专利名称：半导体激光器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光盘等的半导体激光器，并且涉及一种制造这种半导体激光器的方法。更具体地说，本发明涉及一种带有窗口结构的半导体激光器，所述窗口结构具有超高输出工作性能，并且涉及一种制造这种半导体激光器的方法。
背景技术：
近年来，各种半导体激光器已经越来越广泛地被用作光盘的光源。尤其是，高输出的半导体激光器被用作对DVD(Digital Versatile Disc，数字多媒体光盘)播放器或者DVD-RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)的光盘进行写入的光源，并且仍然希望输出功率更高。
限制半导体激光器具有更高输出功率的一个因素是，随着光输出密度的增加，会在靠近激光谐振器端面的活性区中产生COD(Catastrophic OpticalDamage，灾难性光学损伤)。
由于靠近激光谐振器端面的活性区成为一吸收激光束的吸收区，所以会产生COD现象。在激光谐振器的端面上存在许多非辐射性复合中心，被称作表面态或者界面态，并且由于非辐射性复合中心的存在，导入靠近激光谐振器端面的活性层的载流子会消失。因此，在靠近激光谐振器端面的活性层中的注入载流子浓度小于中心部分。因此，由于在中心部分载流子的浓度高，所以靠近激光谐振器端面的活性区成为一吸收激光束的吸收区。增加光输出密度会造成在吸收区的局部热堆积，导致更高的温度并且更小的带隙能量。这样会引起一种正反馈，即吸收系数进一步增大并且温度升高，靠近激光谐振器端面的吸收区的温度会逐步达到半导体材料的熔点，产生COD现象。
作为一种获得半导体激光器的较高输出功率的方法，已经提出了一种方法，其中使得靠近激光谐振器端面的多量子阱的活性层成为无序以形成一窗口结构，以便提高抵抗COD现象的能力(日本专利特-开No.7-162086和No.11-284280)。
图18A至18C是表示具有窗口结构的半导体激光器的结构的示意图。具体来说，图18C是一包括有发射端面的透视图，其中附图标记B表示靠近激光谐振器端面的窗口区，而附图标记A表示除了窗口区之外的激光振荡区域(内部区域)。图18A是区域A的横剖面，而图18B是区域B的横剖面。
如图18A至18C中所示，一种具有窗口结构的传统半导体激光器包括在n型GaAs基板1001上顺次叠置的一n型AlGaInP覆盖层1002、一MQW活性层1003(一多量子阱活性层，具有一种多量子阱结构，光导层夹在交替叠置的阻挡层和阱层之间)、一p型AlGaInP覆盖层1004以及一p型GaAs第一接触层1005。p型AlGaInP覆盖层1004和p型GaAs第一接触层1005形成了一将成为激光谐振波导路径的条带状脊，并且一n型GaAs电流阻挡层1009被设置已填充所述脊的侧表面。在脊1008或者n型GaAs电流阻挡层1009上，设置一p型GaAs第二接触层1010和一p型电极1011，并且在n型GaAs基板1001的下方，设置有一n型电极1012。
在靠近激光谐振器端面的区域中的脊1008处，形成一窗口结构区域1013，该区域1013通过从一作为杂质扩散源的ZnO薄膜中扩散的Zn原子而成为无序。
图19至22表示了制造一具有窗口结构的传统半导体激光器的步骤。首先，如图19中所示，在一n型GaAs基板1001上顺序形成n型AlGaInP覆盖层1002、未掺杂MQW(多量子阱)活性层1003、p型AlGaInP覆盖层1004以及p型GaAs第一接触层1005。在此，利用作为p型杂质的Zn原子对p型AlGaInP覆盖层1004进行掺杂处理。
接着，如图20中所示，在晶片的整个表面上形成作为杂质扩散源的ZnO薄膜1006。此后，一条带状抗蚀剂掩模1021被制成沿着水平方向延伸至半导体激光器中谐振器的端面，并且将形成于除窗口区B之外的激光振荡区上的ZnO薄膜1006蚀除。
此后，将抗蚀剂掩模1021去除，并且在晶片的整个表面上形成SiO2薄膜1007。接着，一条带状抗蚀剂掩模(未示出)被制成沿着竖直方向延伸至半导体激光器中谐振器的端面，并且将形成于电流阻挡区域上的SiO2薄膜1007蚀除。随后，将抗蚀剂掩模(未示出)去除，并且将部分p型GaAs第一接触层1005和p型AlGaInP覆盖层1004蚀刻以形成脊1008。
此后，如图22中所示，生长出n型GaAs电流阻挡层1009用于填充，去除SiO2薄膜1007，生长出GaAs第二接触层1010，并且在500℃或者更高的温度下持续大约30分钟进行热处理，所述温度是生长电流阻挡层时的温度，从而使得Zn原子从作为杂质扩散源的ZnO薄膜1006中热扩散进入p型GaAs第一接触层1005、p型AlGaInP覆盖层1004和MQW活性层1003中。因此，MQW活性层1003成为无序，导致出现一窗口结构区域1013。此后，形成p型电极1011和n型电极1012，将所述晶片划开，从而获得在图18A至18C中示出的半导体器件。
如前所述，在具有窗口结构的传统半导体激光器中，在形成于激光谐振器端面附近的窗口区B中，ZnO薄膜1006被制成使得带隙能量大于对应于激光振荡波长的带隙能量，并且Zn原子被热扩散到MQW活性层1003中。
还有，为了促进Zn原子向窗口区B的扩散和抑制Zn原子向内部区域A中的活性区的扩散，提出的措施是在作为杂质扩散源的薄膜1006上提供一包含Si原子的层(日本专利特-开No.2001-94206)。
在此，为了使得靠近发光端面的活性区的带隙能量大于对应于激光振荡波长的带隙能量，必须在高温下以较长的时间进行退火处理。根据前述的传统方法，从作为杂质扩散源的ZnO薄膜1006扩散出的杂质原子和在p型AlGaInP覆盖层1004中掺杂的杂质原子均为Zn原子，Zn原子在AlGaInP基材料中具有大的扩散系数。因此，即使在内部区域，Zn原子也会扩散到MQW活性层1003内，导致在高输出工作时的驱动电流或者驱动电压升高，并且导致长时间工作时可靠性下降。即使当使用日本专利特-开No.2001-94206中提出的方法时，由于前述原因，也无法充分抑制Zn原子扩散入内部区域A中的活性区内。
通过降低退火温度或者缩短退火时间，可以抑制Zn原子向内部区域中的MQW活性区内的扩散。但是，这会造成在窗口区B中Zn原子无法充分地扩散入MQW活性层1003内。这将导致在靠近激光谐振器端面的活性层处吸收非常多的激光束，使得更有可能发生COD现象。还有，在高输出驱动时的最大光输出将会下降，并且将无法获得令人满意的长期可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体激光器及其制造方法，其可以降低在高输出工作时的驱动电流，并且确保较高的长期可靠性。
根据一方面，本发明提供一种半导体激光器，包括一半导体基板；一第一导电型的第一覆盖层；一活性层；一第二导电型的第二覆盖层；以及一第二导电型的保护层；其中，在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层的荧光峰值波长小于在激光谐振器内部区域中的活性层的荧光峰值波长；并且在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层内，具有第二导电性的第一杂质原子和具有第二导电性的第二杂质原子混合存在，所述第一杂质原子的浓度高于第二杂质原子的浓度。优选的是，在根据本发明的半导体激光器中，在靠近激光谐振器端面的区域中的第二覆盖层内并且也在保护层内，存在具有第二导电性的第一杂质原子和具有第二导电性的第二杂质原子，第一杂质原子的浓度大于第二杂质原子的浓度。
