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CN1913262A - 半导体激光装置及其制造方法 - Google Patents

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CN1913262A CNA2006101090354A CN200610109035A CN1913262A CN 1913262 A CN1913262 A CN 1913262A CN A2006101090354 A CNA2006101090354 A CN A2006101090354A CN 200610109035 A CN200610109035 A CN 200610109035A CN 1913262 A CN1913262 A CN 1913262A
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Abstract

本发明构成发光特性佳、高效率且高输出的半导体激光装置。该半导体激光装置具备第一LD结构(14)，该结构具备：n－GaAs衬底(12)上依次配设的第一n型包层；包含量子阱层的第一激活层(18)；该第一激活层(18)上配设的第一p型包层(20)；该第一p型包层(20)上配设、具有与第一p型包层(20)相同构成元素的p型的信号层(22)；以及该信号层(22)上条纹台面状配设，具有与信号层(22)相同构成元素且其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于信号层(22)的p型的脊波导(24)。

Description

半导体激光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体激光装置及其制造方法，具体地说，涉及信息电子设备中使用的半导体激光装置及其制造方法。
背景技术
作为高速且大容量的存储装置之一的最近需求高涨的DVD装置，在复合型装置中内置DVD-R/RW装置以及CD-R/RW装置，使用DVD装置用的半导体激光器(发光波长在650nm附近的激光二极管(以下激光二极管称为LD))和CD装置用的半导体激光器(发光波长在780nm附近的LD)这2种半导体激光器。
这样的以例如2种波长发光的半导体激光器不是通过形成具有特定波长的单体半导体激光器并多个组装而成的，而是通过同一衬底上在一个芯片上搭载的单片2波长半导体激光元件(以下称为单片型2波长LD)的开发而成的。从而，不同发光波长的半导体激光器的发光点位置的对齐可高精度进行，且可减少光学系统的部件数。
该单片型2波长LD的制造方法的概略说明如下。
首先在n型GaAs衬底(以下″n型″表示为″n-″，″p型″表示为″p-″，无杂质添加表示为″i-″。)上通过MOCVD法或MBE法进行依次外延生长并层叠：n-AlGaInP包层、阻挡层及阱层组成的多重量子阱(Multiple Quantum Well，以下表示为″MQW″。)激活层；第一p-AlGaInP包层，例如Ga0.58In0.42P的第一刻蚀停止层(以下，「刻蚀停止层」称为「ESL层」)及第二p-AlGaInP包层。然后，形成以条纹状覆盖第二p-AlGaInP包层上的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模选择地刻蚀直到n-GaAs衬底露出为止，使n-AlGaInP包层、MQW激活层、第一p-AlGaInP包层、第一ESL层及第二p-AlGaInP包层作为第一台面状叠层结构残留。该第一台面状叠层结构形成CD装置用的半导体激光器。
接着，除去第一台面状叠层结构的表面上残留的抗蚀剂图案，在包含第一台面状叠层结构的GaAs衬底上，依次形成n-AlGaInP包层、MQW激活层、第一p-AlGaInP包层、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P的第二ESL层及第二p-AlGaInP包层。然后，与第一台面状叠层结构邻接形成以条纹状覆盖第二p-AlGaInP包层的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模选择地刻蚀，使n-AlGaInP包层、MQW激活层、第一p-AlGaInP包层及第二ESL层及第二p-AlGaInP包层作为第二台面状叠层结构残留的同时，使第一台面状叠层结构的第二p-AlGaInP包层露出。通过这样形成的第二台面状叠层结构，形成DVD装置用的半导体激光器。
接着，在第一台面状叠层结构及第二台面状叠层结构各自的第二p-AlGaInP包层的表面，形成用以形成脊波导的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模个别地进行干刻蚀，直到第一ESL层及第二ESL层中各自的刻蚀停止，在第一台面状叠层结构及第二台面状叠层结构中分别形成脊波导。
或者，在第一台面状叠层结构及第二台面状叠层结构不设置第一ESL层及第一ESL层，在第一台面状叠层结构及第二台面状叠层结构各自的第二p-AlGaInP包层的表面形成用以形成脊波导的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模进行干刻蚀，通过时间控制使刻蚀停止，形成脊波导。
