專利名稱：具有電流限制層的半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法，并且特別涉及一種具有脊形波導(dǎo)的半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光二極管產(chǎn)生具有窄寬度頻率和尖銳方向性的激光光束，因此主要用于諸如光通信、多重通信(multiple communication)和空間通信(space communication)的領(lǐng)域中。另外，半導(dǎo)體激光二極管廣泛地用于諸如光通信的通信領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)傳輸或數(shù)據(jù)記錄和讀取，以及諸如光盤播放器(CDP)和數(shù)字化視頻光盤播放器(DVDP)的設(shè)備。
半導(dǎo)體激光器的廣泛應(yīng)用是由于其可以在有限的空間內(nèi)保持激光光束的發(fā)射特性，而且半導(dǎo)體激光二極管是一種緊密器件并具有小的發(fā)射臨界電流值。采用半導(dǎo)體激光二極管的工業(yè)領(lǐng)域數(shù)量的增加導(dǎo)致對(duì)具有進(jìn)一步減小的臨界電流值的半導(dǎo)體激光二極管需求的增加。即，需要制造能夠允許低電流發(fā)射并具有更長(zhǎng)壽命的優(yōu)良半導(dǎo)體激光二極管。
圖1為具有設(shè)計(jì)用于減小激光發(fā)射的臨界電流的脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管的截面圖。參照?qǐng)D1，在藍(lán)寶石襯底10上沉積由第一和第二區(qū)域R1和R2定義的n型GaN層12。在第一區(qū)域R1中的n型GaN層12上順序沉積n型AlGaN/GaN層24、n型GaN波導(dǎo)層26、有源層28(即，InGaN層)、p型GaN波導(dǎo)層30和p型AlGaN/GaN層32。n型GaN波導(dǎo)層26和p型GaN波導(dǎo)層30的折射率大于n型AlGaN/GaN層24和p型AlGaN/GaN層32的折射率，但小于有源層28的折射率。p型AlGaN/GaN層32具有脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由凸出的p型AlGaN/GaN層32的上部中央起形成。凸出的中央的側(cè)面與周邊部分垂直，并且其上部是垂直于側(cè)面的平面。
p型AlGaN/GaN層32的凸出脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)限制了注入電流，從而減小了有源層28中用于激光發(fā)射的共振區(qū)。P型GaN層34沉積在p型AlGaN/GaN層32的凸出脊形波導(dǎo)上，并且p型AlGaN/GaN層32的整個(gè)表面由保護(hù)層36覆蓋。另外，p型GaN層34除中央部分外的側(cè)面部分與保護(hù)層36相接觸。p型電極38沉積在保護(hù)層36上，以與p型GaN層34的暴露表面相接觸。n型GaN層12在第二區(qū)域R2中比在第一區(qū)域R1中形成得更短，并且n型電極37沉積在第二區(qū)域R2中的n型GaN層12上。
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光二極管具有限制大量注入電流以減小共振寬度的脊形結(jié)構(gòu)，因此同不具有脊形結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光二極管相比，減小了激光發(fā)射的臨界電流值。
然而，在藍(lán)寶石襯底的一部分被輕微蝕刻以形成脊形部分時(shí)(即，如圖2所示脊的高度很矮)，脊的角很難阻斷激光光束的光分布(opticalprofile)，從而減小了光損失。然而，這很難增加p型AlGaN/GaN層32和p型GaN層34的電阻，并使得經(jīng)p型GaN層34注入的電流在其到達(dá)有源層28之前擴(kuò)散得比脊的寬度更寬。結(jié)果，共振區(qū)域A1的寬度被擴(kuò)寬，這將使臨界電流值增大。
另外，如圖3所示，藍(lán)寶石襯底的一部分被蝕刻掉較厚，脊的高度變長(zhǎng)，脊周圍的蓋層就具有很薄的厚度，電流的擴(kuò)散被禁止，并且發(fā)射的臨界值減小。結(jié)果，共振區(qū)域A2的寬度減小。然而，光分布與脊的側(cè)面相接觸，這將導(dǎo)致光損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光二極管，其中注入有源層的電流密度分布被減小，并且光分布不與脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的角相接觸。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體激光二極管，包括襯底；第一材料層，沉積于該襯底上；有源層，沉積于該第一材料層上，并且發(fā)射激光光束；以及，第二材料層，沉積于該有源層上，并且包括由該有源層凸出的脊形部分，以及通過(guò)向該脊形部分的周邊部分注入離子形成的、從而限制注入該有源層的電流的電流限制層。
