專利名稱：單片2波長半導體激光器及其制造方法
技術領域：
本發明涉及襯底上制作振蕩波長不同的半導體激光器時容易形成端面窗的技術。
背景技術：
當前盛行將DVD(數字多用途光盤)和CD(音頻光盤)等光盤用作能記錄大量信息的大容量光記錄媒體，DVD使用振蕩波長650nm的紅光半導體激光器，CD則用振蕩波長780nm的紅外半導體激光器。
近年來，使用具有波長為650nm的紅光半導體激光器和波長為780nm的半導體激光器兩者的適應兩種光盤的拾光器。已有的2波長半導體激光器，其主流為單一襯底上配置紅光半導體激光器和紅外半導體激光器的單片結構。
圖4A、圖4B、圖4C、圖4D示出已有的2波長半導體激光器的制造方法。
首先，如圖4A所示，在第1導電型(n)GaAs襯底1上形成紅外半導體激光器8的雙異質結結構121。具體而言，在第1導電型(n)GaAs襯底1上淀積并形成第1導電型(n)GaAs緩沖層2、第1導電型AlGaInP包層3、由GaAs阱層和AlGaAs阻擋層組成的多量子阱結構的激活層4、第2導電型(p)AlGaInP包層5、第2導電型(p)GaInP中間層6、第2導電型(p)GaAs接觸層7、第2導電型(p)AlGaAs層(未示出)。
接著，有選擇地按條狀去除上述第2導電型AlGaAs層后，如圖4B所示那樣蝕刻掉形成紅光半導體器件15的雙異質結結構的區域的所述紅外半導體激光器8的雙異質結結構。
接著，如圖4C所示，在第1導電型GaAs襯底1上，形成紅光半導體激光器15的雙異質結結構122。具體而言，在第1導電型GaAs襯底1上淀積并形成第1導電型GaAs緩沖層9、第1導電型AlGaInP包層10、由GaInP阱層和AlGaInP阻擋層組成的多量子阱結構的激活層11、第2導電型AlGaInP包層12、第2導電型GaInP中間層13、第2導電型(p)GaAs接觸層14。
接著，如圖4D所示，去除紅外半導體激光器8上的紅光半導體激光器15后，形成端面窗結構，因而在除端面窗部以外的部分形成掩模，對端面窗部淀積ZnO后，在600℃下進行退火，使Zn有選擇地擴散。這時，端面窗結構的紅外半導體激光器8的雙異質結結構的激活層、紅光半導體激光器15的雙異質結結構的激活層存在3e18cm-3左右的Zn。
作為上述2波長半導體激光器的同時形成端面窗結構的專利文獻，可舉出日本國專利公開2001-345514號公報。
在2波長半導體激光器的雙異質結結構中，端面窗結構將ZnO作為擴散源，使Zn通過由磷作為V族母元素的AlGaInP組成的第2導電型包層侵入到激活層內，造成多量子阱結構的激活層的無序化。紅光半導體激光器15的激活層11存在1e18cm-3或更大的Zn時，在600℃的較低溫度產生無序化。另一方面，紅外半導體激光器8的激活層4在與紅光半導體激光器15的激活層11時相同的溫度下，需要存在1e19cm-3或更大的高濃度的Zn。
這樣，紅外半導體激光器8的激活層4需要使Zn擴散成過剩，但同時形成端面窗結構時，對紅外半導體激光器8的激活層4的Zn擴散不足，因而不充分產生無序化，存在不作為端面窗結構起作用的課題。
本發明的目的在于提供一種單片2波長半導體激光器及其制造方法，該激光器具有所希望的端面窗結構，即使在單一襯底上配置紅光半導體激光器和紅外半導體激光器并同時形成端面窗結構時，也在紅外半導體激光器的激活層中產生充分無序化。
發明內容
為了解決上述課題，本發明第1方面的單片2波長半導體激光器，在第1導電型襯底上形成振蕩波長不同的第1半導體激光器、第2半導體激光器，其中具有端面窗結構，并且第1導電型襯底上具有包含第1導電型的第1包層、多量子阱結構的第1激活層、和第2導電型的第2包層的第1半導體激光器雙異質結結構、以及包含第1導電型的第3包層、多量子阱結構的第2激活層、和第2導電型的第4包層的第2半導體激光器雙異質結結構，其中，第2半導體激光器的第4包層的氫濃度高于第1半導體激光器的第2包層的氫濃度。
本發明第2方面的單片2波長半導體激光器是在第1方面中，相對于第1半導體激光器的第1導電型的第1包層的氫濃度，第2導電型的第2包層的氫濃度高；相對于第2半導體激光器的第1導電型的第3包層的氫濃度，第2導電型的第4包層的氫濃度高。
