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)明涉及一種具有探測激光的光電探測器的激光二極管器件，更具體的是，涉及一種能夠適合用于光盤的激光二極管器件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中用于光盤的激光二極管器件包括探測來自激光二極管器件中包括的激光二極管的激光的光電探測器。通常，光電探測器設(shè)置在來自激光器的光輸出不衰減的區(qū)域中，例如在與激光二極管分開的激光二極管的后端表面?zhèn)壬?與發(fā)光側(cè)相對的一側(cè))，并且光電探測器通過吸收通過后端表面泄漏的光以將該光轉(zhuǎn)換成電流信號來探測激光。
但是通常情況下，激光二極管的后端表面被高反射率膜覆蓋，因此通過后端表面泄漏的光的輸出十分小。因此，光電探測器必須對泄漏光具有高靈敏度?，F(xiàn)在，對于用于光盤的激光二極管，能夠輸出780nm波長的激光或650nm波長的激光的多波長激光器是主流，其中780nm波長的激光用于重放CD(致密盤)或在例如CD-RW(可改寫CD)或MD(微型盤)的可記錄光盤上記錄或重放該可記錄光盤，650nm波長的激光用于在DVD(數(shù)字通用盤)上記錄或重放該DVD。因此，例如根據(jù)日本尚未審查的專利申請公開物No.2004-55744中的描述，由硅(Si)基化合物半導(dǎo)體制成的光電二極管(PD)被用作光電探測器，其中該光電二極管可對這種長波長的光具有高靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了使用以GaN，AlGaN混合晶體和GaInN混合晶體為代表的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體(以下稱為氮化物基半導(dǎo)體)的短波長(405nm波長)激光二極管，并且已經(jīng)研制出實際用作更高密度光盤的光源的短波長激光二極管。為了使用這種短波長激光二極管作為用于光盤的光源，需要一種對短波光具有高靈敏度的光電探測器。
但是，上述的光電二極管對于405nm波長的光具有低的靈敏度，因此難以在短波長激光二極管中使用該光電二極管。但是，如果通過減小后端表面的反射率來增加從短波長激光二極管的后端表面泄漏的光的輸出，那么激光器特性的退化例如閾值電流增加，激光器的光輸出減小，相對強度噪聲退化或可靠性降低增加。而且，代替上述的光電二極管，探測來自后端表面?zhèn)鹊亩滩ㄩL光的光電探測器，或者探測來自發(fā)光側(cè)上的端表面的一部分光的光電探測器可以單獨設(shè)置；但是，當(dāng)這種僅僅用于短波長激光二極管的光電探測器應(yīng)用于例如包括多個激光二極管的組合的多波長激光二極管器件時，將產(chǎn)生激光二極管器件具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的問題。
鑒于上述，希望提供一種能夠探測激光的具有簡單結(jié)構(gòu)的激光二極管器件。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種激光二極管器件，其包括通過以該順序?qū)盈B第一導(dǎo)電類型層，有源層和第二導(dǎo)電類型層形成的半導(dǎo)體層，該第二導(dǎo)電類型層包括在其頂部部分中的條紋狀電流限制結(jié)構(gòu)；和多個電極，其形成在半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電類型層側(cè)上，并且以預(yù)定的間隔電連接到第二導(dǎo)電類型層，其中半導(dǎo)體層在對應(yīng)于除了至少一個以外的該多個電極的電極(第一電極)的區(qū)域中具有感光區(qū)域，該感光區(qū)域吸收在半導(dǎo)體層中發(fā)射的部分光，并將該部分光轉(zhuǎn)換成電流信號。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的激光二極管器件中，部分的發(fā)射光被吸收在對應(yīng)于半導(dǎo)體層的第一電極的區(qū)域(感光區(qū)域)中，以被轉(zhuǎn)換成電流信號。該電流信號的大小與被發(fā)射的激光的輸出的大小具有特定的相關(guān)性，因此，例如，當(dāng)該電流信號輸入到光輸出運算電路作為光輸出監(jiān)控信號時，發(fā)射激光的輸出的大小可以通過光輸出運算電路來計算。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的實施例的激光二極管器件包括激光二極管，該激光二極管包括在感光區(qū)域中的光電探測器，因此不必與激光二極管分開地設(shè)置光電探測器。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的激光二極管器件中，感光區(qū)域設(shè)置在對應(yīng)于第一電極的區(qū)域中，并且吸收在半導(dǎo)體層中發(fā)射的部分光，以將該部分光轉(zhuǎn)換成電流信號，因此能夠汲取與被發(fā)射的激光的輸出的大小具有相關(guān)性的電流信號，從而不必與該光電探測器分開地設(shè)置例如光電二極管的光電探測器。因此，具有簡單的結(jié)構(gòu)的激光二極管器件可以探測激光。
