CN100376064C - 多光束型半导体激光器、半导体发光器件以及半导体装置 - Google Patents

多光束型半导体激光器、半导体发光器件以及半导体装置 Download PDF

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Abstract

一种多光束型半导体激光器，其中在蓝宝石衬底或者类似衬底的一主表面上形成有具有激光器结构的氮化物系III-V族化合物半导体层，并且在所述氮化物系III-V族化合物半导体层上形成有多个阳极和阴极。一阳极被制成横跨一阴极，同时在它们之间存在一绝缘薄膜。另外一阳极被制成横跨另外一阴极，同时在它们之间也存在一绝缘薄膜。

Description

多光束型半导体激光器、半导体发光器件以及半导体装置
技术领域
本发明涉及一种多光束型半导体激光器、半导体发光器件以及半导体装置，它们例如适用于使用氮化物系III-V族化合物半导体的多光束型半导体激光器的应用领域。
背景技术
作为使用诸如A1GaInN这样的氮化物系III-V族化合物半导体的半导体激光器，单光束型激光器已经得以研发，并且已经作为高密度光盘的光源和类似器件进入了实际应用阶段。
另一方面，为了将使用氮化物系III-V族化合物半导体的半导体激光器用于激光打印机的光源，必须获得一个多光束型半导体激光器，其中可以独立驱动两条光束或者四条光束。
如图1所示，作为一种多光束激光器，本申请人提出了一种使用氮化物系III-V族化合物半导体的双光束半导体激光器(补充摘要，日本应用物理协会，第62次科技会议，2001年9月，14p-N-9)。如图1所示，在这种双光束半导体激光器中，一个n型GaN层102生长在c面蓝宝石衬底101(c-plane sapphire substrate)上，并且在其上依次叠置形成激光器结构的多个GaN化合物半导体层从而总体形成一个台面部分(mesa portion)，该些GaN化合物半导体层也就是一n型A1GaN包层(clad layer)103、一n型GaN光导层104、一活性层(active layer)105、一p型GalnN中间层106、一p型A1GaN覆盖层(cap layer)107、一p型GaN光导层108、一p型A1GaN包层109以及一p型GaN接触层110。在这种情况下，最上部的形成所述激光器结构的GaN化合物半导体层，也就是上部的p型AlGaN包层109和p型GaN接触层110被成形为两个平行延伸的凸脊111、112。还有，一绝缘膜113覆盖住所述台面部分。该绝缘膜113在凸脊111、112上方具有开口113a、113b，并且p侧电极(阳极电极)114、115被制成通过开口113a、113b与p型GaN接触层110接触。还有，—p电极(阳极电极)116覆盖p侧电极114、115和绝缘膜113。绝缘薄膜113的与所述台面结构接触的部分具有开口113c、113d，并且n侧电极(阴极电极)117、118被制成通过开口113c、113d与n型GaN层102接触。
但是，图1中示出的双光束半导体激光器无法独立地驱动各个激光器结构，并且无法被直接用作激光打印机的光源。
另一方面，日本已公开公告No.2000-269601提出了一种多光束型半导体激光器，尽管其使用的半导体并非氮化物系III-V族化合物半导体。但是，难以在使用氮化物系III-V族化合物半导体的半导体激光器中直接采用该公告中公开的结构，因为其中专门用作它们的衬底的蓝宝石衬底是电绝缘的，并且p侧电极和n侧电极都必须从衬底的一侧引出。
因此，本发明的目的在于提供一种使用氮化物系III-V族化合物半导体的多光束型半导体激光器，其可以独立地驱动它的各个激光器结构，并且可以容易地在封装之前的操作中进行测试。
本发明的一个更一般的目的是提供一种使用氮化物系III-V族化合物半导体或者其它半导体材料的多光束型半导体激光器，其可以驱动它的各个激光器结构，并且可以容易地在封装之前的操作中进行测试。
本发明的再一个更为一般的目的是提供一种使用氮化物系III-V族化合物半导体或者其它半导体材料的集成半导体发光器件和半导体装置，其可以驱动它的各个激光器结构，并且可以容易地在封装之前的操作中进行测试。
发明内容
为了实现前述目的，本发明的第一方面是一种多光束型半导体激光器，具有平行延伸的激光条部分，包括形成于衬底的一个主表面上的多个氮化物系III-V族化合物半导体层，以形成一激光器结构，并且包括形成于所述氮化物系III-V族化合物半导体层上的阳极电极和阴极电极，包括：
