CN100444481C - 半导体激光器 - Google Patents

半导体激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN100444481C
CN100444481C CNB2004100949732A CN200410094973A CN100444481C CN 100444481 C CN100444481 C CN 100444481C CN B2004100949732 A CNB2004100949732 A CN B2004100949732A CN 200410094973 A CN200410094973 A CN 200410094973A CN 100444481 C CN100444481 C CN 100444481C
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
thickness
formation portion
conductivity type
mentioned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100949732A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1619900A (zh
Inventor
外山智一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Publication of CN1619900A publication Critical patent/CN1619900A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100444481C publication Critical patent/CN100444481C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223—Buried stripe structure
    • H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2206—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明提供一种半导体激光器，在半导体基板(1)上叠层包含n型包覆层(2)、活性层(3)及p型包覆层(4)、(6)的发光层形成部(8)，在发光层形成部上，叠层由晶格常数及热膨胀系数与半导体基板大致相同的材料构成的接触层(9)。在将该接触层的厚度设为d1，将发光层形成部的厚度设为d2时，以达到1.5≤(d1/d2)≤2.8的方式，形成发光层形成部及接触层。其结果，能够得到高输出用的、即使是发光层形成部的厚度达4μm以上的厚半导体激光器也能够提高CVD级别、延长寿命的半导体激光器。

Description

半导体激光器
技术领域
本发明涉及一种特别适合用于CD、DVD(digital versatile disk)、DVD-ROM、可写入数据的CD-R/RW等的用拾波器用光源的半导体激光器。更具体地涉及即使高输出用，也能够提高COD级别、延长寿命的半导体激光器。
背景技术
例如，780nm波长的红外用高输出半导体激光器，以图6所示的结构形成。即，例如在由n型GaAs构成的半导体基板21上，依次叠层例如由n型A1GaAs系化合物半导体构成的下部包覆层22、非掺杂或n型或p型的AlGaAs系化合物半导体构成的活性层23、由p型AlGaAs系化合物半导体构成的上部第1包覆层24，另外在其上面，叠层例如p型的InGaP构成的刻蚀中止层25、由p型AlGaAs系化合物半导体构成的上部第2包覆层26及由GaAs构成的顶层(cap)27，利用湿法刻蚀，刻蚀形成脊部28。
然后，在脊部28的两侧选择生长，形成例如由n型AlGaAs系化合物半导体构成的电流阻挡层29，通过从下部包覆层22到顶层27的各层及电流阻挡层29，构成发光层形成部31。在其上设置例如由p型GaAs构成的接触层30，在其上面设置p侧电极32，在基板背面设置n侧电极33，如此形成上述高输出半导体激光器。
在此结构中，通常以50μm左右形成半导体基板21的厚度、以1～3μm的范围形成接触层30的厚度。该半导体激光器，通常以在分装等中粘接上面电极即p侧电极32的倒装(下接合)结构组装，为易于散发在发光层形成部31产生的热量，所以接触层30的厚度，如前所示，为1～3μm的范围，不太加厚形成。此外，要进行60mW以上的高输出，需要增大近场图案，由于增大形成在发光层形成部31上的射束光点P，所以必须将主要由下部及上部的包覆层22、24、26和活性层23构成的发光层形成部31的厚度设定在4～6μm左右。
