專利名稱：半導(dǎo)體激光裝置及其生產(chǎn)方法和光盤單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光裝置和光盤單元，特別是涉及能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出和高可靠性的半導(dǎo)體激光裝置和使用該半導(dǎo)體激光裝置的光盤單元。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光裝置被用于光通信器件、光記錄器件等。近來，對這種器件的高速度和大容量有日益增加的需求。為了滿足這種需求，已經(jīng)開始研發(fā)以提高半導(dǎo)體激光裝置的各種特性。
在它們當(dāng)中，用于光盤單元例如傳統(tǒng)的CD或CD-R/RW的780nm波段的半導(dǎo)體激光裝置通常由AlGaAs材料制造。由于在CD-R/RW中對高速寫入的需求也已日益增加，為滿足這種需求，需要高輸出的半導(dǎo)體激光裝置。
對于傳統(tǒng)的AlGaAs半導(dǎo)體激光裝置，圖11(例如參見JP 11-274644A)示出了一種。將簡要地描述AlGaAs半導(dǎo)體激光裝置的結(jié)構(gòu)。如在圖11中所示，在n-型GaAs襯底501上，依次堆疊有n-型GaAs緩沖層502、n-型Al0.5Ga0.5As下覆蓋層503、Al0.35Ga0.65As下波導(dǎo)層504、由交替配置的兩層Al0.12Ga0.88As阱層(每層厚80)和三層Al0.35Ga0.65As勢壘層(每層厚50)組成的多量子阱有源層505、Al0.35Ga0.65As上波導(dǎo)層506、p-型Al0.5Ga0.5As第一上覆蓋層507和p-型GaAs蝕刻停止層508。在蝕刻停止層508的表面上順序形成臺式條形p-型Al0.5Ga0.5As第二上覆蓋層509和屋檐形p-型GaAs帽蓋層510。在第二上覆蓋層509的兩側(cè)上堆疊n-型Al0.7Ga0.3As第一電流勢壘層511和n-型GaAs第二電流勢壘層512，以將除臺式條部分以外的區(qū)域限定為電流壓縮部分(current constriction portion)。在第二電流勢壘層512上形成p-型GaAs平面化層513，p-型GaAs接觸層514布置在其整個表面上。
半導(dǎo)體激光裝置具有35mA的閾值電流和約160mW級的COD(嚴(yán)重光學(xué)損傷)。
然而，在高功率操作中，由于活性Al(鋁)原子的影響，在使用AlGaAs材料的半導(dǎo)體激光裝置中，在激光發(fā)光端面上容易發(fā)生由COD引起的端面損傷。從而，這樣的半導(dǎo)體激光裝置僅有約160mW的最大光輸出。由COD引起的端面損傷被認(rèn)定由下列機(jī)理產(chǎn)生。在諧振器的端面中，由于Al很容易氧化，由此形成表面能級。當(dāng)放出熱量時，注入到有源層的載流子通過該能級衰減(relax)。因此溫度局部上升。溫度的增加降低了在端面附近中的有源層的帶隙。由在有源層的端面附近的激光的吸收所產(chǎn)生的載流子再次通過表面能級衰減而產(chǎn)生熱量。一般認(rèn)為，通過重復(fù)如此的正反饋，端面最終會熔化，導(dǎo)致振蕩停止。由于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光裝置的有源區(qū)里包含Al，所以端面損傷成為大問題。
本發(fā)明人已對使用不包含Al(不含鋁的材料)的InGaAsP材料的高輸出半導(dǎo)體激光裝置件進(jìn)行了研究?；旧?，在不含鋁的材料中，即使它們有相同的帶隙能，導(dǎo)帶底能級(Ec)和價帶頂能級(Ev)的值也是不同的。在InGaAsP材料具有與GaAs襯底晶格常數(shù)相近的晶格常數(shù)的組分的情況下，帶隙能(Eg)擴(kuò)展到價帶邊(valence band side)。因此，當(dāng)InGaAsP材料用作阱層和勢壘層時，即使兩層之間的帶隙能差值(ΔEg)調(diào)整為一個大的數(shù)值，與AlGaAs半導(dǎo)體激光裝置相比，僅增加Ev(|ΔEv|)的差異而不能在Ec(|ΔEc|)上獲得足夠大的差異。由于這個原因，在由阱層和勢壘層構(gòu)成的有源區(qū)之外需要AlGaAs材料層，以確保足夠大的ΔEc，并阻止電子的溢流。然而，也有必要抑制晶體的劣化，這可能歸因于AlGaAs材料不同于量子阱有源層的材料的事實(shí)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供即使在高功率操作中也具有高可靠性并具有長壽命的半導(dǎo)體激光裝置和使用該半導(dǎo)體激光裝置的光盤單元。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供半導(dǎo)體激光裝置，其中，在GaAs襯底上至少依次堆疊一下波導(dǎo)層、由交替配置的一個或多個阱層和多個勢壘層組成的InGaAsP量子阱有源層、以及上波導(dǎo)層，其中，半導(dǎo)體激光裝置具有大于760nm并小于800nm的振蕩波長，和量子阱有源層與上波導(dǎo)層之間和量子阱有源層與下波導(dǎo)層之間中的至少一個設(shè)置有界面保護(hù)層。