该脊波导的加工的控制性影响形成的脊波导的刻蚀深度的尺寸精度。该脊波导的尺寸精度对激光横方向的扩散角度即FFPx(″FFP″是″Far Field Pattern″)有大的影响，并对激光元件的发光特性有大的影响，因此该刻蚀工序是重要的工序。从而，脊波导加工时，通过在外延生长层设置刻蚀停止层来提高刻蚀的控制性。
作为在外延生长层具有刻蚀停止层的单片型2波长LD的例，有2波长激光装置，其具备：具有Al0.4Ga0.6As的第一p型包层和该第一p型包层上叠层的GaInP的p型刻蚀停止层和该刻蚀停止层上形成的脊状的Al0.4Ga0.6As的第二p型包层的发光波长780nm的第一激光二极管及具有(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P组成的第一p型包层和该第一p型包层上叠层的GaInP的p型刻蚀停止层和该刻蚀停止层上形成的脊状的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P组成的第二p型包层的发光波长650nm的第二激光二极管，且该2波长激光装置的第一激光二极管及第二激光二极管的刻蚀停止层都设为AlGaAs，存在公开该装置的公知文献。(例如，参照专利文献1[0043]、[0045]及[0066]以及图1及图7)。
另外，存在公开了半导体激光元件的制造中的包含激活层的化合物半导体层的条纹(台面部)形成时的台面刻蚀的公知文献。该公知文献的半导体激光元件在n-GaAs衬底上设置由GaAlAs组成的刻蚀结束检出层，在该刻蚀结束检出层上，依次形成n型GaAs组成的隔离层、GaAlAs组成的n型包层、GaAlAs组成的激活层、GaAlAs组成的p型包层、GaAs组成的覆盖层。公开了以该覆盖层上形成的条纹状的绝缘膜作为掩模进行干刻蚀，在发光频谱检出刻蚀结束检出层被刻蚀的时刻发生的Al，从而使刻蚀停止的方法。通过该方法，在干刻蚀时进行时间管理也可以进行加工尺寸精度高的台面部刻蚀。(例如，专利文献2的109页左上栏及右上栏)。
[专利文献1]日本特开2002-261397号公报
[专利文献2]日本特开昭64-73726号公报
发明内容
通常，脊波导刻蚀时，作为使刻蚀停止的方法，有利用湿刻蚀液的化学性质使外延生长层具备ESL层而使刻蚀停止或通过干刻蚀进行时间控制的方法。
但是，干刻蚀的时间控制中，刻蚀深度的精度不充分。
另外，湿刻蚀使用的ESL层中，被刻蚀层和材料组分显著不同。因而半导体激光元件中若残留ESL层，则会损害半导体激光元件的电光特性。
特别地，单片型2波长LD中，DVD用LD中若残留ESL层，则光吸收导致的振荡效率降低，会成为阻碍高输出化的要因之一。另外，即使是干刻蚀中设置刻蚀结束检出层来进行干刻蚀的停止的场合，若在半导体激光元件残留刻蚀结束检出层，也会损害半导体激光元件的电光特性。因而，必须采用即使刻蚀结束检出层残留在半导体激光元件也尽可能不影响半导体激光元件的电光特性的构成。
另外，使用刻蚀结束检出层时，特别是在单片型2波长LD中，DVD用LD中若残留刻蚀结束检出层，则光吸收导致的振荡效率降低，会成为高输出化的阻碍要因。
本发明为解决上述问题而提出，第一目的是构成发光特性佳、高效率且高输出的半导体激光装置，第二目的是提供以简单工序可制造发光特性佳、高效率且高输出的半导体激光装置的制造方法。
本发明的半导体激光装置，具备第一导电型的衬底和在该衬底上配设的第一半导体激光器结构，该结构在上述衬底上依次配设：第一导电型的第一第一包层；该第一第一包层上配设的包含量子阱层的第一激活层；该第一激活层上配设的第二导电型的第一第二包层；该第一第二包层上配设的具有与上述第一第二包层相同构成元素的第二导电型的刻蚀结束检出层；以及该刻蚀结束检出层上条纹台面状配设，具有与刻蚀结束检出层相同的构成元素，其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于上述刻蚀结束检出层的第二导电型的第一第三包层。
本发明的半导体激光装置中，用刻蚀结束检出层使刻蚀停止的第一第三包层的刻蚀深度具有期望的尺寸精度，激光横方向的扩散角度的偏差少，发光特性佳。刻蚀结束检出层具有与第一第三包层相同的构成元素，因此，可使刻蚀结束检出层的材料构成接近第一第三包层的材料构成的同时，用其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于第一第三包层的材料形成，因此可提高刻蚀结束的检出精度，可使刻蚀结束检出层的层厚较薄。因而即使在第一半导体激光器结构残留刻蚀结束检出层，也可抑制光吸收导致的振荡效率的降低。进而，可构成发光特性佳、高效率且高输出的半导体激光装置。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的半导体激光器的截面图。
图2是本发明的半导体激光器的干刻蚀装置的模式图。
图3是本发明的一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中的半导体激光器的截面图。
图4是本发明的一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中的半导体激光器的截面图。
图5是本发明的一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中的半导体激光器的截面图。
图6是本发明的一个实施例的半导体激光器的截面图。