所述阳极电极和阴极电极中的至少一个被形成为在电绝缘条件下跨过所述阳极电极和阴极电极中的另外一个。
所述阳极电极和阴极电极还包括用于电连接外部电路的焊盘电极(padelectrode)。为了建立所述电绝缘状态，可以采用一种所谓的空气桥结构(air-bridge structure)。但是，一般来说至少所述阳极电极和阴极电极其中之一被制成经由一绝缘薄膜跨过其中的另外一个。在这种情况下，通常所述阳极电极和阴极电极中的至少一个的至少一部分以及所述阳极电极和阴极电极中的另外一个的至少一部分外露出来。最为一般的是，所述阳极电极被制成经由一绝缘膜跨过所述阴极电极，并且所述阳极电极的一部分和所述阴极电极的至少一部分被外露出来。
此外，所述衬底的上部一般通过氮化物系III-V族化合物半导体的具有周期性低缺陷区(low-defect region)的水平生长而形成，其一般为GaN，并且发光部分(可被改称为激光条(laser stripe)或凸脊)形成于所述低缺陷区上。当激光器芯片得以安装时，通过外延生长形成的氮化物系III-V族化合物半导体层最为一般地是以外延侧(epi-side)在下的方式向下取向。但是，也可以外延侧在上的方式对氮化物系III-V族化合物半导体进行定向。
为了减轻各个发射激光束的发光部分(激光器结构)之间的电串扰(cross talk)和热串扰(在激光器结构的工作过程中由一个激光器结构发射出的激光束对从其它激光器结构发射出的激光束的影响)，并且由此防止激光束的波动，或者使得能够在阳极共用模式和阴极共用模式两者下使用多光束型半导体激光器，相应的发光部分优选被隔离开。更为具体地，各个发光部分优选用沟槽和/或绝缘元件相互隔离开。
所述氮化物系III-V族化合物半导体最为通常地是诸如以AlxByGal-x-y-zInzAsuNl-u-vPv(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤x+y+z<1，并且0≤u+v<1)表示的材料，更具体地是诸如以AlxByGa1-x-y-zInzN(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，并且0≤x+y+z<1)表示的材料，或者一般地是诸如以AlxGa1-x-zInzN(其中0≤x≤1并且0≤z≤1)表示的材料。这样的氮化物系III-V族化合物半导体的具体示例为GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、AlGaInN等等。
本发明的第二方面是一种多光束型半导体激光器，具有平行延伸的激光条部分，其包括形成于衬底的一个主表面上的多个半导体层，以形成激光器结构，并且包括形成于所述半导体层上的阳极电极和阴极电极，包括：
所述阳极电极和阴极电极中的至少一个被制成为在电绝缘条件下跨过所述阳极电极和阴极电极中的另外一个。
本发明的第三方面是一种半导体发光器件，其包括形成于衬底的一个主表面上的多个半导体层，以形成发光结构，并且包括形成于所述半导体层上的阳极电极和阴极电极，包括：
所述阳极电极和阴极电极中的至少一个被形成为在电绝缘条件下跨过所述阳极电极和阴极电极中的另外一个，其中所述阳极电极和阴极电极中的至少一个的至少一部分、以及所述阳极电极和阴极电极中的另外一个的至少一部分被外露出来。
本发明的第四方面是一种半导体装置，其包括形成于衬底的一个主表面上的多个半导体层，以形成器件结构，并且包括形成于所述半导体层上的第一电极和第二电极，包括：
所述第一电极和第二电极中的至少一个被形成为在电绝缘条件下跨过所述第一电极和第二电极中的另外一个，其中所述阳极电极和阴极电极中的至少一个的至少一部分、以及所述阳极电极和阴极电极中的另外一个的至少一部分被外露出来。
在本发明的第二至第四方面中，所述半导体层基本上可以是任何类型的半导体层。例如，并不局限于氮化物系III-V族化合物半导体，它们可以是AlGaAs基半导体层、AlGaInP基半导体层、InGaAsP基半导体层、GaInNAs基半导体层、或者诸如ZnSe基半导体和ZnO基半导体的II-VI族化合物半导体层。结合本发明第一方面进行的阐述通常可用于本发明的第二至第四方面，只要其符合它们的本质即可。本发明第四方面中的第一电极和第二电极对应于本发明第一方面中的阳极电极和阴极电极。