該第一材料層包括第一化合物半導(dǎo)體層，沉積于該襯底上；第一蓋層，沉積于該第一化合物半導(dǎo)體層上；以及，第一波導(dǎo)層，沉積于該第一蓋層上，并且具有比該第一蓋層的折射率大的折射率。
優(yōu)選該第一化合物半導(dǎo)體層為n型GaN基III/V族氮化物半導(dǎo)體層，而該第一蓋層為n型AlGaN/GaN層。
優(yōu)選該第一波導(dǎo)層的折射率小于該有源層的折射率，并且為GaN基III/V族化合物半導(dǎo)體層。
該有源層可為GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，該GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層為InxAlyGa1-x-yN層(0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1)。
該第二材料層包括第二波導(dǎo)層，沉積于該有源層上；第二蓋層，沉積于該第二波導(dǎo)層，其具有比該第二波導(dǎo)層小的折射率，并且具有脊形部分；以及，第二化合物半導(dǎo)體層，沉積于該脊形部分上。
優(yōu)選該第二波導(dǎo)層的折射率小于該有源層的折射率，并且為GaN基III/V族氮化物半導(dǎo)體層。
優(yōu)選該第二蓋層為p型AlGaN/GaN層，而該第二化合物半導(dǎo)體層為p型GaN基III/V族氮化物半導(dǎo)體層。
該第一化合物半導(dǎo)體層還包括其上部上的n型電極。
優(yōu)選該襯底為藍(lán)寶石襯底。
優(yōu)選該半導(dǎo)體激光二極管還包括該第二蓋層和該第二化合物半導(dǎo)體層上的保護(hù)層，并且還包括該第一化合物半導(dǎo)體層和該保護(hù)層上的電極。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體激光二極管的方法，該方法包括在襯底上順序形成第一材料層、有源層和第二材料層，并且蝕刻該第二材料層的一部分以形成由該第二材料層凸出的脊形部分；以及，通過(guò)向該第二材料層的脊形部分的周邊部分注入離子形成電流限制層，以限制注入該有源層的電流。
優(yōu)選當(dāng)順序形成第一材料層、有源層和第二材料層，并且蝕刻該第二材料層的一部分時(shí)，該脊形部分通過(guò)在第二材料層上設(shè)置掩模并且使用離子束蝕刻該第二材料層至不導(dǎo)致激光光束的大量損失范圍內(nèi)的深度而形成。
在形成該電流限制層期間，該電流限制層通過(guò)在該脊形部分上設(shè)置掩模并以預(yù)定的角度在該脊形部分的周邊部分上照射離子束，而在該脊形部分的周邊部分形成至預(yù)定的深度。
在形成該電流限制層期間，以范圍在5至60度內(nèi)的傾斜角度照射離子束，優(yōu)選為15度。
優(yōu)選該第一材料層是這樣的結(jié)構(gòu)，其中第一化合物半導(dǎo)體層、第一蓋層和第一波導(dǎo)層順序沉積在襯底上，該第一波導(dǎo)層具有比該第一蓋層的折射率大的折射率。
優(yōu)選該第一化合物半導(dǎo)體層為n型GaN基III/V族氮化物半導(dǎo)體層，而該第一蓋層為n型AlGaN/GaN層。
優(yōu)選該第一波導(dǎo)層由折射率小于該有源層的折射率的材料形成，例如為GaN基III/V族化合物半導(dǎo)體層。
優(yōu)選該有源層為GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，該GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層為InxAlyGa1-x-yN層(0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1)。
第二材料層通過(guò)在該有源層上順序沉積第二波導(dǎo)層和第二蓋層并在該脊形部分上沉積第二化合物半導(dǎo)體層而形成，該第二蓋層具有比該第二波導(dǎo)層的折射率小的折射率，并且為該脊形部分的開始。
優(yōu)選在順序形成第一材料層、有源層和第二材料層，并且蝕刻該第二材料層的一部分時(shí)，該脊形部分通過(guò)在第二蓋層上設(shè)置掩模并且使用離子束蝕刻該第二蓋層至不導(dǎo)致激光光束的大量損失范圍內(nèi)的深度而形成。
在形成該電流限制層期間，該脊形部分通過(guò)在該第二蓋層上設(shè)置掩模并以預(yù)定的角度在該第二蓋層上照射離子束，而形成至預(yù)定的深度。
在形成該電流限制層期間，以范圍在5至60度內(nèi)的傾斜角度照射離子束，優(yōu)選為15度。
優(yōu)選該第二蓋層為p型AlGaN/GaN層，而該第二化合物半導(dǎo)體層為p型GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
優(yōu)選該第一化合物半導(dǎo)體層在其上部具有n型電極，而該襯底為藍(lán)寶石襯底。
優(yōu)選還在該第二蓋層和該第二化合物半導(dǎo)體層上沉積保護(hù)層。
優(yōu)選還在該第一化合物半導(dǎo)體層和該保護(hù)層上沉積p型電極。
優(yōu)選該第二波導(dǎo)由折射率小于有源層的材料形成，例如為GaN基III/V族化合物半導(dǎo)體層。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法中，電流限制層通過(guò)向脊形部分的周邊部分注入離子形成。因此，可在保持光分布的同時(shí)減小光損失。另外，電流的分布寬度被減小以降低共振臨界電流，從而減小近場(chǎng)圖案的尺寸，并改善半導(dǎo)體激光二極管的性能。


