Полупроводниковое лазерное устройство, генерирующее излучение высокой мощности (варианты), и способ его изготовления

Полупроводниковое лазерное устройство, генерирующее излучение высокой мощности (варианты), и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень, предшествующий изобретению

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к полупроводниковому лазерному устройству, которое позволяет генерировать лазерное излучение в диапазоне длин волн 0,7-1,2 мкм.

Описание уровня техники, к которому относится изобретение

Во многих известных полупроводниковых лазерных устройствах, которые генерируют лазерное излучение в диапазоне длин волн 0,7-1,2 мкм, структура, которая служит для ограничения тока, и структура типа световода, сформированного путем распределения показателя преломления, выполнены в слоях кристалла с возможностью образования в каждом из них полупроводникового лазерного устройства, при этом каждое полупроводниковое лазерное устройство позволяет генерировать излучение на основной поперечной моде.

Например, в работе Дж.К.Уэйда и других "Непрерывная генерация излучения мощностью 6,1 Вт (λ=805 нм), полученная в диодных лазерах с передней гранью активной области, свободной от Al", Письма прикладной физики, т.72, №1, 1998, с.4-6 (J.K.Wade et al. "6.1 W continuous wave front-facet power from Al-free active-region (λ=805 nm) diode lasers, "Applied Physics Letters, vol.72, No.1, 1998, pp.4-6) раскрыто полупроводниковое лазерное устройство, которое излучает свет в диапазоне 805 нм. Полупроводниковое лазерное устройство содержит активный слой InGaAsP, свободный от Al, световодный слой InGaP и слои InAlGaP оболочки. Помимо этого, для улучшения характеристик в диапазоне высоких значений выходной мощности полупроводниковое лазерное устройство включает в себя так называемую структуру большого оптического резонатора (БОР), в которой толщина световодного слоя увеличена для уменьшения плотности света и увеличения максимальной оптической выходной мощности. Однако при максимальной оптической мощности токи, образующиеся за счет оптического поглощения около торцевой поверхности ("грани"), выделяют тепло, то есть увеличивают температуру на торцевых поверхностях. Кроме того, при увеличении температуры уменьшается ширина запрещенной зоны на торцевых поверхностях и, следовательно, дополнительно повышается оптическое поглощение, что приводит к разрушению торцевых поверхностей. То есть образуется порочный круг. Это разрушение представляет собой так называемое катастрофическое разрушение оптических зеркал (КРОЗ). Когда оптическая мощность достигает уровня КРОЗ, оптический выход со временем повреждается. Кроме того, полупроводниковое лазерное устройство может внезапно выйти из строя из-за КРОЗ. Поэтому вышеупомянутое полупроводниковое лазерное устройство не является надежным при работе полупроводникового лазерного устройства с высокой выходной мощностью.

Кроме того, в работе Т.Фукунаги и других "Высоконадежная работа мощных гетеролазеров на основе InGaAsP/InGaP/AlGaAs с отдельным ограничением на длине волны 0,8 мкм". Японский журнал прикладной физики, т.34 (1995) L1175-L1177 (Т.Fukunaga et al. "Highly Reliable Operation of High-Power InGaAsP/InGaP/AlGaAs 0.8 μm Separate Confinement Heterostructure Lasers", Japanese Journal of Applied Physics, vol.34 (1995) L1175-L1177) раскрыто полупроводниковое лазерное устройство, которое содержит активный слой, свободный от Al, и излучает свет в диапазоне 0,8 мкм. В полупроводниковом лазерном устройстве на подложке GaAs n-типа формируют слой AlGaAs оболочки n-типа, световодный слой InGaP, обладающий собственной проводимостью (i-типа), активный слой InGaAsP с квантовой ямой, световодный слой InGaP i-типа, слой AlGaAs оболочки р-типа и герметизирующий слой GaAs р-типа. Однако максимальная выходная оптическая мощность полупроводникового лазерного устройства обычно составляет 1,8 Вт, то есть является низкой.

