TW507410B - Semiconductor laser element and fabricating method therefor - Google Patents

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507410 A7 ___B7_._ 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明與用於一光碟系統裝置等的一半導體雷射元件以 及其製造方法有關，特別與一高輸出功率窗口結構半導體 雷射元件及其製造方法有關。 發明背景 近年來，各種半導體雷射廣泛應用於光碟裝置的光源 中。其中有一高輸出功率半導體雷射，作爲寫入MD裝 置、MO裝置、CD-R/RW裝置或可寫入型DVD裝置等的光 源，並要求具有較高的輸出功率。 光學損害（COD : Catastrophic Optical Damage，嚴重光學 損害）是妨礙半導體雷射之輸出功率增加的一個因素，它 是當位於一諧振器末端表面鄰近之一作用層區域中的光學 輸出密度增加時出現的。 此COD出現的原因爲：位於該作用層之諧振器末端表面 鄰近的作用層區域，係一雷射光吸收區域。在該諧振器末 端表面，有許多不發光的重組中心，稱爲表面狀態或界面 狀態。注射進入該作用層之諧振器末端表面鄰近區域的載 體爲此不發光重組而流失，因此，作用層之諧振器末端表 面鄰近區域注入的載體密度較該作用層内部區域中的密度 爲低。結果，位於該作用層之諧振器末端表面鄰近的區 域，對該作用層之内部區域中的高注入密度載體所形成之 雷射光之波長，即變爲一吸收泽域。 當光學輸出密度增加時，吸收區域附近的熱度增加，使 溫度增加而帶隙則減小。結果，正向的回饋使吸收係數進 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 507410 — A7 B7 五、發明説明（2 ) 一步增加，引起溫度的升高，於作用層之諧振器末端表面 鄰近形成的吸收區域的溫度終於到達熔點，導致COD的產 生。 爲改善此COD的程度，在日本專利特許公開申請案第 HEI 9-2 3037號中揭露了 一種增加半導體雷射輸出功率的方 法，此法係基於一多重量子井結構作用層的失調以利用一 窗口結構。下文中，將參考圖17A到17C的結構圖來説明本 半導體雷射元件，以及圖1 8A到1 8D的製造方法之程序 圖。 圖17A顯示包括諧振器末端表面的一透視圖。圖17B顯示 沿著圖17A之Ib-Ib線的斷面圖。圖17C顯示沿著圖17A之Ic-Ic線的層厚度方向的斷面圖。 圖17A到17C顯示一 GaAs基板1001、，一 η型AlGaAs下敷鍍 層1002，一量子井作用層1003，一 p型AlGaAs上敷鏡層 1004a，一 p型AlGaAs第二上敷鍍層1004b，一 p型GaAs接觸 層1005，一孔擴散區（斜線區域）1006，一質子植入區（斜線 區域）1007，一 η面電極1008，一 p面電極1009，一諧振器末 端表面1020，對量子井作用層1003之雷射諧振有幫助的一 區域（爾後稱之爲一内部區域）1003a，以及形成於量子井作 用層1003之諧振器末端表面1020鄰近的一窗口結構區 1003b。 圖18A到18D中，η型AlGaAsT敷鍍層1002、量子井作用 層1003以及一 p型AlGaAs第一上敷鍍層1004a陸續磊晶生長 於（圖18A中）該η型GaAs基板1001上。接著，於該p型 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 507410 A7 ____B7_ 五、發明説明（3 )

AlGaAs第一上敷鍍層1〇〇乜上形成一 Si〇2薄膜1〇1〇，一與 諧振器方向相同的條狀開口 1〇 l〇a形成一長度，但並未達 到1皆振器末端表面（圖1 8B)。接著，當此晶圓在一 as環境 中經過溫度不低於800°C的熱處理（即熱退火）時，該§1〇2薄 膜1010自與該Si〇2薄膜1010接觸的p型AlGaAs第一上敷嫂 層1004a的表面吸取Ga原子，使該p型AlGaAs第一上敷鏡層 1004a產生Ga孔。這些孔擴散直到這些孔達到晶體中的量 子井作用層1003 ’擾亂其量子井結構。量子井結構毁於其 中的作用層之窗口區域，係針對内部區域中發射的振靈雷 射光作爲一透明窗口之用，因作用層之有效阻止頻寬已擴 增了。 取後’將Si〇2薄膜1010移除’ p型AiGaAs第二上敷鍍声 1004b及p型GaAs接觸層1005陸續磊晶生長於該p型A1GaAs 第一上敷鏡層1004a上（圖18C)。接著，於該p型GaAs接觸 層1005上形成一阻絕膜，另有一條狀阻絕丨〇丨丨係由微影蝕 刻在SiCh薄膜1〇1〇之條狀開口 1010a形成的同一區域所形 成。接著’利用條狀阻絕1011作爲遮罩，自該p型GaAs接 觸層10 0 5的表面側注入質子’形成一高阻絕區域1 〇 〇 7，變 爲一電流障-礙層（電流阻礙層）（圖18D)。最後，在GaAs基板 1001表面上形成η面電極1008，P面電極1009則在？型^八5 接觸層1005上形成。將該晶圓切割之後，可得圖I?中的半 導體雷射元件。 _ 然而，在傳統的窗口結構半導體雷射元件中，該Si〇2薄 膜1010是形成於該p型AlGaAs第一上敷鍍層1〇〇4a之上，以 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) MT7410 A7 ___B7 五、發明説明（4 ) k供一帶隙’較對應於諸振器末端表面鄰近形成的擾亂區 域中的雷射振盪波長的帶隙爲大，在與Si〇2薄膜1〇1〇接觸 的P型AlGaAs第一上敷鍍層i〇〇4a中產生GmL，並將這些 Ga孔擴散到量子井作用層1〇〇3之中。 ~

Ga孔的產生和擴散是在si〇2薄膜1010覆蓋的區域中發生 的。若熱處理在不低於800°C的溫度下進行，則會因Si〇2 薄膜1010未覆盍的區域（諧振器内部區域）表面以原子再蒸 發而產生Ga孔，然後這些Ga孔再擴散進入量子井作用層 1003内。由於諧振器内部區域中量子井作用層之帶隙的^ 動所伴隨的波長變動，亦由於量子井作用層之結晶變質， 最後這將會導致長期信賴度的降低。 再者，進入諧振器内部區域中的量子井作用層1〇〇3的以 孔擴散可藉降低熱處理溫度或縮短熱處理時間（即退火時 間）來控制。然而，在Si〇2薄膜1010覆蓋的區域中產生孔， 以及在Si〇2薄膜1010覆蓋的區域下方作用層之諧振器末端 表面鄰近區域將孔擴散進入量子井作用層1003中，已變得 不適合，此方法使雷射光由作用層之窗口區域吸收，或由 作用層之諧振器末端表面鄰近區域吸收。結果，C0D會輕 易發生在$振器末端表面鄰近之一作用層區域中，導致該 π件於咼功率驅動時最大光學輸出的衰減，以及長期信賴 度的降低。' 發明概要 _ 有鑒於上述問題，故本發明將目標設定於提供一種半導 月豆适射元件，其可於一窗口結構程序時，在一諸振器内部 本紙張尺度中國國家標準(CNS) A4規格(21GX297公釐)— B7 五、發明説明（5 ) 區域中限制:作用層之㈣變動’或限制其㈣波長的變 動，且具有高功率驅動時之長期信賴度，並提供一種製造 方法。 馬達成上述目標，發展出_種半導體雷射元件，在一基 板士包括：至少有一第一導電型第一敷鍍層、一作用層、 —f二導電型第二敷鍍層、_具有_條狀缺陷部份與一諸 振态同方向之電泥障礙層、一埋藏於電流障礙層之條狀缺 陷部份的第二導電型第三敷鍍層以及在第三敷艘層上的一 第二導電型防護層，其中： 該作用層係至少以鄰近於其一末端表面之一窗口區域， 及具有一量子井結構之一内部區域所架構，以及 一位於孩内部區域對面的部份，以一離子化的原子自第 二導電型第二敷鍍層側面之一層的表面照射，其後並加以 熱處理。 因此，於該内部區域對面的第二敷鍍層這邊的防護層表 面上以離子化的原子照射，再藉熱處理將以孔網羅於其表 面形成的瑕疵中，可防止以孔擴散進入内部區域，並防止 =部區域之帶隙的變動。因此，可將該窗口區域的帶隙做 知比内邵區^域的帶隙大5 nm。由於可將該窗口區域的帶隙 做得比内部區域的帶隙大許多，此種安排特別對抑制末端 表面變質有效，並能大幅度改善其信賴度。 另外，發展出一種半導體雷新元件，在一基板上包括： 至V有一第一導電型第一敷鍵層、一作用層、一第二導電 型第二敷鍍層、一具有一條狀缺陷部份與一諧振器同方向 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 川/410 五、發明説明（6 ) 之，流障礙層、—埋藏於電流障礙層之條狀缺陷部份 二導電型第三敷鍍層以及在第三敷鍍 防護層，其中： 罘一導电型 該作用層係至少以鄰近於其_末端表面之_窗口區域， 及具有一量子井結構之一内部區域所架構， 該作用層之窗口區域所發射光'㈣波長♦値^具有一關 係式： λ w < λ i - 5 nm ^對於該作用層之内部區域所發射光線的波長峰値u，以 一窗口區域所發射光線的半貧戶， 裝 光線的半寬度爲窄。+寬度“内輕域所發射 因此，由於料於騎器末端表面的相層之窗口 的帶隙比作用層之内部區域的帶隙大許多，故窗 中 吸收光線的量可降至甚低。再者，由0口區 射 線的半寬度較該内部區域所發射光線的半寬度爲窄：作： 層中的瑕疵係由内邵區域中的雜質所填滿 幅度改善其信賴度。 文_ j大 在本發明之一具體實施例中’位於窗口 導電型防護層部份的層厚度較位於内部區域對面的第：； 電型防護層部份的層厚度爲厚。 $一$ 因此’用以形成第一導電型:電流障礙層的遮 利用防護層之厚度的差異作爲記號，以對準位置。此_ 置簡化了形成末端表面的方法，並可獲得—種極易大量生 -9-

507410 A7 _ B7__ 五、發明説明（7 ) 產的半導體雷射元件。 在本發明之一具體實施例中，該窗口區域與諧振器同方 向的長度Lw不可小於1 0 μ m。 因此，由於注入該内部區域的載體（孔或電子）將擴散至 末端表面且不會重組，故將光線轉變爲電流的效率並未降 低。 在本發明之一具體實施例中，構成該量子井結構的量子 井層的厚度總値將不超過40 nm。 因此，可在熱處理時，將孔擴散至鄰近於諧振器末端表 面的作用層中，以進一步增加作用層之窗口區域的帶隙。 由於上述原因，可充分限制末端表面變質，並可獲得一種 信賴度大幅改善的高輸出功率窗口結構半導體雷射元件。 在本發明之一具體實施例中，在位於第二導電型防護層 上之窗口區域對面的部份，有一第一導電型電流注入防護 層。 因此，由於該電流注入防護層，可防止電流經過窗口區 域，而防止孔的移動，更可防止帶電期間因孔的移動使其 成分改變或雜質的擴散。此種配置可有效改善其信賴度。 在本發明_之一具體實施例中，其第一導電型電流注入防 護層與諧振器同方向的一長度Lp具有一關係式：

Lw < Lp 相對於Lw而言。 ： 因此，由於電流注入防護層的長度設定爲約與窗口區域 的長度相等時，可防止窗口區域帶電，故能防止窗口區域 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 507410 A7 ___B7 五、發明説明（8 ) 之作用層中出現一無功電流（wattless current)，而此種配置 能有效提昇信賴度。再者，當電流注入防護層設定爲較窗 口區域長時，在孔擴散的諧振器内部區域即無電流通過。 在此種配置下，擴散進入諧振器内部區域的孔既不會引起 作用層中因注入的電流產生一微小瑕戚，也不會在帶電時 使電流增加。因此，可獲得一種擁有令人滿意的長期信賴 度的雷射元件。 在本發明之一具體實施例中，位於條狀缺陷部份之窗口 區域對面邵份的寬度較位於内部區域對面部份的寬度爲 寬。 因此，由於可將該條狀的窗口區域的光線密度降低，故 此種配置特別對抑制末端表面變質有效，並能大幅度改善 其長期的信賴度。再者，由於該諧振器内部區域的條狀寬 ，度可受窄，可穩定其雷射的斷面模式，並防止其特性 中出現扭結。 、再者於本發明之半導體雷射元件中，内部區域的第II 族元素之濃度較窗口區域的第„族元素之濃度爲高。 因此，由於擴散至作用層的第π族元素進入作用層中孔 的地點，故一可防止出現結晶瑕疵。結果，可於帶電時抑制 内部區域的變質。再者，若第Η族元素擴敷進入窗口區域 的作用層’則將引起光線的吸收。結果，當擴散進入窗口 區域的作用層的第11族元素之参量很少時，將進一步抑制 光線的吸收，並從而改善高功率操作時的信賴度。此 在咼功率驅動時，其長期信賴度極佳。 -11 -