另外，例如，如特开2003-86886号公报所示，通过使从活性层到半导体基板的距离和从活性层到接触层上面的厚度大致相同，例如将接触层设定在50μm左右60μm以下，在用于光学式拾波器时，减少返回光的反射量，返回光再次到达光盘，通过被受光元件检出而防止读取信号的S/N的恶化。
但是，如上所述，加厚发光层形成部的高输出用的半导体激光器，存在COD(致命的光学损伤)级别低，因长时间的工作(高温老化试验)导致破损的增多，寿命短，可靠性低的问题。
发明内容
本发明是针对如此的状况而提出的，目的是提供一种高输出用的、即使是发光层形成部的厚度达4μm以上的厚的半导体激光器，也能够提高COD级别、延长寿命的半导体激光器。
本发明者，就如果对高输出用半导体激光器进行高温(例如75℃)下高输出(例如200mW)的加速寿命试验，半导体激光器在100～250小时的短时间内发生损坏的原因，进行了深入研究，结果发现，在一般用作半导体基板21的GaAs和发光层形成部的AlGaAs系化合物半导体中，除晶格常数若干不同，材料的热膨胀系数也不同外，由于发光层形成部厚，所以在发光层形成部的半导体层发生变形，由于该变形，在裂开时，例如，如图5所示，在半导体层(下部包覆层22)形成裂开段差F，因该原因初期状态的COD级别下降，通过寿命试验，由于COD级别更加降低，所以在短时间内就达到损坏。
此外，还发现，通过在接触层采用晶格常数及热膨胀系数与半导体基板大致相同的半导体材料，以某种厚度形成，施加给发光层形成部的半导体层的应力，从半导体基板和接触层的两侧施加，不只向一方向拉，在裂开时，也不产生裂开段差，能够防止COD级别下降。此外，如果减薄发光层形成部的厚度，不蓄积应力，几乎没有影响，但如果为增大发光输出而使发光层形成部的厚度加厚，则蓄积应力，由于其影响变大，所以为有效地缓和发光层形成部的应力，需要根据发光层形成部的厚度，加厚接触层。
另外，还发现，如果过大加厚接触层，则即使用倒装组装，由于不能充分散发在发光层形成部产生的热，缩短半导体激光器的寿命，在将最终接触层的厚度设为d1，将发光层形成部的厚度设为d2的时候，通过以满足1.5≤(d1/d2)≤2.8的关系的方式，形成接触层，即使发光层形成部的厚度达4μm以上，也不在下部包覆层等形成裂开段差，能够良好维持COD级别，即使500小时以上的长时间进行加速寿命试验，也不破损。
本发明的半导体激光器，其中，具有半导体基板、包含叠层在该半导体基板上的第1导电型包覆层、活性层及第2导电型包覆层的发光层形成部、叠层在该发光层形成部上的由晶格常数及热膨胀系数与上述半导体基板大致相同的材料构成的接触层，在将该接触层的厚度设为d1，将上述发光层形成部的厚度设为d2时，以达到1.5≤(d1/d2)≤2.8的方式，形成上述发光层形成部及接触层。
在将上述半导体基板的厚度设为d3时，优选以达到0.2d3≤d1≤17μm的方式，设定上述接触层的厚度。
上述发光层形成部由以AlGaAs系化合物半导体为主体的半导体构成，同时该发光层形成部的厚度为4～6μm，上述半导体基板及上述接触层由GaAs构成，特别适合高输出用的半导体激光器。另外，所谓的AlGaAs系化合物半导体，是指Al和Ga的混晶比率能够有多种不同，所谓“主体”，意思是至少包覆层、活性层由AlGaAs系化合物半导体构成，也可以含有其以外的半导体层。
本发明的半导体激光器的其它方式，其中，具有半导体基板、包含叠层在该半导体基板上的第1导电型包覆层、活性层及第2导电型包覆层的发光层形成部、叠层在该发光层形成部上的接触层；上述半导体基板及上述接触层由GaAs构成；上述发光层形成部由以AlGaAs系化合物半导体为主体的半导体构成；以上述半导体基板的厚度d3为40～60μm、上述发光层形成部的厚度d2为4～6μm、上述接触层的厚度d1为7～17μm形成。
如果采用本发明的结构，由于接触层的厚度从以往的1～3μm的范围加厚到7～17μm的范围，所以即使对发光层形成部外加基于半导体基板和发光层形成部的晶格常数或热膨胀系数的差的应力，通过在与发光层形成部的半导体基板的相反侧，加厚形成由晶格常数或热膨胀系数与半导体基板大致相同的材料构成的接触层，在发光层形成部，同样的应力也能够从与基板的相反侧作用。因此，发光层形成部不只从一方接受应力，能够从两侧接受同样的应力，能够保证平衡。
结果，即使在施加进行裂开的外力时，不会因应力在发光层形成部形成裂开段差，不会降低COD级别。通过良好保持初期的COD级别，即使进行加速老化，COD级别缓慢下降，由于到损坏级别有足够的富余，所以即使进行非常长时间的老化试验，也无破损，能够得到可靠性高的半导体激光器。