本發(fā)明的其它和進一步的目的、特征和優(yōu)點將通過以下描述而更加全面地呈現(xiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的激光二極管的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2是沿圖1的線A-A的截面圖；圖3是沿圖1的線B-B的截面圖；圖4是示出諧振器方向和內(nèi)部光子密度之間關(guān)系的曲線圖；圖5A、5B和5C是用于描述制造圖1中所示的激光二極管的步驟的截面圖；圖6A和6B是示出圖5A、5B和5C之后的步驟的截面圖；圖7A和7B是示出圖6A和6B之后的步驟的截面圖；圖8A和8B是示出圖7A和7B之后的步驟的截面圖；圖9是示出圖8A和8B之后的步驟的截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的激光二極管器件的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖11是沿圖10的線C-C的截面圖；圖12A、12B和12C是用于描述制造圖10中所示的激光二極管器件的步驟的截面圖；圖13A和13B是示出圖12A、12B和12C之后的步驟的截面圖；圖14A和14B是示出圖13A和13B之后的步驟的截面圖；以及圖15是示出圖14A和14B之后的步驟的截面圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖來詳細描述優(yōu)選實施例。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的激光二極管器件10的結(jié)構(gòu)。圖2示出了沿圖1的箭頭A-A的截面圖，以及圖3示出了沿圖1的箭頭B-B的截面圖。圖1至3是示意性視圖，因此圖1至3中的尺寸和形狀與實際的尺寸和形狀不同。
激光二極管器件10包括在熱沉11(熱輻射部分)上的激光二極管20，且中間具有接合層12，從而使激光二極管20的p側(cè)面向上。熱沉11由例如具有電和熱導(dǎo)率的材料例如Cu(銅)制成。接合層12固定激光二極管器件10和熱沉11，并且由例如包括AuSn等的接合材料制成。因此，從激光二極管20發(fā)射的熱量通過熱沉11消散，因此激光二極管20被保持在合適的溫度。
通過在由n型GaN(氮化鎵)制成的襯底21上生長由III-V族氮化物半導(dǎo)體制成的半導(dǎo)體層22來形成該激光二極管20。半導(dǎo)體層22具有通過以該順序?qū)盈Bn型覆層23、有源層24、p型覆層25和p型接觸層26形成的激光器結(jié)構(gòu)。在這種情況中，n型覆層23對應(yīng)于本發(fā)明中的“第一導(dǎo)電類型層”，并且p型覆層25和p型接觸層26對應(yīng)于本發(fā)明中的“第二導(dǎo)電類型層”。以下，上述半導(dǎo)體層被層疊的方向被稱為垂直方向；激光被發(fā)射的方向被稱為軸向；并且垂直于軸向和垂直方向的方向被稱為橫向。
在這種情況下，III-V族氮化物半導(dǎo)體是氮化鎵基化合物，其包括鎵(Ga)和氮(N)，并且III-V族氮化物半導(dǎo)體的實例包括GaN，AlGaN(氮化鋁·鎵)，AlGaInN(氮化鋁·鎵·銦)等等。它們包括IV族或VI族元素的n型雜質(zhì)，例如Si(硅)，Ge(鍺)，O(氧)或Se(硒)，或者II族或IV族元素的p型雜質(zhì)，例如Mg(鎂)、Zn(鋅)或C(碳)，如果需要的話。
在半導(dǎo)體層22中，n型覆層23由例如n型AlGaN制成。有源層24具有例如未摻雜的GaInN多量子阱結(jié)構(gòu)。該p型覆層25由例如AlGaN制成，并且p型接觸層26由例如p型GaN制成。
在p型覆層25和p型接觸層26的一部分中，沿軸向延伸的條紋狀隆起(凸出邊緣部分)27和設(shè)置在該隆起27的兩側(cè)上的凹槽28通過在形成p型接觸層26之后選擇性地蝕刻而形成，這將在下面被描述。該p型接觸層26僅僅形成在隆起27的頂部上。包括隆起27和凹槽28的條紋狀結(jié)構(gòu)是所謂的W形隆起結(jié)構(gòu)，并且具有限制半導(dǎo)體層22中電流通路29的尺寸的功能，以及穩(wěn)定地保持橫向的光模式為標(biāo)準(第0)模式以及將該光模式引導(dǎo)到軸向的功能。該W形隆起結(jié)構(gòu)對應(yīng)于本發(fā)明中的“電流限制結(jié)構(gòu)”。
由于當(dāng)p型覆層25被大范圍地深度蝕刻而代替設(shè)置凹槽28時，容易發(fā)生漏電并且損害可制造性，因此使用W形隆起結(jié)構(gòu)，其中凹槽28形成在隆起27的兩側(cè)上。而且，通常，III-V族氮化物半導(dǎo)體是難以均勻地在大范圍內(nèi)蝕刻的材料，因此隆起27通過在盡可能窄的范圍中蝕刻而形成。
絕緣膜31形成在p型覆層25的表面上，其包括隆起27的兩側(cè)表面以及凹槽28的內(nèi)表面。換句話說，該絕緣膜31在對應(yīng)于隆起27的頂部表面的區(qū)域中具有開口。該絕緣膜31具有例如按該順序?qū)盈B二氧化硅和硅的結(jié)構(gòu)。
p側(cè)接觸電極32形成在隆起27的頂部表面上(p型接觸層26的表面)。在這種情況下，p側(cè)接觸電極32包括例如Pd(鈀)。
