专利名称：半导体激光器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种能够以大输出功率工作的半导体激光器的制造方法，它最好应用于通信，激光医疗，激光束加工，激光打印机及类似的领域中。
图6是具有分别密封异质结构的自对准结构半导体激光器(下文中，这种激光器被称之为SCH-SAS LD)的一个例子的结构示图。该激光器发表于IEEE JournalQuantum.Electronics，卷29，第6期(1993)1889-1993页上。
参见图6，在n-GaAs衬底1上依次地形成n-Al GaAs覆层2,GaAs/Al GaAs量子阱有源层5,P-Al GaAs覆层9和P-GaAs接触层10。n-Al GaAs的电流阻断层7嵌入在覆层a内。
在图6所示的自对准结构的半导体激光器中，嵌入了电流阻断层7，该电流阻断层具有一带状窗口，其带隙比覆层9的带隙宽，也就是说，其折射率小于覆层的折射率。因此，在平行于量子阱有源层5的方向(横向)还形成了折射率差异，以便激光还能在带的水平方向上被限制。从而，就能获得二维有效折射率结构。
日本未经审查的专利公开JP-A62-73687(1987)公开了一种自对准结构的半导体激光器，其中上、下覆层分别设置在有源层的两面，电流阻断层设置在上覆层上，然后除去电流阻断层的中心部分以形成一带状凹槽，第三覆层嵌入地生长。
日本未经审查的专利出版物JP-A4-370993(1992)公开了一种自对准结构的半导体激光器，其中由于折射率小于覆层的折射率的阻断层的存在，在带状的横向也形成了一个折射率差异，而且为了便于电流阻断层的带状窗口的再生，在有源层和电流阻断层之间设有一个光导层。
一论文(Applied Physics Letters,vol.37,No3,(1980),p262-263)提出了一种自对准结构的半导体激光器，其中电流阻断层是由带隙比有源层的带隙窄的材料构成的，激光通过电流阻断层的光吸收作用被横向地限制。
图7是具有理想CH的自对准结构半导体激光器(此下文，这种激光器被称之为PSCH-SAS LD)的一个例子的结构示图。这种激光器是以本申请受让人的名义公开在国际专利出版物WO96/12328上。
参见图7，在n-GaAs衬底1上依次地形成n-AlGaAs覆层2,n-AlGaAs光导层3,n-AlGa As载流子阻断层4,GaAs/Al GaAs量子阱有源层5,p-AlGaAs载流子阻断层6,p-AlGaAs光导层8,p-AlGaAs覆层9和p-GaAs接触层10。n-AlGaAs电流阻断层7嵌入在光导层8中。
在这种PSCH-SAS LD中，由于电流阻断层7的存在，在横向内也形成了折射率差异，因此，就能实现二维有效折射率结构。
图8A,8B和8C分别表示制造SCH-SAS LD的常用方法的一个例子的示意图。首先，如图8A所示，n-AlGaAs覆层2,GaAs/AlGaAs量子阱有源层5，和部分P-AlGaAs的覆层9依次在n-GaAs衬底1上晶体生长。然后将成为电流阻断层7的n-AlGaAs层7a均匀地进行晶体生长。
接着，如图8B所示，在即将形成中心带状窗口的区域的横侧内形成掩模，通过晶体未受到破坏的湿腐蚀在n-AlGaAs覆层7a开出带状窗口，以此形成电流阻断层7。此后去掉掩模。
其次，如图所示8C，覆层9的剩余部分进行晶体生长，然后p-GaAs的接触层10也进行晶体生长。
图9A,9B和9C分别表示制造PSCH-SAS LD的常用方法的一个例子的示意图。首先，如图9A所示，n-AlGaAs覆层2,n-AlGaAs光导层3,n-AlGaAs载流子阻断层4,GaAs/AlGaAs量子阱有源层5,p-AlGaAs载流子阻断层6和p-AlGaAs光导层8的一部分依次地在n-GaAs衬底，上晶体生长。然后将成为电流阻断层7的n-AlGaAs层7a均匀地进行晶体生长。
接着，如图9B所示，在即将形成中心带状窗口的区域的横侧形成掩模，通过晶体未受到破坏的湿腐蚀在n-AlGaAs覆层7a开出带状窗口，以此形成电流阻断层7。此后除去掩模。
其次，如图所示9C所示，光导层8的剩余部分进行晶体生长，然后p-AlGaAs的覆层9和p-GaAs的接触层的依次地进行晶体生长。
在这种SCH-SAS LD和PSCH-SAS LD中，为了实行对横向光的限制和抑制电流的扩散以获得极佳的单横模振荡，电流阻断层必须尽可能地位于接近有源层的位置，电流流过的窗口的宽度必须设置成与所设计值精确地一致。
在这种常规的制造方法中，在电流阻断层形成带状窗口的腐蚀工艺过程中，甚至有源层被腐蚀掉的过腐蚀，会频繁地发生，因而就产生一个成品率不高的问题。
