半导体激光元件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体激光元件的制造方法，其特征在于，包括：在ｎ型ＧａＮ基板上依次叠层至少由氮化物半导体构成的第一导电型层、活性层和第二导电型层的工序；在由所述工序叠层的晶片上，将规定波导路区域的长度的分隔槽形成为槽的底面比活性层更深的工序；在所述第二导电型层上设置条形凸部，形成由有效折射率关住光的第二波导路的工序；在所述条形凸部下设置包含活性层的条形凸部，形成由完全折射率关住光的第一波导路的工序；将所述晶片以分裂面成为谐振器面的方式在所述分隔槽分裂的分裂工序。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种设有条形脊(凸部)的半导体激光元件，特别是涉及一种使用了GaN、AIN或InN或它们的混合晶即III-V族氮化物半导体(InbAldGa1-b-dN，0≤b，0≤d，b+d＜1)的半导体激光元件。
技术介绍
现在，使用了氮化物半导体的半导体激光元件在应用于诸如能记录与重现DVD等高密度大容量的光盘系统中的需求正在日益增加。因此，在使用了氮化物半导体的半导体激光元件方面正积极地进行研究。使用了氮化物半导体的半导体激光元件能振荡并放出从紫外线至红色广阔光谱范围的可见光，预期其应用范围不仅仅局限于所述光盘系统的光源，还将广泛涉及激光打印机及光学网路等的光源等多领域。特别是，在激光元件的结构方面已有各种研究且已为对横模能有较佳控制的结构也提出了许多建议。其中有脊形波导路结构被视为有发展前途且已被应用于世界上首次开始上市的氮化物半导体激光元件。半导体激光元件的脊形波导路结构因结构简单可使其较易驱动激光振荡，但另一方面在进行大量生产时容易产生特性上的偏差。这是因为脊形波导路结构中凸形长条尺寸的变化会使特性改变，而凸形长条形状的偏差取决于蚀刻的精度，且凸形长条尺寸的精度无法高于其蚀刻的精度。另外，若就以可能遭受活性层中会有重大蚀刻损伤或将活性层表面露出于蚀刻环境中时会造成损伤的半导体材料制成的半导体激光元件而言，当完全折射率波导路型的半导体激光元件是通过比活性层还深的蚀刻而形成脊状物来制成时，由活性层内及其表面的蚀刻所导致的损伤会使激光特性变坏。因此，这种半导体激光元件必须为有效折射率型的波导路结构，而其中设置的长条的深度不会到达活性层。但就有效折射率型的波导路结构而言，由于上述长条形态的变化而导致元件特性变化显著，造成批量生产时元件特性的相当大变化。为能将使用了氮化物半导体的半导体激光元件应用于以上所述的领域，必须设置一种可大量生产且品质稳定的元件。但是，目前已知的激光元件在脊形波导路的形成上遇到障碍，这是因为通常脊形波导路的形成是首先生长构成元件的氮化物半导体，再蚀刻其上层来除去其氮化物半导体的一部分而形成用于构成波导路的脊(凸部)，如以上所述，蚀刻的精度对所制成的激光元件的元件特性有很大影响。也即因为横向模式是由构成脊形波导路的脊(凸部)的形态(特别是高度与宽度)来控制，且得到的激光的F.F.P(远场图)也因而决定，在利用蚀刻形成脊形波导路时蚀刻深度的控制误差为直接造成元件特性产生偏差的主要因素。另外，诸如RIE(反应性离子蚀刻)等的干蚀刻技术已知可用于氮化物半导体的蚀刻方法中，但用此种蚀刻方法很难将蚀刻深度控制到能完全解决元件特性变化(偏差)的精度。而且，近些年来元件的设计趋势是在元件结构内形成多个以几个原子层单位控制的层，诸如超晶格结构等。这也会助成由所述蚀刻精度所造成的元件特性变化。即，当形成构成元件结构的各层时要有极高的精度，如此很难使用其精度低于膜形成精度数位的蚀刻方法来达到形成脊与其他结构的复杂设计元件结构，因而造成改良元件特性的阻碍。例如在形成一个折射率波导型结构且无须蚀刻活性层而在活性层上设置脊形波导路并具有高输出功率的使用了氮化物半导体的半导体激光元件时，蚀刻深度的精度必须控制在将位于脊正下方部分的活性层与其他部分活性层间的折射率的有效差保持在百分的一。为达到此一精度，若在活性层正上方的层为p型包层时，脊的形成必须藉蚀刻而蚀刻深度的精度应控制在0.01μm以内直到仅剩下极小部分的p型包层为止。另一方面，脊形波导路的宽度可有较低的精度，但必须以0.1μm的精度进行蚀刻。另外，当使用RIE法(反应离子蚀刻法)来蚀刻氮化物半导体时，被蚀刻的层及其表面容易受损而引起元件特性与可靠性的恶化。在蚀刻方法中，可用湿蚀刻法及干蚀刻法进行蚀刻，不过尚未开发出能适用于氮化物半导体的湿蚀刻溶液。如以上所述，高性能的使用了氮化物半导体的半导体激光元件是否可以大量生产且其特性的变化较少，在蚀刻工序中形成脊形波导路的精度对此有很大的影响，怎样以高精度来形成脊形波导路已成为极为重要的课题。