另外，p側(cè)電極33(第一電極)和p側(cè)電極34(第二電極)形成在絕緣膜31和p側(cè)接觸電極32的表面上，并且中間具有分隔區(qū)域L1。在這種情況下，每個p側(cè)電極33和p側(cè)電極34具有這樣的結(jié)構(gòu)，即其中Ti(鈦)、Pt(鉑)和Au(金)按該順序?qū)盈B。
分隔區(qū)域L1是沿橫向延伸的條紋狀區(qū)域，并且形成為沿軸向在空間上使p側(cè)電極33和p側(cè)電極34彼此分開，并且不將它們電短路。優(yōu)選借助100歐姆或更高使p側(cè)電極33和p側(cè)電極34彼此隔離。在該實施例中，分隔區(qū)域L1通過下述形成除去p型接觸層26和隆起27的頂部上的p側(cè)接觸電極32以暴露p型覆層25，并且利用絕緣膜31覆蓋p型覆層25的表面。例如，當(dāng)p型覆層25的電阻率為1Ω·cm，并且分隔區(qū)域L1中的p型覆層25的截面面積為0.75μm2(＝1.5μm(寬度)×0.5μm(深度))時，明顯的是，為了在p側(cè)電極33和p側(cè)電極34之間具有100Ω或更高，僅僅需要沿軸向的分隔區(qū)域L1的寬度為0.0075μm(＝100Ω×0.75μm2/1Ω·cm)或更大。
另外，從包括硅(Si)、氧(O)、鋁(Al)和硼(B)的組中選出的至少一種雜質(zhì)可以被注入分隔區(qū)域L1中。因此，分隔區(qū)域L1中的p型覆層25的電阻率變得更大，因此p側(cè)電極33和p側(cè)電極34可以彼此可靠地隔離。
p側(cè)電極34具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中Ti(鈦)，Pt(鉑)和Au(金)按該順序?qū)盈B。由分隔區(qū)域L1作為基礎(chǔ)，p側(cè)電極34在更接近于稍后將描述的反射側(cè)端表面36的側(cè)上，形成在絕緣膜31和p側(cè)接觸電極32的表面上，并且通過p側(cè)接觸電極32被電連接到隆起27的p型接觸層26。下文，在p側(cè)電極34中電連接到隆起27的p型接觸層26的部分被稱為接觸部分34A。p側(cè)電極34也接合到由金制成的線W1，并且通過該線W1電連接到外部電源(未示出)。
因此，p側(cè)電極34可以通過接觸部分34A將電流注入到有源層24中，因此對應(yīng)于有源層24的接觸部分34A的區(qū)域具有作為所謂的增益區(qū)域L2的功能。在這種情況下，“作為增益區(qū)域L2的功能”表示放大由被注入的載流子發(fā)射的光的功能。
如同在p側(cè)電極34的情況下，p側(cè)電極33具有這樣的一種結(jié)構(gòu)，即其中Ti(鈦)，Pt(鉑)和Au(金)按該順序?qū)盈B。由分隔區(qū)域L1作為襯底，在更接近于稍后將描述的發(fā)射側(cè)端表面35的側(cè)上，p側(cè)電極33形成在包括絕緣膜31和p側(cè)接觸電極32的表面的表面上。下文，在p側(cè)電極33中電連接到隆起27的p型接觸層26的部分被稱為接觸部分33A。p側(cè)電極33還接合到由金等制成的線W2，并且通過該線W2電連接到光輸出運算電路(未示出)。
因此，p側(cè)電極33可以通過接觸部分33A從有源層24汲取電流(光電流)，并且可以從有源層24輸入電流到光輸出運算電路中，因此對應(yīng)于有源層24的接觸部分33A的區(qū)域具有作為所謂的感光區(qū)域L3的功能。在這種情況下，“作為感光區(qū)域L3的功能”表示吸收從增益區(qū)域L2發(fā)射的光以將該光轉(zhuǎn)換成電流信號的功能，并且是例如與諸如光電二極管的光電探測器的功能相同的功能。因此，激光二極管20包括在感光區(qū)域L3中的光電探測器，因此不必與激光二極管20分開地設(shè)置光電探測器。
感光區(qū)域L3中包括的光電探測器僅僅吸收半導(dǎo)體層22中發(fā)射的部分光，以將該部分光轉(zhuǎn)換成電流信號，因此使激光器特性退化的可能性很小。而且，增益區(qū)域L3和感光器L3之間的相互作用可以產(chǎn)生自激振蕩(脈動(palsation))。
上述光輸出運算電路從p側(cè)電極33接收電流信號作為光輸出監(jiān)控信號，并通過使用下面的公式確定發(fā)射的激光的輸出的大小。該公式表示發(fā)射功率Pout和內(nèi)部光子密度S之間的關(guān)系，并且內(nèi)部光子密度S的大小與上述光輸出監(jiān)控信號的大小具有密切的關(guān)系，因此發(fā)射功率Pout的大小與光輸出監(jiān)控信號的大小一一對應(yīng)。
Pout＝(1/2)×(C0/neq)×hv×In(1/(RfRf)×wd×{(1-Rf)/((1-Rf)+(1-Rr)}×S...(1)在該公式中，C0是光的速度；neq是有源層24的傳輸折射率；hv是有源層24的帶隙能量；W是隆起27沿軸向的寬度；d是有源層24沿垂直方向的厚度，以及Rr是后端表面?zhèn)壬系恼凵渎省?br> 接觸部分33A有必要具有這樣的區(qū)域，其中可以產(chǎn)生可由上述光輸出運算電路探測的電流量(可探測的電流量)。因此，接觸部分33A沿軸向的長度大大短于接觸部分34A沿軸向的長度(例如，380μm)，并且是例如大約10μm。