图7是本发明的一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中的半导体激光器的截面图。
图8是本发明的一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中的半导体激光器的截面图。
图9是本发明的一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中的半导体激光器的截面图。
图10是本发明的一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中的半导体激光器的截面图。
[符号的说明]
12n-GaAs衬底，16第一n型包层，18激活层，20第一p型包层，22信号层，24脊波导，14第一LD结构，76第二n型包层，78第二激活层，80第二p型包层，74第二LD结构，62第一台面状叠层结构，84第二台面状叠层结构。
具体实施方式
实施例1
图1是本发明的一个实施例的半导体激光器的截面图。以下的图中相同符号表示相同或相当的部分。
图1中，半导体激光器10是发光波长在780nm波段的脊波导型的LD。半导体激光器10由作为第一导电型衬底的n-GaAs衬底12和作为第一半导体结构的780nm波段的第一LD结构14构成。
该第一LD结构14在n-GaAs衬底12上依次配设以下层：作为第一第一包层的第一n型包层16，由例如层厚3μm的n-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P形成；作为第一激活层的第一激活层18，包含发光波长调节为780nm的InvGa1-vAs的量子阱层且层厚为50nm；作为第一第二包层的第一p型包层20，由例如p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P形成；作为刻蚀结束检出层的信号层22，例如层厚为30nm，由p-(Al0.3Ga0.7)0.51In0.49P形成；及作为第一第三包层的脊波导24，在该信号层22的表面上由例如层厚1.5μm的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P形成为条纹脊状。
第一p型包层20、信号层22、脊波导24具有相同的材料构成，相互为互补关系的元素(这里是Al和Ga)的组分比不同。该实施例1中，例如，第一p型包层20的构成是p-(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P，信号层22的构成是p-(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P，脊波导24是p-(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3P。半导体激光器10中x1＝x3，且y1＝y3。
这些材料构成中Al和Ga的组分比是互补的关系。该实施例中，信号层22的Ga的组分比大于脊波导24的Ga的组分比，有(1-x2)-(1-x3)＞0.2成立。同时x3-x2＞0.2成立，为了检出脊波导24干刻蚀时的结束时期，重要的是伴随Ga的组分比变大而Al的组分比变小。
在脊波导24的表面上设置p电极26，并且在n-GaAs衬底12的背面侧设置n电极28。
接着说明半导体激光器10的制造方法。
图2是本发明的半导体激光器的干刻蚀装置的模式图。
干刻蚀的方法可以是ECR方式或ICP方式，这里说明ICP方式的刻蚀装置。
图2中，干刻蚀装置34的反应室36具备刻蚀气体的供给口38和刻蚀气体的排出口40。刻蚀气体从供给口38供给(供给口38的箭头表示气体的流入)。处理结束后的刻蚀气体通过真空排气装置(未图示)从排出口40向外部排出(排出口40的箭头表示气体的流出)。
在反应室36的中央部设置载置台42，其上载置进行刻蚀的晶片44。载置台42与接地端之间连接有FR电源46，对载置台42施加高频电压。
另外在载置台42的上部设置钟罩47，并设置卷绕该钟罩47的ICP(Inductor Coupled Plasma)线圈48，该ICP线圈48与RF电源50连接。通过该RF电源50对ICP线圈48施加高频电压，在反应室36的内部发生高密度的等离子。
反应室36中还设置观测窗52。该观测窗52中设置受光部53，由该受光部53检出来自干刻蚀中的等离子的发光。来自由受光部53检出的等离子的光经由光纤54进入等离子发光监视系统56。等离子发光监视系统56中若检出预先设定的信号层22的发光种，则通过来自等离子发光监视系统56的信号，停止干刻蚀装置34的干刻蚀。
图3、图4及图5是本发明一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中半导体激光器的截面图。
如图3所示，首先，通过MOCVD法或MBE法依次在n-GaAs衬底12上外延生长层叠：作为第一n型包层16的n-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层；包含InvGa1-vAs的量子阱层的第一激活层18；作为第一p型包层20的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层；作为信号层22的p-(Al0.3Ga0.7)0.51In0.49P层；及脊波导24形成用的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层。