作为一种控制腐蚀以达到所期望的深度同时又能防止过度腐蚀发生的技术，人们所公知的一种方法是在电流阻断层下方形成一个自动地化学地中止腐蚀的腐蚀中止层。然而在此方法中，腐蚀的控制能力仅仅在深度方向得到提高，而横向的控制能力，即电流阻断层的窗口宽度的控制能力没有得到提高。由于电流阻断层的窗口宽度影响振荡阀值和横模的稳定性，因此这种使用腐蚀中止层的方法不能充分地解决这个问题。
本发明的目的是提供一种半导体激光器的制造方法，其中能够精确地形成自对准结构的半导体激光器中的电流阻断层的窗口，制造的成品率和可靠性得到提高，同时又能避免对其他层产生不良影响。
本发明提供了一种自对准结构半导体激光器的制造方法，它包括下列步骤在有源层的两面分别提供一对覆层，覆层的带隙比有源层的宽；使具有带状窗口的电流阻断层嵌入在至少一个覆层中；其中阻断层通过选择生长而形成。
根据本发明，通过选择生长形成电流阻断层不包括一个工艺精度较低的腐蚀步骤。因此，其他层，如有源层的过度腐蚀的问题就一定能去除，带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能高再现性地精确地控制。由此就能高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
本发明还提供一种自对准结构半导体激光器的制造方法，它包括分别在有源层的一面形成一光导层或在有源层的两面形成一对光导层，光导层的带隙比有源层的宽；设置一对覆层，将有源层和光导层夹在其间，覆层的带隙比光导层的宽；使具有带状窗口的电流阻断层嵌入在至少一个覆层和光导层之间，其中电流阻断层通过选择生长而形成。
根据本发明，通过选择生长形成电流阻断层不包括一个工艺精度较低的腐蚀步骤。因此，其他层，如有源层的过度腐蚀的问题就一定能去除，带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能高再现性地精确地控制。因此就能高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
本发明又提供一种自对准结构半导体激光器的制造方法，它包括在有源层的一面或两面形成光导层，光导层的带隙比有源层的宽；设置一对覆层，将有源层和光导层夹在其间，覆层的带隙比光导层的宽；
使具有带状窗口的电流阻断层嵌入在至少一个光导层中；其中电流阻断层通过选择生长而形成。
根据本发明，通过选择生长形成电流阻断层不包括一个工艺精度较低的腐蚀步骤。因此，其他层，如有源层的过度腐蚀的问题就一定能去除，带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能高再现性精确地控制。因此就能高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
本发明再提供一种具有理想分别密封异质结构的自对准结构半导体激光器的制造方法，它包括分别在有源层的两面设置一对光导层，光导层的带隙比有源层的宽；设置一对覆层，将有源层和光导层夹在其间，覆层的带隙比光导层的宽；分别地在有源层和光导层之间设置载流子阻断层，载流子阻断层的带隙比有源层和光导层的带隙都宽；使具有带状窗口的电流阻断层嵌入在至少一个光导层中；其中电流阻断层通过选择生长而形成。
根据本发明，通过选择生长形成电流阻断层不包括一个工艺精度较低的腐蚀步骤。因此，其他层，如有源层，光导层或载流子阻断层的过度腐蚀的问题就一定能去除，带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能高再现性地精确地控制。因此就能高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
在本发明中，电流阻断层最好是由Al成分x的含量为0≤x≤0.35的AlxGa1-xAs或不含铝的半导体材料制成。
在选择生长过程中，控制Al成分的含量尽可能低地是非常重要的。在Al成分的含量较高的情况下，由于Al是化学活泼元素，也会在选择生长掩模上发生生长，这样就会使选择生长很难发生进行。特别是在AlxGa1-xAs选择生长过程中，Al成分x的含量超过0.35时，就会在选择生长掩模上生长，其结果是很难发生选择生长。
根据本发明，由于电流阻断层最好是由Al成分x的含量为0≤x≤0.35的AlxGa1-xAs或不含铝的半导体材料制成，电流阻断层的选择生长就比较容易发生。因此，电流阻断层就通过种简单的选择生长而形成，从而就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
顺便说一下，从简化选择生长的角度来看，不含铝的半导体材料最好是GaAs,InGap,InGaAsp或类似的物质。
在本发明中，光导层最好是由Al成分x的含量为0＜x≤0.3的AlxGa1-xAs或不含铝的半导体材料制成。