根據(jù)本發(fā)明，量子阱有源層與上波導(dǎo)層之間的界面或量子阱有源層與下波導(dǎo)層之間的界面，或者這兩個界面變得陡峭。并且有利于晶體的外延生長。因此，可以獲得在高輸出操作中具有高可靠性和長壽命的使用GaAs襯底的高輸出半導(dǎo)體激光裝置(特別是用于CD-R/RW的780nm波段的高輸出半導(dǎo)體激光裝置)。
在一實(shí)施例中，界面保護(hù)層由GaAs形成。
根據(jù)該實(shí)施例，由于該界面保護(hù)層，能夠在GaAs襯底上堆疊穩(wěn)定的薄的半導(dǎo)體層，并能制作便于轉(zhuǎn)換(switchover)的界面。因此，能夠得到在高輸出操作中具有高可靠并具有長壽命的半導(dǎo)體激光裝置。
在一實(shí)施例中，界面保護(hù)層具有不超過30的厚度。
根據(jù)該實(shí)施例，因為界面保護(hù)層幾乎不吸收具有大于760nm并小于800nm的振蕩波長的激光，所以能在不損壞半導(dǎo)體激光裝置特性的情況下制作便于轉(zhuǎn)換的界面。因此，能夠得到在高功率操作中具有高可靠并具有長壽命的半導(dǎo)體激光裝置。
在一實(shí)施例中，上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層由AlGaAs形成。
根據(jù)這個實(shí)施例，AlGaAs以不直接與發(fā)生輻射復(fù)合的阱層鄰接的方式配置。這能夠確?？煽啃?，同時，通過AlGaAs的導(dǎo)帶底能級(Ec)和AlGaAs的價帶頂能級(Ev)充分抑制載流子的溢流。因此，能夠方便的實(shí)現(xiàn)具有高可靠性和長壽命的高功率半導(dǎo)體激光裝置。并且，由于界面保護(hù)層存在于量子阱有源層與波導(dǎo)層之間，可以以它們不互相接觸的方式配置構(gòu)成波導(dǎo)層的AlGaAs和量子阱有源層，所以更能確保阱層與AlGaAs之間的距離。因此，能夠獲得相似的效果。
在一實(shí)施例中，上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層的鋁摩爾分?jǐn)?shù)大于0.2。
根據(jù)該實(shí)施例，能夠更順利的實(shí)現(xiàn)上述效果。
在一實(shí)施例中，阱層具有壓應(yīng)變。
根據(jù)該實(shí)施例，振蕩閾值電流降低，這實(shí)現(xiàn)了特別在780nm波段具有高可靠性并具有長壽命的高輸出半導(dǎo)體激光裝置。
在一實(shí)施例中，壓應(yīng)變的量不大于3.5％。
根據(jù)該實(shí)施例，能夠順利獲得上述效果。
在一實(shí)施例中，勢壘層有拉應(yīng)變。
根據(jù)該實(shí)施例，勢壘層的應(yīng)變量補(bǔ)償阱層的壓應(yīng)變，因而，得以制造具有更穩(wěn)定的晶體的應(yīng)變量子阱有源層。因此，可實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的半導(dǎo)體激光裝置。
在一實(shí)施例中，拉應(yīng)變的絕對值的量不大于3.5％。
根據(jù)該實(shí)施例，能夠順利獲得上述效果。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造半導(dǎo)體激光裝置的方法，在該半導(dǎo)體激光裝置中，在GaAs襯底上至少具有一AlGaAs下波導(dǎo)層、由交替配置的一個或多個阱層和多個勢壘層組成的InGaAsP量子阱有源層、以及AlGaAs上波導(dǎo)層，該方法包括第一工藝，其中在第一生長溫度下，順序地晶體生長下波導(dǎo)層和GaAs下界面保護(hù)層；第二工藝，其中在第一工藝之后，中斷生長，生長溫度降到第二生長溫度；第三工藝，其中在第二工藝之后，重新開始生長以便順序地生長量子阱有源層和GaAs上界面保護(hù)層；第四工藝，其中在第三工藝之后，中斷生長，生長溫度上升到接近第一生長溫度；和第五工藝，其中在第四工藝之后，重新開始生長以便在GaAs上界面保護(hù)層上生長上波導(dǎo)層；根據(jù)該制造半導(dǎo)體激光裝置的方法，下界面保護(hù)層防止下波導(dǎo)層的AlGaAs氧化，并且能夠生長具有比下波導(dǎo)層的生長溫度更低的生長溫度的量子阱有源層。此外，當(dāng)上界面保護(hù)層阻止由于在量子阱有源層內(nèi)溫度的升高引起的P的再蒸發(fā)時，可以生長上波導(dǎo)層。因此，便于制造具有高可靠性和長壽命的高輸出半導(dǎo)體激光裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供包括上述半導(dǎo)體激光裝置的光盤單元。
