專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體激光器元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)具體涉及適合用作邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器輸出變得越高，則在諧振器的邊緣所產(chǎn)生的熱的量越大，從而可能因?qū)吘壍钠茐亩鴮?dǎo)致使用壽命較短。對(duì)邊緣的破壞發(fā)生在以下機(jī)制中。S卩，當(dāng)電流被注入時(shí)，非輻射重組合電流經(jīng)由邊緣上存在的表面準(zhǔn)位(surfacelevel)而流動(dòng)。載流子密度在邊緣附近比在該激光器內(nèi)部高，因此導(dǎo)致大的光吸收(photoabsorption)。此光吸收產(chǎn)生熱，從而減小在主發(fā)射邊緣附近的能帶隙(bandgap energy)并且引致甚至更大的光吸收。這種正反饋過(guò)程在具有高光功率密度的主發(fā)射邊緣引起溫度的過(guò)度增加。作為一種適用于抑制以上正反饋所造成的邊緣的發(fā)熱的結(jié)構(gòu)，例如，日本專(zhuān)利特許公開(kāi)No. Hei 10-75008 (下文稱(chēng)為專(zhuān)利文獻(xiàn)I)描述了在邊緣的整個(gè)表面上形成P側(cè)電極以確保從邊緣的適當(dāng)散熱。然而，專(zhuān)利文獻(xiàn)I所描述的相關(guān)技術(shù)中的該結(jié)構(gòu)引起P側(cè)電極在裂解(cleavage)期間受牽拉,從而導(dǎo)致邊緣上P側(cè)電極的懸垂或P側(cè)電極的剝離。在另一方面，作為一種適用于防止P側(cè)電極的懸垂和剝離的結(jié)構(gòu)，日本專(zhuān)利特許公開(kāi)No. 2002-084036嘗試通過(guò)從邊緣向后移動(dòng)P側(cè)電極來(lái)解決該問(wèn)題。然而，由于以上在散熱方面的惡化的效能，從邊緣向后移動(dòng)P側(cè)電極使得難以實(shí)現(xiàn)超出給定等級(jí)的高輸出。

發(fā)明內(nèi)容
期望是，提供一種能夠加速?gòu)闹C振器邊緣的散熱的半導(dǎo)體激光器元件及其制造方法。根據(jù)本公開(kāi)的一種半導(dǎo)體激光器元件包括以下構(gòu)成部件(A)至(C)(A)位于襯底上的激光器結(jié)構(gòu)部，該激光器結(jié)構(gòu)部構(gòu)造成包括順次具有η型半導(dǎo)體層、活性層和P型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)、和位于P型半導(dǎo)體層的頂部上的P側(cè)電極；(B)設(shè)置在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的兩對(duì)立橫向側(cè)的一對(duì)諧振器邊緣；(C)設(shè)置在激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣的位置的區(qū)域中的、并由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜。這里，術(shù)語(yǔ)“周?chē)鷼怏w”是指當(dāng)半導(dǎo)體激光器元件在使用時(shí)的環(huán)境氣體，更具體地，指空氣或氮?dú)?如果氣體被密封在包裝等內(nèi))。此外，術(shù)語(yǔ)“非金屬材料”是指任何絕緣體和半導(dǎo)體。絕緣體也包括例如樹(shù)脂。在根據(jù)本公開(kāi)的半導(dǎo)體激光器元件中，由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜形成在激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣的位置的區(qū)域中。因而，從諧振器邊緣產(chǎn)生的熱經(jīng)由這些膜而得以散失。根據(jù)本公開(kāi)的半導(dǎo)體激光器元件的制造方法包括以下(A)至(C)(A)在襯底上形成激光器結(jié)構(gòu)部，該激光器結(jié)構(gòu)部構(gòu)造成包括順次具有η型半導(dǎo)體層、活性層和P型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)、和位于P型半導(dǎo)體層的頂部上的P側(cè)電極；(B)在激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣待形成所在位置的區(qū)域中，形成由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜；(C)在膜的形成之后，通過(guò)裂解半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的兩對(duì)立橫向側(cè)從而形成一對(duì)諧振器邊緣。
在根據(jù)本公開(kāi)的半導(dǎo)體激光器元件或其制造方法中，由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜設(shè)置在激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣的位置的區(qū)域中，因此可加速?gòu)闹C振器邊緣的散熱。


