TW499786B - A semiconductor laser device and a method for fabricating the same - Google Patents

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Description

499786 A7 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明係關於—種由A1GaInp或類似物製 裝置和用以製造此裝置的方法。特 干译缸辑射 由使用MBE程序製成的半導體雷於:種 二長―爲主的薄層以提供—改善心= 製= 界奸在發光上-高的效率，以及用以 以A1GaInP爲主的半導體雷射裝置被用作光源用於光碟系 統2射展印表機，條碼閱讀機等等，因此對於此裝置的研 死和發展已經狂熱地在執行。有一些先前的專利關於 A1GaInP半導體雷射裝置和用以製造此裝㈣方法，= 本揭露專利發表第8_228041，日本揭露專利發表第8_ 22’7,曰本揭露專利發表第6296〇62,曰本揭露專利發 表弟2-祕90,日本揭露專利發表第8⑻奶，日本揭露 專利發表第5-67839,日本揭露專利發表第7·5〇453， 揭露專利發表第7-50452，日本揭露專利發表第^觸 曰本揭露專利發表第6-275915。 在上面的專利中，M0CVD程序已經主要地被用於生長 AlGaInP晶體層其被用於建構以A1(}ainp爲主的半導體雷射 裝=所因爲此M〇CVDs序已經提供比MBE程序爲佳的晶 體品質，其爲主要晶體生長程序之一。而此臟程序提供 一較高的載體密度在p型半導體層中，其中此載體密度是 重要的以改吾在半導體雷射裝置中的電子特性，並使用一 低擴散的Be作爲雜質以達到此載體密度以至於實現一長期 1 - 4 - 本紙張尺度朝巾關冢鮮（CNS)A4驗 499786
五、發明說明（2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 可信賴的半導體雷射裝置。此MBE程序有：個主要的優 •、’:因爲這些原因，對於由此MBE程序長出的晶體，一晶 體品質上的改善是有效的以獲得一以A1GaInp爲主之半導 體雷射裝置的特性。 現在，藉由MBE程序之A1GaInP爲主的半導體雷射裝置將 描述於下文中。 圖1至4個別地是一流程圖的一部分，說明一用以製造 AlGalnP半導體雷射裝置的常用程序。圖5至7也個別地是 一流程圖的一部分延續自圖1至4以説明此常用程序。 如圖1中顯示的，一 n型（A1〇 72Ga〇 28)〇 5ιΙη〇 ο包層22，一 Ga〇.51In0.49P活性層 23，一第一 p型（Al〇 72Ga〇 28)〇 5iIn〇 49p 包層 24，一非摻雜的Ga〇 62ln〇 38p蝕刻終止層乃，一第二p型 (Al0 72Ga0 28)0 5 1 In〇 49P 包層 26，一 p型 Ga0 51In0 49P 中間層 27和 一 p型GaAs覆蓋層28連續地以此MBE程序在一 450°C溫度下 生長在一 η型GaAs基板21之一主面上，其具有一面方向 (100)排列在適當的位置上。然後，一 Al2〇3層29沉積在此 覆蓋層28上。 然後’一電阻層3 0藉由一圖樣程序外加於此A12 0 3層2 9上 用光蝕刻以獲得條狀的Al2〇3層29。如圖2中顯示的，一蚀 刻程序跟隨使用此Al2〇3層29作爲一光罩以部分地去除此覆 蓋層28，此p型Gao.^Ino.49中間層27和此第二p型 (Α1〇.72〇&0.28)0.5ΐΙη0.49Ρ包層26以至於形成一脊在此八12〇3層 下。然後，如圖3中顯示的，去除此電阻層3〇後，一第二 MBE程序被實行以形成一 η型GaAs電流阻塞層31在此脊的 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝·-------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線； 499786