根据一方面，本发明提供一种制造半导体激光器的方法，包括下述步骤在一半导体基板上生长出一叠层结构，该叠层结构包括一包含Si原子的第一导电型的第一覆盖层、一活性层、一包含具有第二导电性的第一杂质原子的第二导电型的第二覆盖层、一第二导电型的导电促进层以及一第二导电型的保护层；在一靠近具有生长于其上的叠层结构的晶片的激光谐振器端面的区域中，形成一作为杂质扩散源的薄膜，该薄膜包含具有第二导电性的第二杂质原子；形成一包含Si原子的介质薄膜，该介质薄膜的厚度大于在晶片表面上作为杂质扩散源的薄膜的厚度；以及对晶片进行退火处理，以使得包含于在靠近激光谐振器端面的区域中的第二覆盖层内的第一杂质原子和包含于在靠近激光谐振器端面的区域中的用作杂质扩散源的薄膜内的第二杂质原子扩散到活性层内，使得在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层的荧光峰值波长小于在激光谐振器内部区域中的活性层的荧光峰值波长。
根据另一方面，本发明提供一种制造半导体激光器的方法，包括下述步骤在一半导体基板上生长出一叠层结构，该叠层结构包括一包含Si原子的第一导电型的第一覆盖层、一活性层、一包含具有第二导电性的第一杂质原子的第二导电型的第二覆盖层、一第二导电型的导电促进层以及一第二导电型的保护层；在一靠近具有生长于其上的叠层结构的晶片的激光谐振器端面的区域中，形成一作为杂质扩散源的薄膜，该薄膜包含具有第二导电性的第二杂质原子和Si原子；以及对晶片进行退火处理，使得包含于在靠近激光谐振器端面的区域中的第二覆盖层内的第一杂质原子和包含于在靠近激光谐振器端面的区域中的作为杂质扩散源的薄膜内的第二杂质原子扩散入活性层内，使得在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层的荧光峰值波长小于在激光谐振器内部区域中的活性层的荧光峰值波长。
根据本发明，促进了第一杂质原子和第二杂质原子扩散入半导体激光器的窗口区内，并且因此，在窗口区无序时可以降低退火温度。还有，根据本发明，抑制了第二杂质原子扩散入活性区内，并且因此可以抑制活性区中晶体特性的无序和退化。因此，防止缩短振荡波长，可以降低在高输出工作时的驱动电流，即使在高输出驱动时也可以避免发生CODs现象，并且可以提供一种长期高可靠的半导体激光器。
当结合附图时，通过下面对本发明的详细描述，本发明的前述和其他目的、特征、方面以及优点将变得更为明了。
图1A至1C是表示根据本发明第一实施例的半导体激光器的结构的示意图；图2至7顺序示出了制造根据本发明第一实施例的半导体激光器的工艺步骤；图8表示了在根据本发明第一实施例的半导体激光器的脊中，在靠近激光谐振器端面的区域中Be原子和Zn原子在深度方向上的浓度分布；图9表示了在根据本发明第一实施例的半导体激光器的脊中，在激光谐振器的内部区域中Be原子和Zn原子在深度方向上的浓度分布；图10表示了根据本发明第一实施例中的半导体激光器的制造方法，形成于靠近激光谐振器端面的区域中作为杂质扩散源的ZnxOy薄膜116的厚度与窗口区中峰值波长相对于活性区中峰值波长向较短波长侧的偏移量之间的关系；图11A至11C是表示根据本发明第二实施例的半导体激光器的结构的示意图；图12至17顺序示出了制造根据本发明第二实施例的半导体激光器的工艺步骤；图18A至18C是表示具有窗口结构的传统半导体激光器的结构的示意图；图19至22顺序示出了制造具有窗口结构的传统半导体激光器的工艺步骤。
具体实施例方式
根据一方面，本发明提供一种半导体激光器，包括一半导体基板；一第一导电型的第一覆盖层；一活性层；一第二导电型的第二覆盖层；以及一第二导电型的保护层；其中，在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层的荧光峰值波长小于激光谐振器内部区域中的活性层的荧光峰值波长；并且在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层内，具有第二导电性的第一杂质原子和具有第二导电性的第二杂质原子混合存在，第一杂质原子的浓度高于第二杂质原子的浓度。
在此，第一导电型或者第二导电型指的是构成半导体激光器的各层的导电类型。作为示例，当第一导电型为n型时，第二导电型为p型，并且当第一导电型为p型时，第二导电型为n型。第一导电性或者第二导电性指的是扩散入构成半导体激光器的各层内的杂质原子的导电性。作为示例，当第一导电性为n型时，第二导电性为p型，并且当第一导电性为p型时，第二导电性为n型。第一导电型和第一导电性，以及第二导电型和第二导电性分别指的是同一类型。当第一导电型和第一导电性为n型时，第二导电型和第二导电性为p型。
第一杂质原子指的是在覆盖层和MQW活性层的材料中，尤其是在AlGaInP基材料中，具有小扩散系数的杂质原子，比如用Be原子来代表。第二杂质原子指的是在覆盖层和MQW活性层的材料中，尤其是在AlGaInP基材料中，具有大扩散系数的杂质原子，比如用Zn原子和Mg原子来代表。Zn原子更为优选，因为其扩散系数大于Mg原子的扩散系数，并且其扩散量更易于控制。
由于第一和第二杂质的原子使活性区无序化，在使活性区无序化的步骤中可以降低退火温度，可以抑制存在于半导体谐振器内部区域中的第二覆盖层内的第一杂质原子向活性层内的扩散，并且可以降低在高输出工作时的驱动电流。还有，由于第一杂质原子的浓度大于第二杂质原子的浓度，所以可以抑制在晶片表面处的窗口区波长偏移量的变化。
优选的是，在根据本发明的半导体激光器中，在靠近激光谐振器端面的区域中的第二覆盖层内以及也在保护层内，具有第二导电性的第一杂质原子和具有第二导电性的第二杂质原子以第一杂质原子浓度高于第二杂质原子浓度的状态存在。第二杂质原子的扩散系数大于第一杂质原子的扩散系数，因此，可以抑制第二杂质原子扩散入半导体谐振器的内部区域中，并且因此可以防止活性层的无序化和半导体谐振器内部区域中的晶体特性的退化。因此，可以抑制振荡波长缩短，并且可以提高在高输出驱动时的长期可靠性。
优选的是，在根据本发明的半导体激光器中，在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层(窗口区)内，第二杂质原子的浓度至少为1×1016原子/cm3并且至多为1×1018原子/cm3。当第二杂质原子的浓度低于1×1016原子/cm3时，第一和第二杂质原子向激光谐振器内部区域中活性层的扩散会受到抑制，而在晶片表面处的窗口区中波长偏移量明显变化，降低不同批次中的重现性。当第二杂质原子的浓度超过1×1018原子/cm3时，可以控制窗口区的波长偏移量，而第一和第二杂质原子扩散入内部区域中的活性层内，会导致驱动电流增大。
优选的是，在根据本发明的半导体激光器中，第一杂质原子与包含在靠近活性层的第二覆盖层中的杂质原子相同。在这样一种结构中，使活性层无序化的第一杂质原子存在于靠近激光谐振器端面的附近区域中的活性层的第二覆盖层中，因此，可以降低退火温度或者可以缩短退火时间，可以减小在高输出工作时的驱动电流，可以改善在高输出驱动时的长期可靠性，并且可以防止发生CODs现象。
还有，在根据本发明的半导体激光器中，优选的是，第一覆盖层包含Si原子。在这种结构中，可以抑制具有第二导电性的第一和第二杂质原子向具有第一导电型的第一覆盖层内扩散。因此，可以降低在高输出工作时的驱动电流。
优选的是，在根据本发明的半导体器件中，半导体基板包含GaAs，而一叠置在该半导体基板上的半导体层包含AlGaInP基材料。通过利用这些材料，可以获得一种具有需要振荡波长的半导体激光器。
在根据本发明的半导体激光器中，优选的是，第一杂质原子是Be原子。Be原子在AlGaInP基材料中的具有小的扩散系数，因此，在前述结构中，即使当在形成窗口区的时候执行退火处理时，也可以抑制向激光谐振器内部区域中的活性层内的扩散。因此，可以降低在高输出工作时的驱动电流，可以改善长期可靠性，并且可以防止发生CODs现象。
