專利名稱：激光二極管器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光二極管器件。
技術(shù)背景
期望將由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成并且具有405nm波段的發(fā)光波長的高功率、超短脈沖激光二極管器件用作體積型光盤系統(tǒng)(期望作為取代藍(lán)光光盤系統(tǒng)的下一代光盤系統(tǒng))的光源，或者用作醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、生物成像領(lǐng)域等中所需的光源。對(duì)于在激光二極管器件中產(chǎn)生短脈沖光的方法，增益變換法和鎖模法是兩種公知的主要方法。將鎖模 (mode-locking)進(jìn)一步分類成有源鎖模和無源鎖模。為了基于有源鎖模產(chǎn)生光脈沖，使用反射鏡或透鏡構(gòu)成外部共振器，并且還要為激光二極管器件增加射頻(RF)調(diào)制。同時(shí)，在無源鎖模中，能夠通過利用激光二極管器件的自脈動(dòng)操作(self-pulsation operation)、 由簡單的直流驅(qū)動(dòng)來產(chǎn)生光脈沖。
為了實(shí)現(xiàn)激光二極管器件的自脈動(dòng)操作，激光二極管器件應(yīng)當(dāng)設(shè)置發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)。根據(jù)發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)的設(shè)置狀態(tài)，激光二極管器件可以分類為發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)在垂直方向上排列的SAL(可飽和吸收體層)型和WI (弱指數(shù)波導(dǎo) (weakly index guide))型，以及發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)在共振器方向并列設(shè)置的雙區(qū) (bi-section，二分)型。例如，日本待審專利申請(qǐng)公開No. 2004-007002、2004_188678和 2008-047692中披露了雙區(qū)型激光二極管器件。已知雙區(qū)型GaN激光二極管器件與SAL型激光二極管器件相比，具有較大的可飽和吸收效果并且能夠產(chǎn)生具有更窄寬度的光脈沖。
通常，雙區(qū)型GaN激光二極管器件包括層壓結(jié)構(gòu)，在所述層壓結(jié)構(gòu)中，具有第一導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一化合物半導(dǎo)體層、具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層、以及具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第二化合物半導(dǎo)體層被順次層疊；形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上的條形第二電極；以及電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層的第一電極。所述第二電極被隔離槽被分隔為第一部分和第二部分，所述第一部分用于通過所述發(fā)光區(qū)將直流電流施加至所述第一電極而得到正向偏壓狀態(tài)(forward bias state)，所述第二部分用于從所述第一電極經(jīng)由所述可飽和吸收區(qū)增加電場(chǎng)。發(fā)明內(nèi)容
為了在雙區(qū)型GaN激光二極管器件中實(shí)現(xiàn)脈沖操作，將載流子注入所述發(fā)光區(qū)同時(shí)向所述可飽和吸收區(qū)施加反向偏壓。因此，與在連續(xù)振蕩操作時(shí)的激光二極管器件相比， 可飽和吸收區(qū)的負(fù)載大。作為本發(fā)明發(fā)明人的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)所述第二電極的第二部分或所述可飽和吸收區(qū)容易損壞，導(dǎo)致長期可靠性差。在前述的日本待審專利申請(qǐng)公開中，沒有提及在所述第二電極的第二部分、或所述可飽和吸收區(qū)中損壞的產(chǎn)生。
鑒于以上問題，在本發(fā)明中，希望提供一種雙區(qū)型GaN激光二極管器件，所述雙區(qū)型GaN激光二極管器件具有在第二電極的第二部分、或可飽和吸收區(qū)中不太可能發(fā)生損壞的配置和結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式，提供了一種激光二極管器件，所述激光二極管器件包括層壓結(jié)構(gòu)，在所述層壓結(jié)構(gòu)中，具有第一導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一化合物半導(dǎo)體層(有源層)、具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層、以及具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型并且由 GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第二化合物半導(dǎo)體層被順次層疊；形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上的第二電極；以及電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層的第一電極。所述層壓結(jié)構(gòu)具有脊條結(jié)構(gòu)(ridge stripe structure)。所述第二電極通過隔離槽被分隔為通過所述發(fā)光區(qū)將直流電流施加至所述第一電極得到正向偏壓狀態(tài)的第一部分和將電場(chǎng)加至所述可飽和吸收區(qū)的第二部分。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光二極管器件中，滿足1 < W2/WMIN，優(yōu)選滿足 1. 5彡ff2/ffMIN彡20，并且更優(yōu)選滿足2. 0彡ff2/ffMIN彡10，其中，脊條結(jié)構(gòu)的最小寬度是Wmin， 并且在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中，第二電極的第二部分的脊條結(jié)構(gòu)的寬度是W2。在滿足W2/WMIN<20的情形中，能夠確保維持單模(single mode)。具有最小寬度 Wmin的脊條結(jié)構(gòu)部分可位于發(fā)光區(qū)中，或可位于可飽和吸收區(qū)中。然而，在最優(yōu)選的情形中， 所述具有最小寬度Wmin的脊條結(jié)構(gòu)部分位于層壓結(jié)構(gòu)的端面中。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的激光二極管器件中，在脊條結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上設(shè)置有第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)，在所述第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)中，所述第二化合物半導(dǎo)體層是暴露的，并且滿足1 < L2Zlhre，優(yōu)選滿足1. 1 ( L2ZVare ( 2. 0，更優(yōu)選滿足 1. 15 ^ L2A^ave ^ 1. 25，其中，從構(gòu)成發(fā)光區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層部分到第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)的頂面的平均距離是Lhre,并且在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中，從構(gòu)成可飽和吸收區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層部分到第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)的頂面的距離是L2。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的激光二極管器件中，優(yōu)選滿足2. 0 ^ D2/ D1^ave ^ 3. 5，其中發(fā)光區(qū)中的第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)沿著與脊條結(jié)構(gòu)的軸線方向垂直的方向的平均寬度是D1-■，并且在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中，可飽和吸收區(qū)中的第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)沿著與脊條結(jié)構(gòu)的軸線方向垂直的方向的寬度是D2。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的激光二極管器件中，滿足H2AVare < 1，優(yōu)選滿足0. 85彡H2AVave ^0. 98,并且更優(yōu)選滿足0. 90彡H2A^ave彡0. 95，其中發(fā)光區(qū)中的脊條結(jié)構(gòu)的平均高度是H1-,,并且在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中，第二電極的第二部分的脊條結(jié)構(gòu)的高度是H2。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的激光二極管器件中，所述第二電極的第二部分由多個(gè)部分構(gòu)成。對(duì)于所述多個(gè)部分的數(shù)量，可以為例如2或3。在第二電極的第二部分由多個(gè)部分構(gòu)成的情形中，第二電極的第二部分可通過第二隔離槽分隔為多個(gè)部分。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的激光二極管器件中，在可飽和吸收區(qū)的電場(chǎng)集中的區(qū)域上提供減小光限制作用的減小部分。減小光限制作用的減小部分可以與，例如，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光二極管器件的構(gòu)成特征組合。即，可以通過滿足1 < W2/WMIN、優(yōu)選滿足1. 5 ^ ff2/ffMIN ^ 20、 更優(yōu)選滿足2. 0 ^ ff2/ffMIN ^ 10而具體化所述減小光限制作用的減小部分，其中脊條結(jié)構(gòu)的最小寬度是Wmin，并且在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中，第二電極的第二部分的脊條結(jié)構(gòu)的寬度是W2。此外，減小光限制作用的減小部分與，例如，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的激光二極管器件的構(gòu)成特征組合。即，可以通過在所述脊條結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上設(shè)置暴露第二化合物半導(dǎo)體層的第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)并且滿足1 < L2Zl1-■、優(yōu)選滿足1. 1彡L2ZVave ( 2. 0、更優(yōu)選滿足1. 15 ( L2ZVave ( 1- 25而具體化減小光限制作用的減小部分，其中，從構(gòu)成發(fā)光區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層部分到第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)的頂面的平均距離是Lhve，并且在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中，從構(gòu)成可飽和吸收區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層部分到第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)的頂面的距離是 L20此外，通過滿足2. 