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CN101040409A - 半导体激光器件及其制造方法 - Google Patents

半导体激光器件及其制造方法 Download PDF

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CN101040409A
CN101040409A CNA2005800347336A CN200580034733A CN101040409A CN 101040409 A CN101040409 A CN 101040409A CN A2005800347336 A CNA2005800347336 A CN A2005800347336A CN 200580034733 A CN200580034733 A CN 200580034733A CN 101040409 A CN101040409 A CN 101040409A
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Abstract

一种半导体激光器件(1)，包括：具有主面(3a)的衬底(3)；在其中主面(3a)延伸的方向上具有在衬底(3)上形成的氮化镓外延层(2a)和低折射率材料(2b)的光子晶体层(7)，该低折射率材料(2b)具有低于外延层(2a)的折射率；衬底(3)上形成的n－型敷层(4)；衬底(3)上形成的p－型敷层(6)；插入n－型敷层(4)和p－型敷层(6)之间且当往其中注入载流子时发光的有源层(5)；以及覆盖直接位于光子晶体层(7)上的区域的GaN层(12)。因此，可以在没有熔化工序的条件下，制造该半导体激光器件。

Description

半导体激光器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器件及其制造方法。具体，涉及一种包括二维衍射光栅的半导体激光器件及其制造方法，该二维衍射光栅具有氮化镓(GaN)外延层。
背景技术
分布反馈(DFB)激光器是通过在其中设置的一维衍射光栅，感应前行波和回行波的组合并使用源于该组合的驻波的激光器。该现象可能仅仅由具有特定波长的光引起，该特定波长满足该一维衍射光栅的布拉格条件。因此，DFB激光器可以稳定地振荡其纵向模式(光轴方向上的振荡光的共振模式)是单模式的光。
另一方面，在DFB激光器中，除振荡光的光轴方向以外的任意方向上的光(换句话说，垂直于衍射光栅的方向)未建立驻波，即使该光被衍射光栅衍射，因此不被反馈。亦即，DFB激光器具有其中除振荡光的光轴方向以外的任意方向上的光不参与振荡并损失的缺点，由此发射效率被减小。
因此，近年来，继续研制一种具有二维折射率分布的二维光子晶体激光器。该二维光子晶体激光器具有提高的发射效率，因为除振荡光的光轴方向以外的方向上传播的光被光子晶面在各个方向上衍射，以建立驻波。此外，该二维光子晶体激光器的特征在于它在垂直于光子晶体的主面的方向上提供表面发射，因此，可以增加激光输出。例如，常规二维光子晶体激光器具有下面所述的结构。
二维光子晶体激光器包括n-型敷层、有源层、p-型敷层、InP衬底以及配置为形成双-异质结的两个电极。在InP衬底的主面中，以预定的晶格排列(例如，三角形晶格、正方形晶格等等)形成多个孔。因此，不包含孔的衬底部分具有InP(n＝3.21)的折射率，包含孔的部分具有空气(n＝1)的折射率，以致构成光子晶体(二维衍射光栅)的InP衬底的主面具有周期性的折射率分布。在InP衬底的主面上，依次形成n-型敷层、有源层以及p-型敷层。在p-型敷层的主面上形成两个电极之一，以及在其上不形成光子晶体的InP衬底的另一主面上，形成该两个电极的另一个。
在这种二维光子晶体激光器中，通过在两个电极之间施加适当的电压，空穴和电子被注入到有源层。然后，当空穴和电子重新结合时，在有源层中产生具有预定波长的光。然后，有源层的这些光泄漏，以变为渐渐消失的光，传播到光子晶体层并在光子晶体层中的晶格点处(亦即，孔)被重复地布拉格-反射(Bragg-reflect)。结果，在晶格点之间建立具有相同波长和相同相位的驻波，以提供光。然后，这些光在垂直于光子晶体主面的方向上振荡。
常规二维光子晶体激光器是通过制造第一元件、第二元件，在第一InP衬底上熔融涂敷光子晶体和直接位于该光子晶体(n-型敷层或p-型敷层)上的第二InP上的层，除去第二InP衬底并形成两个电极来制造的，该第一元件具有第一InP衬底和在其上形成的光子晶体，该第二元件具有第二InP衬底和在其上形成的n-型敷层、有源层和p-型敷层。
例如，在专利文献1和非专利文献1和2中公开了常规二维光子晶体激光器。在专利文献1中，公开了一种二维光子晶体激光器，具有由n-型InP制成的衬底和在该衬底上形成的InGaAs等等的光子晶体结构。此外，在非专利文献1中，公开了一种二维光子晶体激光器，具有由InP制成的衬底和在该衬底上形成的InP光子晶体。此外，在非专利文献2中，公开了一种二维光子晶体激光器，具有由n-型InP制成的衬底和具有孔的光子晶体。所有这些二维光子晶体激光器是振荡红外光的激光器。此外，在非专利文献3中，公开了GaN外延层的熔化工艺的技术。
专利文献1：日本专利特开号2000-332351
非专利文献1：Mitsuru Yokoyama et al.，″Surface-EmittingTwo-Dimensional photonic Crystal Lasers″，J.Jpn.Soc.Infrared Science& Technology，vol.12，No.2，p17-23，2003
非专利文献2：M.Imada，et al.，″Coherent Two-Dimensional LasingAction in Surface-Emitting Laser with Triangular-Lattice PhotonicCrystal″，Applied Physics Letters，75(3)pp.316-318，19 July 1999
非专利文献3：T.Tokuda，et al.，″Wafer Fusion Technique Applied toGaN/GaN System″，Jpn.J.Appl.Phys.，39(2000)Pt.2，No.6 Bpp.L572-L574
发明内容
本发明解决的问题
近年来，振荡短波长光如蓝光和紫外光的二维光子晶体激光器的需求增加。为了振荡诸如蓝光和紫外光的短波长光，必须使用在紫外光区中具有带隙的材料如GaN作为光子晶体。但是，如果使用GaN作为光子晶体，当制造二维光子晶体激光器时，例如，产生如下所述的问题。
如上所述，当制造二维光子晶体激光器时，光子晶体和将直接形成在该光子晶体上的层(n-型敷层或p-型敷层)必须被分开地制造，然后互相熔化-涂敷。但是，GaN晶体表面典型地具有2nm或更多的均方根(RMS)粗糙度，以及GaN晶体表面的平坦度是低的。因此，GaN的光子晶体具有难以熔化其它层的问题。具体，在p-型GaN的光子晶体和p-型GaN的敷层互相熔化-涂敷的情况下，在光子晶体和敷层之间不会建立欧姆接触。
此外，典型地在高温高压下，在还原气氛中发生GaN的光子晶体和直接形成在光子晶体上的层的熔化工序。因此，在熔化工序过程中有该器件可能被损坏如扭曲的问题。
因此，本发明的目的是提供一种可以在没有熔化工序的条件下制造的半导体激光器件及其制造方法。
解决该问题的方法
根据本发明的半导体激光器件，具有：具有主面的衬底；在其中主面延伸的方向上具有在衬底上形成的GaN外延层和具有低折射率材料的二维衍射光栅，该低折射率材料低于外延层的折射率；在衬底上形成的第一导电型敷层；在衬底上形成的第二导电型敷层；在第一导电型敷层和第二导电型敷层之间插入、且当往其中注入载流子时发光的有源层；以及覆盖直接位于二维衍射光栅上的区域的含GaN层。
在根据本发明的半导体激光器件中，在外延层上直接外延生长该覆盖直接位于二维衍射光栅上的区域的含GaN层。亦即，可以在没有二维衍射光栅的熔化工序的条件下，在二维衍射光栅上形成敷层等等，以及该层直接形成在二维衍射光栅上。因此，可以在没有熔化工序的条件下制造半导体激光器件。
优选，在根据本发明的半导体激光器件中，外延层具有多个孔，以及该多个孔用低折射率材料填充，以形成衍射光栅点。
在此情况下，半导体激光器件通过建立TE模式的光的驻波从而振荡光。
优选，在根据本发明的半导体激光器件中，该低折射率材料具有多个孔，以及用形成外延层的GaN填充该多个孔，以形成衍射光栅点。
在此情况下，半导体激光器件通过建立TM模式的光的驻波从而振荡光。
优选，在根据本发明的半导体激光器件中，该覆盖直接位于二维衍射光栅上的区域的含GaN层和GaN的外延层构成一个层或者是连续外延生长的多个层。
因此，该二维衍射光栅具有其中低折射率材料的顶表面和侧表面用外延层覆盖的结构。
根据本发明的一个方面的半导体激光器件的制造方法包括以下步骤。在衬底上依次形成第一导电型敷层、有源层和第二导电型敷层。在该衬底上以预定图形淀积低折射率材料，该低折射率材料具有低于GaN的折射率。在淀积低折射率材料之后，在该衬底上形成GaN的外延层(外延层形成步骤)。在该外延层形成步骤之后，沿该衬底的主面，在直接位于低折射率材料上的区域中生长含GaN层。