这种有效折射率波导型的自对准结构的半导体激光器在平行于有源层的方向的带的内和外侧之间需要一个折射率差。在由晶体生长容易产生的AlxGa1-xAs制成的自对准结构的半导体激光器的情况下，由于晶格自动地与GaAs衬底进行对准，通过使电流阻断层的Al成分的含量高于光导层Al的含量就能产生有效折射率结构。顺便说一下，在AlxGa1-xAs中，Al成分的含量越高，折射率就越低。
相反情况是，在光导层是由Al成分含量较低的AlxGa1-xAs制成的情况下，就能控制由AlxGa1-xAs制成的电流阻断层Al成分的含量。在电流阻断层的选择生长过程中，减少电流阻断层Al成分的含量是非常重要的。在Al成分含量较高的情况下，由于铝是化学活泼元素，也会在选择生长掩模上产生生长，其结果是，选择生长就很难产生。例如，在AlxGa1-xAs选择生长过程中，由于在Al成分的含量超过0.35时，生长也会在掩模上产生，因此，选择生长就很难产生。
根据本发明，光导层中Al成分x的含量最好为0＜x≤0.3，以此减少电流阻断层的铝成分。结果，电流阻断层通过这样的一个简单选择生长就形成了，从而就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
在理想的分别密封异质结构中，在光导层的设计中，配置载流子阻断层还提供了进一步的柔性，所以能够使用各种半导体。在使用AlxGa1-xAs的情况下，由于载流子阻断层使载流子有效地限制在有源层中，那么就能形成Al成分含量较低的光导层或电流阻断层。
此外，在形成具有Al成分x的含量为0＜x≤0.3的理想的分别密封异质结构的光导层情况下，即使在Al成分x≤0.35，选择生长将会容易产生的电流阻断层中，折射率差也会在横向充分地产生。因此，电流阻断层通过这样的一个简单选择生长就形成了，从而就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
而且，在本发明中，光导层最好是由不含铝的半导体材料制成的。
在自对准结构的半导体激光器中，如果晶体生长在光导层上的电流阻断层和后来形成在其上的层的晶体特性下降时，那么由此制造的半导体激光器的可靠性削弱。而且，还必须在电流注入带状窗口抑制每层的晶体特性的下降，并防止在生长界面形成阻挡层以有助于电流注入。
根据本发明，由于光导层是由无铝的半导体材料制成的，在制造过程中就能抑制由氧化作用对光导层的表面所产生的劣化。因此，除此之外，可以提高电流阻断层和后来形成的每层的晶体特性。而且，在电流注入带状窗口是可以避免阻挡层的形成。从而就能以高成品率地制造出容易产生晶体生长，可靠性，振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
此外，在本发明中，形成光导层的无铝半导体材料最好是GaAs。
根据本发明，由于光导层是由GaAs制成的，在制造过程中就能抑制由氧化作用对光导层的表面所产生的劣化。因此，除此之外，可以提高电流阻断层和后来形成的每层的晶体特性。而且，在电流注入带状窗口是可以避免阻挡层的形成。而且，如上所述，有助于电流阻断层的选择生长。从而就能以高成品率地制造出容易产生晶体生长，可靠性，振荡阀值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
此外，在本发明中，该方法最好还包括设置一GaAs衬底，并且的形成光导层的无铝半导体材料是能够与GaAs晶格匹配的InGaP或InGaAsP。
根据本发明，由于光导层是由InGaP或InGaAsP材料制成的，和GaAs的情况一样，在制造过程中由于氧化作用对光导层的表面所产生的劣化就能被避免。其结果是在带状窗口的再生界面就能够避免将会对电流注入产生不良影响的阻挡层的形成。而且象生长在光导层上的电流阻断层等层的晶体特性就可以被提高。而且，光导层就能够与GaAs衬底按所希望的那样进行晶格匹配，整个装置的晶体稳定性就改进了。从而就能以高成品率地制造出可靠性，振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
此外，在本发明中，该方法最好还包括在光导层和电流阻断层之间设置一无铝半导体材料的保护层。
根据本发明，由于无铝的半导体保护层是形成在光导层和电流阻断层之间的，在制造过程中由于氧化作用所产生的劣化就能被避免。其结果是在带状窗口的再生界面就能够避免将会对电流注入产生不良影响的阻挡层的形成。而且生长在光导层上的这些层，如电流阻断层的晶体特性就可以提高。因此，就能以高成品率地制造出可靠性，振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
此外，在本发明中，形成保护层的无铝半导体材料最好是GaAs。
