半导体激光装置及其制造方法

专利名称：半导体激光装置及其制造方法
技术领域：
迄今为止，作为通信用激光或者用来对光盘(CD: compact disc)或lt字通用光盘(DVD: digital versatile disc)进ff读出或 写入的元件，砷化铝镓(AlGaAs)红外光激光、磷镓化铟(InGaP) 红光激光等III-V族化合物半导体激光装置已被广泛使用。 近年来，用通式(general formula)为AlxGayIn(i-x-y)N (0 《x《l、 0《y《l、 0《l一x — y《1)的氮化物半导体实现过波长更 短的蓝光及紫外光半导体激光装置。作为用来对下一代DVD
(Blu-Ray Disc:蓝光盘)等高密度光盘进行写入及读出的光源， 这些半导体激光装置逐渐实用化。现在，在巿场上销售的蓝光半导 体激光装置有两种，即用以再现且输出功率为数十mW的低输出功 率型蓝光半导体激光装置和用以记录且输出功率为lOOmW级的高 输出功率型蓝光半导体激光装置。为了实现记录速度的提高，正在 研发输出功率更高的蓝光半导体激光装置，连200mW级半导体激 光装置也逐渐被投入巿场。 —般来讲，利用将氮化物半导体材料的一部分蚀刻成条状而形 成的脊形(ridge)结构，使氮化物半导体激光装置的注入电流在衬 底水平方向上狭窄化。此外，在衬底水平方向上对光进行封闭时， 利用实际折射率波导(realindex-guided)结构。因此，在条状光 波导区域内传播的激光容易在衬底水平方向上泄漏。泄漏的光(杂 散光)在激光谐振器方向上进行多次反射，最后从出射端面放出去。
5其结果是，杂散光会与主激光千涉，在远场辐射图(FFP: Far Field Pattern)中会产生紋波(ripple),或者远场辐射图会不像高斯 (gaussian)形状。若用这种激光对光盘进行读出和写入，光的利 用效率会下降，因而会产生噪声，或者会出现读出错误。
迄今为止，已经有人研究过抑制在氮化物半导体激光器中在衬 底水平方向上产生的漏光所导致的紋波，来得到良好的FFP形状的 方法。 例如，有人公开过下述方法(例如参照专利文献l)，即将p 侧电极的一部分也连续不断地形成到脊形条状部之外的p型包覆 (clad)层露出的部分。这样，泄漏到脊形波导部之外的杂散光就 会由p侧电极吸收，能够改善FFP形状。 此外，也有人公开过下述4支术(例如参照专利文献2和专利文 献3)，即将由折射率高于波导部的折射率的介电体、金属或半导 体等形成的吸光区域形成在距脊形波导部比较远的部分，从而改善 FFP形状。 此外，有人公开过下述技术(例如参照专利文献4)，即在光 出射端面附近形成多个凹部，来使从脊形波导部露出的光散射，从 而改善FFP形状。
专利文献l:日本公开专利公报特开平11-186650号公报 专利文献2:日本公开专利公报特开2002-237661号公报 专利文献3:日本公开专利公报特开2006-216731号公报 专利文献4:日本公开专利公报特开2005-311308号公报
然而，现有改善FFP形状的技术有下述问题。首先，在将p 侧电极不但形成在脊形波导部上而且还形成在p型包覆层的露出面 上的情况下，电流也会在脊形波导部以外的部分流通。这是一个问 题。在脊形波导部以外的部分流通的电流大小为脊形波导部的电流 大小的百分之一左右。但是，若为增大半导体激光装置的输出功率 而使注入电流变大，就不能忽视在脊形波导部以外的部分流通的漏 电流。漏电流会使FFP形状恶化，也会成为产生新紋波的原因。
此外，有必要将p侧电极的宽度设为比脊形波导部的宽度宽得很，以在脊形波导部以外的部分也形成p侧电极。这种宽度很大的 p侧电极会成为在谐振器端面部分产生裂缝、微小的高低差及缺口 等即劈开不良的原因。此外，在端面部分，电极容易剥落。其结果 是，产品合格率下降。此外，光容易在端面部分散射，这会成为导 致FFP形状不良的新原因。
若以介电体形成吸收层，就没有产生漏电流之虞。然而，不存
在吸收系数充分大的介电体材料，因而不能够充分得到吸光效果。
在以半导体形成吸收层的情况下，至少需要进行两次半导体层
生长，在成本方面非常不利。此外，吸光作用很强的半导体层会是 容易造成缺陷的层，或是杂质很多的层，或是铟的組成比比较高的 层等等。因此，吸收层会促进半导体激光装置恶化，可靠性下降。 在不形成吸收层，而形成凹部来使漏光散射的情况下，不会发 生由于吸收层而产生的问题。然而，因为只是让漏光散射而已，所 以散射后的光的一部分在相位不同的状态下反馈到波导部中，会成 为噪声的原因。在釆用氮化物半导体激光装置的情况下，例如会出 现下述现象，即会由于自发极化和应变所带来的压电效应而产生 能带弯曲，由于很高的注入载流子密度而产生能带缩小(band shrink)或者由于发热而振荡波长转移为长波长等等。因此，有下 述倾向，即脊形波导部中的振荡波长比周边区域的吸收端的波长 长。因此，若仅让从波导部中漏出的光散射，就不能吸收该漏出的 光，该光作为杂散光在谐振器内反复进行散射。因此，该光最后有 可能从端面漏出而与FFP干涉，或者反馈到波导区域内而成为噪 声。

发明内容
实现使紋波减低、使远场辐射图的形状近似于高斯形状的氮化物半 导体激光装置。 为实现所述目的，本发明将半导体激光装置的结构设为包括形 成在脊形波导部的两侧的吸光层的结构。
