TW507406B - Semiconductor laser device and process for manufacturing the same - Google Patents

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Motoko Sasaki
Motoharu Miyashita
Kenichi Ono
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

507406 五、發明說明（1) [發明領域] 本發明係有關於半導體雷射裝置及其製造方法， 是當作是光情報處理（optical data pr〇cessi 、 使用的半導體雷射裝置及其製造方法。 [習知技術說明] ^目前當作是光情報處理用而被使用的半導體雷射裝置 係常採用使用GaAs電流阻擋層的利得導波形構造（gaif guided structure)。然而由於最近係常採用將AUnp層用 於電流阻擋層的屈折率導波形構造（real refractive index guided structure)，而正開發著降低動作電流 半導體雷射裝置。 因為屈折率導波形構造中的電流阻擋層的光的吸收損 失少，而能夠降低啟始電流以及能夠提昇發光效能 降低動作電流。 該^術的演進就是半導體雷射裝置的高輸出化的趨 勢。目前的光情報處理，因為例如是對DVD —R〇M般的讀取 專! i所以不要求大輸出。但是，最近的光情報處理並不 止單單用於謂取專用，而是被要求要像例如是一 RW或 D V D R叙地將負料寫入紀錄媒體中，因而必然要要求大的 輸出。為達此目的，則要求要經由内部損失少、降低動作 電j直’而增進半導體雷射裝置的溫度特性，經由此，而能 提高在高輸出之下的信賴性。 第 14 圖係揭露在Electronics Letters，V〇l· 33 2118-4095-Pf.ptd 第5頁 507406
No.14(1997)， ρ·ΐ223-5的習知的sAS(Self-Aligned
Structure)型的紅色半導體雷射二極體（以下，稱之為紅 色LD)的剖面圖。 ^ 在第14圖中，符號100係表示紅色LD，符號1〇2係表示 η型GaAs基板（以下n型以rn一」表示、p型以Γρ—」表 不）’符號104係表示n-GaAs的緩衝層，符號1〇6係表示由 n~Ul(K7Ga(K3)(K5In0.5P構成的下包覆層，符號108係表 示由6&11^/^1〇3]1^所構成的|!(^構造的活性層，〇3111?係 表示井戶層的材料，以及A1GaInP係表示緩衝層的材料。 符號110係表示由p一（Ai〇.7Ga0.3)0.5In0.5P構成的第 1上包覆層’符號11 2係表示由η - A1 I η P所構成的電流阻擋 層’符號11 4係表示變成電流阻擋層11 2的電流通道的帶狀 開口 ’符號116係表示由ρ-(Α10· 7GaO· 3)0. 5ΙηΟ· 5Ρ構成的 第2上包覆層，符號ι18係表示p-GaAs的接觸（contact) 層’符號120係表示p側電極，符號122係表示η側電極。 接著，針對該半導體雷射裝置100的製造方法作說 明。第1 5圖、第1 6圖及第1 7圖係在各製造工程所示的習知 的紅色LD的剖面圖。 首先，經由M0CVD法等的結晶成長法，在n_GaAs基板 102上，以第1次的磊晶成長依序形成是緩衝層104的 η - GaAs 層、是下包覆層 1〇6 的 n_(A10.7Ga0.3)0.5In0.5 層、是活性層108的GalnP/AlGalnP MQW層、是第1上包覆 層 110 的 p-(A10.7Ga(L3)0.5In0.5P 層、是電流阻擋層 112 的η - A11 η P層。當作此時的換雜物係η -型換雜物係使用
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矽，而p型摻雜物係使用辞。該製程的結果則如第丨5圖所 示0 接著’經由照片製版製程在是電流阻擋層11 2的 η - AllnP層的表面上形成光阻圖案i 26，然後經由溼鍅刻在 是電流阻擋層112的n-Al InP層上形成是電流迴路的帶狀的 開口 11 4。該製程的結果則如第1 6圖所示。 接耆，除去光阻圖案126後’經由M0CVD法等的結晶成 長法，以第2次的蟲晶成長，在面對開口114的第1上包覆 層110的p-(A10· 7GaO· 3)0· 5InO· 5P層和是電流阻擋層112 的η-Α1ΙηΡ層上，形成是第2上包覆層116的 p -（A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層。該製程的結果則如第I?圖 所示。 更者’在是第2上包覆層的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P 層上’形成是接觸層118的p型GaAs層。 該場合的結晶成長溫度係650 °C〜750 °C左右，盡量不 要將p型摻雜物的鋅從當作是第1上包覆層11〇的