0彡D2ZlVare彡3. 5能夠具體化減小光限制作用的減小部分，其中發(fā)光區(qū)中的第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)沿著與脊條結(jié)構(gòu)的軸線方向垂直的方向的平均寬度是Dpare，并且在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中，可飽和吸收區(qū)中的第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)沿著與脊條結(jié)構(gòu)的軸線方向垂直的方向的寬度是D2。此外，減小光限制作用的減小部分與，例如，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的激光二極管器件的構(gòu)成特征組合。 即，通過滿足H2AVave < 1、優(yōu)選滿足0. 85 ( H2A^ave ( 0. 98、并且更優(yōu)選滿足0. 90 ( H2/ H1^ave ( 0. 95能夠具體化所述減小光限制作用的減小部分，其中所述發(fā)光區(qū)中的脊條結(jié)構(gòu)的平均高度是Hp·，并且在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中，第二電極的第二部分的脊條結(jié)構(gòu)的高度是H2。此外，所述減小光限制作用的減小部分與，例如，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的激光二極管器件的構(gòu)成特征組合。即，通過由多個(gè)部分構(gòu)成所述第二電極的第二部分能夠具體化所述減小光限制作用的減小部分。對(duì)于所述多個(gè)部分的數(shù)量，可以為例如2或3。作為發(fā)明人研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)損壞經(jīng)常發(fā)生在第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中的第二電極的第二部分中(在一些情形中，在下文中稱為“第二電極的第二部分的界面區(qū)域”)。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光二極管器件中，由于滿足1 < w2/wMIN， 電場(chǎng)不太可能集中在第二電極的第二部分的界面區(qū)域上，并且在第二電極的第二部分中不容易發(fā)生損壞。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的激光二極管器件中，滿ML2A^are > 1，在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的激光二極管器件中，滿足吐/!^· < 1。因此，減少了在可飽和吸收區(qū)的與第二電極的第二部分的界面區(qū)域?qū)?yīng)的部分(在一些情形中，在下文中稱為“可飽和吸收區(qū)的界面區(qū)域”)的電場(chǎng)集中。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的激光二極管器件中，第二電極的第二部分由多個(gè)部分構(gòu)成。因此，在第二電極的第二部分中產(chǎn)生的熱容易擴(kuò)散，相應(yīng)地，在第二電極的第二部分中不容易發(fā)生損壞。此外，由于可飽和吸收區(qū)由多個(gè)部分構(gòu)成，電場(chǎng)不容易集中在可飽和吸收區(qū)的界面區(qū)域上，并且在可飽和吸收區(qū)的界面區(qū)域不容易發(fā)生損壞。在根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的激光二極管器件中，在可飽和吸收區(qū)的電場(chǎng)集中的區(qū)域上設(shè)置有減小光限制作用的減小部分。因此，在可飽和吸收區(qū)的界面區(qū)域中不容易發(fā)生損壞。應(yīng)當(dāng)理解，上文的總體說明和以下的詳細(xì)說明都是示例性的，用于對(duì)所要求保護(hù)的技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的解釋。


包括附圖以用于對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其結(jié)合到本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。這些附圖示出了實(shí)施方式，并且與說明書一起用于解釋本技術(shù)的原理。CN 102545036 A圖1A、圖IB和圖IC是第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的示意性平面圖。圖2A、圖2B和圖2C是第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的示意性平面圖。圖3是沿著第一示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件的共振器延伸的方向的示意性端面圖(沿TL平面切割的示意性端面圖)。圖4是沿著與第一示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件的共振器延伸的方向垂直的方向的示意性截面圖(沿η平面切割的示意性截面圖)。圖5A是第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的示意性平面圖，圖5B和圖5C是沿著激光二極管器件的共振器延伸的方向的示意性截面圖(沿)(Z平面切割的示意性截面圖)。圖6A和圖6B是第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的示意性端面圖。圖7A和圖7B是第二示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件的示意性端面圖。圖8是第三示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的示意性平面圖。圖9A和圖9B是示意性示出通過利用本發(fā)明的實(shí)施方式的激光二極管器件配置外部共振器來進(jìn)行鎖模操作的激光二極管組件的示圖。圖10是沿著第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的修改例的共振器延伸的方向的示意性端面圖(沿TL平面切割的示意性端面圖)。圖11是沿著第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的另一修改例的共振器延伸的方向的示意性端面圖(沿TL平面切割的示意性端面圖)。圖12是從第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的修改例中脊條結(jié)構(gòu)的上方觀察的示意圖。圖13A和圖1 是用于解釋第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的制造方法的基板等的示意性局部截面圖。圖14A和圖14B是在圖1 后用于解釋第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的制造方法的基板等的示意性局部截面圖。圖15是在圖14B后用于解釋第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的制造方法的基板等的示意性局部截面圖。
具體實(shí)施例方式盡管將參照附圖根據(jù)實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明不限制于這些示例性實(shí)施方式，并且在示例性實(shí)施方式中的各種數(shù)值和材料是示例性的。將按照下面的順序進(jìn)行說明1.根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式的激光二極管器件的說明以及總體說明2.第一示例性實(shí)施方式(根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式和第五實(shí)施方式的激光二極管器件)3.第二示例性實(shí)施方式(根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式、第三實(shí)施方式和第五實(shí)施方式的激光二極管器件)4.第三示例性實(shí)施方式(根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式和第五實(shí)施方式的激光二極管器件)以及其它
[根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式的激光二極管器件的說明以及整體說明]在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式的激光二極管器件中，第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻值是第二電極和第一電極之間電阻值的1*10倍以上，優(yōu)選1*102倍以上，并且更優(yōu)選1*103倍以上。此外，期望第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻值是Ι*102Ω以上，優(yōu)選Ι*ΙΟ3Ω以上，并且更優(yōu)選Ι*104Ω以上。在如上文所述的激光二極管器件中，第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻值是第二電極和第一電極之間電阻值的1*10倍以上，或者為1*102倍以上。因此，可可靠地抑制第二電極中從第一部分到第二部分的漏電流。即，允許增加施加到可飽和吸收區(qū)(載流子非注入?yún)^(qū))的反向偏壓vsa。因此，可實(shí)現(xiàn)具有短持續(xù)時(shí)間的光脈沖的單鎖模操作。此外，僅通過隔離槽將第二電極分隔為第一部分和第二部分就可實(shí)現(xiàn)第二電極的第一部分和第二部分之間的這種高電阻值。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式的激光二極管器件中，盡管沒有限制，第三化合物半導(dǎo)體層可以具有包括阱層(well layer)和勢(shì)壘層(barrier layer)的量子阱結(jié)構(gòu)。所述阱層的厚度可以是Inm到IOnm(包括端值)，并且優(yōu)選為Inm 到8nm(包括端值)。勢(shì)壘層的摻雜濃度可以是2*1018cnT3到l*102°cnT3(包括端值)，并且優(yōu)選為l*1019cnT3到l*102°cnT3 (包括端值)。如上文所述，在構(gòu)成第三化合物半導(dǎo)體層的阱層的厚度被規(guī)定成Inm到IOnm(包括端值)，并且構(gòu)成第三化合物半導(dǎo)體層的勢(shì)壘層的摻雜濃度被規(guī)定成2*1018cnT3到 l*102°cnT3(包括端值)的情形下，即，在減小阱層的厚度并且增加第三化合物半導(dǎo)體層的載流子的情形下，可減小壓電極化的影響，并且可得到能夠產(chǎn)生具有短持續(xù)時(shí)間和小子脈沖成分的單峰光脈沖的激光源。此外，通過低反向偏壓可實(shí)現(xiàn)鎖模驅(qū)動(dòng)，并且可產(chǎn)生與外部信號(hào)(電信號(hào)和光信號(hào))同步的光脈沖串。在勢(shì)壘層中摻雜的雜質(zhì)可以是硅(Si)。然而，摻雜的雜質(zhì)不限制于硅，還可使用其它的物質(zhì)，例如氧(0)。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式的激光二極管器件中，期望將第二電極分隔成第一部分和第二部分的隔離槽的寬度為2μπι以上并且是激光二極管器件中的共振器長度(在下文中簡稱為“共振器長度”)的40%或更小，并且優(yōu)選是IOymW 上并且是共振器長度的20%或更小。對(duì)于共振器長度，可以為例如0.6mm。然而，共振器長度不限于0. 6mm。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式的激光二極管器件中，優(yōu)選激光從發(fā)光區(qū)側(cè)的層壓結(jié)構(gòu)的端面(光發(fā)射端面)輸出。