本發(fā)明的上述目的與優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參照附圖對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述而變得明顯易懂，附圖中圖1為傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2為具有淺深度脊的其中電流共振寬度被展寬的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管的截面圖；圖3為具有深深度脊的其中產(chǎn)生了光損失的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管的截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管的截面圖；圖5A至5E為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體激光二極管的方法的半導(dǎo)體激光二極管的截面圖；圖6A(a)至(c)分別為傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管的結(jié)構(gòu)的圖表、注入(a)的半導(dǎo)體激光二極管的電流的近場(chǎng)圖案模式的照片、以及(a)的半導(dǎo)體激光二極管的電流密度分布的曲線；以及圖6B(a)至(c)分別為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管的結(jié)構(gòu)的圖表、注入(a)的半導(dǎo)體激光二極管的電流的近場(chǎng)圖案模式的照片、以及(a)的半導(dǎo)體激光二極管的電流密度分布的曲線。
具體實(shí)施例方式
下面，將結(jié)合附圖詳細(xì)描述具有電流限制層的半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法。為清楚起見(jiàn)，半導(dǎo)體激光二極管的每一層的寬度和高度均被放大。
圖4為半導(dǎo)體激光二極管的截面圖。參照?qǐng)D4，半導(dǎo)體激光二極管包括襯底50，并且包括順序沉積在襯底50上的第一材料層61、有源層56、以及第二材料層63。
第一材料層61沉積在襯底50上，并且包括具有臺(tái)階的第一化合物半導(dǎo)體層52、沉積在第一化合物半導(dǎo)體層52上的第一蓋層54和沉積在第一蓋層54上的第一波導(dǎo)層53。n型電極51形成在第一化合物半導(dǎo)體層52的臺(tái)階處。
通常，襯底50為高電阻率的藍(lán)寶石襯底。第一化合物半導(dǎo)體層52由GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層形成，更加優(yōu)選地由n型GaN層形成。然而，用于第一化合物半導(dǎo)體層52的材料不限于上述化合物，例如，其可以是由能夠發(fā)射激光的III/V族的不同材料形成的化合物半導(dǎo)體層。優(yōu)選地，第一蓋層54為具有預(yù)定折射率的n型AlGaN/GaN層，但也可以是能夠發(fā)射激光的其它種類的化合物半導(dǎo)體層。
第一波導(dǎo)層53由折射率小于有源層56的材料形成，優(yōu)選地為GaN基III/V族化合物半導(dǎo)體層。有源層56可由能夠發(fā)射激光的任意材料層形成，優(yōu)選地為具有低臨界電流值并能夠發(fā)射穩(wěn)定的橫模模式的激光光束的材料層。另外，優(yōu)選有源層56為包括預(yù)定量的Al的GaN基III/V族氮化物半導(dǎo)體層InxAlyGa1-x-y(0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1)。
第二材料層65沉積于第二波導(dǎo)層55上，并且在其中央具有凸出的脊形部分69。第二材料層65包括沉積于有源層56上的第二波導(dǎo)層55、折射率小于第二波導(dǎo)層55的第二蓋層58、以及沉積于脊形部分69上的第二化合物半導(dǎo)體層64。第一和第二波導(dǎo)層53和55分別由n型GaN層和p型GaN層形成。當(dāng)?shù)谝簧w層54為n型化合物半導(dǎo)體層時(shí)，第二蓋層58由p型化合物半導(dǎo)體層形成，而當(dāng)?shù)谝簧w層54為p型化合物半導(dǎo)體層時(shí)，第二蓋層58由n型化合物半導(dǎo)體層形成。例如，若第一蓋層54為n型AlGaN/GaN層時(shí)，第二蓋層58由p型AlGaN/GaN層形成。類似地，當(dāng)?shù)谝换衔锇雽?dǎo)體層52為n型化合物半導(dǎo)體層時(shí)，第二化合物半導(dǎo)體層64由p型化合物半導(dǎo)體形成，反之亦然。例如，若第一化合物半導(dǎo)體層52由n型GaN層形成時(shí)，第二化合物半導(dǎo)體層64由p型GaN層形成。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體激光二極管包括形成于脊形部分69周圍的預(yù)定厚度的電流限制層60。電流限制層60通過(guò)以預(yù)定角度在第二蓋層58的脊形部分69周圍的第二蓋層58的表面照射離子束獲得。電流限制層60具有與第二化合物半導(dǎo)體層64相同的折射率，但具有比第二化合物半導(dǎo)體層64更大的電阻，因此可以在保持光分布的同時(shí)獨(dú)立地控制電流密度分布。