根据本发明的该方面的半导体激光器件的制造方法，在形成GaN的外延层之后，沿衬底的主面，在直接位于低折射率材料上的区域中的外延层上外延生长含该GaN层。因此，形成由外延层和折射率材料构成的二维衍射光栅和覆盖该二维衍射光栅的含GaN层。亦即，可以在没有熔化工序的条件下，在二维衍射光栅上形成直接形成在二维衍射光栅上的层。因此，可以在没有熔化工序的条件下，制造该半导体激光器件。
优选，在上述制造方法中，第一导电型敷层、有源层和第二导电型敷层全都被外延生长。
因此，第一导电型敷层、有源层和第二导电型敷层具有良好的结晶质量，以便在高于有源层的水平面形成外延层的情况下，可以提高外延层的结晶质量。
优选，在根据本发明的半导体激光器件及制造方法中，低折射率材料由选自由SiO2、MgF2、CaF2、BaF2和LiF构成的组的至少一种构成。
所有这些材料具有充分低于外延层的折射率的折射率。通过增加外延层和低折射率材料之间的折射率差异，可以使该外延层有效地用作二维衍射光栅。此外，与在GaN-基材料上相比较，在这些材料上难以生长该含GaN层，该含GaN层仅仅可以被有选择地生长在作为基体的GaN-基材料上。
优选，在上述制造方法中，低折射率材料的图形是多个柱状(column)的图形。在此情况下，二维衍射光栅具有通过低折射率材料形成的衍射光栅点，以及半导体激光器件通过建立TE模式的光的驻波，从而振荡光。
优选，在上述制造方法中，低折射率材料的图形是多个孔的图形。在此情况下，二维衍射光栅具有由多个GaN外延层柱构成的衍射光栅点，以及半导体激光器件通过建立TM模式的光的驻波，从而振荡光。
优选，在上述制造方法中，在生长该含GaN层的步骤中，使用金属有机化学气相淀积形成该含GaN层。因此，促进沿衬底的主面生长该含GaN层。
优选，在上述制造方法中，在生长该含GaN层的步骤中，在环境压力等于或低于90kPa的状态下，形成含GaN层。因此，促进沿衬底的主面生长该含GaN层。
根据本发明另一方面的半导体激光器件的制造方法包括以下步骤。在衬底上依次外延生长第一导电型敷层、有源层和第二导电型敷层。在该衬底上形成GaN的外延层。外延层被构形为二维衍射光栅。沿衬底的主面，在直接位于二维衍射光栅上的区域中，生长含GaN层。
根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法，沿衬底的主面，在直接位于二维衍射光栅上的区域中外延生长该含GaN层。以此方式，形成二维衍射光栅和覆盖该二维衍射光栅的含GaN层。亦即，可以在没有熔化工序的条件下，在二维衍射光栅上形成直接形成在二维衍射光栅上的层。因此，可以在没有熔化工序的条件下制造该半导体激光器件。
优选，在根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法中。在构形为二维衍射光栅的步骤中，在外延层中形成多个气孔。
在此情况下，二维衍射光栅具有由多个气孔构成的衍射光栅点，以及半导体激光器件通过建立TE模式的光的驻波，从而振荡光。
优选，在根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法中，在构形为二维衍射光栅的步骤中，外延层被构形为多个柱。
在此情况下，二维衍射光栅具有由彼此被空气隔开的多个外延层柱构成的衍射光栅点，以及该半导体激光器件通过建立TM模式的光的驻波，从而振荡光。
优选，在根据本发明的半导体激光器件的制造方法中，该衬底由导电的GaN或导电的SiC(碳化硅)构成。
如果在导电的GaN或导电的SiC上外延生长GaN，那么产生具有低位错密度和高平坦度的GaN晶体。因此，外延层的位错密度可以被降低，以及其平坦度可以被提高。此外，如果所使用的衬底是导电的，那么电极可以被连接到衬底，以及可以通过该衬底注入电流，以便高电流密度的电流可以被注入到有源层中。
根据本发明的另一方面的半导体激光器件的制造方法包括以下步骤。在衬底上依次外延生长第一导电型敷层、有源层和第二导电型敷层。在该衬底上形成GaN的外延层。在该外延层中形成多个孔。使用金属有机化学气相淀积，沿衬底的主面，在直接位于多个孔上的区域中生长含GaN层。
根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法，沿衬底的主面，在直接位于该多个孔之上的区域中外延生长该含GaN层。以此方式，形成二维衍射光栅和覆盖该二维衍射光栅的含GaN层。亦即，可以在没有熔化工序的条件下，在二维衍射光栅上形成直接形成在二维衍射光栅上的层。因此，可以在没有熔化工序的条件下制造该半导体激光器件。
优选，在根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法中，在生长含GaN层的步骤中，在环境压力等于或低于90kPa的状态下形成含GaN层。因此，促进沿衬底的主面生长该含GaN层，以及可以用该含GaN层容易地覆盖直接位于该多个气孔上面的区域。
优选，在根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法中，在生长含GaN层的步骤中，在环境压力等于或高于10kPa的状态下形成该含GaN层。在减小的环境压力下，促进该含GaN层的水平生长(在平行于衬底主面的方向上)。但是，通过保持环境压力等于或高于10kPa，可以防止过度地促进水平生长，以及可以防止该含GaN层生长在孔的侧表面上。
优选，根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法，还包括在形成多个孔的步骤之后，在该多个孔中淀积低折射率材料的步骤，该低折射率材料具有低于GaN的折射率。因此，可以防止该含GaN层生长在该孔中。此外，可以通过该低折射率材料形成衍射光栅点。
优选，在根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法中，形成多个孔的步骤包括，在排除其中将形成多个孔的区域的外延层上，形成抗蚀剂的步骤，和使用该抗蚀剂作为掩模刻蚀该外延层的步骤。淀积低折射率材料的步骤包括，通过汽相淀积，在该多个孔中和在抗蚀剂上淀积低折射率材料的步骤，以及连同抗蚀剂一起除去抗蚀剂上的低折射率材料的步骤。
因此，抗蚀剂上的任意过多的低折射率材料可以连同抗蚀剂一起被除去。
优选，在根据本发明的这些方面的半导体激光器件的制造方法中，在淀积低折射率材料的步骤中，通过化学气相淀积来淀积该低折射率材料。
如果使用化学气相淀积，那么沿孔的内壁(侧表面和底表面)淀积低折射率材料。因此，可以用低折射率材料覆盖该孔的整个内壁，以及可以防止在该孔中生长含GaN层。
发明效果
根据本发明的半导体激光器件及其制造方法，可以在没有熔化(fusion)工序的条件下制造半导体激光器件。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例1的半导体激光器件的结构透视图；
图2是沿图1中的II-II线的剖面图；
图3是示出了根据本发明实施例1的光子晶体层的结构透视图；
图4是示出了具有“a”的晶格常数的三角形晶格的视图，该三角形晶格用作二维衍射光栅；
图5是示出了图4所示的三角形晶格的倒晶格空间的视图；
图6(a)是光子能带图，示出了用于根据平面波扩展方法执行的光子晶体层的带计算结果，该光子晶体层由具有图4所示的三角形晶格结构的InP制成，以及特别示出了涉及TE模式的计算结果，以及图6(b)是图6(a)所示的S点附近的区域的放大图；
图7是图示了根据本发明实施例1的半导体激光器件制造方法的第一步骤的视图；
图8是图示了根据本发明实施例1的半导体激光器件制造方法的第二步骤的视图；
图9是图示了根据本发明实施例1的半导体激光器件制造方法的第三步骤的视图；
图10是图示了根据本发明实施例1的半导体激光器件制造方法的第四步骤的视图；
图11是图示了在根据本发明实施例1的半导体激光器件制造方法的第五步骤中生长外延层的示意图，其中图11(a)示出了第一状态，图11(b)示出了第二状态，其中图11(c)示出了第三状态，其中图11(d)示出了第四状态，其中图11(e)示出了第五状态，以及其中图11(f)示出了第六状态；
图12是图示了根据本发明实施例1的半导体激光器件制造方法的第六步骤的视图；
图13是示出了根据本发明实施例2的半导体激光器件的结构剖面图；
图14是示出了根据本发明实施例2的半导体激光器件制造方法的第一步骤的视图；
图15是示出了根据本发明实施例2的半导体激光器件制造方法的第二步骤的视图；
图16是示出了根据本发明实施例2的半导体激光器件制造方法的第三步骤的视图；
图17是图示了根据本发明实施例2的半导体激光器件制造方法的第四步骤中生长外延层的示意图，其中，图17(a)示出第一状态，图17(b)示出第二状态，图17(c)示出了第三状态，图17(d)示出了第四状态，图17(e)示出了第五状态，以及图17(f)示出了第六状态；
图18是示出了根据本发明实施例2的半导体激光器件制造方法的第五步骤的视图；
图19是示出了根据本发明实施例3的半导体激光器件的结构剖面图；
图20是示出了根据本发明实施例3的半导体激光器件制造方法的第一步骤的视图；
图21A是示出了根据本发明实施例3的半导体激光器件制造方法的第二步骤的视图；
