半導體激光器及其生產方法技術

本發明專利技術的半導體激光器包括：第一電導型包層，在諧振器延長方向上至少有一個脊型結構的第二電導型包層，位于兩包層間的有源層和至少覆蓋脊型結構一個側面的電流阻擋層。電流阻擋層包括了氫化第一電介質膜。在這種由電介質生成電流阻擋層的結構中，光的限制效率被增強，激光器振蕩閾值降低，且在高溫和大功率振蕩下的電流特性被改善。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于光盤系統中光源等的半導體激光器，尤其是具有脊型條紋結構的半導體激光器，其中用電介質膜抑制了電流，消除了掩埋增長(burying growth)。
技術介紹
近年來，由于DVD和CD的廣泛使用，半導體激光器應用于各種領域，因此強烈要求減少半導體激光器的生產費用和產品從訂貨到交貨的時間。圖6(參見JP6(1994)-237038A)示出了半導體激光器常用的掩埋脊型條紋結構。這種結構由下述方法生成。首先，使用金屬有機物氣相生長方法(以下稱MOCVD法)在第一電導型襯底201上外延生長以下各層緩沖層202，第一電導型包層203，引導層204，有源層205，引導層206，第二電導型包層207，異質緩沖層(hetero buffer layer)208和覆蓋層209。絕緣層(圖中未顯示)在覆蓋層209上生成并呈條紋圖案，再以該條紋圖案為掩膜將第二電導型包層207刻蝕生成脊型。之后，使用MOCVD法選擇性生長第一電導型電流阻擋層210。除去該條紋圖案后，使用MOCVD法生長第二電導型接觸層211。此外，再分別生成n極212和p極213。采用這種結構，生產過程中要完成三次MOCVD工藝，因此很難減少生產費用。其次，以電介質膜為電流阻擋層的脊型條紋結構半導體激光器如圖7A(見JP11(1999)-186650A)所示。生成這種結構的過程中，使用MOCVD法在第一電導型襯底301上外延生長以下各層緩沖層302，第一電導型包層303，引導層304，有源層305，引導層306，第二電導型包層307，異質緩沖層308和覆蓋層309。絕緣層(圖中未顯示)在覆蓋層309上生成并呈條紋圖案，此后，再以該條紋圖案為掩膜將第二電導型包層307刻蝕成脊型。此外，在該脊的兩側均提供由電介質膜制成的電流阻擋層310。進而，再分別生成n極311和p極312。使用電介質膜的脊型條紋結構只需完成一次MOCVD工藝，因此生產費用會比圖6所示例子減少很多。而且，由于減少了生長步驟，制造過程中的生產時間也將減少。尤其在單片型雙波長激光器中，晶體生長步驟和生產過程更為復雜，因此可以認識到，采用圖7A所示結構會大大減少生產費用和產品從訂貨到交貨的時間。生產如圖7A所示的具有脊型條紋結構的激光器僅使用一次外延生長法，這種激光器可采用諸如氧化硅(以下稱SiO2)膜或氮化硅(以下稱SiN)膜等電介質膜作為電流阻擋層，與AlGaAs或AlGaInP為基質的半導體層相比，這些膜具有相當小的折射率。例如，對于波長為650nm的光，各折射率為AlGaAs＝3.1到4.1，AlGaInP＝3.2到3.6；而SiO2＝1.5，SiN＝2.0。相應地，電流阻擋層與構成脊型部分和包層的半導體層間的折射率差變大了。因此，為了調整出射光的張角，如圖7A所示，需要增加脊型部分外側的第二電導型包層307的膜厚度H以增強對光的限制。因此，如圖7B所示，電流的無效部分314從光發射區域313泄漏，注入了有源層305，由此引出工作電流增加的問題。工作電流的增加有可能降低半導體激光器元件的溫度特性，并大大降低其高溫可靠性。專利技術概述為了克服上述傳統例子中的缺點，本專利技術的一個目的是提供了一個脊型條紋結構的半導體激光器，該激光器用電介質膜作為電流阻擋層，這種電介質膜對于發射波長具有足夠小的吸收系數，且與包層的折射率差也足夠小，正適合于限制光，所以半導體激光器有很小的激光振蕩閾值并在高溫和大功率下振蕩時表現出極好的電流特性。而且，本專利技術的另一個目的是提供生產此種半導體激光器的方法。為了解決上述問題，本專利技術的半導體激光器包括以下幾部分第一電導型包層，第二電導型包層，該包層至少有一個在諧振器方向延伸脊型結構，位于兩包層間的有源層和電流阻擋層，該電流阻擋層至少要覆蓋脊型結構一個側面。