TWI373895B - Semiconductor laser, method of manufacturing semiconductor device, optical pickup, and optical disk apparatus - Google Patents

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Description

1373895 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種半導體雷射、製造半導體雷射、光學 讀寫頭及光碟裝置之方法，且特別適用於（例如）—使用氛 化物型第m-v族化合物半導體之自脈衝（自振盈）型半導體 雷射與.一使用該半導體雷射作為—光源之光碟。 【先前技術】 在一南密度光碟系統中，使用在一4〇〇 nm波長帶内的一 以GaN為主半導體雷射作為一光源。在此情況下，可能必 需減小該以GaN為主半導體雷射之返回光雜訊。對付此問 題之該等措施之-係-種引起—自脈衝操作之技術。 為了實現此類自脈衝操作，已提出一種在一光導層(引 導層）或-包覆層處提供一飽和吸收層之方法，且該飽和 吸收層係搀雜-雜質（例如參見日本特許公開專利案第制 mmo號）。但是關於此系統，已作為—問題而指出該自 脈衝操作對溫度的不穩定性（例如參考日本特許公開專利 =第20〇3-31898號）。還曾提出，藉由選擇—飽和吸收層之 厚度、光束缚係數、-作用層與飽和吸收層之間的距離 等’或藉由在該作用層與該飽和吸收層之間插入一寬能隙 半導體’來致動-自脈衝操作（例如參考曰本特許公開專 利案第細_3刪號與日本特許公開專利案第湖a μ% 號）。但是’即便使用該些條件，仍無法穩定地提供一能 夠進行自脈衝操作之半導體雷射。例如，已報告，在一飽 和吸收層與一㈣AIGaN層之間僅引入—ρ型⑽層使自脈 "8779.doc 【發明内容】 衝缸作較困難(例如參見應用物理期刊，第83卷，第1098 頁（2003) ’下文稱為非專利文件丨）^非專利文件1得出姓 論’即在P型則aN層與飽和吸收層之間介面處促進載^ 重結合與由於一壓電效應所引起之载子穿隧有效地使飽和 吸收層内的載子壽命更短，從而貢獻於自脈衝操作。不执 任何，此類不穩定性在料成心執行—自脈衝操作之: 以GaN為主半導體雷射之大量生產中形成一嚴重問題。 如上述’―直難以獲得-能夠進行-穩定自脈衝操作之 GaN半導體雷射。 竹心 、因而，需要-種針對使用一能夠進行一穩定自脈衝操作 並”有幸乂長奇命之氮化物型第m_v族化合物半導體容易 地獲付-半導體雷射之半導體雷射以及製造半導體雷射之 方法’藉由該方法可容易地製造此類半導體雷射。 還需要:種可使用各種能夠進行—穩定自脈衝操作並具 有較長可〒之半導體容易地獲得半導體雷射之半導體雷 射以及製造半導體雷射 田 此類半導體雷射。 以 此外’需要一種光擧·ϋ堂n A ”貝寫頭及使用上述半導體雷射作為 先源之光碟裝置。 本發明者為滿足上述需要進行全面且廣泛的研究，並作 為研究結果已完成本發明，如上所概述。 在非專利文件1中，自r ^ 自脈衝刼作之不穩定性的原因在於 飽和吸收層内載子4人、；， 卩減小不充分。因此，為了滿足上述 118779.doc 1373895 需要，可能必需有效地使飽和吸收層内人 暫。為了縮短載子壽命’較重要的係增加載子重二:: 會。在此關係中，本發明者考量，藉由乾式姓刻正引 飽和吸收層的破壞可能最為有效且係增加载子重結合機备 之現成構件，並最終已實驗發現用於引入破壞之最佳： 件。更明確而言，本發明者頃發現，在藉由從該包覆層側 應用乾式勒刻來形成溝槽並為了在—作㈣ 間具有-飽和吸收層之一半導體雷射中控制橫向模式之目 的，因此在其間形成脊帶之情況下，_從該等溝槽之 表面至該作用層之上表面之距離係不小於iQ5nm而從該等 溝槽之該等底部表面至該飽和吸收層之上表面之距離係不 超過;00⑽之結構最大化故障前平均時間（MTTF)，從而 可能貫現-能夠進行一穩定自脈衝操作並具有一較長時間 .