包括前述優(yōu)選形式和前述優(yōu)選配置的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式的激光二極管器件(在一些情形中，簡稱為“本發(fā)明的激光二極管器件”)可以是具有脊條型分隔限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)的激光二極管器件。此外，本發(fā)明的激光二極管器件可以是具有斜脊條型分隔限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)的激光二極管器件。此外，在本發(fā)明的激光二極管器件中， 通過從第二電極的第一部分經(jīng)由發(fā)光區(qū)流到第一電極的直流電流而得到正向偏壓狀態(tài)以及通過在第一電極和第二電極的第二部分之間施加電壓而向可飽和吸收區(qū)添加電場(chǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自脈動(dòng)操作和鎖模操作。在本發(fā)明的激光二極管器件中，第二電極可由鈀(Pd)單層、鎳(Ni)單層、鉬(Pt)單層、鈀層接觸第二化合物半導(dǎo)體層的鈀層和鉬層的層壓結(jié)構(gòu)、或鈀層接觸第二化合物半導(dǎo)體層的鈀層和鎳層的層壓結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在下金屬層由鈀構(gòu)成并且上金屬層由鎳構(gòu)成的情形下，期望上金屬層的厚度是0. 1 μ m以上，并且優(yōu)選是0. 2 μ m以上。此外，第二電極優(yōu)選由鈀(Pd)單層構(gòu)成。在這種情形下，其厚度期望是20nm以上，并且優(yōu)選是50nm以上。此外， 第二電極優(yōu)選由鈀(Pd)單層、鎳(Ni)單層、鉬(Pt)單層、下金屬層接觸第二化合物半導(dǎo)體層的下金屬層和上金屬層的層壓結(jié)構(gòu)構(gòu)成(然而，下金屬層由從鈀、鎳和鉬組成的組中的選擇的一種金屬構(gòu)成；并且上金屬層由具有在后述步驟D中形成第二電極中的隔離層的蝕刻率等于、近似于、或高于下金屬層的蝕刻率的金屬構(gòu)成)。此外，期望在后述步驟D中形成第二電極中的隔離層所用的蝕刻劑是王水、硝酸、硫酸、鹽酸、或由這些酸中的至少兩種構(gòu)成的混合液體(具體地，由硝酸和硫酸構(gòu)成的混合液，或由硫酸和鹽酸構(gòu)成的混合液)。在本發(fā)明的激光二極管器件中，可飽和吸收區(qū)的長度可以比發(fā)光區(qū)的長度短。此外，第二電極的長度(第一部分和第二部分的總長度)可以比第三化合物半導(dǎo)體層(有源層)的長度短。第二電極的第一部分和第二部分的排列狀態(tài)的具體例子可包括以下幾種1.設(shè)置有第二電極的一個(gè)第一部分和第二電極的一個(gè)第二部分，并且在第二電極的第一部分和第二電極的第二部分之間設(shè)置有隔離槽的狀態(tài)，2.設(shè)置有第二電極的一個(gè)第一部分和第二電極的兩個(gè)第二部分，第一部分的一端與一個(gè)第二部分相對(duì)并且其間設(shè)置一個(gè)隔離槽，而第一部分的另一端與另一個(gè)第二部分相對(duì)并且其間設(shè)置另一個(gè)隔離槽的狀態(tài)，和3.設(shè)置有第二電極的兩個(gè)第一部分和第二電極的一個(gè)第二部分，第二部分的一端與一個(gè)第一部分相對(duì)并且其間設(shè)置一個(gè)隔離槽，而第二部分的另一端與另一個(gè)第一部分相對(duì)并且其間設(shè)置另一個(gè)隔離槽的狀態(tài)(即，第二電極具有第二部分夾在第一部分之間的結(jié)構(gòu))。此外，更概括地講，第二電極的第一部分和第二部分的排列狀態(tài)的例子包括以下幾種4.設(shè)置有第二電極的N個(gè)第一部分和第二電極的(N-I)個(gè)第二部分，并且第二電極的第二部分夾在第二電極的第一部分之間的狀態(tài)，和5.設(shè)置有第二電極的N個(gè)第二部分和第二電極的(N-I)個(gè)第一部分，并且第二電極的第一部分夾在第二電極的第二部分之間的狀態(tài)。換言之，狀態(tài)4和5如下地描述4’ .設(shè)置有N個(gè)發(fā)光區(qū)[載流子注入?yún)^(qū)，增益區(qū)]和(N-I)個(gè)可飽和吸收區(qū)[載流子非注入?yún)^(qū)]，并且可飽和吸收區(qū)夾在發(fā)光區(qū)之間的狀態(tài)，和5’.設(shè)置有N個(gè)可飽和吸收區(qū)[載流子非注入?yún)^(qū)]和(N-I)個(gè)發(fā)光區(qū)[載流子注入?yún)^(qū)，增益區(qū)]，并且發(fā)光區(qū)夾在可飽和吸收區(qū)之間的狀態(tài)。在存在第二電極的多個(gè)第二部分的情形中，至少位于最靠近層壓結(jié)構(gòu)的光反射端面(層壓結(jié)構(gòu)的光發(fā)射端面的相對(duì)側(cè)面上的端面)的位置的第二電極的第二部分滿足以下規(guī)定即可根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光二極管器件的w2/wMIN，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的激光二極管器件的L2Zl1-■，和根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的激光二極管器件的 H2AVare，和根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的激光二極管器件的第二電極的第二部分由多個(gè)部分構(gòu)成。盡管與所要制造的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)有關(guān)，但可通過例如以下方法制造本發(fā)明的激光二極管器件。即，例如，可通過包括以下各個(gè)步驟的下述制造方法來制造本發(fā)明的激光二極管器件步驟A 在基板上形成層壓結(jié)構(gòu)，在所述層壓結(jié)構(gòu)中，具有第一導(dǎo)電型并且由GaN 化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一化合物半導(dǎo)體層、具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層、以及具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型并且由 GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第二化合物半導(dǎo)體層被順次層疊，步驟B 在所述第二化合物半導(dǎo)體層上形成第二電極，步驟C 利用第二電極作為蝕刻掩膜蝕刻部分第二化合物半導(dǎo)體層，由此形成脊條結(jié)構(gòu)，以及步驟D 形成用于在第二電極中形成隔離槽的抗蝕層，接著將抗蝕層用作濕蝕刻掩膜通過濕蝕刻法在第二電極中形成隔離槽，由此通過隔離槽將第二電極分隔成第一部分和第二部分。通過采用前述制造方法，即通過將第二電極用作蝕刻掩膜蝕刻部分第二化合物半導(dǎo)體層而形成脊條結(jié)構(gòu)。換言之，利用圖案化第二電極作為蝕刻掩膜通過自對(duì)準(zhǔn)方法形成脊條結(jié)構(gòu)。因此，在第二電極和脊條結(jié)構(gòu)之間不會(huì)發(fā)生接合處未對(duì)準(zhǔn)。此外，優(yōu)選通過濕蝕刻法在第二電極中形成隔離槽。與干蝕刻法不同，通過采用上述的濕蝕刻法可以抑制第二化合物半導(dǎo)體層的光學(xué)特性和電特性的劣化。因此，能夠可靠地防止光發(fā)射特性的劣化。盡管取決于所要制造的激光二極管制造的配置和結(jié)構(gòu)，但在步驟C中，可以在厚度方向蝕刻部分的第二化合物半導(dǎo)體層，可在沿厚度方向蝕刻全部的第二化合物半導(dǎo)體層，可在厚度方向蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層和第三化合物半導(dǎo)體層，或者可在厚度方向蝕刻部分第二化合物半導(dǎo)體層、第三化合物半導(dǎo)體層和第一化合物半導(dǎo)體層。此外，當(dāng)在前述的步驟D中形成第二電極中的隔離槽時(shí)，第二電極的蝕刻率是Ertl 并且層壓結(jié)構(gòu)的蝕刻率是Er1時(shí)，期望滿足ErcZEr1彡1*10，優(yōu)選滿足ErcZEr1彡1*102。在滿足前述關(guān)系式的情形中，可靠地蝕刻第二電極，而不會(huì)蝕刻層壓結(jié)構(gòu)(或者即使層壓結(jié)構(gòu)被蝕刻，蝕刻部分也很小)。此外，在本發(fā)明的激光二極管器件中，具體地講，層壓結(jié)構(gòu)可由AWaInN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。AlfeJnN化合物半導(dǎo)體的具體例子包括GaN、AWaN、GaInN和AlfeJnN。此外，這樣的化合物半導(dǎo)體可以根據(jù)需要包括硼(B)原子、鉈(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子或銻(Sb)原子。此外，期望構(gòu)成發(fā)光區(qū)(增益區(qū))和可飽和吸收區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層 (有源層)具有量子阱結(jié)構(gòu)。具體地講，第三化合物半導(dǎo)體層可具有單量子阱結(jié)構(gòu)[QW結(jié)構(gòu)]或多量子阱結(jié)構(gòu)[MQW結(jié)構(gòu)]。具有量子阱結(jié)構(gòu)的第三化合物半導(dǎo)體層(有源層)結(jié)構(gòu)中層疊有至少一個(gè)阱層和至少一個(gè)勢(shì)壘層。對(duì)于構(gòu)成阱層的化合物半導(dǎo)體和構(gòu)成勢(shì)壘層的化合物半導(dǎo)體的組合，可以為例如(InyGa(1_y)N，GaN), (InyGa(1_y)N, InzGa(1_z)N) [y > ζ]和 (InyGa(1_y)N，AlGaN)。此外，在本發(fā)明的激光二極管器件中，第二化合物半導(dǎo)體層可具有ρ型GaN層和ρ 型AKiaN層交替層疊的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的厚度可以是0.7μπι或更小。通過采用這樣的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，在維持包層(claddinglayer)所必要的高折射率的同時(shí)，能夠減小激光二極管器件的串聯(lián)電阻成分，使得激光二極管器件的操作電壓低。盡管對(duì)超點(diǎn)陣的厚度的下限值沒有限制，但是下限值例如為0.3 μ m。對(duì)于構(gòu)成超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的ρ型GaN層的厚度，厚度可以為例如Inm到5nm(包括端值)。對(duì)于構(gòu)成超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的ρ型AKiaN層的厚度，厚度可以為例如Inm到5nm(包括端值)。對(duì)于ρ型GaN層和ρ型AWaN層的總數(shù)，可以為例如60到300(包括端值)。此外，從第三化合物半導(dǎo)體層到第二電極的距離可以為Iym或更小，優(yōu)選為0. 6 μ m或更小。通過如上所述地定義從第三化合物半導(dǎo)體層到第二電極的距離，可減小具有高電阻的P型第二化合物半導(dǎo)體層的厚度，并且可減小激光二極管器件的操作電壓。盡管從第三化合物半導(dǎo)體層到第二電極的距離的下限值沒有限制，但例如，從第三化合物半導(dǎo)體層到第二電極的距離的下限值為0. 3μπι。此外，可以l*1019cnT3以上的水平在第二化合物半導(dǎo)體層摻雜Mg。第二化合物半導(dǎo)體層對(duì)來自第三化合物半導(dǎo)體層具有 405nm波長的光的吸收系數(shù)可以為至少SOcnT1。Mg的原子濃度來自顯示出2*1019cnT3的最大空穴濃度的物質(zhì)特性，并且是設(shè)計(jì)為最大空穴濃度，即，第二化合物半導(dǎo)體的比電阻最小的結(jié)果?？紤]到盡可能減小激光二極管器件的電阻來規(guī)定第二化合物半導(dǎo)體層的吸收系數(shù)。 結(jié)果，第三化合物半導(dǎo)體層的光的吸收系數(shù)通常為50CHT1。然而，可能將Mg摻雜量有意設(shè)置成2*1019cm_3以上的濃度以增加吸收系數(shù)。在這種情形下，用于得到有效空穴濃度的Mg 摻雜量的上限例如是8*1019cnT3。