此外，如果接触层太厚，即使用在分装等中键合上面侧的倒装(下接合)结构组装，在发光层形成部发生的热的散发也恶化，发光特性降低，但在本发明中，由于将接触层的厚度抑制在发光层形成部的厚度的2.8倍以下，所以例如即使发光层形成部的厚度为5μm，接触层的厚度也达到14μm，如果在14μm左右，能够通过导热，充分散发在发光层形成部产生的热。结果，基于热膨胀系数或晶格常数的差的应力或伴随发光产生的热，不会导致发光层形成部的劣化，能够维持高的COD级别，得到可靠性高的半导体激光器。
此外，在将半导体基板的厚度设为d3时，通过以达到0.2d3≤d1≤17μm的方式，设定接触层的厚度，能够更加提高可靠性。即，半导体基板的厚度越厚，与施加给发光层形成部的应力的关系越大，半导体基板的厚度越薄，其影响越小。因此，通过也利用半导体基板的厚度限制接触层的厚度，能够缓和基于半导体基板形成的应力的影响，能够进一步防止COD级别的下降，提高可靠性。此时，即使加厚半导体基板的厚度，通过将接触层的上限设定在17μm，能够高效率散发在发光层形成部产生的热，能够抑制发光层形成部的劣化。
附图说明
图1是本发明的半导体激光器的一实施方式的断面说明图。
图2A及图2B是表示相对于接触层的厚度的COD的变化及老化造成的COD的变化的图。
图3是表示相对于接触层的厚度的高温特性的变化的图。
图4是模式表示利用图1所示结构的发光层形成部和半导体基板及接触层的应力的关系的图。
图5A及图5B是模式表示在以往的结构的半导体激光器中形成裂开段差的情况及此时的各层的应力的关系。
图6是表示以往的脊型结构的半导体激光器的断面说明图。
具体实施方式
下面，通过参照附图，说明本发明的具体的实施方式。本发明的半导体激光器，如图1中的其一实施方式的断面说明图所示，在半导体基板1上叠层包含第1导电型(以下，作为n型)包覆层2、活性层3及第2导电型(以下，作为p型)包覆层4、6的发光层形成部8，在发光层形成部8上，叠层由晶格常数及热膨胀系数与半导体基板1大致相同的材料构成的接触层9。在将该接触层9的厚度设为d1，将发光层形成部的厚度设为d2时，以达到1.5≤(d1/d2)≤2.8的方式，形成发光层形成部8及接触层9。
对于此种半导体激光器，作为发光层形成部8，采用红外光即780nm波长用的AlGaAs系化合物半导体或红色光即650nm波长发光用的InGaAlP系化合物半导体，作为用于叠层这些半导体材料的半导体基板1，一般采用GaAs基板，但也可以是其它化合物半导体。此外，半导体基板1的导电形式，按与组装半导体激光器的装置的关系，采用基板侧要求的导电形式的n型或p型的任何一种，也可根据该基板1的导电形式，确定要叠层的半导体层的导电形式。在以下的具体例中，以n型的例子说明半导体基板1。该半导体基板1，在晶片处理时，具有200～400μm的厚度，但在形成后述的电极之前，研磨背面，厚度d3达到40～60μm的范围。基板的厚度，是裂开前的厚度，表示该研磨后的厚度。
作为发光层形成部8，在图1所示的例中，由n型包覆层2、非掺杂或n型或p型活性层3及p型第1包覆层4、p型刻蚀中止层5、p型第2包覆层6、顶层7及埋入在刻蚀成脊状的p型第2包覆层6的两侧的n型电流阻挡层13构成。
具体是，例如在MOCVD(金属有机化学气相沉积)装置内装入n型GaAs基板1，根据反应气体三乙基镓(TEG)或三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMIn)、膦(PH3)、砷化氢(AsH3)及半导体层的导电形式，通过与载体气体氢(H2)一同导入作为n型掺杂剂气体的SiH4或作为p型掺杂剂的二甲基锌(DMZn)或茂基铍(Be(MeCp)2)等必要的材料，在500～700℃的范围外延生长各半导体层，能得到上述各半导体层的叠层结构。
n型包覆层2，例如由Alx1Ga1-x1As(0.4≤x1≤0.7、例如x1＝0.5)构成，按1～4μm的范围形成，活性层3，通过由Aly1Ga1-y1As(0.05≤y1≤0.2、例如y1＝0.15)的主体结构或Aly2Ga1-y2As(0.04≤y2≤0.2、例如y2＝0.1)构成的阱层和由Aly3Ga1-y3As(0.1≤y3≤0.5、y2＜y3、例如y3＝0.3)构成的阻挡层的单层或多层的量子阱(SQW或MQM)结构，按整体0.04～0.2μm的范围形成，p型第1包覆层4，以Alx2Ga1-x2As(0.4≤x2≤0.7、例如x2＝0.5)为0.1～0.5μm的范围形成。另外，也可以在活性层3和包覆层2、4的之间设置光波导层的结构等的在任何一层的层间夹持其它半导体层。