优选的是，在根据本发明的半导体激光器中，第二杂质原子是Zn原子或者Mg原子。Zn原子是更优选的，因为Zn原子的扩散系数大于Mg的扩散系数，并且其扩散量可以更易于控制。在AlGaInP基材料中，Zn原子和Mg原子的扩散系数均大于Be原子的扩散系数。因此，在前述结构中，可以降低在形成窗口区时的退火温度，并且可以抑制向激光谐振器内部区域中的活性层的扩散。因此，可以降低在高输出工作时的驱动电流，可以改善长期可靠性，并且可以防止发生CODs现象。
根据一方面，本发明提供一种制造半导体激光器的方法，包括下述步骤在一半导体基板上生长出一叠层结构，该叠层结构包括一包含Si原子的第一导电型的第一覆盖层、一活性层、一包含具有第二导电性的第一杂质原子的第二导电型的第二覆盖层、一第二导电型的导电促进层以及一第二导电型的保护层；在靠近具有生长于其上的叠层结构的晶片的激光谐振器端面的区域中，形成一作为杂质扩散源的包含具有第二导电性的第二杂质原子的薄膜；形成一包含Si原子的介质薄膜，该介质薄膜的厚度大于晶片表面上作为杂质扩散源的薄膜的厚度；以及对晶片进行退火处理，使得包含于在靠近激光谐振器端面的区域中的第二覆盖层内的第一杂质原子和包含于在靠近激光谐振器端面的区域中作为杂质扩散源的薄膜内的第二杂质原子扩散入活性层内，使得在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层的荧光峰值波长小于在激光谐振器内部区域中的活性层的荧光峰值波长。
利用本发明中的这种结构，包括于作为杂质扩散源的薄膜中的第二杂质原子可以加速扩散，并且因此可以降低退火温度。还有，当降低退火温度，可以抑制具有第二导电性的第一杂质原子向激光谐振器内部区域中的活性层内的扩散。
优选的是，在所述制造半导体激光器的方法中，作为杂质扩散源的薄膜包含ZnxOy(x和y是不小于1的数字)。当使用呈粉末状并且接近非晶体的ZnxOy(x和y是不小于1的数字)薄膜时，在进行退火处理以形成窗口区的同时，可以抑制由于各个外延生长层之间热膨胀系数存在差异而导致产生应力。还有，第一杂质原子的扩散现象以及第二杂质原子的扩散现象得以促进，并且使得在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层(窗口区)无序化。
优选的是，在前述制造半导体激光器的方法中，所述介质薄膜包含SixOy、SixNy和SixOyNz中的任意一种(x、y和z是不小于1的数字)。由于抑制Zn原子扩散的Si原子被包含在介质薄膜中，所以在这种结构中可以有效地将Zn原子扩散至靠近激光谐振器端面的区域中的活性层(窗口区)。
还有，在前述制造半导体激光器的方法中，优选的是，作为杂质扩散源的薄膜的厚度至少为5nm并且至多为50nm。当薄膜厚度小于5nm时，在作为杂质扩散源的薄膜中的杂质原子的数目变小，并且当薄膜厚度大于50nm时，薄膜的粉末状并且接近非晶体的特性消失，在任一情况下，作为杂质扩散源的薄膜的功能均会退化。
根据另一方面，本发明提供一种制造半导体激光器的方法，包括下述步骤在一半导体基板上生长出一叠层结构，该叠层结构包括一包含Si原子的第一导电型的第一覆盖层、一活性层、一包含具有第二导电性的第一杂质原子的第二导电型的第二覆盖层、一第二导电型的导电促进层以及一第二导电型的保护层；在靠近具有生长于其上的叠层结构的晶片的激光谐振器端面的区域中，形成一作为杂质扩散源的包含具有第二导电性的第二杂质原子和Si原子的薄膜；以及对晶片进行退火处理，使得包含于在靠近激光谐振器端面的区域中的第二覆盖层内的第一杂质原子和包含于在靠近激光谐振器端面的区域中作为杂质扩散源的薄膜内的第二杂质原子扩散入活性层内，使得在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层的荧光峰值波长小于在激光谐振器内部区域中的活性层的荧光峰值波长。这就简化了制造步骤，促进了第一和第二杂质原子向靠近激光谐振器端面的区域中的活性层(窗口区)内的扩散，并且可以抑制第一杂质原子向激光谐振器内部区域中的活性层内的扩散。
还有，在前述制造半导体激光器的方法中，优选的是，作为杂质扩散源的包含第二杂质原子和Si原子的薄膜包括ZnxSiyOz(x、y和z是不小于1的数)。通过利用这样一种薄膜，可以抑制在退火处理时Zn原子向外扩散，并且可以促进Zn原子向靠近激光谐振器端面的区域中的活性层(窗口区)内的扩散。
第一实施例下面将参照附图对本发明的实施例进行详细描述。图1A至1C是表示根据本发明一实施例的半导体激光器的结构的示意图。在此，图1A是一包括发光端面的透视图，图1B是一沿着图1A中线IB-IB的横剖面，而图1C是一沿着图1A中线IC-IC的横剖面。
如图1A至1C中所示，在根据本实施例的半导体激光器中，在一n型GaAs基板101上，依次叠置有一n型GayInzP(y和z是0至1的数字，满足关系式y+z＝1，下文中同样如此)缓冲层102、一n型AlxGayInzP(x、y和z是0至1的数字，满足关系式x+y+z＝1，下文中同样如此)第一覆盖层103、一MQW活性层(一多量子阱活性层，具有一种多量子阱结构，光导层夹在交替叠置的阻挡层和阱层之间)104、一p型AlxGayInzP第二覆盖层105以及一p型蚀刻停止层106。在p型蚀刻停止层106上，沿着谐振器方向以脊条带形状设置一p型AlxGayInzP第三覆盖层107、一p型GayInzP中间层108以及一p型GaAs保护层109。设置一n型AlxInzP(x和z是0至1的数字，满足关系式x+z＝1，下文中同样如此)电流阻挡(挤压)层110，以填充p型AlxGayInzP第三覆盖层107的侧面。在p型GaAs保护层109或者n型AlxInzP电流阻挡层110上，设置有一p型GaAs接触层111和一p型电极112，并且在n型GaAs基板101的下方设置有一n型电极113。
在此，在MQW活性层104中，窗口区104B(在靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层)的荧光峰值波长被设计成小于活性区104A(在激光谐振器内部区域中的MQW活性层)的荧光峰值波长。还有，在窗口区上方的p型GaAs保护层109上，设置有一无电流注入区域114。利用p型AlxGayInzP第三覆盖层107、p型GayInzP中间层108以及p型GaAs保护层109，形成一用作激光谐振波导路径的条带状脊115。
图2至7示出了根据本发明第一实施例制造半导体激光器的工艺步骤。首先，如图2中所示，在n型GaAs基板101(载流子浓度为2×1018原子/cm3)上，通过分子束外延(MBE)方法依次生长出n型GayInzP缓冲层102(载流子浓度为1×1018原子/cm3)、n型AlxGayInzP第一覆盖层103(载流子浓度为1×1018原子/cm3)、MQW活性层104、p型AlxGayInzP第二覆盖层105(载流子浓度为2×1018原子/cm3)、p型蚀刻停止层106(载流子浓度为2×1018原子/cm3)、p型AlxGayInzP第三覆盖层107(载流子浓度为2×1018原子/cm3)、p型GayInzP中间层108(载流子浓度为5×1018原子/cm3)以及p型GaAs保护层109(载流子浓度为1×1019原子/cm3)。在此，在n型GaAs基板101、n型GayInzP缓冲层102和n型AlxGayInzP第一覆盖层103中的每一层中，均包含有作为载流子原子的Si原子，而在p型AlxGayInzP第二覆盖层105、p型蚀刻停止层106、p型AlxGayInzP第三覆盖层107、p型GayInzP中间层108以及p型GaAs保护层109中的每一层中，均包含具有p型导电性的Be原子作为载流子原子。