另外，接觸部分33A僅僅需要設(shè)置在由諧振器所夾的區(qū)域中，其包括發(fā)射側(cè)端表面35和反射側(cè)端表面36，這將在后面描述，因此接觸部分33A可以形成為對應(yīng)于隆起27的頂部的任何部分；但是，接觸部分33A優(yōu)選形成為對應(yīng)于發(fā)射側(cè)端表面35側(cè)上的隆起27的頂部的一部分。這是因為，如圖4所示，內(nèi)部光子密度S在接近于發(fā)射側(cè)端表面35處處于其最大值，因此可以保證足夠的電流量，而不會過度地增加接觸部分33A的面積。另外，在感光區(qū)域L3中，產(chǎn)生十分少的熱，因此在感光區(qū)域L3設(shè)置在發(fā)射側(cè)端表面35側(cè)上的情況下，可以防止發(fā)射側(cè)端表面35的退化，而不用將熱輻射機構(gòu)設(shè)置在發(fā)射側(cè)端表面35附近。
一對發(fā)射側(cè)端表面35和反射側(cè)端表面36形成在垂直于隆起27的延伸方向(軸向)的側(cè)表面上。發(fā)射側(cè)端表面35由例如Al2O3(氧化鋁)制成，并且被調(diào)節(jié)以具有低的反射率。另一方面，反射側(cè)端表面36例如通過交替層疊氧化鋁層和氧化鈦層來形成，并且被調(diào)節(jié)以具有高的反射率。因此，有源層24的增益區(qū)域中產(chǎn)生的光在該對發(fā)射側(cè)端表面35和反射側(cè)端表面36之間傳播以便被放大，并且然后從發(fā)射側(cè)端表面35作為光束發(fā)射。
另一方面，n側(cè)電極37設(shè)置在襯底21的整個后表面上，并且電連接到襯底21以及n型覆層23。n側(cè)電極37具有例如其中鈦、鉑和金按該順序?qū)盈B的結(jié)構(gòu)。當(dāng)激光二極管20安裝在熱沉11上時，該n側(cè)電極37電連接到熱沉11，因此n側(cè)電極37具有與電連接到熱沉11的地(未示出)相同的電位(零伏特)。
激光二極管器件10可以通過以下步驟制造。
圖5A至9按順序示出了制造方法的步驟。為了制造激光二極管20，由III-V族氮化物(GaN基化合物半導(dǎo)體)制成的半導(dǎo)體層22A通過例如MOCVD(金屬有機化學(xué)汽相淀積)方法形成在由GaN制成的襯底21A上。此時，使用例如三甲基鋁(TMA)、三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMIn)和氨(NH3)作為GaN基化合物半導(dǎo)體的材料，以及使用例如單硅烷(SiH4)作為施主雜質(zhì)的材料，并且使用例如環(huán)戊二烯基鎂(cyclopentadienyl magnesium)(CPMg)作為受主雜質(zhì)的材料。
更具體的是，首先，n型覆層23A、有源層24A、p型覆層25A和p型接觸層26A按該順序?qū)盈B在襯底21A上(參考圖5A)。
接下來，由二氧化硅制成的厚度為0.2μm的絕緣膜31A形成在p型接觸層26A上。然后，由光致抗蝕劑制成的膜形成在絕緣膜31A上，并且具有沿軸向延伸的條紋狀開口的光致抗蝕劑層R1通過光刻技術(shù)形成。然后，絕緣膜31A通過使用光致抗蝕劑層R1作為掩模，通過使用氫氟酸基蝕刻溶液的濕法腐蝕方法被選擇性地除去(參考圖5B)。之后，具有100nm厚度的包括Pd的金屬層通過真空蒸發(fā)方法形成。之后，光致抗蝕劑層R1被除去。從而，形成p側(cè)接觸電極32A(參考圖5C)。
接下來，由光致抗蝕劑制成的膜形成在p側(cè)接觸電極32A和絕緣膜31A上，并且在將形成W形隆起結(jié)構(gòu)的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑層R2通過光刻技術(shù)形成(參考圖6A)。然后，絕緣膜31A通過使用光致抗蝕劑層R2和p側(cè)接觸電極32A作為掩模，通過使用氫氟酸基蝕刻溶液的濕法腐蝕方法被選擇性地除去。接下來，部分p型接觸層26A和部分p型覆層25A通過使用氯基蝕刻氣體的干法刻蝕方法被選擇性地除去(參考圖6B)。之后，光致抗蝕劑層R2被除去，并且沒有覆蓋p型接觸層26A的p側(cè)接觸電極32A的一部分被除去。由此，包括條紋狀隆起27和凹槽28的W形隆起結(jié)構(gòu)形成在半導(dǎo)體層22A的頂部中。
接下來，由光致抗蝕劑制成的膜形成在整個表面上，以通過光刻技術(shù)形成在對應(yīng)于分隔區(qū)域L1的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑層R3(參考圖7A)。然后，p側(cè)接觸電極32A通過使用光致抗蝕劑層R3作為掩模利用離子銑方法被選擇性地除去，以暴露p型接觸層26A的頂部表面，然后p型接觸層26A通過使用氯基蝕刻氣體的干法刻蝕方法被選擇性地除去。之后，光致抗蝕劑層R3被除去。由此，形成將作為分隔區(qū)域L1的區(qū)域，并且p型接觸層26和p側(cè)接觸電極32形成在除了將作為分隔區(qū)域L1的部分之外的頂部表面上(參考圖7B)。
接下來，由二氧化硅制成的厚度為0.2μm的絕緣層31B形成在整個表面上。然后，由光致抗蝕劑制成的膜被形成以使得p側(cè)接觸電極32的頂部上的膜的一部分較薄，并且該膜的另一部分較厚，也就是，整個表面變平，并且然后，在對應(yīng)于p側(cè)接觸電極32的頂部表面的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑層R4通過光刻技術(shù)形成(參考圖8A)。然后，p側(cè)接觸電極32上的絕緣層31B通過使用p側(cè)接觸電極32作為蝕刻停止層來蝕刻，從而暴露p側(cè)接觸電極32(參考圖8B)。