在本发明的第三和第四方面中，半导体发光器件包括半导体激光器和发光二极管，半导体装置不仅包括半导体发光器件，而且包括光电探测器件、诸如高电子迁移率晶体管的场效应晶体管(FET)、以及诸如异质双极晶体管(HBT)的电子输运器件(electron transport device)。
在本发明中，衬底并不局限于蓝宝石衬底，而是例如可以是GaN衬底、ZrB2衬底、SiC衬底、Si衬底、GaAs衬底、GaP衬底、InP衬底、尖晶石衬底、氧化硅衬底或者ZnO衬底。
为了生长氮化物系III-V族化合物半导体层或者其它半导体层，可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延生长、卤化物气相外延生长(HVPE)等等。此外，也可以使用分子束外延(MBE)。
本发明的第五方面是一种以单片形式(monolithically)形成于绝缘衬底上的多光束型半导体激光器，包括：
被电绝缘的各个器件。
在本发明的第五方面中，结合本发明第一方面进行的阐述通常是可适用的，只要这种阐述符合其实质即可。
根据具有前述特征的本发明，通过使探针与阳极电极和阴极电极接触或者与第一电极和第二电极接触(将探针戳在其上)，可以在例如于蓝宝石衬底或者任何其它类型衬底上生长氮化物系III-V族化合物半导体层或者其它半导体层、并且将所述衬底劈成条状之后的操作中对器件进行测试。此外，通过使用阳极电极和阴极电极、或者第一电极和第二电极，可以独立地驱动各个发光部分中的激光器结构、发光结构或者器件结构。
附图说明
图1是剖视图，示出一传统双光束型GaN化合物半导体激光器；
图2A和2B是一平面视图和一剖视图，示出根据本发明第一实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器；
图3是一剖视图，示出根据本发明第二实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器；
图4A和4B是一平面视图和一剖视图，示出根据本发明第三实施例的四光束型GaN化合物半导体激光器；
图5A和5B是一平面视图和一剖视图，示出根据本发明第四实施例的四光束型GaN化合物半导体激光器；
图6是一示意图，示出根据本发明第五实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器的串扰性能的测量结果；
图7是一示意图，示出根据本发明第五实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器的串扰性能的测量结果；以及
图8是一剖视图，示出根据第五实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的实施例进行阐述。
图2A和2B示出了根据本发明第一实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器(呈芯片形式)。图2A是一平面视图，而图2B是一沿图2A的线B-B截取的剖视图。该双光束型GaN化合物半导体激光器是一种实折射率型半导体激光器(real-indexed type semiconductor laser)，其具有一凸脊结构和一SCH(分隔约束异质结构(Separate Confinement Heterostructure))。
如图2A和2B中所示，该双光束型GaN化合物半导体激光器包括一n型GaN层2，该n型GaN层2借助诸如ELO(外延横向附晶生长(EpitaxialLateral Overgrowth))的横向结晶生长技术，在一c面蓝宝石衬底1上经由通过低温生长形成的未掺杂GaN缓冲层(未示出)生长而成。形成激光器结构的GaN化合物半导体层沉积于n型GaN层2上。更具体地说，作为形成激光器结构的GaN化合物半导体层，依次沉积一n型AlGaN包层3、一n型GaN光导层4、具有未掺杂的InxGal-xN/InyGal-yN多量子阱结构的活性层5、p型GaInN中间层6、p型AlGaN覆盖层7、p型GaN光导层8、p型AlGaN包层9、以及p型GaN接触层10。