图21B是示出了根据本发明实施例3的半导体激光器件制造方法的选择性第二步骤的视图；
图22是图示了在根据本发明实施例3的半导体激光器件制造方法的第三步骤中生长外延层的示意图，其中图22(a)示出了第一状态，图22(b)示出了第二状态，图22(c)示出了第三状态，以及图22(d)示出了第四状态；
图23是示出了根据本发明实施例4的光子晶体层的结构透视图；
图24是示出了具有“d”的晶格常数的正方形晶格的视图，该正方形晶格用作二维衍射光栅；
图25是示出了根据本发明实施例5的半导体激光器件的结构透视图；
图26是示出了根据本发明实施例6的半导体激光器件制造方法的第一步骤的视图；
图27A是示出了根据本发明实施例6的半导体激光器件制造方法的第二步骤的视图；
图27B是示出了根据本发明实施例6的半导体激光器件制造方法的第二步骤的改进的视图；
图28是示出了根据本发明实施例6的半导体激光器件制造方法的第三步骤的视图；
图29是示出了根据本发明实施例6的半导体激光器件制造方法的第四步骤的视图；
图30是示出了根据本发明实施例6的半导体激光器件的另一制造方法的第一步骤的视图；
图31是示出了根据本发明实施例6的半导体激光器件的另一制造方法的第二步骤的视图；
图32是示出了在本发明的例4中环境压力保持在大气压的情况下，光子晶体层的状态的显微镜图片；
图33是示出了在本发明的例4中环境压力保持在20kPa的情况下，光子晶体层状态的显微镜图片；
图34是示出了在本发明的例6中环境压力保持在20kPa的情况下，光子晶体层状态的显微镜图片；
图35是示出了在本发明的例6中环境压力保持在60kPa的情况下，光子晶体层状态的显微镜图片；
图36是示出了在本发明的例6中，在孔中淀积SiO2的情况下，光子晶体层的状态的显微镜图片，该SiO2是低折射率材料；以及
图37是示出了在本发明的例6中，在孔中不淀积SiO2的情况下，光子晶体层的状态的显微镜图片，该SiO2是低折射率材料。
参考符号的描述
1，1a-1c    半导体激光器件，
2a          外延层，
2b          衍射光栅点(低折射率材料，孔)，
2c，2e，20a 孔，
2d          沟槽，
3           衬底，
3a，3b      衬底主面，
4，8        n-型敷层，
5           有源层，
6，8        p-型敷层，
7，7a       光子晶体层(二维衍射光栅)，
9           接触层，
9a       发光表面，
10，11   电极，
12       GaN层，
17       光子晶体层表面，
18       直接处于低折射率材料上的区域，
20       抗蚀剂(resist)，
20b      柱，
24       由低折射率材料制成的薄膜。
具体实施方式
下面，将参考附图描述本发明的实施例。
(实施例1)
图1示出了根据本发明实施例1的半导体激光器件的结构透视图。图2是沿图1中的线II-II的剖面图。如图1和2所示，半导体激光器件1包括衬底3、n-型敷层4、有源层5、p-型敷层6、用作二维衍射光栅的光子晶体层7、GaN层12、p-型敷层8、接触层9以及电极10和11。
衬底3例如由导电的GaN或导电的SiC构成，并具有主面3a和3b。在衬底3上形成n-型敷层4和p-型敷层6，以及在n-型敷层4和p-型敷层6之间插入有源层5。光子晶体层7形成在衬底3上并在其中主面3a延伸的方向上延伸。此外，光子晶体层7包括外延层2a和多个衍射光栅点(低折射率材料)2b，该低折射率材料2b具有低于外延层2a的折射率。外延层2a由GaN构成。此外，外延层2a具有在其中形成的多个孔2c，以及该多个孔2c用低折射率材料填充。低折射率材料形成衍射光栅点2b。
光子晶体层7和覆盖光子晶体层7的GaN层12都由GaN构成，且因此构成一个层(在其间没有边界)。在本发明中，GaN层12不是必需的层，以及例如，在光子晶体层7上可以直接形成由AlGaN构成的p-型敷层8。
在衬底3上，依次层叠n-型敷层4、有源层5、p-型敷层6、光子晶体层7、GaN层12、p-型敷层8以及接触层9。在接触层9上设置圆形电极10，以及形成电极11，覆盖与主面3a相对的衬底3的整个主面3b。电极10和11由Au(金)构成。
有源层5包含GaN并由多量子阱构成，该多量子阱例如由AlxGa1-x-yInyN(0≤x，y≤1，0≤x+y≤1)构成。有源层5可以以沿光子晶体层7形成的多个量子线的形式设置并在预定方向上延伸。另外，有源层5可以以沿光子晶体层7形成的多个量子盒(quantum box)的形式设置。每个量子线具有在垂直于其纵向的两个方向上提供离散电子能级的尺寸(例如，约为几十nm)。每个量子盒具有在彼此垂直的三个方向上提供离散电子能级的尺寸(例如，约为几十nm)。这种量子结构导致高密度状态，以便发光效率被提高，以及发射光谱被尖锐化。
图3示出了根据本发明实施例1的光子晶体层的结构透视图。如图3所示，在光子晶体层7中，在外延层2a的表面17上形成多个衍射光栅点2b，以形成三角形晶格。每个衍射光栅点2b的中心与最靠近的相邻六个衍射光栅点2b隔开相等距离。孔中心之间的距离是，例如，0.19μm，以及每个孔2b的直径是，例如，0.09μm。
外延层2a具有第一折射率(在GaN的情况，是2.54)，以及低折射率材料的周期性形成的衍射光栅点2b具有第二折射率。通过增加第一和第二折射率之间的差异，可以获得光子晶体的希望性能。低折射率材料2b可以是具有低于至少外延层2a的折射率的任意材料，如SiO2、MgF2、CaF2、BaF2和LiF。
光子晶体层7是衍射光栅，在第一方向和第二方向上具有相等周期，相对于第一方向成预定角度(“周期”意味着等于晶格常数的值)。光子晶体层7的各个方向中的两个方向和周期可以以多种方式选择。此外，直接位于电极10下面的光子晶体层7的区域A(图1)是从电极10注入高电流密度的电流的区域，且因此用作发光的区域。半导体激光器件1的发光方法之后将被描述。
参考图1和2，n-型敷层4由例如，n-型AlGaN构成，以及p-型敷层6由例如，p-型AlGaN构成。n-型敷层4和p-型敷层6用作导电层，传导将提供给有源层5的载流子。因此，n-型敷层4和p-型敷层6布置有在其间插入的有源层5。此外，n-型敷层4和p-型敷层6都用作限制层，限制载流子(电子和空穴)以及有源层5中的光。亦即，n-型敷层4、有源层5以及p-型敷层6形成双异质结。因此，在有源层5中可以集中有助于发光的载流子。
此外，p-型敷层6用作阻挡层，防止电子进入光子晶体层7。因此，可以抑制光子晶体层7中的电子和空穴的非辐射再结合。
p-型敷层8由例如p-型AlGaN构成。p-型敷层8用作导电层，传导将被提供给有源层5的载流子。此外，p-型敷层8用作限制层，限制在光子晶体层7下面布置的层中的载流子(电子)和光。此外，形成接触层9，以与电极10提供欧姆接触。
为了说明，下面将列出根据该实施例的半导体激光器件1的元件尺寸。例如，衬底3具有100μm的厚度，光子晶体层7具有0.1μm的厚度，n-型敷层4和p-型敷层8每个具有0.5μm的厚度，以及有源层5和p-型敷层6具有0.1μm的厚度。
现在，将参考图1至3描述半导体激光器件1的发光方法。
当正电压被施加到电极10时，空穴从p-型敷层6和8注入到有源层5中，以及电子从n-型敷层4注入到有源层5中。一旦空穴和电子(载流子)被注入到有源层5中，载流子被重新结合，从而发光。发射光的波长取决于有源层5的半导体层的带隙。
在有源层5中，通过n-型敷层4和p-型敷层6限制有源层5中发射的光。但是，达到光子晶体层7的部分光作为逐渐消失的光。如果达到光子晶体层7的逐渐消失光的波长相应于光子晶体层7的预定周期，那么感应具有对应于该周期的波长的驻波。
在区域A和位于电极10中心的周围区中可以发生这种现象，因为形成两维延伸的有源层5和光子晶体层7。由于驻波的反馈效应允许激光振荡。
现在，将参考特定的例子描述二维衍射光栅(光子晶体层)7。二维衍射光栅具有可以在相同周期下在至少两个方向上转换的性能结构，以与转换之前的结构相配。这种二维衍射光栅由没有任何间隙布置的正三角形、正方形或正六边形构成，具有在其顶点设置的晶格点。在本说明书中，由正三角形构成的光栅称为三角形晶格，由正方形构成的光栅被称为正方形晶格，以及由正六边形构成的光栅被称为六边形晶格。
图4示出了具有“a”的晶格常数的三角形晶格的视图，该三角形晶格用作二维衍射光栅。该三角形晶格用正三角形填充，其侧面具有“a”的长度。在图4中，晶格点A被任意选择，以及从晶格点A朝向晶格点B的方向被称为X-Г方向，以及从晶格点A朝向晶格点C的方向被称为X-J方向。关于本实施例，将描述有源层5中发射的光波长对应于X-Г方向上的晶格周期的情况。
二维衍射光栅7可以被认为是包括如下所述的三个一维衍射光栅组L、M和N。一维衍射光栅组L由在Y轴方向上布置的一维光栅L1、L2、L3等等构成。一维衍射光栅组M由相对于X轴方向成120度角的方向上布置的一维光栅M1、M2、M3等等构成。一维衍射光栅组N由相对于X轴方向成60度角的方向上布置的一维光栅N1、N2、N3等等构成。如果围绕任意晶格点旋转120度，那么这三个一维衍射光栅组L、N和M彼此相配。在一维衍射光栅组L、N和M的每一个中，相邻的两个一维光栅之间的距离是“d”，以及每个一维光栅中的相邻两个晶格点之间的距离是“a”。