p-（A10· 7GaO· 3)〇· 5ΙηΟ· 5P 層擴散至是活性層 1 〇8 的MQW 層’而需盡量降低結晶成長溫度。 更者’在是接觸層11 〇的P SGaAs層的表面上形成Ρ侧 電極120。還有，在n-GaAs基板102的裏面側表面上形成η 側電極1 2 2。 [發明所欲解決的課題] 雖然習知的紅色LD1 00係由上述般地被構成，但是在
2118-4095-Pf.ptd 第7頁 507406 五、發明說明（4) 該紅色LD1 00的製造工程内，在第17圖中的是電流阻擋層 112的η-A1 InP層上，形成是第2上包覆層丨丨6的 p -（Al(L7Ga(K3)(K5In0.5P層的話，在面對是電流阻擋層 112的η-Α1ΙηΡ層的開口114的表面上，會非常容易產生格 子缺陷，因此紅色LD1 00的内部損失會增加，溫度特性會 劣化，而也會欠缺信賴性。 在該結晶成長時，防止格子缺陷的一個方法，在 Proceedings of^the Tenth International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy(2000)， ρ·82 中 有記載著。在該報告中，於在[Oil]方向上傾斜1〇度的
(100)面的 GaAs 基板上，形成（A10.7Ga0.3)0.51In0.49P 層，然後在該層上形成具有侧面是（111) A面的溝構造的 A10· 51 Ιη0· 4 9P層，然後在和露出溝構造的底部的GaAs基 板的（A10.7Ga0.3)0.51In0.49P 層與具有（iii)a 面的 Α10·51Ιη0·49Ρ層上，形成夾著當作是記號（marker)的 GaO.51InO.49P 而形成（A10.7Ga0.3)(K51In0.49P層，將此 時的基板溫度當作是參數，而調查格子缺陷的發生狀況。 經由該報告，以720 °C、760 °C、800。(：的基板溫度來 進行結晶成長，在基板溫度係720 °C、760 °C的場合時，在 (111 ) A面上成長的結晶層會有格子缺陷的情形發生；但是 經由以基板溫度係8 0 0 C來進行結晶成長的場合時，在 (lll)A面上的（A10.7Ga0.3)0.51In0.49P層中的格子缺陷 就會被減少。 然而，將該結果應用在紅色LD的場合時，結晶成長溫
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度是8 0 0 °C的話，p型摻雜物的辞則從當作是第1上包覆層 110 的p-(A10· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5P 層擴散至是活性層1〇8 二 MQW層’而會有電流-光輸出特性的溫度特性和信賴性惡化 的情形。 為了要解決上述問題，本發明的第1個目的係提供啟 始電流（threshold current)低、電流-光輸出 (current-optical output)特性的溫度特性的劣化少、信 賴性好的半導體雷射裝置。而本發明的第2個目的係提供σ 經由簡單的製程來製造啟始電流低、電流—光輸出特性^ 溫度特性的劣化少、信賴性好的半導體雷射裝置。 還有’在上述習知技術的其他中，在特許2842465號 公報中，揭示在具有帶狀的窗的A1GaAs系材料的電流阻擋 層的表面上，使用少鋁組成的A1GaAs系材料當作是保護 層’在該保護層上，將p-AlGaAs系材料當作是p側包覆層 的積層SAS型的半導體雷射。然而在Ai ιηρ系材料的電流阻 擋層上設計GalnP系材料的間隙層，而形成 P -（Al(K7Ga(K3)0.5In〇.5P 層的例子卻沒有。 [解決手段] 關於該發明的半導體雷射裝置，係因為具備有第i導 電型的半導體基板，和被配置在該半導體基板上的由 III-V族化合物半導體形成的第i導電型的第i包覆層，和 被配置在該第1包覆層上的由帶間隙比第J包覆層小的 11卜V族化合物半導體形成的活性層，和被配置0在該活性
507406 五、發明說明（6) 層上的由帶間隙比活性層大的11丨-v族化合物 的第2導電型的第1的第2包覆層，和被配置在誃第i 包覆層上的由帶間隙比活性層大的ί丨丨_v族化:物半 形成的具有是電流迴路的帶狀的開口的第1導& 阻擋層，和被配置在該電流阻擋層的面對開口的 /的 由帶間隙比活性層大的m-v族化合物半導體形 ^ =的緩衝層’和被配置在藉由該緩衝層的對 = 二層及開口的㈣第2包覆層上的由帶間隙比 族化合物半導體形成的第2導電型的第2的第2包覆的 $ ’而能夠減少藉由緩衝層而被配置在面對開口的且 擋層的表面上的第2的第2包覆層的格子缺陷，並铲: 衝層係系 田1卞何料’而且因為第2的笛港 層係以AlGalnP系材料當作#祖工& ^ 的第2包覆 子在:r㈣上 更者，在除去面對朋 第2的第2包覆層之間，因1為流阻擋層的表面和 成的保護層’即使在除去面 置有由GaInP系材料所構 表面上，而能夠更減少由以汗口的表面的電流阻擋層的 Η…材料所ΛΖ材2:^ 的危險度。 