專利名稱：多波長半導體激光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體激光裝置，尤其涉及一種能夠降低低輸出半導體激光二極管的工作電流、同時向高輸出半導體激光二極管提供足夠的共振長度的多波長半導體激光裝置。
背景技術：
通常的半導體激光裝置包括用于電流注入的p型和n型包覆層(clad layer)；和設置于包覆層之間的活性層，光子的感應發光基本發生在該層中。由于通常的半導體激光裝置的上包覆層形成為脊狀結構，因而改善了電流注入效率，與此同時，脊狀結構起到了用作從活性層發出的光的波導的作用。
近來隨著CD-RW和DVD-RW的普及，在本技術領域中需要能夠振蕩兩種或多種不同波長的激光的多波長半導體激光裝置。尤其是，包括雙波長半導體激光裝置的多波長半導體激光裝置越來越多地被用作既能運行具有相對較低數據密度的CD播放器、又能運行具有相對較高數據密度的DVD播放器的光源。例如，通過將以780nm發光的半導體激光二極管(以下簡稱“LD”)和以650nm發光的半導體LD集成在單個襯底上來制得多波長半導體激光裝置。在這樣的多波長半導體激光裝置中，各種波長的激光的最大輸出是不同的。
根據傳統的多波長半導體激光裝置，由于用于各種波長的光的波導具有直線結構(即，直線形結構)，要求低輸出的LD的共振長度等于要求高輸出的LD的共振長度。因此，存在的問題是，要求低輸出的LD的工作電流會不可避免地增加。
圖1a和圖1b分別是傳統的多波長半導體激光裝置的截面圖和平面圖。
參考圖1a和圖1b，傳統的多波長(在此為雙波長)半導體激光裝置包括形成在同一個襯底11上的第一LD A和第二LD B。第一LD A和第二LD B通過裝置隔離區域I在電學和光學上相互隔開，并且被設置成發射具有不同輸出的第一和第二波長的光。例如，第一LD由基于AlGaInP的半導體制成，并發射波長為650nm的高輸出激光，而第二LD由基于AlGaAs的半導體制成，并發射波長為780nm的低輸出激光。
第一LD A包括順序形成在襯底11上的第一導電型包覆層12a、活性層13a、第二導電型上包覆層14a、和蝕刻終止層15a。與第一LD A類似，第二LD B包括順序形成在襯底11上的第一導電型包覆層12b、活性層13b、第二導電型上包覆層14b、和蝕刻終止層15b。另外，第一脊狀結構30a和第二脊狀結構30b形成在各自的疊層上。第一脊狀結構30a包括形成在蝕刻終止層15a上的第二導電型上包覆層16a、第二導電型覆蓋層17a和第二導電型接觸層18a。用于阻擋電流分散的電流阻擋層21a形成在第一脊狀結構30a的周圍。同樣地，第二脊狀結構30b包括形成在蝕刻終止層15b上的第二導電型包覆層16b、第二導電型覆蓋層17b、和第二導電型接觸層18b。用于阻擋電流分散的電流阻擋層21b形成在第二脊結構30b的周圍。
如圖1b所示，第一LD A和第二LD B各自的作為激光的波導的脊狀結構30a和30b具有直線結構。從而，第一LD A和第二LDB具有相同的共振長度L。此時，由于的電流密度增加，在高輸出LD中會發生如增益飽和及破壞性光學損害(COD)等不利的現象。為了防止這些現象，高輸出LD(例如，第一LD)要求具有至少600μm的較大共振長度。然而，如果將第一LD A的大共振長度L應用于低輸出LD(例如，第二LD B)，那么，低輸出LD B不必要的大共振長度將導致工作電流高于低輸出LD工作所需的工作電流。
而且，當增加共振長度L以阻止在高輸出LD中發生COD時，能夠在單個晶片上制得的多波長半導體激光裝置的數量將減少。考慮到這些問題，當前采用的是將半導體激光裝置的寬度W減小的方法。但是，由于不論半導體激光裝置的寬度多小，長度L仍然保持不變，所以無法非常有效地提高生產率。而且，在后序的步驟中加工余量變差，且由于寬度W小而容易發生機械損壞。
發明內容
因此，考慮到以上問題提出本發明，本發明的一個目的是提供一種多波長半導體激光二極管，包括集成在單個襯底上的高輸出LD和低輸出LD，其中，低輸出LD在維持恒定的有效共振長度的同時具有減小的工作電流，且裝置的整體尺寸減小，提高了裝置的生產率。