首先，将考虑光栅组L。在从晶格点A至晶格点B的方向上传播的光在晶格点B衍射。衍射的方向由布拉格条件(Bragg condition)2d*sinθ＝mλ(m＝0，±1，...)限定。这里，λ表示外延层2a中的光波长。在衍射光栅被配置为提供第二级布拉格反射(m＝±2)的情况下，在θ＝±60度和±120度的位置存在其他晶格点D，E，F和G。此外，在θ＝0度和180度的位置，对应于m＝0的情况，存在晶格点A和K。
例如，根据光栅组M中的规则，在晶格点B处衍射的光朝向晶格点D被衍射。该衍射可以用和根据光栅组L中的规则的衍射相同的方法来考虑。然后，根据光栅组N中的规则，在晶格点D处衍射的光朝向晶格点H被衍射。以此方式，在晶格点H、晶格点I和晶格点J，光被连续地衍射。根据光栅组N中的规则，在晶格点J处衍射的光朝向晶格点A被衍射。
如上所述，在多次衍射之后，从晶格点A传播到晶格点B的光达到最初晶格点A。因此，在半导体激光器件1中，由于在多次衍射之后，在某些方向上传播的光回到最初晶格点的位置，在该晶格点之间建立驻波。因此，二维衍射光栅7用作光谐振器，亦即，波长选择器和反射器。
此外，在布拉格条件2d*sinθ＝mλ(m＝0，±1，...)中，如果“m”是奇数，那么在θ＝±90度的方向上发生布拉格反射。这意味着在垂直于二维衍射光栅7的主面的方向(垂直于图4纸张平面的方向)上也发生强衍射。因此，在垂直于二维衍射光栅7的主面的方向上可以发射光，亦即可以从发光表面9a发射(图1)(可以获得表面发射)。
此外，在二维衍射光栅7中，考虑发生如上所述现象的地点处的晶格点A被任意地选择的事实，在二维布置的所有晶格点处可以发生上述光衍射。因此，通过布拉格衍射，可以认为各个光栅组的X-Г方向上传播的光的射线彼此被二维结合。可以认为，在二维衍射光栅7中，通过这种二维组合，结合三个X-Г方向，以提供相干状态。
图5示出了图4所示的三角形晶格的倒晶格空间的视图。示出Г点、X点、J点，Г点是倒晶格空间中的明亮区的中心点，X点位于连接明亮区的Г点和相邻明亮区的Г点的线与明亮区之间的边界交叉处，以及J点位于三个相邻明亮区彼此毗连的地点处。由图5中的Г点、X点和J点限定的方向对应于参考图4描述的Г-X轴方向和Г-J方向。
图6(a)是光子能带图，示出了用于根据平面波扩展方法执行的光子晶体层的能带计算结果，光子晶体层由具有图4所示的三角形晶格结构的InP制成。具体，图6(a)示出了涉及TE模式的计算结果。图6(b)是图6(a)所示的S点附近的区域的放大图。图1中所示的光子晶体层7具有图6(a)所示的分散关系，亦即，具有光子能带结构。在该说明书中，“光子能带结构”意味着基于介质中形成的至少二维周期性折射率分布的光子能量限定的分散关系。
参考图6(a)和6(b)，在Г点及其附近的波数范围中，在由参考字符“S”和“P”表示的区域存在光子带隙。这里，由参考字符“S”表示的区域称为第一光子带隙，以及由参考字符“P”表示的区域称为第二光子带隙。第一光子带隙的归一化频率ω1约为0.35，以及第二光子带隙的归一化频率ω2约为0.61。这里，由于Г点是波数矢量k＝0处的点，如果光的归一化频率ω是归一化频率ω1和ω2，那么不考虑晶体取向建立驻波。如果根据本申请，在由GaN构成的光子晶体(三角形晶格)上执行类似计算，那么第一光子带隙的归一化频率ω1约为0.47，以及第二光子带隙的归一化频率ω2约为0.82。
现在，将参考图7至12描述根据该实施例的半导体激光器件1的制造方法。
首先，参考图7，制备由导电的GaN或导电的SiC构成的衬底3。然后，使用金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法，例如，在衬底3上依次外延生长n-型敷层4、有源层5和p-型敷层6。尽管未示出，但是在衬底3上可以直接形成缓冲层，以及在该缓冲层上可以形成n-型敷层4。
然后，参考图8，通过电子束光刻技术，在p-型敷层6上形成具有预定图形的抗蚀剂20(构图层)。在图8中，抗蚀剂20具有以三角形晶格结构布置的多个孔20a的图形。
然后，参考图9，通过汽相淀积，在抗蚀剂20上形成低折射率材料的薄膜24，以用该低折射率材料填充多个孔20a。然后，参考图10，连同抗蚀剂20一起除去(剥离)抗蚀剂20上形成的薄膜24。因此，在p-型敷层6上留下以三角形晶格布置的多个低折射率材料柱2b。
然后，清洗p-型敷层6的表面，然后，通过MOCVD，在p-型敷层6上形成由GaN构成的外延层2a和GaN层12。图11(a)至11(f)连续地图示了根据本发明实施例1的外延层的生长示意图。这里，图11(a)是图10所示的B部分的放大视图。
参考图11(a)至11(f)，在V族材料气体与III族材料气体的比率高于典型的GaN外延生长条件的条件下，亦即，在其中包含大量氨气的条件下，外延生长GaN。然后，不在低折射率材料柱2b的顶和侧表面上外延生长GaN，而是仅仅在p-型敷层6((a)→(b))的露出表面上有选择地外延生长GaN(外延层2a)。在该附图中，向上生长GaN，以达到低折射率材料柱2b((b)→(c))的上端部。以此方式，提供光子晶体层7(图1)，具有用低折射率材料2b填充外延层中的多个孔2c的结构。
一旦达到低折射率材料柱2b的上端部，在该图中的水平方向上，在直接位于低折射率材料柱2b上的区域18中生长GaN(GaN层12)((c)→(d))。GaN的生长方向沿衬底3的主面3a(图1)。然后，一旦用GaN完全覆盖直接位于该低折射率材料上的区域18，在该图中再次向上生长GaN层12((d)→(e)→(f))。以此方式，形成GaN层12。图12示出了在p-型敷层6上形成光子晶体层7和GaN层12之后的状态。
如上所述，通过调整GaN的外延生长的条件，可以在没有熔化的条件下，在光子晶体层7上形成GaN层12。
这里，为了在图11(c)至11(e)所示的图中水平生长覆盖光子晶体层7的层(该图中的GaN层12)，该覆盖光子晶体层7的层优选包含Ga、In和Al和N的任意一种。此外，为了在图中水平生长覆盖光子晶体层7的层，在等于或低于90kPa的环境压力下，或优选，等于或低于70kPa的环境压力下，形成覆盖光子晶体层7的层。
关于该实施例，尽管已经图示了其中外延层2a覆盖直接位于低折射率材料柱2b上的区域的结构，但是本发明不局限于这种结构。例如，当外延层2a达到低折射率材料柱2b的上端部时(在图11(c)的时候)，外延生长条件可以被改变，以连续地生长包含GaN的p-型敷层8(例如，由AlGaN构成的p-型敷层8)。在此情况下，用p-型敷层8覆盖直接位于低折射率材料柱2b上的区域18。上述情况也适用于之后描述的实施例2。
然后，参考图2，通过MOCVD，在GaN层12上依次外延生长p-型敷层8和接触层9。然后，在接触层9的发光表面9a上形成电极10，以及在衬底3的主面3b上形成电极11，由此完成半导体激光器件1。
根据该实施例的半导体激光器件1具有衬底3，该衬底3具有主面3a；由沿其中主面3延伸的方向在衬底3上形成的GaN所构成的外延层2a；包含低折射率材料2b的光子晶体层7，该低折射率材料2b具有低于外延层2a的折射率；在衬底3上形成的n-型敷层4；在衬底3上形成的p-型敷层6；插入n-型敷层4和p-型敷层6之间、且当往其中注入载流子时发光的有源层5以及覆盖光子晶体层7的GaN层12。
在根据该实施例的半导体激光器件1中，在外延层2a上直接外延生长覆盖光子晶体层7的GaN层12。亦即，在光子晶体层7上可以在没有熔化的条件下，直接形成覆盖光子晶体层7的层。因此，可以在没有熔化工序的条件下，制造该半导体激光器件。
此外，在根据该实施例的半导体激光器件1中，由于衍射光栅点由低折射率材料2b构成，与衍射光栅点由空气构成的情况相比较，在外延层2a和衍射光栅点之间的界面处难以发生载流子的非辐射再结合。因此，半导体激光器件的性能可以被提高。
此外，在根据该实施例的半导体激光器件1中，由于衍射光栅点由低折射率材料2b构成，与衍射光栅点由空气构成的情况不同，可以防止空气中的湿气或其他杂质进入器件的内部或留在器件中。因此，可以提高半导体激光器件的可靠性。
在根据该实施例的半导体激光器件1中，外延层2a具有多个孔2c，以及多个孔2c用低折射率材料2b填充，以形成衍射光栅点。
因此，提供通过建立TE模式的光的驻波振荡光的半导体激光器件。
在根据该实施例的半导体激光器件1中，GaN层12和外延层2a构成一个层或连续地外延生长成层状。
因此，提供光子晶体层7，具有其中用外延层覆盖低折射率材料柱2b的顶和侧表面的结构。
根据该实施例的半导体激光器件1的制造方法包括以下步骤。在衬底3上依次形成n-型敷层4、有源层5以及p-型敷层6。在衬底3上形成低折射率材料2b的薄膜24，低折射率材料2b具有低于具有预定图形的GaN的折射率。在形成薄膜24之后，在衬底3上形成GaN的外延层2a(外延层形成步骤)。在外延层形成步骤之后，在直接位于低折射率材料2b上的区域中，沿衬底3的主面3a生长GaN层12。
