專(zhuān)利名稱(chēng)：具有隔離層的GaN系列表面發(fā)射激光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由GaN系列III-V族氮化物化合物形成的表面發(fā)射激光二極管及其制造方法，更具體地說(shuō)，涉及具有用于使空穴在p型電極和有源層之間有效擴(kuò)散的隔離層的GaN系列表面發(fā)射激光二極管及其制造方法。
根據(jù)用于DBRs的材料來(lái)劃分DBRs由通過(guò)外延生長(zhǎng)具有相同的晶格常數(shù)的半導(dǎo)體材料形成的DBR和由介電材料形成的DBR。前者的優(yōu)點(diǎn)在于可以經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體層注入電流，并且得到的材料層質(zhì)量高。在這種情況下，合適的半導(dǎo)體材料的禁帶能量應(yīng)比所希望的振蕩波長(zhǎng)大以便不會(huì)引起吸收。用于兩個(gè)DBRs的半導(dǎo)體材料的折射率之間的差別最好比較大。對(duì)于GaN表面發(fā)射激光二極管來(lái)說(shuō)，如

圖1所示，用于DBRs層20和30的合適的半導(dǎo)體材料包含GaN(用于由參考標(biāo)號(hào)22和32所表示的層)、AlN(用于由參考標(biāo)號(hào)21和31所表示的層)和AlGaN。這里，含Al為30％或更多的AlN和AlGaN，具有太大的禁帶能量。為此，當(dāng)經(jīng)過(guò)由此材料形成的DBRs注入電流時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓變高，引起了與熱有關(guān)的問(wèn)題。尤其是，AlGaN系列材料的折射率具有很小的差別，這樣，由于窄的高反射率區(qū)，應(yīng)淀積多層例如幾十層對(duì)的DBRs以滿(mǎn)足激光振蕩的高反射率需要，設(shè)計(jì)表面發(fā)射半導(dǎo)體激光二極管是困難的。另外由于間隙腔10厚度的輕微偏差或有源層11的成份的輕微變化，導(dǎo)致不能夠滿(mǎn)足激光振蕩的需要。
由于這些原因，已經(jīng)廣泛使用介電材料來(lái)代替半導(dǎo)體化合物。在這種情況下，不能通過(guò)DBRs直接注入電流，因此在DBRs周?chē)枰蛛x的電極(未示出)。電子遷移率高，并且可以提高n型電極和有源層之間的n型化合物半導(dǎo)體層中的摻雜濃度。同時(shí)，空穴的遷移率比電子的遷移率小，增加p型電極和有源層之間的p型化合物半導(dǎo)體層中的摻雜濃度是不可能的。這樣，在注入電流方面存在問(wèn)題。另外，由于電極形成在激光輸出窗口的周?chē)?，空穴不容易有效地向激光輸出窗口的中心擴(kuò)散，這樣難以提供有效的激光振蕩特性。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種GaN系列表面發(fā)射激光二極管的制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，提供有一種表面發(fā)射激光二極管，包括有源層；有源層的相對(duì)側(cè)面上的p型和n型材料層；形成在n型材料層上的第一分布布喇枚反射器(DBR)；通過(guò)n型材料層與有源層連接的n型電極，使得為了發(fā)射激光給有源層施加電壓；形成在p型材料層的隔離層，在與第一DBR層對(duì)準(zhǔn)部分中具有激光輸出窗口，隔離層足夠厚，以便使空穴能有效地遷移到有源層地中心部分；形成在激光輸出窗口上的第二DBR層；和通過(guò)p型材料層與有源層連接的p型電極，以便為了發(fā)射激光給有源層施加電壓。最好激光輸出窗口形成為具有預(yù)定曲率的凸透鏡狀形狀，以補(bǔ)償由隔離層而引起的激光束特性的降低。最好隔離層具有突出部分，激光輸出窗口形成在突出部分的頂上。最好形成p型電極以環(huán)繞隔離層的突出部分。最好隔離層包括形成在p型材料層上的第一隔離層；形成在第一隔離層上的第二隔離層，在第二隔離層上形成了激光輸出窗口并且在其周?chē)纬闪藀型電極。最好第二隔離層具有突出的形狀，在其上形成激光輸出窗口。最好第一和第二隔離層之一是p型摻雜襯底或未摻雜襯底。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，提供了一種表面發(fā)射激光二極管的制造方法，此方法包括步驟(a)在襯底上依次形成用于發(fā)射激光的p型材料層、有源層和用于發(fā)射激光的n型材料層；(b)在n型材料層上形成第一分布布喇枚反射器(DBR)，在其周?chē)纬闪薾型電極；(c)在襯底的底表面上形成激光輸出窗口，激光輸出窗口具有適于補(bǔ)償由襯底的存在而導(dǎo)致的激光束特性降低的形狀；(d)在襯底的底表面上形成p型電極以環(huán)繞激光輸出窗口；和(e)在激光輸出窗口上形成第二DBR層。