為了實現本發明的以上目的，提供了一種多波長半導體激光裝置，包括襯底，具有被分成第一區域和第二區域的頂面；高輸出LD，包括順序形成在襯底的第一區域上的第一導電型包覆層、活性層、和包括具有第一脊狀結構的上部的第二導電型包覆層；以及低輸出LD，包括順序形成在襯底的第二區域上的第一導電型包覆層、活性層、和包括具有第二脊狀結構的上部的第二導電型包覆層，其中，第一和第二脊狀結構以其兩端彼此相對向兩端延伸的方式形成，第一脊狀結構在兩個或多個彎曲位置彎曲，第二脊狀結構是直線的。
彎曲部分的彎曲角優選在20°～160°的范圍內。至少一個彎曲部分的的一側或兩側可以是曲線。第一脊狀結構可以具有由彎曲部分重疊的部分。此時，重疊部分之間的距離優選不小于10μm，以保證當形成第一脊狀結構時有足夠的加工余量。
根據本發明的一個實施例，在位于高輸出LD中的彎曲部分的外側的第一導電型包覆層、活性層和第二導電型包覆層中形成有狹長形狀的反射鏡。在這種情況下，第一脊狀結構鄰近反射鏡的底面具有比第一脊狀結構的其他底面更小的寬度。可以在狹長形狀的反射鏡的橫截面上形成介電膜，以防止空氣氧化或雜質入侵。
而且，高輸出LD的第二導電型包覆層包括在第一脊狀結構下面形成的第二導電型下包覆層和在第一脊狀結構中形成的第二導電型上包覆層。高輸出LD還可以包括形成在第二導電型下包覆層和上包覆層之間的蝕刻終止層。蝕刻終止層可以形成在第一脊狀結構的正下方。
本發明提供了一種改進的多波長半導體激光裝置，它包括集成在同一個襯底上的高輸出LD和低輸出LD，其中，高輸出LD具有足夠的共振長度，低輸出LD具有減小的工作電流，并且增加了裝置的集成度，使得裝置的生產率得以提高。為此，高輸出LD的脊狀波導在兩個或多個彎曲位置彎曲，而低輸出LD的脊狀波導是直線形的。
通過下面結合附圖的詳細描述，可以更清楚地明白本發明的上述各種目的、特征和其他優勢，在附圖中圖1a和圖1b分別是傳統多波長半導體激光裝置的截面圖和平面圖；圖2是根據本發明的一個實施例的多波長半導體激光裝置的平面圖；圖3是根據本發明的另一實施例的多波長半導體激光裝置的平面圖；圖4a和圖4b分別是根據本發明的另一實施例的半導體激光裝置的局部透視圖和局部平面圖；圖5a和圖5b分別是根據本發明的另一實施例的半導體激光裝置的局部透視圖和局部平面圖；以及圖6a和圖6b分別是根據本發明的另一實施例的半導體激光裝置的局部透視圖和局部平面圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖對本發明的實施例進行詳細描述。然而，可以容易地對本發明的實施例作出多種修改，并且本發明的范圍不局限于以下實施例。提供這些實施例是為了使本技術領域中的技術人員更好地理解本發明。在附圖中，為了清楚的目的，元件的形狀和尺寸被放大，并且，相同的元件即使在不同的附圖中描繪，也使用相同的附圖標號表示。
圖2是根據本發明的一個實施例的雙波長半導體裝置的平面圖。參考圖2，左區域和右區域分別對應于高輸出LD和低輸出LD。高輸出LD中形成了在兩個彎曲位置處彎曲的脊狀結構130a，低輸出LD中直線形成有不具有彎曲部分的脊狀結構130b(即，脊狀結構130b是直線形的)。因此，高輸出LD的脊狀結構130a的長度大于低輸出LD的脊狀結構130b的長度。由于脊狀結構130a和130b用作從下面的活性層發射的激光的波導，因而脊狀結構的長度與各個半導體激光二極管的共振長度一致。從而，高輸出LD的共振長度大于低輸出LD的共振長度。
高輸出LD的脊狀結構130a在彎曲部分之間的彎曲角優選為20°至160°。當彎曲角小于20°時，很難確保高輸出LD有足夠的共振長度。同時，當彎曲角大于160°時，不利的是，無法確保用于精確形成脊狀結構130a的圖樣的加工余量(process margin)。彎曲部分可以在一側或兩側以恒定曲率彎曲。