弟覆層的格子缺陷發生 還有因為具備有第1導電型的半導體基板，和被配 mm 2】]8-4095-Pf.i>id 第10頁 507406 五、發明說明（7) 置在該半導體基板上的由ΙΠ-ν族化合物半導體形成的第1 導電型的第1包覆層，和被配置在該第J包覆層上的由帶間 隙比第1包覆層小的111-ν族化合物半導體形成的活性層， 和被配置在該活性層上的由帶間隙比活性層大的丨丨〗_ν族 化合物半導體形成的第2導電型的第丨的第2包覆層，和被 配置在該第1的第2包覆層上的由帶間隙比活性層大的 AllnP系材料形成的具有是電流迴路的帶狀的開口的第i :型=流阻播層’和被配置在該電流阻擂層的除了面對 ，口的表面上的由GaInP形成的保護層，和藉由該保護層 己ί在對向於電流阻播層及開口的第1的第2包覆層上 的第比活性層大的MGaInP系材料形成的第2導電型 AllnP糸u、,包覆層，所以以不含鋁的GaInP系材料來保護 Λ上、電流阻擋層’而在氧化膜少的結晶面上配 2第2 / #的@組成谷易不吻合的八1“11^系材料所構成的第2 的第2包覆層’而能夠更減少格子缺陷發生的危險度。 因為‘扭丄關於本發明的半導體雷射裝置的製造方法，係 IIIV族Λ在第1導電型的半導體基板上，順次沉積由 隙比第；勺：：所形成的第1導電型的第1包覆層、由帶間 帶間隙比; Λ'化合物半導體形成的活性層、 隙比活性声大及被配置在該活性層上的由帶間 電流阻捭^的制和· *化合物半導體形成的第1導電型的 口的製^ί主，和形成貫通該電流阻擋層的帶狀的開 長’和形成在面對開口的電流阻擋層表面上的由帶
1^1 2118-4095-Pf.ptd 第11頁 )i)74〇6 五、發明說明（8) 2 ΐ性層大的11 ?族化合物半導體形成的第2導電型 大的U T曰1的〃製程；和藉由該緩衝層，將由帶間隙比活性層 覆芦开Ό族化合物半導體形成的第2導電型的第2的第2包 形成在電流阻擋層和對向開口的第1的第2包覆層上的 而U以在面對開口的電流阻擋層表面上，藉由緩衝層 的ί2、霜通思常的《基板溫度下’結晶成長格子缺陷少的第2 士 〇覆層。還有因為基板溫度係通常的溫度，在結晶 ’能夠減-少從第i的第2包覆層到活化層的第2導電 i的摻雜物的擴散。 實施例 1實施你1丨 在此以被使用在情報處理的SAS型的紅色LD來 一例來說明。 乍疋 關於第一實施例中的紅色LD，係在第i上包覆層上配 設具有帶狀的開口的η-Α1Ιηρ的電流阻擋層，然後以 P-A10. 5GaO. 5As的緩衝層來覆蓋對向該開口的第丨 層和電流阻擋層，因為在該緩衝層上配設有由 匕復 ?^10.心0.3)0.51110.5?所構成的第2上包覆層 長在面對開口的電流阻擋層的表面上的結晶層中 1 陷（lattice defect)的發生有抑制的效果。 、 第1圖係關於本發明的第一實施例的紅色⑽ 圖。 w囬 在第1圖中’符號10係表示紅色LD，符號12係表示
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s，基板’ /夺號14係表示被配置在該基板12的主面上 υ ' λ!=的第1緩衝層’符號16係表示被配置在第1緩衝層 =由11-（人1〇.7(^〇3)〇5111〇51)所構成的當作是第1上 匕曰的下包覆層’符號18係表示被配置在下包覆層16上 的由G_aInP/AlGaInP所構成的MqW構造的活性層，而GaInp 係表不井戶層的材料，A1GaInP係表示阻障層（ba^ier layer)的材料。
符號20係表-示被配置在活性層18上的由p—(Ai〇. 7(ja〇. 3)0·5Ι ηΟ·5Ρ所構成的當作是第j的第2上包覆層的第i上包 覆層，符號22係表示被配置在第J上包覆層2〇上的由 η:Α10·5Ιη〇·5Ρ所構成的電流阻擋層，符號24係表示被設 計在該電流阻擋層22上的形成電流通道的帶狀的開口，該 開口 24的縱長方向係成為雷射光的出射方向。還有面對電 流阻擋層2 2的開口 2 4的表面係（111 ) a面。 符號26係表示當作是緩衝層的第2緩衝層，例如被^ 八10.5111〇.5?所構成。該第2緩衝層26的八1組成比係作成如 不吸收從活性層1 8來的雷射光般地，而被設定成如第2緩 衝層26的能帶間隙（band gap)比活性層18的能帶間隙大般 地。因此，被設定成對應活性層18的能帶間隙的第2緩衝
活性層18的波長因為係650nm〜660nm，第2緩衝异26的 p-AlxGaU - x)As的A1組成比X係在〇·4〜1的範圍，更二 林 是在〇· 5〜0· 7的範圍。 敢好 該第2緩衝層26係對向開口24而包覆露出的第1 勺 w痛^
2118-4095-Pf.ptd 第13頁 507406 五、發明說明（ίο) 層20的表面、面對開口24的電流阻擋層22的表面的（111 面，以及電流阻擋層2 2的上側表面。 還有，該第2緩衝層26的厚度一定要是^㈣以上，例 如在A1的組成比χ = 0· 5時，該第2緩衝層26的厚度係 1Onm〜10Onm 〇 符號28係表示被配設在該電流阻擋層22的表面上的由 p -（A10.7Ga0.3)0.5In0.5P所構成的當作是第2的第2包覆 層的第2上包覆層’符號30係表示被配設在該第2上包覆層 2 8上的p G a A s的接觸層（contact layer)，符於3 2伟表干 被配設在該接觸層的表面上的P側電極，符號34係表示被 配設在基板1 2的裏面上的η側電極。 第2圖係顯示活性層1 8的MQW構造的剖面圖。第3圖係 顯示活性層18的MQW的能帶間隙的示意圖。 在第2圖及第3圖中’符號18a係表示光指示層 (optical guide layer)，鄰接該光指示層18a而在活性層 18的内側設計有量子井戶層igb，在各該量子井戶層igb 中，夾層著阻障層18c。各該量子井戶層18b和各該阻障層 1 8 c的厚度係約6 n m。 接著，針對紅色LD10的製造方法來說明。 第4、5及6圖係顯示關於第一實施例的各製造工程的 紅色L D的剖面圖。 首先，在經由M0CVD法等的結晶成長法，以第1次的磊 晶成長依序在n-GaAs的基板12上，順次形成是第1緩衝層 的 n-GaAs 層、是下包覆層 16 的 n-(Al(K7Ga0.3)0.5In0.5
