專利名稱：半導體激光器元件和半導體激光器器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體激光器元件和包括支撐部件和安裝在其上的半導體激光器元 件的半導體激光器器件。
背景技術(shù)：
迄今為止，在半導體激光器中，用于電流約束的脊被形成在ρ-型半導體層的上 部，以增加向有源層中的電流注入效率。
發(fā)明內(nèi)容
但是，因為ρ-側(cè)電極和ρ-型半導體層在脊的僅僅上部的有限面積中彼此接觸，所 以存在操作電壓由于串聯(lián)阻抗的增大而提高的問題。因此，業(yè)已提出了一種技術(shù)，其中在氮化物半導體激光器中，電流約束層被設置在 η-型半導體層中而不形成脊，從而增大了 ρ-側(cè)電極和ρ-型半導體層之間的接觸面積(例 如，參見日本未審查專利申請公布No. 2003-8145)。但是，根據(jù)上述的氮化物半導體激光器 的結(jié)構(gòu)，不利地發(fā)生光場向ρ-型半導體層中的穿透，這導致自由載流子的吸收；為了減少 光吸收損耗，優(yōu)選地要進一步改進上述技術(shù)?？紤]到上述問題，理想的是提供一種能夠減少串聯(lián)阻抗的半導體激光器元件，以 及一種包括上述半導體激光器元件的半導體激光器器件。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種半導體激光器元件，其包括第一半導體層； 具有電流注入?yún)^(qū)域的有源層；第二半導體層；第三半導體層；以及用于將電流注入所述有 源層中的電極。在該半導體激光器元件中，所述第一半導體層、所述有源層、所述第二半導 體層以及所述第三半導體層被依次層疊在襯底上，所述第一半導體層具有電流約束層，所 述電流約束層約束所述有源層的所述電流注入?yún)^(qū)域，所述第三半導體層形成在所述第二半 導體層的上表面上對應于所述有源層的所述電流注入?yún)^(qū)域的區(qū)域中，所述電極形成在所述 第二半導體層的所述上表面上除所述第三半導體層的區(qū)域以外的區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種半導體激光器器件，其包括半導體激光器元 件和支撐部件，并且該半導體激光器元件是上述的根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體激光器 元件。在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體激光器元件或半導體激光器器件中，因為電流 約束層被設置在第一半導體層中，所以當在電極對之間施加預定電壓時，由電流約束層產(chǎn) 生電流約束，并且電流被注入到有源層的電流注入?yún)^(qū)域中，從而通過電子-空穴再結(jié)合而 產(chǎn)生光發(fā)射。因為第三半導體層被形成在第二半導體層的上表面上對應于有源層的電流注 入?yún)^(qū)域的區(qū)域中，并且電極被形成在除上述區(qū)域以外的區(qū)域中，所以電極和第二半導體層 之間的接觸面積增大，因此可以減小串聯(lián)阻抗。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的半導體激光器元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖2是示出了包括每一個為圖1所示的多個半導體激光器元件的半導體激光器陣 列的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3是示出了包括圖2所示的半導體激光器陣列的半導體激光器器件的結(jié)構(gòu)的透 視圖；圖4是沿圖3中的線IV-IV所取的剖視圖；圖5是圖示了圖1所示的半導體激光器元件的制造方法的步驟的剖視圖；圖6是圖示了圖5所示的步驟之后的步驟的剖視圖；圖7是圖示了圖6所示的步驟之后的步驟的剖視圖；圖8是圖示了圖7所示的步驟之后的步驟的剖視圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半導體激光器元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的半導體激光器元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的半導體激光器元件的結(jié)構(gòu)的剖視 