乏半導體雷射。 依據本發明之一具體實施例，提供一種半導體雷射，1 包括：—第一導電型的一第一包覆層；-在該第一包覆層 之上的作用層’·—在該作用層之上的飽和吸收層；及在該 飽和吸收層之上的—第二導電型的一第二包覆層；至少該 第^覆層具有-對相互平行的溝槽，其間具有一預定間 & ’以便在其間形成一脊帶，其中從該等溝槽之底部表面 至該作用層之一I-I工 ^ 上表面之距離係不小於〗05 nm，而從該等 溝槽之該等底部表％ s^ -表面至该飽和吸收層之一上表面之距離係. 不超過100 nm。 根據本發明之另—具體實施例，提供―種製造半導體雷 118779.doc 1373 聊 法^亥半導體雷射具有：一第一導電型的一第一包 覆層，一在*夕望—λ. _ ^矛一巴復層之上的作用層；及在該飽和吸收 層之上的一第-墓帝相丨k 弟一導電型的一第二包覆層；至少該第二包覆
應用乾式勤刻至至少該第二包覆層以形成該等溝槽，使得 從該等溝槽之底部表面至豸作用H一上表面t距離係不 J於105 nm而從該等溝槽之該等底部表面至該飽和吸收層 之一上表面之距離係不超過100 nm。 依據本發明之另一具體實施例，提供一種使用一半導體 雷射作為一光源之光學讀寫頭’纟中該半導體雷射包括： 第導電型的一第一包覆層；一在該第一包覆層之上的 作用層，一在§玄作用層之上的飽和吸收層；及在該飽和吸 收層之上的一第二導電型的一第二包覆層；至少該第二包.
曰以有對相互平行的溝槽，在其間具有一預定間隔，以 :在其間形成一脊帶，該方法包含以上步驟：纟長該第一 覆曰該作用層 '該飽和吸收層及該第二包覆層，隨後 覆層具有一對相互平行的溝槽，其間具有一預定間隔，以 便在其間形成一脊帶，其中從該等溝槽之底部表面至該作 用層之一上表面之距離係不小於丨〇 5 nm，而從該等溝槽之 。亥等底部表面至該飽和吸收層之一上表面之距離係不超過 100 nm 〇 依據本發明之另一具體實施例，提供一種使用一半導體 雷射作為一光源之光碟裝置，其中該半導體雷射包括：一 第一導電型的一第一包覆層；一在該第一包覆層之上的作 用層；一在該作用層之上的飽和吸收層；及在該飽和吸收 118779.doc 1373895 曰之上的一第二導電型的一第二包覆層；至少該第 層具有—對相互平行的溝槽，其間具有-預定間隔 在其間形成-脊帶，其中從該等溝槽之底部表面以便 ·上表面之距㈣不小於1G5nm’而從該等溝槽= 等底部表面至該飽和吸收層之— g ο 100 nm〇 表面之距離係不超過
在本發明之上述四個具體實施例中，從該等溝槽之 底部表面至該作用層之上表面之距離與從該等溝槽之: 底部表面至該飽和吸收層之上表面之距離係' 内的距離，並中嗲黧、，盖掸夕宓加主 加糸、-允
,'、中"專溝槽之底邛表面内的-點係視為一原 點而從該原點向該作用層之.方向係視為正方向。儘管從唁 等溝槽之該等底部表面至該等飽和吸收層之上表面之= 係不超過100 nm’但此距離不一定為正數或0(距離在。至 nm之範圍内），而可以係負數。該距離為負數之情況 包括該等溝槽之該等底部表面位於該飽和吸收層之上^面 與下表面之間的情況(包㈣等溝槽之該等底“表面位於 該飽和吸收層《下表面之平面上之情況）與該等溝槽之該 等底部表面係定位成深於該飽和吸㈣之下表面而淺於談 作用層之上表面之情況。 ' 〆 一般而言，該飽和吸收層係在該等溝槽之該等底部表面 及/或側表面附近被破壞。破壞原因不受特別限制，但一 般情況下，該破壞係在藉由乾式蝕刻該至少第二包覆層形 成該等溝槽時所產生之一蝕刻破壞。在從該等溝槽之該等 底部表面至該飽和吸收層之上表面之距離係在1〇〇至〇 nm 118779.doc “/3895 之範圍内之情況下，在該等溝槽之該等底部表面附近產生 對該飽和吸收層之破壞。在從該等溝槽之該等底部表面至 . 