根据本发明，由于由GaAs形成的保护层是形成在光导层和电流阻断层之间的，除了提供了GaAs极佳的生长性能，那么上述在制造过程中由于氧化作用而产生劣化和在带状窗口形成阻挡层的问题就一定能够避免。而且生长在光导层上的各层，如电流阻断层的晶体特性就可以被提高。因此，就能以高成品率地制造出可靠性，振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
此外，在本发明中，最好该方法还包括设置一GaAs衬底，并且形成保护层的无铝半导体材料是能够与GaAs晶格匹配的InGaP或InGaAsP。
根据本发明，由于保护层是由能够与GaAs晶格匹配的InGaP或InGaAsP材料制成的。那么在制造过程中由于氧化作用而产生的劣化就能避免。从而它还能够避免将会在带状窗口的再生界面对电流注入产生不良影响的阻挡层的形成。而且生长在光导层上的各层，如电流阻断层的晶体特性就可以提高。而且，光导层就能够与GaAs衬底按所希望的那样进行晶格匹配，整个装置的晶体稳定性就改进了。因此，就能以高成品率地制造出可靠性，振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
在本发明中，有源层最好是由GaAs量子阱形成的。
根据本发明，可以形成具有在由Al成分为0至0.3之间的AlxGa1-xAs制成的光导层上不会发生光吸收的振荡波长的高效量子阱。因此，就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
此外，在本发明中，有源层最好是由InGaAs量子阱形成的。
根据本发明，可以形成具有在由GaAs制成的光导层上不会发生光吸收的振荡波长的高效量子阱。因此，就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的半导体激光器。
此外，在本发明中，对于选择生长最好使用MOCVD(金属有机物化学汽相淀积方法)，MOMBE(金属有机物分子束外延法)，和MBE(分子束外延法)中的一种。
根据本发明，使用掩模预先形成在带状窗口将要形成的区域的一种技术，电流阻断层通过使用MOCVD),MOMBE或MBE形成，然后去除掩膜。由于使用了该技术，带状窗口的尺寸在高度和宽度方向能够以较高的再现性得到精确地控制。
此外，在本发明中，选择生长最好包括下列步骤在电流阻断层即将形成的层上形成用于选择生长的掩模；除了带状窗口即将形成的部位去除选择生长的掩模；除了带状窗口的部位通过整个层的晶体生长形成电流阻断层；去除在带状窗口部位的选择生长的掩模。
根据本发明，省去了腐蚀工艺过程，带状窗口的尺寸就能以较高的再现性得到精确地控制。
本发明的其他目的，特征和效果通过下面参考附图的详细描述将会变得更清楚，其中
图1A,1B和1C本发明第一实施例的制造步骤的剖视图；图2A,2B和2C本发明第二实施例的制造步骤的剖视图；图3A,3B和3C本发明第三实施例的制造步骤的剖视图；图4A,4B和4C本发明第四和第五实施例的制造步骤的剖视图；图5A,5B和5C本发明第六实施例的制造步骤的剖视图；图6是SCH-SAS LD例子的结构视图；图7是PSCH-SAS LD例子的结构视图；图8A,8B和8C表示制造SCH-SAS LD的常规方法的视图；图9A,9B和9C表示制造PSCH-SAS LD的常规方法的视图。
现在参考附图，在下面描述本发明的最佳实施例。
图1A,1B和1C是本发明第一实施例的制造步骤的剖视图，如图1A所示，首先，n-Al0.55Ga0.45As(厚度1.5μm)的覆层22,GaAs/Al0.45Ga0.55As量子阱有源层25(振荡波长780nm)和p-Al0.55Ga0.45As(厚度0.20μm)的覆层29的一部分通过使用MOCVD或类似的方法依次地晶体生长在n-GaAs衬底21上。
在AlGaAs材料中，由于Al成分的含量较高，带隙就变得较宽。在本实施例中，覆层22和29的带隙比量子阱有源层25的要宽。
如上所述晶体生长已经在其上进行的衬底从晶体生长装置中取出，然后放置到电子束蒸发器或类似装置中以便如图1B所示，如由SiO2制成的掩模31形成在整个表面上，其厚度为0.1μm.。此后，掩模除了带状窗口即将形成的中心部位，其他部分通过使用光刻技术去除，以此使掩模31形成为带状的形状。由于掩模31很薄，即使使用常用的光刻技术，带状掩模也能以较高的再现性精确地形成。
接着，在其上形成了掩模31的衬底又返回晶体生长器中，n-GaAs的电流阻断层27(厚度0.80μm)选择生长在覆层29上。结果，如图1B所示，就能获得没有在掩模31形成的区域进行晶体生长的层结构。
此后，掩模31通过氢氟酸水溶液或类似物去除。然后，如图1C所示，覆层29的剩余部分(厚度1.5μm)和p-GaAs接触层30(厚度2.0μm)依次地晶体生长。