圖；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的半導體激光器元件的結(jié)構(gòu)的剖視 圖；圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個應用實施例的激光顯示設備的結(jié)構(gòu)的視圖；以 及圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個應用實施例的激光照射設備的結(jié)構(gòu)的示意性透 視圖。優(yōu)選實施方式下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式。將以如下次序進行描述。1.第一實施方式(第三半導體層直接結(jié)合到基板的實施例)2.第二實施方式(金屬膜被形成在第三半導體層上的實施例)3.第三實施方式(第三半導體層具有包括η-型層和非摻雜層的層疊結(jié)構(gòu)的實施 例)4.第四實施方式(電介質(zhì)多層膜被形成在第三半導體層上的實施例)5.第五實施方式(表面發(fā)射激光器)6.應用實施例〈第一實施方式〉<半導體激光器元件>圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的半導體激光器元件1的結(jié)構(gòu)的剖視 圖。該半導體激光器元件1用于激光顯示器或激光照射設備(諸如激光加工設備)，并且具 有依次設置在由η-型GaAs制成的襯底10上的第一半導體層20、有源層30、第二半導體層 40和第三半導體層50。第一半導體層20從襯底10 —側(cè)起依次具有例如電流約束層21、η-型包覆層22 以及η-側(cè)引導層23。電流約束層21是用于約束有源層30的電流注入?yún)^(qū)域30Α的層，具有大約0. 1 μ m的厚度，并且由摻雜P-型雜質(zhì)(諸如鋅(Zn))的ρ-型GaAs形成。電流約束層21具有對 應于電流注入?yún)^(qū)域30A的開口部分21A，并且被構(gòu)造成使通過開口部分21A的電流被注入到 電流注入?yún)^(qū)域30A中。此外，該半導體激光器元件1是所謂的寬面積半導體激光器，其中開 口部分2IA的寬度為例如10 μ m或更大，并且典型地為20到400 μ m。η型包覆層22具有例如1 μ m的厚度，并且由用η型雜質(zhì)(例如硅(Si))摻雜的η 型AlInP混合晶體形成。η-側(cè)引導層23具有例如0. 1 μ m的厚度，并且由非摻雜的AlGaInP 混合晶體形成。有源層30具有例如IOnm的厚度，并且由非摻雜的GaInP混合晶體形成。在此有 源層30中，面對電流約束層21的開口部分21A的區(qū)域被用作電流注入?yún)^(qū)域(光發(fā)射區(qū) 域)30A。第二半導體層40從襯底10 —側(cè)起依次具有例如ρ-側(cè)引導層41、p_型包覆層42 以及P-側(cè)接觸層43。ρ-側(cè)引導層41具有例如0. Ιμπι的厚度，并且由非摻雜的AlGaInP混合晶體形 成。P型包覆層42具有例如0. 3 μ m的厚度，并且由用P型雜質(zhì)(例如鎂(Mg))摻雜的ρ型 AlInP混合晶體形成。ρ-側(cè)接觸層43具有例如0. Ιμπι的厚度，并且由用ρ型雜質(zhì)(例如鋅 (Zn))重摻雜的ρ型GaAs形成。此外，在ρ型包覆層42和ρ-側(cè)接觸層43之間，可以設置 刻蝕停止層(沒有示出)和中間層(沒有示出)?？涛g停止層可以例如由用P型雜質(zhì)(例 如鎂(Mg))摻雜的GaInP混合晶體形成。中間層可以例如由用ρ型雜質(zhì)(例如鎂(Mg))摻 雜的P型GaInP混合晶體形成。第三半導體層50具有帶形形狀，并且被形成在第二半導體層40的上表面上與有 源層30的電流注入?yún)^(qū)域30Α對應的區(qū)域中。在第二半導體層40的上表面上除第三半導體 層50的區(qū)域之外的區(qū)域中，形成用于將電流注入到有源層30中的ρ-側(cè)電極61。因此，在 此半導體激光器元件1中，可以減小串聯(lián)阻抗。第三半導體層50具有例如0. 