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 ) 兩側。 在此第二MBE程序期間，一多晶質的GaAs晶體32生長在 此八丨2〇3層29的表面上。一電阻層33被一旋轉器使用，其中 此電阻層33實際上未加於此多晶質的GaAs晶體32上，而是 在一電流阻礙層3 1上。隨後地，在整個表面上的電阻33被 〇3_UV化爲灰使此電阻33僅在此n型GaAs電流阻礙層3 1上如 圖4中所示。 然後，如圖5中所示，此多晶質的GaAs晶體32藉由使用 此電阻33作爲光罩來蝕刻而去除。隨後地，此電阻33被去 除，而此Al2〇3層29也被蝕刻而去除如圖6中所示。其次， 一第三MBE程序被執行以形成一接觸層34。最後電極35和 36個別地形成在如上述獲得之陣列的頂端和在此n型 基板21上以獲得一 A1GaInP爲主的半導體紅色雷射裝置如 圖7中所示。 因爲此MBE程序以分子形式供給金屬材料，其允許此金 屬在一比一MOCVD (金屬有機化學蒸鍍，其也是一化學蒸 鍍的形式）低的溫度下生長，其中一金屬材料被供給在一 有機金屬中。此外，此MOCVD程序允許此金屬僅在一溫 度範圍自600 C至700T：下生長，其比此有機金屬的分解溫 度高。換言之，此生長溫度必須高於52(Γ(：，其爲銦原子 的化m度，然而此生長之晶體的厚度相較於此供應的銦 ’交得較小。也就是説，此晶體在其本身的再汽化期間生 長。一旦此晶體的再汽化發生，其混合的晶體比率不僅由 材料供給也由其生長溫度而改變，由此使其難以控制一半 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1^----------裝--------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 499786 A7 B7_ 五、發明說明（4 ) 導體雷射裝置的特性，像振盪波長。 然而，即使藉由使用MBE程序其最好仍然在一高溫下生 長一晶體爲了改善晶體的品質。如果一 AlGalnP爲主的材 料生長在一低於400°C的溫度下，例如，此晶體的一特定 電阻太大以致於不能製造一半導體雷射裝置因爲此材料的 金屬分子似乎不會位於正確位置，造成一差勁的晶體品 質。 當，一具有一由MBE程序在比480°C高的溫度下獲得的校準 之面方向（100)的基板給予一光子激發光的寬頻譜（在此稱 爲PL)，其對於加於一半導體雷射裝置的晶體是不理想的。 此外，一常用方法生長之AlGalnP爲主的半導體層傾向於 被一 GaAs基板表面上的雜質所影響，產生一差勁的型態， 造成晶體的瑕戚等寺。 發明摘要 . 本發明的一目的在於藉由在一 GaAs基板上生長AlGalnP 爲主的半導體層來提供一具有較低振盪臨界値和高發光效 率的半導體雷射裝置，此基板具有一表面，其爲一主面， 在[oil]方向與（100)面成Θ °傾斜，也就是説，藉由生長一 好的晶體品質之AlGalnP半導體層。 本發明的另一目的在於提供一半導體的製造方法，其允 許一比銦之再汽化溫度低的溫度下生長·。因此，藉由允許 在混合晶體比率中小的偏差之MBE生長程序來改善此 AlGalnP爲主之半導體裝置的晶體品質以給予一穩定的特 性，且其對於一 GaAs基板表面上的雜質較不受影響，由此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .---^-----—·-裝-----·,—丨訂---------線· (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制衣 499786 五、發明說明（5 ) 給予一好的型態當生長一 AlGalnP爲主的本遒贿爲 晶體瑕戚時。 馬王的丰導體層以減少 本發明仍有另-目的在於提供_具有由πι_ν群混合 體層作成頻帶間距Egc之包層和—頻帶間距心之活性層的 半導體雷射裝置’其堆疊在一具有一面的基板上，其爲一 主面，在[on]方向與（100)面成θ。傾斜使形成一山脊紋， 其中此頻帶間距Ega和Egc之間的關係由Ega<Egc表*，而此 山脊紋延伸的方向是[0 1 -丨]。 此外，本發明的另一目的在於提供一半導體雷射裝置， 其中在[011]方向與（100)面成傾斜的Θ。是介於7。到U。。 本發明的另一目的在於提供一半導體雷射裝置，其中此 山脊紋沿一延伸在此截面中m_v群混合半導體層之堆疊方 向中一軸的截面形狀是非對稱的。 ^ 本發明的另一目的在於提供一半導體雷射裝置，其中此 山脊紋的截面形狀具有一較大的寬度，其接近於活性層； 和一較小寬度，其遠離此活性層，及形成自一堆疊面:此 山脊紋此之兩側的角度之外的銳角是54.7。