最好，步驟(b)包括在n型材料層上形成導(dǎo)電層；在導(dǎo)電層上形成掩模圖形以露出其中將形成第一DBR層的導(dǎo)電層的部分；利用掩模圖形作為蝕刻掩模，除去通過(guò)掩模圖形露出的導(dǎo)電層的部分；在除去了導(dǎo)電層的n型材料層的部分上形成第一DBR層；和除去掩模圖形。
最好，在步驟(c)中，激光輸出窗口形成為具有預(yù)定曲率的凸透鏡狀形狀，適用于補(bǔ)償激光束的衍射。最好，在加工掩模圖形中，通過(guò)回流將掩模圖形加工為凸透鏡狀形狀，具有預(yù)定曲率的凸透鏡狀形狀適于補(bǔ)償激光束的衍射。
最好襯底由包含第一襯底和第一襯底上的第二襯底的多層構(gòu)成。在這種情況下，連續(xù)蝕刻襯底的底表面，直到露出第二襯底，其中在襯底的底表面上已形成了處理了的掩模圖形。
最好襯底是p型摻雜的襯底或未摻雜襯底。最好第一和第二襯底之一是p型摻雜襯底或未摻雜襯底。最好將第一襯底形成為其上生長(zhǎng)了氮化鎵基材料的襯底，第二襯底形成為p型隔離層。
本發(fā)明還提供了一種表面發(fā)射激光二極管的制造方法，此方法包括步驟(a)在襯底上依次形成用于發(fā)射激光的n型材料層、有源層、用于發(fā)射激光的p型材料層和p型隔離層；(b)在p型隔離層的預(yù)定區(qū)域形成激光輸出窗口；(c)在p型隔離層上形成p型電極以環(huán)繞激光輸出窗口；(d)在激光輸出窗口上形成第一分布布喇枚反射器(DBR)層；(e)除去襯底；和(f)在n型材料層的底表面的預(yù)定部分上形成第二DBR層，在第二DBR層周?chē)纬蒼型電極。最好襯底由n型襯底或藍(lán)寶石襯底形成。最好激光輸出窗口形成為具有預(yù)定曲率的凸透鏡狀形狀，適用于補(bǔ)償激光束的衍射。
根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光二極管包括p型電極和有源層之間的隔離層，以有效地使空穴移向有源層。另外在隔離層的部分上形成DBR層，形狀適于補(bǔ)償由隔離層而引起的衍射和使有源層中的激光模式的半徑最小。這樣，根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光二極管，可以為有源層的中心有效地提供空穴以及電子，這樣減小了激光發(fā)射的電流閾。能量轉(zhuǎn)換效率變高，由表面發(fā)射激光二極管發(fā)射的激光束具有穩(wěn)定的橫向模式特性。
圖1是傳統(tǒng)的GaN系列表面發(fā)射激光二極管的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的GaN系列表面發(fā)射激光二極管的第一實(shí)施例的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的GaN基表面發(fā)射激光二極管的第二實(shí)施例的截面圖；圖4和5是說(shuō)明計(jì)算激光輸出窗口的曲率半徑的曲線圖，所述激光輸出窗口適于補(bǔ)償由根據(jù)本發(fā)明的GaN系列表面發(fā)射激光二極管的隔離層而引起的衍射，其中圖4顯示了隔離層厚度、激光輸出窗口的曲率半徑、激光輸出窗口處激光模式的半徑(W)和有源層處激光模式的半徑(W0)之間的幾何關(guān)系，圖5是激光輸出窗口表面處的激光模式的半徑(W)與隔離層厚度之間關(guān)系的曲線圖；圖6-13是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN系列表面發(fā)射激光二極管制造方法的每個(gè)步驟的截面圖；圖14和15是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN系列表面發(fā)射激光二極管制造方法的步驟的截面圖；圖16-18是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的GaN系列表面發(fā)射激光二極管制造方法的步驟的截面圖；圖19和20是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的GaN系列表面發(fā)射激光二極管制造方法的步驟的截面圖；圖21-23是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的GaN系列表面發(fā)射激光二極管制造方法的步驟的截面圖；