在根据该实施例的半导体激光器件1的制造方法中，在形成GaN的外延层2a之后，在外延层2a上外延生长GaN层12，然后沿衬底3的主面3a生长，在直接位于低折射率材料2b上的区域18中生长。以此方式，形成光子晶体层7和覆盖光子晶体层7的GaN层12。亦即，在没有熔化的条件下，在光子晶体层7上可以直接形成覆盖光子晶体层7的层。因此，可以在没有熔化工序的条件下，制造该半导体激光器件。
在如上所述的制造方法中，n-型敷层4、有源层5和p-型敷层6全都被外延生长。
因此，n-型敷层4、有源层5和p-型敷层6具有改进的结晶质量，以便在高于有源层的水平面形成外延层的情况下，可以改进外延层2a的结晶质量。
在根据该实施例的半导体激光器件1及其制造方法中，低折射率材料2b是Si02、MgF2、CaF2、BaF2或LiF。
所有这些材料具有充分低于外延层2a的折射率。通过增加外延层2a和低折射率材料2b之间的折射率差异，可以形成具有良好性能的光子晶体层。此外，与在外延层2a相比较，在这些材料上难以生长GaN层12，因此，可以仅仅在外延层2a上有选择地生长GaN层12。
在上述制造方法中，抗蚀剂20优选具有多个孔20a的图形。因此，可以提供具有由低折射率材料2b构成的衍射光栅点的光子晶体层7，以及可以提供通过建立TE模式的光的驻波振荡光的半导体激光器件。
在根据该实施例的半导体激光器件1及其制造方法中，衬底3由导电的GaN或导电的SiC构成。
如果在导电的GaN或导电的SiC上外延生长GaN，那么可以制造具有低位错密度和高平坦度的GaN晶体。因此，外延层2a的位错密度可以被降低，以及其平坦度可以被提高。此外，如果使用的衬底是导电的，那么电极11可以被连接到衬底3，以及可以通过该衬底3注入电流，以便高电流密度的电流可以被注入到有源层中。
(实施例2)
图13示出了根据本发明实施例2的半导体激光器件的结构剖面图。如图13所示，根据该实施例的半导体激光器件1a的光子晶体层7的结构不同于根据实施例1的半导体激光器件1。具体地，低折射率材料2b具有多个孔2c，以及多个孔2c的每一个用GaN的外延层2a填充，GaN的外延层2a构成衍射光栅点。换句话说，尽管在根据实施例1的半导体激光器件1中，衍射光栅点由低折射率材料2b构成，但是根据该实施例的半导体激光器件1a中的衍射光栅点由外延层2a构成。
半导体激光器件1a的其余结构与根据实施例的半导体激光器件1的相同。因此，相同元件由相同的参考符号表示，以及其描述将被省略。
在下面，将参考图14至18描述根据该实施例的半导体激光器件1a的制造方法。
根据该实施例，首先，接着进行与图7所示的实施例1相同的制造工序。然后，参考图14，通过电子束光刻技术，在p-型敷层6上形成具有预定图形的抗蚀剂20(构图层)。在图14中，抗蚀剂20具有以三角形晶格结构布置的多个柱20b的图形。
然后，参考图15，通过汽相淀积在抗蚀剂20上形成低折射率材料的薄膜24，以用该低折射率材料填充多个柱20b之间的空间。然后，参考图16，连同抗蚀剂20一起除去(剥离)抗蚀剂20上形成的薄膜24。因此，在p-型敷层6上形成以具有三角形晶格布置的多个孔2c的低折射率材料2b。
然后，p-型敷层6的表面被清洗，然后，通过MOCVD，在p-型敷层6上形成由GaN构成的外延层2a和GaN层12。图17(a)至17(f)连续地图示了根据本发明实施例2的外延层的生长示意图。这里，图17(a)是图16所示的C部分的放大视图。
参考图17(a)至17(f)，在V族材料气体与III族材料气体的比率高于典型的GaN外延生长条件的条件下，或换句话说，在其中包含较小量氯气和较大量氨气的条件下，外延生长GaN。然后，不在低折射率材料2b的顶和侧表面上外延生长GaN，而是仅仅在孔2c((a)→(b))的底部露出的p-型敷层6的表面上有选择地外延生长GaN(外延层2a)。在该图中，向上生长GaN，以到达低折射率材料2b((b)→(c))的上端。以此方式，提供光子晶体层7，具有用该外延层填充低折射率材料中的多个孔2c的结构。
一旦到达低折射率材料柱2b的上端，在该图中的水平方向上，在直接位于低折射率材料柱2b上的区域18中生长GaN(GaN层12)((c)→(d)→(e))。GaN层12的生长方向沿衬底3的主面3a(图13)。然后，一旦用GaN完全覆盖直接位于低折射率材料上的区域18，在该图中，再次向上生长GaN层12((e)→(f))。以此方式，形成GaN层12。图18示出了在p-型敷层6上形成光子晶体层7和GaN层18之后的状态。
然后，参考图13，通过MOCVD，在GaN层12上依次外延生长p-型敷层8和接触层9。然后，在接触层9的发光表面9a上形成电极10，以及在衬底3的主面3b上形成电极11，由此完成半导体激光器件1a。
根据该实施例的半导体激光器件1a可以提供与实施例1的半导体激光器件1相同的效果。
在根据该实施例的半导体激光器件1a中，由于衍射光栅点由外延层2b构成，与衍射光栅点由空气构成的情况相比较，在低折射率材料2b和衍射光栅点之间的界面难以发生载流子的非辐射再结合。因此，该半导体激光器件的性能可以被提高。
此外，在根据该实施例的半导体激光器件1a中，由于衍射光栅点由外延层2a构成，与衍射光栅点由空气构成的情况不同，可以防止湿气或空气中的其他杂质进入器件的内部或留在器件中。因此，可以提高半导体激光器件的可靠性。
在根据该实施例的半导体激光器件1a中，低折射率材料2a具有多个孔2c，以及多个孔2c用外延层2a填充，以形成衍射光栅点。
在根据该实施例的半导体激光器件1a的制造方法中，抗蚀剂20具有多个柱20b的图形。
因此，可以提供光子晶体层7，其具有由外延层2a的柱构成的衍射光栅点，以及可以提供通过建立TM模式的光的驻波振荡光的半导体激光器件。
(实施例3)
图19示出了根据本发明实施例3的半导体激光器件的结构剖面图。如图19所示，根据该实施例的半导体激光器件1b的光子晶体层7(二维衍射光栅)的结构不同于根据实施例1的半导体激光器件1。具体地，外延层2a具有以三角形晶格结构布置的多个孔2b，以及多个孔2b的每一个什么都不填充。换句话说，在根据该实施例的半导体激光器件1b中，衍射光栅点由空气构成。此外，不形成GaN层12，以及在光子晶体层7上直接形成p-型敷层8。
半导体激光器件1b的其余结构与根据实施例1的半导体激光器件1的相同。因此，相同元件由相同的参考符号表示，以及其描述将被省略。
在下面，将参考图20至22描述根据该实施例的半导体激光器件1b的制造方法。
根据该实施例，首先，接着进行与图7所示的实施例1相同的制造工序。然后，参考图20，在p-型敷层6上形成GaN的外延层2a。然后，使用旋转涂敷器，将抗蚀剂材料涂敷到外延层2a，以及使用电子束(EB)曝光设备构图该抗蚀剂材料。因此，通过电子束光刻技术，在外延层2a上形成具有预定形状的抗蚀剂20。
然后，参考图21A，使用抗蚀剂20(图20)作为掩模，通过ICP反应离子刻蚀(RTF)，刻蚀外延层2a，由此在外延层2a上的预定位置处形成构成衍射光栅点的多个孔2b。以此方式，在光子晶体层7上形成外延层2a。
代替形成上述光子晶体层7，如图21B所示，通过将外延层2a构形为多个柱，外延层2a可以被构形为光子晶体层7。在此情况下，通过刻蚀，在多个柱之间形成沟槽2d。
然后，抗蚀剂20被除去，以及光子晶体层7的表面被清洗。此后，通过MOCVD，在光子晶体层7上形成由GaN构成的p-型敷层8。图22(a)至22(d)连续地图示了根据本发明实施例3的p-型敷层的生长示意图。这里，图22(a)是图21A所示的D部分的放大视图。
参考图22(a)至(d)，在其中生长温度高于典型的GaN外延生长条件的条件下，亦即，在其中引入少量氯-基气体的条件下，外延生长AlGaN。然后，尽管在图中(例如，在(0001)方向(C-面生长))，已经向上生长了外延层2a，但是在图中(例如，在(112-2)方向(R-面方向))，在水平方向上生长外延层2a上形成的AlGaN(p-型敷层8)((a)→(b)→(c))。在直接在多个孔2b的每一个上面的区域中，沿衬底3的主面3(图19)，生长GaN。在孔2b中略微生长AlGaN。但是，孔2b不完全用AlGaN填充。
然后，一旦用AlGaN完全覆盖直接在孔2b上面的区域，在图中再次向上生长AlGaN((c)→(d))。以此方式，形成AlGaN的p-型敷层8。
这里，为了在如图22(a)至22(c)所示的图中水平生长覆盖光子晶体层7的层(该图中的p-型敷层8)，该覆盖光子晶体层7的层优选包含Ga、In和Al和N的任意一种。此外，为了在图中水平生长该覆盖光子晶体层7的层，在等于或低于70kPa，或优选，等于或低于60kPa的环境压力下，形成覆盖光子晶体层7的层。此外，为了防止在孔2b的侧面上生长具有与覆盖光子晶体层7的层相同成分的层，在等于或高于10kPa，或优选等于或高于30kPa的环境压力下，形成该覆盖光子晶体层7的层。
然后，参考图19，例如通过MOCVD，在p-型敷层8上外延生长接触层9。然后，在接触层9的发光表面9a上形成电极10，以及在衬底3的主面3b上形成电极11，由此完成半导体激光器件1b。
根据该实施例的半导体激光器件1b的制造方法包括以下步骤。在衬底3上依次外延生长n-型敷层4、有源层5以及p-型敷层6。在衬底3上形成GaN的外延层2a。外延层2a被构形为光子晶体层7。在直接位于光子晶体层7上的区域中，沿衬底3的主面生长包含GaN的P-型敷层8。
