專利名稱：半導(dǎo)體激光器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二極管，尤其涉及一種半導(dǎo)體激光器以及一種半導(dǎo)體激光器的制作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器一般為在基板上成長(zhǎng)磊晶層，磊晶層包括一個(gè)P型半導(dǎo)體層、一個(gè)N型半導(dǎo)體層、以及設(shè)置在該P(yáng)型半導(dǎo)體層與該N型半導(dǎo)體層之間的活性層。通常，該P(yáng)型半導(dǎo)體層與該N型半導(dǎo)體層為六方晶系半導(dǎo)體材料，如氮化鎵(GaN)。將該磊晶層切割成多個(gè)晶粒，從而形成多個(gè)半導(dǎo)體激光器。每個(gè)半導(dǎo)體激光器包括兩個(gè)相互平行的側(cè)面，以作為半導(dǎo)體激光器的共振腔面。然而，由于半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體層為六方晶系半導(dǎo)體材料，在切割過程中，很難使該兩個(gè)側(cè)面垂直于PN結(jié)面且相互平行，從而影響半導(dǎo)體激光器的性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種諧振腔具有平整端面的半導(dǎo)體激光器。一種半導(dǎo)體激光器，其包括N型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層以及設(shè)置在該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層之間的活性層。該N型半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第一表面。該P(yáng)型半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第二表面。該半導(dǎo)體激光器包括位于該第一表面與該第二表面之間的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面。該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層均為六方晶系半導(dǎo)體層。該半導(dǎo)體激光器的兩個(gè)側(cè)面上形成有兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層。每一四方晶系半導(dǎo)體層具有遠(yuǎn)離與之對(duì)應(yīng)的側(cè)面的一個(gè)外表面，該兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面相互平行，以構(gòu)成該半導(dǎo)體激光器的諧振腔的兩端面。一種半導(dǎo)體激光器的制作方法，其包括提供一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括N型六方晶系半導(dǎo)體層、活性層、以及P型六方晶系半導(dǎo)體層，該N型六方晶系半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第一表面，P型六方晶系半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第二表面，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括位于該第一表面與該第二表面之間的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面；在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)面上分別成長(zhǎng)四方晶系半導(dǎo)體層，每一個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層具有遠(yuǎn)離與之對(duì)應(yīng)的側(cè)面的一個(gè)外表面，該兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面相互平行，以構(gòu)成該半導(dǎo)體激光器的諧振腔的兩端面。相比六方晶系半導(dǎo)體，四方晶系半導(dǎo)體具有側(cè)向成長(zhǎng)特性，因此，通過控制成長(zhǎng)條件，可以使兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面成長(zhǎng)為平整面，從而作為半導(dǎo)體激光器諧振腔的兩端面。進(jìn)一步地，由于四方晶系半導(dǎo)體層通過等離子體蝕刻拋光、劈裂等方法制作的劈 裂面為鏡面，其表面粗糙度一般小于20納米。四方晶系半導(dǎo)體層劈裂面比六方晶系半導(dǎo)體層的劈裂面平整，適合作為半導(dǎo)體激光器的諧振腔的端面。因此，本發(fā)明利用兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面作為半導(dǎo)體激光器諧振腔的兩端面，其相比六方晶系半導(dǎo)體層具有較好的平整度，可以有效地提高該半導(dǎo)體激光器的性能。并且，四方晶系半導(dǎo)體層制作鏡面的制作工藝簡(jiǎn)單。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器的立體示意圖。圖2是圖I中的半導(dǎo)體激光器沿II-II的剖面示意圖。
圖3是圖I中的半導(dǎo)體激光器沿III-III的剖面示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器的制作方法的流程圖。主要元件符號(hào)說明半導(dǎo)體激光器100N型電極10N型半導(dǎo)體層20下表面21P型半導(dǎo)體層40上表面41活性層30P型電極50第一側(cè)面101第二側(cè)面102第三側(cè)面103第四側(cè)面104第一四方晶系半導(dǎo)體層60第一表面61第二四方晶系半導(dǎo)體層70第二表面7具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器100。該半導(dǎo)體激光器100包括N型電極10、N型半導(dǎo)體層20、P型半導(dǎo)體層40、設(shè)置在該N型半導(dǎo)體層20與該P(yáng)型半導(dǎo)體層40之間的活性層30、P型電極50、第一四方晶系半導(dǎo)體層60、以及第二四方晶系半導(dǎo)體層70。