專利名稱：半導體激光器件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體激光器件，特別是涉及一種具有高功率的半導體激光器件及其制造方法。
背景技術：
近來，由于光存儲介質的速度的提高，比如CD-RW和DVD，因此就出現了對具有高功率的激光半導體設備的需要。
圖1是一種傳統半導體激光二極管的芯片條(chip bar)的透視圖。一單一的半導體激光二極管包括一n型GaAs蓋層2，一有源層3，和一p型AlGaAs蓋層4連續地疊置在GaAs基底1上。一電流抑制層5形成在p型AlGaAs蓋層4的一側壁。一p型GaAs蓋層6疊置在p型AlGaAs蓋層4和電流抑制層5之上，一n型金屬層7形成在GaAs基底1的下面。一p型金屬層8形成在p型GaAs蓋層6之上。每一具有上述結構的半導體激光二極管被排列以形成用于半導體激光二極管的芯片條。
從有源層3發射出來的激光束用于從CD-RW或DVD讀/寫數據。然而，當半導體二極管的功率增加時，產生在小面中的大量光損失(COD)作為一嚴重的問題而加劇。
當一小面中存在缺陷或從有源層3產生的激光束沒有在小面充分反射而被吸收時，就會產生大量光損失，從而激光束被轉換成熱量，并且熱量增加了半導體激光二極管的功率。如果半導體激光二極管的功率增加，更多的激光束就會在小面被吸收，因此半導體激光二極管在短時間內就會被損害。
為了防止上述大量光損失，嘗試了各種方法，但是這些方法又引起新的問題。
作為第一例子，有一種其中要在小面表面進行硫磺處理的方法。然而，這種方法由于使用濕法處理會引起一種污染。
作為第二個例子，利用具有比有源層更高的帶隙的材料制造一非吸收層，以便有效地抑制COD。然而，利用一種雜質來增加帶隙，必須要使用氣態的二甲基鋅作為一種主要成分。同樣地，為了僅僅把雜質擴散到一預定部分，掩模層是非常需要的。結果，由于附加的工藝過程數量增加，此方法在制造效率方面是不利的。
發明內容
因此，本發明的目的是實現一種真正避免了由于現有技術的局限和缺點導致的一種或多種問題的半導體激光器件及其制造方法。
本發明的一個目的是提供一種半導體激光器件及其制造方法，其中減少了在小面中的光吸收，并且產生穩定的高功率激光束。
本發明其它的優點、目的和特征將部分地在隨后的描述中進行闡述，部分地對本領域技術人員而言通過如下測試而明確，或通過對本發明實踐來學習。利用由下面的描述、權利要求及附圖所指出的特定結構，可以實現和獲得本發明的目的和其它的優點。
為了實現這些目的和其它優點，并且根據此處體現和記載的本發明的目的，一種半導體激光器件具有疊層結構，其中一下蓋層，一有源層，一上蓋層，一電流阻斷層，和一蓋層順序形成，該半導體激光器件包括一形成在該疊層結構的一小面上的鋅擴散源層；和一設置在該鋅擴散源層和該疊層結構之間用于防止光的吸收的窗口層。
在本發明的另一方面中，一種半導體激光器件具有疊層結構，其中一下蓋層，一有源層，一上蓋層，一電流阻斷層，和一蓋層順序形成，該半導體激光器件包括分別形成在該疊層結構的一小面上和與該小面相對的一側上的一第一和一第二鋅擴散源層；通過來自該第一和第二鋅擴散源層的鋅的擴散，在該疊層結構上形成一第一和一第二窗口層；一形成在該第一鋅擴散源層外表面上的反射抑制鏡層；和一形成在該第二鋅擴散源層外表面上的高反射鏡層。
在本發明的另一方面中，提供一種用于制造具有疊層結構的半導體激光器件的方法，其中一下蓋層，一有源層，一上蓋層，一電流阻斷層，和一蓋層順序形成。此方法包括步驟(1)分別在該疊層結構的一小面上和與該小面相對的一側上形成第一和第二鋅擴散源層；(2)在該第一鋅擴散源層外表面上形成一反射抑制鏡層，并且在該第二鋅擴散源層外表面上形成一高反射鏡層；以及(3)通過一熱處理將鋅由該第一和第二鋅擴散源層擴散到疊層結構中。
本發明前面的概括性的描述和下面的詳細的描述是示范和解釋的，并且為如權利要求的本發明提供更進一步的解釋。
用以提供對本發明的進一步的理解而被包含的且被引入并構成本申請的一部分的附圖，說明了本發明的實施例，并結合描述解釋了本發明的要點。其中圖1是一種慣用半導體激光二極管芯片條的透視圖；圖2是根據本發明第一實施例的半導體激光器件的透視圖；圖3A和3B是用于示出根據本發明第一實施例的半導體激光器件的制造方法的截面圖；圖4是根據本發明第二實施例的半導體激光器件的截面圖；圖5A至5C是用于表示根據本發明第二實施例的半導體激光器件的制造方法的截面圖。