507410 A7 —-_-_ B7 —__ 五、發明説明（9 ) 再者’於本發明之半導體雷射元件中，其基板爲GaAs， 每一層亦由一 GaAlAs基的材料所構成。 因此，在熱處理日寺，Ga原子被鄰近於t皆振器末端表面的 晶圓表面上形成的介電薄膜所吸收，而在A1GaAs中，以 孔的擴散速度特別快。因此，作用層之窗口區域的帶隙可 因Ga孔擴散進入作用層而有更大的變化及增加。如上所 述，本製造方法使用AlGaAs能有效抑制末端表面的變質， 並大幅改善其信賴度。 另外，發展出一種半導體雷射元件的製造方法，其包括 下列步驟：形成一 DH晶圓，其中至少有一第一導電型第 一敷鍍層、一作用層以及一第二導電型第二敷鍍層:二於 一基板上·，在配置於該DH晶圓的第二敷鍍層側的表面的 一邵份中形成一第一介電薄膜；對晶圓之一側，第一介電 薄膜形成之處施加一離子化原子；並將該離子化原子施: 其上的DH晶圓置於熱處理中。 因此，在配置於第二敷鍍層側的層的表面鄰近產生許多 微小的結晶瑕疵，此種結晶瑕疵在熱處理時藉（^原子的再 蒸發將晶圓表面產生的孔捕獲，以防止孔的擴散並擾亂作 用層。因有_此種配置，故抑制了窗口結構形成過程中諧振 器内部區域中作用層的帶隙變動，亦即抑制了振盪波長的 變動。同時，可限制作用層結晶品質的降低，並可獲得一 種於高輸出功率驅動時長期侉賴度極佳的半導體雷射元 件。 再者’本發明之半導體雷射元件製造方法，包含在第二 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 507410 A7 _B7___ 五、發明説明（1〇 ) 敷鍍層之上部形成一第二導電型防護層的方法。 因此，即便於該DH晶圓表面上形成了一污染物及不必要 的表面氧化物膜，它們也可在熱處理前同時移除。 再者，依據本發明之半導體雷射元件製造方法，該防護 層之表面係於DH晶圓熱處理之前蝕刻的。 因此，可將附著於該DH晶圓表面的污染物及表面氧化物 膜移除，並由離子化原子照射防護層表面以促其產生結晶 瑕疵。此種結晶瑕疵能將熱處理時防護層表面上產生的孔 捕獲，且能防止這些孔朝η型GaAs基板的方向擴散，並防 止它們擾亂作用層。以此配置，可防止内部區域中的作用 層之帶隙變動。 於本發明之一具體實施例中，將離子化原子施加於第一 介電膜側的DH晶圓表面，同時對位於DH晶圓第二敷鍍層 側的層之表面進行餘刻。 因此，可同時進行附著於表面的污染物和表面氧化物膜 的移除，以及形成介電膜。因此，即便此種半導體雷射元 件的製造方法已簡化，但卻促進了利用離子化原子照射防 護層表面以產生結晶瑕症的方法。 於本發明之一具體實施例中，將離子化原子施加於第一 介電膜側的DH晶圓表面之後，形成了 一第二介電膜，以 覆蓋整個晶圓表面。 因此，並不需利用介電膜在聶圓表面產生結晶瑕疵，亦 不需在離子照射時增加離子的能量。因此，結晶瑕疵不可 能從晶圓的防護層表面深層穿透進入結晶内部，且熱處理 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

時瑕疵擴散進入作用層以及信賴度的降低亦不可能發生。 在本發明之-具體實施例中，於第二介電膜形成後，將 DH晶圓加以熱處理。 因此，在熱處理程序之前加入在内部區域對面的DH晶圓 表面上形成介電膜的程序，即不必在熱處理時藉再蒸發產 生過剩的Ga孔。因此，可利用形成於表面上的瑕症充分捕 獲這些Ga孔，此種安排更能有效改善信賴度。 於本發明之一具體實施例中，將離子化原子施加於第一 介電膜側的DH晶圓表面，同時形成第二介電膜。 、因此，離子照射係於位在第二敷鍍層側之層的表面鄰近 藉此可同時進行形成一微小結晶瑕疵以及清理第二 介電膜表面的程序，讓製造程序簡化。 —在本發明足一具體實施例中，該離子化原子係選自由 氬、氧及氮所組成群組之一或多個原子。 因此，僅能在晶圓表面鄰近產生結晶瑕疵，而該瑕疵於 二、處理時則可有政捕獲晶圓表面產生的以孔。因此，此種 t排適合止作用層的帶隙變動。再者，此種安排可限制 瑕疵於熱處理時擴散進入作用層，並適於防止信賴度的 級。於本發明足一具體實施例中，第二介電膜係以離子化原 子形成於晶圓表面之一部份，且其上並未形成第一介電 膜。 、Q此，離子照射係於位在第二敷鍍層側之層的表面鄰近 進订藉匕可同時進行形成一微小結晶瑕戚以及清理第二 -14-

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線 507410 A7 B7 五、發明説明（12 ) 介電膜表面的程序，讓製造程序簡化。 於本發明之-具时施财，㈣子㈣子之離 係設定於不超過删ev’並以設定爲不小於5〇〇 於1500 eV尤佳。 因此，於内部區域中可產生足夠數量的瑕疵，同時可防 止離子化電子穿透位於末端表面鄰近區域中的介電膜。因 此’作用層之窗π區域的量子井結構之擾已達足夠份 量:而帶隙可增加至所需的値。由於末端表面的變質可加 以控制，故可製成一高信賴度的半導體雷射元件。 再者，依據本發明之半導體雷射元件製造方法，並施加 離子化原子的裝置係具有一離子加速功能的裝置。 因此，其離子能量及離子的數量可精確控制，故晶圓表 面結晶瑕疵的數量亦可控制。因此，Ga孔的分佈及數量亦 爲可控制，且可輕易控制内部區域之帶隙變動量。 再者，依據本發明之半導體雷射元件製造方法，並施加 離子化原子的裝置係選自由一離子槍、一離子植入器以及 一離子輔助之氣相沉積系統所組成之群組的一裝置。 因此，若使用上述裝置，則可精確控制其離子能量及離 子的數量且DH晶圓表面所產生結晶瑕疵的數量亦可控 制。因此，Ga孔的分佈及數量亦爲可控制，則可輕易控制 内邵區域之帶隙變動量。再者，該離子輔助之氣相沉積系 統係一半導體製程中常用的系锌，故有其可簡化製造方法 的優點。 - ’ 再者，依據本發明之半導體雷射元件製造方法，其施加 -15 本纸張尺度適用巾g B家標準(cns) A4规格(210><297公爱) 裝 訂 線 507410 A7 ______B7 五、發明説明（13 ) 離子化原子的裝置係具有產生電漿功能的裝置。 Q此’其_子也量可精確控制，故DH晶圓表面結晶瑕痛 的數量亦可控制。因此，以孔的分佈及數量亦爲可控制， 且可輕易控制内邵區域之帶隙變動量。 再者，依據本發明之半導體雷射元件製造方法，該施加 離子化原子的裝置係選自由_電漿c VD系、统、_崎系統 以及一電漿灰化系統所組成之群組的一裝置。 因此，由於該離子照射及介電膜之形成可利用同一裝置 執/亍；故不而擔、忒表面因曝露於離子照射下而發生特性 足改又。再者，其另一優點爲：可於介電膜形成前先執行 触刻將s表面〈污染物移除。再者，電裝cvd系統及藏 擊系統係半導體製程中常用的I统，故有其可簡化製造方 法的優點。 十再者，依據本發明之半導體雷射元件製造方法，第一介 莫已〇物、，其爲選自由Si〇x、SiNx以及SiOyNx(注意 y爲正貫數）等包含一〜原+之物質所組成之群組。 因晶圓表面的Ga原子在熱處理時將被有效吸收，而 。生〃午夕孔。這些孔擴散進入作用層，使該作用層之窗口 ^域$帶，加。這使位於諧振器末端表面鄰近區域中所 :收光、’泉的！減少’並可獲得一長期信賴度極佳的雷射元 件。 十再者，依據本發明之半導體_射元件製造方法，第一介 包膜的厚度設定爲不超過1 μηι。 、 田熱處理時，不會有薄膜因該介電膜與晶圓表面 -16- 507410 A7 B7 五、發明説明（14 ) 間之膨脹係數差異而剝落。由於晶圓表面產生的孔之數量 減少，以及擴散進入作用層的孔之數量減少，故不可能發 生位於末端表面鄰近之作用層的帶隙增加量減少的現象。 於本發明之一具體實施例中，第二介電膜之厚度不超過 〇·5 μ m 。 因此，由熱處理所產生的孔之數量，明顯地較窗口區域 内孔之數量爲少。於是，防止孔擴散進入作用層絕不會失 敗，故此種安排適合於抑制作用層之内部區域的帶隙變 動0 於本發明之一具體實施例中，第一介電膜和第二介電膜 係以熱膨脹係數幾乎相同的材料所製成。 因此，由於$自振為末知表面鄰近的晶圓表面與讀振器内 邵的晶圓表面係以熱膨脹係數幾乎相同的介電膜所覆蓋， 故可進一步減少熱處理時因諧振器末端表面與諧振器内部 的熱膨脹係數間的差異產生的變形，導致信賴度改善的效 果。由熱處理時諧振器末端表面與諧振器内部的熱膨脹係 數間的差異引起的變形可予降低，因此獲得一種長期信賴 度極佳的高輸出功率半導體雷射元件。 於本發明之一具體實施例中，假設第一種介電膜之厚度 爲dl而第二種介電膜之厚度爲d2，則有一關係式成立： dl > d2. 因此，憑藉諧振器末端表面，近之介電膜的巨大厚度， 可利用熱處理產生大量孔，且可將這些孔擴散進入作用層 中。因此，可促使作用層之窗口區域中帶隙的增加。同 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x297公釐) 507410 A7 B7 五、發明説明（15 ) 時，憑藉諧振器内部介電膜之膜厚較諧振器末端表面鄰近 之介電膜厚度爲薄的此種安排，可減少熱處理產生的孔， 且可抑制擴散進入作用層之内部區域中的孔。如上所述， 其信賴度係因抑制末端表面變質而改善的。同時，可抑制 諧振器内部作用層内部區域之帶隙變動。 於本發明之一具體實施例中，該熱處理係於一不低於 800°C的DH晶圓保持溫度中進行，在100秒的升溫時間内 到達保持溫度，或於一不低於900°C的DH晶圓保持溫度中 進行，在60秒的升溫時間内到達保持溫度。 因此，由諧振器末端表面之鄰近介電膜中Ga原子的吸收 所產生的孔變得易於擴散進入作用層，這促使作用層之帶 隙增加。再者，可防止諧振器内部摻雜物的擴散，並可防 止因摻雜物的擴散使信賴度降級，因此產生了一種長期信 賴度極佳的半導體雷射元件的製造方法。 圖式簡單説明 圖1A至1C顯示根據本發明之第一具體實施例中，一半導 體雷射元件結構之一透視圖及斷面圖； 圖2A至2H爲描述本發明之第一具體實施例的半導體雷射 元件製造方法的圖示； 圖3A至3C顯示根據本發明之第二具體實施例中，一半導 體雷射元件結構之一透視圖及斷面圖； 圖4A至41爲描述本發明之第二具體實施例的半導體雷射 元件製造方法的圖示； 圖5 A至5C顯示根據本發明之第三具體實施例中，一半導 -18- 、本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱） 507410 A7 B7 16 五、發明説明（ 體雷射元件結構之一透視圖及斷面圖； 圖6A至61爲描述本發明之第三具體實施例的半導體雷射 元件製造方法的圖示； 圖7A至7C顯示根據本發明之第四具體實施例中，一半導 體雷射元件結構之一透視圖及斷面圖； 圖8A至81爲描述本發明之第四具體實施例的半導體雷射 元件製造方法的圖示； 圖9A至9C顯示根據本發明之第五具體實施例中，一半導 體雷射元件結構之一透視圖及斷面圖； 圖10A至101爲描述本發明之第五具體實施例的半導體雷 射元件製造方法的圖示； 圖Π爲本發明之第五具體實施例的半導體雷射元件中， 窗口區域内一 p型雜質原子濃度分佈圖； 圖12爲本發明之第五具體實施例的半導體雷射元件中， 内部區域内一 p型雜質原子濃度分佈圖； 圖13爲本發明之第一具體實施例的半導體雷射元件中， 顯示相對於傳送時間的驅動電流之變動的圖表； 圖14爲本發明之第二個比較範例的半導體雷射元件中， 顯示相對於傳送時間的驅動電流之變動的圖表； 圖15爲本^明之第二具體實施例的半導體雷射元件中， 顯示相對於傳送時間的驅動電流之變動的圖表； 圖16爲本發明之第三個比較辑例的半導體雷射元件中， 顯示相對於傳送時間的驅動電流之變動的圖表； 圖17A至17C顯示一先前技藝之半導體雷射元件的結構之 -19 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 507410 A7 _ B7 — ---—------- ----- - .... 五、發明説明（17 ) 一透視圖及斷面圖；以及 圖18A至18D爲描述先前技藝的半導體雷射元件製造方法 的圖示。 較佳具體實施例詳細説明 以下將以一較佳具體實施範例佐以圖示，詳細説明本發 明。 & 圖1A至1C顯示根據本發明一項具體實施例之半導體雷射 元件及其製造方法的圖示。 (第一具體實施例） 圖1A至1C顯示根據本發明之第一具體實施例中，一半導 體雷射元件的結構圖示。關於圖1A至1C，圖1 a爲一透視 圖包括一發光末端表面，圖1B爲圖1A中沿著線ib-Ib的一 波導器之斷面圖，圖1C則爲圖1A中沿著線Ic-Ic的層厚度方 向之一斷面圖。 其中有一第一導電型η型GaAs基板101 ; —第一導電型n 型AlxlGai-xlAs(xl大於〇且不大於1)第一敷鍍層1〇2; —多 重量子井作用層（MQW作用層）103，其中間隔地將障壁層 與井層壓合，以獲得一多重量子井結構，並將其插入光導 層之間；一第二導電型p型AlxiGai_xlAs第二敷鍍層1〇4; 一 P型GaAs蝕刻停止層1〇5;由一狹長脊狀地帶構成且延伸方 向與一諧振器相同的一第二導電型p型Alxl Gam As第三敷 艘層106 ; —第二導電型p型_GaAs防護層107 ; — η型 AlylGai.ylAs(yl大於〇且不大於1)電流障礙層（電流阻礙 層）1〇8，爲將該狹長脊狀地帶構成之p型AlxlGaNxlAs第三 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 五、發明説明（18 A7 B7 敷鍍層106之側表面掩埋而形成；一{)型GaAs整平層1〇9 ; —P型GaAs接觸層u〇; 一 p面電以及一 η面電極112。 多重量子井作用層103係由一窗口區域113及一内部區域 (亦稱一作用區）Π4所構成。窗口區域113之帶隙較内部區 域114之邢隙為大，而内部區域i 14則具有一增益可實現雷 射振盪。在該p型GaAs防護層107上，有一 包泥注入防叕層11 5，而狹長脊狀地帶丨丨6則係由p型 三敷鍍層1〇6及㈣GaAs防護層1〇7所構成。 如下列製造方法所述，此窗口區域丨13之形成，係由第二 導電型防護層107之表面側注入離子化原子，再以短時間 快速增溫（即快速熱退火，爾後稱為RTA)執行熱處理（熱退 火）。 接著，將參考圖2A至2H來說明其製造方法。圖2A中， 利用第，人金屬有機化學氣相沉積（metal-organic chemical vapor deposition ; M0CVD)法，於第一導電型㈣基板 101上陸續磊晶生長第一導電型η型八^…叫^心第一敷 鍍層102、未摻雜質之MQW作用層1〇3、第二導電型ρ型 AlxiGa1-xl As第一敷鍍層1 〇4、p型GaAsI虫刻停止層1 〇5、第 二導電型1)學AlxiGaNxlAs第三敷鍍層1〇6以及第二導電型p 型GaAs防護層107，成為一 DH晶圓。 一 SiOzl薄膜（zl為接近丨的一實數，而此薄膜之厚度為Q5 μιη)121為平行於末端表面，巧度為4〇 μιη的一條狀介電 膜，係在ρ型GaAs防護層1〇7表面上，位於諧振器末端表面 鄰近之一區域中，利用電漿CVD法及照相平版印刷法所形 -21 - 本紙張尺度制巾S目家標準(CNS) A4規格(21GX297公爱)