根據(jù)該光盤單元，如上所述的半導(dǎo)體激光裝置采用比傳統(tǒng)的更高的光功率運(yùn)行。因此，即使光盤的轉(zhuǎn)速做得比傳統(tǒng)的更高，仍可執(zhí)行數(shù)據(jù)的讀寫操作。因此，迄今尤其重視的寫操作中的光盤存取時間變得比在使用傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光裝置的系統(tǒng)里更短。這可以提供更好操作的光盤單元。
通過僅用于舉例說明而非限制本發(fā)明的以下詳細(xì)描述及附圖，能夠更加充分地理解本發(fā)明，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置，沿垂直于該裝置的條的方向的平面截取的剖面圖；圖2是在完成第一晶體生長和掩膜工藝之后，沿垂直于所述條的方向的平面截取的該半導(dǎo)體激光裝置的剖面圖；圖3是在完成用于形成臺式條的蝕刻工藝之后，沿垂直于所述條的方向的平面截取的該半導(dǎo)體激光裝置的剖面圖；圖4是在完成電流勢壘層的晶體生長工藝之后，沿垂直于所述條的方向的平面截取的該半導(dǎo)體激光裝置的剖面圖；圖5是展示傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光裝置和根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置的光輸出與電流之間關(guān)系的曲線圖；圖6是展示由于存在或沒有界面保護(hù)層的半導(dǎo)體激光裝置之間的可靠性差異的曲線圖；圖7是展示阱層的壓應(yīng)變量對半導(dǎo)體激光裝置的可靠性的影響的曲線圖；圖8是展示半導(dǎo)體激光裝置的波導(dǎo)層中的Al摩爾分?jǐn)?shù)與溫度特性(To)之間關(guān)系的曲線圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的生長溫度的分布圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的光盤單元的示意圖；和圖11是傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光裝置的沿垂直于該裝置的條的方向的平面截取的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
通過實(shí)施例的說明，在下文將描述本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置及其制造方法和光盤單元。
(第一實(shí)施例)圖1是展示本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置結(jié)構(gòu)的一個例子的視圖。在該半導(dǎo)體激光裝置中，在半導(dǎo)體襯底的表面上堆疊有緩沖層、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體下覆蓋層、量子阱有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體上覆蓋層。上覆蓋層的一部分為臺式條形。臺式條形部分的兩邊布滿第一和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體電流勢壘層。
如在圖1中所示，在n-型GaAs襯底101上，依次堆疊有n-型GaAs緩沖層102、n-型AlGaAs第一下覆蓋層103、n-型AlGaAs第二下覆蓋層104、AlGaAs下波導(dǎo)層105、GaAs下界面保護(hù)層106、應(yīng)變多量子阱有源層107、GaAs上界面保護(hù)層108、AlGaAs上波導(dǎo)層109、p-型AlGaAs第一上覆蓋層110和p-型GaAs蝕刻停止層111。并且，在蝕刻停止層111上，提供有臺式條形p-型AlGaAs第二上覆蓋層112和GaAs帽蓋層113，并在臺式條形p-型AlGaAs第二上覆蓋層112和GaAs帽蓋層113的兩邊布滿限定光/電流收縮區(qū)的n-型AlGaAs第一電流勢壘層115、n-型GaAs第二電流勢壘層116和p-型GaAs平面化層117。并且，p-型GaAs帽蓋層119提供在其整個表面上。半導(dǎo)體激光裝置有臺式條部分121a和提供在臺式條部分121a兩個側(cè)面的橫向部分121b。