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層、是活性層18的GalnP/AlGalnP MQW層、第1上包覆層2〇 的P-(Al(K7Ga0.3)0.5In0.5P層，以及是電流阻擋層22的 n - Α10·5Ιη0·5Ρ層。此時的當作是摻雜物，係使型摻雜 物的矽，p型摻雜物的辞。該製程結果的示意圖則如第4圖 戶斤示0 接著經由照片製版製程，在由電流阻擋層2 2構成的 η-A10· 51 η0· 5P層的表面上形成光阻圖案38，然後再由溼 姓刻在由電流阻名層22構成的η-Α10·5Ιη0·5Ρ層上形成是 電流迴路的帶狀的開口 24。該製程結果的示意圖則如第5 圖所示。 接著在除去光阻圖案38之後，經由MOCVD法等的結晶 成長法’在以第2次的磊晶成長在對向開口24而形成露出 的第1上包覆層20的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層的表面上 和面對是電流阻擋層22的η-Α10· 5ΙηΟ·5Ρ層的開口24的 (lll)A面上以及該ρ-(Α10· 7Ga〇· 3)〇· 5Ιη0· 5Ρ層的上側表 面上’形成是第2緩衝層26的ρ-A10.5Ga0.5As層，以及在 該第2緩衝層26上形成是第2上包覆層28的ρ-(Α10. 7GaO. 3) 〇·5Ιη〇·5Ρ層。該製程結果的示意圖則如第6圖所示。 更者，在是第2上包覆層28的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0. 5P層上形成是接觸層30的p型GaAs層。 該第2次的磊晶成長的結晶溫度係約從6 5 0 °C到7 5 0 C ’目的是不要將p型摻雜物的鋅從當作是第1上包覆層 110的p〜（Al〇· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5層擴散至是活性層108的 MQW層’而需盡量降低結晶成長溫度。
507406 五、發明說明（12) 更者，在是接觸層30的p型GaAs層表面上形成p側電極 32，還有在基板12的裏面側形成η側電極34。而完成如第j 圖所示的紅色雷射LD10。 接著，說明關於紅色LD10的動作。 將順向電壓施加在η侧電極34和ρ側電極32之間，經由 電流阻擋層22和第2上包覆層28之間的ρη接合而產生的空 乏層來阻止電流流動而縮小電流，使得電流藉由開口 24而 流到活性層1 8。 將所定的起始值以上的電流流至活性層1 8的話，在活 性層1 8的電子和電洞會再結合，因而產生雷射光。 此時下包覆層16、第1上包覆層20以及第2上包覆層 28，係因為具有比活性層丨8大的能帶間隙，所以下包覆層 16 第1上包覆層20以及第2上包覆層28的屈折率係比活性 層1 8小，雷射光就被閉鎖在下包覆層丨6和第1上包覆層2〇 以及第2上包覆層28之間。 還有’電流阻擋層22的能帶間隙係比第1上包覆層20 以及第2上包覆層28的能帶間隙大，電流阻擋層22的屈折 率係比第1上包覆層20以及第2上包覆層28的屈折率小，雷 射光的水平橫方向的擴展係經由電流阻擋層22而被限制 因為具有如此般地雷射光的發光點上下、左右以及屈 折率差而構成’所以雷射光係有效率地被閉鎖在發光點附 近。 關於習知的紅色LD1 〇〇，在電流阻擋層11 2上形成是第
第16頁 507406 五、發明說明（13) 2上包覆層116的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層的話，則觀 察在面對是電流阻擋層112的η-Α Π nP層的開口114的表面 上’容易有格子缺陷的原因。 第7圖係顯示習知的紅色LD的穿透顯微鏡（TEM)照片。 第7圖係在與紅色LD1 00的光發射方向垂直的剖面上，攝影 開口 11 4附近的照片。 在第7圖中，在電流阻擋層112上直接形成是第2上包
覆層116的p-(A10· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5P層的話，就了解在面 對疋電流阻擔層112的η-Α10·5Ιη0·5Ρ層的開口114的（111) Α面上成長的p—(Al〇.7Ga0.3)0.5In0.5P層上，有很多的格 子缺陷被形成的原因。因此，產生格子缺陷的原因則如下 述般地被考量著。 由溼银刻而被形成是電流阻擋層112的〇41〇· 5In〇. 5p 層的開口114的表面係成為（111)A面。（ιη)Α面係難以結 晶成長的面。而且是電流阻擋層112的^“^ 5Ιη〇· 5p層係 A1組成比會容易被氧化，在n一 Α1〇·5Ιη〇·5ρ層的（ln)A面 上的結晶成長，就會變成容易產生結晶缺陷的情況。更 者，P-(A10.7Ga0.3)0.5In(K5P是複雜的材料，若發生組 成上有偏差的話結構就會排列歪斜，因而容易產生結晶缺 陷。 、