如上所述，對(duì)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光二極管，脊形部分69一定具有較深的深度，用于減小電流密度分布的損失，而必須具有較淺的深度，用于減小光分布的損失。為解決這種矛盾，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管還包括電流限制層60，以改變沉積于脊形部分69上的第二化合物半導(dǎo)體層64的屬性，并同時(shí)保持脊形部分69的物理深度，從而空間上將脊形部分由其周邊部分分出。這是基于光分布和電流密度分布分別受物質(zhì)的折射率和電阻的影響。
脊形部分69與有源區(qū)56的表面垂直地凸出。離子沿有源層56的水平方向由脊形部分69周圍的第二蓋層58的表面至脊形部分69的底部注入至一定深度，從而形成電流限制層60。圖4中以“A”表示的圓為穿透區(qū)域，通過(guò)該區(qū)域，穿過(guò)脊形部分69的電流密度分布的寬度被明顯減小，以降低臨界電流并抑制光損失。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，離子噴淋法被用于將離子注入第二蓋層58中，這將在下面參照?qǐng)D5A和5B詳細(xì)描述。電流限制層60的深度形成得比第二蓋層58的厚度淺。例如，優(yōu)選地，當(dāng)脊形部分69的寬度為約2μm時(shí)，穿透區(qū)域A的寬度形成為約0.5μm。
另外，保護(hù)層68可沉積于第二蓋層58和第二化合物半導(dǎo)體層64上，而p型電極57可沉積于保護(hù)層68和由保護(hù)層68覆蓋的第二化合物半導(dǎo)體層64的表面的一部分上。另外，n型電極51在本發(fā)明中沉積于第一化合物半導(dǎo)體層52的臺(tái)階上，但也可形成于襯底50的下部，以面對(duì)p型電極57。在此情況下，優(yōu)選襯底由碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)形成。
圖5A至圖5E為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管的制造方法的半導(dǎo)體激光二極管的截面圖。
首先，如圖5A所示，第一化合物半導(dǎo)體層52、第一蓋層54、第一波導(dǎo)層53、有源層56、第二波導(dǎo)層55和第二蓋層58順序沉積在襯底50上。接著在所得結(jié)構(gòu)上設(shè)置掩模67a，并且在所得結(jié)構(gòu)上順序進(jìn)行曝光處理、顯影處理和蝕刻工藝，從而對(duì)所得結(jié)構(gòu)構(gòu)圖，如圖5B所示。接著，僅在第二蓋層58上如圖5C所示地設(shè)置掩模67b，所得的結(jié)構(gòu)以離子束進(jìn)行蝕刻。結(jié)果，脊形部分69被形成為由第二蓋層58的中央部分起沿有源層56表面的垂直方向凸出，如圖5D所示。
參照?qǐng)D5E，掩模67b也設(shè)置在脊形部分69上，并且將離子束由掩模67b的上方以預(yù)定角度入射在第二蓋層58的表面上，使得離子束在脊形部分69的周邊部分上和底的內(nèi)部照射至預(yù)定的深度。結(jié)果，離子穿透脊形部分69周圍的第二蓋層58的表面，但未進(jìn)入由掩模67b覆蓋的脊形部分的部分，從而形成電流限制層60。每個(gè)離子束的傾斜角度可以在約5°至約60°的范圍內(nèi)，而且優(yōu)選為約15°?？梢酝ㄟ^(guò)根據(jù)脊形部分69的寬度改變傾斜角度來(lái)調(diào)整電流限制區(qū)A的寬度，電流限制區(qū)A是形成在脊形部分69的下部?jī)?nèi)。傾斜角度可通過(guò)控制蝕刻設(shè)備或晶片臺(tái)的位置來(lái)改變。
電流限制層60通過(guò)由脊形部分69的起始點(diǎn)至平行于有源層56的平面的底表面穿透離子束而形成。因此，可以在保持脊形部分69的物理寬度的同時(shí)，明顯減小注入電流的通道。
與傳統(tǒng)的離子注入法不同，離子噴淋法以幾百個(gè)eV的較低能量將離子注入至目標(biāo)內(nèi)。因此，離子注入脊形部分69較淺，但注入的離子在脊形部分69的底面上擴(kuò)散。從而，在形成電流限制層60時(shí)優(yōu)選采用離子噴淋法。另外，離子噴淋法還可用于將離子注入至有預(yù)定傾斜角度的襯底50中，這使得可以有效地?cái)U(kuò)寬電流限制層60的寬度，以達(dá)到脊形部分69的底的內(nèi)部。有效的離子注入使離子穿透脊形部分69的底面寬度的一半，以形成電流限制層60。
圖6A(a)至(c)分別為傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管的結(jié)構(gòu)圖，注入至(a)的半導(dǎo)體激光二極管內(nèi)的電流的近場(chǎng)圖案的模式的照片，以及(a)的半導(dǎo)體激光二極管的電流密度分布圖。在圖6A(a)中，附圖標(biāo)記與參照?qǐng)D2和3描述的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管的部件的附圖標(biāo)記相同。