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線 507410 A7 B7 五、發明説明（ 19 ----- 成。在此狀況中，由電漿CVD法及濺擊法沉積等形成的介 電膜係處於一種近乎非結晶的狀態，因此，該薄膜的21成 分之値接近於1。無論如何，這個値（每次所形成薄膜的値 均不同，且因地不同非一常數）係以Si〇zi表示的。於該半 導體晶圓上形成的條狀介電膜121長度係設定爲16〇〇 ， 爲諧振器長度的兩倍（圖2B)。 接著，在位於p型GaAs防護層1〇7側之晶圓表面上施加 (離子化照射）離子化原子122。依據本發明之第一具體實施 例之半導體雷射元件製造方法，該離子照射係使用離子氣 體，而其離子化原子則爲氬（Ar)離子，其離子照射能量設 定於 1000 eV(圖 2C)。 接著，利用RTA，使諸振器末端表面鄰近區域，正好在 Si〇zl薄膜121下方的MqW作用層之帶隙，較諧振器内部區 域中的MQW作用層之帶隙爲大。至於此時的熱處理，其 溫度係由室溫於30秒内提升至950乇的溫度，保持6〇秒後 降溫的。爲達如上所述的高速升溫，採用了以一燈對晶圓 之防護層107表面側加熱的燈熱法。結果，於多重量子井 作用層（MQW作用層）1〇3中，窗口區域113及内部區域ιΐ4 沿著諧振器的方向形成（圖2D)。 經濟部中央標準局員工消·費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項存填寫-本貢) 在p型GaAs防護層1〇7表面上形成的介電膜121被移除， 利用標準微影蝕刻在P型GaAs防護層1 07上沿著[〇 1丨]方向 形成一條狀抗蝕遮罩123。利用_準蝕刻技術，將？型^心 防護層107和？型AlxlGaNxlAs第三敷鍍層1〇6處理成一狹長 脊狀地帶116，其寬度爲2.5 μ m並沿著[〇11]方向延伸，以 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 507410 A7 B7 五、發明説明（f 達P型蝕刻停止層1〇5(圖2E)。 接著’將p型GaAs防護層107上形成的條狀抗银遮罩123 移除’由p型GaAs防護層107及p型AlxlGaNxlAs第三敷鍍層 106組成的脊狀地帶116的側面係由第二次m〇cvd法掩埋 於一 η型AlylGawlAs電流障礙層108中，接著再掩埋於一 p 型GaAs整平層1〇9之下（圖2F)。 利用標準微影触刻，使一抗姓遮罩124形成於在n型 AlylGaNylAs電流障礙層108上方形成的j^GaAs整平層ι〇9 之上，以及在脊狀地帶116上方形成的p型（}aAs整平層1 〇9 之上’距離谐振器末端表面40 μηι範圍之内。利用標準姓 刻技術，位於抗蝕遮罩124開口處的11型八11(^^1心電流障 礙層108和ρ型GaAs整平層109都被選擇性地移除（圖2G)。 移除了形成於p型GaAs整平層1 〇9之上的抗蝕遮罩124之 後，利用第三次MOCVD法形成一j^GaAs接觸層11〇。在 諧振器末端表面鄰近處，有一與電流障礙 層108同時生長的n型AlylGaiyiAs電流注入防護層ιΐ5形成 於脊狀地帶116上方（圖2H)。 接著，在頂面上形成一 ρ電極1U，並在底面上形成一 η 電極112。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，最後，在該40 μιη寬之未摻雜質區域中（即在接近窗口區 域中〜處）畫|j上一刻劃線（scribe line)，再將半導體雷射元 件形成於其上的此晶圓分割成，振器長度的一雷射棒。一 A10s薄膜〇爲一接近3/2的正實數，等等）係利用電子光束 沉積法或類似方法塗覆，使具有窗口區域的譜振器末端表 -23- 張尺度適财SS*標準（CNi_) A4· ( 21以297公羡1-~- 507410 Α7 Β7 五、發明説明（$ 面之反射率變成12%，而位於另一頭的諧振器末端表面則 門隔地將A1 Os薄膜與非結晶Si薄膜壓合塗覆以獲得一多声 膜，使其反射率變成95%。同時，在此狀況中，諸如Aii 薄膜和由電子光束沉積法形成的非結晶以薄膜等的介電膜 皆處於-種接近-非結晶狀態的狀態。因&，該薄膜成分 s的値接近3/2。無論如何，這個値（每次所形成薄膜的値均 不同，且因地不同非一常數）係以A1〇s表示的。 將此DH晶目分割成晶片，#製成一半導體雷射元件，其 中在長度爲800 μπι並擁有窗口區域的諧振器發光側諧振器 末端表面鄰近，有一長度大約2〇 μηι的窗口區域113，及一 長度大約20 μιη的電流注入防護層115。本半導體雷射元件 係用於位在發光側的諧振器末端表面。 當窗口區域的長度變成短於約10 ，植入内部區域 的載體（孔或電子）將擴散至末端表面且會重組，因此，將 電流轉換爲光線的效率也有降低的缺點。再者，當窗口區 域的長度變長時’彳自-晶圓中獲得的半導體雷射元件數 量就會減少，因此，窗口區域的長度！^^應以不小於ι〇μπι 且不大於50 μιη爲佳。最好能有一種設計，使其Lw長度超 過20 μιη且不及40 μηι。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用此第一具體實施例的半導體雷射元件製造方法，在 第一次MOCVD生長之後獲得的晶圓以光致發光（pL)法量 測，結果發現該MQW作用層，光致發光峰値波長以爲 775 nm。在此狀況中，利用PL法的峰値波長λί意謂當作用 層產生的發光強度之波長相依性由一分光鏡以藍色到綠色 -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 507410 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（f 的Air雷射光應用於晶圓表面測量時，其發光強度的岭値波 長。 然後，圖2D*RTA之後獲得的晶圓以pl法針對位於Si〇zi 薄膜12 1下方具有介電膜的窗口區域1丨3的部份，以及位於 p型GaAs防護層107正下方的内部區域114進行量測。結 果’窗口區域113之光致發光♦値波長人〜爲745 nm，而内 部區域114之光致發光峰値波長λί則爲775 。這意謂窗 口區域113的峰値波長人〜以30 nm的差異由内部區域114的 岭値波長λ i朝較短波長之一側轉變。再者，作用層之内部 區域114的波長爲775 nm，相等於晶圓（圖2A)中之作用層 正當第一次生長之後的峰値波長。光致發光峰値波長之倒 數値，大致與該半導體材料之帶隙相對應。因此，即顯示 作用層之© 口區域113的帶隙比作用層之内部區域^ 14的帶 隙爲大。 另一方面，窗口區域113所發射光線的半寬度，則變得 較内部區域114所發射光線的半寬度爲窄。因此，可初、 該内部區域發射光線的半寬度變寬，係由於爲防止以孔散 佈進入内部區域m中，而在第二敷鍍層、第三敷鍍層以 及防護層中加入的Zn(屬p型的雜質（第π族原子）)擴散進入 内部區域114所致。 如上所逑’於本發明之第一具體實施例的半導體雷射元 件中可明瞭，若窗口區域的形导係將離子化原子122供應 (執行離子照射）到位於第二敷鏡層1〇4上方ρ型_防護層 1〇7側的晶圓表面上，然後執行rta，則作用層之窗口區 -25- 本紙張尺度適财g邮辟 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 507410 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（f 域所發射光線的學値波長^相#於作用層之内部區域所 發射光線的峰値波長λί，滿足人以2人丨_511111的關係式。 再者’更可明瞭：已滿足窗口區域113所發射光線的半 寬度較内部區域U4所發射光線的半寬度爲窄的關係。 耶即’於該内部區域對面的第二敷鍍層這邊的防護層表 面上以離子化的原子照射，將〜孔網羅於該表面形二瑕 规中’可防止Ga孔擴散進入内部區域，並防止内部區域之 帶隙的變動。結果，可將該窗口區域的帶隙增大5nm…戈 做得比内部區域的帶隙大。另一方面，與利用傳統式量子 井擾亂法形成的窗口區域相較，依據本發明之以擴散法沒 有因雜質產纟光線的吸收。因&，即使窗口區域的長度設 定爲20 μΐΏ或更多，對振盪特性並不造成影響，這可二緩 和晶片分割時對刻劃線刻劃精度的要求。 再者，於依據本發明之具體實施例的半導體雷射元件 中，離子照射係實施於第二敷鍍層側最上層的口型防 護層107的表面上。然而，亦可將離子照射於（例如）第二導 電型第二敷鍍層表面側，而沒有卩型^^防護層1〇7，或是 當第二導電型第三敷鍍層位於表面側時，將離子照射於第 三敷鏡層表面側。 上述事實説明：鄰近於窗口區域末端表面之作用層的帶 隙可比作用層之内部區域的帶隙大許多，且在利用本發明 之製造方法生產的半導體雷射元件中，可將窗口區域中吸 收光線的量降至甚低。另外亦説明了 ：諧振器内部作用層 内部區域之帶隙變動可於第一次生長後獲得抑制。 印 -26· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4^^7^〇><297公^_了 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 d 刈 7410 A7 B7 五 、發明説明（ 24 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 依據本發明之製造方法，可在位於諧振器之内部區域的 第二敷鍍層側上方最上層的p型GaAs防護層107表面上供應 離子化原子，以在該p型GaAs防護層107表面鄰近產生許多 微小結晶瑕疵。此種結晶瑕疵能將RTA時晶圓表面上因Ga 原子再蒸發產生的孔捕獲，且能防止這些孔朝η型GaAs基 板1 〇 1的方向擴散，並防止它們擾亂作用層。以此作業方 法’可防止諧振器内部區域中的作用層之帶隙變動。 離子化原子亦照射於SiOzl薄膜121上。因此，需調整離 子能量以避免離子穿透SiOzl薄膜，並避免離子達到該薄膜 之下的p型GaAs防護層107上。 假設該SiOzl薄膜的厚度爲1 μ m時，該離子能量爲（例 如）500 ev，則離子穿透SiOzl薄膜的比率爲1〇%或更低， 且甚少有因RT A時擴散穿透的離子產生的瑕疵在内部區域 造成帶隙的變動。再者，當該離子能量爲3〇〇〇 ev，SiOzl 薄膜的厚度爲〇·2 μ m時’幾乎所有的離子都穿透過該Si〇y 薄膜。 