該N型半導(dǎo)體層20與該P(yáng)型半導(dǎo)體層40可以為單層或多層結(jié)構(gòu)，其選用III族氮化物半導(dǎo)體材料。在本實(shí)施例中，該N型半導(dǎo)體層20與該P(yáng)型半導(dǎo)體層40均為六方晶系半導(dǎo)體層，且選用的材料包括氮化鎵(GaN)。當(dāng)然，該N型半導(dǎo)體層20與該P(yáng)型半導(dǎo)體層40也可以為其他六方晶系半導(dǎo)體層，而不限于該實(shí)施例。該N型半導(dǎo)體層20具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層30的下表面21，該P(yáng)型半導(dǎo)體層40具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層30的上表面41。在本實(shí)施例中，該下表面21與該上表面41均為平面。該N型電極10設(shè)置在該N型半導(dǎo)體層20的下表面21上。該P(yáng)型電極50設(shè)置在該P(yáng)型半導(dǎo)體層40的上表面41上。該N型電極10與該P(yáng)型電極50為透明電極。請(qǐng)一并參見圖2與圖3，該N型半導(dǎo)體層20、活性層30、以及該P(yáng)型半導(dǎo)體層40具有位于該下表面21與該上表面41之間的第一側(cè)面101、與該第一側(cè)面101相對(duì)的第二側(cè)面102、第三側(cè)面103以及與該第三側(cè)面103相對(duì)的第四側(cè)面104。在本實(shí)施例中，該第一側(cè)面101與該第二側(cè)面102平行。該第三側(cè)面103與該第四側(cè)面104均為粗糙面。
該第一四方晶系半導(dǎo)體層60設(shè)置在該第一側(cè)面101上，該第二四方晶系半導(dǎo)體層70設(shè)置在該第二側(cè)面102上。在本實(shí)施例中，該第一四方晶系半導(dǎo)體層60與該第二四方晶系半導(dǎo)體層70的折射系數(shù)與該N型半導(dǎo)體層20以及該P(yáng)型半導(dǎo)體層40的折射系數(shù)相同。該第一四方晶系半導(dǎo)體層60與該第二四方晶系半導(dǎo)體層70可以為氮化硅(SiNx)層或者二氧化鈦(TiO2)層。該第一四方晶系半導(dǎo)體層60與該第二四方晶系半導(dǎo)體層70可以通過電感稱合等離子體化學(xué)氣相沉積法(Inductively CoupledPlasma-Chemical vapordeposition, ICP-CVD)分別形成在該第一側(cè)面101與該第二側(cè)面102的兩個(gè)側(cè)面上。該第一四方晶系半導(dǎo)體層60具有遠(yuǎn)離該第一側(cè)面101的第一表面61,該第二四方晶系半導(dǎo)體層70具有遠(yuǎn)離該第二側(cè)面102的第二表面71。由于四方晶系半導(dǎo)體具有側(cè)向成長(zhǎng)特性。因此，通過改變?cè)撍姆骄蛋雽?dǎo)體成長(zhǎng)條件，可使該第一表面61與該第二表面71成長(zhǎng)為光滑平面，垂直于PN結(jié)面且相互平行。在本實(shí)施例中，該第一表面61與該第二表面71作為該半導(dǎo)體激光器100的諧振腔的兩端面。當(dāng)然，由于四方晶系半導(dǎo)體通過等離子體蝕刻拋光、劈裂等方法制作的劈裂面為鏡面，其表面粗糙度一般小于20納米。該第一四方晶系半導(dǎo)體層60與該第二四方晶系半導(dǎo)體層70形成在該第一側(cè)面101與該第二側(cè)面102的兩個(gè)側(cè)面上后，也可以通過等離子體蝕刻拋光、劈裂等方法使該第一表面61與該第二表面62形成鏡面，以作為半導(dǎo)體激光器100的諧振腔的兩端面。該半導(dǎo)體激光器100的基本工作原理如下該半導(dǎo)體激光器100的PN結(jié)加有正向電壓，即該P(yáng)型電極50接外部電源正極，該N型電極10接外部電源負(fù)極。如此一來，會(huì)削弱PN結(jié)勢(shì)魚，迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū)，空穴從P區(qū)經(jīng)過PN結(jié)注入N區(qū)，這些注PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將會(huì)發(fā)生復(fù)合，從而發(fā)射光子，即自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導(dǎo)體時(shí)，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子-空穴對(duì)附近，就能激勵(lì)二者復(fù)合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子在諧振腔的兩端面，即該第一四方晶系半導(dǎo)體層60的第一表面61，以及該第二四方晶系半導(dǎo)體層70的第二表面71，往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對(duì)某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時(shí)，就可從該半導(dǎo)體激光器100的第一表面61以及第二表面71發(fā)出具有較好譜線的相干光，即激光。由于四方晶系半導(dǎo)體層通過等離子體蝕刻拋光、劈裂等方法制作的劈裂面為鏡面，其表面粗糙度一般小于20納米。四方晶系半導(dǎo)體層劈裂面比六方晶系半導(dǎo)體層的劈裂面平整，適合作為半導(dǎo)體激光器100的諧振腔的端面。因此，本實(shí)施例中，利用該第一四方晶系半導(dǎo)體層60的第一表面61以及該第二四方晶系半導(dǎo)體層70的第二表面71作為半導(dǎo)體激光器100諧振腔的兩端面，其相比六方晶系半導(dǎo)體層具有較好的平整度，可以有效地提高該半導(dǎo)體激光器100的性能。并且，四方晶系半導(dǎo)體層制作鏡面的制作工藝簡(jiǎn)單。