圖I是示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器元件的構(gòu)造的透視圖；圖2Α是示出圖I所示半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖2Β是沿圖2Α中的線IIB-IIB的截面圖；圖3A、3B、3C和圖3D是按步驟順序示出圖I所示半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的截面圖；圖4是示出在相關(guān)技術(shù)中半導(dǎo)體激光器元件存在的問(wèn)題的簡(jiǎn)圖；圖5是示出在相關(guān)技術(shù)中半導(dǎo)體激光器元件存在的另一問(wèn)題的簡(jiǎn)圖；圖6A是示出根據(jù)變型例I的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖6B是沿圖6A中的線VIB-VIB的截面圖；圖7A是示出圖I所示半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的示意構(gòu)造的俯視圖，并且圖7B是沿圖7A中的線VIIB-VIIB的截面圖；圖8A是示出根據(jù)變型例2的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖8B是沿圖8A中的線VIIIB-VIIIB的截面圖；圖9A是示出根據(jù)變型例3的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖9B是沿圖9A中的線IXB-IXB的截面圖；圖IOA是示出根據(jù)變型例4的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖IOB是沿圖IOA中的線XB-XB的截面圖；圖IlA是示出根據(jù)變型例5的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖IlB是沿圖IlA中的線XIB-XIB的截面圖；圖12A是示出根據(jù)變型例6的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖12B是沿圖12A中的線XIIB-XIIB的截面圖；圖13A是示出根據(jù)變型例7的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖13B是沿圖13A中的線XIIIB-XIIIB的截面圖；圖14A是示出根據(jù)變型例8的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖14B是沿圖14A中的線XIVB-XIVB的截面圖15A是示出根據(jù)變型例9的半導(dǎo)體激光器元件如從p側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖15B是沿圖15A中的線XVB-XVB的截面圖；和圖16A是示出根據(jù)變型例10的半導(dǎo)體激光器元件如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造的俯視圖，并且圖16B是沿圖16A中的線XVIB-XVIB的截面圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖給出本公開(kāi)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述。應(yīng)注意，該描述將按以下順序給出。I.實(shí)施例(非金屬膜設(shè)置在P側(cè)電極的頂側(cè)上的兩個(gè)諧振器邊緣附近的示例)2.變型例I (非金屬膜從諧振器邊緣中的一個(gè)延伸到另一個(gè)的示例)3.變型例2 (非金屬膜設(shè)置在諧振器邊緣中的一個(gè)附近的示例) 4.變型例3 (非金屬膜具有無(wú)銳角的面內(nèi)(in-plane)形狀的示例)5.變型例4 (非金屬膜具有沿面內(nèi)方向被分割的形狀的示例)6.變型例5 (非金屬膜的厚度沿面內(nèi)方向有變化的示例)7.變型例6 (非金屬膜借由粘接劑而貼附的示例)8.變型例7 (P側(cè)襯墊層和P側(cè)接觸層兩者的邊緣位于與諧振器邊緣相同位置的示例)9.變型例8 (P側(cè)襯墊層和P側(cè)接觸層兩者的邊緣位于從諧振器邊緣向后的位置的示例)10.變型例9 (P側(cè)接觸層的邊緣位于與諧振器邊緣相同的位置、P側(cè)襯墊層的邊緣位于從諧振器邊緣向后的位置、并且P側(cè)襯墊層的邊緣與非金屬膜的邊緣相隔開(kāi)的示例)11.變型例10 (P側(cè)襯墊層和P側(cè)接觸層兩者的邊緣位于從諧振器邊緣向后的位置、并且P側(cè)襯墊層的邊緣與非金屬膜的邊緣相隔開(kāi)的示例)圖I示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器元件I的總體構(gòu)造。圖2A以平面視圖示出半導(dǎo)體激光器元件I如從P側(cè)電極側(cè)所見(jiàn)的構(gòu)造。圖2B示出沿圖2A中的線IIB-IIB的截面圖。半導(dǎo)體激光器元件I是例如具有大約500nm或更小的、例如400nm左右的振蕩波長(zhǎng)的藍(lán)/藍(lán)紫半導(dǎo)體激光器元件，該元件用于例如在個(gè)人計(jì)算機(jī)或家庭游戲機(jī)中將記錄寫(xiě)到藍(lán)光盤(pán)(Blu-ray Disc，BD)或從藍(lán)光盤(pán)再現(xiàn)。該半導(dǎo)體激光器元件I在例如GaN所制成的襯底11的一側(cè)(頂側(cè))具有激光器結(jié)構(gòu)部2。激光器結(jié)構(gòu)部2包括半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10和設(shè)置在該半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10的頂部上的P側(cè)電極20。η側(cè)電極30設(shè)置在襯底11的另一側(cè)(底側(cè))。半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10包括順次堆疊在襯底11上的η型半導(dǎo)體層12、活性層13和ρ型半導(dǎo)體層14。呈帶的形式的突起部15設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層14中用于電流限制。與突起部15相關(guān)聯(lián)的活性層13的區(qū)域用作光發(fā)射區(qū)域。在突起部15的每一側(cè)，設(shè)置一個(gè)絕緣層16。