接下來，由光致抗蝕劑制成的膜形成在整個表面上，并且光致抗蝕劑層(未示出)通過光刻技術(shù)形成在對應(yīng)于分隔區(qū)域L1的區(qū)域中。然后，例如，鈦、鉑和金通過使用蒸發(fā)器按該順序被層疊。之后，光致抗蝕劑層被除去。由此，p側(cè)電極33和p側(cè)電極34分別形成在發(fā)射側(cè)端表面35和反射側(cè)端表面36上(參考圖9)。
接下來，襯底21A的后表面根據(jù)需要被拋光，并且鈦、鉑和金按該順序?qū)盈B在該后表面上。由此，n側(cè)電極37形成。另外，襯底21A被切成每個元件(每個激光二極管20)。因此，形成激光二極管20。另外，線W連接到p側(cè)電極34，并且熱沉11通過接合層12接合到n側(cè)電極37，從而制造了激光二極管器件10(參考圖1)。
在激光二極管20中，當(dāng)具有預(yù)定電位差的電壓施加到p側(cè)電極34和n側(cè)電極37之間時，由隆起27限定的電流被注入有源層24的增益區(qū)域L2(發(fā)光區(qū)域)中，由此由電子空穴復(fù)合產(chǎn)生光發(fā)射。該光被一對反射鏡反射，并且使得激光振蕩具有2π的整數(shù)倍的往返相移的波長，并且該光作為光束被輸出到外部。
此時，p側(cè)電極33通過線W2電連接到光輸出運算電路，因此在增益區(qū)域L2中發(fā)射的光被吸收在對應(yīng)于有源層24的p側(cè)電極33的感光區(qū)域L3中，以被轉(zhuǎn)換成電流信號(光電流)。該電流信號通過該線W2輸出到光輸出運算電路。來自p側(cè)電極33的電流信號被接收在光輸出運算電路中作為光輸出監(jiān)控信號，并且發(fā)射的激光的輸出的大小通過上述的公式(1)來計算。如上所述，激光二極管20包括感光區(qū)域L3中的光電探測器，因此不必與激光二極管20分開地設(shè)置光電探測器。
因此，在根據(jù)該實施例的激光二極管器件中，感光區(qū)域L3設(shè)置在對應(yīng)于p側(cè)電極33的區(qū)域中，并且感光區(qū)域L3吸收在半導(dǎo)體層22中發(fā)射的光的一部分，以將該部分光轉(zhuǎn)換成光輸出監(jiān)控信號，因此與發(fā)射的激光的輸出的大小具有相關(guān)性的電流信號可以被汲取，并且不必與激光二極管20分開地設(shè)置例如光電二極管的光電探測器。因此，具有簡單結(jié)構(gòu)的激光二極管器件可以探測激光。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的激光二極管器件的結(jié)構(gòu)。圖11示出了沿圖10的箭頭C-C的截面圖。圖10和11是示意性視圖，并且圖10和11中的大小和形狀與實際的大小和形狀不同。
根據(jù)第二實施例的激光二極管器件包括在熱沉11(熱輻射部分)上的激光二極管50，并且中間具有接合層12，以使激光二極管50的p側(cè)面向上。根據(jù)激光二極管50包括在對應(yīng)于凹槽28的一部分(條紋狀區(qū)域)的區(qū)域中的感光區(qū)域L6的事實，激光二極管50不同于激光二極管20，其包括在對應(yīng)于隆起27的預(yù)定區(qū)域的區(qū)域的一部分中的感光區(qū)域L3。因此，將主要詳細描述上述差異，并且不再描述與第一實施例中的那些相同的結(jié)構(gòu)、功能和效果。
絕緣膜61形成在凹槽28的側(cè)表面(除了隆起27側(cè)上的側(cè)表面之外)和p型覆層25的除了凹槽28以外的區(qū)域的表面上。換句話說，絕緣膜61在對應(yīng)于隆起27的區(qū)域和對應(yīng)于凹槽28的底部表面的區(qū)域中具有開口。絕緣膜61具有例如其中二氧化硅和硅按該順序?qū)盈B的結(jié)構(gòu)。
p側(cè)電極53(53a和53b)形成在凹槽28的底部表面的一部分(p型覆層25)和絕緣膜61的表面上。p側(cè)電極53(53a和53b)具有其中Ti(鈦)、Pt(鉑)和Au(金)按該順序?qū)盈B的結(jié)構(gòu)。該p側(cè)電極53a形成在由隆起27作為基礎(chǔ)的一側(cè)上，并且p側(cè)電極53b形成在由隆起27作為基礎(chǔ)的另一側(cè)上。由此，p側(cè)電極53(53a和53b)電連接到凹槽28的底部表面的一部分(p型覆層25)。下文，在p側(cè)電極53a中電連接到凹槽28的p型覆層25的部分被稱為接觸部分53A，并且在p側(cè)電極53b中電連接到凹槽28的p型覆層25的部分被稱為接觸部分53B。該p側(cè)電極53(53a和53b)接合到由金等制成的線W3，并且它們通過線W4電連接到與在第一實施例中的相同的光輸出運算電路(未示出)。
由此，p側(cè)電極53(53a和53b)通過接觸部分53A和53B汲取來自有源層24的電流(光電流)，并且能夠?qū)⒃搧碜杂性磳?4的電流輸入到光輸出運算電路中，因此對應(yīng)于有源層24的接觸部分53A和53B的區(qū)域具有作為所謂的感光區(qū)域L6的功能。在這種情況下，“作為感光區(qū)域L6的功能”表示吸收在后面將被描述的增益區(qū)域L4中發(fā)射的光以將該光轉(zhuǎn)換成電流信號的功能，并且是例如與諸如光電二極管的光電探測器的相同的功能。因此，激光二極管50包括感光區(qū)域L6中的光電探測器，因此不必與激光二極管50分開地設(shè)置光電探測器。