这样，通过使用掩模31形成在带状窗口即将形成的部分，电流阻断层27然后通过选择生长形成，此后掩模31去除的这种技术，电流阻断层27的带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能以较高的再现性得到精确地控制，同时还能抑制对各层，如有源层25所产生的不良影响。由于电流阻断层27是通过种选择生长形成的，因此，就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的自对准结构的半导体激光器。
掩模31的材料并不局限于SiO2，任何材料例如SiN，只要它能够选择生长都可以使用。
图2A,2B和2C是本发明第二实施例的制造步骤的剖视图。如图2A所示，首先，n-Al0.45Ga0.55As(厚度1.5μm)的覆层22,GaAs/Al0.20Ga0.80As量子阱有源层25(振荡波长860nm)和p-Al0.30Ga0.70As(厚度0.10μm)的光导层28通过使用MOCVD或类似的方法依次地晶体生长在n-GaAs衬底21上。
在AlGaAs材料中，由于Al成分的含量较高，带隙就变得较宽。在本实施例中，覆层22和29的带隙比量子阱有源层25的要宽。
晶体生长已经在其上如上所述进行的衬底从晶体生长装置中取出，然后放置到电子束蒸发器或类似装置中，以便如图2B所示，如由SiO2制成的掩模31形成在整个表面上，其厚度为0.1μm。此后，掩模除了带状窗口即将形成的中心部位，其他部分通过使用光刻技术去除，以此使掩模31形成为带状的形状。由于掩模31很薄，即使使用常规的光刻技术，带状掩模也能以较高的再现性精确地形成。
接着，在其上形成了掩模31的衬底又返回晶体生长装置中，n-GaAs的电流阻断层27(厚度0.80μm)选择生长在覆层29上。结果，如图2B所示，就能获得没有在掩模31形成的区域进行晶体生长的层结构。
此后，掩模31通过氢氟酸水溶液或类似物去除。然后，如图2C所示，覆层29(厚度1.5μm)和p-GaAs接触层30(厚度2.0μm)依次地晶体生长。
这样，通过使用掩模31形成在带状窗口即将形成的部分，电流阻断层27然后通过选择生长形成，此后掩模31去除的这种技术，电流阻断层27的带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能以较高的再现性得到精确地控制，同时还能抑制对这些层，如有源层25所产生的不良影响。由于电流阻断层27是通过种选择生长形成的，因此，就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的自对准结构的半导体激光器。
掩模31的材料并不局限于SiO2，任何材料例如SiN，只要它能够选择生长都可以使用。
图3A,3B和3C是本发明第三实施例的制造步骤的剖视图。如图3A所示，首先，n-Al0.24Ga0.76As(厚度1.1μm)的覆层22,n-Al0.20Ga0.80As(厚度0.88μm)光导层23,In0.20Ga0.80As/GaAs量子阱有源层25(振荡波长980nm)和p-Al0.20Ga0.80As(厚度0.10μm)的光导层28的一部分通过使用MOCVD或类似的方法依次地晶体生长在n-GaAs衬底21上。
在AlGaAs材料中，由于Al成分的含量较高，带隙就变得较宽。在本实施例中，光导层23,28的带隙比量子阱有源层25的要宽，覆层22和后面所提及的覆层29的带隙比光导层23,28的要宽。
在本实施例中，光导层23形成的厚度比常规的SCH-SAS半导体激光器的要厚。此外，光导层23的带隙设置成足够的宽以大于量子阱有源层25的带隙，以此防止载流子从有源层25过度流到光导层23,28。
晶体生长已经在其上如上所述进行的衬底从晶体生长装置中取出，然后放置到电子束蒸发器或类以装置中，以便如图3B所示，如由SiO2制成的掩模31形成在整个表面上，其厚度为0.1μm。此后，掩模除了带状窗口即将形成的中心部位，其他部分通过使用光刻技术去除，以此使掩模31形成为带状的形状。由于掩模31很薄，即使使用常规的光刻技术，带状掩模也能以较高的再现性精确地形成。
接着，在其上形成了掩模31的衬底又返回晶体生长装置中，n-Al0.33Ga0.67As(厚度0.1μm)的电流阻断层27选择生长在光导层28上。结果，如图3B所示，就能获得没有在掩模31形成的区域进行晶体生长的层结构。
此后，掩模31通过氢氟酸水溶液或类似物去除。然后，如图3C所示，光导层28的剩余部分(厚度0.78μm)就晶体生长，而且p-Al0.24Ga0.76As(厚度1.1μm)覆层29和p-GaAs接触层30(厚度2.0μm)还依次地晶体生长。带状窗口的光导层的厚度最好0.2μm以上，它要比常规的SCH-SAS LD的光导层厚。