請(qǐng)參見圖4，本發(fā)明實(shí)施例一種半導(dǎo)體激光器的制作方法，其包括如下步驟步驟一提供一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括N型六方晶系半導(dǎo)體層、活性層、以及P型六方晶系半導(dǎo)體層，該N型六方晶系半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第一表面，P型六方晶系半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第二表面，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括位于該第一表面與該第二表面之間的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面。請(qǐng)一并參見圖I、圖2與圖3，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包N型半導(dǎo)體層20、P型半導(dǎo)體層40、設(shè)置在該N型半導(dǎo)體層20與該P(yáng)型半導(dǎo)體層40之間的活性層30、第一四方晶系半導(dǎo)體層60、以及第二四方晶系半導(dǎo)體層70。進(jìn)一步地，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括N型電極10與P型電極50。
該N型半導(dǎo)體層20具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層30的下表面21，該P(yáng)型半導(dǎo)體層40具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層30的上表面41。在本實(shí)施例中，該下表面21與該上表面41均為平面。該N型電極10設(shè)置在該N型半導(dǎo)體層20的下表面21上。該P(yáng)型電極50設(shè)置在該P(yáng)型半導(dǎo)體層40的上表面41上。該N型電極10與該P(yáng)型電極50為透明電極。該N型半導(dǎo)體層20、活性層30、以及該P(yáng)型半導(dǎo)體層40具有位于該下表面21與該上表面41之間的第一側(cè)面101、與該第一側(cè)面101相對(duì)的第二側(cè)面102、第三側(cè)面103以及與該第三側(cè)面103相對(duì)的第四側(cè)面104。一般地，上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是磊晶結(jié)構(gòu)經(jīng)蝕刻、劈裂等方式形成。然而，由于蝕刻技術(shù)所形成的表面不平整并且該表面也一般不垂直PN結(jié)面。劈裂技術(shù)所形成的表面垂直度比蝕刻技術(shù)好，但平整度比蝕刻技術(shù)差。因此，該第一側(cè)面101、第二側(cè)面102、第三側(cè)面103以及與第四側(cè)面104為粗糙表面。步驟二 在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)面上分別成長(zhǎng)四方晶系半導(dǎo)體層，每一個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層具有遠(yuǎn)離與之對(duì)應(yīng)的側(cè)面的一個(gè)外表面，該兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面相互平行，以構(gòu)成該半導(dǎo)體激光器的諧振腔的兩端面。從而形成一個(gè)半導(dǎo)體激光器。具體地，請(qǐng)一并參見圖I、圖2與圖3，該第一四方晶系半導(dǎo)體層60設(shè)置在該第一側(cè)面101上，該第二四方晶系半導(dǎo)體層70設(shè)置在該第二側(cè)面102上。在本實(shí)施例中，該第一四方晶系半導(dǎo)體層60與該第二四方晶系半導(dǎo)體層70的折射系數(shù)與該N型半導(dǎo)體層20以及該P(yáng)型半導(dǎo)體層40的折射系數(shù)相同。該第一四方晶系半導(dǎo)體層60與該第二四方晶系半導(dǎo)體層70可以為氮化硅(SiNx)層或者二氧化鈦(TiO2)層。該第一四方晶系半導(dǎo)體層60與該第二四方晶系半導(dǎo)體層70可以通過電感耦合等離子體化學(xué)氣相沉積法(InductivelyCoupled Plasma-Chemicalvapor deposition, ICP-CVD)分別成長(zhǎng)在該第一側(cè)面 101 與該第二側(cè)面102的兩個(gè)側(cè)面上。該第一四方晶系半導(dǎo)體層60具有遠(yuǎn)離該第一側(cè)面101的第一表面61,該第二四方晶系半導(dǎo)體層70具有遠(yuǎn)離該第二側(cè)面102的第二表面71。由于四方晶系半導(dǎo)體具有側(cè)向成長(zhǎng)特性。因此，通過改變?cè)撍姆骄蛋雽?dǎo)體成長(zhǎng)條件，可使該第一表面61與該第二表面71成長(zhǎng)為光滑平面，垂直于PN結(jié)面且相互平行。在本實(shí)施例中，該第一表面61與該第二表面71作為該半導(dǎo)體激光器100的諧振腔的兩端面?？梢岳斫獾氖?，由于四方晶系半導(dǎo)體通過等離子體蝕刻拋光、劈裂等方法制作的劈裂面為鏡面，其表面粗糙度一般小于20納米。該第一四方晶系半導(dǎo)體層60與該第二四方晶系半導(dǎo)體層70形成在該第一側(cè)面101與該第二側(cè)面102的兩個(gè)側(cè)面上后，也可以通過等離子體蝕刻拋光、劈裂等方法使該第一側(cè)面101與該第二側(cè)面102形成鏡面，以作為半導(dǎo)體激光器100的諧振腔的兩端面。
可以理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可于本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效果均可。這些依據(jù)本發(fā)明精神所 做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器，其包括N型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層以及設(shè)置在該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層之間的活性層，該N型半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第一表面，該P(yáng)型半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第二表面，該半導(dǎo)體激光器包括位于該第一表面與該第二表面之間的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面，其特征在于該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層均為六方晶系半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體激光器進(jìn)一步包括形成在該兩個(gè)側(cè)面上的兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層，每一四方晶系半導(dǎo)體層具有遠(yuǎn)離與之對(duì)應(yīng)的側(cè)面的一個(gè)外表面，該兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面相互平行，以構(gòu)成該半導(dǎo)體激光器的諧振腔的兩端面。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層中至少一者的材料包括氮化鎵。