Из приведенных выше объяснений следует, что известные полупроводниковые лазерные устройства, генерирующие лазерное излучение в диапазоне длин волн 0,8 мкм, не обладают достаточной надежностью, так как при их работе на высокой выходной мощности происходит катастрофическое разрушение оптических зеркал или подобный эффект.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить полупроводниковое лазерное устройство, которое позволяет генерировать лазерное излучение в диапазоне длин волн 0,7-1,2 мкм и является надежным даже в случае, когда полупроводниковое лазерное устройство работает на высокой выходной мощности.

Согласно настоящему изобретению обеспечивается полупроводниковое лазерное устройство, включающее в себя подложку GaAs первого типа проводимости, нижний слой оболочки первого типа проводимости, сформированный на подложке GaAs, нижний световодный слой, изготовленный из InGaP нелегированного типа или первого типа проводимости и сформированный на нижнем слое оболочки, активный слой, изготовленный из InGaAsP или InGaAs и сформированный на нижнем световодном слое за исключением областей, расположенных рядом с краем нижнего световодного слоя, который примыкает к противоположным торцевым поверхностям полупроводникового лазерного устройства, где противоположные торцевые поверхности перпендикулярны направлению распространения лазерного излучения, которое генерирует полупроводниковое лазерное устройство, первый верхний световодный слой, изготовленный из InGaP нелегированного типа или второго типа проводимости и сформированный на активном слое, второй верхний световодный слой, изготовленный из InGaP нелегированного типа или второго типа проводимости и сформированный над первым верхним световодным слоем и областями, расположенными рядом с краем нижнего световодного слоя, верхний слой оболочки второго типа проводимости, сформированный на втором верхнем световодном слое, и контактный слой второго типа проводимости, сформированный на верхнем слое оболочки.

Полупроводниковое лазерное устройство согласно настоящему изобретению, предпочтительно, может также иметь одну или любую возможную комбинацию следующих дополнительных особенностей (i)-(vi).

(i) В полупроводниковом лазерном устройстве гребенчатую структуру можно сформировать путем удаления более чем одной части верхнего слоя оболочки и контактного слоя и дно гребенчатой структуры может иметь ширину 1,5 мкм.

(ii) Кроме того, полупроводниковое лазерное устройство может включать в себя дополнительный слой, изготовленный из InGaAlP первого типа проводимости и сформированный на втором верхнем световодном слое, отличающийся от полосковой зоны второго верхнего световодного слоя, для формирования полосковой канавки и реализации окна для подачи тока, при этом верхний слой оболочки можно сформировать над дополнительным слоем для заполнения полосковой канавки и дно полосковой канавки может иметь ширину 1,5 мкм или более.

(iii) Активный слой можно изготовить из In_x1Ga_1-x1As_1-y1P_y1, где 0≤х1≤0,3, 0≤y1≤0,5, и значение произведения относительной деформации на толщину активного слоя должно находиться в диапазоне (-0,15)-(+0,15) нм.

Относительная деформация D слоя, сформированного на подложке GaAs, определяется как D=(c-c_s)/c_s, где c_s и с являются соответственно постоянными кристаллической решетки подложки GaAs и слоя, сформированного на подложке GaAs.

(iv) Активный слой может представлять собой деформированный активный слой с одной или несколькими квантовыми ямами, по меньшей мере один барьерный слой, изготовленный из InGaP, можно сформировать рядом с активным слоем с деформированной квантовой ямой, по меньшей мере один барьерный слой может иметь противоположную деформацию по отношению к деформированному активному слою с квантовой ямой, и значение суммы первого произведения и второго произведения может находиться в диапазоне (-0,15)-(+0,15) нм, где первое произведение равно произведению относительной деформации на толщину активного слоя и второе произведение равно произведению относительной деформации на полную толщину по меньшей мере одного барьерного слоя.

(v) Нижний слой оболочки и верхний слой оболочки можно изготовить из Al_z1Ca_1-z1As или In_х3(Al_z3Ga_1-z3)_1-х3As_1-y3Р_y3, где 0,55≤z1≤0,8, х3=0,49y3±0,01, 0<y3≤1 и 0<z3≤1.

(vi) Нижний световодный слой и первые верхние световодные слои можно изготовить из In_x2Ga_1-x2P, где х2=0,49±0,01.