技术实现思路
鉴于以上所述问题的存在，本专利技术的目的在于设置一种半导体激光元件或端面发光元件及其制造方法，使条状形态的半导体激光元件，既是具有其振荡和波导路特性均优异的谐振器的半导体激光元件，又是能获得稳定的横模控制，并能射出具有优异远场图(F.F.P)的激光束的半导体激光元件，并且即使在大量生产时该元件的特性也很少变化。本专利技术的目的可以由具有以下所述结构的半导体激光元件来实现。本专利技术的第一种半导体激光元件包括依次叠层了第一导电型的半导体层、活性层以及与所述第一导电型不同的第二导电型的半导体层的层状结构体，在所述活性层及其附近形成有限制光向宽度方向扩散，将光引导到与该宽度方向垂直的方向上的波导路区域，所述波导路区域具有第一波导路区域和第二波导路区域；所述第一波导路区域是通过限制所述活性层的宽度，利用该活性层与该活性层两侧的区域之间的折射率差，将光关闭在其所限制的活性层内的区域；所述第二波导路区域是通过在所述活性层中有效地设置折射率差来将光关闭的区域。这样，在上述构造的本专利技术的第一种半导体激光元件中，所述波导路区域具有第一波导路区域，在该第一波导路区域中，通过在活性层和该活性层两侧的区域之间中有效地设置折射率差来将光限制在该活性层内，所以在该第一波导路区域中能更可靠地抑制横模的产生，并且能可靠地进行光束控制，能发出有优异远场图(far field pattern)的激光。另外，所述第一种半导体激光元件中具有第二波导路区域，其构成是在活性层中有效地形成具有高折射率的区域，在所述第二波导路区域中，可以不必使作为波导路而发挥功能的活性层直接露出到外部，能够延长元件的使用寿命并且能提高可靠性。因此，本专利技术的第一种半导体激光元件是能将第一波导路区域与第二波导路区域的各个特征合在一起来具有的本专利技术第。另外，在本专利技术的第一种半导体激光元件中，第一波导路区域中的活性层可以通过形成包括所述活性层的第一脊来构成，并且因而限制该活性层的宽度，并可通过在第二导电型层中形成第二脊而构成所述具有有效的高折射率的区域。另外，在本专利技术的第一种半导体激光元件中，第一脊的形成也可以通过蚀刻第一脊的两侧直至所述第一导电型层露出为止，而第二脊的形成可以通过蚀刻所述第二脊的两侧并使所述第二导电型层仍保留在所述活性层上。另外，在本专利技术的第一种半导体激光元件中，位于第二脊两侧活性层上第二导电型层的膜厚最好为0.1μm以下，如此能更可靠地控制横模。再者，在本专利技术的第一种半导体激光元件中第二脊最好较第一脊长，如此可有更好的可靠性。而且，在本专利技术的第一种半导体激光元件中第一波导路区域最好有一激光谐振器谐振器面，如此可获最佳远场图的激光。另外，在本专利技术的第一种半导体激光元件中，也最好使用一方的谐振器面作为发射面，如此可获具有更佳远场图的激光。而且，在本专利技术的第一种半导体激光元件中，第一波导路区域的长度最好为1μm以上。而且，在本专利技术的第一种半导体激光元件中，第一导电型半导体层、活性层和所述第二导电型半导体层均可由氮化物半导体来制成。而且，在所述半导体激光元件中，所述活性层可用含有In的氮化物半导体层来构成，如此激光可以在波长较短的可见光区域及紫外线区域内振荡。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光元件的制造方法，其特征在于，包括：在ｎ型ＧａＮ基板上依次叠层至少由氮化物半导体构成的第一导电型层、活性层和第二导电型层的工序；在由所述工序叠层的晶片上，将规定波导路区域的长度的分隔槽形成为槽的底面比活性层更深的工序；在所述第二导电型层上设置条形凸部，形成由有效折射率关住光的第二波导路的工序；在所述条形凸部下设置包含活性层的条形凸部，形成由完全折射率关住光的第一波导路的工序；将所述晶片以分裂面成为谐振器面的方式在所述分隔槽分裂的分裂工序。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松村拓明，
申请(专利权)人：日亚化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]