二分型半导体激光元件及其制造方法、以及其驱动方法技术

本发明专利技术涉及二分型半导体激光元件及其制造方法、以及其驱动方法。该半导体激光元件可以准确、可靠并容易地形成通过分离槽被分离的第二电极和脊结构。二分型半导体激光元件的制造方法包括以下各工序：（Ａ）在形成第一化合物半导体层（３０）、构成发光区域（４１）和可饱和吸收区域（４２）的化合物半导体层（４０）、以及第二化合物半导体层（５０）之后，（Ｂ）在第二化合物半导体层（５０）上形成带状的第二电极（６２），（Ｃ）接下来，将第二电极（６２）作为蚀刻用掩膜，至少对第二化合物半导体层（５０）的一部分进行蚀刻，形成脊结构，（Ｄ）然后，以湿蚀刻法在第二电极（６２）上形成分离槽（６２Ｃ），并且通过分离槽将第二电极分离成第一部分（６２Ａ）和第二部分（６２Ｂ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二分型(Bisection)半导体激光元件及其制造方法、以及二分型半导体激光元件的驱动方法。
技术介绍
由GaN系化合物半导体构成，并且发光波长为405nm带的高输出超短脉冲半导体 激光元件作为体积型光盘系统的光源、或者医疗领域或生物成像领域等中所需要的光源而 备受期待，其中所述体积型光盘系统被期待作为蓝光(Blu-ray)光盘系统的下一代光盘系 统。作为在半导体激光元件中产生短脉冲光的方法，主要有增益开关和锁模两种方法，锁 模还被分为主动锁模和被动锁模。当基于主动锁模产生光脉冲时，需要利用镜子(mirror) 或透镜构成外部共振器并且对半导体激光元件施加高频(RF)调制。另一方面，在被动锁模 中，通过利用半导体激光元件的自脉动动作(Self Pulsation,自发振荡动作)，能够由简单 的直流驱动生成光脉冲。为了使半导体激光元件进行自脉动，需要对半导体激光元件设置发光区域和可饱 和吸收区域。在这里，能够根据发光区域和可饱和吸收区域的配置状态将半导体激光元 件分类为将发光区域和可饱和吸收区域配置在垂直方向上的SAUSaturable Absorber Layer，可饱和吸收层)型或者WI (Weakly Index guide，弱折射率波导)型、以及将发光区 域和可饱和吸收区域并列配置在共振器方向上的二分(Bi Section)型。二分型的半导体 激光元件可以从例如日本专利文件特开2004-007002号、日本专利文件特开2004-188678 号、以及日本专利文件特开2008-047692号公报获知。二分型的半导体激光元件与SAL型 的半导体激光元件相比，能够生成可饱和吸收效果大并且宽度窄的光脉冲。通常，二分型的GaN系半导体激光元件包括(a)层积结构体，所述层积结构体通过依次层积如下层来构成，即具有第一导电 型并且由GaN系化合物半导体构成的第一化合物半导体层、由GaN系半导体构成的构成发 光区域和可饱和吸收区域的化合物半导体层、以及具有与第一导电型不同的第二导电型并 且由GaN系化合物半导体构成的第二化合物半导体层；(b)形成在第二化合物半导体层上的带状的第二电极；以及(c)电连接在第一化合物半导体层上的第一电极。并且，第二电极通过分离槽被分离成第一部分和第二部分，其中第一部分用于通 过使直流电流经由发光区域流向第一电极来形成正偏状态，第二部分用于从第一电极经由 可饱和吸收区域施加电场。专利文件1 日本专利文件特开2004-007002号公报；专利文件2 日本专利文件特开2004-188678号公报；专利文件3 日本专利文件特开2008-047692号公报。
技术实现思路
在日本专利文件特开2004-007002号公报所公开的二分型半导体激光元件的制造方法中，在形成层积结构体之后，在第二化合物半导体层上形成第一金属膜。接下来，通 过对第一金属膜进行干法蚀刻，将第二电极通过分离槽分离成第一部分和第二部分。之后， 形成蚀刻用的掩膜，形成脊结构。在日本专利文件特开2004-007002号公报所公开的二分 型半导体激光元件的制造方法中，并不是将被图案化了的第二电极作为蚀刻用掩膜使用并 通过自对准(Self-aligned)方式来形成脊结构。因此，第二电极和脊结构之间容易产生对 准偏差。另外，第二化合物半导体层和第一金属膜之间容易残留氧化膜层或杂质，由此容易 产生化合物半导体层和金属膜的接触电阻上升以及激光元件的动作电压上升的问题。在日本专利文件特开2004-188678号公报所公开的二分型半导体激光元件的制 造方法中，在形成层积结构体之后，形成蚀刻用的掩膜，形成脊结构。然后，在脊结构的侧部 形成绝缘层，在从绝缘层的上表面直到第二化合物半导体层上，通过分层剥离(lift off) 法形成通过分离槽被分离成第一部分和第二部分的第二电极。