如圖2所示，因為高輸出LD的脊狀結構130a有兩個彎曲部分，所以高輸出LD的共振長度可以足夠大，并且高輸出操作過程中產生的如COD的問題可以被解決。相反，低輸出LD的脊狀結構130b直線形成而沒有任何彎曲部分，所以可將其設計成具有最佳共振長度。從而，直線脊狀結構130b降低了低輸出LD的工作電流。
而且，因為高輸出LD的脊狀結構130a是彎曲的，所以半導體激光裝置的整個長度L1很小。即，可以充分地保證高輸出操作所需的高輸出LD的共振長度，同時，與傳統半導體激光裝置相比，半導體激光裝置的整體長度可以被顯著地減小。從而，每個單位晶片上生產的裝置的數量增加。而且，因為不需要減少單位LD的寬度W1即可以實現足夠的裝置產量，所以可以防止傳統半導體激光裝置中加工余量變差的問題。
圖3是根據本發明的另一實施例的多波長半導體激光裝置的平面圖。除了高輸出LD的脊狀結構131a具有由彎曲部分重疊的部分以外，圖3所示的多波長半導體激光裝置與圖2所示的相同。低輸出LD的脊狀結構131b是直線的，但是脊狀結構131a具有兩個或多個彎曲部分。從而，半導體激光裝置可以減小低輸出LD的工作電流，同時保證足夠的高輸出LD的共振長度。另外，因為半導體激光裝置可以減小裝置的整個長度L2而不用減小裝置的寬度W2，所以它可以阻止加工余量的劣化，從而提高了裝置的生產率。
然而，如圖3所示，由于高輸出LD的脊狀結構131a具有由彎曲部分重疊的部分，因而重疊部分之間的距離可能會產生問題。即，當距離M太小時，實現小距離的工藝非常困難，當使脊狀結構圖案化時無法保證足夠的加工余量，且不能完成精確的蝕刻。考慮到這些困難，距離M優選設置為10μm或更大。
圖4a和圖4b分別是根據本發明的另一實施例的半導體激光裝置的局部透視圖和局部平面圖。圖4a和圖4b示出了在高輸出LD的脊狀結構中形成的彎曲部分的基本形狀。
參考圖4a，n型(第一導電型)包覆層12、活性層13、p型(第二導電型)下包覆層14和蝕刻終止層15順序形成在襯底11上。具有兩個彎曲部分的脊狀結構130a形成在疊層上。P型(第二導電型)上包覆層包括在脊狀結構130a中。蝕刻終止層15存在于除了脊狀結構130a正下方的區域以外的其他區域中。當蝕刻形成脊狀結構130a時，可能除去蝕刻終止層15，只留下脊狀結構130a正下方的區域。
在半導體激光裝置的另一實施例中，通過干法蝕刻在高輸出LD的脊狀結構130a的外側形成狹長形狀的反射鏡。反射鏡有助于在彎曲位置反射的激光沿脊狀波導傳播。
圖5a和圖5b分別是根據本發明的另一實施例的雙波長半導體激光裝置的局部透視圖和局部平面圖。參考圖5a和圖5b，狹長形狀的反射鏡40形成在高輸出LD的脊狀結構130a的外側。具體來說，通過選擇性地干蝕刻位于脊狀結構130a外側的蝕刻終止層15、p型下包覆層14a、活性層12和n型包覆層11來形成反射鏡40。
形成在彎曲部分的外側的狹長形反射鏡40能夠使激光沿著脊狀波導在彎曲部分更精確地反射。反射鏡40的這個功能與以恒定角度反射和彎曲傳播路徑的玻璃鏡的功能相同。因此，可以這樣設計反射鏡40，使反射鏡40的位置和形狀與能夠反射沿著位于彎曲位置上的脊狀波導傳播的激光的玻璃鏡的位置和形狀相同。如圖5b所示，反射鏡40位于彎曲部分的外側，與連接到各個彎曲部分的直線形成相同的角度，并且具有延伸的矩形狹長形狀。
形成反射鏡40后，由反射鏡40暴露的橫截面部分，即，蝕刻終止層15、p型下包覆層14、活性層13、和n型包覆層14的部分可能在空氣中被氧化或被雜質入侵。由于這些原因，可以在反射鏡40的橫截面上形成介電薄膜來解決這些問題，并保護反射鏡40的橫截面。
圖6a和圖6b分別是根據本發明的另一實施例的半導體激光裝置的局部透視圖和局部平面圖。除了第一脊狀結構鄰近反射鏡41的底面的寬度小于第一脊狀結構的其他底面外，圖6a和圖6b中示出的半導體激光裝置具有與圖5a和圖5b所示的相同的結構。因此，狹長形狀的反射鏡41在一個彎曲部分的外側、鄰近一個彎曲部分的位置上形成。另外，在反射鏡41的橫截面上形成介電薄膜以防止橫截面在空氣中氧化并抑制雜質入侵。