这样，通过使用掩模31形成在带状窗口即将形成的部分，电流阻断层27然后通过选择生长形成，此后掩模31去除的这种技术，电流阻断层27的带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能以较高的再现性得到精确地控制，同时还能抑制对其他层，如有源层25所产生的不良影响。由于电流阻断层27是通过这种选择生长形成的，因此，就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的SCH-SASLD。
掩模31的材料并不局限于SiO2，任何材料例如SiN，只要它能够选择生长都可以使用。
图4A,4B和4C是本发明第四实施例的制造步骤的剖视图。如图4A所示，首先，n-Al0.24Ga0.76As(厚度1.1μm)的覆层22,n-Al0.20Ga0.80As(厚度0.88μm)光导层23,n-Al0.50Ga0.50As(厚度0.025μm)的载流子阻断层24,GaAs/Al0.20Ga0.80As量子阱有源层25(振荡波长860nm),p-Al0.50Ga0.50As(厚度0.025μm)的载流子阻断层26和p-Al0.20Ga0.80As(厚度0.10μm)的光导层28的一部分通过使用MOCVD或类似的方法依次地晶体生长在n-GaAs衬底21上。
在AlGaAs材料中，由于Al成分的含量较高，带隙就变得较宽。在本实施例中，光导层23,28的带隙比量子阱有源层25的要宽，覆层22和29和载流子阻断层24,26的带隙比光导层23,28的要宽。
晶体生长已经在其上如上所述进行的衬底从晶体生长装置中取出，然后放置到电子束蒸发器或类似装置中以便如图4B所示，如由SiO2制成的掩模31形成在整个表面上，其厚度为0.1μm。此后，掩模除了带状窗口即将形成的中心部位，其他部分通过使用光刻技术去除，以此使掩模31形成为带状的形状。由于掩模31很薄，即使使用常规的光刻技术，带状掩模也能以较高的再现性精确地形成。
接着，在其上形成了掩模31的衬底又返回晶体生长装置中，n-Al0.33Ga0.67As(厚度0.1μm)的电流阻断层27选择生长在光导层28上。结果，如图4B所示，就能获得没有在掩模31形成的区域进行晶体生长的层结构。
此后，掩模31通过氢氟酸水溶液或类似物去除。然后，如图4C所示，光导层28的剩余部分(厚度0.78μm)进行晶体生长，接着p-Al0.24Ga0.76As(厚度1.1μm)覆层29和p-GaAs接触层30(厚度2.0μm)还依次地晶体生长。
这样，通过使用掩模31设置在带状窗口即将形成的部分，电流阻断层27然后通过选择生长形成，此后掩模31去除的这种技术，电流阻断层27的带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能以较高的再现性得到精确地控制，同时还能抑制对其他层，如有源层25或载流子阻断层26所产生的不良影响。由于电流阻断层27是通过这种选择生长形成的，因此，就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的SCH-SAS LD。
掩模31的材料并不局限于SiO2，任何材料例如SiN，只要它能够选择生长都可以使用。
图5A,5B和5C是本发明第五实施例的制造步骤的剖视图。在本实施例中，通过参考图4A,4B和4C对它作出解释。如图4A所示，首先，n-Al0.17Ga0.83As(厚度1.7μm)的覆层22,n-GaAs(厚度0.55μm)光导层23,n-Al0.30Ga0.70As(厚度0.030μm)的载流子阻断层24,In0.2Ga0.8As/GaAs量子阱有源层25(振荡波长980nm),p-Al0.30Ga0.70As(厚度0.030μm)的载流子阻断层26和p-GaAs(厚度0.10μm)的光导层28的一部分通过使用MOCVD或类似的方法依次地晶体生长在n-GaAs衬底21上。
在AlGaAs材料中，由于Al成分的含量较高，带隙就变得较宽。在本实施例中，光导层23,28的带隙比量子阱有源层25的要宽，覆层22和29和载流子阻断层24,26的带隙比光导层23,28的要宽。
晶体生长已经在其上如上所述进行的衬底从晶体生长装置中取出，然后放置到电子束蒸发器或类似装置中，以便如图4B所示，如由SiO2制成的掩模31形成在整个表面上，其厚度为0.1μm.。此后，掩模除了带状窗口即将形成的中心部位，其他部分通过使用光刻技术去除，以此使掩模31形成为带状的形状。由于掩模31很薄，即使使用常规的光刻技术，带状掩模也能以较高的再现性精确地形成。
接着，在其上形成了掩模31的衬底又返回晶体生长装置中，n-Al0.08Ga0.92As(厚度0.15μm)的电流阻断层27选择生长在光导层28上。结果，如图4B所示，就能获得没有在掩模31形成的区域进行晶体生长的层结构。