在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10中沿突起部15的長(zhǎng)度(下文稱(chēng)為諧振器方向)的一對(duì)對(duì)立的橫向側(cè)用作諧振器邊緣IOF和10R。ρ側(cè)電極20設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層14的頂部上。ρ側(cè)電極20從ρ型半導(dǎo)體層14側(cè)順次具有例如P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22。P側(cè)接觸電極21電連接到P型半導(dǎo)體層14的突起部15的頂側(cè)。ρ側(cè)襯墊電極22用于配線接合(wire bonding)連接并且設(shè)置在比P側(cè)接觸電極21更大的面積上。ρ側(cè)接觸電極21例如從諧振器邊緣IOF即其中一個(gè)諧振器邊緣延伸到諧振器邊緣IOR即另一諧振器邊緣。即，ρ側(cè)接觸電極21的各邊緣21A位于與諧振器邊緣IOF或IOR相同的位置。在另一方面，P側(cè)襯墊電極22的各邊緣22A為從諧振器邊緣IOF或IOR向內(nèi)設(shè)置。如上述，通過(guò)將P側(cè)襯墊電極22的各邊緣22A向內(nèi)移動(dòng)和減小ρ側(cè)電極20在諧振器邊緣IOF和IOR附近的厚度，可抑制在裂解期間諧振器邊緣IOF或IOR上的ρ側(cè)電極20的懸垂或P側(cè)電極20的剝離。設(shè)置非金屬膜40，使得非金屬膜40各自位于激光器結(jié)構(gòu)部2的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣IOF和IOR的位置之一的區(qū)域中。非金屬膜40由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成。這使得半導(dǎo)體激光器元件I能夠加速?gòu)闹C振器邊緣IOF和IOR的散熱。各非金屬膜40在ρ側(cè)電極20的頂部上從諧振器邊緣IOF和IOR的位置之一沿諧振器方向延伸。P側(cè)電極20包括P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22。非金屬膜40設(shè)置在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10和ρ側(cè)電極20上方，從而用作半導(dǎo)體激光器元件I的最上層。各非金·屬膜40的從諧振器邊緣IOF或IOR沿諧振器方向的面內(nèi)長(zhǎng)度L40不受具體限制。然而，考慮到后面將描述的制造步驟中的裂解平面的可能偏差，面內(nèi)長(zhǎng)度L40應(yīng)當(dāng)優(yōu)選是例如I μ m或更大。制成非金屬膜40的非金屬材料應(yīng)當(dāng)優(yōu)選比ρ側(cè)電極20的材料更脆(brittle)。這可抑制在裂解期間在諧振器邊緣IOF和IOR上非金屬膜40的懸垂或非金屬膜40的剝離。此外，制成非金屬膜40的非金屬材料應(yīng)當(dāng)優(yōu)選比ρ側(cè)電極20的材料有更高的電阻。這使得在利用有P側(cè)電極20調(diào)整電流流動(dòng)路徑的同時(shí)，可以獨(dú)立于電流流動(dòng)路徑利用非金屬膜40提供散熱路徑，由此提供更高程度的設(shè)計(jì)自由度。更具體地，制成非金屬膜40的非金屬材料應(yīng)當(dāng)優(yōu)選是例如從氮化鋁(A1N)、碳化硅(SiC)、金剛石和類(lèi)金剛石碳的組中選擇的至少一種。其原因是，這些材料提供以上所提到的性質(zhì)，即脆性、高的熱傳導(dǎo)率和高的電阻。雖然不受具體限制，但是非金屬膜40的厚度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為幾十納米或更大。應(yīng)注意，為一對(duì)諧振器邊緣IOF和IOR的每一個(gè)設(shè)置一個(gè)反射鏡膜，從而設(shè)置了一對(duì)反射鏡膜50F和50R (圖I未示出，見(jiàn)圖2A和圖2B)。反射鏡膜50F和50R的反射率調(diào)節(jié)成使得反射鏡膜50F具有較低的反射率，并且反射鏡膜50R具有較高的反射率。這使得活性層13所產(chǎn)生的光能夠在這對(duì)反射鏡膜50F和50R之間來(lái)回行進(jìn)，由此將光增幅并且將它作為激光束而從從反射鏡膜50F發(fā)射出。反射鏡膜50F和50R遮蓋非金屬膜40、η側(cè)電極30、ρ側(cè)電極20、絕緣層16和半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10的邊緣。然而，反射鏡膜50F和50R可倚靠于非金屬膜40的頂側(cè)的一部分上(圖2Α未不出，見(jiàn)圖2Β ;對(duì)于圖6Α至圖16Β亦是如此)。以下將給出對(duì)以上提出的各層的材料和厚度的描述。襯底11由例如添加有作為η型雜質(zhì)的娃(Si)的η型GaN制成。η型半導(dǎo)體層12從襯底11側(cè)順次具有例如η型覆層和η側(cè)引導(dǎo)層。該η型覆層例如沿堆疊方向的厚度(下文簡(jiǎn)單稱(chēng)為厚度)為2. 5μ m至2. 6μ m,并且由添加有作為η型雜質(zhì)的娃(Si)的η型AlGaN混晶(mixed crystal)制成。η側(cè)引導(dǎo)層例如厚度為O. 21 μ m,并且由添加有作為η型雜質(zhì)的娃(Si)的η型GaN制成。