圖6B(a)至(c)分別為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管的結(jié)構(gòu)圖，注入至(a)的半導(dǎo)體激光二極管內(nèi)的電流的近場(chǎng)圖案的模式的照片，以及(a)的半導(dǎo)體激光二極管的電流密度分布圖。在圖6B(a)中，附圖標(biāo)記與參照?qǐng)D4描述的根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管的部件的附圖標(biāo)記相同。
參照?qǐng)D6B(a)，為形成根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體激光二極管的電流限制層60，在離子束電壓為700V，離子束電流約400mA，對(duì)襯底50的傾角為15度，離子噴淋時(shí)間為60秒，且氧氣被用作形成離子的氣體的條件下進(jìn)行離子噴淋法。
通過(guò)比較圖6A(a)和6B(a)中所示的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖6B(a)所示的半導(dǎo)體激光二極管還包括脊形部分的起始點(diǎn)周圍的第二化合物半導(dǎo)體層58上的電流限制層60。在圖6A(a)的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管中，經(jīng)脊形部分注入的電流抵達(dá)有源層28而寬度未減小。然而，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管中，通過(guò)脊形部分69的電流的寬度由于電流限制層60而減小，并且如圖6B(a)所示抵達(dá)有源層56。
參照?qǐng)D6A(b)和6B(b)，傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管的近場(chǎng)模式，即電流密度分布，具有1.70μm的寬度，而根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管的電流密度分布則具有1.17μm的寬度。這表現(xiàn)出注入根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管的電流的電流密度分布的寬度比注入傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光二極管的電流的電流密度分布的寬度還要窄，如圖6A(c)和6B(c)中所示。從而，注入根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管的電流的量減小，并且臨界電流值也減小。然而，在這種情況下，脊形部分69的寬度與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光二極管的脊形部分的寬度相同，因此不會(huì)產(chǎn)生光損失。
在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法中，使用淺深度的脊形波導(dǎo)來(lái)減小光損失，并且經(jīng)脊形波導(dǎo)注入的電流的分布寬度也利用電流限制層減小，該電流限制層通過(guò)將離子注入脊形波導(dǎo)的起始點(diǎn)的周邊部分形成，從而減小了有源層中發(fā)射的激光光束的寬度。激光光束寬度的減小導(dǎo)致了近場(chǎng)模式的尺寸和發(fā)射臨界電流的減小。因此，可以制造性能優(yōu)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光二極管的半導(dǎo)體激光二極管。
雖然本發(fā)明已通過(guò)參照其優(yōu)選實(shí)施例具體地演示和說(shuō)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的精神和范圍的條件下，可對(duì)本發(fā)明在形式和細(xì)節(jié)上做各種變化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法的優(yōu)點(diǎn)在于注入有源層的電流的分布寬度可被利用淺脊形部分由于通過(guò)向脊形部分的周邊部分注入離子獲得的電流限制層而減小。結(jié)果，可制造具有低發(fā)射臨界電流和改進(jìn)的性能的半導(dǎo)體激光二極管。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光二極管，包括襯底；第一材料層，沉積于該襯底上；有源層，沉積于該第一材料層上，并且發(fā)射激光光束；以及第二材料層，沉積于該有源層上，并且包括相對(duì)該有源層垂直地凸出的脊形部分，以及通過(guò)向該脊形部分的周邊部分注入離子形成的、從而限制注入該有源層的電流的電流限制層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第一材料層包括第一化合物半導(dǎo)體層，沉積于該襯底上；第一蓋層，沉積于該第一化合物半導(dǎo)體層上；以及第一波導(dǎo)層，沉積于該第一蓋層上，并且具有比該第一蓋層的折射率大的折射率。