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的GaN系列表面發(fā)射激光二極管的最佳實(shí)施例。
<實(shí)施例1>
參考圖2，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的表面發(fā)射激光二極管包含其中隨著電壓的施加而發(fā)射激光的有源層40以及形成在有源層40周?chē)舜嗣鎸?duì)的p型和n型材料層m1和m2。n型材料層m2包含形成在有源層40下面的n型阻擋層41和形成在n型阻擋層41下面的n型化合物半導(dǎo)體層43。n型阻擋層41最好由禁帶比n型化合物材料層43的禁帶小而比有源層40的禁帶大的材料層形成。例如，n型阻擋層41可以是n型摻雜導(dǎo)電化合物半導(dǎo)體層，最好是包含預(yù)定比例的Al的n-AlxGa1-xN層。n型化合物材料層43可以是n型摻雜導(dǎo)電化合物半導(dǎo)體材料層，最好是n-AlxGa1-xN層。n型阻擋層41和n型化合物半導(dǎo)體材料層43也可以由未摻雜的材料層形成。
有源層40是發(fā)射激光的材料層，這樣它優(yōu)選由能發(fā)射激光的材料層形成。有源層40由具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)的GaN系列III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層形成更好。
用于發(fā)射激光的p型材料層m1包含多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，例如形成在有源層40上的p型阻擋層42和形成在p型阻擋層42上的p型化合物半導(dǎo)體層44。p型阻擋層42可以由與n型阻擋層41相同的材料形成，但給n型阻擋層42的材料提供了產(chǎn)生相反的電特性的導(dǎo)電摻雜劑。同樣，p型化合物半導(dǎo)體層44可以由與n型化合物半導(dǎo)體層43一樣的材料形成，但給n型化合物半導(dǎo)體層43的材料提供了產(chǎn)生相反的電特性的導(dǎo)電摻雜劑。p型阻擋層42和p型化合物半導(dǎo)體層43也可以由未摻雜的材料層形成。
n型電極47形成在n型材料層m2的n型化合物半導(dǎo)體層43的一部分的下面，第一分布布喇枚反射器(DBR)層49形成在n型化合物半導(dǎo)體層43的剩余部分的下面。n型電極47可以具有各種形狀，考慮在所有方向上載流子的均勻發(fā)射，在第一分布布喇枚反射器(DBR)層49的周?chē)?，n型電極47優(yōu)選具有對(duì)稱(chēng)的形狀。盡管圖2中沒(méi)有清楚地示出，但n型電極47呈環(huán)狀更好。作為具有大約99％高反射率的材料層，第一DBR層49由具有預(yù)定介電常數(shù)、包含SiO2、AlO3、TiO2和ZnO2的多個(gè)介電材料層形成。
隔離層48優(yōu)選為p型隔離層，形成在p型材料層m1的p型化合物半導(dǎo)體層44上。隔離層48是用于有效地將載流子即空穴提供到有源層40的中心的材料層，并且由未摻雜或摻雜了p型導(dǎo)電雜質(zhì)的材料層形成。為了隨著發(fā)射激光的電壓的施加有過(guò)量的空穴到達(dá)激光即有源層40的中心，形成的隔離層48要足夠的厚。
隔離層48具有與第一DBR層49對(duì)準(zhǔn)的突出部分48a。激光輸出窗口48b形成在突出部分48a的表面上。p型電極50形成在突出部分48a的周?chē)?。p型電極50形成在突出部分48a的周?chē)?，?dāng)施加正向電壓時(shí)，p型電極50導(dǎo)致空穴向有源層40遷移。p型電極50最好具有與n型電極47一樣的形狀。
隔離層48可以有效地將過(guò)量的空穴擴(kuò)散到有源層40的中心，但會(huì)降低有源層40的激光振蕩特性。為此，最好激光輸出窗口48b具有適于補(bǔ)償激光特性降低的形狀。例如，激光輸出窗口48b可以具有透鏡形狀，例如，具有曲率的凸透鏡，使得由隔離層48引起的激光衍射被抵消或使得激光模式的半徑在有源層40的中心處最小。
激光輸出窗口48b由第二DBR層52覆蓋。與第一DBR層49一樣，第二DBR層52由包含具有預(yù)定的介電常數(shù)的多個(gè)介電層的高反射率材料層形成。