接着如图4所示，在脊波导24形成用的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层表面上涂敷抗蚀剂，通过光刻法，在形成该p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层的表面的第一LD结构14的部分，形成残留有条纹状的抗蚀剂的抗蚀剂图案60。然后，以该抗蚀剂图案60为掩模，通过干刻蚀进行刻蚀直到n-GaAs衬底12露出，形成作为第一半导体叠层的第一台面状叠层结构62。第一台面状叠层结构62中包含：作为第一n型包层16的n-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层；包含InvGa1-vAs的量子阱层的第一激活层18；作为第一p型包层20的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层；作为信号层22的p-(Al0.3Ga0.7)0.51In0.49P层；及脊波导24形成用的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层。
接着如图5所示，除去第一台面状叠层结构62的表面上残留的抗蚀剂图案60，在包含第一台面状叠层结构62的n-GaAs衬底12上重新涂敷抗蚀剂。然后，在第一台面状叠层结构62的最上层的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层的表面上，通过光刻法形成残留有脊波导24形成用的条纹状抗蚀剂的抗蚀剂图案64，以该抗蚀剂图案64为掩模进行干刻蚀，直到信号层22的刻蚀可以被明确辨认后停止刻蚀。然后，除去抗蚀剂图案64，在脊波导24的表面形成p电极26，并在n-GaAs衬底12的背面侧形成n电极28，从而形成半导体激光器10。
进一步说明该脊波导24的脊状形成工艺。
作为第一p型包层20的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层和脊波导24形成用的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层，由材料组分为相同构成且具有相同组分比的材料构成。作为信号层22的p-(Al0.3Ga0.7)0.51In0.49P层虽然是与构成第一p型包层20和脊波导24的材料相同的材料组分，但是两种互补关系的元素即Al和Ga的组分比不同，构成信号层22的材料与构成第一p型包层20和脊波导24的材料相比，Ga的组分比大，Al的组分比小。
在这样构成的第一台面状叠层结构62的脊波导24形成用的p-(Al0.5Ga0.5)0.49In0.49P层的表面，形成抗蚀剂图案64，以该抗蚀剂图案64为掩模，使用图3所示的干刻蚀装置34进行干刻蚀后，来自刻蚀中的等离子的发光经由观测窗52由受光部53检出，进入等离子发光监视系统56。刻蚀中的Ga的发光频谱强度增加时，可判定刻蚀达到信号层22，因此从等离子发光监视系统56向干刻蚀装置34发送刻蚀停止的信号。
该等离子发光监视系统56中，预先选定在取得的来自等离子的发光中适合于进行刻蚀的终点检出的发光元素和发光频谱。在选定发光元素及发光频谱时，重要的是，特定的发光频谱不与其他发光频谱重叠，以及获得可尽可能高精度地判定期望的刻蚀结束位置的发光强度变化。
而且，重要的是信号层22在脊波导24和第一p型包层20之间的残留不会成为半导体激光器10的发光特性和电气特性显著降低的要因。
考虑到这些条件，该半导体激光器10中，使构成第一p型包层20和脊波导24的材料相同，且该材料和构成信号层22的材料为相同的材料组分，同时使两种互补关系的元素即Al和Ga的组分比稍微不同，尽可能地抑制发光特性和电气特性的降低。
脊波导24形成用的刻蚀中，在波长400nm附近观测到Ga、In及Al的强频谱。从而这里特定为来自Ga的发光频谱，在Ga的发光频谱中，将Ga的417.2nm频谱选定为刻蚀结束检出的波长。
构成脊波导24的材料和构成信号层22的材料中，构成脊波导24的材料为Al的组分比0.5，Ga的组分比0.5，相对地，构成信号层22的材料为Al的组分比0.3，Ga的组分比0.7。因而，通过由等离子发光监视系统56观测Ga的417.2nm频谱，确认其频谱的强度可靠地变强，可判定刻蚀达到信号层22，从而刻蚀停止的信号从等离子发光监视系统56发送到干刻蚀装置34。
在构成脊波导24的材料和构成信号层22的材料之间，为了更敏锐把握频谱强度的变化，考虑了以下方面。
即，不仅考虑Ga的组分比从0.5增加到0.7导致Ga的频谱强度的增加，还考虑Al的组分比从0.5减少到0.3引起Al的频谱强度的减少，求出构成信号层22的材料的Al频谱强度对构成脊波导24的材料的Al频谱强度的比即Al频谱强度比，同样求出构成信号层22的材料的Ga频谱强度对构成脊波导24的材料的Ga频谱强度的比即Ga频谱强度比，通过求出Ga频谱强度比与Al频谱强度比的比，可更敏锐地把握Ga的组分比的变化。
通过更敏锐地把握这样规定的元素的组分比，可进一步减小构成脊波导24的材料和构成信号层22的材料中的Ga及Al的组分比的差异，可抑制半导体激光器的发光特性和电气特性的降低。信号层22的层厚也可以变薄。