Согласно настоящему изобретению обеспечивается второе полупроводниковое лазерное устройство, содержащее подложку GaAs первого типа проводимости и полупроводниковый слой, сформированный на подложке GaAs, причем полупроводниковый слой включает в себя слой оболочки первого типа проводимости, сформированный на подложке GaAs, нижний световодный слой, изготовленный из InGaP первого типа проводимости или нелегированного типа, причем нижний световодный слой сформирован на нижнем слое оболочки, активный слой с деформацией сжатия, изготовленный из InGaAsP или InGaAs, причем активный слой с деформацией сжатия сформирован на нижнем световодном слое, верхний световодный слой, изготовленный из InGaP второго типа проводимости или нелегированного типа, причем верхний световодный слой сформирован на активном слое с деформацией сжатия, и слой оболочки второго типа проводимости.

В этом случае второе полупроводниковое лазерное устройство настоящего изобретения характеризуется тем, что нижний барьерный слой InGaAsP обеспечивается между нижним световодным слоем и активным слоем с деформацией сжатия, причем нижний барьерный слой InGaAsP имеет ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя с деформацией сжатия, верхний барьерный слой InGaAsP обеспечивается между активным слоем с деформацией сжатия и верхним световодным слоем, причем нижний барьерный слой InGaAsP имеет ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя с деформацией сжатия, удаляют части нижнего барьерного слоя, активного слоя с деформацией сжатия и верхнего барьерного слоя, которые примыкают к двум противоположным торцевым поверхностям, образующим резонаторную торцевую поверхность среди торцевых поверхностей, полученных путем скалывания полупроводникового слоя, нижний и верхний световодные слои имеют значения ширины запрещенной зоны больше, чем у активного слоя с деформацией сжатия, и верхний световодный слой скрывают в удаленных частях нижнего барьерного слоя, активного слоя с деформацией сжатия и верхнего барьерного слоя.

Полупроводниковое лазерное устройство согласно настоящему изобретению предпочтительно может также иметь одну или любую возможную комбинацию следующих дополнительных особенностей (i)-(vii).

(i) активный слой с деформацией сжатия должен быть изготовлен из In_х3Ga_1-х3As_1-y3Р_y3, где 0,49y3<х3≤0,4 и 0≤y3≤0,1. Следует отметить, что когда y3=0, используют InGaAs, не содержащий фосфора.

(ii) Нижний и верхний барьерные слои InGaAsP могут иметь деформацию сжатия и деформацию натяжения и нижний и верхний барьерные слои InGaAsP можно согласовать по постоянным кристаллических решеток друг с другом. Следует отметить, что абсолютное значение суммы произведений размеров деформации и толщины пленки нижнего и верхнего барьерных слоев InGaAsP должно быть установлено на 0,3 нм или менее.

(iii) Контактный слой второго типа проводимости должен быть сформирован в области, расположенной на части второго слоя оболочки, причем область исключает область, соответствующую частям, где удалены нижний барьерный слой, активный слой с деформацией сжатия и верхний барьерный слой, и изолирующая пленка должна быть сформирована в области, расположенной на второй части слоя оболочки, причем область соответствует частям, где удалены нижний барьерный слой, активный слой с деформацией сжатия и верхний барьерный слой.

(iv) Можно обеспечить гребенчатую часть, которую формируют путем удаления обеих сторон части, имеющей форму полоски, части слоя оболочки второго типа проводимости, причем часть, имеющая форму полоски, простирается от одной резонаторной торцевой поверхности до другой резонаторной торцевой поверхности и от верхней поверхности части слоя оболочки второго типа проводимости до предварительно определенного положения.

