[发明专利]表面发光半导体激光元件

说明书

本申请是2006年10月31日向中国专利局提出的标题为“表面发光半 导体激光元件”，申请号为200610136631.1的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种表面发光半导体激光元件及其制造方法。更具体的， 本发明涉及一种表面发光半导体激光元件以及以单峰横向模式(single-peak transverse mode)发射激光的方法。

背景技术

表面发光半导体激光元件以垂直于衬底表面的方向发射激光，是应用 于各种领域的非凡的光源。

表面发光半导体激光元件具有半导体衬底、在衬底上的包括具有不同 折射率的化合物半导体的一对上下反射体，即衍射布拉格反射体(DBRs)， 以及在该对反射体之间构成发光区的有源层。

典型的，具有柱型台面结构(post-type mesa structure)的表面发光半导 体激光元件是具有电流限制区的上部DBR。例如，日本未审的专利申请公 开号No.2001-210908公开了一种包括环形的柱型台面结构(post-type mesa structure)的表面发光半导体激光元件，其具有由干法蚀刻上部DBR而得 到的大约30μm的台面直径、以及通过选择性的氧化AlAs层以有效的将电 流到注入有源层中而形成的环形的柱型台面结构内的电流限制区。

参考上述日本专利申请及图12，将描述包括柱型台面结构(post-type mesa structure)的常规表面发光半导体激光元件。图12是示出了上述专利 申请中所公开的常规表面发光半导体激光元件的结构的截面图。

如图12所示，表面发光半导体激光元件80具有叠层结构，其顺序的 包括n型GaAs衬底82、包括n型半导体多层的下衍射布拉格反射体(以 下称“下DBR”)84、包括未掺杂的AlGaAs的下覆盖层86、发光层(有源 层)88、包括未掺杂AlGaAs的上覆盖层90、包括未掺杂AlGaAs的上衍射 布拉格反射体(以下称“上DBR”)92以及p型GaAs覆盖层94。

下DBR84具有半导体多层结构，该多层结构包括具有在异质界面上成 分梯度层的30.5对n型Al_0.2Ga_0.8As层和n型Al_0.9Ga_0.1As层。上DBR92具 有半导体多层结构，该多层结构包括具有在异质界面上成分梯度层的25对 p型Al_0.2Ga_0.8As层和p型Al_0.9Ga_0.1As层。

通过蚀刻覆盖层94、上DBR92、上覆盖层90、有源层88、下覆盖层 86和下DBR84形成圆柱形台面柱96。

在有源层88最靠近的侧面上的DBR92的化合物半导体层上形成p型 AlAs层，代替p型Al_0.9Ga_0.1As层。选择性的氧化除中心环形区以外的p型 AlAs层中所含的Al，以提供氧化的铝电流限制层98。

保留在中心环形区上的p型AlAs层作为电流注入区98A，氧化的铝电 流限制层用作具有高电阻的绝缘区98B。

在台面柱96和下DBR84上形成SiNx膜100。SiNx膜具有用于暴露p 型GaAs覆盖层94的开口，其通过环形地去除台面柱96的上表面上SiNx 膜100而提供。在开口的外围形成环形p侧电极(上电极)102。在n型GaAs 衬底82的相反表面上形成n侧电极(下电极)104。P侧电极102具有抽出 电极106。

参照图13A和13B，将描述制造表面发光半导体激光元件80的方法。 图13A与13B示出了表面发光半导体激光元件80的制造步骤的截面图。

如图13A所示，通过在n型GaAs衬底82上顺序的层叠下DBR84、包 括未掺杂的AlGaAs的下覆盖层86、有源层88、包括未掺杂AlGaAs的上 覆盖层90、上DBR 92和p型GaAs覆盖层94形成叠层结构。