另外，干刻蚀时，例如令检出层的膜厚为10nm时，对于一种材料和检出层中互为互补关系的两种元素的组分比，在其中一种材料和检出层的材料之间，若一种元素的组分比增加0.2而互补的另一种元素的组分比减少0.2左右，则通过进行上述的发光频谱的检出，可识别出从一种材料向检出层转移的刻蚀。
从而，该实施例中的半导体激光器10，令构成第一p型包层20和脊波导24的材料为相同，与该材料比较，构成信号层22的材料采用相同材料组分且两种互补关系的元素即Al的组分比更小而Ga的组分比更大。因而脊波导刻蚀时，刻蚀深度的尺寸精度变高，激光的水平方向扩散角度调节成期望的值，且偏差少。
而且，构成信号层22的材料可以采用与构成第一p型包层20和脊波导24的材料相近的材料构成，且层厚可以薄，因此，即使在半导体激光器10残留信号层22，也可以尽量抑制由光吸收而导致的振荡效率的降低。进而，能够构成电光特性优异的半导体激光器。
另外，在半导体激光器10中，令构成第一p型包层20和脊波导24的材料为相同，并使该材料与构成信号层22的材料为相同材料组分且两种互补关系的元素即Al的组分比小而Ga的组分比大，因此在刻蚀脊波导24时可准确地把握Ga发光频谱强度的变化，并可准确地进行刻蚀的停止。为此，通过包括上述的简单的工序，准确地控制了脊波导24的刻蚀深度，并提高了脊波导24的尺寸精度，且激光横方向的扩散角的偏差少。进而，可以简单的工序制造电光特性优异且它们的特性的偏差少的半导体激光器。
如上所述，本发明的半导体装置，具备第一导电型的衬底和在该衬底上配设的第一半导体激光器结构，该第一半导体激光器结构在上述衬底上依次配设：第一导电型的第一第一包层；该第一第一包层上配设的包含量子阱层的第一激活层；该第一激活层上配设的第二导电型的第一第二包层；该第一第二包层上配设的具有与第一第二包层相同构成元素的第二导电型的刻蚀结束检出层；以及该刻蚀结束检出层上条纹台面状配设，具有与刻蚀结束检出层相同的构成元素，其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于刻蚀结束检出层的第二导电型的第一第三包层。因此，通过该构成，本发明的半导体激光装置中，利用刻蚀结束检出层停止刻蚀的第一第三包层的刻蚀深度具有期望的尺寸精度，激光的横方向的扩散角的偏差少，发光特性优异。另外，由于刻蚀结束检出层具有与第一第三包层相同的构成元素，能够使刻蚀结束检出层的材料构成与第一第三包层的材料构成接近，同时，由于用其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于第一第三包层的材料形成，可提高刻蚀结束的检出精度，并可减薄刻蚀结束检出层的层厚。因而，即使在第一半导体激光器结构残留刻蚀结束检出层，也可抑制光吸收导致的振荡效率的降低。进而，可构成发光特性佳的同时高效率且高输出的半导体激光装置。
另外，本发明的半导体激光装置的制造方法，包括：
在第一导电型的衬底上依次形成以下层的工序：第一导电型的第一第一包层，包含量子阱层的第一激活层，第二导电型的第一第二包层，具有与第一第二包层相同构成元素的第二导电型的刻蚀结束检出层，以及具有与刻蚀结束检出层相同的构成元素，其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于上述刻蚀结束检出层的第二导电型的第一第三包层；在第一第三包层的表面上涂敷抗蚀剂，在作为第一半导体激光器叠层而残留的第一第三包层的一部分表面，形成残留有条纹状的抗蚀剂部分的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模进行刻蚀直到衬底露出，除去抗蚀剂图案，形成第一半导体激光器叠层的工序；以及在第一半导体激光器叠层的表面上形成与波导脊对应的条纹状的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模刻蚀第一半导体激光器叠层，直到在第一半导体激光器叠层的第一第三包层和刻蚀结束检出层的组分比不同的构成元素的发光频谱的强度间检出差异，形成波导脊的工序。因此，在该半导体激光器的制造方法中，由于刻蚀结束检出层具有与第一第三包层相同的构成元素且用其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于第一第三包层的材料形成，在将第一第三包层刻蚀成条纹台面状时，检出不同组分比的构成元素，可高精度地停止第一第三包层的刻蚀，并可形成刻蚀深度的偏差少的第一第三包层。因而可以简单工序制造发光特性佳的半导体激光装置。另外，由于可高精度进行第一第三包层的刻蚀的结束位置的检出，因此可以使刻蚀结束检出层的材料构成接近第一第三包层的材料构成，刻蚀结束检出层的层厚也可更薄。因而，即使在第一半导体激光器结构残留刻蚀结束检出层，也可抑制光吸收导致的振荡效率的降低。进而，可以简单工序容易地制造发光特性佳的同时高效率且高输出的半导体激光装置。
实施例2
图6是本发明的一个实施例的半导体激光器的截面图。
图6所示为单片型多波长激光器，该实施例2中，以例如单片型2波长LD为例进行说明。
单片型2波长LD70是将实施例1所述CD装置用的发光波长为780nm波段的脊波导型的LD即半导体激光器10和DVD装置用的发光波长为650nm附近的脊波导型的LD即半导体激光器72在相同n-GaAs衬底12上单片地形成的。
单片型2波长LD70中，半导体激光器10的部分如实施例1所述，在n-GaAs衬底12上形成第一LD结构14。