(v) Часть слоя оболочки второго типа проводимости может состоять из одного слоя или часть слоя оболочки может состоять из множества слоев. Например, часть слоя оболочки второго типа проводимости может содержать первый слой оболочки второго типа проводимости, сформированный на верхнем световодном слое, первый слой для прекращения процесса травления, изготовленный из InGaP второго типа проводимости и сформированный на первом слое оболочки, второй слой для прекращения процесса травления, изготовленный из GaAs и имеющий отверстие для инжекции тока в виде полоски, простирающееся от одной резонаторной торцевой поверхности до другой резонаторной торцевой поверхности и сформированное на первом слое для прекращения процесса травления, слой для ограничения тока, изготовленный из InGaAlP первого типа проводимости и имеющий отверстие в виде полоски для инжекции тока, простирающееся от одной резонаторной торцевой поверхности до другой резонаторной торцевой поверхности и сформированное на втором слое для прекращения процесса травления, герметизирующий слой, изготовленный из InGaP первого типа проводимости и имеющий проход в виде полоски для инжекции тока, простирающееся от одной резонаторной торцевой поверхности до другой резонаторной торцевой поверхности и сформированное на слое для ограничения тока, и второй слой оболочки второго типа проводимости, сформированный на герметизирующем слое. Альтернативно часть слоя оболочки второго типа проводимости может содержать слой для прекращения процесса травления, изготовленный из GaAs и имеющий проход в виде полоски для инжекции тока, простирающийся от одной резонаторной торцевой поверхности до другой резонаторной торцевой поверхности и сформированный на верхнем световодном слое, слой для ограничения тока первого типа проводимости, изготовленный из InGaAlP и имеющий отверстие в виде полоски для инжекции тока, простирающееся от одной резонаторной торцевой поверхности до другой резонаторной торцевой поверхности и сформированный на слое для прекращения процесса травления, герметизирующий слой первого типа проводимости, изготовленный из InGaP и имеющий проход в виде полоски для инжекции тока, простирающийся от одной резонаторной торцевой поверхности до другой резонаторной торцевой поверхности и сформированный на слое для ограничения тока, и слой оболочки второго типа проводимости, сформированный на герметизирующем слое.

(vi) Во втором полупроводниковом лазерном устройстве настоящего изобретения каждый из слоев оболочки должен быть изготовлен из одного из AlGaAs, InGaAlP и InGaAlAsP, которые согласованы по постоянной кристаллической решетки с подложкой GaAs.

(vii) Нижний и верхний барьерные слои могут соответственно состоять из одного слоя In_x1Ga_1-x1As_1-y1P_y1, где 0≤x1≤0,3 и 0≤y1≤0,6, или состоять из двух слоев In_x2Ga_1-x2As_1-y2P_y2, где 0≤х2≤0,3 и х2=0,49y2, и барьерного слоя с относительной деформацией растяжения, изготовленного из In_x4Ga_1-x4As_1-y4P_y4, где 0,49y≥х4≥0 и 0<y4≤0,5, и барьерный слой с относительной деформацией растяжения примыкает к активному слою с деформацией сжатия.

Способ изготовления полупроводникового лазерного устройства согласно настоящему изобретению, по которому множество полупроводниковых слоев, включающих в себя активный слой с деформацией сжатия, наслаивают на подложку и образуют резонаторную торцевую поверхность с помощью двух противоположных торцевых поверхностей, содержит следующие этапы, в соответствии с которыми: формируют слой оболочки первого типа проводимости на подложке GaAs первого типа проводимости, формируют нижний световодный слой InGaP первого типа проводимости или нелегированного типа на слое оболочки, причем нижний световодный слой имеет ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя с деформацией сжатия, формируют нижний барьерный слой InGaAsP на нижнем световодном слое, причем нижний барьерный слой имеет ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя с деформацией сжатия, формируют активный слой с деформацией сжатия, изготовленный из одного из InGaAsP и InGaAs на нижнем барьерном слое, формируют верхний барьерный слой InGaAsP на активном слое с деформацией сжатия, причем верхний барьерный слой имеет ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя с деформацией сжатия, формируют герметизирующий слой InGaP на верхнем барьерном слое, формируют герметизирующий слой GaAs на герметизирующем слое, удаляют часть герметизирующего слоя GaAs вблизи торцевой поверхности, примыкающей к резонаторной торцевой поверхности, удаляют часть герметизирующего слоя InGaP вблизи торцевой поверхности с использованием герметизирующего слоя GaAs в качестве защиты, удаляют герметизирующий слой GaAs, который используется в качестве защиты, и одновременно удаляют части вблизи торцевых поверхностей верхнего барьерного слоя, причем активный слой с деформацией сжатия и нижний барьерный слой используют как герметизирующий слой InGaP в качестве защиты, формируют верхний световодный слой InGaP второго типа проводимости или нелегированного типа, имеющего ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя с деформацией сжатия на удаленных частях вблизи торцевой поверхности и герметизирующего слоя InGaP, и формируют слой оболочки второго типа проводимости на верхнем световодном слое.