此后，如图3中所示，在靠近激光谐振器端面的区域中的p型GaAs保护层109的表面上，利用通常的光刻技术，沿着与所述脊条带正交的方向，形成一作为杂质扩散源的ZnxOy(x和y是不小于1的数字，下文中同样如此)薄膜116，该薄膜116呈条带状，其宽度为60μm并且厚度为35nm。此后，在晶片的整个表面上形成一厚度为200nm的SixOy(x和y是不小于1的数字，下文中同样如此)薄膜117，该薄膜117是一包含Si原子的介质薄膜。ZnxOy薄膜116的条带的间距被设定为800μm，这与谐振器的长度相同。
接着，其上形成有ZnxOy薄膜116的晶片在氮气氛中以510℃的温度持续2个小时进行退火处理，使得包含在ZnxOy薄膜116中的Zn原子扩散至窗口区104B，并且使得包含在p型AlxGayInzP第二覆盖层105、p型蚀刻停止层106、p型AlxGayInzP第三覆盖层107、p型GayInzP中间层108和p型GaAs保护层109的每一层中的Be原子扩散至整个MQW活性层104，由此使得窗口区104B的荧光峰值波长小于活性区104A的荧光峰值波长。
此后，参照图4，形成于p型GaAs保护层109上的ZnxOy薄膜116和SixOy薄膜117被去除，并且利用公知的光刻技术，在p型GaAs保护层109上形成一条带状抗蚀剂掩模118，该抗蚀剂掩模118沿着竖直方向延伸至激光谐振器的端面，并且利用公知蚀刻技术，将p型GaAs保护层109、p型GayInzP中间层108和p型AlxGayInzP第三覆盖层107加工成一宽度大约为3μm的条带状脊115，到达p型蚀刻停止层106。
接着，形成于p型GaAs保护层109上的条带状抗蚀剂掩模118被去除，并且如图5中所示，利用第二MBE方法，用n型AlxInzP电流阻挡层110填充脊115的侧表面。
此后，利用公知的光刻技术，在形成于脊115侧面上的n型AlxInzP电流阻挡层110的表面上，形成一抗蚀剂掩模(未示出)，并且利用公知的蚀刻技术，在抗蚀剂掩模(未示出)的开口处选择性地去除形成于脊115上的n型AlxInzP电流阻挡层110。
此后，形成于n型AlxInzP电流阻挡层110上的抗蚀剂掩模(未示出)被去除。接着，如图6中所示，再次利用公知的抗蚀剂光刻技术，在激光谐振器的内部区域中形成一宽度为740μm的抗蚀剂掩模120，并且在该抗蚀剂掩模120的开口处选择性地去除p型GaAs保护层109和p型GayInzP中间层108。抗蚀剂掩模120的开口被形成为直接位于窗口区104B的上方。
接着，如图7中所示，形成于激光谐振器内部区域中的抗蚀剂掩模120被去除，并且利用第三MBE方法，形成p型GaAs接触层111。与此同时，在已经在图6所示步骤中被选择性去除的p型GaAs保护层109和p型GayInzP中间层108的部分处，由于在靠近激光谐振器端面的区域中的p型AlxGayInzP第三覆盖层107与在激光谐振器内部区域中的p型GaAs保护层109之间的带隙能量的差异，所以形成一无电流注入区域114。无电流注入区域114直接位于窗口区104B的上方，并且因此，它防止了电流注入窗口区104B并且减少无助于发光的无效电流。
接下来，大致在靠近激光谐振器端面的宽度为60μm的区域的中心处，形成一刻划线(scribe line)，并且体被分成具有谐振器的长度的条。最终，在位于所述条两侧的发光表面上包覆一反射薄膜，并且所述条被划分成芯片。因此，完成一半导体激光器，其具有在激光谐振器的端面部分处的大约为30μm的一窗口区和一无电流注入区域，谐振器的长度为800μm。
图8表示了在靠近激光谐振器端面的区域中Be原子和Zn原子在深度方向上的浓度分布，而图9表示了在激光谐振器内部区域中Be原子和Zn原子在深度方向上的浓度分布，所述激光谐振器位于在图3所示步骤结束并且进行退火处理之后获得的根据本实施例的半导体激光器的脊中。利用次级离子质谱法(SIMS)对Be原子和Zn原子在深度方向上的分布进行测定。在图8和9中，横坐标表示从p型GaAs保护层109开始的深度(μm)，纵坐标表示杂质原子的浓度(原子/cm3)，虚线表示Be原子在深度方向上的浓度分布，而实线表示Zn原子在深度方向上的浓度分布。
如图8中所示，在窗口区104B中，从p型AlxGayInzP第二覆盖层105、p型蚀刻停止层106、p型AlxGayInzP第三覆盖层107、p型GayInzP中间层108以及p型GaAs保护层109的各层中扩散出的Be原子，与从作为杂质扩散源的ZnxOy薄膜116中扩散出的Zn原子以相互混合的方式存在，并且Zn原子的浓度为8×1016原子/cm3。还有，已经发现，在从窗口区104B至p型GaAs保护层109的各层中，Be原子的浓度高于Zn原子的浓度。
更具体地说，已经确信，利用前述制造方法，在窗口区104B、位于靠近激光谐振器端面的区域中的第二导电型的第二覆盖层(p型AlxGayInzP第二覆盖层105)、以及在第二导电型的保护层(p型GaAs保护层109)中，可以使得具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)的浓度高于具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度。
还有，参照图9，在从活性区104A至p型GaAs保护层109的各层中，未发现Zn原子进入。由此，已经确信利用前述的的制造方法，其包括在靠近激光谐振器端面的区域中形成一包含第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的杂质扩散薄膜(ZnxOy薄膜116)的步骤和形成一包含Si原子并且比杂质扩散薄膜(ZnxOy薄膜116)厚的介质薄膜(SixOy薄膜117)的步骤，可以抑制具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)向激光谐振器内部区域中的MQW活性层(活性区104A)内的扩散，并且可以抑制具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)向激光谐振器内部区域(活性区104A、p型AlxGayInzP第二覆盖层105、p型AlxGayInzP第三覆盖层107以及p型GaAs保护层109)内的扩散。
按照制造根据本发明的半导体激光器的方法，在图3所示步骤结束并且进行退火处理之后所获得的晶片的一部分上，利用荧光(PL)方法，对窗口区104B和活性区104A的波长进行测定。
为了进行比较，使用了第一比较晶片(对比示例1)，其中作为介质薄膜的包含Si原子的SixOy薄膜117的厚度被改变为20nm，小于作为杂质扩散源的ZnxOy薄膜116的厚度(厚度为35nm)，并且使用了第二比较晶片(对比示例2)，其中作为介质薄膜的包含Si原子的SixOy薄膜117被替换为一作为介电薄膜的不包含Si的AlxOy薄膜(x和y是不小于1的数字，下文中同样如此)，其它方面根据本实施例中制造半导体激光器的制造方法，同样利用PL方法对窗口区104B和活性区104A的波长进行测定。
最终，发现从根据本实施例窗口区104B发射的光谱从由活性区104A发射的光谱向较短波长侧偏移了38nm。还有，发现由对比示例1的窗口区发射的光谱从由活性区发射的光谱向较短波长侧偏移了5nm，而由对比示例2的窗口区发射的光谱从由活性区发射的光谱向较短波长侧偏移了10nm。