本發明第3方面的單片2波長半導體激光器的制造方法，具有以下工序在第1導電型襯底上形成包含第1導電型的第1包層、多量子阱結構的第1激活層、第2導電型的第2包層、第2導電型的第1接觸層的第1半導體激光器的雙異質結結構的工序、蝕刻掉第1半導體激光器的部分雙異質結結構的工序、形成包含第1導電型的第3包層、多量子阱結構的第2激活層、第2導電型的第4包層、第2導電型的第2接觸層的第1半導體激光器的雙異質結結構的工序、蝕刻掉第1半導體激光器的雙異質結結構上形成的第2半導體激光器的雙異質結結構的工序、在氫化物的氛圍中進行退火的工序、以及在所述疊層結構的端面部形成雜質，并以進行熱處理的方式使雜質同時擴散到所述第1激活層和第2激活層，從而形成端面窗結構的工序。
本發明第4方面的單片2波長半導體激光器是在第1方面中，第1半導體激光器的雙異質結結構是紅光半導體激光器，第2半導體激光器的雙異質結結構是紅外半導體激光器。
本發明第5方面的單片2波長半導體激光器的制造方法是在第3方面中，第1半導體激光器的雙異質結結構是紅光半導體激光器，第2半導體激光器的雙異質結結構是紅外半導體激光器。
本發明第6方面的單片2波長半導體激光器的制造方法是在第3方面中，第1半導體激光器的雙異質結結構比第2半導體激光器的雙異質結結構先形成。
本發明第7方面的單片2波長半導體激光器是在方面1中，第1半導體激光器的第1導電型的第1包層和第2導電型的第2包層、以及第2半導體激光器的第1導電型的第3包層和第2導電型的第4包層是包含磷的材料。
本發明第8方面的單片2波長半導體激光器的制造方法是在第3方面中，第1半導體激光器、第2半導體激光器中都將磷作為V族元素。
根據上述組成，制作波長不同的2個半導體激光器時，通過控制包層的氫濃度，促進窗區的Zn擴散，容易完成窗區的同時制作。
圖1A～圖1C是示出本發明的2波長半導體激光器的制造方法前半工序的剖視圖。
圖2A～圖2C是示出本發明的2波長半導體激光器的制造方法后半工序的剖視圖。
圖3是該實施方式完成的2波長半導體激光器的剖視圖。
圖4A～圖4D是已有的2波長半導體激光器的制造工序圖。
具體實施例方式
下面，根據具體實施方式
說明本發明的單片2波長半導體激光器的制造方法。
圖3示出本發明的單片2波長半導體激光器。
作為紅光半導體激光器15的雙異質結結構122，在由n-GaAs組成的襯底101上的一部分，形成n-GaAs緩沖層102、n-AlGaInP包層103，并且添加Si作為n型雜質，雜質濃度為1e18cm-3左右。
在上述n-AlGaInP包層103上，形成由GaInP阱層和AlGaInP阻擋層組成的振蕩波長為650nm的多量子阱結構的激活層(第1激活層)104。端面窗區的由GaInP阱層和AlGaInP阻擋層組成的振蕩波長為650nm的多量子阱結構的激活層104的Zn濃度為3e18cm-3左右。
在上述振蕩波長為650nm的多量子阱結構的激活層104上，形成p-AlGaInP包層(第2包層)105、p-GaInP中間層106、p-GaAs接觸層107，并且添加Zn作為p型雜質，雜質濃度為1e18cm-3左右。
作為紅外半導體激光器8的雙異質結結構121，與紅光半導體激光器15的雙異質結結構相鄰地在n-GaAs襯底101上形成添加1e18cm-3左右的Si的n-GaAs緩沖層102、n-AlGaInP包層(第3包層)108。
在上述n-AlGaInP包層108上，形成由GaAs阱層和AlGaAs阻擋層組成的振蕩波長為780nm的多量子阱結構的激活層(第2激活層)109。
端面窗區的由GaAs阱層和AlGaAs阻擋層組成的振蕩波長為780nm的多量子阱結構的激活層109的Zn濃度為1e19cm-3左右。
在上述由GaAs阱層和AlGaAs阻擋層組成的振蕩波長為780nm的多量子阱結構的激活層109上，形成添加1e18cm-3左右的Zn的p-AlGaInP包層(第4包層)110、p-GaInP中間層111、p-GaAs接觸層112。