激光輸出窗口48b的最佳形狀如圖4和5所示。圖4顯示了激光輸出窗口49b的曲率半徑(R)、激光輸出窗口48表面上的激光模式的半徑(W)、有源層40中的激光模式的半徑(W0)和隔離層48的厚度(Z)之間的關(guān)系。在圖5中，曲線G1和G2顯示了激光輸出窗口48b表面上的激光模式的半徑(W)和激光輸出窗口48b的曲率半徑(R)相對(duì)于隔離層48的厚度(Z)的變化。如圖5所示，隨著隔離層48的厚度減小，激光輸出窗口48b表面上的激光模式的半徑(W)變得更小，當(dāng)隔離層厚度(Z)在200-250μm范圍內(nèi)時(shí)，激光輸出窗口48b的曲率半徑(R)最小。在有源層40中的激光模式的半徑(W0)變得最小處，可以參考圖4和5計(jì)算隔離層厚度(Z)和激光輸出窗口48b的曲率半徑(R)。
<實(shí)施例2>
根據(jù)本發(fā)明的GaN系列表面發(fā)射激光器的第二實(shí)施例示于圖3。參考圖3，在p型材料層m1上形成了p型隔離層54，與第一實(shí)施例的突出部分48a形狀一樣的分開(kāi)的突出部分48a’形成在p型隔離層54上，并與第一DBR層49對(duì)準(zhǔn)。p型電極50形成在p型隔離層54上環(huán)繞突出部分48a’。
現(xiàn)在將描述表面發(fā)射激光二極管的制造方法的最佳實(shí)施例，其中表面發(fā)射激光二極管具有上述結(jié)構(gòu)。
<實(shí)施例1>
圖6至13是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN系列表面發(fā)射激光二極管的制造方法的每個(gè)步驟的截面圖。首先，參考圖6，在p型襯底100上順序形成p型化合物半導(dǎo)體層102和用于約束載流子的p型阻擋層106，生成用于發(fā)射激光的p型材料層M1。在p型阻擋層106上形成有源層108。在有源層108上順序形成n型阻擋層110和n型化合物半導(dǎo)體層112，產(chǎn)生用于發(fā)射激光的n型材料層M2。p型材料層M1和n型材料層M2與參考圖2所描述的p型和n型材料層m1和m2一樣。有源層108也是與圖2的有源層40的材料層一樣。這樣，這里不再描述這些層。
然后，在n型材料層M2上形成導(dǎo)電層115，并且形成掩模圖形118以露出導(dǎo)電層115的將形成第一DBR層的區(qū)域。掩模圖形118可以由如光致抗蝕劑圖形的軟掩模圖形或如氮化硅或鎳圖形的硬掩模圖形形成。
參考圖7，利用掩模圖形118作為蝕刻掩模，蝕刻導(dǎo)電層115的露出的區(qū)域，從而在n型材料層M2上形成導(dǎo)電圖形116(下文稱(chēng)為“n型電極”)。n型電極116可以具有各種形狀。考慮到載流子(電子)的遷移，形成的n型電極116最好在露出的區(qū)域的中心處對(duì)稱(chēng)。例如，n型電極116可以形成為環(huán)形。在除了n型電極116的區(qū)域之外的n型材料層M2的露出的區(qū)域中形成第一DBR層120。這里，第一DBR層120也形成在了掩模圖形118上。第一DBR層120與圖2的第一DBR層29一樣，因此這里不再對(duì)其進(jìn)行描述。然后，將掩模圖形118連同形成在其上的第一DBR層29一起除去。與用于除去第一DBR層120的化學(xué)品不同，在除去工序中，用于除去掩模圖形118的化學(xué)品不影響形成在n型材料層M2上的第一DBR層120。結(jié)果，在n型材料層M2上形成了n型電極116和第一DBR層120。
參考圖8，將得到的具有第一DBR層120和n型電極116的結(jié)構(gòu)倒置，在p型襯底100的底表面上形成與第一DBR層120對(duì)準(zhǔn)底掩模圖形122。掩模圖形122由與用于圖6的掩模圖形118的材料層一樣的材料層形成。將掩模圖形122回流成透鏡形狀，如圖9所示。為此，作為掩模圖形122，軟掩模圖形優(yōu)于硬掩模圖形。在下面的工序中與p型襯底100一起蝕刻掩模圖形122，使得掩模圖形122的形狀轉(zhuǎn)移到p型襯底100。這樣，優(yōu)選掩模圖形122具有不比p型襯底100小(即與p型襯底100類(lèi)似或相等)的蝕刻選擇率。