該飽和吸收層之上表面之距離係小於〇 nm之情況下，換言 之，在該等溝槽之該等底部表面係位於該飽和吸收層之上 表面與下表面之間之情況下或在該等溝槽之該等底部表面 係定位成低於該飽和吸收層之下表面並淺於該作用層之上 表面之情況下，在該等溝槽之該等底部表面與側表面下部 • 分附近或在該等溝槽之側表面附近產生對該飽和吸收層之 破壞。 必要時，該飽和吸收層可摻雜一雜質（一般採甩一較e 雜質濃度摻雜），藉此形成非發射重結合中心。 該第一包覆層、該作用層、該飽和吸收層及該第二包名 層之相鄰者可直接相互接觸，或可在其間内插一或多個^ 有某些其他功能之層。例如，一第一光導層可提供於該負 包覆層與邊作用層之間，且一第二光導層可提供於該奢 -包覆層與該作用層之間。同時，為了縮短載子壽命，彰 重要的係’不僅要增加載子重結合之機會，還要限制光明 收時所產生載子之外的其他載子被注人該作用層内。為此 目的，可在該作用層與該第二包覆層之間提供一阻障層， 用於防止從該第一包覆層側注入該作用層内之載子從該作 用層遷出到该第二包覆層側。明確而言，此阻障層係提供 (例如）以便具有—包括—未摻雜層與-P型層之雙層結構， 在此成分下以便在該作用層與該飽和吸收層之間提供—足 句的阻障同度。在此情況下，該未摻雜層係提供於該作用 H8779.doc -10- 層側’而該P型層係提供於該飽和吸收層側。例如，在一 使用氮化物型第ΠΙ-ν族化合物半導體之半導體雷射中，此 類未摻雜層與Ρ型層可藉由改變A1GaN、A1GaInN或類似物 之A1成分或In成分來容易地獲得。較佳的係Eg]<Eg2，其中 Eg I係該未摻雜層之能隙能量而係該p型層之能隙能量。 幸乂佳的係，在該脊帶之側表面上、在該等溝槽内部及在 °亥等溝槽之外側上區域内的該等層上形成一絕緣膜。該絕 緣膜可基本上由任何具有電絕緣特性或具有一足夠高電阻 之物質形成。但是從減小該半導體雷射之靜電容量觀點 看，較佳的係使用一具有一低電容率（介電常數）之物質作 為忒絕緣臈之材料。此外，該絕緣膜可具有一單層結構或 一多層結構。在該絕緣膜具有—雙層結構之情況下，較佳 的係.上層係形成以便對於振動波長之光線具.有—更高的吸 久數例如，在雷射光波長在紫外線波帶内之情況下， 上層較佳的係—未摻雜Si膜’而下層係（例如）Si〇2膜。 t第一包覆層、該作用層、該飽和.吸收層 • - · W /入吻木一〇 層一般係、藉由蟲晶生長依此次序提供於—基板上。該基 可以係-導電基板，特別係一導電半導體基板，或—絕 基板（例如—藍寶石基板）°該半導體雷射-般係使用一 化物型第ιπ-ν族化合物半導體之半導體雷射，但不限 此。即，該半導體雷射可以係使用其他種類的半導體（ 或其他氧化物半導體)之半導體雷射，只要其係結; 類似於依據本發明卜 述八體貫知例之半導體雷射之結;j 半導體雷射。該氮化物型p„_v族化合物半導體最- I18779.doc 1373895 般地包括 AlxByGaifcX.y.zInzAsuN1.u·vPv ’ 其中OSxSl 、 OSySl、〇SzSl、0 ^ 1、1 ' 0$x+y+z<l 且 〇$u+v<l ’ 尤其係 AlxByGa卜x.y_zInzN，.其中 OSxgi、 〇 ^ y ^ 1 、〇Sz$l且0$x+y+z<l ，且較典型的係
AlxGa卜χ·ζΙηζΝ，其中OSxgl且OSzgi。該半導體之特定 範例包括 GaN、InN、AIN、AlGaN、InGaN及 AlGalnN。在 此情況下的基板可以係一導電基板，特別係一氮化物型第 III-V族化合物半導體基板，且最一般係一 GaN基板。在使 用一導電半導體基板之情況下，一般在該基板之後表面上 形成在該第一導電型側上的一電極。在該第二導電類型側 上的一電極一般係形成於一提供於該第二包覆層上的接觸 層上面。在該第一導電型側上的電極係形成於該導電半導 體基板之後表面上之情況下以及在該第二導電型側上的電 極係在延伸至該等溝槽外側之狀態下而形成於該第二包覆 層上的接觸層上面之情況下，較佳的係在該脊帶之側表面 上、在该等溝槽内部及在該等溝槽之外側上區域内的接觸 層上所形成之絕緣膜在該等溝槽外側上的區域内具有一屈