結果，沒有結晶瑕疵出現在該Si〇zl薄膜121正下方的p型 GaAs防護層1〇7的表面。因此，RTA時全部Ga原子都被吸 收進入SiOzl薄膜121，而在p型GaAs防護層1〇7内部產生的 所有Ga孔都往η型GaAs基板1〇1的方向擴散，擾亂了作用 層。因此，位於該SiOzl薄膜121正下方之作用層的帶隙增 加，形成窗口區域113。 _ 本發明之製造方法所獲得之半導體雷射元件的特性經過 評估。結果，本發明的半導體雷射元件可獲得一符合設定 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公楚） ------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（j 波長的785 nm振盪波長，以及12〇 mW的光學輸出cw。再 者，如圖13所示，該元件於環境溫度7〇τ時能穩定地以 1。20 mW的光學輸出cw持續工作超過5,〇〇〇小時，並未發現 操作時有操作電流增高的惡化現象。 本發明之半導體雷射元件可防止諧振器内作用層之帶隙 變動，因此，可達到符合設定的振盪波長。再者，經證實 此疋件在高功率驅動時，其長期信賴度亦極佳。 依據本發明之第一具體實施例的半導體雷射元件，諧振 器内部之ρ型GaAs防護層1〇7添加了 Ar離子。然而，無論添 加了氧（0)離子或氮（Ν)離子或複數種類的離子，結晶瑕疵 僅會於晶圓表面鄰近產生，而此瑕疵能有效捕獲熱處理時 在晶圓表面產生的Ga孔，此即適合防止作用層之帶隙變 動再者，結晶瑕戚只在晶圓表面鄰近產生。此即可控制 瑕疫於熱處理時進入作用層的擴散，並適於防止信賴度的 降低。 ' 依據本發明之半導體雷射元件及第一具體實施例之製造 方法’照射的離子能量係設定爲丨000 eV。離子能量的値 應不超過3000 eV，最好是不低於500 eV且不高於15〇〇 eV。若離子能量超過3000 eV，則離子化原子將穿透Sic^ 薄膜121，並達到該薄膜之下的ρ型GaAs防護層107上，使 防濩層表面產生結晶瑕巍。結果，位於Si〇zi薄膜正下方的 GaAs防護層中的Ga原子在rtab寺被吸收進入Si〇zl薄膜， 產生Ga孔，而這些孔由結晶瑕疵捕獲，使擴散進入作用層 的孔的數量減少。這將引起一個問題，即作用層之窗口區 •28· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫_本頁) 訂 507410 A7 B7 五、發明説明（气 ~—-— 域的量子井結構的擾亂尚不足夠，而帶隙尚未增加到所需 的値’以致無法抑制末端表面的品質惡化，使信賴度跟ς 降低。 ，再者’酉己合第-具體實施例，曾經敘述過利用離子搶作 爲離子照射的裝置。離子槍可精確控制其離子能量，故極 適於控制晶圓表面產生的結晶瑕疵數量。利用具有離子加 速功能的離子植入器，或離子輔助之氣相沉積系統等， 同f適於執行離子照射。這些裝置獨立控制所添加的離子 能f和離子（離子流）的量。因此，沿著深度方向的瑕戚分 佈及瑕疵的數量皆可獨立控制，故Ga孔的分佈及數量亦爲 可控制。因此，内部區域中帶隙變動的量可輕易獲得幹 制。 二 另一方面，亦可利用以下方法執行離子照射：一離子輔 助氣相沉積系統、一電漿CVD系統、一滅擊系統以及一電 漿灰化系統之離子產生系統等。此類的離子輔助氣相沉積 系統、電漿CVD系統、一濺擊系統等，可用同一系統執行 離子照射及介電膜成形。因此，不需擔心該表面因曝露於 離子照射下而發生特性之改變。再者，若使用了電漿cvd 系統、濺擊系統或電槳灰化系統之離子產生系統等之時， 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填笔本頁) 則尚有一好處，即可於介電膜形成之前，先將表面上的污 染物移除。 再者，一含有si的薄膜適於在Z該第一具體實施例中作爲 形成於諧振器末端表面鄰近之晶圓表面上的介電膜。含有 Si的薄膜能在RTA熱處理時有效地吸收晶圓表面的〜原 -29- 本纸張尺度適用中國國冬標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 507410 A7 ______ Β7 五、發明説明（气 子，而產生許多孔。這些孔擴散進入作用層，使該作用層 之窗口區域的帶隙增加。此作用層之窗口區域的帶隙增加 ί寸越多’則更能減少諧振器末端表面鄰近區域光線吸收的 量’使獲得一長期信賴度極佳的雷射元件。 配合第一具體實施例，曾經敘述過利用Si〇x薄膜，作爲 形成於諧振器末端表面鄰近晶圓表面上的介電膜。然而， 除此之外，極易在熱處理中於晶圓表面上吸收（^原子以產 生孔的SiNx、SiOyNx(x及y爲正實數）等，亦適於在本發明 中作爲介電膜。 再者，依據第一具體實施例，使用RTA法作爲熱處理的 方法’其方法爲在100秒内將溫度提昇至超過8〇〇°c，維持 此溫度100秒，再進行降溫。經過上述快速熱處理（rta). 序，由諧振器末端表面之鄰近介電膜中以原子的吸收所產 生的孔變传易於擴散進入作用層，這促使作用層之帶隙增 加。再者，可防止諧振器内部摻雜物的擴散，並可防止因 摻雜物的擴散使信賴度降級，因此產生了一種長期信賴度 極佳的半導體雷射元件及其製造方法。 在第一具體實施例中，於諧振器末端表面鄰近窗口區域 之晶圓表面上形成的介電膜之厚度未超過1 μιη。當該膜厚 超過1 μιη時，在熱處理中，將有薄膜因該介電膜與晶圓表 面間之膨脹係數差異而剥落。依據以上原因，晶圓表面產 生的孔之數量已減少，且擴散入作用層的孔之數量亦已 減少，因此亦減少了末端表面鄰近作用層之帶隙增加。因 此’產生了末端表面的品質惡化，使信賴度降低。 -30· $紙張尺度適用中關家標準（CNS )八4胁（21GX297公羡)一 ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（气 該第-具體實施例所引用的結構中，作用層係間隔地將 障璧層與井層壓合，以形成—多重量子井結構，並將其插 入，導層之間所獲得。在量子井層厚度不超過3〇nm，且 總二子井層厚度不超過4〇 作用層之狀況，與較此値 更厚的狀況比較用層之窗口區域的帶隙可因熱處理時 擴散進入諧振器末端表面鄰近之作用層的孔而更爲增加。 因此可適度抑制末端表面的品質惡化，並明顯改善其信 賴度。當然，量子井層可由單獨一層量子井組成。 在第一具體實施例中，該GaAs基板上的每一層皆由 A/GaAs系統所組成。在熱處理時，以原子被鄰近於諧振 器末端表面的晶圓表面上形成的介電薄膜所吸收，而在 AlGaAs中，所產生的Ga孔的擴散速度特別快。因此，作 用層之窗口區域的帶隙可因Ga孔擴散進入作用層而有更大 的變化及增加。如上所述，本製造方法使用AlGaAs能有效 抑制末端表面的品質惡化，並大幅改善其信賴度。 於第-具體實施例中，其所描述的窗口區域僅形成於諸 振器末端表面的發光末端表面。然而，除此之外，當窗口 區域僅形成於諧振器末端表面的對面之末端表面上，或當 窗口區域同時形成於兩邊的末端表面上時，亦有類似的抑 制末端表面品質惡化的效用。 在第一具體實施例中，第一導電型電流注入防護層係形 成於諧振器末端表面鄰近的狹為脊狀地帶上。在窗口區域 中，來自防護層表面的孔於熱處理時擴散進入第二敷鍍層 及作用層。若一電流流經此窗口區域，帶電期間因孔的移 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（) A4規格（210 X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填^本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 507410 A7 ___ B7 五、發明説明（气 動知產生一成分變化或雜質的擴散。藉由電流注入防護 層’可防止孔的移動，產生改善信賴度的效果。 (第一比較性範例） 爲當作第一比較性範例，一晶圓製造時未於諧振器内部 區域（圖2C)的p型GaAs防護層107側的晶圓表面實施離子照 射，而進行RTA程序。以PL法將晶圓之窗口區域113及内 邵區域114進行PL峰値波長量測。結果，窗口區域113ipL 峰値波長爲745 nm，而内部區域114之PL峰値波長則爲76〇 nm °窗口區域113的PL波長僅以15 nm的差異由内部區域 114的PL波長朝較短波長之一側轉變。這數量化地顯示了 離子照射方法的效用。 (第二比較性範例） 爲當作第二比較性範例，一半導體雷射元件製造時未實 施離子照射法。較之設定的波長7 8 5 nm，該半導體雷射元 件在光學輸出CW爲120 mW時的振盪波長變爲77〇 nm，這 意謂其波長離設定値短了 15 nm。再者，如圖14所示，該 凡件於環境溫度70°C時以120 mW的光學輸出（^貿持續工作 約500小時，發現有一操作電流增高的現象。如上所述， 於此第二比較性範例之雷射元件中，其振盪波長因諧振器 内作用層之帶隙變動而變動，故無法達到符合設定的振盡 波長。再者，依據該振蓋波長的變短，高輸出功率時容易 出現操作電流增加的元件品質夸化現象，由於照明效率因 窗口區域的吸收而降低，以及作用層中植入的載體漏入敷 鍍層，引起長期信賴度的問題。 -32- I紙張尺度適财US家標準（CNS ) A4· ( 21GX297公釐)~~ (請先閲讀背面之注意事項再填鼠本頁) 訂 -1¾ 507410 A7 B7 五、發明説明（ (第二具體實施例） 圖3八至3(：顯示根據本發明之第二具體實施例中，一半導 體雷射元件結構之一透視圖及斷面圖。關於圖3A至3C， 圖3A爲一透視圖，包括一發光末端表面，圖3B爲圖3A中 沿著線Ib-Ib的一波導器之斷面圖，圖3C則爲圖3A中沿著 線Ic-Ic的層厚度方向之一斷面圖。 其中有一η型GaAs基板201 ; — η型AluGahnAsCx]大於零 且不大於一）第一敷鍍層202; —多重量子井作用層（MQW 作用層）203，其中間隔地將障壁層與井層層壓，以獲 得一多重量子井結構，並將其插入光導層之間；一 p型 AleGabuAs第二敷鍍層204 ; — ρ型GaAs蚀刻停止層205 ; 由一狹長脊狀地帶構成且延伸方向與一諧振器相同的一 p 型AlX2Ga1-X2As第三敷鏡層206; — p型GaAs防護層207 ; — η型AlpGai-pAsb?大於零且不大於一）電流障礙層208， 爲將該狹長脊狀地帶及p型GaAs防護層207構成之p型 A^GaiwAs第三敷鏡層206之側表面掩埋而形成；一p型