未掺杂的GaN缓冲层例如为30纳米厚。n型GaN层2例如约7微米厚，并且利用例如硅(Si)作为其n型杂质进行掺杂。n型AlGaN包层3例如为1.0微米厚，并且利用例如Si作为其n型杂质进行掺杂。其Al的含量例如可以为0.07。n型GaN光导层4例如为0.1微米厚，并且利用例如Si作为其n型杂质进行掺杂。具有未掺杂InxGal-xN/InyGal-yN多量子阱结构的活性层5由作为势垒层的InxGal-xN层和作为阱层的InyGal-yN层构成，它们交替叠置。例如，作为势垒层的每个InxGal-xN层可以为7纳米厚，并且x＝0.02。作为阱层的每个InyGa1-yN层可以为3.5纳米厚，并且y＝0.14。活性层8包括三个阱层。
p型GaInN中间层6例如为20纳米厚，并且利用例如Mg作为其p型杂质进行掺杂。其In的含量可以为0.02。p型AlGaN覆盖层7例如为20纳米厚，并且利用例如Mg作为其p型杂质进行掺杂。其Al的含量可以为0.18。p型AlGaN覆盖层7不仅用于在生长p型GaN光导层8、p型AlGaN包层9、以及p型GaN接触层10的过程中通过消除In来防止活性层5的劣化，还用于防止电子自活性层5溢出。
p型GaN光导层8例如为0.1微米厚，并且利用例如Mg作为其p型杂质进行掺杂。p型AlGaN包层例如为0.5微米厚，并且利用例如Mg作为其p型杂质进行掺杂。其Al的含量可以为0.18。p型GaN接触层10例如为0.1微米厚，并且利用例如Mg作为其p型杂质进行掺杂。
n型GaN层2的上部、n型AlGaN包层3、n型GaN光导层4、活性层5、p型GaInN中间层6、p型AlGaN覆盖层7、p型GaN光导层8、以及p型AlGaN包层9被成形为形成两个相邻的台面部分，并且这些台面部分由沟槽11相互隔离开，沟槽11的深度足以到达n型GaN层2。在这些台面部分中，p型AlGaN包层9的上部和p型GaN接触层10例如被成形为在<1-100>方向上延伸的凸脊12、13。这些凸脊12、13例如可以为1.7微米宽。这些凸脊12、13(即激光条部分)均被置于位错14(dislocation)之间的低缺陷区中，位错14从横向生长中使用的籽晶扩展至上面的层。凸脊12、13之间的距离优选被调节为所述低缺陷区的周期的若干倍。也就是说，如果所述低缺陷区的周期例如为16微米，那么所述距离被调节至96微米，其是所述周期的若干倍(为了便于图示起见，图2B并没有示出该特征)。
每个台面部分均例如由一个复合膜15覆盖起来，该复合膜15由一40纳米厚的SiO2或者其它绝缘膜与一其上的45纳米厚的Si膜构成。所述绝缘膜被用于电绝缘和表面保护。窄至1.7微米的凸脊12、13显现出对光的强横向约束，并且易于导致扭折现象(kink phenomenon)，尽管对于减小激光光线的纵横比(aspect ratio)来说它们是优选的。因此，所述Si膜用于提高对激光光线的主模式(primary mode)(其将导致凸脊12、13的侧壁部分中的扭折现象)的吸收系数，并且由此防止扭折现象。复合膜15在凸脊12、13上方的区域中具有开口，并且p侧电极16、17通过所述开口与相应台面部分的p型GaN接触层10接触。这些p侧电极16、17具有多层结构，其例如依次叠置一Pd膜和一Pt膜。此外，p侧电极18、19被制成覆盖住复合膜15和p侧电极16、17。这些p侧电极18、19具有多层结构，其例如依次叠置一Ti膜、一Pt膜以及一Ni膜。
另一方面，n侧电极20、21与n型GaN层2的靠近所述台面部分的预定部分接触。这些n侧电极20、21具有多层结构，其例如依次叠置一Ti膜、—Pt膜、以及—膜。附图标记22指代的是一绝缘膜，例如SiO2膜。绝缘膜22被制成覆盖住所述台面部分的侧壁和n侧电极20、21的局部区域。还有，p侧焊盘电极23、24被制成分别与p侧电极18、19接触。这些p侧焊盘电极23、24均由沿着凸脊12、13延伸的部分与横跨它们的部分组成，并且后者部分经由绝缘膜22跨过n侧电极20、21的端部。
在所述GaN化合物半导体激光器中，谐振腔(cavity)长度L例如为600微米左右，并且横跨所述谐振腔长度的芯片宽度例如为400微米左右。
接下来阐述制造根据第一实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器的方法。
在利用MOCVD于500℃左右于c面蓝宝石衬底1上生长一未掺杂GaN缓冲层之后，例如在1000℃的生长温度下利用诸如ELO的横向结晶生长来生长n型GaN层2，其中所述蓝宝石衬底1的顶表面预先利用热清除工艺进行清洁。