7 μ m的厚度，并且由AlInP混合晶體形成。此外，上 述的P-側(cè)接觸層43被形成在P型包覆層42的上表面中除第三半導體層50的區(qū)域之外的 區(qū)域中。第三半導體層50的導電類型可以通過添加ρ型雜質(zhì)(諸如鎂(Mg))而為ρ型，可 以通過添加η型雜質(zhì)(諸如硅(Si))而為η型，或者可以是非摻雜型的。對于此的原因是 電流不被注入到第三半導體層50中，而僅僅是光被限制在其中。具體地，第三半導體層50 的導電類型優(yōu)選是非摻雜型。對于此的原因是因為由P型包覆層的載流子導致的自由載流 子的吸收被減少，并且光學損耗被減小，激光器的能量轉(zhuǎn)換效率可以被提高，尤其是高輸出 激光器的輸出可以被顯著有效地提高。ρ-側(cè)電極61例如由從第二半導體層40側(cè)起依次的鈦(Ti)、鉬(Pt)和金(Au)的 層疊來形成，并且與P-側(cè)接觸層43電連接。另一方面，在襯底10的后表面上，形成用于將電流注入到有源層30中的η-側(cè)電 極62。η-側(cè)電極62具有例如由從襯底10側(cè)起依次的金(Au)和鍺(Ge)的合金、鎳(Ni) 和金(Au)形成的層疊結(jié)構(gòu)，并且與襯底10電連接。此外，在此半導體激光器元件1中，例如，第三半導體層50的位于縱向的兩個側(cè)表 面彼此相對，并且被用作一對諧振器端表面，并且一對反射鏡膜(沒有示出)被形成在該對諧振器端表面上。一個反射鏡膜的反射率被調(diào)節(jié)為減小，另一個反射鏡膜的反射率被調(diào)節(jié) 為增大。因此，在有源層30中產(chǎn)生的光在該對反射鏡膜之間往返時被放大，然后作為激光 束從一個反射鏡膜發(fā)射。就是說，該半導體激光器元件1是邊發(fā)射激光器，其中，由有源層 30產(chǎn)生的光被沿與第一半導體層20、有源層30、第二半導體層40和第三半導體層50的層 疊方向垂直的方向發(fā)射。<半導體激光器器件>圖2是示出了包括多個半導體激光器元件1的半導體激光器陣列2的結(jié)構(gòu)的示意 性透視圖。在該半導體激光器陣列2中，半導體激光器元件1以單片形式形成在共同的襯 底10上，以獲得瓦特級的光學輸出。在半導體激光器陣列2中，在相鄰發(fā)射器(每一個對應于一個半導體激光器元件 1)之間容易發(fā)生熱相互作用，因而發(fā)射器距離優(yōu)選被設為約400 μ m。因此，當從一個發(fā)射 器的光學輸出增大時，發(fā)射器的數(shù)量可以被減少，結(jié)果，與半導體激光器陣列2光學耦合的 光學元件可以被微型化，和/或光學元件的數(shù)量可以被減少。圖3是示出了包括半導體激光器陣列2的半導體激光器器件3的結(jié)構(gòu)的示意性透 視圖。此半導體激光器器件3被用作例如激光顯示器、激光機械加工或醫(yī)療應用。半導體 激光器陣列2由焊料層71結(jié)合到例如由具有高熱導率的SiC或類似物制成的基板70上， 其中，所述焊料層71被置于半導體激光器陣列2和基板70之間?；?0由焊料層72 (沒 有示于圖3中，參見圖4)結(jié)合到由金屬制成的熱沉80上，其中，所述焊料層72被置于基板 70和熱沉80之間。半導體激光器陣列2也可以由焊料層71直接結(jié)合到熱沉80上，而不使 用基板70。在此實施方式中，基板70或熱沉80對應于根據(jù)本發(fā)明的實施方式的“支撐部 件”的一個具體實施例。電極部件81被設置在與半導體激光器陣列2的光發(fā)射側(cè)相反的一側(cè)，所述電極部 件81由居間的導線85電連接到η-側(cè)電極62。此電極部件81由螺釘82固定在絕緣板83 上，并且此絕緣板83將熱沉80與電極部件81分離，以達到絕緣目的。保護導線85免受外 部影響的保護部件84由螺釘82固定在電極部件81上。半導體激光器陣列2例如以向下接合的方式結(jié)合到基板70上，如圖4所示。各個 半導體激光器元件1的第三半導體層50由居間的焊料層71結(jié)合到基板70上。因此，來自 P型包覆層42和第三半導體層50的熱可以被高效地去除，并且可以抑制由熱導致的能量轉(zhuǎn) 換效率的降低。例如，此半導體激光器元件1可以如下所述地制造。首先，如圖5所示，準備由如上所述的材料形成的襯底10，并且電流約束層21例如 通過鋅的擴散或離子注入而形成在此襯底10的上表面中。