這樣，紅光半導體激光器15的雙異質結結構和紅外半導體激光器8的雙異質結結構為單片結構。
紅光半導體激光器15的雙異質結結構的p-AlGaInP包層105的氫濃度為1e18cm-3，紅外半導體激光器8的雙異質結結構的p-AlGaInP包層110的氫濃度為1.5e18cm-3，第4包層110的氫濃度高于第2包層105的氫濃度，Zn為容易擴散的狀態。
接著，說明形成次序。
利用有機金屬化學汽相淀積法(MOCVD)的外延生長法，如圖1A所示，在偏離10度的n-GaAs襯底101上形成添加Si作為雜質的n-GaAs緩沖層102、n-AlGaInP包層103。所述n-GaAs緩沖層102、n-AlGaInP包層103的雜質濃度為1e18cm-3左右。
在n-AlGaInP包層103上，形成由GaInP阱層和AlGaInP阻擋層組成的振蕩波長為650nm的多量子阱結構的激活層104。
在激活層104上，依次使添加Zn作為雜質的p-AlGaInP包層105、p-GaInP中間層106、p-GaAs接觸層107外延生長，從而形成紅光半導體激光器15的構成雙異質結結構的疊層結構。p-AlGaInP包層105、p-GaInP中間層106、p-GaAs接觸層107的Zn雜質濃度為1e18cm-3左右。
接著，蝕刻紅光半導體激光器15的部分雙異質結結構，并形成紅外半導體激光器8的雙異質結結構的生長部的區域。
接著，如圖1B那樣，形成添加Si作為雜質的n-AlGaInP包層108，其雜質濃度為1e18cm-3左右。在n-AlGaInP包層108上形成由GaAs阱層和AlGaAs層組成的振蕩波長為780nm的多量子阱結構的激活層109。進而，在此激活層109上依次使添加Zn作為雜質的p-AlGaInP包層110、p-GaInP中間層111、p-GaAs接觸層112外延生長，從而形成紅外半導體激光器元件8的構成雙異質結結構的疊層結構。雜質濃度為1e18cm-3左右。
接著，如圖1C所示，利用蝕刻去除紅光半導體激光器15的雙異質結結構上生長的紅外半導體激光器元件8的雙異質結結構。
接著，在作為氫化物的砷化氫范圍中用等于或高于500℃的溫度進行退火，以提高p-AlGaInP層110的氫濃度。
這種處理在圖2A～圖2C所示的側視圖(諧振器縱向截面)的工序中進行。
圖2A中，除發光端面附近的窗區118以外的部分上形成掩模113，在該區上，如114所示那樣淀積ZnO膜，進而形成SiO2膜，作為蓋層117。圖中的括號外的符號對應于紅光半導體激光器15，括號內的符號對應于紅外半導體激光器8。此狀態下用600℃進行退火，使作為雜質的Zn有選擇地擴散，如圖2B所示。詳細而言，在上方形成ZnO膜114的窗區118中，來自ZnO膜114的Zn擠出下層的Zn或原樣擴散到激活層104(或109)在整個端面形成高濃度Zn擴散區119從而使Zn在激活層104(或109)內擴散的區域成為MQW結構無序化的區域。
如圖2C所示，利用以上的工序，紅光半導體激光器15的雙異質結結構的端面窗部115的Zn濃度為3e18cm-3，氫濃度為1e18cm-3左右，第2紅外半導體激光器的雙異質結結構的端面窗部116的Zn濃度為1e19cm-3，氫濃度為1.5e18cm-3左右。
端面窗部的PL(光致發光)波長對第1紅光半導體激光器的雙異質結結構為600nm，對第2紅外半導體激光器的雙異質結結構為730nm時，形成所希望的無序化狀態。
根據諸發明人的專心研究，判明晶體中的氫濃度增加時，促進Zn的非激活化，形成端面窗部結構時的Zn的擴散速度加快，而且先形成的雙異質結結構在接著形成雙異質結結構時，氫散逸，所以第2導電型包層的Zn擴散速度變慢。
本發明中，由于紅外半導體激光器的雙異質結結構，使用由GaAs阱層和AlGaAs阻擋層組成的多量子阱激活層，解決比使用由GaInP阱層和AlGaInP阻擋層組成的多量子阱激活層的紅光半導體激光器的雙異質結結構Zn擴散帶來的多量子阱結構無序化費時的問題，所以通過從紅光半導體激光器的雙異質結結構進行形成，使紅外半導體激光器8的第2導電型的第4包層110的氫濃度為高于紅光半導體激光器15的第2導電型的第2包層105的氫濃度的狀態。最好使第4包層110的氫濃度與第2包層105的氫濃度之差大于或等于0.5e18cm-3。由此，無序化花費時間的紅外半導體激光器的第2導電型包層的Zn擴散速度加快，單片2波長半導體激光器的所希望端面窗狀態可同時形成。
