半导体雷射二极管制造技术

一种半导体雷射二极管，为解决现有技术中所运用材料虽能降低应力但选择材料较有限且载子局限能力不佳，因此在雷射组件中提供含磷的半导体层，一方面能更有效的降低雷射组件的主动区或雷射组件的应力总和，另一方面提高主动区对载子的局限能力，其中含磷的半导体层在适当条件下能有效降低应力总和或显著增进载子局限性，在一些情形下并兼具以上两种效果；含磷的半导体层适用于具有一或多主动层的主动区、为量子井结构或量子点结构的主动层，尤其在具有多主动层的主动区内设置含磷的半导体层后，高温特性获得显著的改善或增进。

【技术实现步骤摘要】
半导体雷射二极管
一种半导体雷射二极管，尤其是一种雷射波长至少超过700nm或800nm的半导体雷射二极管。
技术介绍
半导体雷射二极管例如垂直共振腔表面放射雷射二极管(VerticalCavitySurfaceEmittingLaserDiode,VCSEL)或边射型雷射二极管(EdgeEmittingLaserDiode,EEL)可以用来做为3D感测、LiDAR或光通讯的光源之一。VCSEL通常包括一对高反射率的膜层，现有技术为分布式布拉格反射器层(DistributedBraggReflectorLayer,DBRLayer)。在一对DBR层之间会具有共振腔，共振腔通常包括间隔层(SpacerLayer)及主动层(ActiveLayer)，主动层通常包含量子井结构或量子点结构，其中量子井结构主要是由障壁层(BarrierLayer)及井层(WellLayer)构成。DBR层通常是由两种或两种以上不同折射率的材料经重复堆栈并准确控制厚度以达到高反射率的效果。EEL则是在组件的相对的两外侧镀上一对不同反射率的膜层来形成共振腔，主动层通常包含量子井结构或量子点结构，EEL的量子井结构跟VCSEL一样也是主要由障壁层及井层构成，主动层之上与之下通常形成上光电局限层与下光电局限层。半导体雷射二极管的主动层若是量子井结构时，井层通常是由较低能隙的半导体材料形成，且障壁层是由能隙比井层更大的材料组成，因此藉由障壁层及井层之间的能带差距会形成量子井。当雷射二极管受到顺向偏压时，电子及电洞则会注入并局限于量子井结构中，而被注入的电子及电洞等载子会在量子井内产生复合而发射特定波长的光，且光在共振腔内产生建设性干涉，进而发出雷射光。根据雷射光发出的方向，雷射二极管可区分为面射型雷射二极管(VCSEL)及边射型雷射二极管(EEL)，而面射型雷射二极管也可根据雷射光发出的方向进一步区分为正面出光型雷射二极管(TopEmittingVCSEL)及背面出光型雷射二极管(BottomEmittingVCSEL)。VCSEL具备下列优点：(1)窄线宽、圆锥形激光束易与光纤耦合；(2)在低电流准位可具有快速调变功能，适用于高速传输的应用领域；(3)可单模输出；(4)低驱动电流(thresholdcurrent)，功耗小；(5)高输出功率；(6)正面或背面发光的特性可设计1D或2D矩阵；(7)芯片在封装前即可进行测试，可大幅降低成本。
技术实现思路
在基板上进行磊晶成长而形成雷射二极管结构，若所成长的磊晶层材料与基板的晶格有不匹配时就会在磊晶层产生应力(Stress)，磊晶层累积过大的应力总和将可能导致雷射二极管结构中的磊晶层产生缺陷(Defect)或差排(Dislocation)，进而影响雷射组件的可靠度(Reliability)或功率转换效率(PowerConversionEfficiency,PCE)。雷射二极管的主动层若为量子井结构，井层常使用的材料例如有InGaAs或InAlGaAs，选用上述材料的主要目的在于提升雷射二极管的发光效率(opticalgain)、提升操作带宽(frequencyresponse)或用于达到发出特定的雷射波长，然而InGaAs或InAlGaAs磊晶层材料与GaAs基板的晶格不匹配偏大，因而导致主动层产生较大的压缩应力并于雷射二极管的磊晶层产生压缩应力累积。井层的材料与基板的材料晶格不匹配时会在主动层产生应力累积，且导致雷射二极管结构中磊晶层的应力总和快速累积，导致可靠度不佳。另一方面，高温操作时主动层载子局限不佳也是必须克服的问题。在半导体雷射组件引入本说明书所提出的含磷的半导体层时，能减少多层结构的缺陷或差排,或提高主动层的载子局限能力，甚至在一些情形下兼具以上两种功效。本说明书的第一实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一GaAs基板与在该GaAs基板之上之一多层结构；该多层结构包含一主动区与一第一半导体层；该主动区包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一井层，该至少一井层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；该第一半导体层设于该主动区之内或之外，其中该第一半导体层包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。本说明书的第二实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一GaAs基板与在该GaAs基板之上的一多层结构；该多层结构包含一主动区、一第二半导体层与一中间层；该主动区包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一障壁层与至少一井层，该至少一井层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；该第二半导体层设置于该至少一障壁层之中，其中该第二半导体层是GaAsP；该中间层设置于该至少一障壁层之中及/或该至少一障壁层及该至少一井层之间，该中间层选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAs及AlGaAs所组成的群组，其中，该至少一井层的能隙是小于该至少一障壁层与该中间层的能隙。本说明书的第三实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一GaAs基板与在该GaAs基板之上的一多层结构；该多层结构包含一下磊晶区、一主动区、一上磊晶区与至少一载子局限层；该下磊晶区位于该GaAs基板之上，该主动区位于该下磊晶区之上，该上磊晶区位于该主动区之上；该至少一载子局限层是位于该主动区、该下磊晶区或该上磊晶区之中，该至少一载子局限层包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。本说明书的第四实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一GaAs基板与在该GaAs基板之上的一多层结构；该多层结构包含一主动区，该主动区包含一或多个量子点结构，该或所述量子点结构的至少一者包含一量子点、一浸润层及一覆盖层；其中，该量子点或该浸润层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体雷射二极管，其特征在于，包含：/n一GaAs基板；以及/n一多层结构，在该GaAs基板之上，该多层结构包含：/n一主动区，包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一井层，该至少一井层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；以及/n一第一半导体层，在该主动区之内或之外，其中该第一半导体层包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。/n