具體地，離子注入是優(yōu)選的，因 為可以容易地形成電流約束層21。接著，如圖6所示，例如通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法依次層疊η型包 覆層22、η-側(cè)引導層23、有源層30、ρ-側(cè)引導層41、ρ型包覆層42和固體第三半導體層 膜50，這些層和膜中的每一者由前述的材料形成并且具有前述的厚度。在此步驟中，作為 化合物半導體的原材料，例如使用三甲基鋁(TMAl)、三甲基鎵(TMGa)、三甲基銦(TMIn)、膦 (PH3)以及胂(AsH3)；作為供體雜質(zhì)的原材料，例如使用甲硅烷(SiH4)；作為受體雜質(zhì)的原 材料，例如使用二(環(huán)戊二烯基)鎂(Cp2Mg)以及二甲基鋅(DMZn)。
隨后，如圖7所示，通過刻蝕等方式處理固體第三半導體層膜50，以在第二半導體 層40的上表面上對應于有源層30的電流注入?yún)^(qū)域30A的區(qū)域中形成具有帶形形狀的第三 半導體層50。接著，同樣如圖7所示，例如通過CVD方法在第三半導體層50的上表面和側(cè) 表面上形成由SiO2制成的選擇性生長掩模91，并且形成由前述材料制成并且具有前述厚度 的P-側(cè)接觸層43。在形成ρ-側(cè)接觸層43之后，如圖8所示，選擇性生長掩模91被刻蝕掉，并且例如 通過沉積在第二半導體層40的上表面上除第三半導體層50的區(qū)域之外的區(qū)域中形成由前 述材料制成的P-側(cè)電極61。此外，在例如通過研磨和拋光處理襯底10的后表面?zhèn)纫詫⒁r底10的厚度減小到 約100 μ m之后，在襯底10的后表面上形成η-側(cè)電極62。隨后，襯底10被成形為具有預定 尺寸，然后在彼此相對的那對諧振器端表面上形成反射鏡膜(沒有示出)。結(jié)果，得到圖1 所示的半導體激光器元件1。在此半導體激光器元件1中，當在η-側(cè)電極62和ρ-側(cè)電極61之間施加預定電 壓時，電流被注入到有源層30中，并且通過電子-空穴再結(jié)合而產(chǎn)生光發(fā)射。由此發(fā)射的 光在反射鏡對之間反射，并在其間往復而產(chǎn)生激光振蕩，結(jié)果，激光束被發(fā)射到外部。在此 實施方式中，因為電流約束層21被設置在第一半導體層20中，所以該電流約束層21執(zhí)行 電流約束，因而電流被注入到有源層30的電流注入?yún)^(qū)域30Α中。此外，因為第三半導體層 50被形成在第二半導體層40的上表面上對應于有源層30的電流注入?yún)^(qū)域30Α的區(qū)域中， 并且P-側(cè)電極61被形成在上述區(qū)域以外的區(qū)域中，所以ρ-側(cè)電極61和第二半導體層40 之間的接觸面積被增大，因此可以減小串聯(lián)阻抗。在此實施方式中，如上所述，電流約束層21被設置在第一半導體層20中，第三半 導體層50被形成在第二半導體層40的上表面上對應于有源層30的電流注入?yún)^(qū)域30Α的 區(qū)域中，并且P-側(cè)電極61被形成在上述區(qū)域以外的區(qū)域中，因此，可以減小串聯(lián)阻抗，并且 可以抑制操作電壓的升高。此外，因為激光器的能量轉(zhuǎn)換效率可以被提高，所以可靠性可以 被提高，操作溫度的控制范圍可以被增大，并且可以執(zhí)行高溫操作。<第二實施方式>圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半導體激光器元件IA的結(jié)構(gòu)的剖視 圖。在此實施方式中，除金屬膜51被形成在第三半導體層50上之外，該半導體激光器元件 IA可以以與第一實施方式相似的方式形成，從而具有與第一實施方式相似的結(jié)構(gòu)、性能和 優(yōu)點。金屬膜51由與ρ-側(cè)電極61相同的材料形成，并且通過與ρ-側(cè)電極61相同的工 藝形成。因為金屬膜51被形成在第三半導體層50上，所以與焊料層71的結(jié)合特性被改善， 因此可以有效地去除熱。在本例中，第三半導體層50的導電類型優(yōu)選是η型或非摻雜型。其原因是ρ_側(cè) 電極61和第三半導體層50之間的Schottky勢壘可以被增大，從而防止電流流入到第三 半導體層50中。尤其是，第三半導體層50的導電類型優(yōu)選是非摻雜型。其原因是因為由 P型包覆層的載流子導致的自由載流子吸收被減少，并且光損耗被減小，激光器的能量轉(zhuǎn)換 效率可以被提高，并且尤其地，高輸出激光器的輸出可以被顯著有效地提高。<第三實施方式>