根据该实施例的半导体激光器件1b的制造方法，在直接位于光子晶体层7上的区域中，沿衬底3的主面3a生长含GaN的p-型敷层8。以此方式，形成光子晶体层7和覆盖光子晶体层7的p-型敷层8。亦即，可以在没有熔化的条件下，在光子晶体层7上直接形成该层。因此，可以在没有熔化工序的条件下，制造该半导体激光器件。
此外，与熔化的情况相比较，光子晶体层7和光子晶体层7上的p-型敷层8之间的粘附力被提高，以便可以防止湿气或空气中的其他杂质进入器件的内部。因此，可以提高半导体激光器件的可靠性。
在上述制造方法中，当形成光子晶体层7时，优选在外延层2a中形成多个孔2b。
因此，可以提供光子晶体层7，具有由多个孔2b构成的衍射光栅点，以及可以提供通过建立TE模式的光的驻波而振荡光的半导体激光器件。
在上述制造方法中，当形成光子晶体层7时，优选外延层2a被构形为多个柱。
因此，可以提供光子晶体层7，其具有由外延层2a的多个柱构成的衍射光栅点，以及可以提供通过建立TM模式的光的驻波而振荡光的半导体激光器件。
在上述制造方法中，优选通过MOCVD形成p-型敷层8。此外，在等于或高于10kPa和等于或低于70kPa，或优选等于或高于30kPa和等于或低于60kPa的环境压力下，形成p-型敷层8。这些促进沿衬底的主面生长p-型敷层8。
(实施例4)
关于实施例1至3，已经描述了以三角形晶格结构布置光子晶体层7的衍射光栅点2b的情况。但是，例如，可以如下所述布置光子晶体层7的衍射光栅点。
图23示出了根据本发明实施例4的光子晶体层的结构透视图。如图23所示，在根据该实施例的光子晶体层7a中，在外延层2a的一个表面上形成多个衍射光栅点2b，以形成正方形晶格。
图24示出了具有“d”的晶格常数的正方形晶格的视图，该正方形晶格用作二维衍射光栅。该正方形晶格用正方形填充，其侧边具有“d”的长度。在图24中，晶格点W被任意选择，以及从晶格点W朝向晶格点P的方向被称为X-Г方向，以及从晶格点W朝向晶格点Q的方向被称为X-J方向。关于本实施例，将描述有源层5中发射的光波长对应于X-Г方向上的晶格周期的情况。
二维衍射光栅(光子晶体层)7a可以被认为是包括如下所述的两个一维衍射光栅组U和V。一维衍射光栅组U由在Y轴方向上布置的一维光栅U1、U2、U3等等构成。一维衍射光栅组V由在X轴方向上布置的一维光栅V1、V2、V3等等构成。如果围绕任意晶格点旋转90度，那么这两个一维衍射光栅组U和V彼此相配。在一维衍射光栅组U和V的每一个中，相邻的两个一维光栅之间的距离是“d”，以及每个一维光栅中的相邻两个晶格点之间的距离也是“d”。
首先，将考虑光栅组U。在从晶格点W至晶格点P的方向上传播的光在晶格点P处衍射。与三角形晶格的情况一样，衍射的方向被布拉格条件2d*sinθ＝mλ(m＝0，±1，...)限定。在衍射光栅被配置来提供第二-级布拉格反射(m＝±2)的情况下，在θ＝±90度的位置存在其他晶格点Q和R，以及在对应于m＝0的情况的θ＝0度和180度的位置，存在晶格点W和S。
根据光栅组V中的规则，在晶格点P衍射的光朝向晶格点Q被衍射。该衍射可以用和根据光栅组U中规则的衍射相同的方法来考虑。然后，根据光栅组U中的规则，在晶格点Q衍射的光朝向晶格点T被衍射。以此方式，光被连续地衍射。根据光栅组V中的规则，在晶格点T衍射的光朝向晶格点W被衍射。
如上所述，在多次衍射之后，从晶格点W传播到晶格点P的光达到最初晶格点W。因此，在根据该实施例的半导体激光器件中，由于在多次衍射之后，在某些方向传播的光回到最初晶格点的位置，在该晶格点之间建立驻波。因此，二维衍射光栅7a用作光谐振器，亦即，波长选择器和反射器。
此外，在布拉格条件2d*sinθ＝mλ(m＝0，±1，...)中，如果“m”是奇数，那么在θ＝±90度的方向上发生布拉格反射。这意味着在垂直于二维衍射光栅7a的主面的方向(垂直于图15的纸张平面的方向)上也发生强衍射。因此，在垂直于二维衍射光栅7a的主面的方向上可以发射光，亦即可以从发光表面9a发射(图1)(可以获得表面发射)。
此外，在二维衍射光栅7a中，考虑发生上述现象的地点处晶格点W被任意选择的事实，在二维布置的所有晶格点处可以发生上述光衍射。因此，可以认为通过布拉格衍射，在各个光栅组的X-Г方向上传播的光的射线彼此被二维结合。可以认为，在二维衍射光栅7a中，通过这种二维结合，结合三个X-Г方向，以提供相干状态。
半导体激光器件的其余结构及其制造方法基本上与根据实施例1、2和3的半导体激光器件1、1a和1b的结构及其制造方法相同。因此，相同部分由相同的参考符号表示，以及其描述将被省略。
根据该实施例的半导体激光器件可以提供与根据实施例1、2和3的半导体激光器件1、1a和1b相同的效果。
(实施例5)
关于实施例1至3，已经描述了形成与有源层5上形成的p-型敷层6接触的光子晶体层7的情况，如图1所示。但是，作为这种结构的一个选择性方案，例如，根据本发明的半导体激光器件可以具有图25所示的结构。
图25示出了根据本发明实施例5的半导体激光器件的结构透视图。如图25所示，在根据该实施例的半导体激光器件1c中，形成与有源层5下面形成的n-型敷层4接触的光子晶体层7。换句话说，在根据该实施例的半导体激光器件Ic中，在衬底3上依次形成n-型敷层8a、光子晶体层7、n-型敷层4、有源层5、p-型敷层6以及接触层9。当使半导体激光器件1d振荡光时，正电压被施加到电极10，以注入载流子到有源层5中。
半导体激光器件1c的其余结构及其制造方法基本上与根据实施例1、2和3的半导体激光器件1、1a和1b的结构及其制造方法相同。因此，相同部分由相同的参考符号表示，以及其描述将被省略。
根据该实施例的半导体激光器件可以提供与根据实施例1、2和3的半导体激光器件1、1a和1b相同的效果。
(实施例6)
该实施例是根据实施例3的半导体激光器件的制造方法的改进，下面将参考图26至29描述。
根据该实施例，首先，接着进行与实施例3相同的制造工序，以提供图20所示的结构。在图20中，在以下步骤中将形成多个孔2e的区域中排除的外延层2a上形成抗蚀剂20。然后，参考图26，使用抗蚀剂20作为掩模，通过ICP-RIE刻蚀外延层2a，由此在外延层2a中的预定位置处形成构成衍射光栅点的多个孔2b。以此方式，外延层2a被构形为光子晶体层7。
然后，参考图27A，通过汽相淀积，在多个孔2e的底部和在抗蚀剂20上，形成由低折射率材料构成的薄膜(介质膜)24。然后，参考图28，连同抗蚀剂20一起除去(剥离)抗蚀剂20上形成的薄膜24。以此方式，仅仅在多个孔2e的底部上淀积低折射率材料2b。在仅仅在多个孔2e的底部上淀积低折射率材料2b的情况下，如在图27A所示的结构中，低折射率材料2b和空气填充孔2e中的空间，其中不淀积低折射率材料用作衍射光栅点。
这里，代替在如图27所示的多个孔20a的底部上淀积低折射率材料24，可以淀积低折射率材料24，以完全填充多个孔20a的内部，如图27B所示。在此情况下，低折射率材料2b用作衍射光栅点。
然后，参考图29，光子晶体层7的表面被清洗，然后，通过MOCVD，在光子晶体层7上形成由例如，GaN构成的p-型敷层8。P-型敷层8沿衬底3的主面3a生长，直接在多个孔2e上面，根据参考图22(a)至22(d)描述的相同原理。
这里，为了在图22(a)至22(c)所示的图中水平地生长覆盖光子晶体层7的层(该图中的p-型敷层8)，该覆盖光子晶体层7的层优选包含Ga、In和Al和N的任意一种。此外，为了在图中水平生长该覆盖光子晶体层7的层，在等于或低于90kPa的环境压力下，形成该覆盖光子晶体层的7层，或优选，在等于或低于70kPa的环境压力下。如果在孔2b中淀积低折射率材料2b，那么与实施例3中在孔中不淀积低折射率材料的情况相比较，可以在接近大气压的环境压力下，在图中水平生长该覆盖光子晶体层7的层。此外，为了抑制在孔2b的侧面上生长由与覆盖光子晶体层7的层相同材料构成的层，在等于或高于10kPa，或优选等于或高于30kPa的环境压力下，形成该覆盖光子晶体层7的层。
关于该实施例，尽管已经图示了在光子晶体层7上直接形成p-型敷层8的情况，但是可以在光子晶体层7上直接形成GaN层12(图1)，以及可以在GaN层12上形成p-型敷层8。
然后，参考图19，例如通过MOCVD，在p-型敷层8上外延生长接触层9。然后，在接触层9的发光表面9a上形成电极10，以及在衬底3的主面3b上形成电极11，由此完成半导体激光器件，该半导体激光器件具有与半导体激光器件1b相同的结构。根据该实施例的半导体激光器件与图19所示的半导体激光器件1b的不同之处在于在孔2e中淀积低折射率材料2b，以填充其部分内部或整个内部。
根据该实施例的半导体激光器件的制造方法包括以下步骤。在衬底3上依次外延生长n-型敷层4、有源层5以及p-型敷层6。在衬底3上形成由GaN构成的外延层2a。在该外延层2a中形成多个孔2e。在直接位于该多个孔2e上面的区域中，通过MOCVD，沿衬底3的主面生长包含GaN的P-型敷层8。
在根据该实施例的半导体激光器件的制造方法中，在直接位于该多个孔2e上面的区域中，沿衬底3的主面生长p-型敷层8。以此方式，形成光子晶体层7和覆盖光子晶体层7的p-型敷层8。亦即，可以在没有熔化的条件下，在光子晶体层7上直接形成该层。因此，可以在没有熔化工序的条件下，制造该半导体激光器件。