半导体激光器72的部分与n-GaAs衬底12上设置的第一LD结构14邻接，并与其独立地在同一n-GaAs衬底12上设置作为第二半导体结构的650nm波段的第二LD结构74。
该第二LD结构74由在n-GaAs衬底12上依次配设的以下部分构成：例如层厚3μm的n-(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P所形成的作为第二第一包层的第二n型包层76；包含有发光波长调节为650nm的(AlwGa1-w)uIn1-uP的量子阱层的层厚50nm的作为第二激活层的第二激活层78；及层厚1.5μm且层厚的一部分突出成条纹台面状并形成脊波导80a、由p-(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P形成的作为第二第二包层的第二p型包层80。
脊波导80a的表面上设置p电极82。
接着说明半导体激光器70的制造方法。
图7、图8、图9及图10是本发明的一个实施例的半导体激光器的制造方法的一个工序中的半导体激光器的截面图。
首先如实施例1的图3所示，在n-GaAs衬底12上通过MOCVD法或MBE法依次外延生长并层叠：作为第一n型包层的n-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层；包含InvGa1-vAs的量子阱层的第一激活层18；作为第一p型包层20的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层；作为信号层22的p-(Al0.3Ga0.7)0.51In0.49P层；及脊波导24形成用的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层。
接着如图7所示，为了形成半导体激光器10的第一台面状叠层结构62，在脊波导24形成用的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层的表面上涂敷抗蚀剂，通过光刻法，在形成该p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层的表面的第一LD结构14的部分形成残留有条纹状的抗蚀剂的抗蚀剂图案60。然后以该抗蚀剂图案60为掩模进行干刻蚀，直到n-GaAs衬底12露出，形成第一台面状叠层结构62。
接着如图8所示，除去在第一台面状叠层结构62的表面上残留的抗蚀剂图案60，将构成第二LD结构74的各层层叠。
即，包含第一台面状叠层结构62，在n-GaAs衬底12上通过依次外延生长层叠：作为第二n型包层76的n-(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P层；包含(AlwGa1-w)uIn1-uP的量子阱层的第二激活层78；以及作为第二p型包层80的p-(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P层。该外延生长通过MOCVD法或MBE法进行。
其后，在作为第二p型包层80的p-(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P层的表面上涂敷抗蚀剂，通过光刻法，在与第一台面状叠层结构62邻接形成第二LD结构74的部分，形成残留有条纹状的抗蚀剂的抗蚀剂图案82。
接着如图9所示，以抗蚀剂图案82为掩模进行干刻蚀，直到第一台面状叠层结构62的脊波导24形成用的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层露出为止，形成作为第二半导体叠层的第二台面状叠层结构84，除去在第二台面状叠层结构84的表面上残留的抗蚀剂图案82。
接着如图10所示，在包含第一台面状叠层结构62及第二台面状叠层结构84的n-GaAs衬底12上重新涂敷抗蚀剂。然后，通过光刻法形成抗蚀剂图案86，其上残留有在处于第一台面状叠层结构62的最上层的p-(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P层的表面上用以形成脊波导24的条纹状的抗蚀剂部分和在第二台面状叠层结构84的第二p型包层80表面上用以形成脊波导80a的条纹状的抗蚀剂部分。
接着，以抗蚀剂图案86为掩模，通过同一工序的干刻蚀进行脊波导24的形成和脊波导80a的形成，刻蚀到第一台面状叠层结构62的信号层22的刻蚀可明确辨认为止，停止刻蚀。即，以脊波导80a形成用的干刻蚀和第一台面状叠层结构62的信号层22的刻蚀可明确辨认作为判定基准而停止。其后，除去抗蚀剂图案86，在脊波导24的表面上形成p电极26，在脊波导80a的表面上形成p电极82，在n-GaAs衬底12的背面侧形成n电极28，形成半导体激光器70。
以第一台面状叠层结构62的信号层22的刻蚀可明确辨认作为判定基准而停止的方法，与实施例1所述相同。
该实施例2中，说明了单片型2波长LD，但是，也可构成通过在同一衬底形成更多半导体激光器结构而发出更多发光波长的激光的单片型多波长LD。
该实施例中的单片型2波长LD70，具备780nm波段的脊波导型的LD即半导体激光器10对应的第一LD结构14和650nm附近的脊波导型的LD即半导体激光器72对应的第二LD结构74，在第一LD结构14虽然具备第一LD结构14的脊波导24形成用的信号层22，但是在第二LD结构74的第二p型包层80的膜厚的一部分不具备脊波导80a形成用的ESL层或刻蚀结束检出层。
