具有减小小面退化结构的Ⅱ-Ⅵ族激光二极管制造技术

一种具有半导体块体的Ⅱ－Ⅵ族半导体激光二极管，包括形成ｐｎ结的多个半导体层、位于半导体块体一端的一个小面和参考电极。激光二极管进一步包括位于与小面相邻处的减小小面退化的电极。减小小面退化的电极与正向偏置电极电隔离。采用减小小面退化的电极来建立足以减小小面退化的电场。在一个实施例中，这一电场是通过在小面电极与参考电极之间施加一反偏电压建立的。在另一个实施例中，这一电场是通过将小面电极电连接至参考电极而建立的。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及半导体激光二极管，具体地，本专利技术涉及具有减小小面退化结构的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管。
技术介绍
半导体激光二极管通常是众所周知的，例如在半导体器件物理第二章(第二版，p681-742(1981))中所揭示的，具体地，Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管在授予Haase等人的美国专利5，513，199中作了揭示。通常，半导体激光二极管包括通过沿晶体自然解理平面使半导体晶体解理而形成多个半导体激光二极管时所形成的平行小面。小面有助于限定位于半导体激光二极管内pn结所辐射的光。小面有助于通过将一部分否则将从半导体块体出射的光返回到半导体体内而限定辐射光。辐射光的这一反射促成反射光在半导体块体内振荡的条件。这一振荡条件是半导体作为激光器工作所必须的。在Ⅲ-Ⅴ族半导体激光二极管中小面退化过程是众所周知的，与小面的氧化有关。氧化是当小面暴露于环境中时在小面上生长一层氧化薄膜的情况。相信被小面反射的激光会增大小面的氧化。当小面氧化时，半导体的元素(例如Ga或As)非均匀地从半导体块体中离去，形成氧化薄膜。这在半导体块体中留下缺陷，引起一部分辐射光在过程中被吸收，称为非辐射复合。在非辐射复合中，来自吸收光的能量部分地以热的形式耗散。当激光二极管在高输出功率下工作时，由于非辐射复合造成的小面上温度升高变大。如果小面上的温度超过用于形成激光器的半导体材料的熔点，那么将迅速发生小面的毁坏，这便阻止激光二极管工作。小面的这一毁坏称为灾变光学损伤(COD)。当发生COD时，在一部分小面上出现断裂，熔化区从小面渗透到半导体激光器中。出现COD的输出功率会缩短由于小面的氧化增大造成的激光器寿命。在Ⅲ-Ⅴ族半导体激光二极管中，通常采用Al2O3的介电材料涂覆小面可以使小面退化减至最小，Al2O3有效地抑制小面的氧化。这种方法在Fukuda的“半导体激光器和LED的可靠性和退化”pp．134-136(1991)作了一般描述。传统的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管也显示一种类型的小面退化。现已观察到小面附近的半导体激光器的逐步变黑。Ⅱ-Ⅵ族半导体在大输出功率下工作若干分钟至一小时后，已经观察到这一变黑的区域可以从小面延伸到约10微米。最终的黑线缺陷通常生长在变黑区域之外，导致激光器基本毁坏。然而，对于Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管，象Ⅲ-Ⅴ族半导体器件一样用介质材料对小面进行涂层不能有效地将小面退化降低到足以接受的程度。因此，需要一种新的减小Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管内小面退化方法。专利技术概要本专利技术提供一种具有减小小面退化的结构的改进Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管。本专利技术使得在小面附近的光敏层区域中的非辐射复合减小，从而减小小面的退化。在一个实施例中，激光二极管包括含有形成pn结的多个半导体层的半导体块体、位于块体一端的小面和参考电极。激光二极管进一步包括位于邻近小面处的减小小面退化的电极。减小小面退化的电极与正向偏置电极电隔离。采用减小小面退化的电极来建立电场，足以将电荷载流子(电子和空穴)扫出到与小面相邻的区域之外，以便减少小面附近的非辐射复合。在一个实施例中，这一电场是通过在小面电极与参考电极之间施加一反偏电压建立的。在另一个实施例中，这一电场是通过将小面电极电连接至参考电极，例如以这样的方式通过给小面施加一导电金属反射镜涂层建立的，涂层与小面电极和参考电极二者都电接触。在另一个实施例中，激光二极管包括含有形成pn结的多个半导体层的半导体块体、位于块体一端的小面和参考电极。激光二极管进一步包括与小面附近的光敏层区域电隔离的正向偏置电极，这减少注入该区域中的载流子的数目。在半导体体内刻蚀的间隙使正向偏置电极与这一区域相隔离。本专利技术的一个附加优点是，能够采用减小小面退化的电极来监测激光二极管的输出功率。在小面电极偏置电路中产生的光电流与激光二极管的输出功率成正比，在反馈电路中能够用于控制激光二极管。以这种方式利用减小小面退化的电极不需要一个单独的通常用于监测传统激光二极管输出功率的光电二极管。