活性層13例如厚度為O. 056 μ m,并且具有由井(well)層和阻擋(barrier)層構(gòu)成的多重量子井結(jié)構(gòu)。井層和阻擋層的每一個(gè)由具有不同成分的InxGal-xN (其中x彡O)混晶形成。P型半導(dǎo)體層14從襯底11側(cè)順次具有例如P側(cè)引導(dǎo)層、電子阻擋層、P型覆層和P側(cè)接觸層。P側(cè)引導(dǎo)層例如厚度為O. 19 μ m,并且由添加有作為P型雜質(zhì)的鎂(Mg)的P型GaN制成。電子阻擋層例如厚度為0.02 μ m，并且由添加有作為P型雜質(zhì)的鎂(Mg)的p型AlGaN混晶制成。P型覆層例如厚度為O. 38 μ m，并且具有由添加有作為p型雜質(zhì)的鎂(Mg)的P型GaN層和AlGaN混晶層而構(gòu)成的超晶格(superlattice)結(jié)構(gòu)。p側(cè)接觸層例如厚度為O. 10 μ m，并且由添加有作為P型雜質(zhì)的鎂(Mg)的P型GaN制成。絕緣層16設(shè)計(jì)來(lái)控制水平模式，并且由具有高折射率的介電材料例如Zr02、Nb2O5' TiO2, Ta2O5' SiN、AIN、HfO2^Al2O3 或 ZnO 制成。P側(cè)電極20的P側(cè)襯墊電極22和p側(cè)接觸電極21兩者都由金屬制成并且電連接到P型半導(dǎo)體層14。P側(cè)接觸電極21具有從P型半導(dǎo)體層14側(cè)一個(gè)接一個(gè)堆疊的例如鈀 (Pd)、鉬(Pt)和金(Au)。P側(cè)襯墊電極22由例如金(Au)制成。η側(cè)電極30具有一個(gè)接一個(gè)堆疊的例如鈦(Ti)、鉬(Pt)和金(Au)，并且經(jīng)由襯底11電連接到η型半導(dǎo)體層12。一對(duì)反射鏡膜50F和50R根據(jù)反射率具有不同的膜組成。主發(fā)射邊緣(前邊緣)10F的反射鏡膜50F包括例如氧化鋁(A1203)單層。后邊緣的反射鏡膜50R包括例如多層膜比如氧化鋁(A1203)和氧化鈦(Ti02)。半導(dǎo)體激光器元件I可例如按如下方式制造。首先，獲得由例如GaN制成的襯底11。各自由以上提到的材料制成的η型半導(dǎo)體層12、活性層13和P型半導(dǎo)體層14,例如通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(Metal OrganicChemical Vapor Deposition, MOCVD)方法而生長(zhǎng)在襯底11的表面上，由此形成半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10。接著，在P型半導(dǎo)體層14的頂部上形成蝕刻掩模，然后例如通過(guò)干蝕刻，由此沿P型半導(dǎo)體層14的厚度移除P型半導(dǎo)體層14的一部分并且形成帶狀突起部15。接下來(lái)，在突起部15的每個(gè)橫向側(cè)形成一個(gè)由以上提到的材料制成的絕緣層16。接著，如圖3A所示,P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22堆疊在絕緣層16的頂部和在P型半導(dǎo)體層14的上方，由此形成P側(cè)電極20。此時(shí)，P側(cè)接觸電極21形成為例如連續(xù)超出諧振器邊緣IOF和IOR的待形成位置(裂解位置)IOC并且共同用于沿諧振器方向彼此相鄰的多個(gè)半導(dǎo)體激光器元件I。在另一方面，為每個(gè)半導(dǎo)體激光器元件I、從諧振器邊緣IOF和IOR的待形成位置(裂解位置)10C向內(nèi)地形成P側(cè)襯墊電極22。這使得能夠形成由半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10和P側(cè)電極20構(gòu)成的激光器結(jié)構(gòu)部2。在P側(cè)電極20的形成之后，如圖3B所示，在激光器結(jié)構(gòu)部2的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣IOF和IOR的待形成位置(裂解位置)IOC的區(qū)域中，例如通過(guò)氣相沉積或?yàn)R鍍(sputtering),從而形成由以上提到的材料制成的非金屬膜40。此外，如圖3B所示，襯底11例如通過(guò)研磨(lapping)或拋光其后側(cè)從而在厚度上減小到大約100 μ m，然后在襯底11的底側(cè)(后側(cè))形成η側(cè)電極30。在以上步驟之后，如圖3C所示，半導(dǎo)體激光器元件I被裂解，由此形成一對(duì)諧振器邊緣IOF和IOR并且將半導(dǎo)體激光器元件I彼此分離。如果如上述在非金屬膜40的形成之后半導(dǎo)體激光器元件I被裂解，則可以穩(wěn)定的方式在緊靠諧振器邊緣IOF和IOR上方形成具有恒定厚度和體積的非金屬膜40。特別地，如果半導(dǎo)體激光器元件I由氮化鎵基化合物半導(dǎo)體制成，則裂解平面位置可能因極差的裂解而偏離。在此情況下，各非金屬膜40的面內(nèi)長(zhǎng)度L40設(shè)置成充分大于期望偏差。這使得即使在裂解平面位置偏離的情況下在緊靠諧振器邊緣IOF和IOR上方能夠以穩(wěn)定的方式形成非金屬膜40。在裂解之后，可適當(dāng)對(duì)一對(duì)諧振器邊緣IOF和IOR進(jìn)行涂覆，由此形成如圖3D所示的反射鏡膜50F和50R。反射鏡膜50F和50R的一部分可包繞(go around)在非金屬膜40的頂側(cè)上。應(yīng)注意，反射鏡膜50F和50R的包繞(going-around)對(duì)散熱有以下限制,并且難以期望由其獲得顯著的效果。這些限制是(I)邊緣涂層厚度根據(jù)光學(xué)條件而確定，因此厚度受限制；(2)僅光學(xué)透明材料可被采用；和(3)由于包繞，厚度不是穩(wěn)定的。因此，如本實(shí)施例中，獨(dú)立于反射鏡膜50F和50R形成非金屬膜40是有效的。這實(shí)現(xiàn)了圖I所示半導(dǎo)體激光器元件I的制造。在此半導(dǎo)體激光器元件I中，當(dāng)在η側(cè)電極30與P側(cè)電極20之間施加給定電壓 時(shí)，電流被注入到活性層13，從而能夠因電子和空穴的重組合而發(fā)射光。此光被一對(duì)反射鏡膜50F和50R反射并且在其之間來(lái)回行進(jìn)，從而產(chǎn)生激光振蕩并且作為激光束被發(fā)射到外部。這里，由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的非金屬膜40設(shè)置在激光器結(jié)構(gòu)部2的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣IOF和IOR的位置的區(qū)域中。從諧振器邊緣IOF和IOR產(chǎn)生的熱經(jīng)由P側(cè)電極20 (在本實(shí)施例中P側(cè)接觸電極21)而散失到非金屬膜40。