土 θ。。 本發明仍有另一目的在於提供一半導體裝置，其中此活 性層是一 GalnP/AlGalnP複合量子井，及此包層是AiGainp 爲主的。 本發明的另一目的在於提供一半導體電射裝置，其中此 基板是GaAs爲主且具有一 GaAs作成的緩衝層並形成於其 上。 、/、 本發明的另一目的在於提供一半導體雷射裝置，其中此 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ·,---；-------·-裝------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 499786 五、發明說明（6 ) 基板是GaAs爲主且具有一 GaAs作成的緩衝層和另一 ^Ιηρ 作成的緩衝層並形成於其上。 本發明仍有另一目的在於提供一半導體雷射裝置包括堆 疊-由m-v群混合半導體層作成頻帶間距^之包層和一頻 帶間距Ega之活性層在一具有一面，其爲—主面之基板上，、 在[on]方向與（ι〇〇)面成Θ。傾斜使形成一山脊紋的步驟， 其中’此方法包含延伸此山脊紋在方向和藉由^學 蚀刻化學地製造此山脊紋的步驟。 本發明的另一目的在於提供一半導體雷射裝置，其中包 括包層和活性層的III-V群混合半導體層由MBE程序形成。 本發明的另一目的在於提供一半導體雷射裝置，其中藉 由此MBE程序之Galnp，AlGalnP半導體層的生長溫度是介 於 400°C 到 520°C 〇 圖例概述 圖1至7個別地是一部分的流程圖，説明一常用的製造流 程〇 圖8至14個別地是一部分的流程圖，説明本發明之一工作 例子的製造方法。 圖15説明一山脊紋的截面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之較佳具體裝置 本發明提供一半導體雷射裝置具有由m—v群混合半導體 層作成頻帶間距Ege之包層和一頻帶間距Ega之活性層，其 被堆疊在一具有一面，爲—主面的基板上，在[〇11]方向 與⑽^成^傾斜^中^和&由^^表示’此裝置 -9 - 1 x 297 ) 州/86 、發明說明（7) ’ 包括一山脊紋而此山脊紋的延伸方向是[Oi-i]方向。而此 半導體雷射裝置由MBE程序製造。 根據發明者的熱心研究和發展，此發明者已經發現在 [011]方向與GaAs基板之（1〇〇)面成傾斜的Θ。角度愈大，此 擴散一生長在此基板上之AlGalnP爲主半導體層之PL光譜 的生長溫度變得愈高。換言之，一在適當位置上校準之面方 向（1〇〇)的基板造成83 meV，94 meV和130 meV在PL光譜的 半値見度個別地在480 C，500°C和520°C的生長溫度。然而， 在[0Π]方向與（100)面方向之15。傾斜的基板造成79 meV， 66 meV和68 meV在PL光譜的半値寬度個別地在48(rc，5〇(rc 和520 C的生長溫度。因此，我們發現此傾斜的基板給予 較窄的寬度在每一低於520°C的生長溫度-其是銦的再汽化 點-使得此晶體品質被改善。 像疋在技術上已熟知的，在半導體雷射中此重要特性之 疋’獄度特性το，其爲一參數以表示與一振盪臨界點有 關的溫度。此參數愈大，此半導體雷射愈實用。欲增加 TO，必須造成一包層的頻帶間距Ege儘可能的比一活性層 的頻帶間距Ega大。例如，在一 A1GaInp爲主的半導體裝 置，其中一活性層是GalnP ( —井層應該被考慮，因爲此井 層在一量子井層中有助於發光）和一包層是A1GaInp，_鋁 混合晶體比率設定在0.367 (此比率對於^是〇72，而仏和 A1對於In的比率是〇·5丨）其實際上減低此頻帶間距因爲一非 直接的轉換使得儘可能的增加匕〆順便，此活性層的頻帶 間距疋常數因爲其符合於目前的波長。因此，爲了增加丁〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I ---—---訂---------一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10- 499786 五、發明說明（8 ) 沒有其他的方法除了增加E 。 8 c 在-A1GaInP爲主的半導體層中，如果在 對於P)銦的比率是〇 r Λ贫1 ^^ 基板和此層的晶體格子在長 度上相同，亦即一格子E q曰 ^ 人h · 卞匹配的日日植。