此后，掩模31通过氢氟酸水溶液或类似物去除。然后，如图4C所示，光导层28的剩余部分(厚度0.45μm)进行晶体生长，接着p-Al0.17Ga0.83As(厚度1.7μm)覆层29和p-GaAs接触层30(厚度2.0μm)还依次地晶体生长。
这样，通过使用掩模31设置在带状窗口即将形成的部分，电流阻断层27然后通过选择生长形成，此后掩模31去除的这种技术，电流阻断层27的带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能以较高的再现性得到精确地控制，同时还能抑制对其他层，如有源层25或载流子阻断层26所产生的不良影响。由于电流阻断层27是通过这种选择生长形成的，因此，就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的SCH-SAS LD。此外，由于GaAs光导层的存在，它能够避免由氧化作用而产生的劣化。结果，就能够制造和实现没有形成阻挡层的高可靠性的半导体激光器。
掩模31的材料并不局限于SiO2，任何材料例如SiN，只要它能够选择生长都可以使用。
图5A,5B和5C是本发明第六实施例的制造步骤的剖视图。如图5A所示，首先，n-Al0.24Ga0.76As(厚度1.1μm)的覆层22,n-Al0.20Ga0.80As(厚度0.88μm)光导层23,n-Al0.50Ga0.50As(厚度0.025μm)的载流子阻断层24,GaAs/Al0.20Ga0.80As量子阱有源层25(振荡波长860nm),p-Al0.50Ga0.50As(厚度0.025μm)的载流子阻断层26,p-Al0.20Ga0.80As(厚度0.10μm)的光导层28，和p-In0.49Ga0.51P(厚度0.02μm)的保护层32通过使用MOCVD或类似的方法依次地晶体生长在n-GaAs衬底21上。
在AlGaAs材料中，由于Al成分的含量较高，带隙就变得较宽。在本实施例中，光导层23,28的带隙比量子阱有源层25的要宽，覆层22和29和载流子阻断层24,26的带隙比光导层23,28的要宽。
由于保护层32是由无铝的材料形成的，它就能够抑制由氧化作用而产生的劣化。
晶体生长已经在其上进行如上所述的衬底从晶体生长装置中取出，然后放置到电子束蒸发器或类似装置中以便如图5B所示，如由SiO2制成的掩模31形成在整个表面上，其厚度为0.1μm.。此后，掩模除了带状窗口即将形成的中心部位，其他部分通过使用光刻技术去除，以此使掩模31形成为带状的形状。由于掩模31很薄，即使使用常规的光刻技术，带状掩模也能以较高的再现性精确地形成。
接着，在其上形成了掩模31的衬底又返回晶体生长装置中，n-Al0.33Ga0.67As(厚度0.1μm)的电流阻断层27选择生长在光导层28上。结果，如图5B所示，就能获得没有在掩模31形成的区域进行晶体生长的层结构。
此后，掩模31通过氢氟酸水溶液或类似物去除。然后，如图5C所示，光导层28的剩余部分(厚度0.78μm)进行晶体生长，而且p-Al0.24Ga0.76As(厚度1.1μm)覆层29和p-GaAs接触层30(厚度2.0μm)还依次地晶体生长。
这样，通过使用掩模31设置在带状窗口即将形成的部分，电流阻断层27然后通过选择生长形成，此后掩模31去除的这种技术，电流阻断层27的带状窗口的尺寸在高度和宽度方向就能以较高的再现性得到精确地控制，同时还能抑制对有源层25或载流子阻断层26所产生的不良影响。由于电流阻断层27是通过这种选择生长形成的，因此，就能以高成品率地制造出振荡阈值和横模稳定性极佳的SCH-SAS LD。
此外，由于提供了由In0.49Ga0.51P制成的保护层32，它就能够避免由氧化作用而产生的劣化。因此，就能够制造和实现阻挡层没有形成的高可靠性的半导体激光器。
掩模31的材料并不局限于SiO2，任何材料例如SiN，只要它能够选择生长都可以使用。
本发明可以其他的具体形式作出表述而没有脱离其精神或本质特征。因此，本发明的实施例无论从那一点来看都应该认为是用于解释说明的，而不是起限制作用的，本发明的保护范围是由后面的权利要求所限定的，而不是由前面描述来限定，因此所有落在等效权利要求意图和范围内的各种变化都被认为包含在保护范围内。
权利要求
1．一种自对准结构的半导体激光器的制造方法，它包括分别在有源层(25)的两面提供一对覆层(22,29)，覆层的带隙比有源层(25)的宽；使具有带状窗口的电流阻断层(27)嵌入在至少一个覆层中，其中电流阻断层通过选择生长而形成。
2．一种自对准结构半导体激光器的制造方法，它包括在有源层(25)的一面提供一光导层(23,28)或分别在有源层(25)的两面提供一对光导层(23,28)，光导层的带隙比有源层的宽；提供一对覆层(22,29)，将有源层和光导层夹在其间，覆层的带隙比光导层的宽；使具有带状窗口的电流阻断层(27)嵌入在至少一个覆层和光导层之间，其中电流阻断层通过选择生长而形成。