接着，利用MOCVD在n型GaN层2上依次生长形成激光器结构的GaN化合物半导体层，它们是n型AlGaN包层3、n型GaN光导层4、具有未掺杂Gal-xInxN/Gal-yInyN多量子阱结构的活性层5、p型GaInN中间层6、p型AlGaN覆盖层7、p型GaN光导层8、p型AlGaN包层9、以及p型GaN接触层10。这些层的生长温度例如被控制成，对于n型AlGaN包层3和n型GaN光导层4来说为1000℃；对于活性层5至p型GaN接触层8来说为780℃；而对于p型AlGaN包层9和p型GaN接触层10来说为1000℃。
作为这些GaN化合物半导体层的源材料，这里例如使用三甲基镓((CH3)3Ga，TMG)作为Ga的源材料，使用三甲基铝((CH3)3Al，TMA)作为Al的源材料，使用三甲基铟((CH3)3In，TMI)作为In的源材料，并且使用NH3作为N的源材料。作为掺杂剂，这里例如使用硅烷(SiH4)作为n型掺杂剂，并且使用二甲基环戊二烯镁(bis-methyl cyclopenthadienilemagnesium)((CH3C5H4)2Mg)或者双环戊二烯镁(bis-cyclopenthadienilemagnesium)((C5H5)2Mg)。
作为用于这些GaN化合物半导体层的生长的载气气氛(carrler gasatmosphere)，此处，对于n型GaN层2至n型GaN光导层4使用N2和H2的混合气体；对于活性层5至p型AlGaN覆盖层7使用N2气氛；并且对于p型GaN光导层8至p型GaN接触层10使用N2和H2的混合气体。在这种情况下，由于在生长活性层5之后将N2气氛用作供直到p型AlGaN覆盖层7的层的生长用的载气气氛，并且该载气气氛不包含H2，所以可以防止活性层中In的消除以及其劣化。此外，由于包含N2和H2的混合气体气氛被用作供p型GaN光导层8至p型GaN接触层10的生长用的载气气氛，所以这些p型层可以生长成具有良好的结晶性能。
在接下来的工艺中，具有如前所述的生长于其上的那些GaN化合物半导体层的c面蓝宝石衬底1被从MOCVD设备中取出。接着，在整个衬底表面上形成例如一SiO2膜之后，通过蚀刻将该SiO2膜构图成预定的构造。当在整个衬底表面上依次形成例如一Pd膜和一Pt膜之后，通过浮脱工艺(lift-off)将图案化的SiO2薄膜连同Pd膜和Pt膜在其上的部分一起去除，从而形成p侧电极16、17。此后，使用p侧电极16、17作为掩模，通过反应离子蚀刻(RIE)对所述层进行选择性蚀刻至p型AlGaN包层9的厚度方向上的一预定深度，从而形成凸脊12、13。
接着，通过在整个衬底表面上依次叠置一如同SiO2膜的绝缘膜和一Si膜而形成复合膜15。接着，该复合膜15被从凸脊12、13上方局部去除，从而形成开口。此后，依次沉积例如Ti膜、Pt膜、以及Ni薄膜，并且利用光刻在其上形成具有预定构造的抗蚀剂图案。此后，使用此抗蚀剂图案作为掩模，利用RIE对这些Ti膜、Pt膜、以及Ni膜进行选择性蚀刻，从而形成p侧电极18、19。还有，使用p侧电极18、19作为掩模，利用例如RIE对所述层进行蚀刻至抵达n型GaN层2的深度。作为此蚀刻的结果，n型GaN层2的上部、n型AlGaN包层3、n型GaN光导层4、活性层5、p型GaInN中间层6、p型AlGaN覆盖层7、p型GaN光导层8、p型AlGaN包层9、以及p型GaN接触层10被构图成两个相邻的台面结构，并且同时形成隔离开这些台面部分的沟槽11。
在接下来的工艺中，在利用光刻于衬底表面上形成具有预定几何形状的抗蚀剂图案之后，在整个衬底表面上依次沉积例如Ti膜、Pt膜、以及Au膜。此后，通过浮脱工艺将所述抗蚀剂图案连同其上的Ti膜、Pt膜以及Au膜一起去除，从而形成n侧电极20、21。此后，在整个衬底表面上形成SiO2或者其它绝缘膜22，并且利用光刻在其上形成具有预定几何形状的抗蚀剂图案。接下来，使用所述抗蚀剂图案作为掩模，利用例如RIE将绝缘膜22构图成预定的几何形状。
在接下来的工艺中，在利用光刻在衬底表面上形成具有预定几何形状的一抗蚀剂图案之后，在整个衬底表面上依次沉积例如Ti膜、Pt膜、以及Au膜。接着，通过浮脱工艺将该抗蚀剂图案连同其上的Ti膜、Pt膜、以及Au膜一起去除，从而形成p侧焊盘电极23、24。
此后，通过解理(cleavage)将通过前述步骤形成了激光器结构的c面蓝宝石GaN衬底1裁切成条状，来形成对置的谐振腔边缘。还有，在对这些谐振腔边缘施加涂层之后，通过解理等将每个条裁切成芯片。对于前侧谐振腔边缘来说，反射系数例如被调节至20％，而对于后侧谐振腔边缘来说，反射系数例如被调节至70％。