此外，由于在等于或低于90kPa，或优选等于或低于70kPa的环境压力下形成p-型敷层8，促进沿衬底3的主面生长p-型敷层8，以及可以容易地用p-型敷层8覆盖直接位于多个孔上面的区域。
此外，由于在等于或高于10kPa，或优选等于或低于30kPa的环境压力下形成p-型敷层8，可以防止在孔2e的侧面生长具有与p-型敷层8相同材料的层。
此外，由于在多个孔2e中淀积了低折射率材料2b，因此可以防止在孔2e的侧面上生长具有与p-型敷层8相同材料的层。此外，可以通过低折射率材料2b形成衍射光栅点。
此外，由于抗蚀剂20上的低折射率材料24连同抗蚀剂一起被除去，因此可以除去抗蚀剂24上的过多低折射率材料24，而没有任何附加步骤。
关于该实施例，尽管已经描述了通过汽相淀积淀积低折射率材料2b的情况，但是可以通过化学气相淀积(CVD)代替汽相淀积来淀积低折射率材料2b。下面将描述该方法。
如果，在提供图26所示的结构之后，通过CVD方法淀积低折射率材料的薄膜24，那么在抗蚀剂20的顶和侧表面以及孔2e的侧和底表面上淀积薄膜24，如图30所示。
然后，参考图31，通过抛光，抗蚀剂20的顶和侧表面上的薄膜24连同抗蚀剂20一起被除去。结果，在孔2e的侧和底表面上留下低折射率材料2b。
如上所述，如果使用CVD方法，那么在孔2e的内壁上淀积低折射率材料2b。因此，可以用低折射率材料2b覆盖孔2e的整个内壁，以便可以防止在孔2e中生长p-型敷层8。
在下面，将描述本发明的例子。
(例1)
在该例子中，使用根据实施例1的制造方法制造半导体激光器件。作为衬底3，制备导电的GaN(0001)衬底。然后，使用MOCVD设备，在衬底3上依次外延生长n-型缓冲层、由AlGaN制成的n-型敷层4、由GaInN的量子阱构成的有源层以及由AlGaN制成的p-型敷层6。这些层在其中该层表面的平坦度(粗糙度)是2nm或更高的生长条件下形成，根据均方根(RMS)值。由有源层发射的光波长是410nm(蓝色)。
然后，从MOCVD设备移走衬底3，用于电子束-曝光(ZEP520)的光刻胶被涂敷到p-型敷层6的表面作为抗蚀剂20，以及使用电子束曝光设备绘制多个孔20a的抗蚀剂图形。该抗蚀剂图形是正方形晶格，其中在抗蚀剂20上绘制具有0.09μm直径的孔20a的图形，布置有0.17μm的间距。然后，在抗蚀剂20上形成低折射率材料2b的薄膜24，低折射率材料2b是SiO2、MgF2、CaF2、BaF2以及LiF之一。通过真空淀积形成0.1μm厚度的薄膜。然后，该结构被浸于溶剂中，以除去抗蚀剂20和任意过剩的薄膜24，由此形成多个低折射率材料柱2b。
然后，使用MOCVD设备，在其中V族材料气体与III族材料气体的比率高于先前执行的典型生长条件的条件下，形成由p-型GaN制成的外延层和包含GaN的层12。然后，对于所有低折射率材料2b，观察到图11(a)至11(f)所示的选择性层生长。此后，形成p-型敷层8和接触层9。然后，从MOCVD设备移走衬底3，在接触层9的发光表面9a上形成圆形p-型欧姆电极10，以及在衬底3的整个主面3b之上形成n-型欧姆电极11。以此方式，制造半导体激光器件1。
连续电流被注入如上所述制造的半导体激光器件1，并检查是否发生激光振荡。结果，可以证实在约4至7kA/cm2的阈值电流密度范围内，所有半导体激光器件1中发生激光振荡。在垂直于衬底3的主面3a的方向上，激光从圆形电极10的周边发射。激光的偏振性能是TE偏振。
(例2)
在该例子中，使用根据实施例2的制造方法制造半导体激光器件。用和例1相同的方法，在衬底3上依次形成n-型缓冲层、由AlGaN制成的n-型敷层4、由GaInN的量子阱构成的有源层5以及由AlGaN制成的p-型敷层6。然后，在p-型敷层6的表面上形成抗蚀剂20，并使用电子束曝光设备，绘制抗蚀剂图形。抗蚀剂图形是正方形晶格，其中在抗蚀剂20上绘制具有0.09μm直径的多个柱20b的图形。
然后，在抗蚀剂20上形成低折射率材料2b的薄膜24，该低折射率材料2b是MgF2，以填充多个柱20b之间的空间。通过真空淀积形成0.1μm厚度的薄膜。然后，该结构被浸于溶剂中，以除去抗蚀剂20和任意过剩的薄膜24，由此提供具有多个孔2c的低折射率材料2b。
然后，用和例1相同的方法，形成由p-型GaN制成的外延层2a和包含GaN的层12。然后，观察到图17(a)至17(f)所示的选择性层生长。此后，用和例1相同的方法，形成p-型敷层8、接触层9、p-型欧姆电极10以及n-型欧姆电极11。以此方式，制造半导体激光器件1a。
电流以连续激励方式被注入如上所述制造的半导体激光器件1a，并检查是否发生激光振荡。结果，可以证实在约3.5kA/cm2的阈值电流密度下发生激光振荡。在垂直于衬底3的主面3a的方向上，激光从圆形电极10的周边发射。激光的偏振性能是TM偏振。
(例3)
在该例子中，使用根据实施例3的制造方法制造半导体激光器件。
用和例1相同的方法，在衬底3上依次形成由n-型缓冲层、AlGaN制成的n-型敷层4、由GaInN的量子阱构成的有源层5以及由AlGaN制成的p-型敷层6。然后，在p-型敷层6上形成由p-型GaN制成的外延层2a。
然后，在外延层2a的表面上形成抗蚀剂20，并使用电子束曝光设备绘制两种抗蚀剂图形。一种抗蚀剂图形是三角形晶格，其中在抗蚀剂20上绘制具有0.09μm直径的多个孔的图形。另一抗蚀剂图形是三角形晶格，其中在抗蚀剂20上绘制具有0.11μm直径的多个柱状的图形。该间距是0.19μm。
然后，使用抗蚀剂图形作为掩模，通过ICP方法，刻蚀外延层2a至0.1μm的深度。然后，使用有机溶剂除去该抗蚀剂图形。然后，提供具有其中在外延层2a中形成多个孔2b的结构的光子晶体层7和具有其中形成多个外延层2a的柱状结构的光子晶体层。
然后，在光子晶体层7上形成由GaN构成的p-型敷层8。然后，观察到图22(a)至22(d)所示的选择性层生长。此后，用和例1相同的方法，形成接触层9、p-型欧姆电极10以及n-型欧姆电极11。以此方式，制造半导体激光器件1b。
电流以连续激励方式被注入如上所述制造的半导体激光器件1b，并检查是否发生激光振荡。结果，证实在约3kA/cm2的阈值电流密度下在两个半导体激光器件1b中都发生激光振荡。在垂直于衬底3的主面3a的方向上，激光从圆形电极10的周边发射。通过半导体激光器件1b发射的激光的偏振性能是TE偏振，半导体激光器件1b具有光子晶体层7，光子晶体层7具有其中在外延层2a中形成孔2b的结构。通过半导体激光器件1b发射的激光的偏振性能是TM偏振，该半导体激光器件1b具有光子晶体层7，光子晶体层7具有其中形成外延层2a的多个圆柱的结构。
(例4)
关于该例子，当在直接位于低折射率材料上的区域中生长包含GaN的层时，通过改变环境压力，制造图2所示的结构(柱状结构)的半导体激光器件，以及检查含GaN层上的环境压力的效果。具体地，用和例1相同的方法在p-型敷层6上形成多个低折射率材料柱2b。然后，使用MOCVD设备，在其中V族材料气体与III族材料气体的比率高于先前执行的典型生长条件的条件下，形成由p-型GaN制成的外延层2a和GaN层12。当形成半导体激光器件的GaN层12时，环境压力分别保持大气压、90kPa、70kPa以及20kPa。然后，使用电子显微镜观察所得的GaN层12的状态。在表1中示出了该结果。
[表1]
  环境压力(kPa)   20   70   90   101.3(大气压)
  含GaN层的状态   A   A   B   C
在表1中，参考字符A表示获得希望的光子晶体层的情况，参考字符B表示在某些区域中获得希望的光子晶体层的情况，以及参考字符C表示仅仅在小区域中获得希望的光子晶体层的情况。参考表1，在大气压下，GaN层难以水平地生长，以及垂直生长占主导。因此，直接位于低折射率材料上的区域难以用GaN层12覆盖。相反，在等于或低于90kPa的压力下，GaN层容易水平生长，以及在等于或低于70kPa的压力下，直接位于低折射率材料上的区域被GaN层完全覆盖。
图32示出了环境压力保持大气压的情况下光子晶体层的状态显微镜图片，以及图33示出了环境压力保持20kPa的情况下光子晶体层的状态显微镜图片。在图32中，可以看到p-型敷层的截面和GaN层的顶表面。在该图中，被斜线区分的部分是以矩阵形式布置的低折射率材料2b。由该显微镜图片，能够看出，在大气压下，部分p-型敷层没有被GaN层覆盖，以及低折射率材料被露出。
另一方面，在图33中，看到p-型敷层和低折射率材料的截面部分和GaN层的顶表面。由该显微镜图片，能够看出，在20kPa下，p-型敷层被GaN层完全覆盖。
(例5)
关于该例子，当在直接位于低折射率材料上的区域中生长含GaN层时，通过改变环境压力，制造图19所示的结构(气桥结构)半导体激光器件，以及检查含GaN层上的环境压力的效果。具体地，用和例3相同的方法，在p-型敷层6上形成光子晶体层7。然后，使用MOCVD设备，在光子晶体层7上形成由GaN构成的p-型敷层8。当形成半导体激光器件的GaNp-型敷层8时，环境压力分别保持70kPa、60kPa、30kPa、20kPa以及10kPa。然后，使用电子显微镜观察所得的光子晶体层和p-型敷层的状态。在表2中示出了该结果。
[表2]
环境压力(kPa) 10 20 30 60 70