鋁和鎵之相關的量實 際上不g改變晶體格子度 、 PW又 1一曰改k:此層的頻帶間 距。 、 」主意因爲在本發明之較佳具體裝置中量子井的銦比率設 疋在0.52 β其給丁 —比—GaAs基板大的晶體格子，造成一 具有額外壓力的變形層的超晶格。 像是在技術上已熟知的，在一活性層中的偏η”· 埃）是一用以封住光的導引層，而AlGaInP (興Χ3)在 是障礙層以分一量子井層使造成量子效應。 如果此在[011]方向與（100)面成傾斜的角度Θ增加，所謂 的自然超晶格未被形成以至於甚至在GaInp活性層中常數 的混合晶體比率，和A1GaInp之增加的頻帶間距 其是否爲-量子井的結構，且也不考慮是否外加—壓力: 一張力或類似的。 因此，爲固定-振盪波長，如果一活性層的頻帶間距被 調整此層的厚度，張力或結構時，το可以藉由增加Θ和一 包層的頻帶間距而增加。在用ΜΒΕ程序的晶體生長中，在 GaAs基板之此在[〇11]方向與（1〇〇)面成傾斜的角度開始造 成由大約7之頻帶間距增加的效應。 ° 此外，在本發明用以製造半導體雷射裝置的方法中，一 由GaAs作成的緩衝層由MBE程序形成在一具有—面的 I··裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499786 A7 ___________B7 五、發明說明（9 ) 基板/、爲主面，在[011]方向與（1〇〇)面成傾斜7。到15。。 然後包括一 AlGalnP包層的半導體層其頻帶間距是和一 AlGalnP活性層具有一的頻帶間距，其被m群的量所調 整以表示Ega< Ege被MBE程序形成。 取好設疋在[011]方向與GaAs基板之（1〇〇)面成傾斜的角 度Θ是10到15。由於一在活性層中改善的晶體品質，然 而，此角度可以設在7。到15。以預防一自然超晶格的形 成。 此外，在本發明用以製造半導體雷射裝置的方法中，一 由GaAs作成的緩衝層和由GaInIMf成的緩衝層由mbe程序 形成在一具有一面的GaAs基板，其爲一主面，在[〇11]方 向與（1〇〇)面成傾斜7。到15。。然後包括一 A1GaInP包層的 半導m層其頻帶間距是Egc和一 AlGalnP活性層具有一 Ega的 頻帶間距，其被III群的量所調整以表示程序 形成’其中，對於一 AlGalnP爲主之半導體層的生長溫度 設定在400°C到520X：。 如上所述，當一 AlGaInP爲主之半導體層由MBE程序生長 在具有面的GaAs基板，其爲一主面，在[Oil]方向與 (100)面成傾斜Θ。’ 一 AlGalnP爲主之半導體層的pl光譜在 其上可以是窄的，而一生長溫度可以升高至52〇。〇其爲銦 的汽化溫度。換言之，一改善之晶體品質的InGaA1P層可 以被生長。因此，一具有改善特性的半導體雷射裝置，像 一較低的振盪臨界値和一高的發光效率可以被製造。 此外’ MBE程序提供一相較於MOCVD程序爲低的溫度生 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------I 裝---------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499786 五、發明說明（1〇 ) 長，其也是一化蒸汽沉積的型式。其達到在每一生長層上 成刀的谷易心制。原因是當一 AiGainp爲主之半導體層藉 由-常用的MOCVD程序生長時，此生長溫度被設： 至600 C到700X：以對於一發光裝置獲得一特定水平的晶體 品質。然而，一銦的再汽化發生在生長期間。因此，需要 維持此再汽化在-常數水平爲了處理一正確的混合晶體比 率:因此，通常需要不僅控制材料供給也要有一正確的生 長溫度。然而，其很難維持此正確的高溫使得在混合晶體比 ^中的偏差可以特別地大。當A1GaInP爲主之層藉由一 ΜβΕ 程序生長時，其可能生長此層在較低的4〇〇。〇到52〇乇，其 中銦不會再汽化爲了對於一發光裝置維持_晶體品質在: 特定的水平。 根據本發明，當一山脊紋的延伸方向被選擇以正交地通 過-方向時’其傾斜一主面，此山脊的一橫截面形狀看似 7般的台地，其中頂端是較窄的。當此山脊紋的延伸方向 是[011]方向時，而一藉由分裂形成的端點面不會變成垂 直於一光波導以傾斜一輸出雷射光束對於此基板表面， =學碟片系統使其很難用此裝置當作—光源。