通过这些步骤，制得所需的双光束型GaN化合物半导体激光器。
为了工作中更好的热辐射，该双光束型GaN化合物半导体激光器一般以外延侧在下(p侧在下)的取向封装在例如AlN热沉(heat sink)上。在这种情况下，所述双光束型GaN化合物半导体激光器的p侧焊盘电极23、24利用例如锡焊料(未示出)熔接到凸点电极(bump electrode)上，所述凸点电极形成于热沉顶表面上的预定布线图案上。
第一实施例具有下述优点。
在该双光束型GaN化合物半导体激光器中，图2A和2B中左侧台面部分的激光器结构可以通过在p侧焊盘电极23与n侧电极20之间施加一个电压以供给电能来驱动，而图2A和2B中右侧台面部分中的激光器结构可以通过在p侧焊盘电极24与n侧电极21之间施加一个电压以供给电能来驱动。也就是说，这两个激光器结构可以被独立地驱动。
此外，在激光器条的状态下，p侧焊盘电极23的全部和n侧电极20的一部分被暴露在外表面上，并且p侧焊盘电极24的全部和n侧电极21的一部分也被暴露在外表面上。因此，如图2A中点划线所示出的那样，通过将探针P1、P2戳入暴露部分中的p侧焊盘电极24和n侧电极21内，并且在它们上施加一个电压，可以对工作特性进行检查。类似地，通过将探针P1、P2戳入暴露部分中的p侧焊盘电极24和n侧电极21内，并且在它们上施加一个电压，可以对工作特性进行检查。激光条检查的可能性意味着装配前工作检查或性能评测的可能性。因此，可以挑选并且装配具有可接受性能的双光束型GaN化合物半导体激光器，从而提高使用激光器的器件的生产收率。
此外，由于p侧焊盘电极23、24和n侧电极20、21可用作引线键合焊盘，所以所述激光器既适于外延侧在下装配也适于外延侧在上装配。也就是说，所述激光器可用于更广泛的装配模式。
此外，所述双光束型GaN化合物半导体激光器在激光器条上不存在将在工作中产生热量的双重布线结构(double wiring structure)。因此，本实施例可以获得一种不降低可靠性的双光束型GaN化合物半导体激光器。
还有，由于所述双光束型GaN化合物半导体激光器采用了一种多层布线结构，所以凸脊12、13之间的距离，即光束距离(beam distance)，可以轻易变窄。
此外，由于所述双光束型GaN化合物半导体激光器中隔离各个激光器结构的沟槽11由绝缘膜22覆盖，所以这种激光器在将该双光束型GaN化合物半导体激光器焊接到热沉上的过程中不会发生Sn焊料(未示出)沿着台面部分的侧壁上行至n侧层的所不希望的蠕动(creepage)，并且因此不会由于焊料而在阳极与阴极之间产生所不希望的短路现象。
接下来阐述根据本发明第二实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器。
类似于图2B，图3是双光束型GaN化合物半导体激光器的剖视图。该双光束型GaN化合物半导体激光器的平面视图显得相同。
如图3所示，在该双光束型GaN化合物半导体激光器中，用于隔离两个激光器结构的沟槽11贯穿n型GaN层2，并且绝缘膜22被制成将所述沟槽掩埋起来。
此双光束型GaN化合物半导体激光器的其它特征与第一实施例中的那些相同。因此，省略了对它们的详细描述。
该第二实施例具有与第一实施例相同的优点，并且具有下述额外优点。也就是说，由于沟槽11延伸穿过n型GaN层2，所以不存在连接两个激光器结构的导电半导体层。因此，两个激光器结构完全电隔离。于是，两个激光器结构可以被完全独立地驱动，从而通过在p侧焊盘电极23与n侧电极20之间施加电压来操作图3中位于左侧的激光器结构，并通过在p侧焊盘电极24与n侧电极21之间施加一电压来操作图3中位于右侧的激光器结构。
还有，由于p侧焊盘电极23、24相互之间完全独立，并且n侧电极20、21相互之间也完全独立，所以无论是共用阳极和阴极中的哪一个，即无论是阳极共用结构或阴极共用结构中的任何一种，都能够相互独立地驱动各个激光器结构。因此，可以自由地选取阳极共用结构和阴极共用结构中的任何一种，并且本实施例无需针对不同的驱动电路改变器件结构。
接下来对根据本发明第三实施例的四光束型GaN化合物半导体激光器进行阐述。
图4A和4B示出了所述四光束型GaN化合物半导体激光器(仍旧呈芯片形式)。图4A是一个平面视图，而图4B是一个沿着图4A的线B-B截取的剖视图。