В этом случае слой оболочки второго типа проводимости формируют в соответствии со следующими этапами: наносят послойно первый слой оболочки второго типа проводимости на верхнем световодном слое, наносят послойно первый слой для прекращения процесса травления, изготовленный из InGaP, второго типа проводимости на первом слое оболочки, наносят послойно второй слой для прекращения процесса травления, изготовленный из GaAs, на первом слое для прекращения процесса травления, наносят послойно слой для ограничения тока InGaAlP первого типа проводимости на втором слое для прекращения процесса травления, наносят послойно герметизирующий слой InGaP первого типа проводимости на слое для ограничения тока, наносят послойно второй герметизирующий слой GaAs на герметизирующем слое InGaP, удаляют часть второго герметизирующего слоя GaAs, соответствующий отверстию в виде полоски для инжекции тока, удаляют части герметизирующего слоя InGaP первого типа проводимости и слой для ограничения тока, причем части используются как проход для инжекции тока с использованием второго герметизирующего слоя GaAs в качестве защиты, удаляют второй герметизирующий слой GaAs, который используется в качестве защиты, и одновременно перемещают часть второго слоя для прекращения процесса травления, причем часть используется как проход для инжекции тока с использованием герметизирующего слоя InGaP первого типа проводимости в качестве защиты, и формируют второй слой оболочки второго типа проводимости для того, чтобы закрыть проход для инжекции тока.

Альтернативно, часть слоя оболочки второго типа проводимости можно сформировать в соответствии со следующими этапами: наслаивают слой для прекращения процесса травления GaAs на верхнем световодном слое, наслаивают послойно слой для ограничения тока InGaAlP первого типа проводимости на втором слое для прекращения процесса травления GaAs, наслаивают герметизирующий слой InGaP первого типа проводимости на слое для ограничения тока, наслаивают второй герметизирующий слой GaAs на герметизирующем слое InGaP, удаляют часть второго герметизирующего слоя GaAs, соответствующую проходу в виде полоски для инжекции тока, удаляют части герметизирующего слоя InGaP первого типа проводимости и слой для ограничения тока, причем части используются как проход для инжекции тока с использованием второго герметизирующего слоя GaAs в качестве защиты, удаляют второй герметизирующий слой GaAs, который используется в качестве защиты, и одновременно удаляют часть слоя для прекращения процесса травления GaAs, причем часть используется как проход для инжекции тока с использованием герметизирующего слоя InGaP в качестве защиты, и формируют слой оболочки второго типа проводимости для того, чтобы закрыть проход для инжекции тока.

Первые полупроводниковые лазерные устройства согласно настоящему изобретению имеют следующие преимущества.

В полупроводниковом лазерном устройстве согласно настоящему изобретению удаляют части активного слоя, расположенные рядом с краем, и первый верхний световодный слой, где части, расположенные рядом с краем, примыкают к противоположным торцевым поверхностям полупроводникового лазерного устройства, и противоположные торцевые поверхности перпендикулярны направлению распространения лазерного излучения, которое генерируется в полупроводниковом лазерном устройстве. Кроме того, второй верхний световодный слой формируется в областях, расположенных рядом с краем, из которых удалены вышеупомянутые части, расположенные рядом с краем активного слоя, и первый верхний световодный слой, и второй верхний световодный слой имеет ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя. То есть области, которые не поглощают лазерное излучение (то есть прозрачные для лазерного излучения), генерируемое в полупроводниковом лазерном устройстве, формируются в непосредственной близости от противоположных торцевых поверхностей, и таким образом можно предотвратить вышеупомянутое образование тока, вызванное поглощением света в непосредственной близости от торцевых поверхностей. Таким образом можно уменьшить выделение тепла вблизи торцевых поверхностей во время работы при высокой выходной мощности и, следовательно, можно предотвратить катастрофическое разрушение оптических зеркал (КРОЗ), хотя, как показано ранее, катастрофическое разрушение оптических зеркал (КРОЗ) происходит в случае, когда поглощение света увеличивается вследствие уменьшения ширины запрещенной зоны из-за выделения тепла на торцевых поверхностях. Следовательно, можно значительно увеличить оптическую выходную мощность полупроводникового лазерного устройства согласно настоящему изобретению без катастрофического разрушения оптических зеркал (КРОЗ). То есть полупроводниковое лазерное устройство согласно настоящему изобретению является надежным даже в случае, когда полупроводниковое лазерное устройство работает на высокой выходной мощности.