這保持諧振器邊緣IOF和IOR的溫度上升為最小，由此將使用壽命的縮減最小化。對(duì)比之下，在相關(guān)技術(shù)中P側(cè)電極形成為跨越裂解平面以抑制邊緣的發(fā)熱。結(jié)果，該P(yáng)側(cè)電極在裂解期間被牽拉，由此引起如圖4所示的P側(cè)電極120的剝離120Α和導(dǎo)致差的熱輻射，或造成如圖5所示的在邊緣IlOF上P側(cè)電極120的懸垂120Β并導(dǎo)致干涉激光束LB的行進(jìn)。此外，如果將P側(cè)電極從裂解平面向后移動(dòng)以防止P側(cè)電極的懸垂或剝離，則從諧振器邊緣產(chǎn)生的熱未被散失，因此難以保持邊緣的溫度上升為最小。應(yīng)注意，在圖4和圖5中，與圖I至圖3Β中部件相對(duì)應(yīng)的部件由三位數(shù)的附圖標(biāo)記指示。如上述，在本實(shí)施例中，由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的非金屬膜40設(shè)置在激光器結(jié)構(gòu)部2的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣IOF和IOR的位置的區(qū)域中，由此加速?gòu)闹C振器邊緣IOF和IOR的散熱，從而將使用壽命的縮減最小化并且提供甚至更高的輸出。制成非金屬膜40的非金屬材料的熱傳導(dǎo)率越高，則有利的效果越顯著。此外，制成非金屬膜40的非金屬材料比P側(cè)電極20的材料更脆。這可抑制非金屬膜40的懸垂和剝離。另外，P側(cè)接觸電極21的各邊緣21Α設(shè)置在與諧振器邊緣IOF或IOR相同的位置，并且P側(cè)襯墊電極22的各邊緣22Α設(shè)置成從諧振器邊緣IOF或IOR向內(nèi)，由此減小在諧振器邊緣IOF和IOR附近P側(cè)電極20的厚度。結(jié)果，可經(jīng)由非金屬膜40加速散熱，同時(shí)抑制P側(cè)電極20的懸垂和剝離，由此更有效地將使用壽命的縮減最小化。另外，制成非金屬膜40的非金屬材料比P側(cè)電極20的材料有更高的電阻。這使得在利用P側(cè)電極20調(diào)整電流流動(dòng)路徑的同時(shí)，能夠獨(dú)立于電流流動(dòng)路徑利用非金屬膜40提供散熱路徑，由此提供更高程度的設(shè)計(jì)自由度。
以下將給出關(guān)于非金屬膜40的變型例的描述。(變型例I)圖6A和圖6B以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例I的半導(dǎo)體激光器元件IA的構(gòu)造。在以上實(shí)施例中，如圖7A和圖7B示意地示出，已描述了非金屬膜40設(shè)置成僅在適應(yīng)于產(chǎn)生大量熱的諧振器邊緣IOF和IOR附近的情況。與此不同，在本變型例中，如圖6A和圖6B所示，除配線接合的開(kāi)口 41外，非金屬膜40散布在沿諧振器方向從諧振器邊緣IOF即其中一個(gè)諧振器邊緣跨到諧振器邊緣IOR即諧振器邊緣的另一個(gè)的整個(gè)區(qū)域上。這確保經(jīng)由大面積的非金屬膜40的極高效的散熱。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件IA在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物(counterpart)相同的方式而制造。(變型例2)圖8A和圖8B以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例2的半導(dǎo)體激光器元件IB的構(gòu) 造。在本變型例中，非金屬膜40設(shè)置在諧振器邊緣的一個(gè)即諧振器邊緣IOF或IOR附近。在半導(dǎo)體激光中，反射鏡膜50F和50R可形成使得諧振器邊緣IOF和IOR具有不同的反射率以增大從邊緣之一發(fā)出熱的效能。此時(shí)，非金屬膜40設(shè)置在適合于產(chǎn)生更大量熱的諧振器邊緣IOF或IOR附近，由此加速?gòu)闹C振器邊緣IOF或IOR的散熱并且保持其溫度上升為最小。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件IB在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。(變型例3)圖9A和圖9B以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例3的半導(dǎo)體激光器元件IC的構(gòu)造。在半導(dǎo)體激光器元件IC中，非金屬膜40具有無(wú)銳角的面內(nèi)形狀。如圖9A和圖9B所示，非金屬膜40的形狀不限于橢圓或圓。而是，非金屬膜40的形狀可以是帶有圓角的三角形或矩形。如果非金屬膜40由具有大的應(yīng)力的材料制成，則非金屬膜40自身或下層材料可能破裂。特別地，應(yīng)力趨于集中在銳角區(qū)域，從而使得這些區(qū)域可能破裂(crack)。如果非金屬膜40具有無(wú)銳角的平面形狀，則可在非金屬膜40內(nèi)釋放應(yīng)力，由此抑制在非金屬材料具有大的應(yīng)力的情況下的破裂。這提供更好的材料可選擇性。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件IC在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。(變型例4)圖IOA和圖IOB以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例4的半導(dǎo)體激光器元件ID的構(gòu)造。在本變型例中，非金屬膜40沿面內(nèi)方向被格子形式的切口(slit) 42分割。膜中的應(yīng)力在被分割部(切口 42)處得以釋放，由此以與變型例3中相同的方式抑制破裂并且提供更好的材料可選擇性。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件ID在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。