本发明所涉及的半导体激光装置，以包括具有一对相向的谐振 器端面的谐振器结构的半导体激光装置为对象。该半导体激光装置 包括半导体层叠层体、介电体层、吸光层及p侧电极。该半导体层 叠层体包括从衬底一侧依次层叠在该衬底上的n型半导体层、活性 层及p型半导体层，并具有沿与谐振器端面交叉的方向延伸且呈脊 形条状的脊形波导部。该介电体层以覆盖脊形波导部的两侧面中的 至少一部分的方式形成在半导体层叠层体上。该吸光层与脊形波导 部及谐振器端面互相留有间隔地形成在半导体层叠层体上的脊形波 导部的两侧。该p侧电极形成在脊形波导部上。 本发明的半导体激光装置包括吸光层，该吸光层与脊形波导部 及谐振器端面互相留有间隔地形成在半导体层叠层体上的脊形波导 部的两侧。因此，能够使泄漏到脊形波导部的侧边的漏光强度减4氐。 因此，能够改善半导体激光装置所射出的出射光的远场辐射图的形 状。此外，因为吸光层形成为与谐振器端面互相留有间隔，所以吸 光层不会阻碍劈开。 在本发明的半导体激光装置中，优选吸光层具有导电性，并且 与p侧电极电绝缘。通过设为所述结构，则即使在用导电材料作吸 光层的情况下，也能够使从吸光层漏出的漏电流量为零。因此，能 够在不产生由于漏电流而产生的杂散光且不使可靠性下降的状态下 使用有效吸收系数很高的金属等材料。 本发明的半导体激光装置也可以还包括形成在吸光层与p侧电 极之间的绝缘层。通过设为所述结构，则能够将吸光层的谐振器方 向上的进深设为很长的长度。 在本发明的半导体激光装置中，吸光层也可以相对于脊形波导 部线对称。 在本发明的半导体激光装置中，吸光层也可以形成在谐振器端 面中的将光射出的光出射端面附近。通过设为所述结构，则能够在 不形成绝缘膜的状态下使吸光层和p侧电极绝缘。 在本发明的半导体激光装置中，吸光层也可以具有第一部分和 第二部分，该第 一部分形成在谐振器端面中的将光射出的光出射端面附近，该第二部分形成在谐振器端面中的和光出射端面相反一侧 的谐振器端面附近。通过设为所迷结构，则能够将吸光层的谐振器 方向上的进深设为很长的长度。 在本发明的半导体激光装置中，第一部分与光出射端面之间的 间隔和第二部分与和光出射端面相反一侧的谐振器端面之间的间隔
也可以相等。在该情况下，第一部分和第二部分也可以相对于谐振 器结构的沿端面方向延伸的中心线线对称。
在本发明的半导体激光装置中，半导体层叠层体也可以具有形 成在谐振器端面中的至少除了脊形波导部之外的区域中的台阶部。 通过设为所述结构，则在对半导体激光装置进行劈开时，能够进行 正确的劈开。
在本发明的半导体激光装置中，优选吸光层与脊形波导部的中
心之间的间隔在10 // m以下。
在本发明的半导体激光装置中，优选吸光层在与脊形波导部平
4亍的方向上的长度在5//m以上。
在本发明的半导体激光装置中，吸光层也可以由对应于振荡波
长的折射率n和衰减系数k符合n^l及n+2k>2的条件的材料
形成。在该情况下，吸光层也可以由对应于振荡波长的折射率n和
衰减系数k符合n〉 2且0.001 < k< 2.5的条件的材料形成。
在本发明的半导体激光装置中，吸光层也可以由对应于振荡波
长的衰减系数在1以上的材料形成。
在本发明的半导体激光装置中，吸光层也可以含有铜、钯、锆、
铌、铬、镍、金、铂、钛、钽、钨、钼以及非晶硅中的至少一种元素。 在本发明的半导体激光装置中，吸光层也可以含有ON、 TiN、 ZrN、 NbN、 TaN及MoN中的至少一种化合物。 在本发明的半导体激光装置中，吸光层也可以含有与含在p侧 电极中的金属材料相同的金属材料。 本发明所涉及的半导体激光装置的制造方法包括使n型半导 体层、活性层及p型半导体层的结晶依次在村底上生长，来形成包
9括该n型半导体层、该活性层及该p型半导体层的半导体层叠层体
的工序，在p型半导体层中形成沿谐振器方向延伸的脊形波导部的 工序，在p型半导体层上形成介电体层的工序，在介电体层中形成 使脊形波导部的上表面露出的第一开口部，并在除了脊形波导部和 由于劈开而成为谐振器端面的区域之外的区域的至少一部分中形成 使p型半导体层露出的第二开口部的工序，以及通过将金属材料填 充在第一开口部和第二开口部中，来形成p侧电极和吸光层的工序。 本发明所涉及的半导体激光装置的制造方法包括通过将金属 材料填充在第 一 开口部和第二开口部中，来形成p侧电极和吸光层 的工序。因此，能够同时形成p侧电极和吸光层，能够使工序减低。 一发明的效果一 根据本发明所涉及的半导体激光装置及其制造方法，能够实现 使紋波减低、使远场辐射图的形状近似于高斯形状的氮化物半导体 激光装置。


[图l]图1 (a)到图1 (d)显示本发明的第一实施方式所涉及 的半导体激光装置，图1 (a)是俯视图，图1 (b)是图1 (a)的 Ib — Ib线上的剖视图，图1 (c)是图1 (a)的Ic一Ic线上的剖视 图，图1 (d)是图1 (a)的Id—Id线上的剖视图。图2是俯视图，放大而显示本发明的第一实施方式所涉 及的半导体激光装置中的吸光层部分。图3 (a)和图3 (b)显示不包括吸光层的半导体激光装 置的特性，图3 (a)显示水平远场辐射图的测量结果，图3 (b) 显示根据水平远场辐射图求出的近场辐射图的模拟测量结果。图4是显示吸光层的谐振器方向上的进深与漏光吸收率 之间的关系的图表。图5是显示吸光层的有效吸收率与谐振器方向上的进深 之间的关系的图表。图6是显示根据折射率和衰减系数计算出吸光层的有效