接觸部分53A和53B有必要具有其中可以產(chǎn)生可由上述光輸出運算電路探測的電流量(可探測的電流量)的區(qū)域。而且，僅僅需要接觸部分53A和53B設(shè)置在被諧振器所夾的區(qū)域中，其包括發(fā)射側(cè)端表面35和反射側(cè)端表面36，因此可以形成接觸部分53A和53B以對應(yīng)于凹槽28的底部表面的任何部分；但是，接觸部分53A和53B優(yōu)選形成為對應(yīng)于包括凹槽28的底部表面的發(fā)射側(cè)端表面35側(cè)上的區(qū)域的區(qū)域。這是因為，如圖4所示，內(nèi)部光子密度S在接近于發(fā)射側(cè)端表面35處處于其最大值，因此可以保證足夠的電流量，而不會過度地增加接觸部分53A和53B的面積。
感光區(qū)域L6中設(shè)置的光電探測器僅僅吸收半導(dǎo)體層22中發(fā)射的光的一部分，以將該部分光轉(zhuǎn)換成電流信號，因此使激光器特性退化的可能性很小。而且，增益區(qū)域L4和感光區(qū)域L6之間的相互作用可以產(chǎn)生自激振蕩(脈動)。
絕緣膜71形成在隆起27的兩側(cè)表面、凹槽28的底部表面的一部分(對應(yīng)于隆起27的各側(cè)和p型覆層25的p側(cè)電極53(53a和53b)之間的區(qū)域的部分)和p側(cè)電極53(53a和53b)的表面上。換句話說，該絕緣膜71在對應(yīng)于隆起27的頂部表面(p側(cè)接觸電極32)的區(qū)域中具有開口。該絕緣膜71具有例如其中按該順序?qū)盈B二氧化硅和硅的結(jié)構(gòu)。
p側(cè)電極54(第一電極)形成在p側(cè)接觸電極32和絕緣膜71的表面的每一個上。該p側(cè)電極54具有這樣的結(jié)構(gòu)，即其中Ti(鈦)、Pt(鉑)和Au(金)按該順序?qū)盈B，并且通過p側(cè)接觸電極32電連接到隆起27的p型接觸層26。下文，在p側(cè)電極54中電連接到隆起27的p型接觸層的部分被稱為接觸部分54A。p側(cè)電極54接合到由金等制成的線W3，并且通過該線W3電連接到外部電源(未示出)。
因此，p側(cè)電極54可以通過接觸部分54A將電流注入到有源層24中，因此對應(yīng)于有源層24的接觸部分54A的區(qū)域具有作為所謂的增益區(qū)域L4的功能。在這種情況下，“作為增益區(qū)域L4的功能”表示放大由被注入的載流子發(fā)射的光的功能。
高電阻區(qū)域L7形成在對應(yīng)于p型覆層25的凹槽28的一部分(隆起27的各側(cè)和p側(cè)電極53(53a和53b)之間的區(qū)域)的部分中。高電阻區(qū)域L7通過從凹槽28的底部表面?zhèn)葘ㄟx自包括硅(Si)、鋁(Al)、氧(O)和硼(B)的組的至少一種的雜質(zhì)注入到p型覆層25中來形成。由此，從p側(cè)電極54注入到有源層24的電流以及通過感光區(qū)域L6被轉(zhuǎn)換的電流(光電流)可以被分開。結(jié)果是，由感光區(qū)域L6轉(zhuǎn)換的電流(光電流)的一部分泄漏到隆起27側(cè)，或者從p側(cè)電極54注入到有源層24的電流的一部分泄漏到p側(cè)電極53(53a和53b)側(cè)的可能性很小，因此可以防止由感光區(qū)域L6轉(zhuǎn)換的電流(光電流)的損失，并且可以防止來自隆起27側(cè)的電流的進入。
激光二極管50可以通過以下的步驟來制造。將不再進一步描述與制造激光二極管器件20的方法中的那些相同的步驟。
在圖6B所示的步驟之后，絕緣膜61A通過層疊硅形成(參考圖12A)。之后，形成在對應(yīng)于凹槽28的底部表面和隆起27的側(cè)表面的部分中具有開口的光致抗蝕劑膜R5，并且通過使用利用例如BHF溶液的濕法腐蝕方法除去絕緣膜61A的暴露部分，以暴露隆起27的側(cè)表面和凹槽28的底部，由此形成絕緣膜61(參考圖12B)。之后，光致抗蝕劑膜R5被除去。
接下來，在例如從隆起27的側(cè)具有1μm的寬度的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑膜R6形成在絕緣膜61A、凹槽28的底部的一部分和p側(cè)接觸電極32的頂部表面上之后，上述離子從暴露的凹槽28的底部(p型覆層25A)的頂部表面注入，以形成高電阻區(qū)域L7(參考圖12C)。其后，光致抗蝕劑膜R6被除去。
接下來，光致抗蝕劑膜R7形成在隆起27的側(cè)表面和p側(cè)接觸電極32與高電阻區(qū)域L7的頂部表面上，并且每個上述的材料通過例如CVD方法被層疊了相同的厚度，以形成金屬多層膜53D(參考圖13A)。之后，光致抗蝕劑膜R7通過剝離法被除去以形成p側(cè)電極53a和53b。
然后，絕緣膜71A通過借助例如蒸發(fā)法來層疊硅和二氧化硅形成在p側(cè)接觸電極32，高電阻區(qū)域L7和p側(cè)電極53a和53b的頂部表面以及隆起27的側(cè)表面上(參考圖13B)。
接下來，在光致抗蝕劑膜R8形成在絕緣膜71A的頂部表面上之后，其被設(shè)置從與橫向相對的兩個端表面向內(nèi)100μm，絕緣膜71A的暴露部分通過例如使用BHF溶液的濕法腐蝕法被除去，以暴露p側(cè)電極53a和53b的頂部表面的一部分(參考圖14A)。之后，光致抗蝕劑膜R8被除去。
