具有电流限制层的半导体激光二极管及其制造方法技术

一种半导体激光二极管，包括： 衬底； 第一材料层，沉积于该衬底上； 有源层，沉积于该第一材料层上，并且发射激光光束；以及 第二材料层，沉积于该有源层上，并且包括相对该有源层垂直地凸出的脊形部分，以及通过向该脊形部分的周边部分注入离子形成的、从而限制注入该有源层的电流的电流限制层。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设计一种半导体激光二极管及其制造方法，并且特别涉及一种具有脊形波导的半导体激光二极管及其制造方法。
技术介绍
半导体激光二极管产生具有窄宽度频率和尖锐方向性的激光光束，因此主要用于诸如光通信、多重通信(multiple communication)和空间通信(space communication)的领域中。另外，半导体激光二极管广泛地用于诸如光通信的通信领域中的数据传输或数据记录和读取，以及诸如光盘播放器(CDP)和数字化视频光盘播放器(DVDP)的设备。半导体激光器的广泛应用是由于其可以在有限的空间内保持激光光束的发射特性，而且半导体激光二极管是一种紧密器件并具有小的发射临界电流值。采用半导体激光二极管的工业领域数量的增加导致对具有进一步减小的临界电流值的半导体激光二极管需求的增加。即，需要制造能够允许低电流发射并具有更长寿命的优良半导体激光二极管。图1为具有设计用于减小激光发射的临界电流的脊形波导结构的传统半导体激光二极管的截面图。参照图1，在蓝宝石衬底10上沉积由第一和第二区域R1和R2定义的n型GaN层12。在第一区域R1中的n型GaN层12上顺序沉积n型AlGaN/GaN层24、n型GaN波导层26、有源层28(即，InGaN层)、p型GaN波导层30和p型AlGaN/GaN层32。n型GaN波导层26和p型GaN波导层30的折射率大于n型AlGaN/GaN层24和p型AlGaN/GaN层32的折射率，但小于有源层28的折射率。p型AlGaN/GaN层32具有脊形波导结构，该结构由凸出的p型AlGaN/GaN层32的上部中央起形成。凸出的中央的侧面与周边部分垂直，并且其上部是垂直于侧面的平面。p型AlGaN/GaN层32的凸出脊形波导结构限制了注入电流，从而减小了有源层28中用于激光发射的共振区。P型GaN层34沉积在p型AlGaN/GaN层32的凸出脊形波导上，并且p型AlGaN/GaN层32的整个表面由保护层36覆盖。另外，p型GaN层34除中央部分外的侧面部分与保护层36相接触。p型电极38沉积在保护层36上，以与p型GaN层34的暴露表面相接触。n型GaN层12在第二区域R2中比在第一区域R1中形成得更短，并且n型电极37沉积在第二区域R2中的n型GaN层12上。传统的半导体激光二极管具有限制大量注入电流以减小共振宽度的脊形结构，因此同不具有脊形结构的现有半导体激光二极管相比，减小了激光发射的临界电流值。然而，在蓝宝石衬底的一部分被轻微蚀刻以形成脊形部分时(即，如图2所示脊的高度很矮)，脊的角很难阻断激光光束的光分布(opticalprofile)，从而减小了光损失。然而，这很难增加p型AlGaN/GaN层32和p型GaN层34的电阻，并使得经p型GaN层34注入的电流在其到达有源层28之前扩散得比脊的宽度更宽。结果，共振区域A1的宽度被扩宽，这将使临界电流值增大。另外，如图3所示，蓝宝石衬底的一部分被蚀刻掉较厚，脊的高度变长，脊周围的盖层就具有很薄的厚度，电流的扩散被禁止，并且发射的临界值减小。结果，共振区域A2的宽度减小。然而，光分布与脊的侧面相接触，这将导致光损失。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有脊形波导结构的半导体激光二极管，其中注入有源层的电流密度分布被减小，并且光分布不与脊形波导结构的角相接触。根据本专利技术的一个方面，提供一种半导体激光二极管，包括衬底；第一材料层，沉积于该衬底上；有源层，沉积于该第一材料层上，并且发射激光光束；以及，第二材料层，沉积于该有源层上，并且包括由该有源层凸出的脊形部分，以及通过向该脊形部分的周边部分注入离子形成的、从而限制注入该有源层的电流的电流限制层。