此山脊的 一橫截面形狀看似-反相的台地，其中頂端是較寬的。因 爲在麵程序中分子光束走直線，此具有—較寬頂端的反 t台地=允許材料元件以達到—山脊的較低部分，造成在 一生長晶體中的洞。而此—般的台地具有—較窄的頂 許:晶體生長以含蓋此山脊而不會留下任何間隙以至於^ 會形成孩洞。因此，雷射光被包圍在靠近此山脊紋的特定 -13- ^纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） I裝 訂---------線 (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 ^yy/όο ----— R7 —____ 五、發明說明（n ) · /、有改善之光學特性的半導體雷射裝置可以被 製造。 也然而’ 一大於15°的傾斜角度使得在一般使用之嵌入山 的左和右傾斜角之間的非對稱性很糟而造成一橫向模 的田射光束而不穩定。然後此傾斜角較佳的是7。到^。， 且最好的角度是15。。 根據本發明，當—和—基板相同混合之GaAs的緩衝層藉 由MBE私彳製造能夠生長一改善的晶體日寺，由在基板 表面上的雜質造成之可能的不利效應可以避免，與生長一 AlGalnP爲王的半導體層相反。在一 mbe程序中，必須在 生長一GfAs緩衝層之後移動在生長室中的基板爲了生長一 AlGalnP爲主的層。因此，生長暫時被停止，其傾向於造 f雜質的3染至此表面上。另一污染可能發生至一移動的 曰曰元因此，一活性之咼鋁混合晶體比率的AlGalnP包層 底以不b立刻被生長在此表面上，但是一 〇&ιηρ緩衝層應 會旦刻生長，因此一 A1GaInP爲主之半導體層的好形態 可以獲得以減少晶體的瑕疵。 本發明之一工作的例子將參考圖8至14來描述。 圖8至11個別地是一説明本發明用以製造八…以⑽半導體 雷射裝置的方法之流程圖的一部分。圖12至14個別地是持 績圖8至11之流程圖的一部分用以説明本發明。在本發明 實際的製造程序中，因爲許多的裝置被校準在相同的基板 上以在一次形成其以將其分離在最後的程序上，如圖8至 14 (也在圖1至7中）每一裝置的兩側用波狀線定義。 -14- 適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） - Aw I ---—·1---訂·-------- (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 4^9786 五、發明說明（12 根據本發明之工作例子的A1GaInP半導體裝置是一例子其 中其振盪波長設定在650 nm，例如，其可以由下列步驟的 順序來製造。 開始，一η型GaAs緩衝層2在000°C藉由MBE程序堆疊〇·25 "m在一具有一面之11型（}3^基板，其將具有一主面， 在[011]方向與（100)面成傾斜15。。一 GaAs緩衝層2堆疊在 一生長室内，其中僅砷被用作一 v群元件。然後，在一眞 空條件下，用此GaAs緩衝層2堆疊之GaAs基板i被移入另一 生長室内，其中僅P被用作一 v群元件。因爲此基板丨在眞 二條件下移動以生長此緩衝層2不包括鋁其爲活性的，一 由私動其間可能的污染造成的差勁晶體品質可以被預防。 一生長溫度設定在400°C到520°C，較佳地在480°C到5 1 (TC， 更好地在48(TC到49(TC，其中未被認爲造成一銦的再汽化 和一 PL光譜變得較窄。在此條件下，一 11型以^1以^)緩 衝層3具有一 〇·25㈣的厚度，1型㈧。72Ga〇28k5iIn“M 層4具有一 的厚度，⑷ [Ga0.48In().52P(5(^x4)+(A1()5Ga()5WiWp(5(^x3)] + (Al0.5Ga0.5)0.51In〇49p(5〇〇埃）如同一緊張的量子井活性層5， 第P型（AimGamL 51in〇 49p包層6具有一 〇17Am的厚 度，一 p型或非摻雜GaG.62InQ 蝕刻終止層7具有一 8〇埃的 厚度，一第二 p 型（Al0.72Ga〇,28)〇5lIn〇49P 包層 8 具有一 1〇3"历 的厚度，一P型Ga〇.51In〇.49P中間層9具有一 〇〇5"m的厚度連 續地堆疊。在本工作例子中，一具有5〇埃厚度的 GaowIn^P層被選擇用於一緊張的量子井活性層以獲得 .1. 