10吸收率的结果的图表。图7是各种材料的折射率和衰减系数的一览表。图8 (a)和图8 (b)显示本发明的第一实施方式所涉及 的半导体激光装置的特性，图8(a)是水平远场辐射图的测量结果， 图8(b)是根据水平远场辐射图求出的近场辐射图的模拟测量结果。图9 (a)到图9 (c)是俯视图，分別显示本发明的第一 实施方式所涉及的半导体激光装置中的吸光层的变形例。图10 (a)到图10 (d)显示本发明的第二实施方式所 涉及的半导体激光装置，图10 (a)是俯视图，图10 (b)是图10 (a)的Xb —Xb线上的剖视图，图10 (c)是图10 (a)的Xc — Xc线上的剖视图，图10 (d)是图10 (a)的Xd — Xd线上的剖视 图。图ll是俯视图，显示本发明的第二实施方式所涉及的 半导体激光装置在进行一次劈开之前的状态。图12是俯视图，显示本发明的第二实施方式所涉及的 半导体激光装置的变形例在进行一次劈开之前的状态。图13 (a)和图13 (b)显示本发明的第二实施方式所 涉及的半导体激光装置的变形例，图13 (a)是俯视图，图13 (b) 是谐振器端面上的剖视图。图14 (a)到图14 (d)显示本发明的第三实施方式所 涉及的半导体激光装置，图14 (a)是俯视图，图14 (b)是图14 (a)的XIVb — XIVb线上的剖视图，图14 (c)是图14 (a)的 XIVc — XIVc线上的剖视图，图14(d)是图14(a)的XIVd — XIVd 线上的剖视图。图15 (a)到图15 (d)显示本发明的第四实施方式所 涉及的半导体激光装置，图15 (a)是俯视图，图15 (b)是图15 (a)的XVb — XVb线上的剖枧图，图15 (c)是图15 (a)的XVc 一XVc线上的剖视图，图15 (d)是图15 (a)的XVd —XVd线上 的剖视图。 符号的说明
10 —衬底；12—半导体层叠层体；12A—光出射端面；12B — 后端面；12a—脊形波导部；13 —n型半导体层；14一活性层；15 —p型半导体层；16 —介电体层；17 —吸光层；17A—第一部分； 17B—第二部分；18—绝缘层；21 — p侧电极；22 — n侧电极；23 —p侧电极垫(pad); 31 — n型GaN层；32 —n型包覆层；33 —n 型引导层；51 —光引导层；52 — p型包覆层；53 —p型接触层；61 — 一次劈开线；62 —劈开引导槽；62a—台阶部。
具体实施例方式
在脊形波导式半导体激光装置中，从脊形波导部中漏出的漏光 使近场辐射图(NFP: Near Field Pattern)恶化，这是被人们广 泛知道的。本申请发明者们首先对光从脊形波导部中怎样漏出这一 事情进行了详细的调查。其结果是，得知下述情况，即脊形波导 部的微小变动(fluctuation )和半导体层表面的表面形貌 (morphology)使在脊形波导部内传播的光散射，由此产生漏光。 此外，还得知下迷事情，即脊形部宽度越窄，受散射的影响的程 度越大，因而漏光越多。 漏光在NFP中存在于脊形波导部的两侧，当用NFP的峰值强 度进行归一化而求出的漏光相对强度为1X1(V3左右时，在远场辐 射图(FFP)中明显地出现紋波。相反，当漏光相对强度在5X10-4 以下时，FFP中的紋波减少很多；当漏光相对强度在1X 104以下 时，在FFP中完全观测不到紋波，能够实现良好的FFP形状。 氮化物半导体激光装置的脊形部宽度一般比较窄，为1/zm至)J 2/zm左右。因此，在氮化物半导体激光装置中容易产生漏光。通 过将脊形部宽度设为比较大的宽度，就能够期待FFP形状得到改 善，然而有导致阈值电流、扭折(kink)及扩散角等其他特性恶化 之虞。因此，变更脊形部宽度是不容易的。此外，在氮化物半导体 激光装置中，会发生下述现象，即由于自发极化和应变所带来的 压电效应而产生能带弯曲、由于很高的注入载流子密度而产生能带 缩小以及由于发热而振荡波长转移为长波长等等。由此，在很多情况下，脊形波导部的振荡波长比周边区域的吸收端的波长长。因此， 漏出的光会不被吸收而成为在脊形波导部的外侧传播的杂散光。该
杂散光最后从光出射端面射出，作为紋波出现在FFP形状中。 如上所迷，在氮化物半导体激光装置中，在结构上难以防止产 生漏光。因此，若要改善NFP和FFP，就有必要采取某种办法来 防止漏光从光出射端面放出。本申请发明者们进行研究，结果发现， 通过在脊形波导部以外的区域内的半导体层上，以吸光程度很强的 材料形成吸光层，则能够高效地吸收漏光。 因为从脊形波导部漏出的漏光会相对于脊形波导部大致对称地 发生，所以可以认为，在脊形波导部的两侧相对于脊形波导部对称 地形成吸光层是很有效的。 此外，明显得知下述事情，即将吸光层形成在光出射端面附 近是最有效的。可以认为，其原因是漏光主要在谐振器方向上传 播，最后从光出射端面放出；在谐振器方向上的光密度分布中，光 出射端面附近的光密度最高。 下面，对根据所述研究结果实现的、改善了 FFP形状的半导体 激光装置加以具体的说明。 (第一实施方式)