另外，刻蚀中止层5，通过p型或未掺杂的例如In0.49Ga0.51P，以0.01～0.05μm的范围形成在p型第1包覆层4上，p型第2包覆层6，通过Alx3Ga1-x3As(0.4≤x3≤0.7、例如x3＝0.5)，以1～3μm的范围形成，在其上面，以0.05～0.2的范围设置由p型GaAs构成的顶层7，刻蚀顶层7及p型第2包覆层6的两侧，形成脊部11，在其两侧，通过以沿脊部11的横向填埋的方式，形成例如由AlzGa1-zAs(0.5≤z≤0.8、例如z＝0.6)构成的电流阻挡层13，由此形成发光层形成部8。如前所述，在高输出的半导体激光器中，需要厚包覆层的厚度，因此以4～6μm加厚形成发光层形成部8整体的厚度d2。
另外，刻蚀中止层5，不限定于In0.49Ga0.51P，例如也能够使用In0.49(Ga0.8Al0.2)0.51P等，顶层7，是在后面的工序中生长接触层时，在半导体叠层部的表面上形成氧化膜等，防止被污染的层，也可以是其它半导体层，此外，在接触层形成前，或者通过热清洗去除，或者只要能够防止表面的被污，也可以从最初就不设置。此外，用于形成脊部11的刻蚀，例如利用CVD法等，形成由SiO2或SiNx等构成的掩模，例如利用干刻蚀等，有选择地刻蚀顶层7，通过再利用如HCl的刻蚀液，刻蚀p型第2包覆层6，如图所示，脊部11被形成为带状(与纸面垂直方向)。另外，也有时再去除露出的刻蚀中止层5。
接触层9，例如通过p型GaAs层，以其厚度d1达到7～17μm的范围，形成在发光层形成部8及电流阻挡层13上。即，在以往的结构中，减薄到1～3μm的范围，在分装等中搭载的时候，不易散发在发光层形成部8产生的热，但在本发明中，在能够某种程度地确保散热性的同时，加厚形成接触层9，以利用接触层9缓和因发光层形成部8的厚度加厚而引起并通过半导体基板而在发光层形成部8中产生的应力。因此，作为接触层9，优选晶格常数接近半导体基板1的、并且热膨胀系数也近似的材料，具体优选与半导体基板1相同的材料的半导体，在半导体基板1是GaAs时，也利用GaAs，按上述的厚度形成接触层9。
另外，在该接触层9的表面上，形成由Ti/Au等构成的p侧电极15，此外，在半导体基板1的背面，如上所述，在研磨减薄后，形成由Au/Ge/Ni或Ti/Au等构成的n侧电极16。该电极形成后，通过裂开等，由晶片进行芯片化。
下面，详细说明，必须采用晶格常数及热膨胀系数与半导体基板大致相同的半导体材料，以7～17μm的范围形成该接触层9的理由。如上所述，本发明者，为改善高输出半导体激光器在加速寿命试验中，容易短时间破损的现象，反复进行了深入研究。结果发现，基于发光层形成部8和半导体基板1间的晶格常数或热膨胀系数的差异，在发光层形成部8产生变形，因该变形的原因，靠由晶片芯片化时的裂开形成的外力，在接近半导体基板1的下部包覆层2等上，形成如图5A中F所示的裂开段差(裂纹)，因该段差，降低COD级别，是寿命试验中破损的原因。
即，认为，例如在780nm波长的半导体激光器中，作为发光层形成部8的半导体材料，采用AlGaAs系化合物，半导体基板1的GaAs的晶格常数为0.5653nm，线膨胀系数为6.03(×10-6/K)，可是，例如与Al0.53Ga0.47As的晶格常数为0.5657nm，线膨胀系数为5.04(×10-6/K)，都不相同，另外在高输出半导体激光器中，如前所述，需要加厚形成包覆层2、4、6，由于发光层形成部8的厚度达到5μm左右，所以来自半导体基板1的应力产生大的作用，形成裂开段差F。
该半导体基板和发光层形成部之间的变形，在发光层形成部不是高输出用的3μm左右的厚度的情况下，晶格常数或热膨胀系数的差即使小，由于形成裂开段差的变形不蓄积，所以几乎不成问题，但在高输出用时，如果发光层形成部的厚度加厚到4μm左右以上，由于蓄积变形，因此在以往结构的接触层的薄的半导体激光器中，如图5B中应力关系模式所示，拉伸半导体基板21，在发光层形成部31上变形蓄积，如果接触层30薄，接触层30也不能与半导体基板21的应力对抗，形成向发光层形成部31施加一方的应力的状态。在该状态下，如果施加裂开等的外力，如图5A所示，在发光层形成部31的半导体层形成裂开段差F。
另外，如本发明，在接触层9上，采用由晶格常数及热膨胀系数与半导体基板1大致相同的半导体材料，例如在GaAs基板时，作为接触层9采用GaAs，通过某种程度地加厚形成，如图4中与图5B同样的应力关系的模式图所示，施加给发光层形成部8的半导体层的应力，从半导体基板1和接触层9的两侧，向相反方向施加，不只向一方向拉伸，在裂开时，也不产生裂开段差，不会降低COD级别。
在上述图1所示的结构(发光层形成部的厚度d2＝5μm)中，除接触层9以外，为相同的结构，只对接触层9的厚度进行了种种改变，图2A的A示出研究此时的初期的COD的结果。另外，相对于各厚度的COD的值，为按各自的厚度计算出的每30个试样的平均值。此外，如上所示，如果发光层形成部8的厚度减薄，几乎不引起应力形成的裂开段差，接触层9的厚度，由于显示出发光层形成部8的厚度d2越厚，因与基板的关系，应力的影响越大，所以通过使近场图案固定，变化包覆层的厚度，研究了在将发光层形成部8的厚度d2设定为4μm和6μm，同样变化接触层的厚度时的COD的变化，图2A示出研究结果，同样以发光层形成部8的厚度d2在4μm时作为B，以6μm时作为C。