具體實施例方式
下面，說明書將詳細介紹本發明的在附圖中作出說明的最佳實施例。在所有的圖中，相同或者相似的部分將盡可能使用相同的附圖標記。
一種根據本發明的半導體激光器件的特征是在一小面上形成一鋅擴散源層，并且鋅原子通過熱處理從該鋅擴散源層擴散，以形成一窗口層。
第一實施例圖2是根據本發明第一實施例的半導體激光器件的透視圖。
如圖2所示，根據本發明第一實施例的半導體激光器件，包括一n型GaAs蓋層22，一有源層23，和一p型AlGaAs蓋層24連續地形成在一GaAs基底21上，一形成在p型AlGaAs蓋層24兩側的電流阻斷層25，一形成在p型AlGaAs蓋層24和電流阻斷層25上的p型GaAs蓋層26，一形成在GaAs基底21下的n型金屬層27，和一形成在p型GaAs蓋層26上的p型金屬層28。此處，n型GaAs蓋層22，有源層23和p型AlGaAs蓋層24組成一用于產生激光束的諧振層。
另外，半導體激光器件進一步包括一涂在一小面上的鋅擴散源層29，和一通過來自鋅擴散源層29的鋅原子的擴散而形成的窗口層30。鋅擴散源層29是由ZnS或ZnO以厚度為λ/4n或為λ/2n(λ發射的光的波長，n該鋅擴散源層的折射率)形成。
此處，窗口層30被作為一非吸收層通過擴散的鋅原子來阻止光的吸收，并且鋅擴散源層29被用作一反射抑制鏡面或者一鈍化層。
下面介紹一種根據第一實施例的半導體激光器件的制造方法。
圖3A和3B是用于表示一種根據本發明第一實施例的半導體激光器件的制造方法的截面圖。
首先，如圖3A所示，一n型GaAs蓋層22，一有源層23，和一p型AlGaAs蓋層24被順序地形成在一GaAs基底21上。p型AlGaAs蓋層24的兩邊緣都被蝕刻，從而只剩下中心部分以脊的形式存在。此后，一電流阻斷層25形成在具有脊形狀的p型AlGaAs蓋層24的兩側。
然后，一p型GaAs蓋層26形成在p型AlGaAs蓋層24和電流阻斷層25上。一n型金屬層27形成在GaAs基底21的下方，并且隨后一p型金屬層28形成在p型GaAs蓋層26上。此處，n型金屬層27和p型金屬層28被構圖以便移走它們外邊緣的預定部分。上述工藝過程的結果是，形成了具有一具有許多層的疊層結構200。
然后，將一鋅擴散源層29涂在該疊層結構的一小面上。鋅擴散源層29與GaAs基底21，n型GaAs蓋層22，一有源層23，p型AlGaAs蓋層24，電流阻斷層25，和p型GaAs蓋層26接觸。
此時，鋅擴散源層29是通過射頻濺射(RF sputtering)方法，等離子體增強化學汽相沉淀(PECVD)方法，E束蒸發方法(E-bearn evaporation)，或者熱蒸發方法(thermal evaporation)形成的。鋅擴散源層29是由ZnS或者ZnO構成的。
鋅擴散源層29可以被作為一針對所產生的光束的反射抑制鏡面或者一鈍化層。如果鋅擴散源層29被用作反射抑制鏡面，優選的沉積厚度為λ/4n(λ發射的光的波長，n該鋅擴散源層的折射率)。如果鋅擴散源層29被用作一鈍化層，優選的沉積厚度為λ/2n。
然后，如圖3B所示，鋅擴散源層29的鋅原子通過熱處理被擴散到疊層結構200，以形成一窗口層30。換言之，鋅原子被擴散到都與鋅擴散源層29接觸的GaAs基底21，n型GaAs蓋層22，有源層23，p型AlGaAs蓋層24，電流阻斷層25，和p型GaAs蓋層26。
熱處理工藝是在大約450℃下進行的在加熱爐中的熱處理或者一種快速熱退火(RTA)方法。通過上述熱處理過程，鋅擴散源層29中過量的鋅原子被擴散到與小面相鄰的疊層結構200中，以形成一窗口層30。
根據第一實施例的半導體激光器件抑制小面的溫度升高，從而穩定地產生具有高功率的激光束。
第二實施例根據本發明的第二實施例的半導體激光器件與第一實施例中的陽似，但是不同的是鋅擴散源層和窗口層分別形成在小面和與小面相對的一側上，并且反射抑制鏡層和高反射鏡層進一步形成在鋅擴散源層的外表面上。
圖4是根據本發明第二實施例的半導體激光器件的截面圖。