Кроме того, когда области, расположенные вблизи противоположных торцевых поверхностей полупроводникового лазерного устройства, имеющего световодную структуру внутриполоскового типа, сформированную путем распределения показателя преломления, и область генерации шириной 1,5 мкм или более, и генерация на основной поперечной моде делаются не поглощающими (прозрачными) для лазерного излучения, которое генерируется в полупроводниковом лазерном устройстве, полупроводниковые лазерные устройства являются надежными даже в случае, когда полупроводниковое лазерное устройство работает при высокой выходной мощности.

Второе полупроводниковое лазерное устройство согласно настоящему изобретению принимает структуру (так называемую оконную структуру), в которой InGaAsP нижние барьерные слои, имеющие ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя с деформацией сжатия, выполнены между нижним световодным слоем и активным слоем с деформацией сжатия, а также между активным слоем с деформацией сжатия и верхним световодным слоем, при этом удаляют части, примыкающие к двум противоположным торцевым поверхностям, которые образуют резонаторные торцевые поверхности среди торцевых поверхностей, полученных путем скалывания полупроводникового слоя, и верхний световодный слой, имеющий ширину запрещенной зоны больше, чем у активного слоя, скрывают в удаленных частях. Так как прозрачная область для генерируемого светового излучения может быть сформирована вблизи торцевой поверхности, то можно уменьшить ток, вырабатываемый за счет поглощения светового излучения на торцевой поверхности. Таким образом можно уменьшить выделение теплоты в устройстве на торцевой поверхности и можно значительно снизить порог разрушения торцевой поверхности из-за тепловой дорожки, образующейся на торцевой поверхности. Соответственно, настоящее изобретение позволяет обеспечить полупроводниковое лазерное устройство с высокой степенью надежности даже в случае, когда полупроводниковое лазерное устройство работает с высокой выходной мощностью.

Кроме того, когда барьерный слой InGaAsP не обеспечен между световодным слоем InGaP и активным слоем с деформацией сжатия InGaAsP, обычно требуется продолжительное время для переключения газа с Р на As и замена Р на As происходит на границе перехода, возникающей в результате ухудшения качества на границе перехода, то есть ухудшения качества активного слоя. Однако, так как в настоящем изобретении обеспечен барьерный слой InGaAsP, то переключение газа можно выполнить плавно и, следовательно, можно повысить качество активного слоя. Следует отметить, если барьерный слой InGaAsP имеет относительную деформацию сжатия, то преимущество состоит в том, что можно улучшить температурные характеристики элемента.

Контактный слой второго типа проводимости сформирован в области на слое оболочки второго типа проводимости, причем область исключает область, соответствующую частям, где удалены нижний барьерный слой, активный слой с деформацией сжатия и верхний барьерный слой, и изолирующая пленка сформирована в области на втором слое оболочки, при этом область соответствует частям, где удалены нижний барьерный слой, активный слой с деформацией сжатия и верхний барьерный слой. В результате, более эффективно можно подавить инжекцию тока в область окна и можно достигнуть увеличения оптической выходной мощности.

За счет формирования гребенчатой части, полученной путем удаления части слоя оболочки второго типа проводимости, и за счет создания структуры для ограничения тока в слое оболочки второго типа проводимости, который состоит из множества слоев, можно получить структуру, выполненную с помощью световодного механизма показателя преломления. Таким образом можно осуществить управление режимом (генерации) лазерного луча с высокой точностью.