参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。图1 (a)到图1 (d)是第一实施方式所涉及的半导体激光装置，图1 (a)显示平 面结构，图1 (b)到图1 (d)分别显示图1 (a)的Ib — Ib线、Ic 一Ic线及Id — Id线上的剖面结构。 本实施方式的半导体激光装置通过劈开而形成，包括具有一对 相向的谐振器端面的谐振器结构。谐振器结构由半导体层叠层体12 和多层介电体反射膜形成，该半导体层叠层体12形成在衬底上， 具有沿谐振器方向延伸的条状脊形波导部12a，该多层介电体反射 膜形成在谐振器端面上。此外，本实施方式的半导体激光装置包括 吸光层17，该吸光层17形成在半导体层叠层体12上的脊形波导 部12a的两侧。这样，就能够吸收从脊形波导部12a中漏出的漏光， 能够改善FFP形状。
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具体而言，半导体层叠层体12具有依次形成在由n型GaN形 成的村底IO上的n型半导体层13、活性层14及p型半导体层15。 只要能够形成激光谐振器，采用什么样的半导体层叠层体12都可 以，例如设为下述结构就可以。 n型半导体层13具有膜厚为1//m的n型GaN层31、膜厚 为2.5//m且由n-Alo.Q4Gao.96N形成的n型包覆层32以及膜厚为 150nm且由n型GaN (rrGaN)形成的n型引导层33。活性层 14由膜厚为3nm且Ino.ioGao.9oN所形成的阱层和膜厚为7.5nm且 Ino.Q2Gao.98N所形成的势垒层的三量子阱(triple quantum well) 构成。p型半导体层15具有膜厚为120nm且由p型GaN(p-GaN) 形成的光引导层51、膜厚为0.5//m且由p-Alo.o5Gao.9sN形成的p 型包覆层52以及膜厚为100nm且由p-GaN形成的p型接触层53。 还可以在半导体层叠层体12与衬底10之间形成有緩冲层，例 如将膜厚为200nm的irGaN用作緩冲层就可以。利用金属有机化 学气相沉积(MOCVD: metal organic chemical vapor deposition) 法等形成半导体层叠层体12就可以。在形成n型层时，用硅(Si) 作为施主杂质(donor impurity),以5X 1017cnr3左右进4亍掺杂就 可以。在形成p型层时，用镁(Mg)作为受主杂质(acceptor impurity)，以1 X 1020cnr3左右进行掺杂就可以。 在半导体层叠层体12中形成有沿谐振器方向延伸的脊形波导 部12a。利用干蚀刻法等选择性地除去p型包覆层52的一部分和p 型接触层53,来形成脊形波导部12a就可以。在脊形波导部12a 的侧面和除了脊形波导部12a以外的p型包覆层52上形成有膜厚 为200nm且由氧化硅(Si02)形成的介电体层16。补充说明一下， 不需要使介电体层16覆盖脊形波导部12a的整个侧面，只要介电 体层16至少覆盖该侧面的一部分就可以。 介电体层16在脊形波导部12a的两侧的规定位置上具有使p 型包覆层52露出的开口部，形成有填充开口部且由非晶硅形成的 吸光层17。后面详细说明吸光层17的位置、大小及材料等等。
在脊形波导部12a上隔着p型接触层53形成有p侧电极21。
14在衬底10的与半导体层叠层体12相反一侧的面(背面)上形成有
n侧电极22。在介电体层16上形成有p侧电极垫23。 p侧电极垫 23形成为覆盖脊形波导部12a，与p侧电极21电连接。 例如用钯(Pd)和铂(Pt)的叠层膜作为p侧电极21就可以。 在形成p侧电极21时，优选先将衬底加热到70t:到100。C而成为 过热状态，再在该状态下进行电子束蒸镀，然后以400。C左右进行 热处理。这样，就能够使p侧电极21的接触电阻减低，并提高紧 贴性。用钛(Ti)、铂(Pt)及金(Au)的叠层膜作为p侧电极垫 23和n侧电极22就可以。
p侧电极垫23形成为与吸光层17之间留有间隔，p侧电极21 和吸光层17互相电绝缘。因此，不会发生下述现象，该现象是 漏电流经过形成为与p型包覆层52接触的吸光层17流到半导体层 叠层体12中。 在半导体层叠层体12的将激光射出的光出射端面12A上形成 有反射率为50%的多层介电体反射膜(未示)，在和光出射端面12A 相反一侧的后端面12B上形成有反射率为95%的多层介电体反射 膜(未示)。由此，半导体层叠层体12发挥激光谐振器的作用。
下面，对吸光层17的形成位置和大小加以更为详细的说明。 图2显示吸光层17和脊形波导部12a在平面上的位置关系。从吸 收来自脊形波导部12a的漏光的角度来看，在p型包覆层52的除 了脊形波导部12a以外的整个面上形成吸光层17就可以。然而， 在实际情况下，形成吸光层17的区域受各种制约。 从原理上考虑，可以认为将吸光层17形成为与光出射端面12A 接触是最有效的。然而，得知下述事情，即若在元件劈开工序之 前跨越劈开线形成吸光层17，该吸光层17就会在进行劈开时成为 障碍物，在劈开端面上产生裂缝或高低差，FFP形状的改善效果减 低。因为需要由吸光特性优良的材料形成吸光层17，所以优选以金 属材料形成吸光层17，如下所述。通过普通蒸镀形成的金属层的非 晶成分较多，因而这种金属层具有延展性而无劈开性。因此，若跨 越元件劈开部分形成金属层，该金属层就会在进行劈开时成为障碍物，在劈开端面上产生裂缝和高低差，或仅有金属层分离到从劈开 线离开的位置上。由此，FFP形状却恶化。鉴于上述情况，有必要