此外，第二化合物半導(dǎo)體層從第三化合物半導(dǎo)體層側(cè)開始可具有非摻雜化合物半導(dǎo)體層和P型化合物半導(dǎo)體層。從第三化合物半導(dǎo)體層到P型化合物半導(dǎo)體層的距離可以為1. 2*10_7或更小。通過如上所述地規(guī)定從第三化合物半導(dǎo)體層到 P型化合物半導(dǎo)體層的距離，可將內(nèi)部損耗抑制在不降低內(nèi)部量子效率的范圍。從而，可減小開始激光振蕩時(shí)的閾值電流密度。盡管沒有限制從第三化合物半導(dǎo)體層到P型化合物半導(dǎo)體層的距離的下限值，但下限值可以為例如5*10_8m。此外，在脊條結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上，可形成由Si02/Si層壓結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層壓絕緣膜。脊條結(jié)構(gòu)的有效折射率和層壓絕緣膜的有效折射率之間的差可以為5*10_3到1*10_2。通過使用這樣的層壓絕緣膜，即使在超過IOOmW的高輸出操作的情形下，仍可維持單基側(cè)模(singlefundamental lateral mode)。此外，第二化合物半導(dǎo)體層可具有例如從第三化合物半導(dǎo)體層側(cè)開始層疊非摻雜GaInN層(ρ側(cè)光導(dǎo)層)、非摻雜AlGaN層(ρ側(cè)包層)、Mg摻雜AlGaN層(電子勢(shì)壘層)、由GaN層(Mg摻雜)/ AlGaN層構(gòu)成的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(超點(diǎn)陣包層)和Mg摻雜GaN層(ρ側(cè)接觸層)的結(jié)構(gòu)。第三化合物半導(dǎo)體層中構(gòu)成阱層的化合物半導(dǎo)體的能帶隙期望為2. 4eV以上。此外，期望從第三化合物半導(dǎo)體層(有源層)發(fā)出的激光的波長為從360nm到500nm(包括端值)，優(yōu)選從 400nm到410nm(包括端值)。不用說，前述的各種配置可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合。在本發(fā)明中的激光二極管器件中，在基板上順次形成構(gòu)成激光二極管器件的各種 GaN化合物半導(dǎo)體層。除了藍(lán)寶石基板，基板的例子還可包括GaAs基板、GaN基板、SiC基板、氧化鋁基板、ZnS基板、ZnO基板、AIN基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、InP 基板、Si基板、以及在前述的基板的表面(主面)上形成基層和緩沖層的層壓體。主要是， 在基板上形成GaN化合物半導(dǎo)體層的情形中，由于缺陷密度小使得GaN基板是優(yōu)選的。然而，已知在GaN基板中，其特性根據(jù)生長平面從極性、非極性和半極性轉(zhuǎn)變，或轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性、 非極性和半極性。此外，形成構(gòu)成激光二極管器件的各種GaN化合物半導(dǎo)體層的方法的例子可包括金屬有機(jī)化學(xué)蒸汽沉積法(M0CVD法和MOVPE法)、分子束外延法(MBE法)、鹵素促進(jìn)轉(zhuǎn)移或反應(yīng)的氫化物蒸汽生長法。在MOCVD法中有機(jī)鎵源氣體的例子可包括三甲基鎵(TMG)氣體和三乙基鎵(TEG) 氣體。氮源氣體的例子可包括氨氣和胼氣。在形成具有η型導(dǎo)電性的GaN化合物半導(dǎo)體層的形成中，例如，可添加硅(Si)作為η型雜質(zhì)(η型摻雜劑)。在形成具有P型導(dǎo)電性的 GaN化合物半導(dǎo)體層的形成中，例如，可添加鎂(Mg)作為ρ型雜質(zhì)(ρ型摻雜劑)。此外，在包含鋁(Al)或銦(In)作為GaN化合物半導(dǎo)體層的構(gòu)成原子的情形中，三甲基鋁(TMA)氣體可用作Al源，而三甲基銦(TMI)氣體可用作h源。此外，單硅烷氣體(SiH4氣體)可用作Si源，并且環(huán)戊二烯基鎂、甲基環(huán)戊二烯基鎂或雙甲基環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)可用作Mg 源。除了 Si，n型雜質(zhì)(η型摻雜劑)的例子還可包括Ge、Se、Sn、C、Te、S、0、Pd和Po。除了 Mg，ρ型雜質(zhì)(ρ型摻雜劑)的例子還可包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型是η型時(shí)，期望電連接至具有η型導(dǎo)電型的第一化合物半導(dǎo)體層的第一電極具有包含選自金(Au)、T銀(Ag)、鉬(Pd)、鋁(Pd)、鈦(Ti)、鎢(吣、01(銅)、 Zn(鋅)、砷(Sn)和銦(In)構(gòu)成的組中的至少一種金屬的單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，可以為例如Ti/Au、Ti/Al和Ti/Pt/Au。第一電極電連接至第一化合物半導(dǎo)體層。可在第一化合物半導(dǎo)體層上形成第一電極，并且第一電極可通過其與第一化合物半導(dǎo)體層之間的導(dǎo)電材料或?qū)щ娀暹B接至第一化合物半導(dǎo)體層。可通過PVD法，例如真空蒸發(fā)法和濺射法形成第一電極和第二電極?？稍诘谝浑姌O和第二電極上設(shè)置墊電極(pad electrode)以與外部電極或電路電連接。期望墊電極具有包含選自Ti(鈦)、鋁(Al)、Pt(鉬)、Au(金)和鎳(Ni)構(gòu)成的組中的至少一種金屬的單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。此外，墊電極可具有例如Ti/Pt/Au多層結(jié)構(gòu)和 Ti/Au多層結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中的激光二極管器件中，如上文所述，期望在第一電極和第二電極的第二部分之間施加反向偏壓(即，第一電極是正極并且第二部分是負(fù)極)?？梢詫⑴c施加至第二電極的第一部分的脈沖電流或脈沖電壓同步的脈沖電流或脈沖電壓施加至第二電極的第二部分?？上虻诙姌O的第二部分施加直流偏壓(direct current bias)。此外，電流可從第二電極經(jīng)由發(fā)光區(qū)流向第一電極，并且外部電信號(hào)可從第二電極經(jīng)由發(fā)光區(qū)疊加到第一電極上。由此，激光可與外部電信號(hào)同步。此外，光信號(hào)可從層壓結(jié)構(gòu)的一個(gè)端面進(jìn)入。同樣，激光由此與光信號(hào)同步。此外，在第二化合物半導(dǎo)體層中，可在第三化合物半導(dǎo)體層和電子勢(shì)壘層之間形成非摻雜化合物半導(dǎo)體(例如，非摻雜GaInN層或非摻雜AWaN 層)。此外，可在第三化合物半導(dǎo)體層和非摻雜化合物半導(dǎo)體層之間形成作為光導(dǎo)層的非摻雜feiInN層。第二化合物半導(dǎo)體層的最上層可被Mg摻雜GaN層(ρ側(cè)接觸層)占據(jù)。本發(fā)明中的激光二極管器件可應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如光盤系統(tǒng)、通信領(lǐng)域、光信息領(lǐng)域、光電集成電路、應(yīng)用非線性光現(xiàn)象的領(lǐng)域、光開關(guān)、激光測(cè)量領(lǐng)域和各種分析領(lǐng)域、超快光譜領(lǐng)域、多光子激發(fā)光譜領(lǐng)域、質(zhì)量分析領(lǐng)域、使用多光子吸收的微光譜領(lǐng)域、化學(xué)反應(yīng)的量子控制、納米三維加工領(lǐng)域、應(yīng)用多光子吸收的各種加工領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和生物成像領(lǐng)域。[第一示例性實(shí)施方式]第一示例性實(shí)施方式涉及根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第五實(shí)施方式的激光二極管器件。圖IA到IC和圖2A到2C示出了第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的示意性平面圖。此外，圖3示出了沿著第一示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件的共振器延伸的方向的示意性端面圖(沿)(Z平面切割的示意性端面圖)。圖4示出了沿著與共振器延伸的方向垂直的方向的示意性截面圖(沿^平面切割的示意性截面圖)。圖3是沿著圖4中的線I-I的示意性端面圖。圖4是沿著圖3中的線II-II的示意性截面圖。第一示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件或后面描述的第二和第三示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件(在一些情形中，下文統(tǒng)稱為“第一示例性實(shí)施方式等的激光二極管器件”)是由雙區(qū)型激光二極管器件構(gòu)成的。激光二極管器件包括層壓結(jié)構(gòu)，在所述層壓結(jié)構(gòu)中，具有第一導(dǎo)電型(在各個(gè)示例性實(shí)施方式中，具體地講為η型導(dǎo)電型)并且由 GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一化合物半導(dǎo)體層30、具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū) (增益區(qū))41和可飽和吸收區(qū)42的第三化合物半導(dǎo)體層、以及具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型(在各個(gè)示例性實(shí)施方式中，具體地講為P型導(dǎo)電型)并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第二化合物半導(dǎo)體層50被順次層疊；形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層50上的第二電極62 ；以及電連接至第一化合物半導(dǎo)體層30的第一電極61。第二電極62通過隔離槽62C分隔為直流電流經(jīng)發(fā)光區(qū)(增益區(qū))41流向第一電極61以獲得正向偏壓狀態(tài)的第一部分62Α、以及將電場(chǎng)加至可飽和吸收區(qū)42的第二部分62Β。層壓結(jié)構(gòu)具有脊條結(jié)構(gòu)56。具體地講，層壓結(jié)構(gòu)是具有脊條型分隔限制異質(zhì)結(jié)構(gòu) (SCH)的激光二極管器件。更具體地講，激光二極管器件是開發(fā)用于藍(lán)光光盤系統(tǒng)的指數(shù)波導(dǎo)型Alfe^nN構(gòu)成的GaN激光二極管器件。第一化合物半導(dǎo)體層30、第三化合物半導(dǎo)體層40和第二化合物半導(dǎo)體層50具體是由AWaInN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的，更具體的講，在第一示例性實(shí)施方式等的激光二極管器件中具有下述表1中示出的層結(jié)構(gòu)。在表1中，所列項(xiàng)目按照從距離η型GaN基板21最遠(yuǎn)的層到距離η型GaN基板21最近的層的順序示出。 第三化合物半導(dǎo)體層40中構(gòu)成阱層的化合物半導(dǎo)體的能帶隙是3. 06eV。第一示例性實(shí)施方式等中的激光二極管器件設(shè)置在η型GaN基板21的(0001)面上。第三化合物半導(dǎo)體層 40具有量子阱結(jié)構(gòu)。η型GaN基板21的(0001)面也被稱為“C面”，并且是具有極性的結(jié)晶面。表 1第二化合物半導(dǎo)體層50ρ型GaN接觸層(Mg摻雜)55ρ型GaN (Mg摻雜)/AlGaN超點(diǎn)陣包層54ρ型AlGaN電子勢(shì)壘層(Mg摻雜)53
非摻雜AlGaN包層52非摻雜feilnN光導(dǎo)層51第三化合物半導(dǎo)體層40GaInN量子阱有源層(阱層=Gi^Jnatl8N/勢(shì)壘層=G^l98Inatl2N)第一化合物半導(dǎo)體層30η 型 GaN 包層 32η 型 AlGaN 包層 31其中阱層(兩層)10. 5nm非摻雜