Согласно способу изготовления полупроводникового лазерного устройства согласно настоящему изобретению при послойном нанесении множества полупроводниковых слоев и формировании структуры окна и прохода для инжекции тока герметизирующий слой GaAs наслаивают на герметизирующий слой InGaP, который служит впоследствии в качестве поверхности рекристаллизации, и удаляют предварительно определенный участок слоя, сформированный под герметизирующим слоем GaAs с использованием герметизирующего слоя GaAs в качестве защиты. После этого удаляют герметизирующий слой GaAs. При использовании вышеописанных этапов можно предотвратить образование спонтанной окисной пленки над герметизирующим слоем InGaP и видоизменение слоя, вызванного образованием непосредственно на нем резистивного слоя. Кроме того, за счет предотвращения адгезии органического вещества, склонного оставаться на поверхности рекристаллизации, можно управлять появлением кристаллических дефектов и улучшить характеристики элемента и надежность устройства.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1А изображает вид в поперечном сечении, иллюстрирующий промежуточную стадию в процессе изготовления полупроводникового лазерного устройства, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.1В изображает вид в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.2А-2С изображают виды в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.3А-3С изображают виды в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.4А изображает вид в поперечном сечении, иллюстрирующий промежуточную стадию в процессе получения полупроводникового лазерного устройства согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.4В изображает вид в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.5А-5С изображают виды в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.6А-6С изображают виды в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.7А-7С изображают виды в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.8А-8С изображают виды в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.9А-9С изображают виды в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.10А-10C изображают виды в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Ниже подробно объясняются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Во-первых, варианты реализации первого полупроводникового лазерного устройства согласно настоящему изобретению будут описаны со ссылками на фиг.1-4.

Описание первого варианта реализации изобретения

На фиг.1А изображен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий промежуточную стадию в процессе изготовления первого полупроводникового лазерного устройства, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения и на фиг.1В изображен вид в поперечном сечении полупроводникового лазерного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Поперечные сечения, показанные на фиг.1А и 1В, расположены параллельно направлению распространения лазерного излучения, которое излучается из полупроводникового лазерного устройства.

Как изображено на фиг.1А, сначала на подложке 11 GaAs n-типа способом металлоорганической эпитаксии из паровой фазы формируют нижний слой 12 Al_z1Ga_1-z1As оболочки n-типа (0,55≤z1≤0,8), нижний световодный слой 13 In_0,49Ga_0,51P n-типа или i-типа, активный слой 14 In_х3Ga_1-х3As_1-y3Р_y3 квантовой ямы (0≤х3≤0,4, 0≤y3≤0,5), первый верхний световодный слой 15 In_0,49Ga_0,51P р-типа или i-типа и герметизирующий слой 16 GaAs, имеющий толщину приблизительно 10 нм. Затем сверху герметизирующего слоя 16 GaAs n-типа формируют пленку 17 SiO₂.

После этого в каждом полупроводниковом лазерном устройстве части, расположенные рядом с краем пленки 17 SiO₂, которые примыкают к торцевым поверхностям полупроводникового лазерного устройства, удаляют для того, чтобы облучить части, расположенные рядом с краем герметизирующего слоя 16 GaAs n-типа, где каждая часть, расположенная рядом с краем, примыкает к торцевой поверхности полупроводникового лазерного устройства и имеет ширину приблизительно 20 мкм в направлении, перпендикулярном торцевой поверхности. Затем в реальном процессе изготовления множество полупроводниковых лазерных устройств формируют в виде пластины, при этом удаляют полосковые зоны пленки 17 SiO₂, расположенные на пластине, каждая из которых включает в себя границы (соответствующие торцевым поверхностям) полупроводниковых лазерных устройств, расположенные непосредственно в центре, и имеет ширину приблизительно 40 мкм.