通过前面的描述，已经确信，在相同的退火条件下，当利用前述的制造方法时，其包括在靠近激光谐振器端面的区域中形成一作为杂质扩散源的包含第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的薄膜(ZnxOy薄膜116)的步骤和形成一包含Si原子的并且比作为杂质扩散源的薄膜(ZnxOy薄膜116)厚的介质薄膜(SixOy薄膜117)的步骤，能够将包括于作为杂质扩散源的薄膜(ZnxOy薄膜116)中的第二杂质原子(Zn原子)以加速方式扩散，并且因此可以使得在靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)的荧光峰值波长充分小于在激光谐振器内部区域中的MQW活性层(活性区104A)的荧光峰值波长。尤其是，由于包括在作为杂质扩散源的薄膜(ZnxOy薄膜116)上形成一包含Si原子的介质薄膜(SixOy薄膜117)的步骤，所以可以抑制在退火处理时Zn原子向外扩散，并且Zn原子可以有效地扩散至窗口区104B。
利用ZnxOy薄膜116作为杂质扩散源，促进了第二杂质原子(Zn原子)和第一杂质原子(Be原子)向窗口区104B的扩散，并且从而促进了窗口区的无序化。因此，从使得窗口区104B的荧光峰值波长充分小于活性区104A的荧光峰值波长的观点来看，使用所述薄膜也是优选的。
图10示出了作为杂质扩散源的ZnxOy薄膜116的厚度与窗口区的峰值波长相对于活性区的峰值波长向较短波长侧的波长偏移量之间的关系，其中所述ZnxOy薄膜116形成于靠近激光谐振器端面的区域中。在图10中，横坐标表示作为杂质扩散源的ZnxOy薄膜116的厚度(nm)，而纵坐标表示相对于活性区波长的波长偏移量(nm)。正如可以从图10中看到的那样，当ZnxOy薄膜116的厚度在5nm至50nm之间时，窗口区的波长相对于活性区的波长向较短波长侧偏移超过30nm。
其原因可能如下所述。作为杂质扩散源的ZnxOy薄膜是一粉末状并且接近非晶体的物质，并且其必须相对较薄和必须被夹在包含Si原子的介质薄膜与一半导体薄膜之间，以显现出作为杂质扩散源薄膜的功能。当ZnxOy薄膜116的厚度超过50nm时，作为杂质扩散源的功能会下降，并且当ZnxOy薄膜116的厚度小于5nm时，存在于杂质扩散源薄膜中的Zn原子会不足，从而使得Zn原子无法通过退火处理而到达窗口区104B。
在ZnxOy薄膜116的厚度为5nm至50nm的条件下，对利用前述制造方法制造的半导体激光器进行最大光输出测试，并且在光输出高达300mW时没有发生COD现象。
此后，对利用根据本实施例的前述制造方法所获得的半导体激光器的特性进行测定。为了进行比较，也对第三对比半导体激光器(对比示例3)和第四对比半导体激光器(对比示例4)的特性进行测定，对于第三对比半导体激光器来说，退火时间从两个小时缩短至一小时，从而使得Zn原子不会扩散到窗口区104B并且在窗口区104B中仅存在Be原子，而在第四对比半导体激光器中，在窗口区104中Be原子的浓度低于Zn原子的浓度，其它方面根据本实施例的前述制造方法。
最终，发现在50mW的连续波CW处，根据本实施例和对比示例3的半导体激光器的振荡波长为655nm，而对比示例4中的半导体激光器的振荡波长为650nm。在50mW的CW处，根据本实施例和对比示例3的半导体激光器的驱动电流为90mA，而对比示例4中的半导体激光器的驱动电流为150mA。还有，通过最大输出测试，发现即使在光输出高达300mW时，在根据本实施例和对比示例3的半导体激光器中不会发生COD现象，但是在对比示例4中的半导体激光器中在250mW时发生COD现象。通过以50mA在70℃的环境温度下进行可靠性测试，发现对比示例3中的半导体激光器的平均寿命为1000小时，对比示例4中半导体激光器的平均寿命为100小时，而本实施例中半导体激光器的平均寿命为2000小时。
通过前面的描述，已经确信，根据本实施例具有这种构造的半导体激光器，即具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)和具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)混合存在于在靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)内，并且第一杂质原子(Be原子)的浓度高于第二杂质原子(Zn原子)的浓度，能够降低驱动电流并且提高长期可靠性。驱动电流降低和长期可靠性提高源自于下述原因。在前述结构中，促进了第二杂质原子(Zn原子)和第一杂质原子(Be原子)的扩散，使得在靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层内的窗口区(窗口区104B)无序化，从而使得可以降低退火温度，并且因此抑制了第一杂质原子(Be原子)向激光谐振器内部区域中的MQW活性层(活性区104A)的扩散。
还有，在根据本实施例具有这种结构的半导体激光器中，其中在靠近激光谐振器端面的区域中的第二导电型的第二覆盖层(p型AlxGayInzP第二覆盖层105)中和在第二导电型的保护层(p型GaAs保护层109)中，第一杂质原子的浓度(Be原子的浓度)高于具有第二导电性的第二杂质原子的浓度(Zn原子的浓度)，已经确信，抑制了振荡波长向较短波长侧的偏移，并且提高了长期可靠性。这种对向较短波长侧偏移的抑制作用和对长期可靠性的提高源自于下述原因。在前述结构中，抑制了存在于靠近激光谐振器端面的区域中的具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)向激光谐振器内部区域内的扩散，并且因此，抑制了由于具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)而导致的MQW活性层(活性区104A)无序化和激光谐振器内部区域中的晶体特性变差。
还有，已经确信，根据本实施例具有这种结构的半导体激光器，即具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)与包含在靠近所述活性层的第二导电型的第二覆盖层中的杂质原子相同，使得能够降低驱动电流并且提高长期可靠性。这种驱动电流的降低和可靠性的提高源自于下述原因。在前述结构中，在靠近激光谐振器端面的区域中，可以缩短具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)至活性层的扩散距离，并且因此，能够降低退火温度。因此，在激光谐振器的内部区域中，可以抑制存在于第二导电型的第二覆盖层中的显现出第二导电性的第一杂质原子(Be原子)扩散至活性层(活性区104A)。
还有，已经确信，根据本实施例具有这种结构的半导体激光器，即第一覆盖层(n型AlxGayInzP第一覆盖层103)包含Si原子，能够降低驱动电流。驱动电流的降低源自于下述原因。也就是说，包含于第一导电型的第一覆盖层(n型AlxGayInzP第一覆盖层103)中的Si原子抑制了混合存在于靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)内的第二导电性的第一和第二杂质原子(Be和Zn原子)扩散至具有第一导电性的第一覆盖层(n型AlxGayInzP第一覆盖层103)，并且因此，减少了在靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)内的无效电流。
还有，已经确信，根据本实施例的半导体激光器，其中具有第二导电性的第一杂质原子是Be原子，能够降低驱动电流。这种驱动电流的降低通过下述事实而实现，即由于使用了具有比AlGaInP基材料更小扩散系数的Be原子，所以在退火时抑制了向激光谐振器内部区域中的MQW活性层(活性区104A)的扩散。