因此，在日本专利文件特开 2004-188678号公报所公开的二分型半导体激光元件的制造方法中，第二化合物半导体层 和第一金属膜之间也容易残留氧化膜层或杂质，由此容易产生化合物半导体层和金属膜的 接触电阻上升以及激光元件的动作电压上升的问题。在日本专利文件特开2008-047692号公报所公开的二分型半导体激光元件的制 造方法中，在形成层积结构体之后，形成蚀刻用的掩膜，形成脊结构。然后，对整个面形成 η型缓冲器层、ρ侧接触层、蚀刻停止层、以及间隙层，并且对整个表面进行研磨直到P侧接 触层露出。接下来，在露出的P侧接触层上，通过分层剥离法形成通过分离槽被分离成第 一部分和第二部分的第二电极。如上所述，在日本专利文件特开2008-047692号公报所公 开的二分型半导体激光元件的制造方法中，形成第二电极之前的工序繁杂，由于研磨导致 P型接触层表面的电气特性以及光学特性降低，容易产生与接触电阻的上升相伴随的激光 元件的动作电压的上升、由于光损失的增大而导致的阈值电流增大以及斜度效率(slope efficiency)降低等问题。另外，各种论文中公开了 在二分型半导体激光元件中，如果使发光区域成为正 偏、可饱和吸收区域成为零偏而独立地驱动发光区域和可饱和吸收区域，则会进行自脉动。 然而，在二分型的GaN系半导体激光元件中，在专利技术人所知范围内并不存在当使发光区域 成为正偏、使可饱和吸收区域成为零偏而独立地驱动发光区域和可饱和吸收区域时实际确 认到进行了自脉动的事例。因此，本专利技术的第一目的是提供可以准确、可靠并容易地形成通过分离槽被分离 成第一部分和第二部分的第二电极以及脊结构的二分型半导体激光元件的制造方法。另 夕卜，本专利技术的第二目的是提供当使发光区域成为正偏、使可饱和吸收区域成为零偏而独立 地驱动发光区域和可饱和吸收区域时能够可靠地进行自脉动的二分型半导体激光元件及 其驱动方法。为了达成上述的第一目的，本专利技术的二分型半导体激光元件的制造方法，包括以 下各工序(A)在基体上形成层积结构体，所述层积结构体通过依次层积如下层来构成，即 具有第一导电型并且由GaN系化合物半导体构成的第一化合物半导体层、由GaN系半导体构成的构成发光区域和可饱和吸收区域的化合物半导体层、以及具有与第一导电型不同的 第二导电型并且由GaN系化合物半导体构成的第二化合物半导体层，(B)然后，在第二化合物半导体层上形成带状的第二电极， (C)接下来，将第二电极作为蚀刻用掩膜，至少对第二化合物半导体层的一部分进 行蚀刻，形成脊结构，(D)然后，形成用于在第二电极上形成分离槽的耐蚀层，接下来，将耐蚀层作为湿 蚀刻用掩膜，并以湿蚀刻法在第二电极上形成分离槽，并且通过分离槽将第二电极分离成 第一部分和第二部分。并且，在工序(C)中，可以对第二化合物半导体层在厚度方向的一部分进行蚀刻， 也可以对第二化合物半导体层在厚度方向的全部进行蚀刻，也可以对第二化合物半导体层 以及构成发光区域和可饱和吸收区域的化合物半导体层在厚度方向上进行蚀刻，也可以对 第二化合物半导体层以及构成发光区域和可饱和吸收区域的化合物半导体层乃至第一化 合物半导体层在厚度方向的一部分上进行蚀刻。为了达成上述的第一目的，本专利技术的第一方式或者第二方式中的二分型半导体激 光元件，其中，包括(a)层积结构体，所述层积结构体通过依次层积如下层来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二分型半导体激光元件的制造方法，包括以下各工序：（Ａ）在基体上形成层积结构体，所述层积结构体通过依次层积如下层来构成，即：具有第一导电型并且由ＧａＮ系化合物半导体构成的第一化合物半导体层、由ＧａＮ系半导体构成的构成发光区域和可饱和吸收区域的化合物半导体层、以及具有与第一导电型不同的第二导电型并且由ＧａＮ系化合物半导体构成的第二化合物半导体层，（Ｂ）然后，在第二化合物半导体层上形成带状的第二电极，（Ｃ）接下来，将第二电极作为蚀刻用掩膜，至少对第二化合物半导体层的一部分进行蚀刻，形成脊结构，（Ｄ）然后，形成用于在第二电极上形成分离槽的耐蚀层，接下来，将耐蚀层作为湿蚀刻用掩膜，并以湿蚀刻法在第二电极上形成分离槽，并且通过分离槽将第二电极分离成第一部分和第二部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：渡边秀辉，宫岛孝夫，池田昌夫，大木智之，仓本大，横山弘之，
申请(专利权)人：索尼公司，国立大学法人东北大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]