勢(shì)壘層(三層)14nm非摻雜 此外，通過RIE法去除部分ρ型GaN接觸層55和部分ρ型GaN/AWaN超點(diǎn)陣包層54，并且形成脊條結(jié)構(gòu)56。在脊條結(jié)構(gòu)56的兩側(cè)，形成由Si02/Si構(gòu)成的層壓絕緣膜57。 SiO2層為下層并且Si層為上層。脊條結(jié)構(gòu)56的有效折射率和層壓絕緣膜57的有效折射率之間的差為5*10_3到1*10_2 (包括端值)，具體地為7*10_3。在相當(dāng)于脊條結(jié)構(gòu)56的頂面的P型GaN接觸層55上，形成第二電極(ρ側(cè)歐姆電極)62，同時(shí)，在η型GaN基板21的背面，形成Ti/Pt/Au構(gòu)成的第一電極(η側(cè)歐姆電極)。在第一示例性實(shí)施方式等的激光二極管器件中，在第三化合物半導(dǎo)體層40及其附近區(qū)域產(chǎn)生的光密度分布中，為Mg摻雜化合物半導(dǎo)體層的ρ型AWaN電子勢(shì)壘層53、ρ 型GaN/AWaN超點(diǎn)陣包層M和ρ型GaN接觸層55排列成盡可能彼此不重疊。由此，將內(nèi)部損耗抑制在不降低內(nèi)部量子效率的范圍。因此，減小開始激光振蕩的閾值電流密度。具體地講，將從第三化合物半導(dǎo)體層40到ρ型AWaN電子勢(shì)壘層53的距離設(shè)置成0. 01 μ m， 將脊條結(jié)構(gòu)56的高度設(shè)置成0. 30 μ m,將位于第二電極62和第三化合物半導(dǎo)體層40之間的第二化合物半導(dǎo)體層50的厚度設(shè)置成0. 50 μ m,并且將ρ型GaN/AWaN超點(diǎn)陣包層M的位于第二電極62下方的部分的厚度設(shè)置成0. 40 μ m。在第一示例性實(shí)施方式等的激光二極管器件中，第二電極62通過隔離槽62C分隔為直流電流經(jīng)由發(fā)光區(qū)(增益區(qū))41流至第一電極61而獲得正向偏壓狀態(tài)的第一部分 62A、以及將電場(chǎng)加至可飽和吸收區(qū)42的第二部分62B (將反向偏壓Vsa加到可飽和吸收區(qū) 42的第二部分62B)。第二電極62的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻值(也稱為 “分隔電阻值”)是第二電極62和第一電極61之間電阻值的1*10倍以上，并且具體是第二電極62和第一電極61之間電阻值的1. 5*103倍。此外，第二電極62的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻值(分隔電阻值)為1*102Ω以上，具體為1.5*104Ω。在第一示例性實(shí)施方式等的激光二極管器件中，在發(fā)光區(qū)側(cè)的層壓結(jié)構(gòu)的端面 (光發(fā)射端面)發(fā)出激光。在光發(fā)射端面上形成，例如，反射率0.5%或更小、優(yōu)選0.3%或更小的無反射涂層(AR)或低反射涂層。同時(shí)，在與激光二極管器件10的光發(fā)射端面相對(duì)的光反射端面上，形成反射率85%以上、優(yōu)選95%以上的高反射涂層0 )。在附圖中沒有示出無反射涂層(AR)、低反射涂層和高反射涂層0 )?？娠柡臀諈^(qū)42設(shè)置在與激光二極管器件10中的光發(fā)射端面相對(duì)的光反射端面上。無反射涂層或低反射涂層的例子包括選自氧化鈦層、氧化鉭層、氧化鋯層、氧化硅層和氧化鋁層構(gòu)成的組中的至少兩種類型的層構(gòu)成的層壓結(jié)構(gòu)。如上文所述，期望在第二化合物半導(dǎo)體層50上形成具有分隔電阻值為1*102Ω的第二電極62。與現(xiàn)有的GaAs激光二極管器件不同，在GaN激光二極管器件的情形中，具有 P型導(dǎo)電型的化合物半導(dǎo)體中的移動(dòng)性小。因此，無需通過離子注入等將具有P型導(dǎo)電型的第二化合物半導(dǎo)體層50設(shè)置為高電阻，而通過形成在其上的隔離槽62C分隔第二電極62， 可以使第二電極62的第一部分62Α和第二部分62Β之間的電阻值變成第二電極62和第一電極61之間電阻值的10倍以上，或者第二電極62的第一部分62Α和第二部分62Β之間的電阻值變成1*102Ω以上。在第一示例性實(shí)施方式等的激光二極管器件10中，滿足1 < W2/WMIN，優(yōu)選滿足 1. 5彡ff2/ffMIN彡20，更優(yōu)選滿足2. 0彡ff2/ffMIN彡10，其中脊條結(jié)構(gòu)56的最小寬度是Wmin，并且在第二電極62的第二部分62B和隔離槽62C之間的界面中，第二電極62的第二部分62B 的脊條結(jié)構(gòu)56的寬度是W2。
此外，在第一示例性實(shí)施方式等的激光二極管器件10中，在可飽和吸收區(qū)42的電場(chǎng)集中的區(qū)域中設(shè)置減小光限制作用的減小部分。具體地講，通過1 <w2/wMIN而具體化減小部分，其中脊條結(jié)構(gòu)56的最小寬度是Wmin，并且在第二電極62的第二部分62B和隔離槽 62C之間的界面中，第二電極62的第二部分62B的脊條結(jié)構(gòu)56的寬度是W2。其示意平面圖在圖IA中示出的激光二極管器件10中，第二電極62的第一部分 62A的寬度等于最小寬度是WMIN(固定值)。此外，在第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域中，第二電極62的第二部分62B的寬度是最寬的(在附圖中通過箭頭“P”指示，在一些情形中稱為“界面區(qū)域P”，下同)，為W2,并且該寬度向光反射端面逐漸收窄。在圖IA到1C、 圖2A到2C、圖5A、圖8和圖12中，將隔離槽加上陰影以清晰地指出隔離槽。其示意平面圖在圖IB中示出的激光二極管器件10中，第二電極62的第一部分 62A的寬度等于最小寬度是Wmin (固定值)。此外，從第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域P到光反射端面，第二電極62的第二部分62B的寬度是固定值W2。其示意平面圖在圖IC中示出的激光二極管器件10中，第二電極62的第一部分 62A的寬度在光發(fā)射端面為最小寬度Wmin，并且向光發(fā)射端面變寬。此外，第二電極62的第二部分62B的寬度從第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域P向光反射端面變寬，并且界面區(qū)域P的寬度是W2。其示意平面圖在圖2A中示出的激光二極管器件10中，第二電極62的第一部分 62A的寬度具有等于最小寬度Wmin(固定值)的區(qū)域。此外，第二電極62的第一部分62A的寬度在隔離槽62C附近變寬。此外，在第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域P中，第二電極62的第二部分62B的寬度最寬，為W2，并且向光反射端面逐漸變窄。其示意平面圖在圖2B中示出的激光二極管器件10中，第二電極62的第一部分 62A的寬度具有等于最小寬度Wmin(固定值)的區(qū)域。此外，第二電極62的第一部分62A的寬度在隔離槽62C附近變寬。此外，從第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域P到光反射端面，第二電極62的第二部分62B的寬度是固定值W2。其示意平面圖在圖2C中示出的激光二極管器件10中，第二電極62的第一部分 62A的寬度在光發(fā)射端面為最小寬度Wmin，并且向光反射端面變寬。此外，在第二電極62的第二部分62B中的界面區(qū)域P中，第二電極62的第二部分62B的寬度最寬，為W2,并且向光反射端面逐漸變窄。在上述的第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件10中，具有最小寬度Wmin的脊條結(jié)構(gòu)56的部分位于發(fā)光區(qū)41中，并且位于層壓結(jié)構(gòu)的光發(fā)射端面。如上文所述，在第一示例性實(shí)施方式的激光二極管器件10中，滿SW2/WMIN> 1。因此，電場(chǎng)不太可能集中在第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域P上，并且在第二電極62 的第二部分62B中不容易發(fā)生損壞。此外，電場(chǎng)不太可能集中在可飽和吸收區(qū)的界面區(qū)域上。結(jié)果，能夠減小光密度，并且在可飽和吸收區(qū)42的界面區(qū)域上不容易發(fā)生損壞。第二電極62的第一部分62A和第二部分62B的平面形狀不限制于圖IA到圖IC和圖2A到圖2C 中所示的例子。例如，在圖2C示出的激光二極管器件(為了方便，稱為“示例性實(shí)施方式IA和示例性實(shí)施方式IB的激光二極管器件”)中，激光二極管器件10的共振器長度是600 μ m,第二電極62的第一部分62A、第二部分62B和隔離槽62C的長度分別是560 μ m、30 μ m和10 μ m,W1-M1n為1. 5 μ m，而W2為2. 5 μ m(示例性實(shí)施方式1A)或5. 0 μ m(示例性實(shí)施方式1B)。同時(shí)，制造其中第二電極62的第一部分62A和第二部分62B的寬度是固定值 (1. 5 μ m)的激光二極管器件作為對(duì)照例1。增加流向發(fā)光區(qū)(增益區(qū))41的電流Ig，增加施加到可飽和吸收區(qū)42的電壓值 Vsa，并且由此進(jìn)行鎖模操作。測(cè)量在示例性實(shí)施方式1A、示例性實(shí)施方式IB和對(duì)照例1的激光二極管器件發(fā)生損壞時(shí)流向可飽和吸收區(qū)42的電流。可以將電流IsaU為是插入到可飽和吸收區(qū)42的光量。如果能夠改善由于電場(chǎng)集中導(dǎo)致的劣化，可以增加電流Ig和電壓值Vsa，由此有可能增加電流Isa。結(jié)果如下。從該結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，增加W2的值，能夠增加能夠流向可飽和吸收區(qū)42的電流值(能夠被吸收到可飽和吸收區(qū)42的光量)。換言之，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)不太可能集中在可飽和吸收區(qū)42的界面區(qū)域上。示例性實(shí)施方式IA 14毫安示例性實(shí)施方式IB 25毫安對(duì)照例1:10毫安第二電極62的要求的特征如下1.包括在蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層50中用作蝕刻掩膜的功能，2.第二電極62能夠被濕法蝕刻，而不會(huì)劣化第二化合物半導(dǎo)體層50的光學(xué)和電學(xué)特性，3.在第二化合物半導(dǎo)體層50上形成第二電極62的情形中，呈現(xiàn)10_2Ω ^m2或更小的接觸比電阻值，4.在層壓結(jié)構(gòu)的情況下，構(gòu)成下金屬層的材料具有大功函，顯示出對(duì)第二化合物半導(dǎo)體層50的低接觸比電阻值，并且能夠被濕蝕刻，以及5.在層壓結(jié)構(gòu)的情況下，構(gòu)成上金屬層的材料對(duì)在形成脊條結(jié)構(gòu)中的蝕刻有耐性 (例如，在RIE法中使用的Cl2氣體)，并且能夠被濕蝕刻。在第一示例性實(shí)施方式等的激光二極管器件中，從具有0. 1 μ m厚度的Pd單層形成第二電極62。具有其中ρ型GaN層和ρ型AWaN層交替層疊的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的ρ型GaN/AWaN超點(diǎn)陣包層討的厚度為0. 7 μ m或更小，具體為0. 4 μ m。構(gòu)成超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的ρ型GaN層的厚度為2. 5nm。構(gòu)成超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的ρ型AlGaN層的厚度為2. 5nm。ρ型GaN層和ρ型AKkiN層的總數(shù)為60。此外，從第三化合物半導(dǎo)體層40到第二電極62的距離為1 μ m或更小，具體為 0. 5 μ m。此外，構(gòu)成第二化合物半導(dǎo)體層50的ρ型AlGaN電子勢(shì)壘層53、p型GaN/AWaN超點(diǎn)陣包層M和ρ型GaN接觸層55以l*1019cnT3以上的水平(具體地講，為2*1019cnT3的水平)的鎂摻雜。第二化合物半導(dǎo)體層50對(duì)具有405nm波長的光的吸收系數(shù)至少是50CHT1， 具體是65cm—1。此外，第二化合物半導(dǎo)體層50從第三化合物半導(dǎo)體層40側(cè)開始設(shè)置有非摻雜化合物半導(dǎo)體層(非摻雜GaInN光導(dǎo)層51和非摻雜AlGaN包層5 和ρ型化合物半導(dǎo)體層。從第三化合物半導(dǎo)體層40到ρ型化合物半導(dǎo)體層(具體地講，ρ型AWaN電子勢(shì)壘層53)的距離d是1. 2*l(T7m或更小，具體是IOOnm0將參照?qǐng)D13A、圖13B、圖14A、圖14B和圖15對(duì)制造第一示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件的方法進(jìn)行說明。圖13A、圖13B、圖14A和圖14B是沿H平面切割基板等的示意性局部截面圖。圖15是沿)(Z平面切割基板等的示意性局部端面圖。