从图2A看出，越加厚接触层9的厚度，COD级别越高。另外，一般，如果进行老化，如图2B所示，COD级别下降，例如在图2B所示的例中，由于在75℃下、以200mW输出进行老化，所以如果COD级别降低到200mW，可立即损坏。因此，需要提高初期的COD级别，如图2A所示，通过将COD级别形成在400mW以上，即使进行500小时以上的加速老化，也不破损。从图2A的A、B、C看出，(接触层的厚度d1)/(发光层形成部的厚度d2)，如果大致在1.5以上，初期的COD达到400mW以上的级别。
另外，如果过度加厚接触层，即使用倒装组装，也不能充分散发在发光层形成部产生的热，从而缩短半导体激光器的寿命。即，研究了接触层的厚度d1和散热的恶化程度对半导体激光器的高温特性(工作电流IOP)的影响，其结果如图3所出，如果将d1加厚到18μm以上，则半导体激光器的特性劣化。因此，要去除基于晶格常数或热膨胀系数的差而产生的应力的影响，优选加厚接触层9，但如果再考虑到散热特性的影响，接触层9的厚度需要在17μm以下。
综合以上的研究结果，在将最终接触层的厚度设为d1，将发光层形成部的厚度设为d2时，通过以满足1.5≤(d1/d2)≤2.8的方式，形成接触层，即使发光层形成部厚4μm以上，也不会在下部包覆层等上形成裂开段差，能够维持COD的高级别，即使进行500小时以上的长时间加速寿命试验，也不破损。
如上所述，在发光层形成部产生裂开段差，其依赖于发光层形成部的厚度，但也依赖于半导体基板的厚度，本发明者进一步反复进行了研究，结果发现，半导体基板的厚度d3，从防止晶片工序中的处理时的破损的角度考虑，需要至少40μm以上，如果发光层形成部8的厚度d2为4～6μm的范围，如果是半导体基板1的厚度d3的0.2倍以上，能够将上述的COD级别设定在400mW以上。即，如果考虑上述的散热特性，优选以满足0.2d3≤d1≤17μm的方式，设定上述的接触层或半导体基板的厚度。
根据上述的研究结果，作为优选的半导体激光器，其半导体基板1和接触层9由GaAs构成，发光层形成部8由以AlGaAs系化合物半导体(阻挡层等任何一层也包括Al的混晶比率为0的层)为主体(是指也包括InGaP等层)的半导体构成，以40～60μm形成半导体基板1的厚度d3，以4～6μm形成发光层形成部8的厚度d2，以7～17μm形成接触层9的厚度d1，这优选用于在780nm附近的红外区域，制造80mW以上、更优选100mW以上的高输出用的半导体激光器。另外，该输出，在脉冲振荡时，是指其峰值输出。
但是，本发明，并不局限于发光层形成部由AlGaAs系化合物半导体构成，即使在由红色系的InGaAlP系化合物半导体(按(In0.49(Ga1-wAlw)0.51P)的构成，Al和Ga的混晶比率进行各种变化而得到的)构成的时候，同样能够应用本发明。即，InGaAlP系化合物半导体，晶格常数容易接近比较的GaAs的晶格常数，但也不能够完全一致，此外，线膨胀系数，在(In0.49(Ga0.3Al0.7)0.51P)的情况下，为5.1(×10-6/K)，与上述的GaAs的线膨胀系数6.03(×10-6/K)不同，会产生同样的问题。但是，通过按一定厚度加厚形成本发明的接触层，能够消除如此的问题。
在用InGaAlP系化合物构成时，作为上述的n型及p型包覆层，采用In0.49(Ga1-uAlu)0.51P(0.45≤u≤0.8、例如u＝0.7)，作为活性层，采用由In0.49(Ga1-v1Alv1)0.51P(0≤v1≤0.25、例如v1＝0)/In0.49(Ga1-v2Alv2)0.51P(0.3≤v2≤0.7、例如v2＝0.4)形成的多重量子阱(MQM)结构等，此外，作为电流阻挡层，采用InAlP或GaAs，除通过如此形成以外，也能够与上述例相同地构成。
如果采用本发明，如上所述，即使按高输出用加厚发光层形成部，由于以满足1.5≤(d1/d2)≤2.8的关系的方式，加厚接触层，所以应力不只是从半导体基板的一方向作用，而是从两侧作用，不产生一方的变形。因此，即使在裂开时，也不因该外力在发光层形成部产生裂开段差，也不会使COD降低。另外，接触层的厚度，其上限也被确定，工作时在发光层形成部产生的热，通过用倒装法在分装等中组装，能够充分散发，不会因热而劣化发光层形成部，在维持半导体激光器的高特性的同时，还能够实现长寿命化。
在上述的各例中，是脊型结构的半导体激光器，当然即使是在包覆层间叠层电流阻挡层，通过刻蚀去除作为电流注入区域的条形槽的SAS结构等其它结构的半导体激光器，也同样。