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第一化合物半導(dǎo)體層為n型GaN基III/V族氮化物半導(dǎo)體層。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第一蓋層為n型AlGaN/GaN層。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第一波導(dǎo)層的折射率小于該有源層的折射率。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第一波導(dǎo)層為GaN基III/V族化合物半導(dǎo)體層。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該有源層為GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，該GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層為InxAlyGa1-x-yN層(0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1)。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第二材料層包括第二波導(dǎo)層，沉積于該有源層上；第二蓋層，沉積于該第二波導(dǎo)層，其具有比該第二波導(dǎo)層的折射率小的折射率，并且具有脊形部分；以及第二化合物半導(dǎo)體層，沉積于該脊形部分上。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第二波導(dǎo)層具有比該有源層的折射率小的折射率。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第二波導(dǎo)層為GaN基III/V族化合物半導(dǎo)體層。
11.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第二蓋層為p型AlGaN/GaN層。
12.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第二化合物半導(dǎo)體層為p型GaN基III/V族氮化物半導(dǎo)體層。
13.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該第一化合物半導(dǎo)體層還包括其上部上的n型電極。
14.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光二極管，其中該襯底為藍(lán)寶石襯底。
15.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光二極管，還包括該第二蓋層和該第二化合物半導(dǎo)體層上的保護(hù)層。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體激光二極管，還包括該第一化合物半導(dǎo)體層和該保護(hù)層上的電極。
17.一種制造半導(dǎo)體激光二極管的方法，包括在襯底上順序形成第一材料層、有源層和第二材料層，并且蝕刻該第二材料層的一部分以形成由該第二材料層凸出的脊形部分；以及通過(guò)向該第二材料層的脊形部分的周邊部分注入離子形成電流限制層，以限制注入該有源層的電流。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中當(dāng)順序形成第一材料層、有源層和第二材料層，并且蝕刻該第二材料層的一部分時(shí)，該脊形部分通過(guò)在第二材料層上設(shè)置掩模并且使用離子束蝕刻該第二材料層至不導(dǎo)致激光光束的大量損失的范圍內(nèi)的深度而形成。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在形成該電流限制層期間，該電流限制層通過(guò)在該脊形部分上設(shè)置掩模并以預(yù)定的角度在該脊形部分的周邊部分上照射離子束，而在該脊形部分的周邊部分形成至預(yù)定的深度。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在形成該電流限制層期間，以范圍在5至60度內(nèi)的傾斜角度照射離子束。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在形成該電流限制層期間，以15度的傾斜角度照射離子束。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該第一材料層是其中第一化合物半導(dǎo)體層、第一蓋層和第一波導(dǎo)層順序沉積在襯底上的結(jié)構(gòu)，該第一波導(dǎo)層具有比該第一蓋層的折射率大的折射率。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該第一化合物半導(dǎo)體層為n型GaN基III/V族氮化物半導(dǎo)體層。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該第一蓋層為n型AlGaN/GaN層。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該第一波導(dǎo)層由折射率小于該有源層的折射率的材料形成。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該第一波導(dǎo)層為GaN基III/V族化合物半導(dǎo)體層。