附图简述附图说明图1是根据本专利技术第一实施例的具有小面电极的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管的截面立方图(不按比例)。图2是根据本专利技术第二实施例的具有与参考电极电连接的小面电极的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管的截面立体图。图3是根据本专利技术的具有小面电极并与反馈电路互连的图1所示类型Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管的方框图。图4是根据本专利技术第三实施例的具有凹陷正向偏置电极的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管的截面立体图。图5是根据本专利技术的图1所示类型Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管的俯视图，进一步包括第二小面电极。图6是装有根据本专利技术的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管的电子系统的方框图。图7-8是俯视照片，表明来自单个模型激光二极管的两个小面的电致发光，一个小面(图7所示)没有减小小面退化结构，第二小面(图8所示)具有图1所示类型的减小小面退化的电极。较佳实施例的详细描述图1是根据本专利技术的具有小面电极50的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管10的截面立体图。激光二极管10制备在GaAs衬底上，包括由下层(第一)和上层(第二)ZnSSe波导层14和16分别形成的pn结。在图所示的实施例中，CdZnSe(或任选地CdZnSSe)量子阱光敏层18位于波导层14与16之间。然而，光敏层18可以位于层14和16内的其它位置上并与pn结相邻，光敏层18可以包括多个半导体层。波导层14和16与光敏层18相对的表面被下层和上层MgZnSSe包层20和22分别限定。说明的激光二极管的实施例10包括GaAs缓冲层28，将衬底12与ZnSe缓冲层24分开，以保证ZnSe缓冲层24和随后淀积的层具有高的结晶质量。小面34位于激光二极管10的一端，与从二极管出射的激光相干光束的方向垂直。通过正向偏置电极40和减小小面退化的电极50形成与上包层22的电接触。正向偏置电极40包括位于上包层22表面上的上部指形分层ZnTe(或是BeTe)欧姆接触层26的第一部分42。正向偏置电极40还包括Pd-Au层30的第一部分44。这些接触层和Pd-Au层26和30采用传统方式，以致于激光二极管10能够与外部系统(图1中未示出)耦合。减小小面退化的电极50位于小面34附近。小面电极50包括上接触层26的第二部分52和Pd-Au层30的第二部分54。正向偏置电极40和小面电极50彼此相互电隔离，较佳地是通过在接触层26、Pd-Au层30和上包层22中形成间隙的隔离刻蚀槽隔离的。在较佳实施例中，小面电极50的宽约在2微米至20微米的范围内，使隔离刻蚀槽36呈阶梯，包层26宽度约为10微米，而正向偏置电极40的表面面积远大于小面电极50的表面面积。另一方面，能够采用其它的传统技术，如离子注入和选择性面积生长使正在偏置电极40与小面电极50彼此之间电隔离。与激光二极管10下侧面的电接触是通过衬底12与ZnSe缓冲层24相对的表面上的参考电极32实现的。参考电极32包括In、Pd、Au、Ge或其组合。采用正向偏置电极和参考电极40和32接收正向偏置电压VFB并将其耦合至pn结，以产生相干光束。采用小面电极和参考电极50和32建立足够的电场，在小面34附近将载流子扫出光敏层18的区56之外。这一电场可以通过在小面电极50与参考电极32之间施加反向偏置电压VRB来建本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体激光二极管，其特征在于所述激光二极管包括：半导体块体，它包括：衬底；和在所述衬底上含有Ⅱ－Ⅵ族半导体光敏层的ｐｎ结，所述光敏层具有面向所述衬底的第一表面和与第一表面相对的第二表面；位于所述半导体块体第 一端处的第一小面；在所述半导体块体上的与光敏层的第一表面电接触的参考电极；在所述半导体块体上的与光敏层的第二表面电接触的正向偏置电极，这里，采用正向偏置电极和参考电极来接收第一电能量并将其耦合至光敏层，足以建立第一电流和产生光；以及 在所述半导体块体上的与第一小面相邻的第一小面电极，所述第一小面电极与光敏层的第二表面电接触而与正向偏置电极电隔离，这里，采用第一小面电极和参考电极接收第二电能量并将其耦合至与第一小面相邻的光敏层，足以建立在与第一电流相反方向上流动的第二 电流，以便降低第一小面上的小面退化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MA哈泽，PF鲍德，
申请(专利权)人：美国三M公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]