本发明，能够用于CD、DVD、DVD-ROM、可写入数据的CD-R/RW等的拾波器用光源，能够用于电脑等电器设备。

Claims (7)

1.一种半导体激光器，具有：
由GaAs构成的半导体基板；
发光层形成部，包含叠层在该半导体基板上的第1导电型包覆层、活性层、第2导电型第1包覆层、第2导电型第2包覆层、第2导电型顶层、以及通过刻蚀去除上述顶层和第2导电型第2包覆层的两侧以形成脊部、埋入该脊部两侧的第1导电型电流阻挡层；以及
叠层在该发光层形成部上并且由晶格常数及热膨胀系数与上述半导体基板大致相同的材料构成的接触层，
其中，上述发光层形成部的第1导电型包覆层、第2导电型第1包覆层以及第2导电型第2包覆层由AlxGa1-xAs或红色系发光的InGaAlP材料构成，在将该接触层的厚度设为d1，将上述发光层形成部的厚度设为d2时，以达到1.5≤(d1/d2)≤2.8的方式，形成上述发光层形成部及接触层，其中，0.4≤x≤0.7。
2.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，在将上述半导体基板的厚度设为d3时，以达到0.2d3≤d1≤17μm的方式，设定上述接触层的厚度。
3.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，上述发光层形成部的厚度d2为4～6μm。
4.如权利要求2所述的半导体激光器，其中，上述半导体基板的厚度d3为40～60μm。
5.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，上述接触层由GaAs构成。
6.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，发光输出是80mW以上的高输出。
7.一种半导体激光器，具有：
半导体基板；
发光层形成部，包含叠层在该半导体基板上的第1导电型包覆层、活性层、第2导电型第1包覆层、第2导电型第2包覆层、第2导电型顶层、以及通过刻蚀去除上述顶层和第2导电型第2包覆层的两侧以形成脊部、埋入该脊部两侧的第1导电型电流阻挡层；以及
叠层在该发光层形成部上的接触层，
其中，上述半导体基板及上述接触层由GaAs构成；
上述发光层形成部的第1导电型包覆层、第2导电型第1包覆层以及第2导电型第2包覆层由AlxGa1-xAs或红色系发光的InGaAlP材料构成，上述半导体基板的厚度d3为40～60μm、上述发光层形成部的厚度d2为4～6μm、上述接触层的厚度d1为7～17μm，其中，0.4≤x≤0.7。
CNB2004100949732A 2003-11-20 2004-11-19 半导体激光器 Expired - Fee Related CN100444481C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003390376A JP4091529B2 (ja) 2003-11-20 2003-11-20 半導体レーザ
JP2003390376 2003-11-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1619900A CN1619900A (zh) 2005-05-25
CN100444481C true CN100444481C (zh) 2008-12-17

Family

ID=34587442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100949732A Expired - Fee Related CN100444481C (zh) 2003-11-20 2004-11-19 半导体激光器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7288793B2 (zh)
JP (1) JP4091529B2 (zh)
KR (1) KR20050049372A (zh)
CN (1) CN100444481C (zh)
TW (1) TW200525846A (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8385812B2 (en) * 2008-03-18 2013-02-26 Jones International, Ltd. Assessment-driven cognition system
CN102368591B (zh) * 2011-10-28 2013-04-24 武汉华工正源光子技术有限公司 一种条形掩埋分布反馈半导体激光器的制作方法