其次，參照圖2-4，將描述制造半導(dǎo)體激光裝置結(jié)構(gòu)的工藝。如在圖2中所示，在有(100)平面的n-型GaAs襯底101上，通過由金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積晶體生長，依次堆疊有n-型GaAs緩沖層102(0.5μm厚)、n-型Al0.466Ga0.534As第一下覆蓋層103(3.0μm厚)、n-型Al0.498Ga0.502As第二下覆蓋層104(0.18μm厚)、Al0.433Ga0.567As下波導(dǎo)層105(70nm厚)、GaAs下界面保護(hù)層106(10厚)、由交替配置的兩層In0.2111Ga0.7889As0.6053P0.3947壓應(yīng)變阱層107(0.12％的應(yīng)變，每層厚80)和三層In0.0932Ga0.9068As0.4071P0.5929勢壘層(-1.44％的應(yīng)變，自襯底邊層厚分別為70、50、70)組成的應(yīng)變多量子阱有源層107、GaAs上界面保護(hù)層108(10厚)、Al0.433Ga0.567As上波導(dǎo)層109(70nm厚)、p-型Al0.4885Ga0.5115As第一上覆蓋層110(0.19μm厚)、p-型GaAs蝕刻停止層111(30厚)、p-型Al0.4885Ga0.5115As第二上覆蓋層112(1.28μm厚)和GaAs帽蓋層113(0.75μm厚)。
如在圖10的生長溫度剖面圖中所示，從緩沖層102到下界面保護(hù)層106，金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積的生長溫度為750℃。然后，中斷生長，溫度降到680℃。此后，依次堆疊量子阱有源層107和上界面保護(hù)層108。接著，再次中斷生長，溫度升到750℃，然后順序堆疊從上波導(dǎo)層109到帽蓋層113的各層。
制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置的方法包括在第一生長溫度750℃下，晶體生長由GaAs形成的下波導(dǎo)層和下界面保護(hù)層的第一工藝；在第一工藝之后，中斷生長，生長溫度降到第二生長溫度680℃的第二工藝；在第二工藝之后，繼續(xù)順序生長由GaAs形成的量子阱有源層107和上界面保護(hù)層108的第三工藝；在第三工藝之后，中斷生長，生長溫度升到第一生長溫度750℃的第四工藝；在第四工藝之后，繼續(xù)在上界面保護(hù)層108上生長上波導(dǎo)層109的第五工藝。
更進(jìn)一步，參照圖2，在形成臺式條部分的部分上形成抗蝕劑掩模114(掩模寬5.5μm)，通過光刻工藝，使臺式條部分在(011)方向擴(kuò)展。
其次，如在圖3中所示，對除了抗蝕劑掩模114(在圖2中所示)以外的部分蝕刻，由此形成臺式條部分121a。使用硫酸與過氧化氫的混合水溶液和氫氟酸按兩步進(jìn)行蝕刻，直到蝕刻停止層111的上面。使用氫氟酸時GaAs蝕刻速率低的事實(shí)使蝕刻過的表面能夠平面化并使臺式條部分的寬度能夠得到控制。蝕刻深度是1.95μm，臺式條部分在最低的部分有大約2.5μm的寬度。蝕刻后，除去抗蝕劑掩模114。
隨后，如在圖4中所示，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積，順序晶體生長n-型Al0.7Ga0.3As第一電流勢壘層115(厚1.0μm)、n-型GaAs第二電流勢壘層116(厚0.3μm)和p-型GaAs平面化層117(厚0.65μm)，以形成光/電流收縮區(qū)。
在此之后，如在圖4中所示，通過光刻工藝僅在兩個橫向部分121b上形成抗蝕劑掩模118。其后，通過蝕刻，除去臺式條部分121a上的電流勢壘層。使用氨與過氧化氫的混合水溶液和硫酸與過氧化氫的混合水溶液按兩步進(jìn)行蝕刻。
此后，除去抗蝕劑掩模118，形成圖1中所示的p-型GaAs帽蓋層119(厚2.0μm)。如此，制作具有在圖1中所示的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光裝置。
