI\TS)A4規格（2]0 X 297公釐） 480797 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（η ) 面形爲佳。此乃基於’正台面形的情形’要在條狀槽上進 行埋設产3成長較容易，而能提高良率之故。、 第3方d勺結晶成長步驟中’如圖2(e)所不般’是在包 含條狀窗之電流阻止層9上’形成P型Ga〇.5AlG.5As弟2包 層 1〇(厚 2/zm)、P 型 GaAs 接觸層 11(厚 2#m)。 最後，如圖2⑴所示般，分別在n型GaAs基板1及P 型GaAs接觸層11上形成n電極21、P電極22。 接著，爲形成高輸出’對射出雷射光之前端面進行 5%的低反射塗覆亦可。又，只要在後端面形成1%以下的 無反射塗覆，即可防止非繞射光柵所造成之來自後端面的 反射，而能更確實地進行繞射光柵之縱模式控制。 (實施形態2) 圖3係顯示本發明的第2實施形態之DBi半導體雷射 裝置。如圖3所示般，該半導體雷射中，繞射光柵6a僅形 成於繞射光柵層6之分布反射區域B。該構造的製造方法 ，和第1實施形態同樣的’在:肖1次結晶長成步驟是形成 到P型Ga〇.8Al().2As繞射光柵層6爲止。接著，如圖4所示 般，在繞射光柵層6a表面，藉由實施不致蝕刻活性區域A 而僅蝕刻分布反射區域B之蝕刻。而僅在分布反射區域B 形成繞射光柵6a。本實施形態之活性區域長度爲500/zm ’分布反射區域長度爲300# m。 、 接著，和第1實施形態同樣的形成第2光導層7、蝕 刻停止層8、電流阻止層9。在電流阻止層9，藉蝕刻而形 成電流通道之窗9a後，再成長出p型第2包層10、p型 13 本紙張尺度國國家標準（CNS)A4規格⑵G X 297公釐） " -----------------線 (請先間讀背面之注意事頊再填寫本買) 480797 A7 B7 五、發明說明（)
GaAs接觸層11。 爲了讓活性區域A和分布反射區域B形成電氣分離， 在活性區域A和分布反射區域B之間，藉蝕刻來除去寬度 30//m的p型GaAs接觸層11。之後，在GaAs基板i和 活性區域A的p型GaAs接觸層11上分別形成η電極21 、Ρ電極22，即完成圖3所示的半導體雷射裝置。 (實施形態3) ; 圖5係顯示本發明的第3實施形態之DFB半導體雷射 裝置。其半導體構造，係將第2包層1〇形成脊狀，在構成 電流縮頸用的電流通道之脊部以外區域，係形成η型 Ga0.4Al0,6As電流阻止層9 〇又，符號12代表ρ型GaAs保 護層，符號11代表ρ型GaAs接觸層。 圖6顯示該半導體雷射的製造方法。首先，如圖6(a) 所示般，和第1、第2實施形態同樣的，在第1次結晶成 長步驟是形成到繞射光柵層爲止，之後形成繞,射光柵6a， 在第2次結晶成長步驟是形成到保護層12爲止。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 ------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .4 接著’如圖6(b)所示般，形成條狀的氮化膜(氮化矽、 氮化鎢）、氧化砂等的電介質膜13，使用該電介質膜π作 爲遮罩來進行蝕刻，以形成脊部。藉由蝕刻停止層8來選 擇性的停止蝕刻。 接著，使用電介質膜13，如圖6(c)所示般，在第3次 結晶成長步驟中，在脊部以外的區域選擇性地進行η型 Ga〇.4AlQ.6As電流阻止層9的成長。 ； 在此，脊部的形狀，以正台面形比倒台面形爲佳。此 14 本、，氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 480797 A7 B7 五、發明說明（卩） ^ — 乃基於，倒台面形的情形，相較於正台面形的情形要進行 結晶成長變得困難，而會造成良率降低之故。 接著，除去電介貪膜13 ’在第4次結晶成長步驟形成 P型GaAs接觸層11。最後，在GaAs基板1和p型GaAs 接觸層11上分別形成η電極21、p電極22，即完成圖5 所示的半導體雷射裝置。 (實施形態4) 圖7係顯示本發明的第4實施形態之DFB半導體雷射 裝置。該半導體雷射，和第3實施形態同樣的，係將第2 包層1〇形成脊狀，在構成電流縮頸用的電流通道之脊部以 外區域，係形成η型Ga〇.4Al().6As電流阻止層9。繞射光柵 6a，係僅形成於繞射光柵層6的分布反射區域B。 圖8係顯示本發明的一實施形態之半導體雷射的電流 -光輸出特性。相較於電流阻止層是使用GaAs之習知例 ，由於幾乎沒有電流阻止層的光吸收，故能實現低電流化 。藉由該低電流化，可抑制高輸出時的元件發熱，就算在 100mW以上，仍能以單一縱模式進行安定的振盪。又，就 算在橫模式之高輸出下，仍能以基本模式進行安定的振盪 〇 又，藉由將活性層作成量子井構造，由於能減低臨限 値，低電流化及高輸出化將變爲可能。作爲量子井構造’ 當使用在780nm波帶振盪之i〇nm厚的Ga0.95Al0.05As井層 和4nm厚的Ga〇.7AV·二障壁層所構成的多量子井時，可 獲得2〇0mW丨、1卜的光輪出。 ' 15 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規iTFlO X 297公爱) ' " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---訂------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480797 A7 --------B7 五、發明說明（π ) 接著，說明上述第2半導體雷射裝置。 (實施形態5) , 圖9顯示本發明的DBR半導體雷射裝置之一形態。該 半導體雷射，係在使用η型GaAs之半導體基板31上，形 成η型GaAs緩衝層32，在其上方形成：n型Ga〇.5Al().5As 第 1 包層 33，GaowAlo.MAs 活性層 34，p 型 Ga〇.5Al〇.5As 第2包層35 ’在分布布雷格反射區域41具有繞射光柵37b 之p型Gao.sAl^As光柵層36，在分布布雷格反射區域41 具有繞射光柵37b、且具有構成電流縮頸用的電流通道之 條狀窗37a之η型Gao.4AU.6As電流阻止層37 ;。 繞射光柵的周期，係形成媒質內波長的整數倍。在電 流阻止層37上，形成ρ型Gaa.5AU.5As第3包層38，在其 上方’則形成P型GaAs接觸層39。並形成鄰接於分布布 雷格反射區域41之活性區域40。 該半導體雷射，由於在具有條狀窗37a之電流阻止層 37上形成繞射光柵37b以構成分布布雷格反射區域41，故 係製作出在電流阻止層37上僅形成第3包層38及接觸層 39之DBR雷射構造。亦即，要在半導體基板31上製作 DBR雷射，僅須2次結晶成長即可。換言之，在DBR雷 射構造的結晶成長中僅插入1次的成長中斷即可完成，因 此能以高良率來製作出DBR雷射構造。 又，由於在電流阻止層37形成繞射光柵，而使雷射光 滲出電流阻止層37而進行導波，因此能加大繞射光柵的耦 合係數。藉此，能獲得發光波長選擇特性良好的DBR雷射 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480797 A7 B7 五、發明說明（κ) 〇 又，特別是η型Ga〇.4Al().6As電流阻止層37之禁帶寬 比Ga〇.85Al().15As活性層34的禁帶寬爲大，因此幾乎沒有 電流阻止層37的光吸收，而能獲得導波路的損失小且以低 動作電流的DBR雷射。 該半導體雷射，自P型GaAs接觸層39注入的電流被 封閉於條狀窗39a內，而在位於條狀窗39a下部之 Gao.^Alo.^As活性層34產生780nm波帶的零射振盪。在 此，因P型Ga〇.5Al().5AS第2包層35之禁帶寬比 Ga〇.85Al().15AS活性層34的禁帶寬來得大很多，故能有效地 將載子封閉於活性層34，而使可見光域的振盪成爲可能。 又，爲獲得780nm波帶的雷射振盪，AlAs混晶比必須爲 約0.35以上，本實施形態爲0.5。 又由於雷流阻止層37的禁帶寬比第3包層38的禁帶 寬爲大，故在條狀窗37a能有效地進行電流縮頸。 又，上述雷射裝置的構造，係藉由繞射光柵37b的存 在，來使媒質即導波路內的折射率產生周期性的變化，而 使沿共振器方向平行前進的光產生周期性的反射。又，由 於繞射光柵37b具有媒質內波長的整數倍之周期，在繞射 光柵37b反射後的光之相位將一致，故其波長選擇特性強 。因此，針對溫度變化、光輸出的變動、高速調變等，仍 能維持單一縱模式的振盪。 參照圖10說明上述半導體雷射的製造方法。 首先，如圖10(a)所示般，在η型GaAs半導體基板31 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . -----------------^.Awi (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480797 A7 B7 五、發明說明（4) 上，使用有機氣相金屬磊晶成長（MOCVD)或分子束嘉晶 (MEB)法，依序成長出η型GaAs緩衝層32、^型 Ga0.5AlQ.5As 第 1 包層 33、Ga〇.85Al().15As 活性層 34、ρ 型 Ga0.5Al〇.5As 第 2 包層 35、p 型 Ga〇.8Al().2As 光柵層 36、η 型Ga〇.4Al〇.6As電流阻止層37。 其次，如圖10(b)所示般，藉由對電流阻止層37施以 條狀蝕刻，以形成條狀窗37a。作爲蝕刻方法，最初是使 用硫酸等(對AlAs混晶比不具選擇性)的蝕刻劑來蝕刻到電 流阻止層37的一半，接著使用氫氟酸系或磷酸系等(能選 擇性地蝕刻高AlAs混晶比層)的蝕刻劑來對電流阻止層37 施以選擇性飩刻。這時，是把P型Gao.8AU.2As光栅層36 當作蝕刻停止層來作用。 之後，藉由使用He- Cd光源之雙光束干涉曝光法來 在耐蝕膜上進行繞射光柵的圖案化，利用蝕刻而在分布布 雷格反射區域41的光柵層36和電流阻止層37形成繞射光 柵 37b。 接著，如圖10(c)所示般，藉由MOCVD法或MEB法 ，以形成P型Ga〇.5Al〇.5AS第3包層38和p型GaAs接觸 層 39。 ； 最後，在η型GaAs半導體基板31側和p型GaAs接 觸層39側分別形成電極。 該半導體雷射，由於在電流阻止層37上形成繞射光柵 37b，故在繞射光柵37b形成後，不須中斷成長即可製作出 DBR構造。因此，可提昇DBR雷射的製造良率。 18 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480797 A7 B7 五、發明說明（1 ) 圖10(a)〜(c)中，雖未記載活性層34的導電性，但其 爲p型、η型或未摻雜型皆可。 又，上述實施形態中，雖針對η型GaAs半導體基板 31及η型Gao.4Alo.6As電流阻止層37的情形作說明，但使 用ρ型GaAs半導體基板3、ρ型電流阻止層穿可。由於電 流阻止層37的禁帶寬大，當採用大禁帶寬、即高AlAs混 晶比的P型GaAlAs時，可抑制電子的擴散，而使p型電 流阻止層付諸實現。 言青- 先 閱 讀 背· 意