DE102019102499A1 (de) * 2019-01-31 2020-08-06 Forschungsverbund Berlin E.V. Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5189680A (en) * 1991-04-16 1993-02-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Visible light laser diode
JP2001223436A (ja) * 2000-02-09 2001-08-17 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザ装置
US20020014674A1 (en) * 1999-09-22 2002-02-07 Horie Hideyoshi Light emitting device and light emitting device module
US20030002553A1 (en) * 2001-07-02 2003-01-02 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device and manufacturing method therefor
CN1396686A (zh) * 1995-07-11 2003-02-12 精工爱普生株式会社 面发光半导体激光器的制造方法及采用该激光器的传感器
EP1345299A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser and method for manufacturing the same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61107782A (ja) 1984-10-30 1986-05-26 Nec Corp 化合物半導体装置
JP2000068610A (ja) * 1995-03-31 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レ―ザ装置及びそれを用いた光ディスク装置
WO1997013303A1 (fr) * 1995-09-29 1997-04-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Laser a semi-conducteurs et disque optique l'utilisant
JP3778840B2 (ja) * 1995-12-28 2006-05-24 三洋電機株式会社 半導体レーザ素子とその製造方法
JP3797798B2 (ja) 1997-12-11 2006-07-19 三菱化学株式会社 半導体発光素子の製造方法
JP2000269589A (ja) * 1999-03-15 2000-09-29 Sharp Corp 半導体レーザ素子及びその製造方法
JP2001185811A (ja) 1999-12-24 2001-07-06 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ装置
EP1195864A3 (en) * 2000-10-04 2004-11-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5189680A (en) * 1991-04-16 1993-02-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Visible light laser diode
CN1396686A (zh) * 1995-07-11 2003-02-12 精工爱普生株式会社 面发光半导体激光器的制造方法及采用该激光器的传感器
US20020014674A1 (en) * 1999-09-22 2002-02-07 Horie Hideyoshi Light emitting device and light emitting device module
JP2001223436A (ja) * 2000-02-09 2001-08-17 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザ装置
US20030002553A1 (en) * 2001-07-02 2003-01-02 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device and manufacturing method therefor