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的半導體激光器元件IB的結(jié)構(gòu)的剖視 圖。在此實施方式中，除第三半導體層50被形成為具有η型層52Α和非摻雜層52Β的層疊 結(jié)構(gòu)之外，該半導體激光器元件IB可以以與第一實施方式相似的方式形成，從而具有與第 一實施方式相似的結(jié)構(gòu)、性能和優(yōu)點。η型層52Α與ρ型包覆層42形成ρη結(jié)，并且抑制載流子向非摻雜層52Β的擴散。 此外，η型層52Α例如由用η型雜質(zhì)(諸如硅(Si))摻雜的AlInP混合晶體形成，并且具有 0. Iym的厚度。非摻雜層52Β例如由非摻雜的AlInP混合晶體形成，并且具有0. 6 μ m的厚 度。當?shù)谌雽w層50被形成為具有η型層52Α和非摻雜層52Β的層疊結(jié)構(gòu)時，可以可靠 地抑制非摻雜層52Β中自由載流子的吸收。〈第四實施方式〉圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的半導體激光器元件IC的結(jié)構(gòu)的示意 性剖視圖。在此實施方式中，除通過在第三半導體層50上形成電介質(zhì)多層膜53來減少在 焊料層71處導致的光吸收之外，該半導體激光器元件IC可以以與第一實施方式相似的方 式形成，從而具有與第一實施方式相似的結(jié)構(gòu)、性能和優(yōu)點。<第五實施方式>圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的半導體激光器元件ID的結(jié)構(gòu)的示意 性剖視圖。此半導體激光器元件ID是表面發(fā)射激光器，其包含依次設置在由η型GaAs制 成的襯底10上的第一半導體層120、有源層130、第二半導體層140和第三半導體層150。第一半導體層120具有η-側(cè)分布式Bragg反射器(DBR)層121、電流約束層122 和η-側(cè)引導層123。η-側(cè)DBR層121具有例如由η型AlGaAs混合晶體形成的多層結(jié)構(gòu)。 電流約束層122具有砷化鋁(AlAs)低阻區(qū)域122Α和圍繞低阻區(qū)域122Α設置的經(jīng)氧化的 砷化鋁高阻區(qū)域122Β，并且被構(gòu)造成使得電流僅僅由低阻區(qū)域122Α約束。η_側(cè)引導層123 由例如η型AlGaAs混合晶體形成。有源層130由例如沒有摻雜雜質(zhì)的GaAs形成，并且有源層130的與低阻區(qū)域122Α 相對應的區(qū)域是光發(fā)射(電流注入?yún)^(qū)域)130Α。第二半導體層140具有ρ-側(cè)引導層141。ρ-側(cè)引導層141由例如ρ型AlGaAs混 合晶體形成。第三半導體層150是具有由例如AlGaAs混合晶體形成的多層結(jié)構(gòu)的DBR層。第 三半導體層150被形成在第二半導體層140的上表面上對應于有源層130的電流注入?yún)^(qū)域 130Α的區(qū)域中，以具有圓柱形形狀，并且被構(gòu)造成使得在有源層130中產(chǎn)生的光被沿垂直 于第三半導體層150的上表面的方向發(fā)射。用于將電流注入到有源層130中的ρ-側(cè)電極 161被形成在第二半導體層140的上表面上除第三半導體層150的區(qū)域之外的區(qū)域中。因 此，在此半導體激光器元件ID中，可以減少串聯(lián)阻抗。第三半導體層150的導電類型可以通過添加ρ型雜質(zhì)(諸如鎂(Mg))而為ρ型， 可以通過添加η型雜質(zhì)(諸如硅(Si))而為η型，或者可以是非摻雜型的。對于此的原因 是電流不被注入到第三半導體層150中，而僅僅是由其反射光。具體地，第三半導體層50 的導電類型優(yōu)選是非摻雜型。對于此的原因是因為由P型DBR層的載流子導致的自由載流 子的吸收被減少，并且光學損耗被減小，激光器的能量轉(zhuǎn)換效率可以被提高，尤其是高輸出 激光器的輸出可以被顯著有效地提高。