在第一實(shí)施例中，振蕩波長是780nm。如從圖5所見，在光輸出電流特性的測試中，確認(rèn)其中COD級為300mW或更多的可靠操作。同時，如從圖6所見，可靠性測試中，在70℃的溫度和230mW的脈沖的條件下，確認(rèn)5000個小時或更多的可靠操作。如此，本發(fā)明人已經(jīng)研究了在GaAs襯底上使用InGaAsP量子阱有源層的半導(dǎo)體激光裝置。因此，制作相對于使用AlGaAs的半導(dǎo)體激光裝置有更高的COD級的半導(dǎo)體激光裝置。這次，為了進(jìn)一步提高在高輸出操作中半導(dǎo)體激光裝置的壽命和可靠性，波導(dǎo)層使用AlGaAs。同樣，關(guān)于由在AlGaAs波導(dǎo)層和InGaAsP勢壘層的界面的結(jié)晶度劣化所引起的特性長期惡化，其大概可歸因于由于它們各自不同的生長溫度引起的生長中斷，提供界面保護(hù)層，由此實(shí)現(xiàn)特性的改善。更準(zhǔn)確地說，如在第一實(shí)施例中，在堆疊下AlGaAs波導(dǎo)層和GaAs下界面保護(hù)層之后，中斷生長，并降低生長溫度。在恢復(fù)生長之后，在GaAs下界面保護(hù)層上堆疊勢壘層，以致不受上述界面的影響，從而導(dǎo)致了特性的改善。同樣，在勢壘層和上波導(dǎo)層之間的GaAs上界面保護(hù)層的提供也被認(rèn)為導(dǎo)致了特性的提高。參照圖6，當(dāng)半導(dǎo)體激光裝置在70℃的輸出為230mW時，Iop表示電流值。為了比較，可靠性的測試是在除了沒有提供界面保護(hù)層的相同條件下進(jìn)行。結(jié)果，如在圖6上邊所示，在短時間內(nèi)，發(fā)生了端面損傷。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，如果界面保護(hù)層的厚度超過30，它吸收光，結(jié)果是半導(dǎo)體激光裝置的特性趨向惡化。因此，不超過30的厚度使得在如上所述的特性方面能獲得改善效果。
在第一實(shí)施例中，上波導(dǎo)層由AlGaAs形成。因而，通過AlGaAs導(dǎo)帶底能級(Ec)和AlGaAs價帶頂能級(Ev)達(dá)到充分抑制載流子溢流的效果。同時，因為上引導(dǎo)的AlGaAs不直接鄰接發(fā)生輻射復(fù)合的阱層，因此確?？煽啃?。當(dāng)為了獲得高可靠性生產(chǎn)不含鋁的半導(dǎo)體激光裝置時，包括波導(dǎo)層和覆蓋層在內(nèi)的所有層通常是由InGaP等不含鋁的制作。然而，在第一實(shí)施例中，提供具有鋁摩爾分?jǐn)?shù)大于0.2的AlGaAs作為波導(dǎo)層，通過具有鋁摩爾分?jǐn)?shù)大于0.2的AlGaAs，獲得從由具有780nm振蕩波長的InGaAsP形成的阱層的阱平衡導(dǎo)帶能量差(ΔEc)和價帶能量差(ΔEv)。
圖8是展示在Al摩爾分?jǐn)?shù)與特性溫度(To)之間關(guān)系的圖表。如在圖8中所示，在AlGaAs波導(dǎo)層的鋁摩爾分?jǐn)?shù)大于0.2的情況下，可以確保提高溫度特性，以便獲得足夠高的可靠性。
由于在第一實(shí)施例中使用在GaAs襯底上由InGaAsP形成的壓應(yīng)變阱層，降低了振蕩閾值電流，由此可以實(shí)現(xiàn)具有長壽命和特別在780nm波段的高功率操作中具有高可靠性的半導(dǎo)體激光裝置。此外，由于壓應(yīng)變量不超過3.5％，所以能夠最佳的獲得上述效應(yīng)。應(yīng)變量在此如下表示(a1-aGaAs)/aGaAs這里aGaAs是GaAs襯底的晶格常數(shù)，a1是阱層的晶格常數(shù)。如果應(yīng)變量的數(shù)值是正值，那么這種應(yīng)變被稱為壓應(yīng)變，如果數(shù)值是負(fù)值，那么被稱為拉應(yīng)變。圖7是顯示半導(dǎo)體激光裝置的可靠性(70℃，230mW)取決于它們阱層的壓應(yīng)變量的圖表。能夠看到如果壓應(yīng)變量超過3.5％，那么可靠性就惡化。一般認(rèn)為由于過大的壓應(yīng)變量，這可歸因于結(jié)晶度的惡化。
由于在第一實(shí)施例中使用每層都由InGaAsP形成并具有拉應(yīng)變的勢壘層，它們補(bǔ)償具有壓應(yīng)變的阱層的應(yīng)變量，所以能夠生產(chǎn)具有更穩(wěn)定晶體的應(yīng)變量子阱有源層。所以能夠?qū)崿F(xiàn)具有高可靠性的半導(dǎo)體激光裝置。此外，不超過3.5％的拉應(yīng)變量使順利地獲得上面效果變得可能。