然后，在預(yù)定的溫度將掩模圖形122回流成具有預(yù)定的曲率的透鏡形掩模圖形122a，如圖9所示。利用透鏡形掩模圖形122a作為蝕刻掩模蝕刻p型襯底100的露出的區(qū)域，生成具有與p型襯底100中的透鏡狀形狀的掩模圖形122a的曲率一樣的曲率的透鏡表面。結(jié)果，在p型襯底100的底表面上形成了激光輸出窗口100b，通過(guò)此窗口100b將由有源層108產(chǎn)生的激光束發(fā)射到外面，如圖10所示。這里，激光輸出窗口100b的表面具有與透鏡形掩模圖形122a的曲率一樣的曲率。盡管可以在激光輸出窗口100b的周?chē)纬呻姌O，但最好利用透鏡形掩模圖形122a進(jìn)行蝕刻直到將p型襯底100的露出的區(qū)域除去了預(yù)定的厚度，以形成突出部分100a，然后在突出部分100a的周?chē)纬呻姌O。
特別是，如圖11所示，在突出部分100a的整個(gè)表面上形成掩模圖形124。在由掩模圖形124覆蓋的突出部分100a的周?chē)脱谀D形124上形成了導(dǎo)電層126。在除去掩模圖形124的過(guò)程中，形成在掩模圖形124上的導(dǎo)電層126被除去。由于上述原因，在除去掩模圖形124的過(guò)程中，不影響形成在p型襯底100上突出部分100a周?chē)膶?dǎo)電層126。結(jié)果，只有形成在p型襯底100上的導(dǎo)電圖形126留在了突出部分100a的側(cè)壁周?chē)?。留下的?dǎo)電層126作為p型電極。與n型電極116一樣，p型電極126可以具有各種形狀，只要能夠施加電壓即可。與n型電極116一樣，形成的p型電極126優(yōu)選具有對(duì)稱(chēng)形狀。形成的p型電極126如n型電極116一樣呈環(huán)形更好。
如圖12所示，在得到的其中形成了p型電極126的結(jié)構(gòu)上淀積掩模層(未示出)，然后布圖為掩模圖形128，掩模圖形128覆蓋p型電極126，露出在其周?chē)纬闪藀型電極126的突出部分100a。在突出部分100a的頂部和掩模圖形128上形成了第二DBR層130。第二DBR層130與圖2的第二DBR層52一樣，這樣，這里省略了對(duì)其的描述。在處于掩模圖形128的過(guò)程中除去形成在掩模圖形128上的第二DBR層130。如圖13所示，得到了表面發(fā)射激光二極管，其中置于p型電極126和有源層108之間的p型襯底100作為帶有突出部分100a的隔離層，突出部分100a具有透鏡形頂表面，在此透鏡形頂表面上形成了第二DBR層130，在突出部分100a的周?chē)纬闪藀型電極。
如上所述，由于作為隔離層在p型電極126和有源層108之間形成的p型襯底100比激光二極管的其它材料層相對(duì)來(lái)說(shuō)厚，空穴從p型電極126擴(kuò)散到有源層108的中心容易，因此可以給有源層108的中心提供過(guò)量的用于激光發(fā)射的空穴。然而，由于激光束的衍射，從有源層108發(fā)射的激光的特性會(huì)降低。為此，在突出部分100a上形成了適當(dāng)形狀的激光輸出窗口100b，使得可以補(bǔ)償由于作為p型隔離層的p型襯底100的存在而導(dǎo)致的激光束特性的降低。鑒于此，在突出部分100a的頂上形成了凸透鏡狀形狀的激光輸出窗口100b，凸透鏡狀形狀的激光輸出窗口100b具有適合于補(bǔ)償激光束質(zhì)量的降低的預(yù)定的曲率。換句話說(shuō)，最好設(shè)計(jì)的激光輸出窗口100b具有適于引導(dǎo)激光束向有源層108的中心衍射的曲率。
<實(shí)施例2>
使用多個(gè)襯底而不是一個(gè)襯底第一襯底對(duì)應(yīng)于下面描述的襯底101，第二襯底對(duì)應(yīng)于形成在襯底101上的p型隔離層140。
參考圖14，在襯底101上形成厚的p型隔離層140。這里，可以由p型襯底形成襯底101，但最好是氮化鎵(GaN)或其它的GaN系列材料作為襯底101。例如，最好使用藍(lán)寶石襯底或碳化硅(SiC)襯底。在p型隔離層140上形成了p型化合物材料層102和用于限制載流子的p型阻擋層106，作為用于發(fā)射激光的p型材料層M1。這里，用于發(fā)射激光的p型材料層M1中可以包含p型隔離層140。在p型阻擋層106上形成了有源層108，在有源層108上依次形成了n型阻擋層110和n型化合物半導(dǎo)體材料層112，生成n型材料層M2。接著，以與實(shí)施例1一樣的方式在n型化合物半導(dǎo)體層112上形成了導(dǎo)電層115，并利用掩模圖形118將其布圖為n型電極116，如圖15所示。然后，在n型化合物半導(dǎo)體層112的露出部分上形成第一DBR層120。