[步驟-100]首先，根據(jù)公知的MOCVD法，在基板上，具體地講，在η型GaN基板21的(0001)面上形成層壓結(jié)構(gòu)，在所述層壓結(jié)構(gòu)中，具有第一導(dǎo)電型(η型導(dǎo)電型)并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一化合物半導(dǎo)體層30、包括由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)(增益區(qū))41 和可飽和吸收區(qū)42的第三化合物半導(dǎo)體層(有源層40)、以及具有與第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型(P型導(dǎo)電型)并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第二化合物半導(dǎo)體50層被順次層疊(參見圖13Α)。[步驟-110]接著，在第二化合物半導(dǎo)體層50上形成第二電極62。具體地講，根據(jù)真空蒸發(fā)法在第二化合物半導(dǎo)體層50的整個(gè)表面上形成Pd層63后(參見13Β)，根據(jù)光刻法技術(shù)在Pd 層63上形成蝕刻用的抗蝕層。在利用王水去除沒有用蝕刻用抗蝕層覆蓋的Pd層63后，除去蝕刻用抗蝕層。由此，能夠得到圖14Α所示的結(jié)構(gòu)。可以基于剝離法(liftoff method) 在第二化合物半導(dǎo)體層50上形成第二電極。[步驟-120]接著，通過將第二電極62用作蝕刻用掩膜來蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層50的至少一部分來形成脊條結(jié)構(gòu)56。具體地講，將第二電極62用作蝕刻用掩膜，基于使用Cl2氣的 RIE法蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層50的一部分。由此，能夠得到圖14B示出的結(jié)構(gòu)。如上文所述，通過用圖案化第二電極62作為蝕刻用掩膜的自對(duì)準(zhǔn)方法形成脊條結(jié)構(gòu)56。因此，在第二電極62和脊條結(jié)構(gòu)56之間不會(huì)發(fā)生未對(duì)準(zhǔn)。[步驟-130]此后，形成用于在第二電極62中形成隔離槽的抗蝕層64 (參見圖15)。標(biāo)識(shí)數(shù)字 65表示在抗蝕層64中提供的用于形成隔離槽的孔。接著，通過用抗蝕層64作為濕蝕刻用掩膜的濕蝕刻法在第二電極62中形成隔離槽62C，由此，通過隔離槽62C將第二電極62分隔成第一部分62A和第二部分62B。具體地講，將王水用作蝕刻液，整體浸入王水約10秒， 由此在第二電極62中形成隔離槽62C。此后，去除抗蝕層64。從而能夠得到圖3和圖4中示出的結(jié)構(gòu)。如上文所述，與干蝕刻法不同，通過采用濕蝕刻法，第二化合物半導(dǎo)體層50的光學(xué)特性和電學(xué)特性不會(huì)劣化。因此，不會(huì)劣化激光二極管器件的光發(fā)射特性。如果采用干蝕刻法，存在第二化合物半導(dǎo)體層50的內(nèi)部損耗α i增加、，閾值電壓增高以及光輸出降低的可能性。在這種情形中，確定ERcZER1 ^ 1*102，其中第二電極62的蝕刻率是ER。，而層壓結(jié)構(gòu)的蝕刻率是ER1:如上文所述，由于在第二電極62和第二化合物半導(dǎo)體層50之間存在高蝕刻選擇比，可以使第二電極62被可靠地蝕刻，而不會(huì)蝕刻層壓結(jié)構(gòu)(即使層壓結(jié)構(gòu)被蝕刻，蝕刻量也很小)。期望滿足ErcZEr1彡1*10，并且優(yōu)選滿足ErcZEr1彡1*102。第二電極62可具有由20nm厚的鉬(Pb)制成的下金屬層和由200nm厚的鎳(Ni) 制成的上金屬層構(gòu)成的層壓結(jié)構(gòu)。在使用王水的濕法蝕刻中，鎳蝕刻率是鉬蝕刻率的約 1. 25 倍。[步驟-140]此后，形成η側(cè)電極并且切開基板。此外，進(jìn)行封裝，從而能夠形成激光二極管器件10。
通常，使用構(gòu)成半導(dǎo)體層的材料的比電阻值P (Ω !11)、半導(dǎo)體層的長度)((|(111)、半導(dǎo)體層的截面面積S (m2)、載流子密度η (cm_3)、電荷量(C)和移動(dòng)性μ (m2/V sec)如下表達(dá)半導(dǎo)體層的電阻R(Q)。R= (P ‘ X0)/S = X0/(η · e · μ · S)由于ρ型GaN半導(dǎo)體的移動(dòng)性與ρ型GaAs半導(dǎo)體相比，移動(dòng)性小兩位(two-digit) 以上，所以很容易提高電阻值。因此，根據(jù)前述等式，發(fā)現(xiàn)具有小截面面積的脊條結(jié)構(gòu)的激光二極管器件的電阻值變成較大的值。通過四端子法測(cè)量制作出的激光二極管器件10的第二電極62的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻值。在隔離槽62C的寬度是20 μ m的情形中，第二電極62的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻值是MkQ。此外，在制作出的激光二極管器件10 中，通過使直流電流從第二電極62的第一部分62A經(jīng)由發(fā)光區(qū)41流向第一電極61而獲得正向偏壓狀態(tài)，并且通過第一電極61和第二電極62的第二部分62B之間施加反向偏壓 Vsa而將電場(chǎng)加至可飽和吸收區(qū)42，由此允許進(jìn)行自脈動(dòng)操作。S卩，第二電極62的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻值是第二電極62和第一電極61之間電阻值的10倍以上，或1*102Ω以上。因此，能夠可靠地抑制第二電極62的第一部分62Α到第二電極62的第二部分62Β的漏電流流動(dòng)。結(jié)果，發(fā)光區(qū)41能夠處于正向偏壓狀態(tài)，可飽和吸收區(qū)42能夠可靠地處于反向偏壓狀態(tài)，并且能夠可靠地執(zhí)行單模自脈動(dòng)操作。具體的講，光脈沖的脈沖寬度為30皮秒，并且基于時(shí)間平均功率(64毫瓦/秒，約72皮焦/脈沖)估計(jì)的脈沖峰功率為約2. 4瓦。[第二示例性實(shí)施方式]第二示例性實(shí)施方式涉及根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式、第三實(shí)施方式和第五實(shí)施方式的激光二極管器件。圖5Α示出了第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的示意性平面圖。圖5Β和圖5C示出了沿著圖5Α中的線E-E和線F-F的示意性截面圖(沿)(Ζ平面切割的示意性端面圖)。圖6Α示出了沿著圖5Α的線A-A的示意性端面圖，圖6Β示出了沿著圖5Α的線B-B的示意性端面圖，圖7Α示出了沿著圖5Α的線C-C的示意性端面圖，而圖7Β 示出了沿著圖5Α的線D-D的示意性端面圖。在圖6Α和圖6Β以及圖7Α和圖7Β中沒有示出層壓絕緣膜57。基于根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的激光二極管器件的說明，在第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件IOB中，在脊條結(jié)構(gòu)56的兩側(cè)上設(shè)置有第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū) 50Β，在所述第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)50Β中，所述第二化合物半導(dǎo)體層50是暴露的；并且滿足1 < L2A^ave，優(yōu)選滿足1. 1 ( L2ZVave ( 2. 0，其中，從構(gòu)成發(fā)光區(qū)41的第三化合物半導(dǎo)體層40部分到第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)50Β的頂面的平均距離是Lhve,并且在第二電極62的第二部分62Β和隔離槽62C之間的界面(界面區(qū)域P)中，從構(gòu)成可飽和吸收區(qū) 42的第三化合物半導(dǎo)體層40部分到第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)50Β的頂面的距離是L2。 此外，滿足2. 0 ^ D2ZlVave ^ 3. 5，其中發(fā)光區(qū)41中的第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)50B沿著與脊條結(jié)構(gòu)56的軸線方向(X方向)垂直的方向(Y方向)的平均寬度是IVave,并且在第二電極62的第二部分62B和隔離槽62C之間的界面(界面區(qū)域P)中，可飽和吸收區(qū)42中的第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)50B沿著與脊條結(jié)構(gòu)56的軸線方向(X方向)垂直的方向(Y 方向)的寬度是D2。為了方便，將與位于第二電極62下方的第二化合物半導(dǎo)體層50的部分50A相對(duì)的第二化合物半導(dǎo)體層部分稱為第二化合物半導(dǎo)體層對(duì)向區(qū)50C，在部分50A和對(duì)向區(qū)50C之間有第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)50B。此外，為了方便，將夾在第二化合物半導(dǎo)體層50的部分50A和第二化合物半導(dǎo)體層對(duì)向區(qū)50C之間的區(qū)域(在第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)50B上方的區(qū)域)稱為“凹部56" ”。這種結(jié)構(gòu)也經(jīng)常稱為“W脊結(jié)構(gòu)”。此外，基于根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的激光二極管器件的說明，在根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件IOB中，滿MH2AVave < 1，優(yōu)選滿足0. 85彡H2/ !Vave ^ 0. 98，其中發(fā)光區(qū)41中的脊條結(jié)構(gòu)56的平均高度是Hpave，并且在第二電極62的第二部分62B和隔離槽62C之間的界面(界面區(qū)域P)中，第二電極62的第二部分62B的脊條結(jié)構(gòu)56的高度是H2。具體地講，在第二示例性實(shí)施方式中，L2為80 μ m, L1^ave為65 μ m，H2為580 μ m， Hhve 為 595 μ m，D2 為 3 μ m，并且 D1^ave 為 7 μ m。此外，在第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件IOB中，在可飽和吸收區(qū)42的電場(chǎng)集中的區(qū)域上設(shè)置減小光限制作用的減小部分。具體地講，通過1 < IVLn或H2A^are