3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，該四方晶系半導(dǎo)體層為氮化硅層或者二氧化鈦層。
4.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，該四方晶系半導(dǎo)體層的折射系數(shù)與該N型半導(dǎo)體層及該P(yáng)型半導(dǎo)體層的折射系數(shù)相同。
5.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，該四方晶系半導(dǎo)體層通過電感耦合等離子體化學(xué)氣相沉積法形成在該磊晶結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)面上。
6.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，每一個(gè)外表面的表面粗糙度小于20納米。
7.一種半導(dǎo)體激光器的制作方法，其包括 提供一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括N型六方晶系半導(dǎo)體層、活性層、以及P型六方晶系半導(dǎo)體層，該N型六方晶系半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第一表面，P型六方晶系半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第二表面，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括位于該第一表面與該第二表面之間的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面； 在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)面上分別成長(zhǎng)四方晶系半導(dǎo)體層，每一個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層具有遠(yuǎn)離與之對(duì)應(yīng)的側(cè)面的一個(gè)外表面，該兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面相互平行，以構(gòu)成該半導(dǎo)體激光器的諧振腔的兩端面。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，該P(yáng)型六方晶系半導(dǎo)體層與該N型六方晶系半導(dǎo)體層中至少一者為氮化鎵層。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，該四方晶系半導(dǎo)體層為氮化硅層或者二氧化鈦層。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，該四方晶系半導(dǎo)體層的折射系數(shù)與該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層的折射系數(shù)相同。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，該四方晶系半導(dǎo)體層通過電感耦合等離子體化學(xué)氣相沉積法形成在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)面上。
12.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，該兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面經(jīng)過等離子體蝕刻拋光或劈裂處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器，其包括N型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層以及設(shè)置在該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層之間的活性層。該N型半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第一表面。該P(yáng)型半導(dǎo)體層具有一個(gè)遠(yuǎn)離該活性層的第二表面。該半導(dǎo)體激光器包括位于該第一表面與該第二表面之間的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面。該N型半導(dǎo)體層與該P(yáng)型半導(dǎo)體層均為六方晶系半導(dǎo)體層。該半導(dǎo)體激光器的兩個(gè)側(cè)面上形成有兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層。每一四方晶系半導(dǎo)體層具有遠(yuǎn)離與之對(duì)應(yīng)的側(cè)面的一個(gè)外表面，該兩個(gè)四方晶系半導(dǎo)體層的兩個(gè)外表面相互平行，以構(gòu)成該半導(dǎo)體激光器的諧振腔的兩端面。本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體發(fā)激光器的制作方法。
文檔編號(hào)H01S5/323GK102638001SQ20111003465
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者徐智鵬, 沈佳輝, 洪梓健 申請(qǐng)人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創(chuàng)能源科技股份有限公司