除去掩模圖形118并倒置所得到的結(jié)構(gòu)之后，以與實(shí)施例1一樣的方式在襯底101的底表面上形成了突出部分101a。在蝕刻襯底101以形成突出部分101a中，連續(xù)蝕刻直到部分露出p型隔離層140的底部，生成作為襯底圖形的突出部分101a，其上具有激光輸出窗口101b。然后，以與實(shí)施例1一樣的方式形成p型電極126和第二DBR層130。
<實(shí)施例3>
在本實(shí)施例中，在形成n型電極116之前形成第一DBR層120。
參考圖16，以與實(shí)施例1或2一樣的方式進(jìn)行直到形成n型化合物半導(dǎo)體材料層122的步驟。然后，在n型化合物半導(dǎo)體層112上形成了第一DBR層120。形成掩模圖形150以覆蓋第一DBR層120的預(yù)定區(qū)域。掩模圖形150由上述軟掩模圖形或硬掩模圖形形成。利用掩模圖形150作為蝕刻掩模，除去在掩模圖形150周?chē)冻龅牡谝籇BR層120的部分。
參考圖17，在掩模圖形150周?chē)冻龅膎型化合物半導(dǎo)體層112上形成導(dǎo)電層116，作為n型電極。導(dǎo)電層150連同形成在其上的掩模圖形150被除去。結(jié)果，如圖18所示，在n化合物半導(dǎo)體層112上形成了第一DBR層120周?chē)牡谝籇BR層120和n型電極116。接著以與實(shí)施例1一樣的方式進(jìn)行下面的步驟。
<實(shí)施例4>
在形成p型電極126之前形成第二DBR層130。參考圖19，以與實(shí)施例1至3一樣的方式進(jìn)行直到在p型襯底100的底表面上形成了具有激光輸出窗口100b的突出部分100a的步驟。然后，在具有激光輸出窗口100b的p型襯底100上形成了第二DBR層130。形成掩模圖形160以覆蓋形成在激光輸出窗口100b上的第二DBR層130。掩模圖形160由軟掩模圖形或硬掩模圖形形成。除去形成在p型襯底100的部分上環(huán)繞突出部分100a的第二DBR層130，露出部分p型襯底100。
接著，如圖20所示，在p型襯底100的露出的部分上、在突出部分100a的周?chē)纬蓪?dǎo)電層126，作為p型電極。此時(shí)，導(dǎo)電層126也形成在掩模圖形160上，但與掩模圖形160一起被除去。結(jié)果，得到了一種表面發(fā)射激光二極管，該二極管能夠使存在于第二DBR層130和有源層108之間的空穴順暢地向有源層108遷移，并且能夠補(bǔ)償從有源層108發(fā)射的激光束的衍射。
<實(shí)施例5>
參考圖21，在襯底200上依次形成n型材料層M2、有源層108和p型材料層M1。襯底200是高電阻襯底，例如n型襯底或藍(lán)寶石襯底。襯底100也可以是未摻雜襯底。然后，在p型材料層M1上形成了p型隔離層210。
參考圖22，以與實(shí)施例1或2一樣的方式，將p型隔離層210布圖為突出部分210a。在突出部分210a上形成激光輸出窗口210b。在激光輸出窗口210b上形成了第二DBR層130，在p型隔離層210上形成了p型電極126，使其環(huán)繞突出部分210a。
倒置所得到的其上已經(jīng)形成了p型電極126的結(jié)構(gòu)，從該結(jié)構(gòu)上除去襯底200。如圖23所示，在n型化合物半導(dǎo)體層112上形成第一DBR層120，形成n型電極116，使其環(huán)繞形成在n型化合物半導(dǎo)體層112上的第一DBR層120。
本發(fā)明可以以許多不同的方式來(lái)實(shí)施，這里所描述的實(shí)施例僅僅是說(shuō)明性的，而不是要限制本發(fā)明的范圍。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解隔離層可以施加給其激光輸出窗口不像凸透鏡狀形狀的表面發(fā)射激光二極管。還可以將表面發(fā)射激光二極管構(gòu)造為使得隔離層形成在有源層和p型電極之間的任何位置上，所形成的具有預(yù)定曲率并且在其周?chē)纬闪藀型電極的激光輸出窗口可以沒(méi)有突出部分?？梢愿淖兩鲜鰧?shí)施例的第一和第二材料層的結(jié)構(gòu)或所用的材料。在其它的表面發(fā)射激光二極管中，DBR層可以由空氣間隙形成。
如上所述，本發(fā)明提供了一種表面發(fā)射激光二極管，包含在p型電極和有源層之間形成的隔離層以使空穴有效地像有源層中心遷移、在隔離層的部分上設(shè)計(jì)為特殊形狀的激光輸出窗口使得可以補(bǔ)償由隔離層的形成而導(dǎo)致激光束衍射或使有源層中的激光模式的半徑最小以及激光輸出窗口表面上的DBR層。根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光二極管，可以有效地給有源層的中心提供空穴以及電子，這樣，可以用減小的電流實(shí)現(xiàn)激光束的發(fā)射。能量轉(zhuǎn)換效率變高，由此表面發(fā)射激光二極管發(fā)射的激光束具有穩(wěn)定的橫向模式特性。