27.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該有源層為GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，該GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層為InxAlyGa1-x-yN層(0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1)。
28.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該第二材料層通過(guò)在該有源層上順序沉積第二波導(dǎo)層和第二蓋層并在該脊形部分上沉積第二化合物半導(dǎo)體層而形成，該第二蓋層具有比該第二波導(dǎo)層的折射率小的折射率，并且為該脊形部分的開始。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中在順序形成第一材料層、有源層和第二材料層，并且蝕刻該第二材料層的一部分時(shí)，該脊形部分通過(guò)在該第二蓋層上設(shè)置掩模并且使用離子束蝕刻該第二蓋層至不導(dǎo)致激光光束的大量損失的范圍內(nèi)的深度而形成。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中在形成該電流限制層期間，該脊形部分通過(guò)在該第二蓋層上設(shè)置掩模并以預(yù)定的角度在該第二蓋層上照射離子束，而形成至預(yù)定的深度。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中在形成該電流限制層期間，以范圍在5至60度內(nèi)的傾斜角度照射離子束。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中在形成該電流限制層期間，以15度范圍內(nèi)的傾斜角度照射離子束。
33.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第二波導(dǎo)由折射率小于有源層的材料形成。
34.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第二波導(dǎo)層為GaN基III/V族化合物半導(dǎo)體層。
35.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第二蓋層為p型AlGaN/GaN層。
36.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第二化合物半導(dǎo)體層為p型GaN基III/V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
37.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該第一化合物半導(dǎo)體層在其上部具有n型電極。
38.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該襯底為藍(lán)寶石襯底。
39.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括在該第二化合物半導(dǎo)體層和該第二蓋層上沉積保護(hù)層。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，還包括在該第一化合物半導(dǎo)體層和該保護(hù)層上沉積p型電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有電流限制層的半導(dǎo)體激光二極管及其制造方法。該半導(dǎo)體激光二極管包括襯底；第一材料層，沉積于該襯底上；有源層，沉積于該第一材料層上，并且發(fā)射激光光束；以及，第二材料層，沉積于該有源層上，并且包括由該有源層凸出的脊形部分，以及通過(guò)向該脊形部分的周邊部分注入離子形成的、從而限制注入該有源層的電流的電流限制層。因此，可以制造具有低共振臨界電流值的改進(jìn)的半導(dǎo)體激光二極管，其可以移除光分布中的損失并在保持脊形部分寬度的同時(shí)減小注入該有源層中的電流的分布寬度。
文檔編號(hào)H01S5/223GK1469518SQ03148449
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2003年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月19日
發(fā)明者郭準(zhǔn)燮, 河鏡虎, 成演準(zhǔn) 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社