GaAs整平層209; — p型GaAs接點層210; — p面電極211以 及一 η面電極212。進一步又有一窗口區域213，其中位於 諧振器末端表面鄰近的MQW作用層之帶隙較位於諧振器 内部的MQW作用層203之帶隙爲大；一作用層之内部區域 214 ;形成於ρ型GaAs防護層207上的一 η型Aly2Gai-y2As電 流注入防護層215 ;以及由p型AbGaiwAs第三敷鍍層206 及P型GaAs防護層207構建成的一狹長脊狀地帶216。 接著，將參考圖4A至41來説明其製造方法。圖4A中，利 -33- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

線 507410 A7 B7 五、發明説明（31 ) 用首次金屬有機化學氣相沉積（MOCVD)法，於η型GaAs基 板201上陸續磊晶生長η型Al^Ga^^As第一敷鍍層202、未 摻雜質之MQW作用層203、p型AleGa^^As第二敷鍍層 204、p型GaAs蝕刻停止層205、p型AbGaiwAs第三敷鍍 層206以及p型GaAs防護層207，成為一 DH晶圓。 接著，一 SiOz2薄膜（z2為接近2的一實數，而此薄膜之厚 度為0.5 μηι)221為垂直於狹長脊狀地帶，寬度為40 μπι的 一條狀介電膜，係在ρ型GaAs防護層207表面上，位於諧振 器末端表面鄰近之一區域中，利用濺擊法及照相平版印刷 法所形成。於該半導體晶圓上形成的條狀介電膜22 1長度 係設定為1600 μηι，約為諧振器長度的兩倍（圖4B)。 接著，在屬於諧振器内部區域並位於ρ型GaAs防護層207 側之表面上施加（離子化照射）離子化原子222。依據第二具 體實施例，係使用氧（0)離子作離子照射，照射的離子能 量則設定為5 0 0 eV。一離子輔助氣相沉積系統用來進行離 子照射（圖4C)。 在執行離子照射後，在位於諧振器末端表面鄰近區域中 的介電膜221表面以及經過離子照射並位於諧振器内部區 域中的ρ型GaAs防護層207表面上，利用相同的離子輔助沉 積法形成一 SiOz3薄膜223(z3為一接近2的實數，且其厚度 為 0.2 μ m)(圖 4D)。 接著，利用RTA法的熱處理，：形成一窗口區域213，使其 中正好位於SiOz2薄膜221下方的MQW作用層之帶隙，較諧 振器内部區域中的MQW作用層之帶隙為大。至於此時的 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 507410 A7 _B7___ 五、發明説明（32 ) 熱處理，其溫度係由室溫於30秒内提昇至930X：的溫度， 在93 0°C的溫度保持60秒後降溫的。結果，沿著諧振器方 向形成了窗口區域213和内部區域214(圖4E)。 接著，在p型GaAs防護層207表面上形成的介電膜221及 223被移除，利用一般微影蝕刻在p型GaAs防護層207上沿 著[011]方向形成一條狀抗蚀遮罩224。利用一般钱刻技 術，將P型GaAs防護層207和p型Alx2Gaux2As第三敷鍍層 206處理成一狹長脊狀地帶216，其寬度爲2 μιη並沿著[011] 方向延伸，以達ρ型蝕刻停止層205(圖4F)。 接著，將Ρ型GaAs防護層207上形成的條狀抗蝕遮罩224 移除，由P型GaAs防護層207及ρ型AleGaiwAs第三敷鍍層 206組成的脊狀地帶2 16的側面係由一二次MOCVD法掩埋 於一 η型AyGaiwAs電流障礙層208及一 ρ型GaAs整平層 209 中（圖 4G)。 利用標準微影蝕刻，使一抗蝕遮罩225形成於在脊狀地 帶2 16兩側形成的ρ型GaAs整平層209之上，以及在脊狀地 帶2 16上方形成的ρ型GaAs整平層209之上，距離諧振器末 端表面60 μ m範圍之内。利用標準蝕刻技術，位於抗蝕遮 罩225開口處_的11型AlGaAs電流障礙層208和ρ型GaAs整平層 209都被選擇性地移除（圖4H)。 移除了形成於ρ型GaAs整平層209之上的抗蝕遮罩225之 後，利用第三次MOCVD法形成:一 ρ型GaAs接觸層210。在 諧振器末端表面鄰近處，有一與電流障礙層208同時生長 的η型AyGa^yAs電流注入防護層215形成於脊狀地帶216 -35- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

上方（圖41)。 最後，在頂面上形成一p電極211，並在底面上形成一^ 電極212。 接著，在該60 μιη寬之電流注入防護層215接近中心處劃 上一刻劃線，再將此晶圓分割成諧振器長度的一雷射棒。 再執行A10s塗佈，使含有窗口區域的諧振器末端表面具有 ij%的反射率，並將_A1〇s多層膜和非結晶以塗佈在諧振 姦末端表面的另一面上，使其反射率達到95%。分割成晶 =以後，即製成在一長8〇〇 μ m之諧振器的發光末端表面部 份，具有一約20 μ m之窗口區域及約3〇 ^ m之電流注入防 護層的一元件。 本發明之第二具體實施例所獲得之半導體雷射元件的特 性經過評估。結果，本發明的元件可獲得一符合設定波長 的785 nm振盪波長，以及12〇 mW的光學輸出cw。再者， 如圖15所不，該元件於環境溫度7(rc時能穩定地以15〇瓜貿 的光學輸出CW持續工作超過5,〇〇〇小時，並未發現操作時 有操作電流增高的現象。 。本發明之第二具體實施例的半導體雷射元件可防止諧振 器内作用層，帶隙變動，因此，可達到符合設定的振盪波 長。再者’經證貫此元件在高功率驅動時的長期信賴度極 佳。 因此可明瞭，利用在熱處理+前於諧振器内的晶圓表面 上形成一介電膜的方法，在本發明的製造方法所顯示之信 賴度的改善上產生了額外的效果。 -36 - }紙張尺度相巾g @家標準(CNS)續^2··297公爱)

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線 34 34507410 A7 B7 五、發明説明（ 在譜振器内部防護層表面上形成的介電膜，應於日 子化原子之後形成較佳。若介電膜先形成，然後再‘昭= 子化原子’需要將離子能量加速至高於3 keV的離子育“ 執行離子照射，以利用離子穿透介電膜，於晶圓的防= 表面上產生結晶瑕疵。在此情況下’結晶瑕疵從防確二 ^面深深穿透進人晶體中，而於熱處理時，這些瑕^擴 散進入作用層，使信賴度降低。 、 於第二具體實施例中，曾經敘述過利用離子輔助氣相沉 積系統作爲離子照射的系統。離子輔助氣相沉積系統係由 於下-層介電膜可連續形成，而不需在離子照射後將晶圓 取出至大氣中，故極符合需求。再者，於濺擊系統與電漿 CVD系統中，下一層介電膜同樣可連續形成，而不需在離 子照射（即電漿照射）後將晶圓曝露於大氣中。再者，這此 系統係半導體製程中常用的系統，並有其可簡化製造 的優點。 、再者，於第二具體實施例中，在諧振器末端表面鄰近區 域之晶圓表面上形成的介電膜，與在諧振器内部區域之晶 圓表面上形成的介電膜，都係由一Si〇x薄膜所製程，並: 有幾乎相同的熱膨脹係數。由於諧振器末端表面鄰近的晶 圓表面與諧振器内部的晶圓表面係以熱膨脹係數幾乎相同 的介電膜所覆蓋，故可進一步減少熱處理時因諧振器末端 表面與諧振器内部的熱膨脹係g間的差異產生的變形，產 生信賴度改善的效果。 再者，於第二具體實施例中，在諧振器末端表面鄰近區 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210X 297公釐) 507410 A7 __ B7 五、發明説明（35 ) ' 域晶圓表面上形成的介電膜之膜厚，係設定爲較諧振器内 部區域之晶圓表面上形成的介電膜之膜厚爲厚。憑藉諧振 器末端表面鄰近之介電膜厚度的安排，可利用熱處理產生 大量孔，且可將這些孔擴散進入作用層中。因此，可促使 作用層之窗口區域中帶隙的增加。同時，憑藉諧振器内部 介電膜之膜厚較諳振器末端表面鄰近之介電膜厚度爲薄的 此種安排，可減少熱處理產生的孔，且可抑制擴散進入作 用層之内邵區域中的孔。如上所述，其信賴度可因抑制末 端表面變質而改善。可同時抑制諧振器内部作用層内部區 域之帶隙變動。 再者’在第二具體實施例中，於諧振器内部區域之晶圓 表面上形成的介電膜之厚度未超過〇.5 μηι。當此膜厚超過 0·5 μ m時，經由熱處理會產生大量的孔。因此，無法防止 孔擴散進入作用層，而諧振器内部作用層之内部區域則極 易發生帶隙變動。 再者，在第二具體實施例中，位於諧振器末端表面鄰近 的電流注入防護層215的長度較窗口區域213的長度爲長。 防獲層表面上由熱處理產生的孔，不僅擴散至正下方的作 用層，且亦_散至諧振器内部的作用層中。擴散進入諧振 器的孔並未明顯改變作用層的帶隙，卻由注入的電流於作 用層中產生一細微瑕疵。亦即，當一電流流經屬於作用層 且其中之孔已擴散的此區域時，I在帶電期間能觀察到輕微 的電流增加。因此，電流注入防護層215即設定爲較窗口 區域213爲長，使該區無電流通過，而該區係屬於諧振器 -38- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 507410 A7 _ B7 _._ 五、發明説明（36 ) 之内部區域，且其中之孔已擴散。以此種安排，可獲得一 種擁有極佳的長期信賴度的雷射元件。 再者，於第二具體實施例中，氧離子係照射於諧振器之 内部區域的防護層207上。在此種狀況中，一適當地薄於 〇·2 μ m的Ga或As氧化膜，與防護層表面鄰近的結晶瑕疵同 時形成，則熱處理時在晶圓表面產生的孔可由結晶瑕疵和 氧化膜兩者有效地捕獲。因此，這種安排較適於抑制孔擴 散進入作用層之内部區域，亦即防止帶隙變動及防止振盪 波長的變動。 (弟二比幸父性範例） 爲當作第三比較性範例，一.半導體雷射元件製造時在諧 振器内的p型GaAs防護層207表面實施離子照射，並進行 RTA程序，但未加入於圖4D的晶圓表面上形成介電膜223 之私序。此種方法所製造之元件的特性經過評估。如圖i 6 所不，在此半導體雷射元件中發現有一品質惡化的現象， 於環境溫度7(TC時以150mW的光學輸出cw工作，操作電 流約於1，000小時内持續增高。可假設爲：若於諧振器内防 護層表面上未形成介電層即進行熱處理，則因熱處理時末 端表面與諧振器内部熱膨脹係數差異將產生變形，而此變 形將在作用層（内部區域）上產生作用，使長期信賴度降 低。 (弟二具體實施例） _ 圖5A至5C顯示根據本發明之第三具體實施例中，一半導 體雷射元件結構之一透視圖及斷面圖。關於圖从至5。， -39- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公嫠)-------------- 507410 A7 ___ _ B7 五、發明説明（37 ) 圖5A爲一透視圖，包括一發光末端表面，圖5β爲圖认中 沿著線ib-ib的一波導器之斷面圖，圖5C則爲圖5A中沿著 線Ic-Ic的層厚度方向之一斷面圖。 其中有一 η型GaAs基板301 ; — n型Aix3Gaix3As(x3大於零 且不大於一）第一敷鍍層302; —多重量子井作用層（MqW 作用層）303，其中間隔地將障壁層與井層層壓，以獲得 一多重量子井結構，並將其插入光導層之間；一 p型