參考本發(fā)明的最佳實(shí)施例已經(jīng)具體顯示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不離開(kāi)如附加的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)其中的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1一種表面發(fā)射激光二極管，包括有源層；有源層的相對(duì)側(cè)上的p型和n型材料層；形成在n型材料層上的第一分布布喇枚反射器(DBR)；通過(guò)n型材料層與有源層連接的n型電極，以便為了發(fā)射激光給有源層施加電壓；形成在p型材料層上的隔離層，在與第一DBR層對(duì)準(zhǔn)的部分中具有激光輸出窗口，隔離層足夠厚，以便使空穴能有效地遷移到有源層的中心部分；形成在激光輸出窗口上的第二DBR層；和通過(guò)p型材料層與有源層連接的p型電極，以便為了發(fā)射激光給有源層施加電壓。
2.權(quán)利要求1的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，隔離層具有突出部分，激光輸出窗口形成在突出部分的頂部上。
3.權(quán)利要求2的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，形成p型電極以環(huán)繞隔離層的突出部分。
4.權(quán)利要求1的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，隔離層包括形成在p型材料層上的第一隔離層；形成在第一隔離層上的第二隔離層，在第一隔離層上形成了激光輸出窗口并且在其周?chē)纬闪藀型電極。
5.權(quán)利要求4的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，第二隔離層具有在其上形成了激光輸出窗口的突出的形狀。
6.權(quán)利要求1或4的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，激光輸出窗口形成為具有預(yù)定曲率的凸透鏡狀形狀，以補(bǔ)償由隔離層引起的激光束特性的降低。
7.權(quán)利要求1的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，隔離層是p型摻雜的襯底或未摻雜的襯底。
8.權(quán)利要求4的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，第一和第二隔離層之一是p型摻雜的襯底或未摻雜的襯底。
9.權(quán)利要求1的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，n型材料層包括形成在有源層一側(cè)上的n型阻擋層；和形成在n型阻擋層上的n型化合物半導(dǎo)體層。
10.權(quán)利要求1或4的表面發(fā)射激光二極管，其特征在于，p型材料層包括形成在有源層另一側(cè)上的p型阻擋層；和形成在p型阻擋層上的p型化合物半導(dǎo)體層。
11.一種表面發(fā)射激光二極管的制造方法，此方法包括步驟(a)在襯底上依次形成用于發(fā)射激光的p型材料層、有源層和用于發(fā)射激光的n型材料層；(b)在n型材料層上形成第一分布布喇枚反射器(DBR)，在其周?chē)纬闪薾型電極；(c)在襯底的底表面上形成激光輸出窗口，此激光輸出窗口具有適于補(bǔ)償由襯底的存在而導(dǎo)致的激光束特性降低的形狀；(d)在襯底的底表面上形成p型電極以環(huán)繞激光輸出窗口；和(e)在激光輸出窗口上形成第二DBR層。
12.權(quán)利要求11的方法，其特征在于，步驟(b)包括在n型材料層上形成導(dǎo)電層；在導(dǎo)電層上形成掩模圖形以露出其中將形成第一DBR層的導(dǎo)電層的一部分；利用掩模圖形作為蝕刻掩模，除去通過(guò)掩模圖形露出的導(dǎo)電層的部分；在除去了導(dǎo)電層的n型材料層的部分上形成第一DBR層；和除去掩模圖形。