还有，已经确信，根据本发明的半导体激光器，其中第二导电性的第二杂质原子是Zn原子，能够提高长期可靠性。这种长期可靠性的提高源自于下述事实，即由于使用了具有比AlGaInP基材料更大扩散系数的Zn原子，所以可以降低用于形成窗口区而进行的退火处理的温度，促进了具有第二导电性的第一和第二杂质原子(Be原子和Zn原子)扩散至在靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)，并且抑制了CODs现象的发生。
还有，在根据本实施例的半导体激光器的制造方法中确信提高了可靠性，其中作为杂质扩散源的包含具有第二导电性的第二杂质原子的薄膜是ZnxOy(x和y是不小于1的数字)。这种长期可靠性的提高源自于下述事实，即由于使用了呈粉末状并且接近非晶体物质的薄膜ZnxOy，所以在为了形成窗口区进行退火处理时，可以抑制由于各种物质(晶体)之间热膨胀系数存在差异而导致外延生长晶片产生应力。
尽管SixOy薄膜117被用作一介质薄膜，其中SixOy薄膜117包含Si并且比作为杂质扩散源的ZnxOy薄膜116厚，但是SixNy或者SixOyNz(x、y和z是不小于1的数字，下文中同样如此)也可以使用，因为这种薄膜包含具有抑制Zn原子扩散的效果的Si原子。因此，可以抑制在退火时Zn原子向外扩散(Zn原子隧穿)，并且Zn原子可以被有效地扩散至靠近激光谐振器端面的区域中的活性层。因此，可以获得具有良好再现性的所需半导体激光器。
在本实施例中，混合存在于靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)内的第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度被设定为8×1016原子/cm3。当混合存在于靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)内的第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度不超过1×1016原子/cm3时，可以抑制具有第二导电性的第一和第二杂质原子(Be原子，Zn原子)扩散入激光谐振器内部区域中的MQW活性层(活性区104A)内，而在靠近激光谐振器端面的区域中，MQW活性层(窗口区104B)的波长偏移量存在很大变化，因此在靠近激光谐振器端面的区域中，MQW活性层(窗口区104B)内的波长偏移量将无法令人满意地分批重现。当如前所述混合存在的具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度为1×1018原子/cm3或者更高时，可以对靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)的波长偏移量进行控制，而具有第二导电性的第一和第二杂质原子(Be原子和Zn原子)会不期望地扩散入激光谐振器内部区域中的MQW活性层(活性区104A)内，导致驱动电流增大。因此，通过将混合存在于靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)内的第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度适当控制在1×1016原子/cm3至1×1018原子/cm3的范围中，能够控制由于具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)而造成的靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)的波长的偏移量，并且可以控制存在于靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层(窗口区104B)内的第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)不会扩散入激光谐振器内部区域中的MQW活性层(活性区104A)内。因此，可以降低驱动电流，并且可以提高长期可靠性。
在本实施例中，通过选择性地去除靠近激光谐振器端面的区域中的在脊115内侧的p型GayInzP中间层108和p型GaAs保护层109而形成无电流注入区域114。但是，需要指出的是，在形成于脊115上的靠近激光谐振器端面的区域中的n型AlxInzP电流阻挡层110也可以用作无电流注入区域114，以获得类似于如前所述的效果，因为它防止了电流流入窗口区，并且减少了无助于发光的无效电流。
尽管在形成ZnxOy薄膜116和SixOy薄膜117之后立即执行一次退火处理，但是在通过第二MBE方法用n型AlxInzP电流阻挡层110填充脊115的侧表面之后，可以执行第二退火处理，由此存在于脊115内侧的Be原子可以被激活，并且可以提高根据本实施例的半导体激光器的长期可靠性。
第二实施例图11A至11C是表示根据本发明第二实施例的半导体激光器的结构的示意图。在此，图11A是一包括发光端面的透视图，图11B是一沿着图11A中线XIB-XIB的横剖面，而图11C是一沿着图11A中线XIC-XIC的横剖面。
如图11A至11C中所示，在根据本实施例的半导体激光器中，在一n型GaAs基板201上依次叠置一n型GayInzP(y和z是0至1的数字，满足关系式y+z＝1，下文中同样如此)缓冲层202、一n型AlxGayInzP(x、y和z是0至1的数字，满足关系式x+y+z＝1，下文中同样如此)第一覆盖层203、一MQW活性层(一多量子阱活性层，具有一种多量子阱结构，光导层夹在交替叠置的阻挡层和阱层之间)204、一p型AlxGayInzP第二覆盖层205以及一p型蚀刻停止层206。在p型蚀刻停止层206上，沿着谐振器方向以脊条带形状设置一p型AlxGayInzP第三覆盖层207、一p型GayInzP中间层208以及一p型GaAs保护层209。设置一n型AlxInzP(x和z是0至1的数字，满足关系式x+z＝1，下文中同样如此)电流阻挡(挤压)层210，以填充p型AlxGayInzP第三覆盖层207的侧面。在p型GaAs保护层109或者n型AlxInzP电流阻挡层210上，设置有一p型GaAs接触层211和一p型电极212，并且在n型GaAs基板201的下方设置有一n型电极213。
在此，在MQW活性层204中，窗口区(在靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层)204B的荧光峰值波长被设计成小于活性区(在激光谐振器内部区域中的MQW活性层)204A的荧光峰值波长。还有，在窗口区上方的p型GaAs保护层209上，设置有一由n型AlxInzP电流阻挡层210形成的无电流注入区域214。利用p型AlxGayInzP第三覆盖层207、p型GayInzP中间层208以及p型GaAs保护层209，形成一用作激光谐振波导路径的条带状脊215。