次义範例包括各種磊晶生長程序， 仍…口柳干导體之方 例如金屬有機化學汽相 118779.doc 1373895 l 沈積（MOCVD)、氫化物汽相磊晶或鹵化物汽相磊晶 (HVPE)及分子束磊晶（MBE)。 遠光碟裝置包括專用於再生（讀取）之該等光碟裝置、專 用於記錄（寫入）之該等光碟裝置及能夠同時再生及記錄之 该等光碟裝置。不特別限制該等再生及/或記錄系統。該 光學讀寫頭係適合用於此類光學裝置之光學讀寫頭。
在如上配置之本發明之第一至第四具體實施例中，一般 攸藉由乾式钱刻在該脊帶兩側上所形成的該等溝槽之該等 底。卩表面至S玄作用層之上表面之距離係不小於丨05 nm，而 從該等溝槽之該等底部表面至該飽和吸收層之上表面之距 離係不超過1 〇〇 nm。此一般組態確保可在該等溝槽之底部 表面及/或側表面附近產生對該飽和吸收層之破壞，因此 可充分縮短載子壽命而不劣化該作用層。
依據本發明之一具體實施例，可在該等溝槽之該等底部 表面及/或侧表面附近充分減小該飽和吸收層内的載子斧 命，藉此可使用各種半導體（例如能夠進行一穩定自脈Z 才呆作並具有一較長壽命之氮化物型第HI-V族化合物半導 體)來容易地獲得半導體雷射。此外’藉由使用此類半導 體作為一光源，可實現一高效能的光碟裝置。 【實施方式】 現在，下面將參考圖式來說明本發明之 木二具體膏祐 例。在所有具體實施例相關圖式中，相同或對 相同符號來表示。 .％ 。卩件由 圖1顯示依據本發明之一具體實施例之— 目脈衝型以 118779.doc 13- 1373895
GaN為主半導體雷射。 如圖1所示，在該以GaN為主半導體雷射中，在一 GaN基板1之上連續地層疊一 A1(}aN包覆層2、一打型 GaN光導層3、一具有一未摻雜Gai.xInxN(量子井）/GaM InyN(阻障層’ x>y)多量子井結構之作用層4、一未摻雜 InGaN光導層5' —未摻雜A1GaN光導層6、一p型電 子阻障層7、一具有一夾置於P型GaN層之間之p型111(}以層 之飽和吸收層8、一p型GaN/未摻雜A1GaN超晶格包覆層 9、及一p型GaN接觸層1〇。_ A1GaN包覆層2及n型〇以光 導層3係使用一η型雜質（例如Si)來摻雜。另.一方面，ρ型 A1GaN電子阻障層7 '該等P型GaN層及該等構成飽和吸收 層8之p型InGaN層、及構成卩型^…未摻雜八1〇心超晶格包 覆層9之p型GaN層、及卩型〇心接觸層1〇係摻雜一p型雜 質，例如Mg。p型GaN/未摻雜AmaN超晶格包覆層9與口型 GaN接觸層1〇具有一在一方向上直線延伸之脊帶u。溝槽 12及13係分別形成於脊帶11之兩側上。一絕緣膜14(例如 一 Si〇2臈）係形成於在該等溝槽12及13外側上區域内的ρ型 GaN接觸層10上面。此外，一 ^…膜^與其上的一未摻雜 Sl膜16係形成於脊帶u之側表面上 '該等溝槽12及13内及 在忒等溝槽12及13外側上區域内的p型GaN接觸層1 〇上。 一 P側電極17係電接觸脊帶UipSGaN接觸層1〇而形成。 P側電極17係形成以延伸至該等溝槽12及13外側上區域内 的P型GaN接觸層10上面。另一方面，一 n側電極18係電接 觸η型GaN基板1之後表面而形成。 H8779.doc -14- 1373895 該等溝槽12及13之深度係設定以便滿足ti ^ 1〇5 nm且 094100 nm’其中在t玄等溝槽12及13之該等底部表面上 的一點係視為一原點而從該原點向作用層4之方向係視為 正方向之一座標系統中，ti係從該等溝槽12及13之該等底 部表面至作用層4之上表面之距離，而係從該等溝槽12及 13之該等底部表面至飽和吸收層8之上表面之距離。稍後 將說明用於此組態之原因。