13.權(quán)利要求11的方法，其特征在于，步驟(b)包括在n型材料層上形成第一DBR層；在第一DBR層上形成掩模圖形以露出其中將形成n型電極的第一DBR層的一部分；用掩模圖形作為蝕刻掩模，除去通過(guò)掩模圖形露出的第一DBR層的部分；在除去了第一DBR層的n型材料層的一部分上形成導(dǎo)電層；和除去掩模圖形。
14.權(quán)利要求11的方法，其特征在于，步驟(c)包括拋光襯底的底表面；形成掩模圖形以覆蓋襯底的拋光的底表面的一部分，在該部分中將形成激光輸出窗口；將掩模圖形加工為適于補(bǔ)償由襯底的存在而引起的激光束衍射的形狀；和將其上形成了加工的掩模圖形的襯底的底表面蝕刻預(yù)定的厚度，以將加工的掩模圖形的形狀傳遞給襯底的底表面。
15.權(quán)利要求11的方法，其特征在于，在步驟(c)中，激光輸出窗口形成為適用于補(bǔ)償激光束衍射的、具有預(yù)定曲率的凸透鏡狀形狀。
16.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，在加工掩模圖形中，通過(guò)回流將掩模圖形加工為凸透鏡狀形狀，此凸透鏡狀形狀具有適于補(bǔ)償激光束衍射的預(yù)定的曲率。
17.權(quán)利要求14方法，其特征在于，襯底由包含第一襯底和第一襯底上的第二襯底的多層構(gòu)成。
18.權(quán)利要求17的方法，其特征在于，連續(xù)蝕刻其上形成了加工的掩模圖形的襯底的底表面，直到露出第二襯底。
19.權(quán)利要求11或14方法，其特征在于，襯底是p型摻雜的襯底或未摻雜的襯底。
20.權(quán)利要求17的方法，其特征在于，第一和第二襯底之一是p型摻雜的襯底或未摻雜的襯底。
21.權(quán)利要求17的方法，其特征在于，將第一襯底形成為其上生長(zhǎng)了氮化鎵基材料的襯底，將第二襯底形成為p型隔離層。
22.一種表面發(fā)射激光二極管的制造方法，此方法包括步驟(a)在襯底上依次形成用于發(fā)射激光的n型材料層、有源層、用于發(fā)射激光的p型材料層和p型隔離層；(b)在p型隔離層的預(yù)定區(qū)域形成激光輸出窗口；(c)在p型隔離層上形成p型電極以環(huán)繞激光輸出窗口；(d)在激光輸出窗口上形成第一分布布喇枚反射器(DBR)層；(e)除去襯底；和(f)在n型材料層的底表面的預(yù)定部分上形成第二DBR層，在第二DBR層周?chē)纬蒼型電極。
23.權(quán)利要求22的方法，其特征在于，襯底由n型襯底或藍(lán)寶石襯底形成，并且在其上生長(zhǎng)氮化鎵基材料。
24.權(quán)利要求22的方法，其特征在于，步驟(b)包括形成掩模圖形以覆蓋其中將形成激光輸出窗口的p型隔離層的一部分；將掩模圖形加工為適于補(bǔ)償由p型襯底的存在而引起的激光束衍射的形狀；和將其上形成了加工的掩模圖形的p型隔離層的整個(gè)表面蝕刻預(yù)定的厚度，以將加工的掩模圖形的形狀傳遞給p型隔離層。
25.權(quán)利要求24的方法，其特征在于，激光輸出窗口形成為具有預(yù)定曲率的、適用于補(bǔ)償激光束衍射的凸透鏡狀形狀。
26.權(quán)利要求24的方法，其特征在于，在加工掩模圖形中，通過(guò)回流將掩模圖形加工為透鏡狀形狀，此透鏡狀形狀具有適于補(bǔ)償激光束衍射的預(yù)定的曲率。
全文摘要
提供了GaN系列表面發(fā)射激光二極管及其制造方法。GaN系列表面發(fā)射激光二極管包含:有源層;有源層的相對(duì)側(cè)面上的p型和n型材料層;形成在n型材料層上的第一分布布喇枚反射器(DBR);通過(guò)n型材料層與有源層連接的n型電極,以便為了發(fā)射激光給有源層施加電壓;形成在p型材料層上的隔離層,在與第一DBR層對(duì)準(zhǔn)的部分中具有激光輸出窗口,隔離層足夠厚,以便使空穴能有效地遷移到有源層的中心部分;形成在激光輸出窗口上的第二DBR層;和通過(guò)p型材料層與有源層連接的p型電極,以便為了發(fā)射激光給有源層施加電壓。成型激光輸出窗口使得可以補(bǔ)償由隔離層的形成而導(dǎo)致的激光束的衍射。
文檔編號(hào)H01S5/042GK1369940SQ0210340
公開(kāi)日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2002年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月2日
發(fā)明者樸容助, 河鏡虎, 田憲秀, 樸時(shí)賢 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社