3．一种自对准结构半导体激光器的制造方法，它包括在有源层(25)的一面或两面提供光导层(23,28)，光导层的带隙比有源层的宽；提供一对覆层(22,29)，将有源层和光导层夹在其间，覆层的带隙比光导层的宽；使具有带状窗口的电流阻断层(27)嵌入在至少一个光导层中；其中电流阻断层通过选择生长而形成。
4．一种理想密封结构的自对准结构半导体激光器的制造方法，它包括分别在有源层(25)的两面提供一对光导层(23,28)，光导层的带隙比有源层的宽；提供一对覆层(22,29)，将有源层和光导层夹在其间，覆层的带隙比光导层的宽；分别地在有源层和光导层之间提供载流子阻断层(24,26)，载流子阻断层的带隙比有源层和光导层的带隙都宽；使具有带状窗口的电流阻断层(27)嵌入在至少一个光导层中；其中电流阻断层通过选择生长而形成。
5．如权利要求1至4中的任一个所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于电流阻断层(27)是由Al成分x的含量为0≤x≤0.35的AlxGa1-xAs或不含铝的半导体材料制成。
6．如权利要求2至5中的任一个所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于光导层(23,28)是由Al成分x的含量为0＜x≤0.3的AlxGa1-xAs材料制成。
7．如权利要求2至5中的任一个所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于光导层(23,28)是由无铝的半导体材料制成。
8．如权利要求7所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于形成光导层(23,28)的无铝半导体材料是GaAs。
9．如权利要求7所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于还包括设置由GaAs制成的衬底(21)，其中形成光导层(23,28)的无铝半导体材料是能够与GaAs晶格匹配的InGaP或InGaAsP。
10．如权利要求2至5中的任一个所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于还包括在光导层和电流阻断层之间形成无铝半导体材料制成的的保护层(32)。
11．如权利要求10所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于形成保护层(32)的无铝半导体材料是GaAs。
12．如权利要求10所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于还包括提供由GaAs制成的衬底(21)，其中形成保护层(32)的无铝半导体材料是能够与GaAs晶格匹配的InGaP或InGaAsP。
13．如权利要求6,7和10中的任一个所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于有源层(25)是由GaAs制成的。
14．如权利要求6,7和10中的任一个所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于有源层(25)是由InGaAs制成的。
15．如权利要求1至4中的任一个所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于选择生长是使用MOCVD(金属有机物化学汽相淀积方法)，MOMBE(金属有机物分子束外延法)，和MBE(分子束外延法)中的一种。
16．如权利要求1至4中的任一个所述的半导体激光器的制造方法，其特征在于选择生长包括下列步骤在电流阻断层即将形成的层上形成用于选择生长的掩模；除了带状窗口即将形成的部位外，去除形成在层上的选择生长的掩模；除了带状窗口的部位之外，通过整个层的晶体生长形成电流阻断层；去除在带状窗口部位的选择生长的掩模。
全文摘要
在自对准结构半导体激光器中分别在有源层25的两面设置一对光导层23和28,光导层的带隙比有源层25宽;形成一对覆层22,29,能使有源层25和光导层23、28夹在其间,覆层的带隙比光导层23和28的宽;一对载流子阻断层24,26分别设置在有源层25和光导层23、28之间,载流子阻断层的带隙比有源层25和光导层23、28的带隙宽;使有带状窗口的电流阻断层27嵌入至少一个光导层23和28中,电流阻断层27通过选择生长而形成。
文档编号H01S5/20GK1213199SQ9812055
公开日1999年4月7日 申请日期1998年9月18日 优先权日1997年9月18日
发明者藤本毅, 内藤由美, 大久保敦, 山田义和 申请人:三井化学株式会社