一般情況下，ti<〇 6叫，且較 典型的係1<200 nm。該等溝槽12及13之各溝槽之寬度— 般不超過250 μπι，更一般的係不超過1〇〇 μπι，且較典型的 係不超過20 μπι。 現在，下面將說明一種製造此以GaN為主半導體雷射之 方法。 首先，藉由（例如）一金屬有機化學汽相沈積（M〇CVD)， 在η型GaN基板1之上連續地磊晶生長包覆層2、n 型GaN光導層3、作用層4、未摻雜inGaN光導層5、未摻雜 AlGaN光導層6、p型AlGaN電子阻障層7、飽和吸收層8、p 型GaN/未摻雜AlGaN超晶格包覆層9、及卩型GaN接觸層 10。此處，η型AlGaN包覆層2、n型GaN光導層3、未摻雜 AlGaN光導層6、p型AlGaN電子阻障層7、飽和吸收層8、p 型GaN/未摻雜AIGaN超晶格包覆層9及p型GaN接觸層1 〇均 不包括In，在大約1，〇〇〇。(：溫度下生長，而具有未摻雜X InxN/Gai-yInyN多量子井結構之作用層4與未摻雜111<3州光 導層5係含In層’在（例如）7〇〇至8001溫度下生長，尤其係 (例如）730°C ’該些溫度係非限制性範例。
118779.doc -15- ( S 一至於用於生長該些以GaN為主半導體層之原材料，例如 了乙基錄（(C2H5)3Ga，则）或三甲基鎵（(CH3)3Ga，TMG) :、作用於Ga之材料，三f基紹（（CH3)3A1，tma)係用作 用於A1之材料’三乙基銦（(C2H5)3In，ΤΕΙ)或三曱.基銦 ((3)3ln’ TMI)係用作用於1n之材料，而氨氣(NH3)係用作 ,;之材料。至於摻雜物，例如，矽烷（siH4)係用作一 n ㈣雜物，而雙（甲基環戊二烯则阳㈣咖），雙（乙
基環戊二烯）鎂或雙（環戊二烯.）鎂 ((C5H5)2Mg)係用作-p型摻㈣勿，該些材才斗係非限制性範 ’J此外例如，在生長上述以GaN為主半導體層時，使 用H2氣體作為-載子氣體大氣，H2氣體係一非限制性範 例〇
接著，一絕緣膜14(例如）—Si〇2膜係形成於整個表面 上，隨後藉由蝕刻將絕緣膜14圖案化成一預定形狀。隨 後，使用經圖案化的絕緣膜14作為一银刻光罩，以形成溝 槽12 13，藉由乾式蝕刻，例如反應性離子蝕刻（RIE)， 來蝕刻P型GaN接觸層10與？型GaN/未摻雜八1(}心超晶袼包 覆層9’從而形成脊帶U。然後，在按原樣保持用作蝕刻 光罩之絕緣膜Μ時，在整個表面之上連續地形成（例 如）S^O2膜15及未摻雜Si膜16，隨後選擇性地蝕刻掉脊帶^ 之上的該些膜（15、16)，從而曝露脊帶11之上表面。隨 後，在未摻雜Si膜16上形成p側電極17。接著，需要時， 型GaN基板1係從其後側拋光，以將GaN基板丨細薄化至 -預定厚度。接著，在基板k後表面上形成η側 118779.doc •16-
1373895 電極18。 藉由該些步驟，產生圖1所示之以GaN為主的半導體雷 射。 下面將提供構成該雷射結構之以GaN為主半導體層之厚 度、成分及類似物之特定範例。！!型AlGaN包覆層2具有一 1.3 μηι之厚度與一 〇·〇7之A1成分。η型GaN光導層3具有一 0.1 μπι之厚度。作用層4具有一結構，其中構成量子井層 之Ga〗_xInxN層具有一 3nm之厚度與一 0_08之In成分X，而構 成该阻障層之Ga^yliiyN層具有一 7 nm之厚度與一 〇·〇2之ιη 成分y ’井之數目係三個。未摻雜InGaN光導層5具有_ 40 nm之厚度與一 〇.〇2iIn成分。未摻雜AlGaN光導層6具有一 60 nm之厚度與一 〇·〇2之A1成分。p型AlGaN電子阻障層7具 有一 10 nm之厚度而〇_2〇iA1成分。飽和吸收層8具有—結 構’其中具有一 2 nm厚度之一p型Ino.ozGao.M層係夾置於p 型GaN層之間’各p型GaN具有一 3 nm之厚度。構成飽和吸 收層8之該些p型層係以一（例如）5xl〇u至1x1〇2g cm-3之濃 度各摻雜Mg。