【技术特征摘要】
20190611 TW 1081201901.一种半导体雷射二极管，其特征在于，包含：
一GaAs基板；以及
一多层结构，在该GaAs基板之上，该多层结构包含：
一主动区，包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一井层，该至少一井层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；以及
一第一半导体层，在该主动区之内或之外，其中该第一半导体层包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。


2.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该第一半导体层是在该主动区之内，该或所述主动层的至少一者更包含一至少一障壁层，该第一半导体层是该至少一障壁层的至少一部份或全部，该至少一障壁层的能隙大于该至少一井层的能隙。


3.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该第一半导体层是在该主动区之外，位于该主动区之外的该第一半导体层的材料群组中更包含GaAsP、AlGaAs及GaAs。


4.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该或所述主动层的至少一者包括一中间层，该中间层设置于该至少一井层之上或之下，该中间层选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPBi、InGaAsPSb、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAsP所组成的群组。


5.如权利要求4所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该或所述主动层的至少一者更包含一至少一障壁层，该至少一障壁层的一部份及/或该至少一障壁层与该至少一井层之间设置该中间层。


6.如权利要求2所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该或所述主动层的至少一者包括一中间层，该至少一障壁层的中及/或该至少一障壁层与该至少一井层之间设置于该中间层，该中间层选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所组成的群组。


7.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，所述主动层的设置数目至少为二或二以上，该第一半导体层是设置于该主动区内。


8.如权利要求7所述的半导体雷射二极管，其特征在于，更包含一磊晶区，该磊晶区位于所述主动层的二主动层之间，该磊晶区更包含一穿隧接面层。


9.如权利要求8所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一或多个间隔层，该穿隧接面层之上及/或之下设置该间隔层。


10.如权利要求9所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含至少一氧化层；该穿隧接面层与该氧化层之间、该穿隧接面层与相邻于该穿隧接面层的主动层之间或该氧化层与相邻于该氧化层的主动层之间设置该间隔层。


11.如权利要求8所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该第一半导体层是设置于该磊晶区中且邻近于或实质接触于一主动层。


12.如权利要求11所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该多层结构更包含另一第一半导体层，该另一第一半导体层设置于该主动层或所述主动层之一，该主动层或所述主动层之一更包含一至少一障壁层，该另一第一半导体层是该至少一障壁层的至少一部份或全部，该另一第一半导体层是选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所组成的群组。


13.如权利要求7所述的半导体雷射二极管，其特征在于该主动层或所述主动层的至少一者包括一中间层，该中间层设置于该至少一井层之上或之下，该中间层选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所组成的群组。


14.如权利要求13所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该主动层或所述主动层的至少一者更包含一至少一障壁层，该至少一障壁层的一部份及/或该至少一障壁层与该至少一井层之间设置该中间层，该至少一障壁层的能隙大于该至少一井层的能隙。


15.如权利要求14所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该第一半导体层设置于该至少一障壁层内，该第一半导体层的能隙大于该至少一井层的能隙。


16.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该半导体雷射二极管是VCSEL或EEL。


17.一种半导体雷射二极管，其特征在于，包含：
一GaAs基板；以及
一多层结构，在该GaAs基板之上，该多层结构包含：
一主动区，包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一障壁层与至少一井层，该至少一井层是包含选自于InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；
一第二半导体层，设置于该至少一障壁层之中，其中该第二半导体层是GaAsP；以及
一中间层，该至少一障壁层之中及/或该至少一障壁层及该至少一井层之间设置该中间层，该中间层选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAs及AlGaAs所组成的群组；
其中，该至少一井层的能隙是小于该至少一障壁层与该中间层的能隙。


18.如权利要求17所述的半导体雷射二极管，其特征在于，更包含至少一间隔层，该主动区之上及/或之下设置该至少一间隔层，该至少一间隔层选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、
InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所组成的群组。


19.如权利要求17所述的半导体雷射二极管，其特征在于，更包含一磊晶区，该磊晶区设置于两主动层之间，该磊晶区更包含一穿隧接面层。


20.如权利要求19所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一或多个间隔层，该穿隧接面层之上及/或之下设置该间隔层。


21.如权利要求20所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一氧化层；该穿隧接面层与该氧化层之间、该穿隧接面层与相邻于该穿隧接面层的主动层之间或该氧化层与相邻于该氧化层的主动层之间设置该间隔层。


22.如权利要求19所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含另一第二半导体层，该另一第二半导体层是设置于该磊晶区中且靠近于或实质接触于一主动层，该另一第二半导体层是选自于AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAsP、GaAs及AlGaAs所组成的群组。


23.如权利要求17所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该半导体雷射二极管是VCSEL或EEL...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄朝兴，金宇中，戴文长，何肇杭，萧鸿齐，
申请(专利权)人：全新光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71