在与光出射端面互相留有间隔的位置上形成吸光层17。
此外，若吸光层17和脊形波导部12a接触，在脊形波导部12a 内传播的主光束就会被吸收。因此，有必要与脊形波导部12a互相 留有间隔地形成吸光层17。然而，若吸光层17与脊形波导部12a 之间的间隔过宽，就有不能吸收影响到FFP形状的漏光之虞。
图3 (a)和图3 (b)分別显示用脊形波导部的宽度为1/zm的 现有半导体激光装置得到的水平FFP强度分布情况、和根据水平 FFP强度分布情况推测出的NFP强度分布情况。通过对FFP分布 进行傅立叶逆变换而推测出了 NFP。因为在FFP强度分布中，光 的相位信息已消失，所以不能求出正确的NFP强度分布。就是说， 因为没有关于NFP的左右分布的非对称性的相位信息，所以不能 够推测NFP形状。然而，将推测出的NFP和NFP的观测结果进 行比较而确认到了推测出的NFP的位置和相对强度与NFP的观测 结果大致一致。 如图3 (b)所示，因为主光束传播到距脊形波导部12a的中心 有2/zm左右的位置，所以将图2所示的脊形波导部12a的中心与 吸光层17之间的距离dl设为短于2/im的值是不适宜的。此外， 如上所述，当漏光的相对强度在1X10-4以下时，漏光几乎不会影 响FFP的形状。因此，优选将图2所示的从脊形波导部12a的中 心到吸光层17为止的距离dl设在10"m以下。可以认为漏光在 距脊形波导部12a的中心有2//m到10//m左右的区域内最大， 因而更优选的是将该距离dl设为2//m到3/zm左右。 接着，对图2所示的吸光层17在谐振器方向上的进深d2进行 研究。需要将该进深d2至少设为能够充分地得到吸收漏光效果的 长度。图4显示吸收系数不同的吸光层17的吸收率和所述进深d2 之间的关系。 如图4所示，在有效吸收系数ae为100cm-i的情况下，若要将 漏光减低到二分之一，就需要将所述进深d2设为70//m左右。此
16夕卜，若要将漏光减低到十分之一，就需要将所述进深d2设为250 //m左右。另一方面，在有效吸收系数ae为1000cmd的情况下， 若要将漏光减低到二分之一，就需要将所述进深d2设为7/im左 右；若要将漏光减低到十分之一，就需要将所述进深d2设为25/z m左右。补充说明一下，有效吸收系数o;e是形成在p型包覆层52 上的吸光层17的下部的有效吸光系数。 但是，在实际情况下，在谐振器内传播的漏光在光出射端面和 后端面上反射着多次经过形成有吸光层17的区域。在光出射端面 上的放射率为50%且后端面上的反射率为95%的情况下，可以推测 为漏光经过形成有吸光层的区域的平均次数大约为三次。因此，即 使在有效吸收系数o;e为100cm^的情况下，若所述进深d2有25 左右，就也能够将漏光减低到二分之一。在有效吸收系数a:e 为1000cm^的情况下，能够将所述进深d2设为更小的长度。
图5显示将漏光减低到二分之一的情况和将漏光减低到十分之
一的情况下的进深d2和有效吸收系数CKe之间的关系。如该图5所
示，进深d2和有效吸收系数ae的倒数成正比。因此，能够以下述 算式求出最小限度的进深d2值。
d2 = cX (1 / o:e) 在此，c是根据漏光的减低率决定的系数。举出c值之一例，在将 漏光减低到二分之一的情况下，c值约为7000，而在将漏光减低到 十分之一的情况下，c值约为23000。在此，这些c值是在本实施 方式中的p型包覆层的铝組成比为3Q/。的条件下得到的值。c值根据 p型包覆层52的铝組成比等的不同而不同。c值有下述倾向，即 p型包覆层的铝组成比变高，则c值变低。 鉴于上述情况，需要根据吸光层17的材料和所需的漏光减低 程度变更吸光层17在谐振器方向上的进深d2，虽然逸么说，优选 进深d2为2 // m到50 // m左右。 氮化物半导体激光器的标准谐振器长度在400到800//m 左右。因此，进深d2值在2/zm到50//m左右的范围内时，能够 使吸光层17和p侧电极垫23在空间上离开。因此，即使在吸光层17具有导电性的情况下，也能够在不设置绝缘膜等的状态下使吸光
层17和p侧电极垫23绝缘。其结果是，能够以筒便的步骤实现改 善FFP形状。但是，在谐振器长度比较长，能够使吸光层17和p 侧电极垫23在空间上离开的情况下，即使将进深d2值设为更长的 值也没有什么问题。 如图3所示，图2所示的吸光层17在端面方向上的宽度d3若 有10〃m左右，就能够对付存在漏光的主要部分。因此，优选该宽 度d3在10〃m以上。此外，与进行一次劈开时一样，若在沿谐振 器方向进行二次劈开时，吸光层17未形成在劈开部分，劈开精度 就提高。因此，优选将吸光层17的端面方向上的宽度d3设为不到 达谐振器的侧面的宽度。 接着，对吸光层17的材料进行研究。如上所述，优选吸光层 17的下部的有效吸收系数o;e在100 cnri以上。吸光层17形成在 漏光传播的层的上部，在空间上与漏光的光分布不一致，所以吸收 效果不得不受限制。但是，能够根据吸光层的折射率n、衰减系数 k及p型包覆层的材料大致地推测出吸光层有效吸收系数ae。
图6显示求出了波长为405nm时的折射率n、衰減系数k及
有效吸收系数CK e之间的关系的结果。有效吸收系数a e是一种指标， 显示形成在P型包覆层上的吸光层的下部的有效吸光程度。因此，