p型GaN/未摻雜AlGaN超晶格包覆層9具有 一 〇·5 μιη之厚度’且其未摻雜AiGaN層具有一〜⑺之乂成 分。p型GaN接觸層1〇具有一 〇1 μηι之厚度。脊帶丨丨具有一 (例如）1·5至2 μιη之寬度。 在此以GaN為主的半導體雷射中，藉由為形成該等溝槽 12及13進行以便縮短飽和吸收層8内載子壽命之乾式蝕 刻’將一飯刻破壞正引入包括摻雜Mg之p型inGaN層的飽 和吸收層8。在此情況下，為了確保引入蝕刻破壞至飽和 118779.doc -17· 1373895 吸收層8，建立上述〇各tz各丨〇〇 nm之條件。在對之引入蝕 刻破壞之飽和吸收層8内，形成一遞増數目的中間位準， 並增加透過該等中間位準之非發射重:结合程序，藉此縮短 非發射重結合壽命。一般而言，使用發射重結合壽命、與 非發射重結合舞命τηι_，可藉由下列方程來表示載子壽命 。 1/τ8=1/τΓ+1/τηΓ 從該方程應明白，當非發射重結合壽命h變得更短時， 載子壽命ts也變得更短。 圖2顯示距離t〗與該以GaN為主半導體雷射之MTTF(故障 前平均時間）之間關係之測量結果。應注意，在該以GaN為 主半導體雷射中構成該雷射結構之該等以GaN為主半導體 層之厚度、成分及類似物與上述特定範例相同。從圖2可 看出’當tjlOO ηπι時’ MTTF更短暫。此點由於以下事實 所引起’即在一滿足t] $ 100 nm條件的以GaN為主半導體 雷射中，在為形成溝槽12及13而進行之乾式蝕刻時，將— 姓刻破壞引入作用層4，結果係快速地惡化壽命。因此， 藉由將從該等溝槽12及13之該等底部表面（即該等乾式钱 刻表面）至飽和吸收層8之上表面之距離丨2設定在t2gl〇〇 之範圍來縮短飽和吸收層8内之載子壽命，並同時藉由建 立t〗g 105 nm之條件，充分地固定該以GaN為主半導體雷 射之MTTF。 此外’在該以G aN為主半導體雷射中，包括且有（例如 —60 nm厚度及一 〇.〇2 A1成分之未摻雜AlGaN光導層6與具 H8779.doc •18· 有（例如）一10 nm厚度與一 0.20 A1成分之p型AlGaN電子阻 障層7的該等兩個層係提供於飽和吸收層8與作用層4之 間’用於抑制已從n型AlGaN包覆層2側注入作用層4之電 子從作用層4洩漏之目的。此處，未掺雜AlGaN光導層6由 於其未摻雜狀態而使作用層4附近的能帶變平，從而從作 用層4洩漏之電子角度看，儘管較低的Ai成分，但仍有效 地增大載子阻障能量；因而未摻雜AlGaN光導層6用以阻 止電子從作用層4泡漏。此外，p型AlGaN電子阻障層7具 有阻擋已遷出未摻雜AlGaN光導層6之電子的作用。依此 方式’在存在未摻雜AlGaN光導層6與p型AlGaN電子阻障 層7之情況下，以兩個階段來形成該電子阻擋層，藉此可 有效地抑制來自作用層4之載子溢流，並可顯著地減小由 於該溢流所引起之注入飽和吸收層8之電子數目。由此， 可有效地縮短在飽和吸收層8内的載子壽命。依此方式配 置的δ亥以GaN為主半導體雷射可靠性較兩並能夠執行一穩 定的自脈衝操作。 圖3及4顯示此以GaN為主半導體雷射之光譜特徵與連貫 特徵之測量結果。此處應注意，用以該等測量的在該以 GaN為主半導體中形成雷射結構之该專以GaN為主半導體 層之厚度、成分及類似物與上述特定範例相同，t] = 145 nm而t2 = 13 nm。此外，使用一 15 mW之光輸出來實施連貫 特徵之測量。此外，γ=20°/〇。從圖3可清楚，確保—自脈 衝雷射之一多模式振盪特徵。此外，如圖4所示，確保一 連貫降低（Ύ特徵），其也係一自脈衝雷射之特徵。 118779.doc 19 1373895 圖5及6顯示依據一比較範例之一以GaN為主半導體雷射 之光譜特徵與連貫特徵之測量結果。