因此’在氧化膜容易被形成的11-人1〇5111〇.5?層的難 以結晶成長的（ill)面上，因為結晶成長容易組成偏差的 P A10· 7Ga0· 3)0· 5Ιη〇· 5P，所以在面對是電流阻擋層丨12 的η-Α10· 5Ιη〇· 5Ρ層的開口114的（111)Α面上成長的
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五、發明說明（14) P -（A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層上，有很多的格子缺陷被形 成。特別是經由組成偏差等而結晶成長容易產生格子缺陷 的p-(A10.7Ga(K3)0.5In0.5P的場合，係從成長初期就產 生結晶缺陷。 所以在第一實施例的紅色LD10中，在結晶成長是第2 上包覆層28的p-(A10· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5P層之前的第2次遙 晶成長初期’最容易發生格子不整合，在面對是電流阻播 層112的n-Α10· 5ίη0· 5Ρ層的開口24的（lll)A面上，形成當 作是第2緩衝層2 6的不必擔心組成偏差而發生格子不整合 的n-A10.5GaAs層，然後在該n_A10.5GaAs層上形成是第2 上包覆層28的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層。經由此，就 能抑制成長初期的格子缺陷的導入，而能減少是第2上包 覆層28的p-(A10. 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5P層中的結晶缺陷。 第8圖係關於第一實施例的紅色ld的穿透顯微鏡（τεΜ) 照片。第8圖係在與紅色LD1 〇 〇的光發射方向垂直的剖面 上，攝影開口 2 4附近的照片。 在第8圖中，在電流阻擋層22上，形成是第2緩衝層26 的p-A10.5Ga0.5As層，然後再形成是第2上包覆層28的 ρ -（Α10·Μ&0·3)0·5Ιη0·5Ρ層的話，就無法辨認出在面對 是電流阻擋層22的η-Α10·5Ιη0·5Ρ層的開口24的（lll)A面 上成長的P-(A10· 7GaO· 3)〇· 5Ιη〇· 5P層中的格子缺陷，因 而了解良好的結晶成長是被進行著。 如上述般地，關於第一實施例的紅色LD1〇，經由以第 次的磊晶成長在對向開口 24而形成露出的第！上包覆層
m 1 第18頁 2118-4095-Pf.ptd 507406 五、發明說明（15) 110的p-(A10· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5P層的表面上和面對是電流 阻播層22的η-Α10·5Ιη0·5Ρ層的開口24的（lll)A面上以及 該p-(A10.7Ga0.3)0.5In(K5P層的上側表面上，形成當作 是成長初期層的是第2緩衝層26的ρ-A10.5Ga0.5As層，以 及在該第2緩衝層26上形成是第2上包覆層28的 p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層，因而能減少是第2上包覆層 28的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層的結晶缺陷。如此就能 減少紅色LD10的/3部損失，減少電流-光輸出 (current-optical output)特性的溫度特性的劣化。而能 提高紅色L D1 0的信賴性。
還有’該結晶成長時的基板溫度係因為通常的結晶溫 度是650 °C〜750 °C，p型摻雜物的鋅則幾乎不會從當作是第 1上包覆層20的p-(A10· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5P層擴散至是活性 層18的MQW層。因此在第1上包覆層20的鋅，就會被防止往 活性層擴散，而減少電流-光輸出特性的溫度特性和信賴 性惡化的情形。 還有，第2缓衝層26的ρ-A10.5Ga0.5As層，係因為其 能帶間隙設定成比活性層1 8的能帶間隙大，所以就沒有吸 收從活性層1 8來的雷射光，雷射特性的劣化就減少了。
第二實施包 關於第二實施例的紅色LD係在第1上包覆層上被配設 具有帶狀的開Πη-ΑΠηρ的電流阻擋層，在該電流阻擋層 的上侧主面上被設計有n-GaO· 5ΙηΟ· 5Ρ的間隙（gap)層，在