之后，在絕緣膜71A中對應(yīng)于p側(cè)接觸電極32的頂部表面的部分通過例如自對準工藝被除去，從而形成絕緣膜71(參考圖14B)。
接下來，在光致抗蝕劑膜R9形成在p側(cè)電極53a和53b的暴露部分的頂部表面上之后，每種上述材料通過例如CVD方法，在p側(cè)接觸電極32和絕緣膜71A的頂部表面上被層疊相同的厚度，以形成p側(cè)電極54(參考圖15)。之后，光致抗蝕劑膜R9被除去，因此完成了激光二極管(參考圖11)。進一步，之后，圖10中所示的激光二極管器件通過與上述實施例中的那些相同的步驟完成。
在根據(jù)該實施例的激光二極管器件中，激光以與第一實施例中的相同的方式發(fā)射。此時，p側(cè)電極33通過線W4電連接到光輸出運算電路，因此增益區(qū)域L4中發(fā)射的光被吸收在對應(yīng)于有源層24的p側(cè)電極53的感光區(qū)域L6中，以被轉(zhuǎn)換成電流信號(光電流)。電流信號通過線W3輸出到光輸出運算電路。來自p側(cè)電極53的電流信號被接收在光輸出運算電路中作為光輸出監(jiān)控信號，并且發(fā)射的激光的輸出的大小借助上述公式(1)來計算。如上所述，激光二極管50包括感光區(qū)域L6中的光電探測器，因此不必與激光二極管50分開地設(shè)置光電探測器。
因此，在根據(jù)該實施例的激光二極管器件中，感光區(qū)域L6設(shè)置在對應(yīng)于p側(cè)電極53的區(qū)域中，并且半導(dǎo)體層22中發(fā)射的光的一部分被吸收以被轉(zhuǎn)換成光輸出監(jiān)控信號，因此可以汲取與發(fā)射的激光的輸出的大小具有相關(guān)性的電流信號，并且不必與激光二極管50分開地設(shè)置例如光電二極管的光電探測器。因此，具有簡單的結(jié)構(gòu)的激光二極管器件可以探測激光。
雖然參考實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于該實施例，并且可以進行多種修改。
例如，在上述的實施例中，描述了III-V族氮化物半導(dǎo)體用作半導(dǎo)體層22的材料的情況；但是，也可以使用GaInP基(紅色)半導(dǎo)體、AlGaAs基(紅外線)半導(dǎo)體等等。
而且，在上述實施例中，折射率引導(dǎo)型電流限制結(jié)構(gòu)(W形隆起結(jié)構(gòu))設(shè)置在半導(dǎo)體層22的頂部上；但是，可以使用任何其它的電流限制結(jié)構(gòu)，例如增益引導(dǎo)型。
進一步在這些實施例中，半導(dǎo)體層22的頂部具有p型極性，并且半導(dǎo)體層22的底部具有n型極性；但是，這些極性可以被反轉(zhuǎn)。
本發(fā)明并不局限于上述實施例中詳細描述的制造方法，并且可以使用任何其它的制造方法。
在上述實施例中，激光二極管20和50被安裝以使它們的p側(cè)面向上；但是，這些p側(cè)也可以面向下。激光二極管20和50優(yōu)選被安裝以使它們的p側(cè)面向下，因為與它們被安裝以使它們的p側(cè)面向上的情況相比，可以改善熱輻射效率和激光器特性。
另外，在第二實施例中，描述了設(shè)置高電阻區(qū)域L7的情況；但是，代替設(shè)置高電阻區(qū)域L7，有源層24和凹槽28的底部之間的距離可以被減小(變窄)，或者以防止對有源層24的損壞，該有源層24可以被暴露，以便絕緣膜71延伸到有源層24的頂部表面。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求或其等價物的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計需要以及在此范圍內(nèi)的其它因素可以作出多種修改、組合、子組合以及改變。
權(quán)利要求
1.一種激光二極管器件，其包括通過按該順序?qū)盈B第一導(dǎo)電類型層、有源層和第二導(dǎo)電類型層形成的半導(dǎo)體層，該第二導(dǎo)電類型層包括在其頂部中的條紋狀電流限制結(jié)構(gòu)；以及多個電極，其形成在半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電類型層側(cè)上，并且以預(yù)定的間隔電連接到第二導(dǎo)電類型層，其中半導(dǎo)體層在對應(yīng)于除了至少一個以外的該多個電極中的電極(第一電極)的區(qū)域中具有感光區(qū)域，該感光區(qū)域吸收半導(dǎo)體層中發(fā)射的光的一部分，以將該部分光轉(zhuǎn)換成電流信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管器件，其中該多個電極沿著電流限制結(jié)構(gòu)延伸的方向排成直線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管器件，其中該多個電極電連接到對應(yīng)于第二導(dǎo)電類型層的電流限制結(jié)構(gòu)的條紋狀區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光二極管器件，其中電連接到第一電極的第二導(dǎo)電類型層的區(qū)域具有其中可以產(chǎn)生可探測的電流量的區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管器件，其中第一電極借助至少100歐姆的電阻與靠近第一電極的電極隔離。