但是，脊波导80a具有与第一LD结构14的脊波导24相同的材料构成，通过同一工序的干刻蚀进行脊形成。该干刻蚀通过第一LD结构14的信号层22被准确停止。因而，脊波导80a的刻蚀深度被准确控制，脊波导80a以期望的尺寸准确形成。
通常，单片型2波长LD中，短波长侧的高效率化技术上难以实现，往往不能确保高输出，长波长侧的LD则比较容易高效率化。单片型2波长LD70中，由于在短波长侧的第二LD结构74具备ESL层和刻蚀结束检出层，因此，没有因ESL层或刻蚀结束检出层等导致的光吸收，振荡效率的降低被抑制。
因而，单片型2波长LD70可构成总体上高效率且高输出的单片型2波长LD。
另外，脊波导24及脊波导80a都通过第一LD结构14的信号层22准确地使刻蚀停止，因此，脊波导24及脊波导80a的尺寸精度高，具有期望横方向的扩散角的激光振荡，具备优良的发光特性，可提供制品偏差少的单片型2波长LD。
通过包含有脊波导24及脊波导80a都通过第一LD结构14的信号层22使刻蚀停止的简单工序，作为单片型2波长LD总体是高效率且高输出的同时，具有期望横方向的扩散角的激光振荡，具备优良的发光特性，可提供制品偏差少的单片型2波长LD。
如上所述，该实施例的半导体激光装置，具备第一导电型的衬底和在该衬底上的一部分上配设的第一半导体激光器结构以及在上述衬底的一部分上与上述第一半导体激光器结构独立配设的第二半导体激光器结构，该第一半导体激光器结构在上述衬底上依次配设：第一导电型的第一第一包层；该第一第一包层上配设的包含量子阱层的第一激活层；该第一激活层上配设的第二导电型的第一第二包层；该第一第二包层上配设的具有与上述第一第二包层相同构成元素的第二导电型的刻蚀结束检出层；以及该刻蚀结束检出层上条纹台面状配设，具有与刻蚀结束检出层相同的构成元素，其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于上述刻蚀结束检出层的第二导电型的第一第三包层。该第二半导体激光器结构在上述衬底上依次配设：第一导电型的第二第一包层；该第二第一包层上配设的包含量子阱层的第二激活层；及该第二激活层上配设的具有与第一第三包层相同的材料构成且层厚的一部分以条纹台面状突出的第二导电型的第二第二包层，因此，通过该构成，具备了具有高精度形成的条纹台面状的第一第三包层的第一半导体激光器结构和具有不包含刻蚀结束检出层但层厚的一部分高精度地突出形成条纹台面状的第二导电型的第二第二包层的第二半导体激光器结构，因此，各个半导体激光器结构发出具有期望的横方向扩散角的激光，具有优良的发光特性的同时，由于第二半导体激光器结构不包含刻蚀结束检出层，因此作为半导体激光装置总体是高效率且高输出的，可构成制品偏差少的半导体激光装置。
另外，该实施例的半导体激光装置的制造方法，包括：
在第一导电型的衬底上的一部分上依次形成以下层的工序：第一导电型的第一第一包层，包含量子阱层的第一激活层，第二导电型的第一第二包层，具有与第一第二包层相同构成元素的第二导电型的刻蚀结束检出层，以及具有与刻蚀结束检出层相同的构成元素，其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于上述刻蚀结束检出层的第二导电型的第一第三包层；在第一第三包层的表面上涂敷抗蚀剂，在作为第一半导体激光器叠层而残留的第一第三包层的一部分表面，形成残留有条纹状的抗蚀剂部分的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模进行刻蚀直到衬底露出，除去抗蚀剂图案，形成第一半导体激光器叠层的工序；在露出的衬底上，依次形成第一导电型的第二第一包层、包含量子阱层的第二激活层及具有与第一第三包层相同的材料构成的第二导电型的第二第二包层，在第二第二包层的表面上涂敷抗蚀剂，在作为与第一半导体激光器叠层邻接的第二半导体激光器叠层而残留的第二第二包层的一部分表面，形成残留有抗蚀剂的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模进行刻蚀直到第一半导体激光器叠层上的第一第三包层露出，形成第二半导体激光器叠层，除去该第二半导体激光器叠层的表面上残留的抗蚀剂图案的工序；在第一及第二半导体激光器叠层的表面上形成具有与各脊波导对应的条纹状的抗蚀剂部分的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模刻蚀第一及第二半导体激光器叠层，直到在第一半导体激光器叠层的第一第三包层和刻蚀结束检出层的组分比不同的构成元素的发光频谱的强度间检出差异，形成各脊波导的工序，从而，以相同工序进行第一半导体激光器叠层的第一第三包层刻蚀和第二半导体激光器叠层的第二第二包层的刻蚀，通过按照第一半导体激光器叠层的刻蚀结束检出层高精度停止第一第三包层刻蚀和第二第二包层的刻蚀的简单工序，第一第三包层和第二第二包层的刻蚀深度被准确控制，各个半导体激光器结构发出具有期望横方向扩散角的激光，具有优良发光特性的同时，第二半导体激光器叠层不包含刻蚀结束检出层，因此，作为半导体激光装置总体是高效率且高输出的，可制造制品偏差少的半导体激光装置。
实施例2的说明中，说明了将信号层设置于长波长侧的半导体激光器，但是不限于此，信号层可设置在短波长侧的半导体激光器。
如上所述，本发明的半导体激光装置适用于信息电子设备中采用的半导体激光装置。