(變型例5)圖IlA和圖IlB以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例5的半導(dǎo)體激光器元件IE的構(gòu)造。在本變型例中，非金屬膜40的厚度沿面內(nèi)方向變化。如果采用了具有大的應(yīng)力的膜，則體積越大，就越可能發(fā)生破裂。如圖IlA和圖IlB所示，如果非金屬膜40僅在適合產(chǎn)生大量熱的諧振器邊緣IOF和IOR附近具有厚膜部43，則可抑制破裂而在同時(shí)確保在散熱方面的改進(jìn)的效能。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件IE在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。(變型例6)圖12A和圖12B以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例6的半導(dǎo)體激光器元件IF的構(gòu)造。半導(dǎo)體激光器元件IF具有呈粘結(jié)條(sticker)形式的非金屬膜40，該非金屬膜40包括膜主體44和設(shè)置在膜主體44的一側(cè)的用于附接的粘接劑45。如上述，非金屬膜40可以利用除氣相沉積或?yàn)R鍍以外的方式形成。在另一方面，非金屬膜40無(wú)需是固體，并且可以是液體或凝膠形式。例如，可通過(guò)涂覆呈液體或凝膠形式的樹(shù)脂并且使它干燥以便能夠去除溶劑，從而形成非金屬膜40。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件IF在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。接下來(lái)將給出關(guān)于P側(cè)電極20的變型例7至10的描述。
(變型例7)圖13A和圖13B以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例7的半導(dǎo)體激光器元件IG的構(gòu)造。在以上實(shí)施例中，如圖2A和圖2B所示，描述了 P側(cè)接觸電極21的各邊緣2IA設(shè)置在與諧振器邊緣IOF或IOR相同的位置、并且P側(cè)襯墊電極22的各邊緣22A設(shè)置成(向內(nèi)后退)離開(kāi)諧振器邊緣IOF或IOR的情況。與此不同，在本變型例中，P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22都從諧振器邊緣IOF即諧振器邊緣的一個(gè)延伸到諧振器邊緣IOR即諧振器邊緣的另一個(gè)。P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22的邊緣21A和22A都設(shè)置在與諧振器邊緣IOF和IOR相同的位置。這里，P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22用于散失來(lái)自諧振器邊緣IOF和IOR的熱。此外，覆蓋的非金屬膜40有助于改善散熱方面的效能，由此提供更高的輸出。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件IG在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。(變型例8)圖14A和圖14B以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例8的半導(dǎo)體激光器元件IH的構(gòu)造。在本變型例中，P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22的邊緣2IA和22A都設(shè)置成(向內(nèi)后退)離開(kāi)諧振器邊緣IOF或10R。各非金屬膜40的一部分設(shè)置在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)10的頂側(cè)的、在P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22的邊緣21A和22A與諧振器邊緣IOF或IOR之間的區(qū)域中。各非金屬膜40的剩余部分設(shè)置在由P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22構(gòu)成的P側(cè)電極20的頂側(cè)。本變型例可通過(guò)使用非金屬膜40不經(jīng)由P側(cè)電極20而直接加速?gòu)闹C振器邊緣IOF和IOR的散熱，并且積極地抑制P側(cè)電極20的懸垂和剝離。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件IH在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。應(yīng)注意，在變型例8中，P側(cè)接觸電極21的邊緣2IA和P側(cè)襯墊電極22的邊緣22A不必彼此對(duì)齊，并且可沿諧振器方向彼此偏移。(變型例9)圖15A和圖15B以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例9的半導(dǎo)體激光器元件II的構(gòu)造。在本變型例中，P側(cè)接觸電極21的邊緣2IA位于與諧振器邊緣IOF和IOR相同的位置。然而，P側(cè)襯墊電極22的邊緣22A設(shè)置成(向內(nèi)后退)離開(kāi)諧振器邊緣IOF和10R。p側(cè)襯墊電極22的各邊緣22A與非金屬膜40的邊緣40A之一以其間的間隙G隔開(kāi)。這抑制了非金屬膜40和P側(cè)襯墊電極22的可能的劣化，如果該兩者之間的接觸可能導(dǎo)致劣化的話。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件II在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。(變型例10)圖16A和圖16B以俯視圖和截面圖示出根據(jù)變型例10的半導(dǎo)體激光器元件IJ的構(gòu)造。