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管器件，其中半導(dǎo)體層沿電流限制結(jié)構(gòu)延伸的方向具有一對發(fā)射側(cè)端表面和反射側(cè)端表面，以及第一電極形成在該發(fā)射側(cè)端表面?zhèn)壬稀?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管器件，其中第二導(dǎo)電類型層在感光區(qū)域和電連接到靠近第一電極的電極的第二導(dǎo)電類型層的區(qū)域(增益區(qū)域)之間具有高電阻區(qū)域，該高電阻區(qū)域使感光區(qū)域與增益區(qū)域彼此隔離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光二極管器件，其中高電阻區(qū)域包括雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光二極管器件，其中所述雜質(zhì)包括從包括硅(Si)、氧(O)、鋁(Al)和硼(B)的組中選擇的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光二極管器件，其中高電阻區(qū)域借助至少100歐姆的電阻使第一電極和靠近該第一電極的電極彼此隔離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管器件，其中該多個電極沿與電流限制結(jié)構(gòu)延伸的方向垂直的方向排成直線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光二極管器件，其中第一電極形成在與電流限制結(jié)構(gòu)相距預(yù)定距離地設(shè)置在電流限制結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上的至少其中一個條紋狀區(qū)域中，以及除了第一電極以外的電極(第二電極)形成在包括對應(yīng)于電流限制結(jié)構(gòu)的條紋狀區(qū)域的區(qū)域中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光二極管器件，其中包括將第一電極和第二電極彼此電隔離的絕緣層，第一電極形成在與電流限制結(jié)構(gòu)相距預(yù)定距離地設(shè)置在電流限制結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上的至少其中一個條紋狀區(qū)域中，絕緣層被形成為布置在整個第一電極上，以及第二電極形成在對應(yīng)于電流限制結(jié)構(gòu)和絕緣層的條紋狀區(qū)域上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光二極管器件，其中第一電極電連接到第二導(dǎo)電類型層的至少其中一個條紋狀區(qū)域，該條紋狀區(qū)域設(shè)置在電流限制結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上，與該電流限制結(jié)構(gòu)相距預(yù)定的距離，以及除了第一電極以外的電極(第二電極)電連接到對應(yīng)于第二導(dǎo)電類型層的電流限制結(jié)構(gòu)的條紋狀區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光二極管器件，其中電連接到第一電極的第二導(dǎo)電類型層的區(qū)域具有其中可以產(chǎn)生可探測的電流量的區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管器件，其中該半導(dǎo)體層由III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體制成。
全文摘要
提供一種具有簡單結(jié)構(gòu)的能夠探測激光的激光二極管器件。該激光二極管器件包括通過按該順序?qū)盈B第一導(dǎo)電類型層、有源層和第二導(dǎo)電類型層形成的半導(dǎo)體層，該第二導(dǎo)電類型層包括在其頂部中的條紋狀電流限制結(jié)構(gòu)，以及多個電極，其形成在半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電類型層側(cè)上，并且以預(yù)定的間隔電連接到第二導(dǎo)電類型層，其中該半導(dǎo)體層在對應(yīng)于除了至少一個以外的該多個電極的電極(第一電極)的區(qū)域中具有感光區(qū)域，該感光區(qū)域吸收半導(dǎo)體層中發(fā)射的光的一部分，以將該部分光轉(zhuǎn)換成電流信號。
文檔編號H01S5/00GK1976144SQ20061017190
公開日2007年6月6日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者倉本大 申請人:索尼株式會社