盡管第一實(shí)施例有掩埋脊結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不限定于此。在包括脊結(jié)構(gòu)、內(nèi)部條結(jié)構(gòu)和掩埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)的任何結(jié)構(gòu)中可以達(dá)到同樣的效果。盡管在第一實(shí)施例中使用n-型襯底，通過使用p-型襯底和替換在上面實(shí)施例中的n-型和p-型層可以達(dá)到相同的效果。盡管使用780nm的波長，但不限定于此。如果波長大于760nm并小于800nm即在所謂的780nm波段可以達(dá)到相同的效果。
此外，盡管p-型GaAs帽蓋層119的厚度設(shè)定為大約2μm，可以形成大約50μm的更大厚度。此外，生長溫度設(shè)置為750℃和650℃，但它們不限定于此。更確切的說，在中斷生長位置的界面處提供由GaAs形成的界面保護(hù)層。這優(yōu)化了晶體生長溫度，以便當(dāng)形成包括由通過晶體生長的多種不同材料形成的層的半導(dǎo)體激光裝置時，對每一材料都能夠獲得有利的晶體。以便在優(yōu)選溫度下進(jìn)行晶體生長。
(第二實(shí)施例)根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置有與第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置相同的結(jié)構(gòu)，但在固定的溫度下進(jìn)行晶體生長。圖1也表示在第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光裝置。
在第二實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置中，在780nm的振蕩波長、85℃的溫度和200mW的脈沖的條件下的可靠性測試中能夠確保5000小時或更多的可靠操作，如在圖6中所示。
在第二實(shí)施例中，由于所有的半導(dǎo)體層都是在720℃下生長，沒有中斷生長，與第一實(shí)施例不同。也就是說，一般認(rèn)為因為沒有自身的生長中斷，就抑制了認(rèn)為在生長中斷期間發(fā)生的AlGaAs氧化和認(rèn)為在生長中斷期間發(fā)生的P的再氣化。此外，在由不同材料形成的層的界面中，溫度沒有變化。因此，為了進(jìn)一步提高界面處材料的陡度，由GaAs形成的界面保護(hù)層的供給使生產(chǎn)在高功率操作中具有高可靠性也具有長壽命的半導(dǎo)體激光裝置變得可能。
(第三實(shí)施例)圖10是展示使用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置的光盤單元結(jié)構(gòu)的例子的視圖。光盤單元運(yùn)行在光盤401上寫數(shù)據(jù)或復(fù)制寫在光盤中的數(shù)據(jù)。在光盤單元中，包括作為在操作中使用的發(fā)光器件的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置402。
將對光盤單元做更詳細(xì)的描述。在光盤單元中，對于寫操作，從半導(dǎo)體激光裝置402放出的信號光通過準(zhǔn)直儀透鏡403，變成平行光，通過電子(射)束分裂器404傳輸。接著，通過λ/4偏振器405調(diào)整它的偏振狀態(tài)之后，通過照射物鏡406匯聚信號光，由此照射光盤401。對于讀操作，在激光束上沒有疊加數(shù)據(jù)信號的激光束沿著與寫入操作相同的路徑傳播，照射光盤401。然后通過其上記錄數(shù)據(jù)的光盤401表面反射激光束，該激光束穿過激光束照射物鏡406和λ/4偏振器405，其后通過電子(射)束分裂器404反射，使其傳播方向改變90。。其后，通過再生光物鏡407聚焦激光束，并將激光束應(yīng)用到信號檢測光電探測器408。接著，在信號檢測光電探測器408中，根據(jù)入射激光束的密度將從光盤401讀取的數(shù)據(jù)信號變換為電信號，并通過信號光再現(xiàn)電路409再現(xiàn)為原始信息信號。
如上所述的使用半導(dǎo)體激光裝置的第三實(shí)施例的光盤單元用比傳統(tǒng)更高的光功率運(yùn)行。因此，即使將光盤的轉(zhuǎn)速提高到比傳統(tǒng)的更高，也可執(zhí)行數(shù)據(jù)的讀和寫操作。因此，迄今在讀操作中尤為重要的光盤存取時間降低很大的范圍。這使提供一個允許更舒適操作的光盤單元變得可行。