圖6a和圖6b中所示的半導體激光裝置的特征在于，脊狀結構130鄰近反射鏡41的底面的寬度小于脊狀結構130的其他底面的寬度。為此，當蝕刻形成反射鏡41時，沿著蝕刻終止層15、p型下包覆層14、活性層13、和n型包覆層12蝕刻脊狀結構的彎曲部分的一部分。這樣，當在彎曲部分的外側圖案化形成反射鏡41時，可以更加穩定地保證加工余量。
雖然本文中已經參考前述實施例和附圖對本發明進行了描述，但是本發明的范圍由權利要求限定，從而，本領域中的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求中披露的本發明的技術精神的情況下，可以進行各種替換、修改和變化。
從以上描述可以明顯看出，本發明提供了包括集成在同一個襯底上的高輸出LD和低輸出LD的多波長半導體激光裝置，其中，高輸出LD的脊狀結構具有兩個或多個彎曲部分，低輸出LD的脊狀結構是直線形的。根據本發明的多波長半導體激光裝置，可以為高輸出LD提供足夠的共振長度，以抑制過量的電流密度，并可以降低低輸出LD的工作電流。
另外，根據本發明，因為在維持高輸出LD和低輸出LD的恒定有效共振長度的同時，可以減小裝置的尺寸，所以每個單位晶片可以生產出的裝置的數量得以增加，從而提高了生產率。
權利要求
1.一種多波長半導體激光裝置，包括襯底，具有被分成第一區域和第二區域的頂面；高輸出LD，包括順序形成在所述襯底的所述第一區域上的第一導電型包覆層、活性層、和第二導電型包覆層，其中，所述第二導電型包覆層包括具有第一脊狀結構的上部；以及低輸出LD，包括順序形成在所述襯底的所述第二區域上的第一導電型包覆層、活性層、和第二導電型包覆層，其中，所述第二導電型包覆層包括具有第二脊狀結構的上部，其中，所述第一和第二脊狀結構是以向彼此相對的兩端延伸的方式形成，所述第一脊狀結構在兩個或更多個彎曲位置彎曲，而所述第二脊狀結構是直線形的。
2.根據權利要求1所述的半導體激光裝置，其中，所述第一脊狀結構的彎曲部分形成的角度為20°至60°。
3.根據權利要求1所述的半導體激光裝置，其中，至少一個彎曲部分的一側或兩側是曲線。
4.根據權利要求1所述的半導體激光裝置，其中，所述第一脊狀結構具有由彎曲部分重疊的部分。
5.根據權利要求4所述的半導體激光裝置，其中，所述重疊部分之間的距離不小于10μm。
6.根據權利要求1所述的半導體激光裝置，還包括狹長形狀的反射鏡，形成在位于所述高輸出LD中的彎曲部分的外側的所述第一導電型包覆層、所述活性層和所述第二導電型包覆層中。
7.根據權利要求6所述的半導體激光裝置，其中，所述第一脊狀結構鄰近所述反射鏡的底面的寬度小于所述第一脊狀結構的其他底面的寬度。
8.根據權利要求6所述的半導體激光裝置，其中，所述反射鏡的橫截面上形成有介電薄膜。
9.根據權利要求1所述的半導體激光裝置，其中，所述高輸出LD的所述第二導電型包覆層包括形成在所述第一脊狀結構下面的第二導電型下包覆層和形成在所述第一脊狀結構中的第二導電型上包覆層；以及，所述高輸出LD還包括形成在所述第二導電型下包覆層和上包覆層之間的蝕刻終止層。
10.根據權利要求9所述的半導體激光裝置，其中，所述蝕刻終止層僅在所述第一脊狀結構正下方形成。
全文摘要
一種半導體激光裝置，包括襯底，具有被分成第一區域和第二區域的頂面；高輸出LD，包括順序形成在襯底的第一區域上的第一導電型包覆層、活性層和包括具有第一脊狀結構的上部的第二導電型包覆層；以及低輸出LD，包括順序形成在襯底的第二區域上的第一導電型包覆層、活性層和包括具有第二脊狀結構的上部的第二導電型包覆層，其中，第一和第二脊狀結構是以向彼此相對的兩端延伸的方式形成的，第一脊狀結構在兩個或多個彎曲位置彎曲，并且第二脊狀結構是直線形的。
文檔編號H01S5/026GK1767285SQ20051008001
公開日2006年5月3日 申請日期2005年6月24日 優先權日2004年10月29日
發明者樸鐘翼, 金裕承, 文基愿, 吳蕙蘭 申請人:三星電機株式會社