如圖4所示，根據本發明第二實施例的半導體激光器件，包括一n型GaAs蓋層32，一有源層33，和一p型AlGaAs蓋層34連續地形成在一GaAs基底31上，一形成在p型AlGaAs蓋層34兩側的電流阻斷層35，一形成在p型AlGaAs蓋層34和電流阻斷層35上的p型GaAs蓋層36，一形成在GaAs基底31下方的n型金屬層37，和一形成在p型GaAs蓋層36上的p型金屬層38。此處，n型GaAs蓋層32，有源層33和p型AlGaAs蓋層34組成一用于產生激光束的諧振層。
另外，根據本發明第二個實施例的半導體激光器件進一步包括涂在一小面和與該小面相對的一側上的一第一和一第二鋅擴散源層39a和39b，來自第一鋅擴散源層39a的鋅原子擴散到疊層結構300中形成一第一窗口層40a，來自第二鋅擴散源層39b的鋅原子擴散到疊層結構300相對的一側中形成一第二窗口層40b，形成在第一鋅擴散源層39a的一外表面的一反射抑制鏡層41，和形成在第二鋅擴散源層39b的一外表面的一高反射鏡層42。此處，第一和第二窗口層40a和40b通過擴散的鋅原子被用作一非吸收層。
第一和第二鋅擴散源層39a和39b是由ZnS或ZnO以厚度為λ/4n或λ/2n(λ發射的光的波長，n該鋅擴散源層的折射率)形成。此處，反射抑制鏡層41是由Al2O3或SiO2構成，并且高反射鏡層42是由大量的薄膜組成，此薄膜是由SiO2和TiO2重復地(或交替地)沉積而成。
下面介紹一種根據第二實施例的半導體激光器件的制造方法。
圖5A至5C是用于表示一種根據本發明第二實施例的半導體激光器件的制造方法的截面圖。
首先，如圖5A所示，一n型GaAs蓋層32，一有源層33，和一p型AlGaAs蓋層34順序地形成在一GaAs基底31上。p型AlGaAs蓋層34的兩邊緣被蝕刻，因而只剩下中心部分以脊的形式存在。此后，一電流阻斷層35形成在具有脊形形狀的p型AlGaAs蓋層34的兩側。
然后，一p型GaAs蓋層36形成在p型AlGaAs蓋層34和電流阻斷層35上。一n型金屬層37形成在GaAs基底31的下方，并且一p型金屬層38形成在p型GaAs蓋層36上。然后，n型金屬層37和p型金屬層38被構圖，從而移走它們外邊緣的預定部分。上述工藝過程的結果是，形成了具有一具有許多層的疊層結構300。
然后，一第一鋅擴散源層39a形成在疊層結構300的一小面上，一第二鋅擴散源層39b形成在疊層結構300的與該小面相對的一側上。第一和第二鋅擴散源層39a和39b是通過射頻濺射方法，等離子體增強化學汽相沉淀(PECVD)方法，E光束蒸發方法，或者熱蒸發方法由ZnS或者ZnO而形成的。此時，由于第一和第二鋅擴散源層39a和39b是僅僅作為鋅原子擴散的源，因此它們形成厚度為λ/4n(λ發射的光的波長，n鋅擴散源層的折射率)。第一和第二鋅擴散源層39a和39b與GaAs基底31，n型GaAs蓋層32，一有源層33，p型AlGaAs蓋層34，電流阻斷層35，和p型GaAs蓋層36相接觸。
然后，如圖5B所示，一反射抑制鏡層41形成在第一鋅擴散源層39a的一外表面，并且一高反射鏡層42形成在第二鋅擴散源層39b的一外表面。此處，反射抑制鏡層41是由Al2O3或SiO2組成，并且高反射鏡層42是由大量的薄膜組成，此薄膜是由SiO2和TiO2重復地(或交替地)沉積而成。
然后，如圖5C所示，第一和第二鋅擴散源層39a和39b的鋅原子通過熱處理被擴散到疊層結構300中，以形成一第一和一第二窗口層40a和40b。換言之，鋅原子被擴散到與第一和第二鋅擴散源層39a和39b都接觸的GaAs基底31，n型GaAs蓋層32，有源層33，p型AlGaAs蓋層34，電流阻斷層35，和p型GaAs蓋層36。
和第一實施例一樣，熱處理工藝是在大約450℃下進行的在加熱爐中的熱處理或者一種快速熱退火(RTA)方法。
由于在熱處理工藝中，反射抑制鏡層41和高反射鏡層42起蓋層的作用，因此它們幫助第一和第二鋅擴散源層39a和39b的鋅原子更容易地擴散到第一和第二窗口層40a和40b。
如前面所述，在本發明中，在鋅擴散源層形成在半導體激光器件的一小面上以后，具有高帶隙的窗口層通過鋅原子的擴散而形成，因此能夠減少在小面附近的激光束的吸收，從而能夠穩定地產生具有高功率的激光束。
