半导体激光元件及其制造方法技术

半导体激光元件及其制造方法。该元件至少在衬底上包括第一导电类型的第一包层、有源层、第二导电类型的第二包层、具有向谐振腔延伸的条形缺陷部分的电流阻挡层、掩埋在条形缺陷部分内的第二导电类型的第三包层、以及设置在第三包层上的第二导电类型的保护层。有源层包括邻近至少一端面的窗口区、以及具有多量子阱结构的内部区。通过用离子束从第二包层侧辐照内部区域，其后进行热处理（ＲＴＡ），形成窗口区。来自窗口区的光致发光的峰值波长λ↓［ｗ］满足不等式λ↓［ｗ］≤λ↓［ｉ］－５ｎｍ，其中λ↓［ｉ］是来自内部区域的光致发光的峰值波长λ↓［ｉ］，且该峰的半宽度比来自内部区域的光致发光的半宽度窄。（*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在光盘系统装置等中使用的，具体地，涉及一种高输出功率窗口结构。
技术介绍
近年来，各种半导体激光器主要广泛用作光盘装置的光源。在其它应用中，高输出功率半导体激光器用作光源，以写入MD驱动器、MO驱动器、CD-R/RW驱动器、可写入DVD驱动器等中的光盘，并要求具有较高的输出功率。防碍半导体激光器输出功率增加的一个因素是光学损伤(COD严重的光学损伤)，这种损伤随着谐振腔端面附近有源层(active layer)区域中光学输出密度的增加而发生。这种COD因以下原因而发生，即位于有源层的谐振腔端面附近的有源层区域是激光光束吸收区。大量不发光复合中心存在于谐振腔端面上，该中心被称为表面态或界面态。注入有源层的谐振腔端面附近区域内的载流子因这种不发光复合而损失，因此有源层谐振腔端面附近的注入载流子密度小于有源层内部区域中的。结果，有源层谐振腔端面附近区域相对于有源层内部区域中高注入密度载流子形成的激光波长成为吸收区。当光输出密度增加，吸收区域内的局部加热增加，温度升高，带隙减小。结果，吸收系数进一步增加以及温度升高的正反馈发生，在有源层的谐振腔端面附近形成的吸收区的温度最终达到熔点，导致COD。为了改进这种COD水平，在日本专利公告第平成9-23037号中公开了作为提高半导体激光器的输出功率的方法的一种方法，该方法利用了基于多量子阱结构有源层的无序的窗口结构(window structure)。这种半导体激光器元件将参照图17A至17C和图18A至18D进行描述，前者是其结构示意图，后者是其制造方法的工艺流程图。图17A是包括谐振腔端面的透视图。图17B是沿图17A的线Ib-Ib截取的截面图。图17C是沿图17A的线Ic-Ic截取的层厚度方向上的截面图。图17A至图17C显示了GaAs衬底1001、n型AlGaAs下包层1002、量子阱有源层1003、p型AlGaAs上包层1004a、p型AlGaAs第二上包层1004b、p型GaAs接触层1005、空穴扩散区(阴影区)1006、质子注入区(阴影区)1007、n侧电极1008、p侧电极1009、谐振腔端面1020、用于量子阱有源区1003的激光共振的区域(以下称为内部区)1003a、以及形成在量子阱有源层1003的谐振腔端面1020附近的窗口结构区1003b。图18A至18D中，在n型GaAs衬底1001上连续地外延生长n型AlGaAs下包层1002、量子阱有源层1003和p型AlGaAs第一上包层1004a(图18A)。然后，在p型AlGaAs第一上包层1004a上形成SiO2膜1010，且在谐振腔的方向上延伸的条形开口1010a形成的长度未抵达谐振腔端面(图18B)。接着，当此晶片在As气氛中在不低于800℃的温度进行热处理(即，热退火)，然后，SiO2膜1010从设置成与SiO2膜1010接触的p型AlGaAs第一上包层1004a的表面吸取Ga原子，在p型AlGaAs第一上包层1004a内产生Ga空穴。空穴扩散，直到空穴抵达晶体内的量子阱有源层1003，使量子阱结构无序。量子阱结构无序的有源层窗口区用作相对于内部区域内发射的振荡激光的透明窗口，因为有源层的有效禁带宽度得以扩展。最后，去除SiO2膜1010，并在p型AlGaAs第一上包层1004a上顺序地外延生长p型AlGaAs第二上包层1004b和p型GaAs接触层1005(图18C)。接着，在p型GaAs接触层1005上形成抗蚀剂膜，通过光刻技术在与SiO2膜1010的条形开口1010a相同的区域内形成条形抗蚀剂1011。