如图4A和4B所示，这种四光束型GaN化合物半导体激光器包括对应四束光线的四个隔离的激光器结构。在下面的阐述中，从图4A和4B中左端一个开始，顺序将这四个激光器结构标记为第一至第四。附图标记25至28指代的是这四个激光器结构的凸脊。凸脊25至28中每相邻两个之间的距离例如为16微米。
在第一激光器结构中，包括依次叠置的例如Pd膜和Pt膜的p侧电极29被制成与凸脊25的p型GaN接触层10接触。在其上还成形有p侧电极30，该p侧电极30包括依次叠置且共同用作焊盘电极的例如Ti膜、Pt膜以及Au膜。p侧电极30由沿凸脊25延伸的部分和与凸脊25交叉成直角的部分组成，并且后者部分经由绝缘膜22横跨在n侧电极20的一端上方。
在第二激光器结构中，包括依次叠置的例如Pd膜和Pt膜的p侧电极31被制成与凸脊26的p型GaN接触层10接触。在其上还形成有p侧电极3，其包括依次叠置的例如Ti膜、Pt膜以及Au膜。该p侧电极32由沿凸脊26延伸的部分和与凸脊26交叉成直角的部分组成，并且后者部分经由绝缘膜22横跨在n侧电极20的另一端上方。p侧焊盘电极32通过例如SiO2膜的绝缘膜33，在p侧焊盘电极32的与所述凸脊交叉成直角的部分与第一激光器结构交叉之处的部分上，与p侧电极30电绝缘。
第三和第四激光器结构具有与第一和第二激光器结构对称的结构。更具体地说，在第三激光器结构中，包括依次叠置的例如Pd膜和Pt膜的p侧电极34被制成与凸脊27的p型GaN接触层10接触。在第四激光器结构中，包括依次叠置的例如Pd膜和Pt膜的p侧电极35被制成与凸脊28的p型GaN接触层10接触。在其上还形成有p侧电极36，其包括依次叠置并且共同用作焊盘电极的例如Ti膜、Pt膜以及Au膜。p侧电极36由沿凸脊28延伸的部分和与凸脊28交叉成直角的部分组成，并且后者部分经由绝缘膜22横跨在n侧电极21的一端上方。还有，在第三激光器结构中，在p侧电极34上形成有p侧焊盘电极37，其包括依次叠置的例如Ti膜、Pt膜以及Au膜。该p侧焊盘电极37由沿凸脊27延伸的部分和与凸脊27交叉成直角的部分组成。该后者部分经由绝缘膜横跨在n侧电极2 1的另一端上方。p侧焊盘电极37通过例如SiO2膜的绝缘膜33，在与所述凸脊27交叉成直角的部分与第四激光器结构交叉之处的部分上，与p侧电极36电绝缘。
第三实施例中的其它特征与根据第一实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器的那些相同。因此，省略了对它们的详细描述。
第三实施例在四光束型GaN化合物半导体激光器中也确保了与第一实施例中的那些相似的优点。
更具体地说，该四光束型GaN化合物半导体激光器可以通过在p侧电极30与n侧电极20之间施加电压以供给电能来驱动第一激光器结构；通过在p侧焊盘电极32与n侧电极20之间施加电压以供给电能来驱动第二激光器结构；通过在p侧焊盘电极37与n侧电极21之间施加电压以供给电能来驱动第三激光器结构；并且通过在p侧电极36与n侧电极21之间施加电压以供给电能来驱动第四激光器结构。也就是说，这四个激光器结构可以被相互独立地进行驱动。
此外，在裁切成激光器条的状态下，p侧电极30的一部分、p侧焊盘电极32的全部、p侧焊盘电极34的全部、p侧电极36的一部分、n侧电极20的一部分、以及n侧电极21的一部分被暴露在表面上。因此，可以通过将探针戳在这些电极上来对各个激光器结构的工作性能进行测试。结果，可以专门选取并且装配具有可接受性能的四光束型GaN化合物半导体激光器，来提高包括有这些激光器的器件的生产合格率。
还有，p侧电极30、36与p侧焊盘电极32、37也可以被用作引线键合焊盘。因此，所述激光器可以适用于外延侧在下装配和外延侧在上装配中的任何一种，即提高了装配模式的自由度。
还有，该四光束型GaN化合物半导体激光器在激光器条上不存在将会在工作过程中产生热量的双布线结构。因此，本实施例可以获得一种不会降低可靠性的四光束型GaN化合物半导体激光器。
此外，由于此四光束型GaN化合物半导体激光器采用了多层布线结构，所以凸脊25至28中每相邻两个之间的距离，即光束距离，可以轻易变窄。
还有，由于所述四光束型GaN化合物半导体激光器中隔离各个激光器结构的沟槽11由绝缘膜12覆盖，所以该激光器在将该四光束型GaN化合物半导体激光器焊接到热沉上的过程中不发生Sn焊料(未示出)沿台面部分的侧壁至达n侧层的所不希望的蠕动，并且因此不会由于焊料而在阳极与阴极之间产生所不希望的短路。
接下来对根据本发明第四实施例的四光束型GaN化合物半导体激光器进行阐述。