ρ-側(cè)電極161例如由從第二半導體層140側(cè)起依次的鈦(Ti)、鉬(Pt)和金(Au) 的層疊來形成，并且與P-側(cè)引導層141電連接。在襯底110的后表面上，形成用于將電流注入到有源層130中的η-側(cè)電極162。 η-側(cè)電極162具有例如由從襯底110側(cè)起依次的金(Au)和鍺(Ge)的合金、鎳(Ni)和金 (Au)形成的層疊結(jié)構(gòu)，并且與襯底110電連接。例如，此半導體激光器元件ID可以按如下所述地形成。首先，η-側(cè)DBR層121、將被形成為電流約束層122的砷化鋁層122C、n_側(cè)引導層 123、有源層130、ρ-側(cè)引導層141和固體第三半導體層膜150通過晶體生長等方式被依次 形成在由前述材料制成的襯底110上。接著，通過刻蝕等方式處理固體第三半導體層膜150，以在第二半導體層140的上 表面上對應于有源層130的電流注入?yún)^(qū)域130A的區(qū)域中形成具有圓柱形形狀的第三半導 體層150。隨后，例如通過刻蝕而選擇性去除ρ-側(cè)引導層141、有源層130、n-側(cè)引導層123、 砷化鋁層122以及η-側(cè)DBR層121，從而形成平臺(mesa)部分(沒有示出)。隨后，例如通過在水蒸汽氣氛中加熱來氧化暴露于平臺部分(沒有示出)的側(cè)表 面處的砷化鋁層122C。因為氧化從砷化鋁層122C的外周向中心以環(huán)形方式進行，所以當氧 化在適當?shù)亩〞r停止時，形成環(huán)形高阻區(qū)域122B，并且沒有被氧化的中心部分充當?shù)妥鑵^(qū) 域122A。結(jié)果，形成具有低阻區(qū)域122A和高阻區(qū)域122B的電流約束層122。在形成電流約束層122之后，ρ-側(cè)電極161被形成在第二半導體層140的上表面 上除第三半導體層150的區(qū)域之外的區(qū)域中，η-側(cè)電極162被形成在襯底110的后側(cè)。由 此，得到圖12所示的半導體激光器元件1D。在此半導體激光器元件ID中，當在η-側(cè)電極162和ρ-側(cè)電極161之間施加預定 電壓時，從η-側(cè)電極162供應的驅(qū)動電流被電流約束層122約束，然后被注入到有源層130 中，結(jié)果通過電子_空穴再結(jié)合而產(chǎn)生光發(fā)射。由此發(fā)射的光在η-側(cè)DBR層121和第三半 導體層150處被發(fā)射，并在其間往復而產(chǎn)生激光振蕩，結(jié)果，激光束被從第三半導體層150 的上表面發(fā)射到外部。在相關(guān)的表面發(fā)射激光器中，因為ρ型DBR層是高阻區(qū)域，所以存在難以執(zhí)行高速 器件操作這樣的嚴重問題。但是，在本實施方式中，因為第三半導體層150被形成在第二半 導體層140的上表面上對應于有源層130的電流注入?yún)^(qū)域130Α的區(qū)域中，并且ρ-側(cè)電極 161被形成在除上述區(qū)域以外的區(qū)域中，所以沒有電流流過第三半導體層150，而僅僅由其 執(zhí)行光反射。因此，半導體激光器元件ID具有非常低的串聯(lián)阻抗分量，結(jié)果，可以執(zhí)行高速 操作。如上所述，在此實施方式中，因為第三半導體層150被形成在第二半導體層140的 上表面上對應于有源層130的電流注入?yún)^(qū)域130Α的區(qū)域中，并且ρ-側(cè)電極161被形成在 除上述區(qū)域以外的區(qū)域中，沒有電流流過第三半導體層150，所以可以減小串聯(lián)阻抗，并且 可以執(zhí)行高速操作。〈應用實施例〉分別示于圖2和圖4的半導體激光器陣列2和半導體激光器器件3分別在任何必 要時在氮氣氛中分別安裝在模塊(沒有示出)中，并且分別用作激光顯示器或激光照射設備的光源。例如，在激光顯示器中，從模塊發(fā)射出的激光通過透鏡或類似物準直，并且根據(jù) 二維圖像信息由光學元件進行空間調(diào)制，然后照射在屏幕上。作為光學元件，例如可以使用 液晶或光學微機電系統(tǒng)(MEMS)，諸如數(shù)字光處理(DLP)系統(tǒng)或格柵光閥(GLV)系統(tǒng)。(激光顯示器)圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的大面積半導體激光器陣列2被應用到激 光顯示器設備200的應用實施例的視圖。