一 I ^----l·---t----1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線_ 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499786 A7 B7 _ 五、發明說明（13 ) 650 nm爲一振盪波長。 在一眞空條件下，此基板1再次移動至一生長室中，其 中僅砷被用作一 v群元件，一第二導電型式GaAs覆蓋層ι〇 被堆疊在50(TC爲了預防磷在堆疊的晶體之外汽化。然後 具有一 0.15 厚度的以2〇3層丨丨被沉積在此p型以心覆蓋声 10上。 曰 隨後地，一電阻層12被加於此人丨2…層丨丨上，而一光蝕刻 程序被執行以摹製此八丨2〇3層U成爲一條紋狀延伸在[〇;ui] 方向。然後，一蝕刻程序藉由使用此八丨2〇3層丨丨當作一標記 來執行以部分地移除此P型GaAs覆蓋層10，此p型 Ga0.51In0.49P中間層 9和此第二？型（A1〇 72(}〜28)^ΐη〇 49ρ包層 8 以至於形成山脊在此Α12〇3層11之下。 對於以上的蝕刻程序，一硫酸··過氧化氫水溶液：水 -1:2:20(在12°〇的蝕刻溶液被用於此？型（：}^5覆蓋層1〇, 一 SBW(飽和溴水）··磷酸：水=2: 1: 5 (在2〇。〇)的蝕刻溶液 被用於此弟一 Ρ型Ga0 uino j9P中間層9，和一嶙酸溶液（在70 C)被用於此第二ρ型（Ai〇 ”Gam)。j9p包層8。 >王意’上面的每一比率是重量，而在上述溶液中的成分 如下： ;辰縮硫酸（H2S〇4):由Japanese Pharmac0p0eia製造的保證 試劑 . 過氧化氫水落液（H2〇2):由japanese pharmacopoeia製造 的保證試劑 水（Η 2 Ο) ··純水 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規^i^_x 297公爱） ,—^——AW > ^ —η—訂 ——線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 499786 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（14 ) 飽和溴水溶液（SBW): —飽和溴水溶液帶有額外浮在表 面的溴（亦即，未溶解之額外的溴保留在溶液底部） 磷酸（H3P〇4):由Japanese Pharmacopoeia製造的保證試劑 用上面之蝕刻溶液的該化學蝕刻程序提供一好的晶體範 圍在此山脊之每一側和被形成在下一步驟之GaAs電流障礙 層之間。此化學蚀刻程序也提供一橫截面的山脊形狀其延 此堆疊方向的軸爲非對稱如圖15中所示，因爲此基板的主 面在[011 ]方向與（100)面成傾斜Θ。。如果一完全的化學餘 刻被完成，在此晶體面和山脊兩側之間形成的角度之中二 銳角是 和夕2= 54.7。+ 0。。 當此山脊由機械的程序，像離子束蝕刻，所形成時，此 山脊的橫截面形狀可以是延此堆疊方向成對稱的。然而， 此可能在山脊側產生機械的破壞而造成在此山脊側和電流 障礙層之間的漏電流，亦即，其電流障礙效應被影響。因 此，最好用一蝕刻溶液運用一些化學蝕刻在生長一電流障 礙層之前和山脊的機械形成之後。此程序稱爲，清洗，。 對於此山脊該清洗給予一非對稱的橫截面形狀，並不像由 該總的化學蝕刻程序形成之山脊的非對稱。 如圖10中所TF，此電阻層丨2的移除，藉由ΜΒΕ程序的第 一生長被冗成在一室中，其中僅有坤被用作一 V群元件以 在60(TC的生長溫度下形成一具有厚度158#m的nsGaAs電 流障礙層13在此山脊的兩側。此6〇〇Ό的生長溫度被選擇儘 可能的高以給予一好的晶體品質在此11型GaAs電流障礙層 13中使得此生長溫度應該在此範圍以預防磷或銦從此p型 •--------I I ^__w « --------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -17-
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 499786 A7 _----1 _ 五、發明說明（15 )