EP1345299A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050049372A (ko) 2005-05-25
JP2005158760A (ja) 2005-06-16
CN1619900A (zh) 2005-05-25
JP4091529B2 (ja) 2008-05-28
TW200525846A (en) 2005-08-01
US20050110030A1 (en) 2005-05-26
US7288793B2 (en) 2007-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100537711B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자와 그것을 포함하는 광학 장치
KR100591705B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그것을 포함한 광학장치
KR101698629B1 (ko) 질화물 반도체 레이저 다이오드
US8368183B2 (en) Nitride semiconductor device
CN100524986C (zh) 集成型半导体激光元件及其制造方法
US6735230B1 (en) Semiconductor luminous elements and semiconductor laser
US20070111345A1 (en) Method for controlling the structure and surface qualities of a thin film and product produced thereby
WO2002065556A1 (fr) Element de source lumineuse a semi-conducteur a base de nitrure et son procede de realisation
JP2002190635A (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
US20080310471A1 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
JP3511372B2 (ja) 半導体発光素子およびそれを使用した表示装置
WO2007097411A1 (ja) ２波長半導体発光装置及びその製造方法
KR20120131090A (ko) 반도체 발광 소자, 질화물 반도체층 및 질화물 반도체층의 형성 방법
JP2006216772A (ja) 光集積型半導体発光素子
KR100618504B1 (ko) 반도체 발광 디바이스
CN100483753C (zh) 氮化镓基半导体器件及其制造方法
US8367443B2 (en) Method of manufacturing semiconductor light emitting device
JP4332407B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
CN102237634A (zh) 半导体激光器及其制造方法
US20100118905A1 (en) Nitride semiconductor laser diode and manufacturing method thereof
Lee et al. Study of GaN-based light-emitting diodes grown on chemical wet-etching-patterned sapphire substrate with V-shaped pits roughening surfaces
CN100444481C (zh) 半导体激光器
US6556603B1 (en) Nitride-contained semiconductor laser element and optical information reproducing device
JP2002151786A (ja) 半導体レーザ素子
US6865201B2 (en) Semiconductor laser device, method of fabricating the same and optical information reproduction apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081217

Termination date: 20121119