此激光顯示器設備200包括分別發(fā)射紅色(R)、綠 色(G)和藍色(B)光束的光源201a、201b和201c，并且設置了根據(jù)本實施方式的半導體激 光器陣列2作為發(fā)射紅光的光源201a。此激光顯示器設備200還包括光束形成光學系統(tǒng) 202a,202b和202c和液晶面板203a,203b和203c，其分別針對光源201a,201b和201c設 置；十字棱鏡204 ；投射透鏡205 ；以及投射屏幕206。在此激光顯示器設備200中，在從光源201a、201b和201c發(fā)射出的RGB顏色的光 束分別通過光束形成光學系統(tǒng)202a、202b和202c之后，光束分別入射在相應的液晶面板 203a、203b和203c上，并且被空間調(diào)制成RGB的圖像信息。隨后，RGB圖像信息被十字棱鏡 204合成，然后通過投射透鏡205投射在投射屏幕206上。(激光照射設備)圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體激光器器件3被應用于激光加工 設備(作為激光照射設備的一個實施例)的光源的一個應用實施例的示意性透視圖。在本 實施方式的激光照射設備300中，從光源301發(fā)射出的激光束304通過光學系統(tǒng)302被在工 件303的表面上合成在一起，從而進行加工。因為具有大寬度脊的大面積半導體激光器的 近場圖案(NFP)是矩形的，所以在工件303的表面上合成的光束圖案也具有矩形形狀。因 此，在加工矩形和/或線形的情況下，光束使用效率被提高。此外，除了激光加工之外，此激 光照射設備300還可以應用于表面改性和探測。到目前為止，雖然已經(jīng)參照一些實施方式描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，并 且可以進行各種修改。例如，在上述實施方式中描述的各個層的材料和厚度或上述的成膜 方法和成膜條件不限于此，并且也可以使用其它材料和厚度，或者其它成膜方法和成膜條 件。此外，在上述實施方式中，雖然具體描述了半導體激光器元件1、半導體激光器陣 列2和半導體激光器器件3的結(jié)構(gòu)，但是在一些情況下，可以不形成上述層中的一些，和/ 或還可以形成其它的層。在此，在上述實施方式中，雖然利用AlGaInP基化合物半導體激光器作為實例描 述了本發(fā)明，但是本發(fā)明也可以應用于其它化合物半導體激光器，作為其它的化合物半導 體激光器，可以舉出紅外半導體激光器，諸如GaInAsP基激光器；氮化鎵半導體激光器，諸 如GaInN基或AlGaInN基激光器；以及包含Be，Zn，Mg，Cd，S，Se和Te中的至少兩者的組合 的n-VI半導體激光器。此外，本發(fā)明也可以應用于振蕩波長不限于可見波段的半導體激 光器，諸如AlGaAs基、InGaAs基、InP基以及GaInAsNP基激光器。特別地，因為第三半導體 層50中的導電類型可以被制成為η型的或非摻雜型的，所以當本發(fā)明被應用于難以獲得ρ 型導體的材料系統(tǒng)(諸如II-VI化合物半導體)時，第三半導體層50可以被用作與電流注 入不相關(guān)的光波導結(jié)構(gòu)，因此，本發(fā)明可以被應用于例如綠色激光技術(shù)。此外，在上述的實施方式中，利用具有折射率波導結(jié)構(gòu)(index guidcstructure)作為實例描述了本發(fā)明，但是，本發(fā)明不限于此，并且也可以應用于具有其它結(jié)構(gòu)(諸如增 益波導結(jié)構(gòu))的半導體激光器。本申請包含與在2009年1月22日遞交給日本專利局的日本在先專利申請JP 2009-011989中公開的相關(guān)的主題，其全部內(nèi)容通過引用被結(jié)合于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，只要在權(quán)利要求及其等同方案的范圍內(nèi)，可以根據(jù) 設計要求和其它因素進行各種修改、組合、子組合和替換。
權(quán)利要求