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對向開口且露出的第1上包覆層和面對電流阻擋層的開口 的表面和間隙層的上方，經由配設當作是第2上包覆層的 p-U10_7Ga(K3)(K5In0.5P，就能抑制在當作是第2上胃包霜 層的p-(A10· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5P中的格子缺陷的發生。匕 第9圖係顯示關於第二實施例的紅色⑶的剖面圖。 在第9圖中’符號4〇係表示紅色ld，符號42係表示當 作保護層的間隙層而係由n —GaO· 5 I η0· 5Ρ所構成。還有與 第1圖相同符號的部分，將以相同符號來表示。以下的^ 施例也是同樣的表示方式。 在紅色LD40中，在電流阻擋層22的上表面的（1〇〇)面 上配設有間隙層42 ,開口 24係貫通間隙層42和電流阻擋層 22。第2上包覆層係被配設在對向開口24而露出的第1 覆層20和面對開口24的電流阻擋層22的（111)人面和間^ 42的上方。 、曰 接著說明關於紅色LD40的製造方法。 第1 〇、11及1 2圖係顯示關於各製程所示的紅色LD的 面圖。 ϋ 首先，經由M0CVD法等的結晶成長法，在n —GaAs基板 1 2上，以第1次的磊晶成長依序形成是第j緩衝層丨4的 i^-GaAs層、是下包覆層16的„-以1〇.7(^〇 3)〇.5111〇 5層、 是活性層18的GalnP/AlGalnP MQW層、是第丨上包覆層2〇的 P-Ul、(K7Ga(K3)0.5In0.5P 層、是電流阻擋層 22 的 n-A1InP 層，以及是間隙層42的n-Ga(K5In0.5P層。當作此時的摻 雜物係η-型摻雜物是使用矽，而p型摻雜物係使用鋅。該
507406 五、發明說明（17) 製程的結果則如第1 0圖所示 接著，經由照片製版製程在是間隙層42的 η - Ga(K5In0.5P層的表面上形成光阻圖案38，然後經由渥 蝕刻在是間隙層42的n-GaO· 5ΙηΟ· 5P層以及是電流阻擒層 22的η-Α10·5Ιη0·5Ρ層上形成是電流迴路的帶狀的開口 24。該製程的結果則如第11圖所示。
接著，除去光阻圖案38後，經由M0CVD法等的結晶成 長法，以第2次的蠢晶成長’在面對開口24而露出的第1上 包覆層20的ρ-(Α10· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5Ρ層的表面上和面對 是電流阻擋層22的η-ΑΙΟ· 5ΙηΟ· 5Ρ層的開口24的（lll)A面 上以及是間隙層42的n-Ga0.5In(K5P層的上側表面上，形 成是第2上包覆層28的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層。該製 程的結果則如第1 2圖所示。 更者’在是第2上包覆層28的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0. 5P層上，形成是接觸層3〇的p型GaAs層。 該第2次的磊晶成長的結晶成長溫度係6 5 〇 t〜7 5 〇 t左 右，盡量不要將p型摻雜物的鋅從當作是第1上包覆層2〇的 P-（A10· 7GaO· 3)0· 5ΙηΟ· 5P層擴散至是活性層18的MQW層， 而需盡里降低結晶成長溫度。
更者’在是接觸層30的ρ型GaAs層的表面上形成ρ側電 極32。還有’在基板1 2的裏面側表面上形成η侧電極34。 而完成如第9圖所示的紅色雷射lj)4〇。 該紅色LD40 ’在是電流阻擋層22的〇 —Α1〇·5ΐη〇·5Ρ層 上設計有因為不含Α1而不易氧化的n —Ga〇. 5ΐη〇· 5Ρ層的間
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五、發明說明（18) 隙層42，因為藉由該間隙層42形成由 P -（A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層所構成的第2上包覆層28，所 以能夠減少容易組成偏差而容易發生格子缺陷的^ 2上包 覆層28，而能形成信賴性高的紅色LD40。 i 第三實施例 關於第三實施例的紅色LD，係在第1上包覆層上配設 有具有帶狀的開-口的n-ΑΙΙηΡ的電流阻擔層，在該電济阻 擔層的上側主面上配設有η - G a 0 · 5 I η 0 · 5 P的間隙層，以 ρ - A10.5Ga0.5As的緩衝層覆蓋對向開口而露出的第1上包 覆層和面對電流阻擋層的開口的表面和間隙層，經由在該 缓衝層上配設當作是第2上包覆層的 / p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P，而能夠抑制格子缺陷在當作 是第2上包覆層的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P中發生。 第1 3圖係顯示本發明第三實施例的紅色LD的剖面圖。 關於第1 3圖，符號4 6係表示關於第三實施例的紅色 LD ’符號42係表示間隙層而由n-Ga0.5In0.5P所構成。 紅色LD46，係除了當作是間隙層42的n-GaO. 5Ιη(Κ 5P 層是以第1次的遙晶成長而在是電流阻播層22的 η-Α10· 5ΙηΟ· 5P層上形成之外，其他皆和第一實施例的紅 色LD10同樣地被形成。 ' 配設間隙層42的n-GaO· 5ΙηΟ· 5Ρ層的理由則如下述。 因為是電流阻擋層22的η-Α10· 5ΙηΟ· 5Ρ層的Α1組成比較 高’所以較易氧化。是電流阻擋層22的η-Α10· 5ΙηΟ· 5Ρ層