很明顯，本領域技術人員可以對本發明進行各種調整和改進。因此，本發明要求包含所有這些屬于所附權利要求或與之相同的范圍之內的調整與改進。
權利要求
1.一種半導體激光器件，具有疊層結構，其中一下蓋層，一有源層，一上蓋層，一電流阻斷層，和一蓋層順序形成，該半導體激光器件包括一位于該疊層結構的小面上的鋅擴散源層；和一設置在該鋅擴散源層與該疊層結構之間用于防止光的吸收的窗口層。
2.如權利要求1所述的半導體激光器件，其中該鋅擴散源層是由ZnO或ZnS形成。
3.如權利要求1所述的半導體激光器件，其中該鋅擴散源層具有厚度λ/4n，其中λ是發射的光的波長，并且n是該鋅擴散源層的折射率。
4.如權利要求1所述的半導體激光器件，進一步包括一形成在小面上的鋅擴散源層的外側壁上的反射抑制鏡層。
5.如權利要求4所述的半導體激光器件，其中該鋅擴散源層具有厚度λ/4n，其中λ是發射的光的波長，并且n是該鋅擴散源層的折射率。
6.如權利要求1所述的半導體激光器件，進一步包括一在小面的相對側上的該鋅擴散源層；及一在形成在與該小面相對的一側上的該鋅擴散源層和該疊層結構之間的窗口層。
7.如權利要求6所述的半導體激光器件，其中該鋅擴散源層是由ZnO或ZnS形成。
8.如權利要求6所述的半導體激光器件，進一步包括一形成在與該小面相對的一側上的該鋅擴散源層的外側壁上的高反射鏡層。
9.如權利要求1所述的半導體激光器件，其中該窗口層摻入了鋅。
10.一種半導體激光器件，具有疊層結構，其中一下蓋層，一有源層，一上蓋層，一電流阻斷層，和一蓋層順序形成，該半導體激光器件包括分別形成在該疊層結構小面上和與小面相對的一側處的第一和第二鋅擴散源層；通過來自該第一和第二鋅擴散源層的鋅的擴散，在該疊層結構上形成第一和第二窗口層；一形成在該第一鋅擴散源層外表面上的反射抑制鏡層；和一形成在該第二鋅擴散源層外表面上的高反射鏡層。
11.如權利要求10所述的半導體激光器件，其中該第一和第二鋅擴散源層由ZnO或ZnS形成。
12.如權利要求10所述的半導體激光器件，其中該第一和第二鋅擴散源層均具有厚度λ/4n，其中λ是發射的光的波長，并且n是該鋅擴散源層的折射率。
13.如權利要求10所述的半導體激光器件，其中該反射抑制鏡層是由Al2O3或SiO2構成。
14.如權利要求10所述的半導體激光器件，其中該高反射抑制鏡層是由多個薄膜組成，薄膜是由SiO2和TiO2重復地沉積而成。
15.一種用于制造具有疊層結構的半導體激光器件的方法，其中一下蓋層，一有源層，一上蓋層，一電流阻斷層，和一蓋層順序形成，此方法包括步驟(1)分別在該疊層結構的一小面上和與該小面相對的一側上形成第一和第二鋅擴散源層；(2)在該第一鋅擴散源層外表面上形成一反射抑制鏡層，并且在該第二鋅擴散源層外表面上形成一高反射鏡層；以及(3)通過一熱處理將鋅由該第一和第二鋅擴散源層擴散到疊層結構中。
16.如權利要求15所述的方法，其中該第一和第二鋅擴散源層是由ZnO或ZnS構成。
17.如權利要求15所述的方法，其中該第一和第二鋅擴散源層均具有厚度λ/4n，其中λ是發射的光的波長，并且n是該鋅擴散源層的折射率。
18.如權利要求15所述的方法，其中該反射抑制鏡層是由Al2O3或SiO2構成。
19.如權利要求15所述的方法，其中該高反射抑制鏡層是由SiO2和TiO2重復地沉積而成。
20.如權利要求15所述的方法，其中加熱處理在溫度大約為450℃下進行。
全文摘要
本發明公開了一種減少在小面中的光吸收并且產生穩定的高功率激光光束的半導體激光器件及其制造方法。該半導體激光器件具有疊層結構，其中一下蓋層，一有源層，一上蓋層，一電流阻斷層，和一蓋層順序形成，該半導體激光器件包括一形成在該疊層結構的一小面上的鋅擴散源層；和一設置在該鋅擴散源層和該疊層結構之間用于防止光的吸收的窗口層。
文檔編號H01S5/00GK1426142SQ0216065
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月10日 優先權日2001年12月10日
發明者林元澤, 林時鐘 申請人:Lg電子株式會社