Затем части, расположенные рядом с краем герметизирующего слоя 16 GaAs n-типа травят с помощью травителя на основе серной кислоты с использованием оставшихся зон пленки 17 SiO₂ в виде маски для того, чтобы облучить части, расположенные рядом с краем первого верхнего световодного слоя 15 на основе In_0,49Ga_0,51P р-типа или i-типа. Затем части, расположенные рядом с краем первого верхнего световодного слоя 15 In_0,49Ga_0,51P р-типа или i-типа травят с помощью травителя на основе соляной кислоты до тех пор, пока части, расположенные рядом с краем активного слоя 14 In_x3Ga_1-x3As_1-y3P_y3 квантовой ямы подвергнутся воздействию излучения. Затем удаляют оставшиеся зоны пленки 17 из SiO₂ и затем оставшиеся части герметизирующего слоя 16 GaAs n-типа и части, расположенные рядом с краем активного слоя 14 In_х3Ga_1-х3As_1-y3Р_y3 квантовой ямы удаляют с использованием травителя на основе серной кислоты для того, чтобы облучить части, расположенные рядом с краем нижнего световодного слоя 13 In_0,49Ga_0,51P р-типа.

И, наконец, второй верхний световодный слой 18 In_0,49Ga_0,51P р-типа или i-типа, верхний слой 19 Al_z1Ga_1-z1As оболочки р-типа (0,55≤z1≤0,8) и контактный слой 20 GaAs p-типа формируют поверх оставшейся зоны первого верхнего световодного слоя 15 In_0,49Ga_0,51P р-типа или i-типа и облучают части, расположенные рядом с краем нижнего световодного слоя 13 In_0,49Ga_0,51P n-типа или i-типа. Затем на контактном слое 20 GaAs р-типа формируют электрод 22 р-типа. Кроме того, облученную поверхность подложки 11 полируют и электрод 23 n-типа формируют на полированной поверхности подложки 11. Затем обе поверхности слоистой структуры скалывают и наносят покрытие 24 с высоким коэффициентом отражения и покрытие 25 с низким коэффициентом отражения на соответствующие торцевые поверхности для того, чтобы сформировать резонатор. Затем вышеупомянутую конструкцию выполняют в виде кристалла.

В полупроводниковом лазерном устройстве согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения лазерное излучение генерируется между вышеуказанными торцевыми поверхностями, на которые соответственно нанесены покрытие 24 с высоким коэффициентом отражения и покрытие 25 с низким коэффициентом отражения, и выводится через торцевую поверхность, на которой нанесено покрытие 25 с низким коэффициентом отражения. Так как части, расположенные рядом с краем активного слоя 14 квантовой ямы, удаляют, то можно подавить выделение тепла из-за поглощения света в непосредственной близости от торцевых поверхностей и поэтому можно предотвратить катастрофическое разрушение оптических зеркал (КРОЗ).

Активный слой может иметь состав, с помощью которого реализуется активный слой типа деформации сжатия, который согласован по постоянным кристаллической решетки с подложкой, или типа деформации растяжения.

Когда активный слой представляет собой тип деформированной ямы, то, по меньшей мере, один барьерный слой InGaP, который деформирован в противоположную сторону по отношению к активному слою, можно разместить рядом с активным слоем для того, чтобы скомпенсировать деформацию активного слоя. В этом случае, предпочтительно, чтобы сумма произведений относительной деформации на толщину активного слоя и произведение относительной деформации на полную толщину по меньшей мере одного барьерного слоя находилась в диапазоне от -0,15 до +0,15 нм.

Хотя электроды формируют по существу на всей поверхности конструкции первого варианта осуществления, настоящее изобретение можно применить к полупроводниковым лазерным устройствам полоскового типа со световодом, сформированным путем распределения усиления, в которых сформирован полосковый изолирующий слой, или к полупроводниковым лазерным устройствам со световодом, сформированным путем распределения показателя преломления, которые формируются путем использования известного способа литографии или сухого травления, или к полупроводниковым лазерным устройствам, имеющим дифракционную решетку, или к интегральным схемам.

Активный слой может иметь структуру с многочисленными квантовыми ямами, которая состоит из слоев InGaP и InGaAsP. В этом случае, предпочтительно, чтобы сумма произведений относительных деформаций растяжения и толщин соответствующих слоев с относительной деформацией растяжения находилась в диапазоне от -0,15 до +0,15 нм. Кроме того, предпочтительно, чтобы части, расположенные рядом с краем активного слоя с многочисленными квантовыми потенциальными ямами, которые примыкают к торцевым поверхностям, травилис