Alx3Ga1-x3As第一敷鍍層304 ; — p型Ga As I虫刻停止層305 ; 由一狹長脊狀地帶構成且延伸方向與一諧振器相同的一p 型AldGahdAs第二敷鏡層306; — p型GaAs防護層307; — η型AlyGahwAVyS大於零且不大於一）電流障礙層3〇8，爲 將由狹長脊狀地帶構成的該p型Al^GaiwAs第三敷鍍層之 側表面掩埋而形成；一p型GaAs整平層309; -p型GaAs接 點層310 ; — p面電極311以及一 η面電極312。p型GaAs防護 層3 0 7的厚度’在諧振器末端區域鄰近區域做得較諧振哭 内部區域爲厚。 夕重量子井作用層（MQW作用層）3 03係由一窗口區域3 1 3 及一内部區域314所構成。窗口區域3 13之帶隙較内部區域 3 14之帶隙爲—大，而内部區域3丨4則具有一增益可實現雷射 振盪。在該p型GaAs防護層307上，又有一 n型Aly3Gai y3As 電流注入防護層3 1 5，而狹長脊狀地帶3丨6則係由p型 A^GaiwAs第三敷鍍層306及p掣GaAs防護層307所構成。 再者，如下列製造方法所述，此窗口區域3 13之形成，係 由第二導電型防護層307之表面注入離子化原子，再執行 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 507410 A7 B7 五、發明説明（38 ) RTA，即以短時間快速增溫之熱處理。 本發明之第三具體實施例的半導體雷射元件之製造方法 將參考圖6A至61加以說明。圖6A中，利用首次金屬有機化 學氣相沉積（MOCVD)法，於η型GaAs基板301上陸續磊晶 生長η型AlyGai.yAs第一敷鍍層302、未摻雜質之MQW作 用層303、p型AlyGai.yAs第二敷鍍層304、p型GaAs蝕刻 停止層305、p型Alj^Gai-j^As第三敷鍍層306以及p型GaAs 防護層307，成為一 DH晶圓。 一 SiNtl薄膜（tl為接近4/3的一實數，而此薄膜之厚度為 0.5 μ m)321為垂直於狹長脊狀地帶，寬度為50 μ m的一條 狀，係在p型GaAs防護層307表面上，位於諧振器末端表面 鄰近之區域中，利用電漿CVD法及照相平版印刷法所形 成。該條狀之長度係設定為12 0 0 μ m，約為諧振器長度的 兩倍（圖6B)。 接著，在屬於諧振器内部區域並位於p型GaAs防護層307 側之晶圓表面上施加（離子化照射）離子化原子322。依據本 具體實施例，係使用氬（A〇離子和氧（0)離子的混合氣體離 子作離子照射，照射的離子能量則設定為800 eV。一電漿 CVD系統用來進行離子照射（圖6C)。此離子能量大約等於 加於電漿CVD系統兩端電極的電壓。 由於係利用電漿執行離子照射，位於諧振器内部區域且 未受SiNtl薄膜321覆蓋的p型GaAs防護層307約蝕刻了 0.1 μπι。在位於諧振器末端表面鄰近區域中的介電膜321表面 以及經過離子照射並位於諧振器内部區域中的ρ型GaAs防 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 507410 A7 _B7__ 五、發明説明（39 ) 護層307表面上，利用電漿CVD法形成一 SiNt2薄膜323(t2爲 一接近4/3的實數，且其厚度爲0.2 μ m)(圖6D)。 接著，利用RTA法的熱處理，形成一窗口區域3 13，使其 中正好位於SiNtl薄膜321下方的MQW作用層之帶隙，較諧 振器内部區域中的MQW作用層之帶隙爲大。至於此時的 熱處理條件，其溫度係由室溫於60秒内提昇至950°C的溫 度，並維持80秒。結果，在作用層303中沿著諧振器方向 形成了窗口區域313和内部區域314(圖6E)。 接著，在P型GaAs防護層307表面上形成的介電膜321及 323被移除，利用一般微影蝕刻在p型GaAs防護層307上沿 著[011 ]方向形成一條狀抗蝕遮罩324。利用一般蝕刻技 術，將P型GaAs防護層307和p型AlyGabdAs第三敷鍍層 306處理成一狹長脊狀地帶316，其寬度爲3 μιη並沿著[011] 方向延伸，以達ρ型蝕刻停止層305(圖6F)。 接著，將Ρ型GaAs防護層307上形成的條狀抗蝕遮罩324 移除，由ρ型GaAs防護層307及ρ型AldGai.yAs第三敷鍍層 306組成的脊狀地帶3 16的側面係由一二次MOCVD法掩埋 於一 η型Aly3Ga!_y3As電流障礙層308及*一 ρ型GaAs整平層 309 中（圖 6G)。 利用標準微影蝕刻，使一寬度50 μιη的條狀抗蝕遮罩325 形成於在脊狀地帶316兩側形成的ρ型GaAs整平層309之 上，以及在脊狀地帶316上形求的ρ型GaAs整平層309之 上。此時，位於窗口區域313正上方的ρ型GaAs防護層307 的厚度較位於諧振器内的ρ型GaAs防護層307的厚度爲大。 -42- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 507410 A7 _B7__ 五、發明説明（4Q ) 接著，在p型GaAs整平層309上產生一高度差。以此高度差 爲一遮罩，只有在窗口區域正上方的p型GaAs整平層309爲 一抗蝕劑所覆蓋，此時即形成一抗蝕遮罩325，其開口在 該脊狀區域除上述部份以外的部份。利用標準蝕刻技術， 位於抗蝕遮罩325開口處的η型AlyGai-yAs電流障礙層308 和p型GaAs整平層309都被選擇性地移除（圖6H)。 移除了形成於p型GaAs整平層309之上的抗蝕遮罩325之 後，利用第三次MOCVD法形成一 p型GaAs接觸層310。在 諧振器末端表面鄰近處，有一與電流障礙層308同時生長 的η型AlyGa^joAs電流注入防護層3 1 5形成於脊狀地帶3 16 上方（圖61)。 接著，在頂面上形成一 p電極311，並在底面上形成一 η 電極3 12。接著，在該5 0 μ m寬之電流注入防護層接近窗口 區域中心處劃上一刻劃線，再將此晶圓分割成諧振器長度 的一雷射棒。再執行A10s塗佈，使含有窗口區域的諧振器 末端表面具有12%的反射率，並將一八103多層膜和非結晶 Si塗佈在諧振器末端表面的另一面上，使其反射率達到 95%。分割成晶片以後，即製成在一長600 μ m之諧振器的 發光末端表面部份，具有一約25 μ m之窗口區域及約25 μ m之電流注入防護層的一半導體雷射元件。 本發明之半導體雷射元件製造方法所獲得之半導體雷射 元件的特性經過評估。結果，丰發明的半導體雷射元件可 獲得一符合設定波長的785 nm振盪波長，以及120 mW的光 學輸出CW。再者，該元件於環境溫度70°C時能穩定地以 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂

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响5’_、時’並未發現 依據本發明之第三具體實施例，產生由電漿離子化的原 子並照射f諧振器内部區域之防護層表面上，因此，防護 層f面亦爲此電漿所蝕刻。可將附著於表面的污染物及表 面乳化物膜利用蝕刻防護層表面移除，並由離子化原子照 射防焱層表面以促其產生結晶瑕疵。此種結晶瑕疵能將 RTA時防護層表面上產生的孔捕獲，且能防止這些孔朝η 型GaAs基板的方向擴散，並防止它們擾亂作用層。以此作 業，可防止内部區域中的作用層之帶隙變動。 ^再者，於第二具體實施例中，位於窗口區域正上方的防 護層307的厚度較位於諧振器内的防護層3〇7的厚度爲大。 因此，利用上述配置作爲記號，可將遮罩對準以形成第一 導電型電流注入防護層3 15。因此，可較易完成位置的對 準，致使末端表面形成方法簡化，並達到極佳的大量生產 能力。 於第三具體實施例中，曾經敘述過利用電漿CVD系統作 馬離子照射的系統。利用此系統，下一層介電膜可連續形 成’而不需声離子照射後將晶圓取出至大氣中，亦不需在 離子照射後將所獲得之晶圓曝露於大氣中。再者，這些系 統係半導體製程中常用的系統，並有其可簡化製造方法的 優點。濺擊系統亦有類似的效甩。(第四具體實施例） 圖7A至7C顯不根據本發明之第四具體實施例中，一半導 -44- 本紙張尺度適用巾g g家標準(CNS) A4規格(21Qx撕公釐) " — --

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線 發明説明 把_射7〇件結構之_透視圖及斷面圖。關於圖了八至7c， 圖7A爲一透視圖，包括一發光末端表面，圖7B爲圖7A中 &著、’泉Ib-Ib的一波導器之斷面圖，圖7C則爲圖7 A中沿著 線Ic-Ic的層厚度方向之一斷面圖。 其中有一η型GaAs基板401 ; — n型Alx4GaNx4As(x4大於零 且不大於）第一敷鍍層402; —多重量子井作用層（MQW 作用層）4〇3，其中間隔地將障壁層與井層層壓，以獲 得一多重量子井結構，並將其插入光導層之間；一p型 Alx4GaUx4As第二敷鍍層404 ; 一p型蝕刻停止層4〇5 ;由 一含狀地帶構成且延伸方向與一諧振器相同的一 p型 AUGa^As第三敷鍍層406 — p型GaAs防護層407 ; — η 型AlMGaiMAsb#大於零且不大於一）電流障礙層4〇8，爲 將由狹長脊狀地帶構成的該p型Alx4Gai-x4As第三敷鍍層之 側表面掩埋而形成；一 P型GaAs整平層409 ; — p型GaAs接 點層410 ; — p面電極411以及一 η面電極412。p型Ga As防護 層4 0 7的厚度’在諳振器末端區域鄰近區域做得較諧振器 内部區域爲厚。 多重量子井作用層（MQW作用層）403係由一窗口區域413 及一内部區$(亦稱一作用區）414所構成。窗口區域413之 帶隙較内邵區域414之帶隙爲大，而内部區域414則具有一 增益可實現雷射振盪。在該p型GaAs防護層407上，又有一 η型Aly4Gai.y4As電流注入防護層:415 ’而脊狀地帶416則係 由p型AbGaiwAs第三敷鍍層406及p型GaAs防護層407所 構成。 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐)

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線 507410 A7 B7 五、發明説明（43 ) 於本發明之第四具體實施例中，位於諧振器末端表面鄰 近區域的脊狀地帶416的帶寬係做得較諧振器内部區域414 之脊狀地帶的帶寬為寬。 本發明之第三具體實施例的半導體雷射元件之製造方法 將參考圖8A至81加以說明。圖8A中，利用首次金屬有機化 學氣相沉積（MOCVD)法，於η型GaAs基板401上陸續磊晶 生長η型AUGai.wAs第一敷鍍層402、未摻雜質之MQW作 用層403、p型AlwGaiwAs第二敷鍍層404、p型GaAsI虫刻 停止層405、p型AUGahj^As第三敷鍍層406以及p型GaAs 防護層407，成為一DH晶圓。 一 SiOz3薄膜（z3為接近2的一實數，而其厚度為0.5 μ m)42 1為垂直於脊狀地帶，寬度為40 μ m的一條狀，係在 p型GaAs防護層407表面上，位於諧振器末端表面鄰近之區 域中，利用電漿CVD法及照相平版印刷法所形成。該條狀 之長度係設定為1600 μ m，約為諧振器長度的兩倍（圖 8B)。 接著，在屬於諧振器内部區域並位於p型GaAs防護層407 側之晶圓表面上施加（離子化照射）離子化原子422。依據本 發明第四具體實施例，係使用氮（N)離子氣體作離子照 射，照射的離子能量條件則設定為1000 eV。一濺擊系統 用來進行離子照射（圖8C)。此離子能量大約等於加於濺擊 系統兩端電極的電壓。 ： 由於係利用電漿執行離子照射，位於諧振器内部區域且 未受SiOz3薄膜421覆蓋的p型GaAs防護層407約蝕刻了 0.1 -46- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