图12至17示出了根据本发明第二实施例制造半导体激光器的工艺步骤。首先，如图12中所示，在n型GaAs基板201(载流子浓度为2×1018原子/cm3)上，通过分子束外延(MBE)方法依次生长出n型GayInzP缓冲层202(载流子浓度为1×1018原子/cm3)、n型AlxGayInzP第一覆盖层203(载流子浓度为1×1018原子/cm3)、MQW活性层204、p型AlxGayInzP第二覆盖层205(载流子浓度为2×1018原子/cm3)、p型蚀刻停止层206(载流子浓度为2×1018原子/cm3)、p型AlxGayInzP第三覆盖层207(载流子浓度为2×1018原子/cm3)、p型GayInzP中间层208(载流子浓度为5×1018原子/cm3)以及p型GaAs保护层209(载流子浓度为1×1019原子/cm3)。在此，在n型GaAs基板201、n型GayInzP缓冲层202和n型AlxGayInzP第一覆盖层203中的每一层中，均包含有Si原子作为载流子原子，同时在p型AlxGayInzP第二覆盖层205、p型蚀刻停止层206、p型AlxGayInzP第三覆盖层207、p型GayInzP中间层208以及p型GaAs保护层209中的每一层中，均包含具有p型导电性的Be原子作为载流子原子。
此后，如图13中所示，在靠近激光谐振器端面的区域中的p型GaAs保护层209的表面上，利用通常的光刻技术，沿着与所述脊条带正交的方向形成一作为杂质扩散源的ZnxSiyOz(x、y和z是不小于1的数字，下文中同样如此)薄膜216，该薄膜216呈条带状，其宽度为60μm并且厚度为35nm。ZnxSiyOz薄膜216条带的间距被设定为800μm，也就是说与谐振器的长度相同。
接着，其上形成有ZnxSiyOz薄膜216的晶片在与第一实施例相同的条件下(在氮气氛中以510℃的温度持续2个小时)进行退火处理，使得包含在ZnxSiyOz薄膜216中的Zn原子扩散至MQW活性层204，并且使得包含在p型AlxGayInzP第二覆盖层205、p型蚀刻停止层206、p型AlxGayInzP第三覆盖层207、p型GayInzP中间层208和p型GaAs保护层209的各层中的Be原子同时扩散至MQW活性层204，由此使得窗口区(在靠近激光谐振器端面的区域中的MQW活性层)204B的荧光峰值波长小于活性区(在激光谐振器内部区域中的MQW活性层)204A的荧光峰值波长。
此后，参照图14，形成于p型GaAs保护层209上的ZnxSiyOz薄膜216被去除，并且利用公知的光刻技术，在p型GaAs保护层209上形成一条带状抗蚀剂掩模217，该抗蚀剂掩模217沿着一竖直方向延伸至激光谐振器的端面，并且利用公知的蚀刻技术，将p型GaAs保护层209、p型GayInzP中间层208和p型AlxGayInzP第三覆盖层207加工成宽度大约为3μm的一条带状脊215，到达p型蚀刻停止层206。
接着，形成于p型GaAs保护层209上的条带状抗蚀剂掩模217被去除，并且如图15中所示，通过第二MBE方法，用n型AlxInzP电流阻挡层210填充由p型AlxGayInzP第三覆盖层207、p型GayInzP中间层208以及p型GaAs保护层209形成的脊215的侧表面。
此后，参照图16，利用公知的光刻技术，在形成于脊215侧面上的n型AlxInzP电流阻挡层210上和在靠近激光谐振器端面的条带状的宽度为60μm的区域、形成于脊215上的n型AlxInzP电流阻挡层210上，形成一抗蚀剂掩模218，并且利用公知的蚀刻技术，在抗蚀剂掩模218的开口处选择性地去除n型AlxInzP电流阻挡层210。
在根据本实施例制造半导体激光器的方法中，去除形成于脊215上的n型AlxInzP电流阻挡层210的步骤还用作形成无电流注入区域214的步骤，因此，可以减少工艺步骤的数目。还有，由于利用该工艺形成的无电流注入区域214被直接置于窗口区204B的上方，所以防止了电流进入窗口区，抑制了载流子在窗口区处的损失。因此，可以减少无助于发光的无效电流。
此后，形成于激光谐振器内部区域中的抗蚀剂掩模218被去除，如图17中所示，利用第三MBE方法形成p型GaAs接触层211。还有，在晶片的上表面上形成p电极212并且在晶片的下表面上形成n电极213。
接下来，大致在靠近激光谐振器端面的宽度为60μm的区域的中部，形成一刻划线，并且将体分成具有谐振器长度的条。最后，在所述条两侧的发光表面上涂敷一反射薄膜，并且将所述条划分成芯片。从而，制得一半导体激光器，其具有一无电流注入区域和一位于激光谐振器端面处大约30μm的窗口区，所述谐振器的长度为800μm。
利用次级离子质谱法(SIMS)，对于根据本实施例在图13中所示步骤结束并且进行退火处理之后获得的根据本实施例的半导体激光器，测定脊内在靠近激光谐振器端面的区域中Be原子和Zn原子在深度方向上的分布。发现Be原子和Zn原子在窗口区204B中混合存在，并且Zn原子的浓度为2×1017原子/cm3。还有，在从窗口区204B至p型GaAs保护层209的各层中，已经确信Be原子的浓度高于Zn原子的浓度。
更具体地说，已经确信，利用前述制造方法，能够实现具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)和具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)共同存在于窗口区204B中，并且能够使得具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)的浓度高于具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度。
还有，已经确信利用前述制造方法，可以使得在靠近激光谐振器端面的区域中，在第二导电型的第二覆盖层(p型AlxGayInzP第二覆盖层205)和第二导电型的保护层(p型GaAs保护层209)内，具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)的浓度高于具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度。
还有，已经确信利用前述制造方法，能够抑制存在于激光谐振器内部区域中的第二导电型的第二覆盖层(p型AlxGayInzP第二覆盖层205)内的具有第二导电性的第一杂质原子(Be原子)向活性层扩散。
对于按照制造根据本实施例的半导体激光器的方法在图13中所示步骤结束并且进行退火处理之后所获得的晶片，利用PL方法，对该晶片的部分窗口区204B和活性区204A的波长进行测定。
为了进行比较，利用了下述的晶片，其中根据第一实施例中的半导体激光器的制造方法，ZnxOy薄膜116被形成在靠近激光谐振器端面的区域中，且SixOy薄膜117形成于其上，在图3中所示步骤结束并且进行了退火处理之后，同样利用PL方法对窗口区104B和活性区104A的波长进行测定。
最终，发现由根据本实施例的窗口区204B发射的光谱从由活性区204A发射的光谱向较短波长侧偏移了50nm。还有，发现由根据第一实施例的窗口区104B发射的光谱从由活性区104发射的光谱向较短波长侧偏移了38nm。
通过前面的描述，已经确信，在相同的退火条件下，当利用了前述制造方法时，其包括在靠近激光谐振器端面的区域中形成一包含具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)和Si原子的ZnxSiyOz薄膜216的步骤，能够简化工艺步骤，抑制在退火处理时Zn原子向外扩散(隧道效应)，并且促进向窗口区204B的扩散，因此能够使得窗口区204B的荧光峰值波长充分小于活性层204A的荧光峰值波长。
对根据本实施例的制造方法制成的半导体激光器的特性进行测定。为了进行比较，同时还对根据第一实施例中的方法制成的半导体激光器的特性进行测定，在根据第一实施例的方法制成的半导体激光器中，ZnxOy薄膜116被形成在靠近激光谐振器端面的区域中，而SixOy薄膜117形成于其上。
最终，发现在50mW的CW处，本实施例和第一实施例中的振荡波长均为655nm，并且在50mW的CW处，本实施例和第一实施例中的驱动电流(Iop)均为90mA。