有效吸收系数o;e根据吸光层的吸光特性、和吸光层与p型包覆层 的折射率差等而决定。如图6所示，大致地说，可以采用折射率n 大于2左右且衰减系数k在0.001以上的材料、和折射率n在1到 2左右且衰减系数k在1到4左右的材料。更为详细地说，优选釆 用符合n》1且n + 2k》2这一条件的材料，更优选的是符合n>2 且0.001<k<2.5这一条件的材料。在此，在该情况下，p型包覆 层中的铝的組成比设定为3%。有下迷倾向，即铝的組成比增高， 有效吸收系数a e的值就变大。
在图7中显示主要材料的折射率n和衰减系数k的值。优选采 用符合上述条件的材料即铜(Cu)、钯(Pd)、锆(Zr)、铌(Nb)、 铬(Cr)、镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、镇(W)、钼
18(Mo)或钽(Ta)等金属材料，氮化钛(TiN)、氮化铬(CrN)、 氮化锆(ZrN)、氮化铌(NbN)、氮化钽(TaN)或氮化钼(MoN) 等金属氮化物或者非晶硅(a-Si)等等。此外，也可以釆用这些材 料的叠层膜或合金等。补充说明一下，如果能够确保谐振器方向上 的较大的吸光层进深d2，就也能够采用在所述范围之外的银(Ag) 或铝(Al)等材料。 图8 (a)和图8 (b)显示本实施方式的半导体激光装置的水 平FFP的强度分布情况、和根据FFP推测出的NFP强度分布情 况。图8 (a)和图8 (b)显示在吸光层17由非晶硅形成、吸光层 17的从脊形波导部12a的中心算起的距离dl为2/zm、谐振器方 向上的进深d2为10^m并且端面方向上的宽度d3为50^m的情 况下测得的结果。与图3 (a)和图3 (b)所示的未形成吸光层的 情况相比，紋波大幅度减低，得到了近似于高斯形状的FFP形状。 上面显示的是吸光层17的形状从上面来看呈方形的例子。如 图9 (a)到图9 (c)所示，吸光层17也可以设为其他形状。但是， 从漏光分布和谐振器方向上的光强度分布这些角度来考虑，优选吸 光层17具有下述形状，即越靠近到光出射端面附近，端面方向 上的宽度就越宽；越靠近到脊形波导部附近，谐振器方向上的进深
就越深o 除了形成吸光层17这一点以外，本实施方式的半导体激光装 置的形成方法与一般的半导体激光装置的形成方法一样。首先，按 照一般的方法在衬底10上形成半导体层叠层体12。接着，对p型 包覆层52和p型接触层53选摔性地进行蚀刻，来形成脊形波导部 12a。接着，在形成有脊形波导部12a的半导体层叠层体12上形成 介电体层16后，形成使脊形波导部12a的上表面露出的第一开口 部。接着，在第一开口部中形成由钯和铂形成的p侧电极。接着， 在介电体层16的规定区域中形成使p型包覆层52露出的第二开口 部。例如利用光刻法和緩冲过的氢氟酸(BHF : buffered hydrofluoric acid)形成第二开口部就可以。接着，以硅或金属等 材料进行蒸镀而填充第二开口部，来形成吸光层17就可以。此后，在规定位置上形成P侧电极垫，再使村底10薄膜化，然后在村底
背面上形成n侧电极。接着，从衬底背面进行破裂而进行一 次劈开，
形成谐振器端面，之后在谐振器端面上形成多层介电体反射膜。接 着，沿谐振器方向进行二次劈开，这样就能够得到具有谐振器结构 的半导体激光装置。将得到的半导体激光装置安装在封装体中，进
行布线。 此外，若通过下述工序形成吸光层17，就也可以减低工序数量。 在半导体层叠层体12上形成介电体层16后，在脊形波导部12a的 上表面和形成吸光层17的部分选择性地形成开口部。接着，利用 电子束蒸镀法等在开口部依次形成钯层和铂层。这样，就同时形成 p侧电极21和吸光层17。钇层和粕层的厚度例如为40nm和35nm 就可以。此外，也可以采用其他材料代替钯和铂的叠层膜。 这样，就能够同时形成p侧电极和吸光层，因而能够减低工序 数量。在用钯和铂的叠层体作为p侧电极和吸光层的情况下，当将 吸光层的从脊形部中心算起的距离dl设为2/zm、将吸光层的谐振 器方向上的进深d2设为25//m并且将吸光层的端面方向上的宽度 d3设为50^m时，得到了与采用非晶硅并且将谐振器方向上的进 深d2设为10 m的情况下的吸光效果大致相等的吸收漏光效果。 (第二实施方式)
下面，参照附图对本发明的第二实施方式加以说明。图10 (a) 到图10 (d)是第二实施方式所涉及的半导体激光装置，图10 (a) 显示平面结构，图10 (b)到图10 (d)分别显示图10 (a)的Xb 一Xb线、Xc — Xc线及Xd — Xd线上的剖面结构。在图IO中，以 相同的符号表示与图l相同的结构因素，来省略这些结构因素的说 明。 本实施方式的半导体激光装置的吸光层17具有形成在光出射 端面12A—侧的第一部分17A和形成在后端面12B—侧的第二部 分17B。
吸光层吸收漏光的效果依赖于吸光层在谐振器方向上的长度。 因此，通过在后端面一侧也形成吸光层，则能够将吸光效果提高到