接着，通过用作掩膜的条形抗蚀剂1011从p型GaAs接触层1005的表面侧注入质子，形成成为电流阻挡层(电流阻隔层)的高阻抗区1007(图18D)、最后，在GaAs衬底1001上形成n侧电极1008，在p型GaAs接触层1005上形成p侧电极1009。切割晶片，获得图17的半导体激光元件。然而，在传统窗口结构半导体激光元件中，SiO2膜1010形成在p型AlGaAs第一上包层1004a的表面上，以提供比与谐振腔端面附近形成的无序区内的激光振荡波长相应的带隙大的带隙，在接触SiO2膜1010的p型AlGaAs第一上包层1004a中形成Ga空穴，并将Ga空穴扩散至量子阱有源层1003内。Ga空穴的产生与扩散在覆盖有SiO2膜1010的区域内发生。如果热处理在不低于800℃的温度进行，则Ga空穴通过未覆盖有SiO2膜1010的区域(谐振腔内部区)的表面上Ga原子的再蒸发而产生，尽管量很小，且Ga空穴扩散至量子阱有源层1003内。这因而导致长期可靠性的降低，因为伴随谐振腔内部区域中量子阱有源层的带隙的波动的波长波动，以及因为量子阱有源层的结晶度的下降。此外，Ga空穴向谐振腔内部区域中的量子阱有源层1003内的扩散通过降低热处理温度或缩短热处理时间(即，退火时间)而被抑制。然而，覆盖有SiO2膜1010的区域内的空穴的产生和空穴向位于覆盖有SiO2膜1010的区域下方的有源层的谐振腔端面附近区域中的量子阱有源层1003内的扩散变得不充分，激光光束因此在有源层的窗口区域或位于有源层的谐振腔端面附近的区域内被不利地吸收。结果，COD趋于易于在谐振腔端面附近的有源层区域内发生，导致当元件以高功率驱动时最大光学输出的降低，并且不能获得足够的长期可靠性。
技术实现思路
作为前述问题的考察结果，本专利技术的目的是提供一种，该元件抑制了窗口结构加工过程中谐振腔内部区域中有源层的带隙波动，或者抑制了振动波长的波动，并具有高功率驱动时的优异的长期可靠性。为了实现以上目的，提供一种半导体激光元件，在衬底上包括至少一第一导电类型的第一包层、一有源层、一第二导电类型的第二包层、具有在谐振腔的方向上延伸的条形缺陷部分(deficient portion)的一电流阻挡层、掩埋在电流阻挡层的条形缺陷部分内的一第二导电类型的第三包层、以及设置在第三包层上的一第二导电类型的保护层，其中有源层包括至少一邻近其一端面的窗口区、以及具有一量子阱结构的一内部区，以及对立于内部区的部分用离子化的原子从设置在第二导电类型的第二包层侧上的层的表面辐照，其后经历热处理。因此，通过将离子化的原子浇注(apply)在设置在相对于内部区域的第二包层侧上的保护层的表面上，Ga空穴被俘获在通过热处理在表面上形成的缺陷中，使得能防止Ga空穴扩散到内部区域内，并防止内部区域的带隙变化。因此，窗口区域的带隙可以形成为5nm，大于内部区域的带隙。因为可以使窗口区域的带隙比内部区域的带隙足够地大，所以这种布置对于抑制端面的劣化尤其有效，并在提高可靠性上是优秀的。此外，提供一种半导体激光元件，在衬底上包括至少一第一导电类型的第一包层、一有源层、一第二导电类型的第二包层、具有在谐振腔的方向上延伸的条形缺陷部分的一电流阻挡层、掩埋在电流阻挡层的条形缺陷部分内的一第二导电类型的第三包层、以及设置在第三包层上的一第二导电类型的保护层，其中有源层包括至少一邻近其一端面的窗口区、以及具有一量子阱结构的一内部区，来自有源层的窗口区的光致发光的峰值波长λw相对于来自有源层的内部区域的光致发光的峰值波长λi具有关系λw≤λi-5nm，以及来自窗口区域的光致发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光元件，其在衬底上包括至少一第一导电类型的第一包层、一有源层、一第二导电类型的第二包层、具有在谐振腔方向上延伸的条形缺陷部分的一电流阻挡层、掩埋在电流阻挡层的条形缺陷部分内的一第二导电类型的第三包层、以及设置在第三包层上的一第二导电类型的保护层，其中 有源层包括至少一邻近其一端面的窗口区、以及具有一量子阱结构的一内部区，以及 对立于内部区域的部分用离子化的原子从设置在第二导电类型的第二包层侧上的层的表面辐照，其后经历热处理。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松本晃广，厚主文弘，川户伸一，
申请(专利权)人：夏普公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]