507406 五、發明說明（19) 的表面和面對開口24的η-A10· 51 η0· 5P層的（111 )A面比 較，則即使是容易結晶成長的結晶面，容易形成氧化膜的 化，在蟲晶成長當作是第2上包覆層的 p -（A10.7Ga0.3)0.5In0.5P時，也會有發生格子缺陷的場 合0 因此，在是電流阻擋層22的η-Α10·5Ιη0·5Ρ層的（1〇〇) 面上形成當作是間隙層42的n-GaO· 5ΙηΟ· 5Ρ層而防止氧化 膜的形成，防止名磊晶成長當作是第2上包覆層的p-(Al〇. 7Ga0.3)0.5In0.5P時發生格子缺陷，而且在面對是電流阻 擂層22的η-Α10·5Ιη0·5Ρ層的開口24的（lll)A面上，形成 是第2緩衝層26的p-A10.5Ga0.5As層，經由在該等層上形 成是第2上包覆層28的p-（A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層，而能 抑制在成長初期的格子缺陷的導入，因而減少是第2上包 覆層28的p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5P層中的結晶缺陷。 因此，紅色LD46可以比紅色LD 10有更高一層雷射的信 賴性，而能夠形成良率高的雷射。 在第二及第三實施例中，雖然間隙層42的導電型係作 成η型，但是p型和高阻抗也可以，都可達同樣的效果。 還有上述的該等實施例中，該包覆層當然可以有不同 的組成。 [發明效果] 因為關於本發的半導體雷射裝置以及其製造方法係具 備上述說明般的構造或是製程，所以具有下述之效果。
2118-4095-Pf.ptd 507406 _ 五、發明說明（20) 型的半射裝置’係因為具備有第1導電 族化形二匕在：〗半導體基板上的由ιπ~ν 合物半導體m壬Λ 包覆層小的ίπι族化 間隙==ί = ^广乂配置在該活性層上的由帶 m ^.9 ^ m m. 矢化5物半導體形成的第2導電型 的第1的第2包覆層，和被配置在該第:电t J :隙比活性層-大的111 - V族化合物半導】：成的：有的θ由 電流迴路的帶狀的開口的第!導電型的二：具有疋 配置在該電流阻擋層的面 机备《，和被 性層大的ίπ-ν族化合物半'導=表二^由帶間隙比活 層，和被配置在藉由該緩衝層於=電型的緩衝 的第1的第2包覆層上的由帶‘隙比；：：流阻擋層及開口 合物半導體形成的第2導電型的第2的$層大的族化 減少藉由緩衝層而被配置在面 匕覆層，而能夠 上的第2的第2包覆層的格+ #的電流阻擋層的表面 的掺雜物從第i的第；陷’並能夠抑制第2導電型 電流-光輸出特性的溫\覆特層二活 體雷射裝置的信賴性。 以及此夠提昇半導 更者，電流阻擋岸在Λ t τ 衝層係以AlGaAs系材料^作f系材料當作材料，而緩 層係以AlGalnP系材料當田 ^ ’而且因為第2的第2包覆 在電流阻擋層上的緩衝 妯’而能夠有效地減少藉由 子缺陷，以及能夠4 第2的第2包覆層的格 等體雷射裝置的信賴性。 2118-4095-Pf.ptd 第24頁 507406 發明說明（21) 更者，在除去面對開口的表面的電流阻 第2的第2包覆層之間，因為更/的表面和 。尺配置有由Gal nP系材料斛嫌 成的保護層，即使在除去面對開n沾主二α雨何针所構 ^ ^ L …札$上， 才開口的表面的電流阻擋層的 表面上，而能夠更減少由材料的組成容易不吻合的 A1GaInP系材料所構成的第2的第2包覆層的格子缺陷 度。以及能夠形成具有良率高的紅色U)的半導體雷 以 還有’因為▲具備有第i導電型的半導體基板，和被配 半導體基板上的由II 族化合物半導體形成的第i 導電里的第1包覆層，和被配置在該第丨包覆層上的由帶間 隙比第1包覆層小的II 1巧族化合物半導體形成的活性層， 和被配置在該活性層上的由帶間隙比活性層大的ΙΠ—ν. 化合物半導體形成的第2導電型的第i的第2包覆層，和被 配置在該第1的第2包覆層上的由帶間隙比活性層大的 A 11 nP系材料形成的具有是電流迴路的帶狀的開口的第工導 電型的電流阻擋層，和被配置在該電流阻擋層的除了面對 開口的表面上的由GalnP形成的保護層，和藉由該保護層 而被配置在對向於電流阻擋層及開口的第i的第2包覆層上 的由帶間隙比活性層大的A1 (ja I np系材料形成的第2導電型 的第2的第2包覆層，所以以不含鋁的Galnp系材料來保護 A 1 I nP系材料的電流阻擋層，而在氧化膜少的結晶面上配 設由材料的組成容易不吻合的AlGalnP系材料所構成的第2 的^2包覆層，而能夠更減少格子缺陷發生的危險度 及此夠提昇具有紅色LD的半導體雷射裝置的信賴性c
JU/HUO 五、發明說明（22) 因古!^本發明的半導體雷射裝置的製造方法，係 III广族Λ/1導電型的半導體基板上，順次沉積由 隙比第】包覆層小的ntif的第1包覆層、由帶間 帶間隙比活性層大的形成的活性層、 Λ V族化合物半導體形成的第2導電 電流阻矜i的族化合物半導體形成的第1導電型的 二二，‘製崔’和形成貫通該電流阻擋層的帶狀的開 間隙比：w：爲形成在面對開口的電流阻擋層表面上的由帶 的缓衝大的11 w族化合物半導體形成的第2導電型