在本變型例中，P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22的邊緣2IA和22A都設(shè)置成(向內(nèi)后退)離開(kāi)諧振器邊緣IOF或10R。P側(cè)接觸電極21和P側(cè)襯墊電極22的邊緣21A和22A與非金屬膜40的邊緣40A之一以其間的間隙G隔開(kāi)。這抑制了 p側(cè)接觸電極21、p側(cè)襯墊電極22和非金屬膜40的可能的劣化，如果它們之間的接觸可能導(dǎo)致劣化的話。除此方面外，半導(dǎo)體激光器元件IJ在構(gòu)造、操作和效果上與以上實(shí)施例相同，并且可以與根據(jù)以上實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物相同的方式而制造。應(yīng)注意，上述的關(guān)于非金屬膜40的變型例I至6和關(guān)于P側(cè)電極20的變型例7
雖然以?xún)?yōu)選實(shí)施例的方式加以描述，但是本公開(kāi)不限于此，而是可以各種方式變型。例如，用于以上實(shí)施例中所描述的各層的形成的材料、厚度、形成方法和條件不受限制。各層可由其它材料制成、具有其它厚度、和由其它方法以及在其它條件下形成。在以上實(shí)施例中，例如，描述了 η型半導(dǎo)體層12，活性層13和P型半導(dǎo)體層14通過(guò)MOCVD方法而形成的情況。然而，這些層可通過(guò)其它有機(jī)金屬氣相成長(zhǎng)方法例如MOVPE方法而形成?；蛘?，例如可采用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)方法。另外，通過(guò)采用半導(dǎo)體激光器元件I的具體構(gòu)造作為示例而進(jìn)行了描述。然而，不必提供全部層。或者，可另外提供其它層。此外，如實(shí)施例中，本公開(kāi)不限于包括含有來(lái)自III族元素的至少鎵(Ga)和來(lái)自V族元素的至少氮(N)的基于氮化物的III-V族化合物半導(dǎo)體的藍(lán)/藍(lán)紫半導(dǎo)體激光器。而是，本公開(kāi)可應(yīng)用于具有更高輸出的、具有其它振蕩頻率或由其它材料制成的其它激光器。應(yīng)注意，在本技術(shù)中，也可采用以下構(gòu)造。(I) 一種半導(dǎo)體激光器元件，包括位于襯底上的激光器結(jié)構(gòu)部，該激光器結(jié)構(gòu)部構(gòu)造成包括順次具有η型半導(dǎo)體層、活性層和P型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)、和位于所述P型半導(dǎo)體層的頂部上的P側(cè)電極；設(shè)置在所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的兩對(duì)立橫向側(cè)的一對(duì)諧振器邊緣；和設(shè)置在所述激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括所述諧振器邊緣的位置的區(qū)域中的、并且由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜。(2)如特征(I)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述非金屬材料比所述P側(cè)電極的材料更脆。(3)如特征(I)或(2)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述非金屬材料比所述P側(cè)電極的材料具有更高電阻。(4)如特征(I)至(3)的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述非金屬材料是從AIN、SiC、金剛石和類(lèi)金剛石碳的組中選擇的至少一種。(5)如特征(I)至(4)的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，每一個(gè)所述膜的面內(nèi)形狀被分割成較小的部分。(6)如特征(I)至(5)的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，每一個(gè)所述膜的面內(nèi)厚度有變化。(7)如特征(I)至(6)的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述P側(cè)電極具有從所述諧振器邊緣向內(nèi)定位的邊緣，并且每一個(gè)所述膜的至少部分設(shè)置在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的頂側(cè)的、位于所述諧振器邊緣與所述P側(cè)電極的邊緣之間的區(qū)域中。(8)如特征(I)至(6)的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述P側(cè)電極從所述一對(duì)諧振器邊緣中的一個(gè)延伸到另一個(gè)，并且所述膜設(shè)置在所述P側(cè)電極的頂側(cè)。 (9)如特征(8)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述P側(cè)電極在所述諧振器邊緣附近更薄。( 10)如特征(I)至(9)的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)由氮化鎵基化合物半導(dǎo)體制成。(11) 一種半導(dǎo)體激光器元件的制造方法，包括在襯底上形成激光器結(jié)構(gòu)部，該激光器結(jié)構(gòu)部構(gòu)造成包括順次具有η型半導(dǎo)體層、活性層和P型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)、和位于所述P型半導(dǎo)體層的頂部上的P側(cè)電極；在所述激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣待形成位置的區(qū)域中，形成由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜；和在所述膜的形成之后，通過(guò)裂解所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的兩對(duì)立橫向側(cè)從而形成所述一對(duì)諧振器邊緣。