从最大输出测试的结果发现，即使在光输出高达300mW或者更高，在根据本实施例和第一实施例的半导体激光器中均不会发生COD现象。在70℃和50mW下进行可靠性测试，发现根据第一实施例的半导体激光器的平均寿命为2000小时，而根据本实施例的半导体激光器的平均寿命为3000小时，也就是说延长了1.5倍。因此，已经确信，利用本实施例中的方法制成的半导体激光器能够进一步提高长期可靠性，其中本实施例中的方法包括在靠近激光谐振器端面的区域中形成包含具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)和Si原子的ZnxSiyOz薄膜的步骤。
在本实施例中，混合存在于窗口区204B中的具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度被设定为2×1017原子/cm3。通过将混合存在于窗口区204B内的具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)的浓度适当控制在1×1016原子/cm3至1×1018原子/cm3的范围中，能够控制由具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)导致的窗口区204B波长的偏移量，并且可以控制存在于窗口区204B内的具有第二导电性的第二杂质原子(Zn原子)不会扩散入激光谐振器内部区域中的活性层(活性区204A)内。因此，可以降低驱动电流，并且可以提高长期可靠性。
在本实施例中，在退火处理的同时，没有在激光谐振器内部区域中的p型GaAs保护层209上形成薄膜。但是需要指出的是，当在激光谐振器内部区域中的p型GaAs保护层209上形成一诸如AlxOy、SixOy、SixNy或者SixOyNz的介质薄膜时，可以获得类似于如前所述的效果。
在本实施例中，在靠近激光谐振器端面的区域中形成于脊215上的n型AlxInzP电流阻挡层210被用作无电流注入区域214。但是需要指出的是，可以使用通过选择性地去除在靠近激光谐振器端面的区域中在脊215内侧的p型GaxInzP中间层208和p型GaAs保护层209而形成的无电流注入区域，来获得类似于如前所述的效果，因为它防止了电流进入窗口区，并且减少了无助于发光的无效电流。
尽管在形成ZnxSiyOz薄膜216之后立即执行一次退火处理，但是也可以在通过第二MBE方法用n型AlxInzP电流阻挡层210填充脊215的侧表面之后，执行第二次退火处理，由此存在于脊215内侧的Be原子可以被激活，并且可以提高根据本实施例的半导体激光器的长期可靠性。
尽管已经对本发明进行了详细描述和图示，但是显然这些内容仅为例证和示例目的，而并非用于限制本发明，本发明的技术构思和保护范围仅由所附权利要求加以限制。
权利要求
1.一种半导体激光器，包括一半导体基板；一第一导电型的第一覆盖层；一活性层；一第二导电型的第二覆盖层；以及一第二导电型的保护层；其中在靠近激光谐振器端面的区域中的该活性层的荧光峰值波长小于在该激光谐振器内部区域中的该活性层的荧光峰值波长；以及具有第二导电性的第一杂质原子和具有该第二导电性的第二杂质原子混合存在于靠近该激光谐振器端面的区域中的所述活性层内，所述第一杂质原子的浓度高于该第二杂质原子的浓度。
2.根据权利要求1中所述的半导体激光器，其中在靠近该激光谐振器端面的区域中的所述第二覆盖层内和也在所述保护层内，具有第二导电性的该第一杂质原子和具有第二导电性的该第二杂质原子以所述第一杂质原子浓度高于该第二杂质原子浓度的状态存在。
3.根据权利要求1中所述的半导体激光器，其中在靠近该激光谐振器端面的区域中的该活性层内，该第二杂质原子的浓度至少为1×1016原子/cm3并且至多为1×1018原子/cm3。
4.根据权利要求1中所述的半导体激光器，其中所述第一杂质原子与包含在靠近所述活性层的该第二覆盖层内的杂质原子相同。
5.根据权利要求1中所述的半导体激光器，其中所述第一覆盖层包含Si原子。
6.根据权利要求1中所述的半导体激光器，其中所述半导体基板包含GaAs，并且一叠置在该半导体基板上的半导体层包含一AlGaInP基材料。
7.根据权利要求1中所述的半导体激光器，其中所述第一杂质原子是Be原子。
8.根据权利要求1中所述的半导体激光器，其中所述第二杂质原子是Zn或者Mg原子。
9.一种制造半导体激光器的方法，包括下述步骤在一半导体基板上生长出一叠层结构，该叠层结构包括一包含Si原子的第一导电型的第一覆盖层、一活性层、一包含具有第二导电性的第一杂质原子的第二导电型的第二覆盖层、一第二导电型的导电促进层以及一第二导电型的保护层；在靠近具有生长于其上的叠层结构的晶片的激光谐振器端面的区域中，形成一作为杂质扩散源包含具有第二导电性的第二杂质原子的薄膜；形成一包含Si原子并且比所述晶片表面上作为杂质扩散源的所述薄膜更厚的介质薄膜；以及对所述晶片进行退火处理，使得包含于靠近该激光谐振器端面的区域中的该第二覆盖层内的所述第一杂质原子和包含于靠近该激光谐振器端面的区域中作为杂质扩散源的该薄膜内的所述第二杂质原子扩散入该活性层内，以使得在靠近该激光谐振器端面的区域中的活性层的荧光峰值波长小于在该激光谐振器内部区域中的活性层的荧光峰值波长。
10.根据权利要求9中所述制造半导体激光器的方法，其中所述作为杂质扩散源的薄膜包含ZnxOy(x和y是不小于1的数字)。
11.根据权利要求9中所述制造半导体激光器的方法，其中所述介质薄膜包含SixOy、SixNy或者SixOyNz中的任意一种(x、y和z是不小于1的数字)。
12.根据权利要求9中所述制造半导体激光器的方法，其中所述作为杂质扩散源的薄膜具有至少为5nm并且至多为50nm的薄膜厚度。
13.一种制造半导体激光器的方法，包括下述步骤在一半导体基板上生长出一叠层结构，该叠层结构包括一包含Si原子的第一导电型的第一覆盖层、一活性层、一包含具有第二导电性的第一杂质原子的第二导电型的第二覆盖层、一第二导电型的导电促进层以及一第二导电型的保护层；在靠近具有生长于其上的叠层结构的晶片的激光谐振器端面的区域中，形成一作为杂质扩散源的包含具有该第二导电性的第二杂质原子和Si原子的薄膜；以及对该晶片进行退火处理，使得包含于在靠近该激光谐振器端面的区域中的该第二覆盖层内的所述第一杂质原子和包含于在靠近该激光谐振器端面的区域中作为杂质扩散源的该薄膜内的所述第二杂质原子扩散入该活性层内，以使得在靠近该激光谐振器端面的区域中的活性层的荧光峰值波长小于在该激光谐振器内部区域中的活性层的荧光峰值波长。
14.根据权利要求13中所述制造半导体激光器的方法，其中所述作为杂质扩散源的薄膜包含ZnxSiyOz(x、y和z是不小于1的数字)。
全文摘要
本发明涉及一种半导体激光器及其制造方法，可以降低在高输出工作时的驱动电流，并且确保较高的长期可靠性。该半导体激光器包括一半导体基板，一第一导电型的第一覆盖层，一活性层，一第二导电型的第二覆盖层以及一第二导电型的保护层，并且在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层(窗口区)的荧光峰值波长小于在激光谐振器内部区域中的活性层(活性区)的荧光峰值波长。在靠近激光谐振器端面的区域中的活性层内，具有第二导电性的第一杂质原子和具有第二导电性的第二杂质原子混合存在，同时第一杂质原子的浓度高于第二杂质原子的浓度。
文档编号H01S5/223GK1497810SQ0315857
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月19日 优先权日2002年9月27日
发明者大久保伸洋 申请人:夏普株式会社