電流阻擋層包括氫化第一電介質膜。附圖簡述附圖說明圖1是根據實施例1的半導體激光器的橫截面結構圖；圖2A到圖2C是根據實施例1的半導體激光器制造過程的橫截面圖；圖3A和圖3B是根據實施例1的半導體激光器的電流特性曲線；圖4是根據實施例1的半導體激光器的內部損耗與氫化非晶硅的膜厚度間的關系曲線；圖5是根據實施例2的半導體激光器的橫截面結構圖；圖6是根據現有技術中掩埋脊型條紋結構半導體激光器的橫截面結構圖；圖7A和圖7B是根據現有技術中具有電介質膜電流阻擋層的條紋結構半導體激光器的橫截面結構圖；圖8A和圖8B分別是波長與折射率間的相互關系，以及波長與不同電介質材料吸收系數間的相互關系的曲線；圖9A到圖9C是根據現有技術中半導體激光器的安裝過程的橫截面圖。優選實施例的描述本專利技術的半導體激光器中，氫化第一電介質膜用作電流阻擋層，這種膜對于發射波長具有大的折射率和足夠小的吸收系數。因此，可以減小脊型部分內外的折射率差。相應地，可以減少引入有源層的無效電流，并同時減小了元件的閾值電流，因此半導體激光器元件在高溫和大功率振蕩時有極好的電流特性，且元件可被大產量生產。本專利技術的半導體激光器中，為阻止氫擴散，電流阻擋層最好包括位于第一電介質膜和脊型結構間的第二電介質膜。這種結構可以抑制電流阻擋層等各層中，由第一電介質膜擴散的氫引出的障礙物的出現。第一電介質膜最好是非晶硅，非晶硅的厚度最好為0.1μm或更大。更優選的是，能在第一電介質膜的兩面都提供第二電介質膜。當然，第二電介質膜最好含氮或鋁。具體地說，第二電介質膜最好由下列物質構成氮化硅(SiN)，氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)，包含這些原料的化合物或氮化鈦鋁(AlTiN)。第一和第二電介質膜可以相鄰。第二電介質膜的厚度優選為在2nm到50nm(包括2nm和50nm)的范圍，最好在5nm到50nm(包括5nm和50nm)的范圍。生產一種上述結構的半導體激光器時，最好能使用電子回旋共振(以下稱ECR)濺射法或ECR-CVD法生成第一電介質膜和第二電介質膜。為了解決上述現有技術中的問題，本專利技術者用電介質膜作為電流阻擋層進行試驗，這種膜對于該發射波長有足夠小的吸收系數并具有比SiO2或SiN更大的折射率。關于不同的電介質材料，圖8A示出了折射率對波長的依賴關系，以及圖8B示出了吸收系數對波長的依賴關系。試驗的結果是，發現氫化非晶硅在對于波長是600nm或者更長的光具有比SiO2或SiN更大的折射率以及足夠小的吸收系數。專利技術者因此研究性地生產了包含這種材料作為電流阻擋層的半導體激光器，但已意識到，在不同的情況下可能發生以下問題。以具有圖7A所示結構的半導體激光器為例子進行描述。在這種半導體激光器生產過程中，形成電流阻擋層310后，電流阻擋層310的一部分將被除去，以露出覆蓋層309的頂部。此后，在襯底的背面形成由Au，Ge和Ni做成的n極311，在襯底的正面形成由Cr/Pt/Au做成的p極312，然后進行合金處理，以得到歐姆接觸。但是，已認識到，在合金處理中，電流阻擋層310和p極312有可能被抬升或脫落。這個現象的出現可認為有以下原因在氫化非晶硅膜作為電流阻擋層310的情況下，半導體激光器暴露在200℃或更高溫度時，引起了非晶硅膜中的氫的擴散，這些擴散后的氫在包層307和電流阻擋層310間積累，然后膨脹，于是導致像水泡一樣地脫落。如果發生了這樣的脫落現象，那么電流阻擋本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體激光器，包括：第一電導型包層；第二電導型包層，其具有在諧振器方向延伸的至少有一個脊型結構；位于所述兩包層間的有源層；和至少覆蓋該脊型結構一個側面的電流阻擋層，其中該電流阻擋層包括氫化第一電介 質膜。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：牧田幸治，足立秀人，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]