一種半導體激光器元件，包括第一半導體層；具有電流注入?yún)^(qū)域的有源層；第二半導體層；第三半導體層；以及用于將電流注入所述有源層中的電極，其中，所述第一半導體層、所述有源層、所述第二半導體層以及所述第三半導體層被依次層疊在襯底上，所述第一半導體層具有電流約束層，所述電流約束層約束所述有源層的所述電流注入?yún)^(qū)域，所述第三半導體層形成在所述第二半導體層的上表面上對應于所述有源層的所述電流注入?yún)^(qū)域的區(qū)域中，所述電極形成在所述第二半導體層的所述上表面上除所述第三半導體層的區(qū)域以外的區(qū)域中。
2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體激光器元件，其中，所述襯底和所述第一半導體層分別具有η型導電類型，所述第二半導體層具有P 型導電類型，所述第三半導體層具有η型導電類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體激光器元件， 其中，所述第三半導體層是非摻雜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體激光器元件，其中，所述襯底和所述第一半導體層分別具有η型導電類型，所述第二半導體層具有P 型導電類型，所述第三半導體層具有使η型層和非摻雜層從所述第二半導體層一側(cè)起被依 次層疊的層疊結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的半導體激光器元件，其中，所述第三半導體層被形成為具有與所述電流注入?yún)^(qū)域的形狀對應的帶狀形狀， 在有源層中產(chǎn)生的光沿與所述第一半導體層、所述有源層、所述第二半導體層和所述 第三半導體層的層疊方向垂直的方向發(fā)射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的半導體激光器元件， 其中，所述第一半導體層包括DBR層，所述第三半導體層是圓柱形DBR層，在所述有源層中產(chǎn)生的光沿垂直于所述第三半導體層的上表面的方向發(fā)射。
7.一種半導體激光器器件，包括 半導體激光器元件；以及支撐部件，其中，所述半導體激光器元件包括 第一半導體層； 具有電流注入?yún)^(qū)域的有源層； 第二半導體層； 第三半導體層；以及用于將電流注入所述有源層中的電極，其中，所述第一半導體層、所述有源層、所述第二半導體層以及所述第三半導體層被依 次層疊在襯底上，所述第一半導體層具有電流約束層，所述電流約束層約束所述有源層的所述電流注入 區(qū)域，所述第三半導體層形成在所述第二半導體層的上表面上對應于所述有源層的所述電 流注入?yún)^(qū)域的區(qū)域中，所述電極形成在所述第二半導體層的所述上表面上除所述第三半導體層的區(qū)域以外 的區(qū)域中，所述第三半導體層和所述支撐部件由置于其間的焊料層彼此結(jié)合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體激光器器件，其中，所述半導體激光器元件還包括所述第三半導體層上的、由與所述電極的材料相 同的材料形成的金屬膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體激光器器件，其中，所述半導體激光器元件還包括處于所述第三半導體層上的電介質(zhì)多層膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導體激光器元件和半導體激光器器件，該半導體激光器元件包括第一半導體層；具有電流注入?yún)^(qū)域的有源層；第二半導體層；第三半導體層；以及用于將電流注入所述有源層中的電極。在該半導體激光器元件中，第一半導體層、有源層、第二半導體層以及第三半導體層被依次層疊在襯底上，第一半導體層具有約束有源層的電流注入?yún)^(qū)域的電流約束層，第三半導體層形成在第二半導體層的上表面上對應于有源層的電流注入?yún)^(qū)域的區(qū)域中，電極形成在第二半導體層的上表面上除第三半導體層的區(qū)域以外的區(qū)域中。
文檔編號H01S5/042GK101882755SQ20101010001
公開日2010年11月10日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者今西大介 申請人:索尼公司