<1具體化該減小措施。在這種情形中，為了滿足1 < W·或H2A^are < 1，在激光二極管器件的制造過程中干蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層50時(shí)，例如，可利用微負(fù)載效應(yīng)(micro loading effect)。即，可以利用在寬度窄的槽部的底部露出的化合物半導(dǎo)體層的蝕刻率低于在寬度寬的槽部的底部露出的化合物半導(dǎo)體層的蝕刻率的事實(shí)。為了該目的，通過滿足2.0 < D2/ Dpave ^ 3. 5的規(guī)定，在第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域P中的距離L2的值、以及在發(fā)光區(qū)41中的平均距離Li_ave滿足1 < L2Ahf此外，在發(fā)光區(qū)41中的脊條結(jié)構(gòu)56的平均高度Hpave的值和在第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域P中的脊條結(jié)構(gòu)56的高度 H2的值滿足H2AVare < 1。更具體地講，在與第一示例性實(shí)施方式的與步驟110類似的步驟中，在基于真空蒸發(fā)法在第二化合物半導(dǎo)體層50的整個(gè)表面上形成Pd層63后，在應(yīng)當(dāng)形成包括分隔槽 62C的第二電極62的第二化合物半導(dǎo)體層的區(qū)域中和應(yīng)當(dāng)形成第二化合物半導(dǎo)體層對(duì)向區(qū)50C的第二化合物半導(dǎo)體層的區(qū)域中留下Pd層63。接著，在與第一示例性實(shí)施方式的步驟120類似的步驟中，將第二電極62作為蝕刻用掩膜蝕刻露出的第二化合物半導(dǎo)體層的一部分。此外，通過在每個(gè)情形中形成適當(dāng)?shù)目刮g層并且蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層兩次， 第二電極62的第二部分62B的界面區(qū)域P中的距離L2的值和發(fā)光區(qū)域41中的平均距離 L1^ave的值滿足1 < L2Zlhretj即，在第一次蝕刻中，可以在第二化合物半導(dǎo)體層中形成具有深度吐的凹部。在第二次蝕刻中，可以在第二化合物半導(dǎo)體層中形成具有深度H1-,的凹部。此外，通過執(zhí)行與第一示例性實(shí)施方式的步驟110相似的步驟能夠滿足L2A^ave
<1，接著形成深度Lhve的凹部，并且沿厚度方向去除脊條結(jié)構(gòu)中的一部分第二化合物半導(dǎo)體層。如上文所述，在第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件IOB中，滿ML2A^ave > 1， 并且滿足L2A^ave < 1。因此，電場(chǎng)不太可能集中在可飽和吸收區(qū)42的界面區(qū)域上，降低了光限制效應(yīng)，并且在可飽和吸收區(qū)42的界面區(qū)域中不容易發(fā)生損壞。
[第三示例性實(shí)施方式]第三示例性實(shí)施方式涉及根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式和第五實(shí)施方式的激光二極管器件。圖8示出了第三示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的示意性平面圖。在第三示例性實(shí)施方式的激光二極管器件IOC中，第二電極62的第二部分62B由多個(gè)部分構(gòu)成。盡管在示出的例子中多個(gè)部分的數(shù)量是“3”，但該數(shù)目并不限制于3。為了構(gòu)成多個(gè)部分的第二電極62的第二部分62B，通過第二隔離槽62D將第二電極62的第二部分62B分隔成多個(gè)部分。第二隔離槽62D的寬度為2μπι。在圖8中，將第二隔離槽62D加上陰影以清晰地指出第二隔離槽62D。此外，在第三示例性實(shí)施方式的激光二極管器件IOC中，在可飽和吸收區(qū)42的電場(chǎng)集中的區(qū)域上設(shè)置減小光限制作用的減小部分。在這種情形中，減小措施是通過構(gòu)成多個(gè)部分的第二電極62的第二部分62Β而具體化。例如，在與第一示例性實(shí)施方式的步驟 130類似的步驟中與隔離槽62C —起形成第二隔離槽62D。在第三示例性實(shí)施方式的激光二極管器件IOC中，第二電極62的第二部分62Β由多個(gè)部分構(gòu)成，并且在第二電極62的第二部分62Β中產(chǎn)生的熱容易擴(kuò)散，結(jié)果，在第二電極的第二部分中不容易發(fā)生損壞。此外，由于可飽和吸收區(qū)42由多個(gè)部分構(gòu)成，電場(chǎng)不容易集中在可飽和吸收區(qū)42的界面區(qū)域上，并且在可飽和吸收區(qū)42的界面區(qū)域中不容易發(fā)生損壞。在上文中已參照示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明。然而，本發(fā)明并不限制于前述的示例性實(shí)施方式。在示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)僅是示例，可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。此外，在示例性實(shí)施方式中，盡管已經(jīng)示出了各種數(shù)值，但這些不同的數(shù)值也是示例，因此，不用說，例如，如果激光二極管器件的規(guī)格改變，也要改變這些值。例如，第二電極具有由20nm厚的鉬(Pd)制成的下金屬層和由200nm厚的鎳(Ni)制成的上金屬層構(gòu)成的層壓結(jié)構(gòu)。在使用王水的濕蝕刻中，鎳蝕刻率是鉬蝕刻率的約1.25倍。在第一示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)可與在第二示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)組合。在第一示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)可與在第三示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)組合。在第二示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)可與在第三示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)結(jié)合。在第一示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)、在第二示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)、以及在第三示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)可相互結(jié)
I=I O圖9A示出了通過利用本發(fā)明的激光二極管器件配置集光型外部共振器而執(zhí)行鎖模操作的激光二極管組件。在圖9A中示出的集光型外部共振器中，外部共振器由在可飽和吸收區(qū)側(cè)形成有高反射涂層(HR)的激光二極管器件的端面和外部鏡構(gòu)成，并且從外部鏡提取光脈沖。在發(fā)光區(qū)(增益區(qū))側(cè)的激光二極管器件的端面(光發(fā)射端面)中形成無反射涂層(AR)。對(duì)于光學(xué)濾波器，主要使用帶通濾波器，并且被插入以控制激光振蕩波長。通過施加到發(fā)光區(qū)的直流電流和施加到可飽和吸收區(qū)的反向偏壓Vsa確定鎖模。通過外部共振器長度X'確定光脈沖串的重復(fù)頻率f，并且通過以下等式f = (3Λ2η·Χ')表達(dá)結(jié)果， 其中c是光速，η是波導(dǎo)的折射率。CN 102545036 A此外，圖9B示出了利用本發(fā)明的激光二極管器件配置的外部共振器的另一個(gè)修改例。在圖9B中示出的校準(zhǔn)外部共振器中，該外部共振器由在可飽和吸收區(qū)側(cè)上形成有高反射涂層(HR)的激光二極管器件的端面和外部鏡構(gòu)成，并且從外部鏡提取光脈沖。在發(fā)光區(qū)(增益區(qū))側(cè)的激光二極管器件的端面(光發(fā)射端面)中形成無反射涂層(AR)。發(fā)光區(qū)41和可飽和吸收區(qū)42的數(shù)量不限制于一個(gè)。圖10示出了激光二極管器件的示意性端面圖(沿TL面切割的示意性端面圖)，該激光二極管器件中設(shè)置有第二電極的一個(gè)第一部分62A和第二電極的兩個(gè)第二部分62Bi和62化。在激光二極管器件中，第一部分62A的一端與一個(gè)第二部分62Bi相對(duì)，它們之間有一個(gè)隔離槽62C1;并且第一部分62A 的另一端與另一個(gè)第二部分62 相對(duì)，它們之間有另一個(gè)隔離槽62C2。此外，一個(gè)發(fā)光區(qū) 41夾在兩個(gè)可飽和吸收區(qū)4 和4 之間。此外，圖11示出了激光二極管器件的示意性端面圖，該激光二極管器件中設(shè)置有第二電極的兩個(gè)第一部分和62A2和第二電極的一個(gè)第二部分62B (沿TL面切割的示意性端面圖)。在激光二極管器件中，第二部分62B的一端部與一個(gè)第一部分相對(duì)，它們之間有一個(gè)隔離槽62C1;并且第二部分62B的另一端與另一個(gè)第一部分62A2相對(duì)，它們之間有另一個(gè)隔離槽62C2。此外，一個(gè)可飽和吸收區(qū)42夾在兩個(gè)發(fā)光區(qū)4^和412之間。在圖10和圖11中，存在兩個(gè)界面區(qū)域P，它們可應(yīng)用第一示例性實(shí)施方式或第二示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)。此外，在圖10 示出的激光二極管器件中，第一示例性實(shí)施方式或第二示例性實(shí)施方式的激光二極管器件的配置和結(jié)構(gòu)僅適用于光反射端面?zhèn)鹊慕缑鎱^(qū)域P。此外，不用說，在第三示例性實(shí)施方式中所述的激光二極管器件的第二隔離槽能夠應(yīng)用于在圖10和圖11中所示的激光二極管器件。激光二極管器件可以是具有含斜光導(dǎo)的斜脊條型分隔限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)的激光二極管器件。圖12示出了將帶有斜光導(dǎo)的斜脊條結(jié)構(gòu)應(yīng)用到第二示例性實(shí)施方式中的激光二極管器件的例子。圖12是從脊部56"的上方觀察的示意圖。激光二極管器件具有組合兩條直線型脊條結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。期望兩條脊條結(jié)構(gòu)的交叉角度θ的值滿足，例如，0 < θ < 10(度)，并且優(yōu)選滿足0< θ <6(度)。通過采用斜脊條型，設(shè)置有低反射涂層的端面的反射率能夠更接近于0%的理想值。結(jié)果，能夠防止在激光二極管器件中旋轉(zhuǎn) (revolve)的激光的產(chǎn)生，并且能夠抑制與主激光有關(guān)的子激光的產(chǎn)生。不用說，這種激光二極管器件可應(yīng)用于在第一示例性實(shí)施方式或第三示例性實(shí)施方式中描述的激光二極管器件。在示例性實(shí)施方式中，激光二極管器件設(shè)置在{0001}面上，{0001}面是作為η型 GaN基板21的極性面的C面。在這種情形中，在一些情形中，由于QCSE效應(yīng)(量子限制斯塔克效應(yīng))難于電控制可飽和吸收，QCSE效應(yīng)是由于在第三化合物半導(dǎo)體層中的壓電極化 (piezoelectricpolarization)禾口固有極化(intrinsic polarization)產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)而導(dǎo)致。換言之，在一些情形中，需要提高為了獲得自脈動(dòng)操作和鎖模操作的流向第一電極的直流電流值、以及施加到可飽和吸收區(qū)反向偏壓值，產(chǎn)生伴隨主脈沖的子脈沖，或者難以在外部信號(hào)和光脈沖之間取得同步。為了防止這樣的現(xiàn)象，激光二極管器件可設(shè)置在作為 {11-20}面的A面、作為{1-100}面的M面、諸如{1-102}面的非極性面、包括{11-24}面和{11-22}面的{11- }面、或諸如{10-11}面和{10-12}面的半極性面上。即使由此在激光二極管器件的第三化合物半導(dǎo)體層中產(chǎn)生壓電極化和固有極化，也不會(huì)在與第三化合物半導(dǎo)體層的厚度方向上產(chǎn)生壓電極化，而在與第三化合物半導(dǎo)體層的厚度方向大致垂直的方向上產(chǎn)生壓電極化。因此，能夠排除壓電極化和固有極化導(dǎo)致的不良影響。Ul-2n}面是指與C面成約40度的非極性面。在激光二極管器件設(shè)置在非極性面或半極性面上的情形下，能夠消除如在第一示例性實(shí)施方式中所述的阱層的厚度限制(從Inm到IOnm(包括端值))和勢(shì)壘層的摻雜濃度的限制(從2*1018cm_3到l*102°cm_3(包括端值))。本發(fā)明包含的主題涉及于2010年12月8日向日本專利局提交的日本在先專利申請(qǐng)JP 2010-273359中公開的主題，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合到入本文中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需求和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合以及替換。