本公開(kāi)包括與2011年7月27日在日本專(zhuān)利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)JP2011-164168所公開(kāi)內(nèi)容相關(guān)的主題，所述日本專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在隨附權(quán)利要求或其等同方案的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可進(jìn)行各種變型、組合、子組合和更改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器兀件,包括 位于襯底上的激光器結(jié)構(gòu)部，該激光器結(jié)構(gòu)部構(gòu)造成包括順次具有η型半導(dǎo)體層、活性層和P型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)、和位于所述P型半導(dǎo)體層的頂部上的P側(cè)電極；設(shè)置在所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的兩對(duì)立橫向側(cè)的一對(duì)諧振器邊緣；和設(shè)置在所述激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括所述諧振器邊緣的位置的區(qū)域中的、并由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述非金屬材料比所述P側(cè)電極的材料更脆。
3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述非金屬材料比所述P側(cè)電極的材料具有更聞電阻。
4.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述非金屬材料是從AIN、SiC、金剛石和類(lèi)金剛石碳的組中選擇的至少一種。
5.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，每一個(gè)所述膜的面內(nèi)形狀被分割成較小的部分。
6.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，每一個(gè)所述膜的面內(nèi)厚度有變化。
7.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器元件， 其中，所述P側(cè)電極具有從所述諧振器邊緣向內(nèi)定位的邊緣，并且每一個(gè)所述膜的至少部分設(shè)置在所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的頂側(cè)的、位于所述諧振器邊緣與所述P側(cè)電極的邊緣之間的區(qū)域中。
8.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器元件， 其中，所述P側(cè)電極從所述一對(duì)諧振器邊緣中的一個(gè)延伸到另一個(gè)，并且 所述膜設(shè)置在所述P側(cè)電極的頂側(cè)。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述P側(cè)電極在所述諧振器邊緣附近更薄。
10.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器元件，其中，所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)由氮化鎵基化合物半導(dǎo)體制成。
11.一種半導(dǎo)體激光器元件制造方法，包括 在襯底上形成激光器結(jié)構(gòu)部，該激光器結(jié)構(gòu)部構(gòu)造成包括順次具有η型半導(dǎo)體層、活性層和P型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)、和位于所述P型半導(dǎo)體層的頂部上的P側(cè)電極；在所述激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括諧振器邊緣待形成位置的區(qū)域中，形成由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜；和 在所述膜的形成之后，通過(guò)裂解所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的兩對(duì)立橫向側(cè)從而形成所述一對(duì)諧振器邊緣。
全文摘要
在此公開(kāi)一種半導(dǎo)體激光器元件，其包括位于襯底上的激光器結(jié)構(gòu)部，該激光器結(jié)構(gòu)部構(gòu)造成包括順次具有n型半導(dǎo)體層、活性層和p型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)、和位于所述p型半導(dǎo)體層的頂部上的p側(cè)電極；設(shè)置在所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的兩對(duì)立橫向側(cè)的一對(duì)諧振器邊緣；和設(shè)置在所述激光器結(jié)構(gòu)部的頂側(cè)的、包括所述諧振器邊緣的位置的區(qū)域中的、并由具有比周?chē)鷼怏w更高熱傳導(dǎo)率的非金屬材料制成的膜。
文檔編號(hào)H01S5/024GK102904156SQ20121025280
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
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