事 項 再應I 填響 ί裝 頁 I I I 訂
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Claims (1)

  1. 480797 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1、 一種半導體雷射裝置，係具備：基板，基板上所 形成之活性層，活性層上所形成之具有繞射光柵的半導體 層’半導體層上所形成之蝕刻停止層，蝕刻停止層上所形 成之具有條狀構造的包層，以及蝕刻停止層上所形成之配 置於條狀構造的至少側面側之電流阻止層。 2、 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置，其中， 電流阻止層的折射率比包層的折射率爲小。 3、 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置，其中條 狀構造爲正台面形。 4、 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置，其中， 鈾刻停止層係Gh-sAlsAs所構成之第1導電型層，電流阻 止層係GauAlzAs所構成之第2導電型層"包層係Ga^ cAlcAs所構成之第1導電型層，C、S、Z之間具備1-Z>C>S2 0)的關係。 5、 如申請專利範圍第4項之半導體雷射裝置，其中 ，在活性層和具有繞射光柵的半導體層之間，係進一步具 備第1導電型的GamAl^AKiXYlcl)所構成之第1光導 層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6、 如申請專利範圍第4項之半導體雷射裝置，其中， 在具有繞射光柵之半導體層和鈾刻停止層間、係進一步具 備第1導電型的Ga^^Al^AsiiXYScl)所構成之第2光導 層；光導體層爲GanAlGAsCOSGSl)層，且G和Y2間 有Y2>G的關係。 7、 如申請專利範圍第4項之半導體雷射裝置，其中活 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2ι〇χ297公董） 480797 A8 B8 C8 D8 又 六、申請專利範圍 性層，係具有包含GanAlxAsiOSXcl)構成的井層之量子 井構造。 8、 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置，其中具 有繞射光柵之半導體層，係具備形成有繞射光柵的區域和 未形成有繞射光柵的區域。 9、 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置，其中具 有繞射光柵之半導體層中，其繞射光柵係至少形成於端面 附近。 10、 一種半導體雷射裝置之製造方法，係用來製造申 請專利範圍第1項之半導體雷射裝置； 其鈾刻停止層是由Ga^AlsAs層來形成，擇自包層及 電流阻止層中之任一被鈾刻層是由GanAluAs層來形成( 其中，lgU>S^0);藉由使用蝕刻劑(能對GaAlAs中A1 比例較高的層實施選擇性鈾刻)來鈾刻被餓刻層，以形成條 狀構造。 11、 如申請專利範圍第10項之半導體雷射裝置之製 造方法，其中蝕刻劑爲氫氟酸。 12、 一種分布布雷格反射型之半導體雷射裝置，係具 備：基板上所形成的活性層，活性層上所形成的具有條狀 窗之電流阻止層； 在電流阻止層之至少端面附近的區域形成繞射光栅。 13、 如申請專利範圍第12項之半導體雷射裝置，其 中，係沿著條狀窗之長邊方向，排列著繞射光柵形成用的 複數個槽。 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ,-··1-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480797 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 14、 如申請專利範圍第12項之半導體愉射裝置，其 中繞射光栅，係具有行進於媒質內之光波長整數倍的周期 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇 15、 如申請專利範圍第12項之半導體雷射裝置，其 中，電流阻止層的禁帶寬比活性層的禁帶寬爲大。 16、 如申請專利範圍第12項之半導體雷射裝置，其 中，在條狀窗上進一步形成包層，且電流阻止層的禁帶寬 比包層的禁帶寬爲大。 17、 一種半導體雷射之製造方法，係用澡製造申請專 利範圍第12項之分布布雷格反射型之半導體雷射裝置； 其在活性層上形成電流阻止層，將電流阻止層局部除 去來形成條狀窗，在電流阻止層之至少端面附近的區域形 成繞射光柵。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)
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