  含GaN层的状态   B   B   A   A   B
在表2中，参考字符A表示获得希望的光子晶体层的情况，以及参考字符B表示在某些区域中获得希望的光子晶体层的情况。参考表2，在70kPa下，该含GaN层难以水平生长，以及垂直生长占主导。因此，直接位于低折射率材料上的区域难以被GaN层12覆盖。此外，在等于或低于20kPa的压力下，GaN层的水平生长被过分地促进，以致在孔的内壁上也生长GaN层，以及GaN层部分地填充该孔。相反，在等于或高于30kPa的压力和等于或低于60kPa的压力下，GaN层的水平生长被充分地促进，以及获得希望的光子晶体层和希望的p-型敷层。
(例6)
关于该例子，根据关于实施例6(其中在孔2e的底部上淀积低折射率材料的方法)描述的方法，当在直接位于低折射率材料上的区域中生长含GaN层时，通过改变环境压力，制造半导体激光器件，以及检查含GaN层上的环境压力的效果。具体地，在p-型敷层6上形成光子晶体层7。然后，如图27A所示，在多个孔20a的底部形成低折射率材料。然后，通过使用MOCVD设备，在光子晶体层7上形成由GaN构成的p-型敷层8。当形成半导体激光器件的GaNp-型敷层8时，环境压力分别保持90kPa、70kPa、30kPa、20kPa以及10kPa。然后，使用电子显微镜观察所得的含GaN层12的状态。在表3中示出了该结果。
[表3]
  环境压力(kPa)   10   20   30   70   90
  含GaN层的状态   B   B   A   A   B
在表3中，参考字符A表示获得希望的光子晶体层的情况，以及参考字符B表示在某些区域中获得希望的光子晶体层的情况。参考表3，在90kPa下，该含GaN层难以水平生长，以及垂直生长占主导。因此，直接位于低折射率材料上的区域难以被p-型敷层覆盖。此外，在等于或低于20kPa的压力下，GaN层的水平生长被过分地促进，以致在孔的内壁上也生长GaN层，以及GaN层部分地填充该孔。相反，在等于或高于30kPa的压力和等于或低于70kPa的压力下，GaN层的水平生长被充分地促进，以及获得希望的光子晶体层和希望的p-型敷层。
图34示出了环境压力保持20kPa时的情况下光子晶体层的状态显微镜图片，以及图35示出了环境压力保持60kPa时的情况下光子晶体层的状态显微镜图片。在图34中，用该含GaN层填充光子晶体层中的孔。由该显微镜图片，能够看出，在20kPa下，孔被GaN层部分地填充。
另一方面，在图35中，光子晶体层中的孔没有被该含GaN层填充，以及在孔上面水平生长p-型敷层。由该显微镜图片，能够看出，在60kPa下，孔没有被GaN层填充。
此外，在该例子中，在20kPa的环境压力下形成其孔用低折射率材料SiO2填充的光子晶体层和其孔没有用低折射率材料SiO2的光子晶体层，以及其外观被互相比较。具体地，用显微镜观察例5中在20kPa的环境压力下形成的光子晶体层和在该例子中在20kPa的环境压力下形成的光子晶体层。
图36示出了在该孔中淀积低折射率材料SiO2的情况下的光子晶体层状态的显微镜图片，以及图37示出了在该孔中没有淀积低折射率材料SiO2的情况下的光子晶体层状态的显微镜图片。比较图36和37，在图36示出了难以用GaN层填充其中淀积低折射率材料SiO2的孔。由该事实，能够看出在该孔中淀积低折射率材料SiO2可以促进高质量的光子晶体层的形成。
上面公开的实施例和例子应该理解为是说明性的实施例和例子，在各个方面不限制该实施例和例子。本发明的范围由以下权利要求限定，不由如上所述的实施例和例子限定，以及本发明打算包括不脱离权利要求的精神和范围的所有改进和改变。

Claims (23)

1.一种半导体激光器件(1)，包括：
具有主面(3a)的衬底(3)；
在其中所述主面延伸的方向上形成在所述衬底上、并具有氮化镓的外延层(2a)和低折射率材料(2b)的二维衍射光栅(7)，该低折射率材料(2b)具有低于所述外延层的折射率；
所述衬底上形成的第一导电型敷层(4)；
所述衬底上形成的第二导电型敷层(6)；
插入所述第一导电型敷层和所述第二导电型敷层之间、且当向其中注入载流子时发光的有源层(5)；以及
含氮化镓的层(12)，其覆盖直接位于所述二维衍射光栅上的区域。
2.根据权利要求1的半导体激光器件(1)，其中所述外延层(2a)具有多个孔(2c)，所述多个孔用所述低折射率材料(2b)填充，以形成衍射光栅点。
3.根据权利要求1的半导体激光器件(1a)，其中所述低折射率材料(2b)具有多个孔(2c)，以及所述多个孔用形成所述外延层(2a)的氮化镓填充，以形成衍射光栅点。
4.根据权利要求1的半导体激光器件(1)，其中所述层(12)包含覆盖直接位于所述二维衍射光栅(7)上的区域的氮化镓，以及所述氮化镓的外延层(2a)构成一个层或者是连续外延生长的多个层。
5.根据权利要求1的半导体激光器件(1)，其中所述低折射率材料(2b)由选自由SiO2、MgF2、CaF2、BaF2和LiF构成的组的至少一种材料制成。
6.根据权利要求1的半导体激光器件(1)，其中所述衬底(3)由导电的氮化镓或导电的碳化硅制成。
7.一种半导体激光器件(1)的制造方法，包括：
在衬底(3)上依次形成第一导电型敷层(4)、有源层(5)以及第二导电型敷层(6)的步骤；
以预定图形在所述衬底(3)上淀积低折射率材料(2b)的步骤，该低折射率材料(2b)具有低于氮化镓的折射率；
在淀积该低折射率材料的所述步骤之后，在所述衬底上形成氮化镓的外延层(2a)的外延层形成步骤；以及
在所述外延层形成步骤之后，沿所述衬底的主面，在直接位于所述低折射率材料上的区域中生长含氮化镓的层(12)的步骤。
8.根据权利要求7的半导体激光器件(1)的制造方法，其中所述第一导电型敷层(4)、所述有源层(5)和所述第二导电型敷层(6)全都被外延生长。
9.根据权利要求7的半导体激光器件(1)的制造方法，其中所述低折射率材料(2b)由选自由SiO2、MgF2、CaF2、BaF2和LiF构成的组的至少一种材料制成。
10.根据权利要求7的半导体激光器件(1)的制造方法，其中低折射率材料(2b)的所述图形是多个柱的图形。
11.根据权利要求7的半导体激光器件(1a)的制造方法，其中低折射率材料(2b)的所述图形是多个孔的图形。
12.根据权利要求7的半导体激光器件(1b)的制造方法，其中在生长含氮化镓的层(12)的所述步骤中，使用金属有机化学气相淀积来形成所述含氮化镓的层。
13.根据权利要求7的半导体激光器件(1b)的制造方法，其中在生长含氮化镓的层(12)的所述步骤中，在环境压力等于或低于90kPa的状态下形成所述含氮化镓的层。
14.一种半导体激光器件(1)的制造方法，包括：
在衬底(3)上依次外延形成第一导电型敷层(4)、有源层(5)以及第二导电型敷层(6)的步骤；
在所述衬底上形成氮化镓的外延层(2a)的步骤；
将所述外延层构形为二维衍射光栅(7)的步骤；以及
沿所述衬底的主面，在直接位于所述二维衍射光栅上的区域中生长含氮化镓的层(12)的步骤。
15.根据权利要求14的半导体激光器件(1)的制造方法，其中在构形为二维衍射光栅(7)的所述步骤中，在所述外延层(2a)中形成多个气孔(2b)。
16.根据权利要求15的半导体激光器件(1a)的制造方法，其中在构形为二维衍射光栅(7)的所述步骤中，所述外延层(2a)被构形为多个柱。
17.根据权利要求15的半导体激光器件(1)的制造方法，其中所述衬底(3)由导电的氮化镓或导电的碳化硅构成。
18.一种半导体激光器件(1b)的制造方法，包括：
在衬底(3)上依次外延形成第一导电型敷层(4)、有源层(5)以及第二导电型敷层(6)的步骤；
在所述衬底上形成氮化镓的外延层(2a)的步骤；
在所述外延层中形成多个孔(2e)的步骤；以及
使用金属有机化学气相淀积，沿所述衬底的主面，在直接位于所述多个孔上的区域中生长包含氮化镓的层(8)的步骤。
19.根据权利要求18的半导体激光器件(1b)的制造方法，其中在生长含氮化镓的层(8)的所述步骤中，在环境压力等于或低于90kPa的状态下，形成所述包含氮化镓的层。
20.根据权利要求18的半导体激光器件(1b)的制造方法，其中在生长含氮化镓的层(8)的所述步骤中，在环境压力等于或高于10kPa的状态下形成所述包含氮化镓的层。
21.根据权利要求18的半导体激光器件(1b)的制造方法，还包括在形成多个孔(2e)的所述步骤之后，在所述多个孔中淀积低折射率材料(2b)的步骤，该低折射率材料(2b)具有低于氮化镓的折射率。
22.根据权利要求21的半导体激光器件(1b)的制造方法，其中形成多个孔(2e)的所述步骤包括，在排除其中将形成所述多个孔的区域的所述外延层(2a)上，形成抗蚀剂(20)的步骤，以及使用所述抗蚀剂作为掩模，刻蚀所述外延层的步骤，以及
淀积低折射率材料的所述步骤包括，通过汽相淀积，在所述多个孔中和在所述抗蚀剂上淀积所述低折射率材料的步骤，以及连同所述抗蚀剂一起除去所述抗蚀剂上的所述低折射率材料的步骤。
23.根据权利要求21的半导体激光器件(1b)的制造方法，其中在淀积低折射率材料(2b)的所述步骤中，通过化学气相淀积来淀积所述低折射率材料。
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