Gamlno.^P中間層9在汽化，其表面的被曝光和此第二p型 (Al0 ^Gamh.silno 包層8其山脊兩側被曝光。在此程序 中，一多晶的GaAs晶體14被形成在此八12〇3層丨丨的一表面 上。 然後，一電阻層15被一旋轉器提供，其中此電阻層丨5外 加至此η型GaAs電流障礙層13上，然而此電阻層卜實際上 未加於此多晶質的GaAs晶體14上。隨後地，在此陣列之整 個表面上此電阻層15被〇3-UV灰化程序化爲灰以僅留下電 阻層15在此η型GaAs電流障礙層13上，如圖n中所示。然 後，此夕曰ej貝的GaAs晶體14藉由使用此電阻層1 $當作光罩 由一蝕刻程序來移除，如圖12中所示。此電阻層15被移除 如圖13中所示，而此A12〇^n也用蝕刻而被移除。然後， 此基板在一氮氣中在700。(：下被退火2小時。此鼽退火允許 在P型半導體中的雜質被活性化，而在p型半導體層中的載 體密度會變高。如所熟知的，在一 p型半導體層中的高載 月豆途度改善一半導體雷射裝置的溫度特性。 然後，一第三MBE生長被執行在一生長室中，其中僅有 砷被用作一 V群元件以在一 60(rc的生長溫度下堆疊一 4 a功 的P型GaAs接觸層16。最後，電極17和18形成在該堆疊陣 列的上表面和在此η型GaAs基板丨的背面上以分成個別= 置爲了獲得AKialnP爲主之半導體紅色雷射裝置， 中所示。 本發明不僅可以應用於在工作例子中提到的雷射陣列， 也可以用於各種結構的半導體雷射裝置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂·-------- -18- 499786 A7 -_11 1 - B7 ___ 五、發明說明（16 ) 如上所述，本發明提供以下的優點： (1) 爲了製造一發射給定波長之雷射光束的半導體雷射 裝置，本發明用MBE程序形成半導體層在一具有一面2主 面在[oil]方向與（100)面成傾斜fiGaAs基板上，使得此 半導體層包括一 AlGalnP包層其頻帶間距Ege和一頻帶間距 Ega的AlGalnP活性層，其藉由控制一 m群元件的量來調 整，以Ega<Egc表示，因此一 A1GaInp爲主之半導體層的π 光譖較窄而其生長溫度可以上升至52(rc，其爲銦的汽化 溫度。也就是説，一改善晶體品質的InGaAlp層可以被生 長。 (2) 本發明也提供一好特性的半導體雷射裝置像一較低 的振盪臨界値，一發光的高效率。 (3) 此外，一高活性的的AlGalnP包層不會立刻生長在一 具有一主面在[01 1]方向與（100)面成傾斜7。到15。的 基板上，而會在一緩衝層上生長， 序製成，因此可能導致較少由GaAs基板表面上雜質之影 響，一改善的形態被維持用以生長一 A1GaInp爲主之半導 體層於其上，且晶體瑕疵可以降低。 (4) 因爲一山脊紋的方向被選擇沿[〇1-1]方向，其正交替 通過此主面的傾斜方向，此山脊變成一普通的台地形狀。 一晶體可以生長一覆蓋此山脊而不會留下_間隔以至於提 供一具有改善之光學特性的半導體雷射裝置，其不會惡 化，即使一空氣穿過一間隙。一半導體雷射裝置中由裂開 形成的端面和一光波導的端面變成彼此垂直，而此雷射裝 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i裝
訂---------線I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^yy 、發明說明（17 置可以用作-用於光碟系統的光源。 (5)因爲一生長溫度可以是4〇〇。(：到52〇。(：，本發 持在一好的條件下的晶體品質，而銦不會被再汽化二 -混合晶體比率容易控制，而 不二=乂匕，因此 導體雷射裝置容易製造。 、^^又振盈波長的半 許多的變化對於一技術上已熟練的人是可以輕 的，而本發明的範轉未 "〜像 乳命木I艮制於上述具體裝置的特性。 .·----------mp-裝------ C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂---------線 儀 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 499786 第089121963號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(91年5月) A8 B8 C8 D8 V年Q伽修正補充 六、申請專利範圍 1. 