用於在該比較範例之 以GaN為主半導體雷射中形成雷射結構之為主半導體 層之厚度、成分及類似物與本發明之上述特定範例相同， 但才米用設定ti = 145 nm t — 1 λ ο . __ 又丨14) nm與t2_1〇2 nm ;因而，t丨滿足ι〇5 nm之條件，而t2不滿足0^t2S100 nm之條件。使用—15 mW之光輸出來實施連貫特徵之測量。從圖5可清楚，確保 清楚，該連貫降低（γ特徵）係不充分 多模式振盈，其指示—自脈衝操作。然而，如從圖6可 如上述，依據本發明之第一具體實施例，可容易地實現 -能夠進行一穩定自脈衝操作、可靠性高並具有一較長壽 命之以GaN為主半導體雷射。 可 卜可獲彳于下列優點。由於在該等溝槽12及13外側上 區域内的p型GaN接觸層1〇之上形成絕緣膜14、膜似 未6雜Si膜16 ’故在該等溝槽12及⑽側上區域内的p側 電極側電極18之間的間隔可設定成比該等脊帶U與 溝槽12及13之區域内的間隔大絕緣膜14、叫膜15及未推 雜SW 1 6之總厚度。此點使得可能減小p側電極η與η側電 極18之間的靜電容量’以增強該以⑽為主半導體雷射之 南頻特徵並防止發生靜電茂漏或靜電崩潰。 忒自脈衝型以GaN為主半導體雷射適合( 碟裝置内的-光學讀寫頭之一光源。 先 現在’下面將說明崎本發明之_第二具时施例之一 以GaN為主半導體雷射。 118779.doc 1373895 如圖7所示’此以GaN為主半導體雷射係採用與依據第 一具體實施例之以GaN為主半導體雷射相同的方式配置， 除了該等溝槽12及13之底部表面係位於餘和吸收層8之上 表面與下表面之間。在此情況下，在該等溝槽12及13之該 等底部表面與側表面下部分附近產生對飽和吸收層8之姓 刻損壞》 依據第一具體實施例’可獲得與第一具體實施例相同的 優點。 現在’下面將說明依據本發明之一第三具體實施例之一 以GaN為主半導體雷射。 如圖8所示，此以GaN為主半導體雷射係採用與依據第 一具體實施例之以GaN為主半導體雷射相同的方式配置， 除了該等溝槽12及13之該等底部表面係位於飽和吸收層8 之下表面下面。在此情況下，在該等溝槽12及13側表面附 近產生對飽和吸收層8之邊緣破壞。 依據第三具體實施例，可獲得與第一具體實施例相同的 優點。 儘管上面明確說明本發明之某些具體實施例，但不應將 本發明視為限於該等具體實施例，而可基於本發明所思考 之技術來進行各種修改。 例如，在上述具體實施例之說明中所提及之數值、結 構、基板、程序等均僅為範例，而按場合需要，可使用上 述之外的其他數值、結構、基板、程序等。 順便提及’還可藉由—方法’其中選擇從該等溝槽12及
118779.doc 21 13之底部表面至飽和吸收層8之上表面之距離。，使得tz> 105 nm’並將離子植入應用至該等溝槽12及13來實現充分 減小餘和吸收層8内的載子壽命，藉此將（例如）一相較於乾 式钱刻所引起之蝕刻破壞的一破壞引入該等溝槽12及13之 底部表面之下側上的飽和吸收層8。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示依據本發明之第一具體實施例之一以GaN為 主半導體雷射之一斷面圖·， 圖2係顯示在依據本發明之第一具體實施例之以GaN為 主半導體雷射中，從溝槽底部表面至作用層之上表面之距 離t丨與MTTH之間關係之測量結果之一圖式； 圖3係顯示依據本發明之第一具體實施例之以GaN為主 半導體雷射之光譜特徵之測量結果之一圖式； 圖4係顯示依據本發明之第一具體貫施例之以GaN為主 半導體雷射之連貫特徵之測量結采之一圖式； 圖5係顯示依據一比較範例之〆以GaN為主半導體雷射 之光譜特徵之測量結果之一圖式； 圖6係顯示依據該比較範例之，以GaN為主半導體雷射 之連貫特徵之測量結果之一圖式； 圖7係顯示依據本發明之一第 > 具體實施例之一以GaN 為主半導體雷射之一斷面圖；以及 圖8係顯示依據本發明之一第三真體實施例之—以〇aN 為主半導體雷射之一斷面圖。 【主要元件符號說明】 118779.doc -22- 1373895 1 η型GaN基板 2 n型AlGaN包覆層 3 n型GaN光導層 4 作用層 5 未摻雜InGaN光導層 6 未摻雜AlGaN光導層 7 p型AlGaN電子阻障層 飽和吸收層