再者，本發明中，通過在砷化氫氛圍中進行退火，蓄意使晶體中的氫濃度增加。因此，能使第2導電型包層中的氫濃度提高，Zn的擴散速度加快，可縮短形成端面窗結構用的退火時間。
本發明提供一種在單一襯底上配置紅光半導體激光器和紅外半導體激光器，并且同時形成端面窗結構時紅外半導體激光器的激活層也產生充分無序化，從而具有所希望的端面窗結構的2波長半導體激光器。
權利要求
1.一種單片2波長半導體激光器，在第1導電型襯底(101)上形成振蕩波長不同的第1半導體激光器、第2半導體激光器，其特征在于，具有端面窗結構，并且第1導電型襯底(101)上具有包含第1導電型的第1包層(103)、多量子阱結構的第1激活層(104)、和第2導電型的第2包層(105)的第1半導體激光器雙異質結構、以及包含第1導電型的第3包層(108)、多量子阱結構的第2激活層(109)、和第2導電型的第4包層(110)的第2半導體激光器雙異質結構；第2半導體激光器的第4包層(110)的氫濃度高于第1半導體激光器的第2包層(105)的氫濃度。
2.如權利要求1中所述的單片2波長半導體激光器，其特征在于，相對于第1半導體激光器的第1導電型的第1包層的氫濃度，第2導電型的第2包層的氫濃度高；相對于第2半導體激光器的第1導電型的第3包層的氫濃度，第2導電型的第4包層的氫濃度高。
3.一種單片2波長半導體激光器的制造方法，其特征在于，包括以下工序在第1導電型襯底(101)上形成包含第1導電型的第1包層(103)、多量子阱結構的第1激活層(104)、第2導電型的第2包層(105)、第2導電型的第1接觸層(107)的第1半導體激光器(15)的雙異質結結構的工序、蝕刻掉第1半導體激光器(15)的部分雙異質結結構的工序、形成包含第1導電型的第3包層(108)、多量子阱結構的第2激活層(109)、第2導電型的第4包層(110)、第2導電型的第2接觸層(112)的第2半導體激光器(8)的雙異質結結構的工序、蝕刻掉第1半導體激光器(15)的雙異質結結構上形成的第2半導體激光器(8)的雙異質結結構的工序、在氫化物的氛圍中進行退火的工序、以及在所述疊層結構的端面部形成雜質，并以進行熱處理的方式使雜質同時擴散到所述第1激活層(104)和第2激活層(109)，從而形成端面窗結構的工序。
4.如權利要求1中所述的單片2波長半導體激光器，其特征在于，第1半導體激光器的雙異質結結構是紅光半導體激光器，第2半導體激光器的雙異質結結構是紅外半導體激光器。
5.如權利要求3中所述的單片2波長半導體激光器的制造方法，其特征在于，第1半導體激光器的雙異質結結構是紅光半導體激光器，第2半導體激光器的雙異質結結構是紅外半導體激光器。
6.如權利要求3中所述的單片2波長半導體激光器的制造方法，其特征在于，第1半導體激光器的雙異質結結構比第2半導體激光器的雙異質結結構先形成。
7.如權利要求1中所述的單片2波長半導體激光器，其特征在于，第1半導體激光器的第1導電型的第1包層和第2導電型的第2包層、以及第2半導體激光器的第1導電型的第3包層和第2導電型的第4包層是包含磷的材料。
8.如權利要求3中所述的單片2波長半導體激光器的制造方法，其特征在于，第1半導體激光器、第2半導體激光器中都將磷作為V族元素。
全文摘要
本發明揭示一種單片2波長半導體激光器及其制造方法，在單一襯底上配置紅光半導體激光器和紅外半導體激光器，并同時形成端面窗結構，其特征為紅外半導體激光器的第4包層(110)的氫濃度(1.5e
文檔編號G11B7/125GK1933265SQ200610099759
公開日2007年3月21日 申請日期2006年6月26日 優先權日2005年9月15日
發明者松木義幸, 萬濃正也, 福久敏哉, 鵜飼勉 申請人:松下電器產業株式會社