Claims (8)

1.一种半导体激光装置，具备第一导电型的衬底和在该衬底上配设的第一半导体激光器结构，该结构在上述衬底上依次配设：
第一导电型的第一第一包层；
该第一第一包层上配设的包含量子阱层的第一激活层；
该第一激活层上配设的第二导电型的第一第二包层；
该第一第二包层上配设的具有与上述第一第二包层相同构成元素的第二导电型的刻蚀结束检出层；以及
该刻蚀结束检出层上条纹台面状配设，具有与刻蚀结束检出层相同的构成元素，其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于上述刻蚀结束检出层的第二导电型的第一第三包层。
2.权利要求1所述的半导体激光装置，其中，
在衬底上的一部分配设第一半导体激光器结构的同时，
还具有在上述衬底上的一部分上与上述第一半导体激光器结构独立配设的第二半导体激光器结构，该结构在上述衬底上依次配设：
第一导电型的第二第一包层；
该第二第一包层上配设的包含量子阱层的第二激活层；以及
该第二激活层上配设的具有与第一第三包层相同的材料构成且层厚的一部分以条纹台面状突出的第二导电型的第二第二包层。
3.权利要求1或2所述的半导体激光装置，其特征在于，
第一第三包层由(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P形成，同时，刻蚀结束检出层由Ga组分比大于上述第一第三包层的(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P形成。
4.权利要求3所述的半导体激光装置，其特征在于，
第一激活层包含由InvGa1-vAs形成的量子阱层。
5.一种半导体激光装置的制造方法，包括：
在第一导电型的衬底上依次形成以下层的工序：第一导电型的第一第一包层，包含量子阱层的第一激活层，第二导电型的第一第二包层，具有与第一第二包层相同构成元素的第二导电型的刻蚀结束检出层，以及具有与刻蚀结束检出层相同的构成元素，其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于上述刻蚀结束检出层的第二导电型的第一第三包层；
在第一第三包层的表面上涂敷抗蚀剂，在作为第一半导体激光器叠层而残留的第一第三包层的一部分表面，形成残留有条纹状的抗蚀剂部分的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模进行刻蚀直到衬底露出，除去抗蚀剂图案，形成第一半导体激光器叠层的工序；
在第一半导体激光器叠层的表面上形成具有与脊波导对应的条纹状的抗蚀剂的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模刻蚀第一半导体激光器叠层，直到在第一半导体激光器叠层的第一第三包层和刻蚀结束检出层的组分比不同的构成元素的发光频谱的强度间检出差异，形成脊波导的工序。
6.一种半导体激光装置的制造方法，包括：
在第一导电型的衬底上依次形成以下层的工序：第一导电型的第一第一包层，包含量子阱层的第一激活层，第二导电型的第一第二包层，具有与第一第二包层相同构成元素的第二导电型的刻蚀结束检出层，以及具有与刻蚀结束检出层相同的构成元素，其中互补关系的两种构成元素的组分比不同于上述刻蚀结束检出层的第二导电型的第一第三包层；
在第一第三包层的表面上涂敷抗蚀剂，在作为第一半导体激光器叠层而残留的第一第三包层的一部分表面，形成残留有条纹状的抗蚀剂部分的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模进行刻蚀直到衬底露出，除去抗蚀剂图案，形成第一半导体激光器叠层的工序；
在露出的衬底上，依次形成第一导电型的第二第一包层、包含量子阱层的第二激活层及具有与第一第三包层相同的材料构成的第二导电型的第二第二包层，在第二第二包层的表面上涂敷抗蚀剂，在作为与第一半导体激光器叠层邻接的第二半导体激光器叠层而残留的第二第二包层的一部分表面，形成残留有抗蚀剂的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模进行刻蚀直到第一半导体激光器叠层上的第一第三包层露出，形成第二半导体激光器叠层，除去该第二半导体激光器叠层的表面上残留的抗蚀剂图案的工序；
在第一及第二半导体激光器叠层的表面上形成具有与各脊波导对应的条纹状的抗蚀剂部分的抗蚀剂图案，以该抗蚀剂图案为掩模刻蚀第一及第二半导体激光器叠层，直到在第一半导体激光器叠层的第一第三包层和刻蚀结束检出层的组分比不同的构成元素的发光频谱的强度间检出差异，形成各脊波导的工序。
7.权利要求5所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于，
第一第三包层由(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P形成，同时，刻蚀结束检出层由Ga组分比大于上述第一第三包层的(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P形成。
8.权利要求7所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于，
第一激活层包含由InvGa1-vAs形成的量子阱层。
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