20两^告左右。 从半导体激光装置的制造工序的角度来看，优选第一部分17A 和第二部分17B的形状相同，并且第一部分17A与光出射端面之 间的间隔和第二部分17B与后端面之间的间隔相等。就是说，在半 导体激光装置的制造工序中，优选第一部分17A和第二部分17B 相对于一次劈开线对称。 具体而言，如图ll所示，在两个沿谐振器方向连续不断地形成 于村底上的激光谐振器中，使第一部分17A和第二部分17B相对 于一次劈开线61线对称。若存在相对于劈开线不对称的结构，就 会容易造成劈开位置错动、裂缝及高低差等劈开不良。劈开不良会 成为使FFP形状恶化的原因。通过使第一部分17A和第二部分17B 相对于一次劈开线对称，则能够减低劈开不良发生的频率。这样， 就能够改善FFP形状，并能够提高产品合格率。在该情况下，在通 过劈开得到的半导体激光装置中，第一部分17A和第二部分17B 相对于谐振器结构中的沿端面方向延伸的中心线成线对称关系。 此外，如图12所示，也可以形成劈开引导槽62，以能够更为 容易进行劈开。劈开引导槽62具有什么形状都可以，若顶端呈V 字形，就能够更为容易进行引导。此外，若将深度设定为3/zm左 右，使劈开引导槽62到达n型包覆层32或n型GaN层31，就能 够正确地引导劈开。 在形成了劈开引导槽62的情况下，如图13 (a)和图13 (b) 所示，在光出射端面12A和后端面12B上就形成了劈开引导槽62 的痕迹即台阶部62a。补充说明一下，在第一实施方式所示的、吸 光层17仅形成在光出射端面12A—侧的情况下，若形成劈开引导 槽，就也能够减低劈开不良。 在本实施方式中，若由相同的材料形成吸光层17和p侧电极 21，就也能够减低工序数量。 (第三实施方式)
下面，参照附图对本发明的第三实施方式加以说明。图14(a) 到图14 (d)是第三实施方式所涉及的半导体激光装置，图14 (a)
21显示平面结构，图14 (b)到图14 (d)分別显示图14 (a)的XIVb 线—XIVb线、XIVc线—XIVc线及XIVd线一XIVd线上的剖面结 构。在图14 (a)到图14 (d)中，以相同的符号表示与图l相同 的结构因素，来省略这些结构因素的说明。
在本实施方式的半导体激光装置中，吸光层17由介电体层16 覆盖。因此，即使在吸光层17在谐振器方向上的进深比较大的情 况下，也能够确保p侧电极垫和吸光层17的电绝缘。因此，能够 由有效吸收系数ad艮小的材料形成吸光层17。例如，在釆用有效 吸收系数o:e为100cnri的材料的情况下，若将吸光层17的谐振器 方向上的进深设在300/zm以上，就也能够将漏光强度减低到十分 之一以下的值。
此外，即使在谐振器长度比较短的半导体激光装置中，也能够 确保比较大的、谐振器方向上的进深。例如在谐振器长度为400// m的情况下，能够形成进深有除了端面附近的5/zm的长度即390 m的吸光层。 利用下述办法形成本实施方式的半导体激光装置就可以。以与 第一实施方式一样的方式形成脊形波导部12a。接着，在脊形波导 部12a的两侧选择性地形成膜厚为200nm且由非晶硅形成的吸光 层17。接着，在整个村底IO上形成膜厚为200nm的Si02膜，然 后选择性地除去Si02膜中形成在脊形波导部12a上的部分，来形 成介电体层16。接着，在脊形波导部12a上形成p侧电极21。接 着，形成p侧电极垫23和n侧电极22等，然后进行劈开和反射膜 的形成等。 根据所述办法，在刚形成脊形波导部12a之后就形成吸光层， 因而能够仅以用于电流狭窄化和光的封闭的Si02介电体层16确保 吸光层17与p侧电极21及p侧电极垫23之间的绝缘。因此，能 够以与第一实施方式的工序数量一样的工序数量形成漏光吸收效果 更高的吸光层。这样，就能够实现FFP形状更为良好的氮化物半导 体激光装置。补充说明一下，在本实施方式中也可以设劈开引导槽。 (第四实施方式)下面，参照附图对本发明的第四实施方式加以说明。图15 (a) 到图15 (d)是第四实施方式所涉及的半导体激光装置，图15 (a) 显示平面结构，图15 (b)到图15 (d)分别显示图15 (a)的XVb 线一XVb线、XVc线—XVc线及XVd线—XVd线上的剖面结构。 在图15 (a)到图15 (d)中，以相同的符号表示与图l相同的结 构因素，来省略这些结构因素的说明。
本实施方式的半导体激光装置包括形成在吸光层17与p侧电 极垫23之间的绝缘层18。通过设置绝缘层18，则在吸光层17的 谐振器方向上的进深比较大的情况下，也能够确保p侧电极垫23 与吸光层17之间的电绝缘性。此外，通过设置绝缘层18，则能够 在形成p侧电极21并进行热处理后形成吸光层17。由此，还能够 得到p侧电极21和吸光层17的、可供选摔的材料种类增多这一效 果。 利用下述办法形成本实施方式的半导体激光装置就可以。以与 第一实施方式一样的方式形成p侧电极21和吸光层17后，在整个 衬底10上形成膜厚为50nm且由Si02形成的绝缘层18。接着， 利用光刻法和使用緩冲过的氢氟酸(BHF)的湿蚀刻法，在绝缘层 18中形成使p侧电极21露出的开口部。接着，形成p侧电极垫23 和n侧电极22等后，进行劈开和反射膜的形成等。补充说明一下， 也可以由其他材料形成绝缘层18，来代替Si02。此外，若由相同 的材料形成p侧电极21和吸光层17，就能够减低工序数量。再说， 也可以设劈开引导槽。 一工业实用性一 根据本发明所涉及的氮化物半导体激光装置，能够实现使紋波 减低、使远场辐射图的形状近似于高斯形状的氮化物半导体激光装 置，作为用氮化物制成的、蓝光区到紫外光区的半导体激光装置及 其制造方法很有用，特別是作为成为对高密度光盘进行写入及读出 时的光源的氮化物半导体激光装置及其制造方法等很有用。