8 9 10 11 p型GaN/未摻雜AlGaN超晶格包覆層 p型GaN接觸層 脊帶 12 溝槽 13 溝槽 14 絕緣膜 15 Si02膜
16 17 未摻雜Si膜 P側電極 18 η側電極 118779.doc -23 -

Claims (1)

1373895 十、申請專利範圍： 1. 一種半導體雷射，其包含： 一第一導電型的一第一包覆層； 一在該第一包覆層之上的作用層； 一在該作用層之上的飽和吸收層；以及 在該飽和吸收層之上的一第二導電型的一第二包覆 層； _ 至少該第二包覆層具有一對相互平行的溝槽，在其間 具有一預定間隔，以便在其間形成一脊帶， 其中從該等溝槽之底部表面至該作用層之一上表面之 距離係不小於1〇5 nm ’而從該等溝槽之該等底部表面至 該飽和吸收層之一上表面之距離係不超過1〇〇nm。 2. 如請求項1之半導體雷射，其中該等溝槽之該等底部表 面係位於該飽和吸收層之該上表面與一下表面之間。 如β求項1之半導體雷射，其中該等溝槽之該等底部表 φ 面係定位成深於該飽和 吸收層之一下表面並淺於該作用 層之該上表面。 4 ·如請求項1 S 1之+導體雷射，其中該飽和吸收層係在該等 溝槽之兮f e 〜寻展部表面及/或側表面附近受到破壞。 5 . 如請求Jg 3 '之半導體雷射，其中該等溝槽係藉由乾式紐 刻至Φ & 4第二包覆層來形成。 6 · 如言青東 /項1之半導體雷射，其中該飽和吸收層係摻雜一 雜質0 7 · 如請求 、i之半導體雷射，其使用一氮化物型第III-V族 118779.doc
1373895 化合物半導體。 8. 如請求項1之半導體雷射，其中該第一包覆層、該作用 層、該飽和層及該第二包覆層係依此次序提供於一基板 之上。 9. 一種製造一半導體雷射之方法，該半導體雷射具有： 一第一導電型的一第一包覆層； 一在該第一包覆層之上的作用層； 在δ玄作用層之上的飽和吸收層；以及 在該飽和吸收層之上的一第二導電型的一第二包覆 層； 至少該第二包覆層具有一對相互平行的溝槽，在其間 具有一預定間隔，以便在其間形成一脊帶， 該方法包含以下步驟：生長該第一包覆層、該作用 層、該飽和吸收層及該第二包覆層，隨後施加乾式蝕刻 至至少該第二包覆層以形成該等溝槽，使得從該等溝槽 之底部表面至該作用層之一上表面之距離係不小於^ Μ nm而從4溝槽之該等底部表面至該飽和吸收層之—上 表面之距離係不超過1〇〇 nm 〇 10. —種光學讀寫頭，其使用一半導體雷射作為一光源， 其中該半導體雷射包括： 一第一導電型的一第一包覆層； 一在該第一包覆層之上的作用層； 一在該作用層之上的飽和吸收層；以及 在該飽和吸收層之上的一第二導電型的一第二包覆 118779.doc -2- Π.
層； 至/忒第—&覆層具有—對相互平行的溝槽’在其間 具有一預定間隔’以便在其間形成一脊帶， /從該等溝槽之底部表面至該作用層之—上表面之距離 係不小於1G5 nm ’而從該等溝槽之該等底部表面至該飽 和吸收層之—上表面之距離係不超過100 nm。 種光碟裝置，其使用一半導體雷射作為一光源， 其中該半導體雷射包括： 一第一導電型的一第一包覆層； 一在該第一包覆層之上的作用層； 一在該作用層之上的飽和吸收層；以及 在該飽和吸收層之上的一第二導電型的一第 層； 至少該第二包覆層具有一對相互平行的溝槽，在其間 具有一預定間隔，以便在其間形成一脊帶， 從該等溝槽之底部表面至該作用層之一上表面之距離 係不小於105 nm，而從該等溝槽之該等底部表面至該飽 和吸收層之一上表面之距離係不超過i 0〇 nm。 118779.doc
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