该第一材料层包括第一化合物半导体层，沉积于该衬底上；第一盖层，沉积于该第一化合物半导体层上；以及，第一波导层，沉积于该第一盖层上，并且具有比该第一盖层的折射率大的折射率。优选该第一化合物半导体层为n型GaN基III/V族氮化物半导体层，而该第一盖层为n型AlGaN/GaN层。优选该第一波导层的折射率小于该有源层的折射率，并且为GaN基III/V族化合物半导体层。该有源层可为GaN基III/V族氮化物化合物半导体层，该GaN基III/V族氮化物化合物半导体层为InxAlyGa1-x-yN层(0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1)。该第二材料层包括第二波导层，沉积于该有源层上；第二盖层，沉积于该第二波导层，其具有比该第二波导层小的折射率，并且具有脊形部分；以及，第二化合物半导体层，沉积于该脊形部分上。优选该第二波导层的折射率小于该有源层的折射率，并且为GaN基III/V族氮化物半导体层。优选该第二盖层为p型AlGaN/GaN层，而该第二化合物半导体层为p型GaN基III/V族氮化物半导体层。该第一化合物半导体层还包括其上部上的n型电极。优选该衬底为蓝宝石衬底。优选该半导体激光二极管还包括该第二盖层和该第二化合物半导体层上的保护层，并且还包括该第一化合物半导体层和该保护层上的电极。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造半导体激光二极管的方法，该方法包括在衬底上顺序形成第一材料层、有源层和第二材料层，并且蚀刻该第二材料层的一部分以形成由该第二材料层凸出的脊形部分；以及，通过向该第二材料层的脊形部分的周边部分注入离子形成电流限制层，以限制注入该有源层的电流。优选当顺序形成第一材料层、有源层和第二材料层，并且蚀刻该第二材料层的一部分时，该脊形部分通过在第二材料层上设置掩模并且使用离子束蚀刻该第二材料层至不导致激光光束的大量损失范围内的深度而形成。在形成该电流限制层期间，该电流限制层通过在该脊形部分上设置掩模并以预定的角度在该脊形部分的周边部分上照射离子束，而在该脊形部分的周边部分形成至预定的深度。在形成该电流限制层期间，以范围在5至60度内的倾斜角度照射离子束，优选为15度。优选该第一材料层是这样的结构，其中第一化合物半导体层、第一盖层和第一波导层顺序沉积在衬底上，该第一波导层具有比该第一盖层的折射率大的折射率。优选该第一化合物半导体层为n型GaN基III/V族氮化物半导体层，而该第一盖层为n型AlGaN/GaN层。优选该第一波导层由折射率小于该有源层的折射率的材料形成，例如为GaN基III/V族化合物半导体层。优选该有源层为GaN基III/V族氮化物化合物半导体层，该GaN基III/V族氮化物化合物半导体层为InxAlyGa1-x-yN层(0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y≤1)。第二材料层通过在该有源层上顺序沉积第二波导层和第二盖层并在该脊形部分上沉积第二化合物半导体层而形成，该第二盖层具有比该第二波导层的折射率小的折射率，并且为该脊形部分的开始。优选在顺序形成第一材料层、有源层和第二材料层，并且蚀刻该第二材料层的一部分时，该脊形部分通过在第二盖层上设置掩模并且使用离子束蚀刻该第二盖层至不导致激光光束的大量损失范围内的深度而形成。在形成该电流限制层期间，该脊形部分通过在该第二盖层上设置掩模并以预定的角度在该第二盖层上照射离子束，而形成至预定的深度。在形成该电流限制层期间，以范围在5至60度内的倾斜角度照射离子束，优选为15度。优选该第二盖层为p型AlGaN/GaN层，而该第二化合物半导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭准燮，河镜虎，成演准，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：