权利要求
1.一种半导体激光装置，包括具有一对相向的谐振器端面的谐振器结构，其特征在于所述半导体激光装置包括半导体层叠层体，包括从衬底一侧依次层叠在该衬底上的n型半导体层、活性层及p型半导体层，并具有沿与所述谐振器端面交叉的方向延伸且呈脊形条状的脊形波导部，介电体层，以覆盖所述脊形波导部的两侧面中的至少一部分的方式形成在所述半导体层叠层体上，吸光层，与所述脊形波导部及所述谐振器端面互相留有间隔地形成在所述半导体层叠层体上的所述脊形波导部的两侧，以及p侧电极，形成在所述脊形波导部上。
2. 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于 所述吸光层具有导电性，并且与所述p侧电极电绝缘。
3. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于 所迷半导体激光装置还包括形成在所迷吸光层与所述p侧电极之间的绝缘层。
4. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于 所述吸光层相对于所述脊形波导部线对称。
5. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于所述吸光层形成在所述谐振器端面中的将光射出的光出射端面附近。
6. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于 所述吸光层具有第一部分和第二部分，该第 一部分形成在所述谐振器端面中的将光射出的光出射端面附近，该第二部分形成在所迷谐振器端面 中的和所述光出射端面相反 一 侧的谐振器端面附近。
7. 根据权利要求6所述的半导体激光装置，其特征在于所述第一部分与所述光出射端面之间的间隔和所述第二部分与所述和 所述光出射端面相反一侧的谐振器端面之间的间隔相等。
8. 根据权利要求7所述的半导体激光装置，其特征在于所述第一部分和所述第二部分相对于所述谐振器结构的沿端面方向延 伸的中心线线对称。
9. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于 所迷半导体层叠层体具有形成在所述谐振器端面中的至少除了所述脊形波导部之外的区域中的台阶部。
10. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于所述吸光层与所述脊形波导部的中心之间的间隔在10 // m以下。
11. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于 所述吸光层在与所述脊形波导部平行的方向上的长度在5"m以上。
12. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于 所述吸光层由对应于振荡波长的折射率n和衰减系数k符合n>l及n + 2k>2的条件的材料形成。
13. 根据权利要求12所述的半导体激光装置，其特征在于所述吸光层由对应于振荡波长的折射率n和衰减系数k符合n > 2且 0.001<k<2.5的条件的材料形成。
14. 根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于 所述吸光层含有铜、钇、锆、铌、铬、镍、金、铂、钛、钽、钨、钼以及非晶硅中的至少一种元素。
15. 根据权利要求1所迷的半导体激光装置，其特征在于 所述吸光层含有CrN、 TiN、 ZrN、 NbN、 TaN及MoN中的至少一种化合物。
16. 根据权利要求l所述的半导体激光装置，其特征在于 所述吸光层含有与含在所述p侧电极中的金属材料相同的金属材料。
17. —种半导体激光装置的制造方法，其特征在于 所述半导体激光装置的制造方法包括使n型半导体层、活性层及p型半导体层的结晶依》欠在衬底上生长， 来形成包括该n型半导体层、该活性层及该p型半导体层的半导体层叠层 体的工序，在所述p型半导体层中形成沿谐振器方向延伸的脊形波导部的工序，在所述P型半导体层上形成介电体层的工序，在所述介电体层中形成使所述脊形波导部的上表面露出的第 一 开口 部，并在除了所述脊形波导部和由于劈开而成为谐振器端面的区域之外的 区域的至少一部分中形成使所述P型半导体层露出的第二开口部的工序， 以及通过将金属材料填充在所述第一开口部和所述第二开口部中，来形成 p侧电极和吸光层的工序。
全文摘要
本发明公开了一种半导体激光装置及其制造方法。半导体激光装置包括半导体层叠层体(12)，该半导体层叠层体(12)具有沿与谐振器端面交叉的方向延伸且呈脊形条状的脊形波导部(12a)。在半导体层叠层体(12)上形成有覆盖脊形波导部(12a)的两侧面中的至少一部分的介电体层(16)。在半导体层叠层体(12)上的脊形波导部(12a)的两侧，与脊形波导部(12a)及谐振器端面互相留有间隔地形成有吸光层(17)。
文档编号H01S5/22GK101569068SQ200880001018
公开日2009年10月28日 申请日期2008年11月12日 优先权日2007年11月19日
发明者大野启, 杉浦胜己, 长谷川义晃 申请人:松下电器产业株式会社