一種半導體雷射裝置，其具有由一 群混合半導體 層製成之頻帶間距Ege的包層和一具有頻帶間距Ega的活 性層，其被堆疊在一具有一面的基板上，其為一主 面，在[011]方向與（100)面成傾斜Θ。，以使形成一山 脊紋，其中此頻帶間距Ega和頻帶間距Egc之間的關係以 Ega<Egc表示，而該山脊紋的延伸方向為[〇1-1]。 2 ·如申請專利範圍第1項的半導體雷射裝置，其中該在 [011]方向與（100)面成傾斜的角度0。是7。到15。。 3 .如申請專利範圍第1或2項的半導體雷射裝置，其中該 山脊紋沿一延伸在該截面中III-V群混合半導體層之堆 疊方向中一軸的截面形狀是非對稱的。 4 ·如申請專利範圍之第1項的半導體雷射裝置，其中該山 脊紋的截面形狀具有一較大宽度，其較接近於該活性 層，和一較小寬度，其遠離此活性層，及形成自一堆 疊面和該山脊紋之兩側的角度之外的銳角是54.7。± 0 〇 〇 5 .如申請專利範圍之第1項的半導體雷射裝置，其中該活 性層是一 GalnP/AlGalnP複合量子井，及該包層是以 AlGalnP為主的。 6 ·如申請專利範圍之第1項的半導體雷射裝置，其中該基 板是以GaAs為主的且具有一 GaAs作成的緩衝層形成於 其上。 7 ·如申請專利範圍之第1項的半導體雷射裝置，其中該基 板是GaAs為主的且具有個別地GaAs和GalnP作成的緩衝 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
    層形成於其上。 8 · —種用以製造一半導體雷射裝置的方法，包含以下步 驟： # 堆疊一由III-V群混合半導體層作成頻帶間距Ege之包 層和一頻帶間距Ega之活性層在一具有一面，其I 一主 面之基板上，在[011]方向與（1 〇〇)面成Θ。傾斜使形成 一山脊紋； 在[01-1]方向中延伸此山脊紋；及 藉由化學蝕刻化學地製造此山脊紋。 9 ·如申請專利範圍之第8項之用以製造一半導體雷射裝置 的方法’其中包括包層和活性層之III-V群混合半導體 層由ΜΒΕ製程所形成的。 10.如申請專利範圍之第9項之用以製造一半導體雷射裝置 的方法，其中由ΜΒΕ製程所形成之GalnP，AlGalnP半導 體層的生長溫度是介於400°C和520°C之間。 11· 一種用以製造一半導體雷射裝置的方法，其中半導體 層包括一頻帶| AlGalnP活性層 總量來調 整’& 一主 Λ |Eg(^々 AlGalnP包層和一頻帶間盔Ega的 使用一以Ega<EgC表示之III群元件的 [BE製程形成在一具有一面的基板 上，其為一主在[011]方向與（100)面成傾斜0 12· —種用以製造一半導體雷射裝置的方法，包含以下步 騾： 藉由MBE製程形成一由GaAs製成的緩衝層在一具有 一面的GaAs基板上，其為一主面，在[011]方向與（1〇〇) -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 499786 A8 B8 C8 D8 今/年Γ月❻止 補充 六、申請專利範圍 面成傾斜0° ;然後 藉製程形成半導體層，該等半導體層包括一頻
    gc的AlGalnP包層和一頻帶間距Ega的AlGalnP活 ^使用一以Ega<Egc表示之III群元件的總量來調 13· —種_用以製造一半導體雷射裝置的方法，包含以下步 驟： 藉由MBE製程形成一由GaAs製成的緩衝層和一由 GalnP製成的緩衝層在一具有一面的GaAs基板上，其為 一主面，在[011]方向與（1 〇〇)面成傾斜0。；及，然後 藉:製程形成半導體層，該等半導體層包括一頻 帶間·距半gc的AlGalnP包層和一頻帶間距Ega的AlGalnP活 性,I:表使用一以Ega<Egc表示之III群元件的總量來調 登0 ϋ.:;丨 乂 -一* Ρ I . 14.根據申請專利範圍之第丨丨至13項之任一項用以製造一半 導體雷射裝置的方法，其中該Μ體雷射裝置包括一 山脊紋，其延伸方向是[〇1-1]^^|。 15·根據申請專利範圍之第8項之用以製造一半導體 雷射裝置的方法，其中在與（100)面成傾斜的 角度0°是7°到15。。 —-3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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