覆戶妒成t 合物半導體形成的第2導電型的第2的第2包 製i二所以犬k阻擋層和對向開口的第1的第2包覆層上的 斤在面對開口的電流阻擋層表面上，藉由緩衝# =包在覆通/的产板溫度下W 成長時，還有因為基板溫度係通常的溫度，在結晶 ΪΪ2雜::擴咸:從第1的第2包覆層到活化層的第2導電 度特：：劣Ϊ夠二簡單的製程製造電流-光輸出特性的溫 廉價地Ξί雷賴性高的半導體雷射裝置’以及能夠 权供雷射特性優的半導體雷射裝置。 圖式簡單說明： 第1圖是關於本發明的紅色⑶的剖面圖
507406 五、發明說明（23) 第2圖是顯示關於本發明的MQW構造的剖面圖。 第3圖是顯示關於本發明的MQW的能帶 二一立 面圖第4圖是顯示在本發明紅⑽的製程中的=二圖剖 面圖第5圖是顯示在本發明紅⑽的製程中的紅⑽的剖
面圖第6圖是顯示在本發明紅色LD的製程中的紅色LD的剖 第7圖是顯示習知的紅色L 照片。 牙您式電子顯微鏡（TEM) 第8圖是顯示關於本發明的紅 鏡（TEM)照片。 、色LD的穿透式電子顯微 =是Λ於本發明的、红色LD的剖面圖。 第10圖是顯示在本發明紅色 圖 面圖。 襄私中的紅色LD的剖 第Π圖是顯示在本發 面圖。 月紅色⑶的製程中的紅色LD的气 面圖第12圖是顯示在本發明紅㈣的製程中的紅㈣μ 面圖。 ^色半導體雷色二極體的剖 第1 5圖是顯示在 圖。 個的製程中的習知紅色LD的剖面 2118-4095-Pf.ptd 第27頁 507406 五、發明說明（24) 第1 6圖是顯示在一個的製程中的習知紅色L D的剖面 圖。 第1 7圖是顯示在一個的製程中的習知紅色LD的剖面 圖。 [符號說明] 12〜半導體基板； 16〜下包覆（upper clad)層； 1 8〜活性層； 20〜第1上包覆層； 22〜電流阻擔（current block)層； 26〜緩衝（buffer)層； 28〜第2上包覆層； 42〜間隙層。 _
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Claims (1)

  1. ^υ/406 六、申請專利範圍 h—種半導體雷射裝置，包括： :第1導電型的半導體基板（12); 板上了！1由第1包覆層(16)，被配置在該半導體基 一並由III-V族化合物半導體構成； 隙比=ΓΛΠ品8) ’被配置在該第1包覆層上’並由帶間 ^ 匕覆層小的ΙΠ-ν族化合物半導體構成； 性層:第1的第2包覆層（20)，被配置在該活 體構ί ; 隙比該活性層大的III_V族化合物半導 2包^Λ1導電型的電流阻播層（22) ’被配置在該第1的第 半棋Λ、’並且由帶間隙比該活性層大的III-V族化合物 牛導體構成而具有形成電流迴路的帶狀的開口·， 導電型的緩衝層（26)，被配置在該電流阻擋層 .+開口的表面上，並由帶間隙比該活性層大的Ϊ丨丨—v 族化合物半導體構成；以及 第2導電型的第2的第2包覆層（28)，被配置在藉由 =、、、衝層的對向於該電流阻擋層及該開口的該第1的第2包 覆層上，並由帶間隙比該活性層大的m-v族化第合：以 體構成。 $ 2·如申请專利範圍第1項所述的半導體雷射裝置，其 、中該電流阻擋層係A1 InP系材料，該緩衝層係alGaAs系材 料而且該第2的第2包覆層係AlGalnP系材料。 3·如申請專利範圍第2項所述的半導體雷射裝置，其 中在除了面對該開口的表面的該電流阻擋層的表面和該第
    507406 六、申請專利範圍 2的第2包覆層之間，更包括献罟古山r τ 保護層。 〜括西己置有由WnP系材料構成的 4· 一種半導體雷射裝置，包括： 一第1導電型的半導體基板； 上 :=電丄的上包覆層’被配置在該半導體基板 並由I 11 -V知化合物半導體構成； 一活性層，被配置在該第1包€ # 該第1包覆層小的III-V族化合物半導9體構成，；由㈣比 了第2導電型的第1的第2包覆層，被配置在該活性層 成]並由帶間隙比該活性層大的丨π _v族化合物半導體ς -第1導電型的電流阻檔層，被配置在該以的第2包 ί : ΐ古並且由帶間隙比該活性層大的由A1 Ιηρ系材料構 成而具有形成電流迴路的帶狀的開口； # 表」ί護層’被配置在該電流阻撐層的除了面對該開口 表面的表面上，並由GalnP系材料形成；以及 配置；ίΛ導電型的第2的第2包覆層，藉由該保護層而被 上置^向於該電流阻擋層及該開口的該幻的第2 ，並由帶間隙比該活性層大的由A1GaInP系材料構成。s .一種半導體雷射裝置的製造方法，包括： 人物Ϊ第1導電型的半導體基板上，順：欠沉積由⑴-V族化 構成的第1導電型的第1包覆層、由帶間隙比該第i 睹e小的1 1 1 —V族化合物半導體所構成的活性層、由帶 4隙比該活性層大的m-v族化合物半導體所構成的第2帶導
    DU/4U0
    的第1、的第2包覆層、以及被配置在該活性層上 ;1: 活性層大的1 U-V族化合物半導體所構、的第1導 電型的電流阻擋層的製程； 成的第1導 形成貫通該電流阻擋層的帶狀的開口的製程. 形成在面對開π的電流阻擋層表面上間 活性層大的111 -V族化合物丰邕舻邮槐#从够0 陳比該 衝層的製程；以及物+導體所構成的第2導電型的緩 藉由該緩衝過，將由帶間隙比該活性層大的I π —V族 化合物半導體所構成的第2導電型的第2的第2包覆層形成 在該電流阻擋層和對向該開口的該第Μ第2包覆層上的製
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