權(quán)利要求
1.一種激光二極管器件，包括層壓結(jié)構(gòu)，其中，第一化合物半導(dǎo)體層、第三化合物半導(dǎo)體層和第二化合物半導(dǎo)體層順次層疊，所述第一化合物半導(dǎo)體層具有第一導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，所述第三化合物半導(dǎo)體層具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)，而所述第二化合物半導(dǎo)體層具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成； 第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上；和第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 其中，所述層壓結(jié)構(gòu)具有脊條結(jié)構(gòu)，所述第二電極被隔離槽分隔為第一部分和第二部分，所述第一部分用于通過經(jīng)由所述發(fā)光區(qū)將直流電流施加至所述第一電極以獲得正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分用于將電場(chǎng)加至所述可飽和吸收區(qū)，并且滿足1<W2/WMIN，其中，所述脊條結(jié)構(gòu)的最小寬度是Wmin，并且在所述第二電極的所述第二部分和所述隔離槽之間的界面中，所述第二電極的第二部分的脊條結(jié)構(gòu)的寬度是W2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管器件，其中，滿足1.5 ^ ff2/ffMIN ^ 20。
3.一種激光二極管器件，包括層壓結(jié)構(gòu)，其中，第一化合物半導(dǎo)體層、第三化合物半導(dǎo)體層和第二化合物半導(dǎo)體層順次層疊，所述第一化合物半導(dǎo)體層具有第一導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，所述第三化合物半導(dǎo)體層具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)，而所述第二化合物半導(dǎo)體層具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成； 第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上；和第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 其中，所述層壓結(jié)構(gòu)具有脊條結(jié)構(gòu)，所述第二電極被隔離槽分隔為第一部分和第二部分，所述第一部分用于通過經(jīng)由所述發(fā)光區(qū)將直流電流施加至所述第一電極以獲得正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分用于將電場(chǎng)加至所述可飽和吸收區(qū)，并且，在所述脊條結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上設(shè)置有暴露所述第二化合物半導(dǎo)體層的第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)，并且滿足1 < L2A^are，其中，從第三化合物半導(dǎo)體層的構(gòu)成所述發(fā)光區(qū)的部分到所述第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)的頂面的平均距離是Lhve,并且在所述第二電極的第二部分和所述隔離槽之間的界面中，從所述第三化合物半導(dǎo)體層的構(gòu)成所述可飽和吸收區(qū)的部分到所述第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)的頂面的距離是L2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光二極管器件，其中，滿足1.1 ^ L2A^are ^ 2. 0。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光二極管器件，其中，滿足2.0 ^ D2ZlVare ^ 3. 5，其中，所述發(fā)光區(qū)中的所述第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)沿著與所述脊條結(jié)構(gòu)的軸線方向垂直的方向的平均寬度是01__，并且在所述第二電極的第二部分和所述隔離槽之間的界面中，所述可飽和吸收區(qū)中的所述第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)沿著與所述脊條結(jié)構(gòu)的軸線方向垂直的方向的寬度是D2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光二極管器件，其中，滿足2.0 ^ D2ZlVare ^ 3. 5，其中，所述發(fā)光區(qū)中的所述第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)沿著與所述脊條結(jié)構(gòu)的軸線方向垂直的方向的平均寬度是01__，并且在所述第二電極的第二部分和所述隔離槽之間的界面中，所述可飽和吸收區(qū)中的所述第二化合物半導(dǎo)體層暴露區(qū)沿著與所述脊條結(jié)構(gòu)的軸線方向垂直的方向的寬度是D2。
7.一種激光二極管器件，包括層壓結(jié)構(gòu)，其中，第一化合物半導(dǎo)體層、第三化合物半導(dǎo)體層和第二化合物半導(dǎo)體層順次層疊，所述第一化合物半導(dǎo)體層具有第一導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，所述第三化合物半導(dǎo)體層具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)，而所述第二化合物半導(dǎo)體層具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成； 第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上；和第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 其中，所述層壓結(jié)構(gòu)具有脊條結(jié)構(gòu)，所述第二電極被隔離槽分隔為第一部分和第二部分，所述第一部分用于通過經(jīng)由所述發(fā)光區(qū)將直流電流施加至所述第一電極以獲得正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分用于將電場(chǎng)加至所述可飽和吸收區(qū)，并且滿足H2AVare < 1，其中，所述發(fā)光區(qū)中的所述脊條結(jié)構(gòu)的平均高度是并且在所述第二電極的第二部分和所述隔離槽之間的界面中，所述第二電極的第二部分的所述脊條結(jié)構(gòu)的高度是H2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光二極管器件，其中，滿足0.85 ^ H2A^ave ^ 0. 98。
9.一種激光二極管器件，包括層壓結(jié)構(gòu)，其中，第一化合物半導(dǎo)體層、第三化合物半導(dǎo)體層和第二化合物半導(dǎo)體層順次層疊，所述第一化合物半導(dǎo)體層具有第一導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，所述第三化合物半導(dǎo)體層具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)，而所述第二化合物半導(dǎo)體層具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成； 第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上；和第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 其中，所述層壓結(jié)構(gòu)具有脊條結(jié)構(gòu)，所述第二電極被隔離槽分隔為第一部分和第二部分，所述第一部分用于通過經(jīng)由所述發(fā)光區(qū)將直流電流施加至所述第一電極以獲得正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分用于將電場(chǎng)加至所述可飽和吸收區(qū)，并且所述第二電極的第二部分由多個(gè)部分構(gòu)成。
10.一種激光二極管器件，包括層壓結(jié)構(gòu)，其中，第一化合物半導(dǎo)體層、第三化合物半導(dǎo)體層和第二化合物半導(dǎo)體層順次層疊，所述第一化合物半導(dǎo)體層具有第一導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，所述第三化合物半導(dǎo)體層具有由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)，而所述第二化合物半導(dǎo)體層具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型并且由GaN化合物半導(dǎo)體構(gòu)成； 第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上；和第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 其中，所述層壓結(jié)構(gòu)具有脊條結(jié)構(gòu)，所述第二電極被隔離槽分隔為第一部分和第二部分，所述第一部分用于通過經(jīng)由所述CN 102545036 A發(fā)光區(qū)將直流電流施加至所述第一電極以獲得正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分用于將電場(chǎng)加至所述可飽和吸收區(qū)，并且在所述可飽和吸收區(qū)的電場(chǎng)集中的區(qū)域上設(shè)置有減小光限制作用的減小部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的激光二極管器件，其中，所述第二電極的所述第一部分和所述第二部分之間的電阻值為Ι*ιο2Ω以上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的激光二極管器件，其中，將所述第二電極分隔為所述第一部分和所述第二部分的所述隔離槽的寬度為2 μ m以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的激光二極管器件，其中，激光從所述發(fā)光區(qū)側(cè)的所述層壓結(jié)構(gòu)的端面出射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光二極管器件，所述激光二極管器件包括層壓結(jié)構(gòu)、第二電極和第一電極，在所述層壓結(jié)構(gòu)中，第一化合物半導(dǎo)體層、具有發(fā)光區(qū)和可飽和吸收區(qū)的第三化合物半導(dǎo)體層、以及第二化合物半導(dǎo)體層順次層疊。所述層壓結(jié)構(gòu)具有脊條結(jié)構(gòu)。所述第二電極被隔離槽分隔為第一部分和第二部分，所述第一部分用于經(jīng)由所述發(fā)光區(qū)將直流電流施加至所述第一電極來獲得正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分用于將電場(chǎng)加至所述可飽和吸收區(qū)。當(dāng)脊條結(jié)構(gòu)的最小寬度是WMIN，并且在所述第二電極的第二部分和隔離槽之間的界面中的所述第二電極的第二部分的脊條結(jié)構(gòu)的寬度是W2時(shí)，滿足1＜W2/WMIN。
文檔編號(hào)H01S5/22GK102545036SQ20111039135
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者倉本大, 大木智之, 幸田倫太郎, 橫山弘之, 渡邊秀輝 申請(qǐng)人:國立大學(xué)法人東北大學(xué), 索尼公司