在應(yīng)用于記錄和重放型光盤單元的本發(fā)明的激光裝置中描述本實(shí)施例。然而，無需說明，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置也可應(yīng)用于光盤記錄單元或使用780nm波長波段的光盤重放單元。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置和光盤單元不應(yīng)解釋為受限于上面舉例的實(shí)施例。當(dāng)然，對例如阱層/勢壘層的數(shù)量和厚度的不同修改也不脫離本發(fā)明的精神。
所述的發(fā)明，明顯可以以多種方式變化。如此變化不認(rèn)為脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說所有顯而易見的修改都包含在下面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光裝置，其中，在GaAs襯底上，至少依次堆疊有下波導(dǎo)層、由交替配置的一個或多個阱層和多個勢壘層組成的InGaAsP量子阱有源層、以及上波導(dǎo)層，其中，該半導(dǎo)體激光裝置具有大于760nm并小于800nm的振蕩波長，和在量子阱有源層與上波導(dǎo)層之間和量子阱有源層與下波導(dǎo)層之間中的至少一個設(shè)置有界面保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光裝置，其中界面保護(hù)層由GaAs形成。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光裝置，其中界面保護(hù)層具有不超過30的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光裝置，其中上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層由AlGaAs形成。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體激光裝置，其中上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層的鋁摩爾分?jǐn)?shù)大于0.2。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光裝置，其中阱層具有壓應(yīng)變。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光裝置，其中壓應(yīng)變的量不大于3.5％。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光裝置，其中勢壘層具有拉應(yīng)變。
9.如權(quán)利要求8的半導(dǎo)體激光裝置，其中拉應(yīng)變的絕對值的量不大于3.5％。
10.一種制造半導(dǎo)體激光裝置的方法，在該半導(dǎo)體激光裝置中，在GaAs襯底上至少具有AlGaAs下波導(dǎo)層、由交替配置的一個或多個阱層和多個勢壘層組成的InGaAsP量子阱有源層、以及AlGaAs上波導(dǎo)層，該方法包括第一工藝，其中在第一生長溫度下順序地晶體生長下波導(dǎo)層和GaAs下界面保護(hù)層；第二工藝，其中在第一工藝之后，中斷生長，生長溫度降到第二生長溫度；第三工藝，其中在第二工藝之后，重新開始生長以便順序地生長量子阱有源層和GaAs上界面保護(hù)層；第四工藝，其中在第三工藝之后，中斷生長，生長溫度上升到接近第一生長溫度；和第五工藝，其中在第四工藝之后，重新開始生長以便在GaAs上界面保護(hù)層上生長上波導(dǎo)層。
11.一種包括如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光裝置的光盤單元。
全文摘要
在具有大于760nm并小于800nm的振蕩波長的半導(dǎo)體激光裝置中，在n－型GaAs襯底(101)上，依次堆疊有n－型第一和第二下覆蓋層(103，104)、下波導(dǎo)層(105)、GaAs下界面保護(hù)層(106)、InGaAsP應(yīng)變多量子阱有源層(107)、GaAs上界面保護(hù)層(108)、上波導(dǎo)層(109)和p－型AlGaAs上覆蓋層(110)。量子阱有源層(107)與上波導(dǎo)層(109)之間的界面和量子阱有源層(107)與上波導(dǎo)層(105)之間的界面變得陡峭，晶體的外延生長也變得良好。
文檔編號H01S5/22GK1551431SQ200410059538
公開日2004年12月1日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者蛭川秀一, 典, 河西秀典, 山本圭 申請人:夏普株式會社