線 A7 B7 五、發明説明（44 ) μ^、。依據本發明之第四具體實施例半導體雷射元件的製 ::卻其：離子能量雖小，由於未形成氧化膜，故所蚀刻 42Γ/ 在位於諧振器末端表面鄰近區域中的介電膜 面以及經過離子照射並位於譜振器内部區域中 GaAs防護層4〇7表 扪用濺擊法形成一 SiOz4薄膜 (^馬一接近2的實數，且其厚度爲〇3 _)(圖8〇)。 接著，利用RTA法的熱處理，形成一冑口區域413，使其 中正好位於Sl〇z3薄膜421下方的MQW作用層之帶隙，較諧 振器内部區域中的MQW作用層之帶隙爲大。至於此時的 熱處理條件，其溫度係由室溫於6〇秒内提昇至95〇ό的溫 度，並維持60秒。結果，在作用層4〇3中沿著諧振器方向 开J成了窗口區域413和内部區域414(圖8E)。 接著，在p型GaAs防護層407表面上形成的介電膜421及 423被移除，利用一般微影蝕刻在p型GaAs防護層407上沿 著[011 ]方向形成一條狀抗蚀遮罩424。利用一般蚀刻技 術’將p型GaAs防護層407和p型AUGa^As第三敷鍍層 406處理成一狹長脊狀地帶416，其寬度爲2·5μιη並沿著 [〇 Π ]方向延伸，以達Ρ型蚀刻停止層405。此時，其層厚係 包括Ρ型姓巧停止層、ρ型GaAs防護層407以及ρ型AlGaAs 敷鍍層406，在諧振器末端表面的窗口區域比諧振器内部 區域爲厚。因此，當防護層407及敷鍍層406爲化學蝕刻法 所蝕刻時，脊狀部份位於諧振P末端表面（諧振器窗口區 域）鄰近區域的寬度變得較諧振器内部區域的寬度爲寬（圖 8F) 〇 -47- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 507410 A7 B7 五、發明説明（45 ) 接著，將P型GaAs防護層407上形成的條狀抗蝕遮罩424 移除，由p型GaAs防護層407及p型Alx4Gai-x4As第三敷鍍層 406組成的脊狀地帶416的側面由一二次MOCVD法掩埋於 一 η型AyGabwAs電流障礙層408及一 p型GaAs整平層409 中（圖8G)。 利用標準微影蝕刻，使一寬度60 μ m的條狀抗蝕遮罩425 形成於在脊狀地帶416兩側形成的p型GaAs整平層409之 上，以及在脊狀地帶416上形成的p型GaAs整平層409之 上。此時，位於窗口區域413對面的p型GaAs防護層407的 厚度較位於諧振器内的p型GaAs防護層407的厚度爲大。接 著，在p型GaAs整平層409表面上產生一高度差。以此高度 差作爲一遮罩，只有在窗口區域413對面的p型GaAs整平層 409爲一抗蝕劑所覆蓋，此時即形成一抗蝕遮罩425，其開 口在該内部區域的對面之脊狀地帶。利用標準蝕刻技術， 位於抗蝕遮罩425開口處的η型AlyjGai—As電流障礙層408 和p型GaAs整平層409都被選擇性地移除（圖8H)。 移除了形成於p型GaAs整平層409之上的抗蝕遮罩425之 後，利用第三次MOCVD法形成一 p型GaAs接觸層410。在 諧振器末端表面鄰近處，有一與電流障礙層408同時生長 的η型AyGabwAs電流注入防護層415形成於脊狀地帶416 上方（圖81)。 接著，在頂面上形成一 ρ電極:4 11，並在底面上形成一 η 電極412。 接著，在該60 μ m寬之電流注入防護層接近窗口區域中 -48- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 507410

處j上刻剑線，再將此晶圓分割成諧振器長度的一雷 射+再執仃A1〇s塗佈，使含有窗口區域的譜振器末端表 面具有12%的反射率，並將„A1〇s多層膜和非結晶^塗佈 在谐振器末端表面的另一面上，使其反射率達到95%。分 d成印片以後’即製成在_長謂μ m之諧振器的發光末端 表面部份’具有-約3〇 μχη之窗口區域及電流注入防護層 的一半導體雷射元件。 本發明之第四具體實施例所獲得之半導體雷射元件的特 性經過評估。結果，本發明的半導體雷射元件可獲得一符 口叹定波長的785 nm振盪波長，以及12〇 mW的光學輸出 CW。再者，孩疋件於環境溫度7(rc時能穩定地以bo 的光學輸出CW持續工作超過1〇,〇〇〇小時，並未發現操作時 有操作電流增高的現象。 於第四具體實施例之半導體雷射元件中，其窗口區域的 條狀寬度較内部區域的條狀寬度爲寬。當條狀寬度夠寬 時，在此條狀内部的光線密度便可降低。因此，由於可將 孩條狀的窗口區域的光線密度降低，故本發明特別對抑制 末端表面品質的惡化有效，並能大幅度改善其長期的信賴 度。再者因諧振器内部區域的條狀寬度可變窄，因此， 可穩定其雷射的斷面模式，並防止其特性中出現 結。 依據本發明之第四具體實施叫的製造方法，在窗口形成 的程序中，可用一自我對準的方式製造一種結構，在此結 構中’選擇性地將位於諧振器末端表面鄰近區域的條狀寬 -49- 本紙張尺度通用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 一 -------

度加寬。因此，可簡化其製造方法。 (第五具體實施例） 圖9A至9CI員tf根據本發明之第五具體實施例中，一半導 月且田射元件結構之一透視圖及斷面圖。關於圖9A至9C， 圖9A爲一透視圖，包括一發光末端表面，圖9B爲圖9A中 /口著線Ib-Ib的一波導器之斷面圖，圖9C則爲圖9A中沿著 線Ic-Ic的層厚度方向之一斷面圖。 其中有一 η型GaAs基板501 ; — n型Alx5GaUx5As(x5大於零 且不大於一）第一敷鍍層502; —多重量子井作用層（MQW 作用層）5 0 3，其中間隔地將障壁層與井層層壓，以獲 得一多重量子井結構，並將其插入光導層之間；一p型 AlwGabdAs第二敷鍍層504 ; — p型GaAs蝕刻停止層505 ; 由一狹長脊狀地帶構成且延伸方向與一諧振器相同的一 p 型AldGai.cAs第三敷鏡層506; — p型GaAs防護層507; — η型AlwGabwAsCyS大於零且不大於一）電流障礙層5〇8，爲 將由脊狀地帶構成的該p型Alx5GaNx5As第三敷鍍層之側表 面掩埋而形成；一p型GaAs整平層509; — p型GaAs接點層 510; — p面電極511以及一 η面電極512。 進一步又声一窗口區域513，其中位於諧振器末端表面 鄰近的MQW作用層之帶隙較位於諧振器内部的MQW作用 層503之帶隙爲大；一諧振器之内部區域514 ;形成於ρ型 GaAs防護層507上的一 η型Aly;GaNy5As電流注入防護層 515 ;以及由p型AldGaksAs第三敷鍍層506及p型GaAs防 護層507構建成的一狹長脊狀地帶516。 -50· 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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線 507410 A7 B7 五、發明説明（48 ) 圖11顯示本發明之半導體雷射元件中，位於諧振器末端 表面鄰近之窗口區域内屬第二族原子（Zn)之一 p型雜質的 原子濃度分佈圖。此p型雜質係分別存在於p型Alx5GaNx5As 第三敷鍍層506、p型GaAs蝕刻停止層505、p型Alx5Gai.x5As 第二敷鍍層504、MQW作用層503以及η型AldGabdAs第一 敷鍍層502。圖中顯示在第一次磊晶生長後獲得的Zn濃度 分佈，及在RTA後獲得的Zn濃度分佈。在第一次磊晶生長 後，只有極少的Zn自p型敷鍍層擴散至作用層中。當執行 RT A時，自p型敷鍍層擴散至作用層的Zn濃度達到4 X 1017 cm — ·3的最大値。 對照之下，圖12顯示本具體實施例之半導體雷射元件 中，位於諧振器内部區域内屬第二族原子（Zn)之一 p型雜 質的原子濃度分佈圖。此p型雜質係分別存在於p型 AldGa^sAs第三敷鍍層506、p型GaAs蚀刻停止層505、p 型Alx5GaNx5As第二敷鍍層504、MQW作用層503以及η型 AlwGai-dAs第一敷鍍層502。圖中顯示在第一次磊晶生長 後獲得的Zn濃度分佈，及在RTA後獲得的Zn濃度分.佈。在 第一次磊晶生長後，只有極少的Zn自p型敷鍍層擴散至作 用層中。當執行RTA時，自p型敷鍍層擴散至作用層的Zn 濃度達到10 X 1〇17 cm_3的最大値。如上所述，當執行RTA 時，在諧振器内部區域中自p型敷鍍層擴散至作用層的Zn 濃度，比在諧振器末端表面鄰哮之窗口區域中自p型敷鍍 層擴散至作用層的Zn濃度爲高。 本發明之第五具體實施例的半導體雷射元件之製造方法 -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂

線 507410 A7 ____B7 五、發明説明（49 ) 將參考圖10A至101加以說明。圖1〇A中，利用首次金屬有 機化學氣相沉積（MOCVD)法，於11型（^^基板5〇1上陸續 庇阳生長η型AlcGabyAs第一敷鍍層502、未摻雜質之 MQW作用層503、p型Alx5Gai_x5As第二敷鍍層5〇4、p型 GaAs蝕刻停止層505、p型第三敷鍍層5〇6以及 p型GaAs防護層507，成為一 DH晶圓。 一 SiOzS薄膜（z5為接近2的一實數，而其厚度為ο μηι)521為垂直於脊狀地帶，寬度為4〇 μη^ 一條狀，係在 Ρ型GaAs防護層507表面上，位於諧振器末端表面鄰近之區 域中，利用電漿CVD法及照相平版印刷法所形成。該條狀 之長度係設定為約800 μ m ,相當於諧振器的長度（圖 10B) 〇 接著’在屬於谐振器内部區域並位於ρ型Gaas防護層5 〇7 側之晶圓表面上施加（離子化照射）離子化原子522。依據本 發明第五具體實施例，係使用氬（Ar)離子氣體作離子照 射，照射的離子能量條件則設定為丨2〇〇 eν。一離子注入 系統用來進行離子照射（圖1 〇C)。 位於諧振器内部區域且未受Sic)”薄膜521覆蓋的卩型GaAs 防護層507,刻了 〇·2 μιη。在位於諧振器末端表面鄰近區 域中的SiOd薄膜521表面以及經過離子照射並位於諧振器 内部區域中的ρ型GaAs防護層507表面上，利用電漿cVD法 形成一 SiNG薄膜523(t3為一接蛑4/3的實數，且其厚度為 〇·3 μηι)(圖 10D) 〇 接著，利用RTA法的熱處理，形成一窗口區域513，使其 -52- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐)

中正好位於Si〇z5薄膜521下方的MQW作用層之帶隙，較諧 振器内部區域中的MQW作用層之帶隙爲1。至於此時的 …處理條件，其溫度係由室溫於2〇秒内提昇至9%。。的溫 度，並維持90秒。結果，在作用層如中沿著諳振器方向 形成了窗口區域513和内部區域514(圖1〇E)。 在位於諧振器末端表面鄰近窗口區域中，於熱處理（熱退 火）時，SiOZ5薄膜521自？型GaAs防護層5〇7中所吸收的^ 原子，比位於諧振器内部區域内的以队3薄膜523自該處所 吸收的爲多。因此，在諧振器末端表面鄰近區域產生了大 量的孔，而這些孔將擴散進入作用層。此時，對比於第一 至第四具體實施例中的半導體雷射元件，本具體實施例中 的半導體雷射元件在窗口區域對面的第二敷鍍層、第三敷 鍍層等之P型層中具有較大的孔密度。因此，P型敷鍍層中 的推貝（Zn)已與孔混合，且Zn已進入孔的位置。結果，在 P型敷嫂層中的Zn便很難擴散至作用層的窗口區域側（圖 11)。 與此形成對比的，在作用層内部區域對面的P型敷鍍層 中’相同於第一至第四具體實施例中的半導體雷射元件， 孔的形成受-限於熱處理（熱退火）時離子照射產生的瑕疵。 因此’在p型敷鍍層中，有較大量的雜質（Zn)擴散進入作 用層（圖12)。結果，諧振器内部區域作用層中的Zn濃度變 得比譜振器末端表面鄰近之窗气區域中的以濃度爲高。結 果，作用層的内部區域之阻抗降低，致使電流能更有效地 注入。 -53- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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線 _____·_B7 五、發明説明（51 ) 接著在P型G a A s防護層507表面上形成的介電膜521及 523被移除，利用一般微影蝕刻在p型GaAs防護層507上沿 著[0 1 1 ]方向形成一條狀抗蝕遮罩5 2 4。利用一般蝕刻技 術，將P型GaAs防護層507和p型Alx5Gai_x5As第三敷鍍層 506蝕刻成一狹長脊狀地帶516，其寬度爲2.5 μιη並沿著 [〇1 1]方向延伸，以達ρ型蝕刻停止層5 05。此時，其層 厚係包括ρ型蝕刻停止層、ρ型GaAs防護層5〇7以及ρ型 AlxsGai.^As第三敷鍍層500，在諧振器末端表面的鄰近區 域比諧振器内部區域爲厚。因此，當防護層5〇7及敷鍍層 506爲化學蝕刻法所蝕刻時，脊狀部份$丨6位於諧振器末端 表面鄰近區域的寬度變得較寬（圖10F)。 接著，將ρ型GaAs防護層507上形成的條狀抗蝕遮罩524 移除，由ρ型GaAs防護層507及ρ型ALGaiwAs第三敷鍍層 506組成的脊狀地帶5 16的側面由一二次MOCVD法掩埋於 n』Aly5Gai.y5As電流障礙層508及一 ρ型GaAs整平層509 中（圖10G)。 此時’在諧振器末端表面鄰近區域中，位於窗口區域 5 13正上方的ρ型GaAs防護層507的厚度較位於諧振器内的p 型GaAs防護層507的厚度爲大。接著，在卩型^^整平層 $09表面上產生一高度差。以此高度差爲一遮罩，只有在 窗口區域正上方的ρ型GaAs整平層509爲一抗蝕劑所覆蓋， 此時即形成一抗蝕遮罩525，其:開口在該脊狀區域除上述 部份以外的部份。利用標準蝕刻技術，位於抗蝕遮罩525 開口處的η型Aly5Gai_y5As電流障礙層508和ρ型GaAs整平居 -54- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 507410 A7 B7___ 五、發明説明（52 ) 509都被選擇性地移除（圖10H)。 移除了形成於p型GaAs整平層509之上的抗蝕遮罩525之 後，利用第三次MOCVD法形成一 p型GaAs接觸層510(圖 101) 〇 最後’在頂面上形成一 p電極511，並在底面上形成一 η 電極512。接著，在該50 μιη寬之電流注入防護層（接近窗 口區域中心處）劃上一刻劃線，再將此晶圓分割成諧振器 長度的一雷射棒。再執行A10s塗佈，使含有窗口區域的諧 振器末端表面具有12%的反射率，並將一 A10s多層膜和非 結晶S i塗佈在諸振器末端表面的另一面上，使其反射率達 到95%。分割成晶片以後，即.製成在一長800 μ m之諧振器 的發光末端表面部份，具有一約25 μ m之窗口區域及電流 注入防護層的一元件。 本發明之第五具體實施例所獲得之半導體雷射元件的特 性經過評估。結果，本發明的半導體雷射元件可獲得一符 合設定波長的785 nm振盪波長，以及120 mW的光學輸出 CW。再者，該元件於環境溫度70°C時能穩定地以150 mW 的光學輸出CW持續工作超過1〇,〇〇〇小時，並未發現操作時 有操作電流增高的現象。 於第五具體實施例之半導體雷射元件中，其作用層中p 型雜質（Zn)的濃度係内部區域較窗口區域爲高。擴散至作 用層的Zn進入作用層中孔的地點，故可防止出現結晶瑕 疵。結果，可於帶電時抑制内部區域的品質惡化。再者， 若Zn擴散進入窗口區域的作用層，則將引起光線的吸收。 -55- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 507410 A7 B7 五、發明説明（53 ) 結果，當窗口區域的作用層的Zn減少時，將進一步抑制光 線的吸收，並從而改善高功率操作時的信賴度。基於以上 原因，本發明之半導體雷射元件在高功率驅動時，其長期 信賴度極佳。 依據第五具體實施例之半導體雷射元件製造方法，可藉 調整形成窗口結構時的熱處理條件，同時控制窗口區域和 内部區域中自p型敷鍍層擴散進入作用層的Zn數量。也就 是説，窗口區域中產生的孔之數量可藉熱處理之昇溫速度 加以控制，從而更可控制Zn的擴散進入作用層。擴散進入 内部區域的Zn之品質，可藉熱處理的持續時間加以控制。 因此，本製造方法具有極佳控制能力的效用。 依據本發明上述説明，該以AlGaAs爲基的材料係生成於 基板之上。然而，除此之外，本發明亦可應用於敷鍍層中 包含Ga的材料，例如一以AlGalnP爲基的材料生成於一 GaAs基板上、一以AlInGaAsP爲基的材料生成於一 InP基板 或一 GaAs基板上，以及一第三四族之InGaAIN基的材料生 成於一藍寶石基板、一 Si基板或一 SiC基板上。 再者，本發明中係使用MOCVD作爲生長結晶的方法。 然而，除此之外，本發明亦可應用MBE(molecular-beam epitaxy，分子束蟲晶生長）、ALE(atomic layer epitaxy，原 子層系晶生長）及LPE(liquid phase epitaxy，液相羞晶生長） 作爲生長結晶的方法。 ： 再者，本發明中曾包含以多重量子井作爲作用層的結 構。然而，除此之外，本發明亦可應用於單一量子井，以 -56- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 507410 A7 B7 五 、發明説明（54 ) 及其中之量子井層厚度不超過20 nm的生長層。再者，曾 描述在p型敷鏡層及η型敷鏡層中擁有相同成分（作用層於 其間插入）。然而，本發明亦可應用於不同成分的狀況， 或是各敷鍍層由複數層成分所構成。 再者’依據本發明’曾描述窗口區域僅包含一末端表面 的狀況。然而，該窗口區域當然亦可包含該半導體雷射元 件之兩側末端表面。 -57- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1· 一種半導體雷射元件，在一基板上至少包括：一第一導 電型第一教鍍層、一作用層、一第二導電型第二敷鍍 層、一具有·一條狀缺陷部份朝一諧振器方向之電流障礙 層、一埋藏於電流障礙層之條狀缺陷部份的第二導電型 第三敷鍍層以及在第三敷鍍層上的一第二導電型防護 層，其特徵在於： 該作用層係至少以位於其一末端表面之一窗口區域， 及具有一量子井結構之一内部區域所架構，以及 一位於該内部區域對面的部份，以一離子化的原子自 第二導電型第二敷鍍層側面之一層的表面照射，其後並 加以熱處理。 2· —種半導體雷射元件，在一基板上至少包括：一第一導 電型第一敷鍍層、一作用層、一第二導電型第二敷鍍 層、一具有一條狀缺陷部份朝一諧振器方向之電流障礙 層、一埋藏於電流障礙層之條狀缺陷部份的第二導電型 第三敷艘層以及在第三敷鍍層上的一第二導電型防護 層，其特徵在於： 該作用層係至少以鄰近於其一末端表面之一窗口區 域，及具有一量子井結構之一内部區域所架構， 該作用層之窗口區域所發射光線的波長峰値λ w具有一 關係式： λ w < λ i - 5 nm : 相對於該作用層之内部區域所發射光線的波長峰値λ i， 以及 -58- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 507410 ABCD 六、申請專利範圍 一窗口區域所發射光線的半寬度，較該内部區域所發 射‘光線的半寬度爲窄。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射元件，其中 位於窗口區域對面的第二導電型防護層部份的層厚度 較位於内部區域對面的第二導電型防護層部份的層厚度 爲厚。 4. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射元件，其中 該窗口區域與諧振器同方向的一長度Lw不小於10 μιη。 5. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射元件，其中 構成該量子井結構的量子井層的厚度總値不超過40 nm。 6. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射元件，其中 在位於第二導電型防護層上之窗口區域對面的部份， 有一第一導電型電流注入防護層。 7. 如申請專利範圍第6項之半導體雷射元件，其中 第一導電型電流注入防護層與諧振器同方向的一長度 Lp具有一關係式： Lw < Lp 相對於Lw而言。 8. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射元件，其中 位於條狀缺陷部份之窗口區域對面部份的一寬度較位 於内部區域對面部份的一寬度爲寬。 9. 一種半導體雷射元件的製造亨法，其包括下列步驟：形 成一 DH晶圓，其中至少有一第一導電型第一敷鍍層、一 作用層以及一第二導電型第二敷鍍層壓合於一基板上； -59- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) Α8 Β8 C8

   在配置於該DH晶圓的第二敷鍍層側的表面的—部份中形 成-第-介電膜；對晶圓之—側，第一介電膜形成之處 施加-離子化原子；將該離子化原子施加其上的dh晶圓 施以熱處理，其特徵在於： 在熱處理該DH晶圓之前，先將位於該、團之第二敷鍍 層側之一層的表面蝕刻。 __ 1〇·如申請專利範圍第9項之半導體雷射元g造方法，其 中 _ 將離子化原子施加於第一介電膜側的〇11晶圓表面，同 時對位於DH晶圓第二敷鍍層側的層之表爾.，進行蝕刻。 11.如申請專利範圍第9項之半導體雷射元造方法，其 * _ /將離子化原子施加於第一介電膜側的^β:Η晶圓表面之 後，形成一第二介電膜，以覆蓋整個晶圓表面。 12·如申凊專利範圍第丨丨項之半導體雷射元彳造方法，其* _ 於第二介電膜形成後，將DH晶圓加以】函& 13·如申請專利範圍第丨丨項之半導體雷射元 im

   造方法 其 中 將離子化原子施加於第一介電膜側的DH晶圓表面 時形成第二介電膜。 H·如申請專利範圍第9項之半竽體雷射元編_ 中 丨 造方法，其 該離子化原子係選自由氬、氧及氮所纏課!群組之〆戒 本紙張hit財S國家料(CNS) 格(咖χ 297公爱) 507410 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 多種原子。 15·如申請專利範爵第9項之半導體雷射元造方法，其 中 Ί纖 第二介電膜係以離子化原子形成於表面之一部 份’且其上並未形成第一介電膜。 16.如申請專利範圍第9項之半導體雷射元造方法，其 Si 中 該離子化原子之離子能量係設定於不_|3〇〇〇 ev，並 以設定爲不小於5〇〇 ev且不大於15〇〇 eV尤隹。 中 17·如申請專利範圍第U項之半導體雷射元|了g造方法，其 第二介電膜之厚度不超過0.5 μηι。 18.如申請專利範圍第η項之半導體雷射元礙 中 第一介電膜和第二介電膜係以熱膨脹材料所製成。 19·如申請專利範圍第丨丨項之半導體雷射元中 mm 造方法，其 幾乎相同的 造方法，其 假設第-一介電膜之厚度爲dl而第二介::電，膜之厚度爲 d2 ’則有一，關係式成立： ::： dl > 2〇.如申請專刮範圍第9項之半導體雷射元論造方法，並 中— _ ,、 孩熱處理係於一不低於80(TC的DH晶售祕持溫度中進 -61 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 507410 8 8 8 8 A BCD 申請專利範圍 行，在100秒的升溫時間内到達保持溫度，或於一不低 於900°C的DH晶圓保持溫度中進行，在60秒的升溫時間 内到達保持溫度則更佳。 -62- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 χ 297公釐)