图5A和5B示出了所述四光束型GaN化合物半导体激光器(仍旧呈芯片形式)。图5A是平面视图，图5B是沿图5A的线B-B截取的剖视图。
如图5A和5B中所示，在此处所示的四光束型GaN化合物半导体激光器中，分别为各个第一至第四激光器结构提供了n侧电极38至41。还有，沟槽1 1被制成贯穿n型GaN层2，以隔离各个激光器结构；还将n型GaN层2的存在有第一激光器结构的n侧电极38的一端的部分与n型GaN层2的存在有第二激光器结构的n侧电极39的一端的部分隔开；并且类似地将n型GaN层2的存在有第三激光器结构的n侧电极40的一端的部分与n型GaN层2的存在有第四激光器结构的n侧电极41的一端的部分隔离开。
该第四实施例中的其它特征与根据第三实施例的四光束型GaN化合物半导体激光器中的相同。因此，省略了对它们的详细描述。
该第四实施例确保了与第三实施例中相同的优点，并且具有下述额外优点。也就是说，由于被制成贯穿n型GaN层2的沟槽11将各个激光器结构隔离开，并且将n侧电极38至41的端部相互隔离开，所以不存在连接这四个激光器结构的导电半导体层，并且各个激光器结构被完全电隔离开。因此，这四个激光器结构可以在它们之间不产生电串扰的条件下彼此完全独立地被驱动，从而通过在p侧电极30与n侧电极38之间施加电压来操作第一激光器结构；通过在p侧焊盘电极32与n侧电极39之间施加电压来操作第二激光器结构；通过在p侧焊盘电极37与n侧电极40之间施加电压来操作第三激光器结构；并且通过在p侧电极35与n侧电极41之间施加电压来操作第四激光器结构。
此外，由于p侧电极30、36与p侧焊盘电极32、37完全独立，并且n侧电极38至41相互之间也完全独立，所以无论共用阳极和阴极中的哪一个，即在阳极共用结构和阴极共用结构中的任何一种中，都能够相互独立地驱动各个激光器结构。因此，可以自由地选取阳极共用结构和阴极共用结构中的任何一种，并且本实施例无需针对不同的驱动电路改变器件结构。
接下来对根据本发明第五实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器进行阐述。
在第五实施例中，对隔离各个激光器结构的沟槽11的深度(换句话说，是沟槽11部分处剩下的n型GaN层2的厚度(剩余厚度))与激光器结构之间的串扰性能之间的关系作出评述。在此假设n型GaN层2的生长厚度为7微米。
图6示出通过改变沟槽11部分处n型GaN层2的剩余厚度对串扰进行测量的结果。该测量通过在环境温度为Te＝60℃且光输出为P0＝4mW的条件下使激光器结构工作在连续振荡模式中，并通过改变脉冲驱动频率f来进行。图7示出了测定结果，其中将沟槽11部分处n型GaN层的剩余厚度沿着水平轴放置。
正如从图6和7可以明白的那样，随着沟槽11部分处n型GaN层2的剩余厚度减小，电串扰降低。当剩余厚度减小为0微米时，也就是说当沟槽11贯穿n型GaN层2时，电串扰变为0。但是，当剩余厚度处于等于或者小于3微米的范围内时，电串扰局限为小至5至7％，这是一个实际应用水平。热串扰基本上显现出相同趋势。
鉴于这种结果，从改善串扰性能的观点来看，最为优选的是沟槽11贯穿n型GaN层。根据第二实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器是沟槽11最为优选构造的示例。
在第五实施例中，除了沟槽11贯穿n型GaN层2的特征之外，还考虑优化沟槽的宽度W，即激光器结构之间的距离，以及利用绝缘体填充沟槽11。
图8示出了根据第五实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器。
如图8中所示，在此双光束型GaN化合物半导体激光器中，隔离两个激光器结构的沟槽11被制成贯穿n型GaN层2。利用例如SiO2膜的绝缘膜42掩埋n型GaN层2中的沟槽11。在这种情况下，凸脊12、13之间的距离，即光束之间的距离，例如为96微米。
从最小化两个激光器结构之间的寄生电容和最小化电串扰的观点来看，n型GaN层2中沟槽11的宽度W优选被确定为等于或者大于1微米。宽度W越大，性能越好。但是实际中，由于用于生长n型GaN层2的横向结晶生长工艺的技术限制以及其它原因，宽度W通常被确定为等于或者小于15微米，一般地被确定在10至15微米的范围内。所述激光器结构之间的距离D例如为20微米。
通过在例如形成p侧焊盘电极23、24的工艺之后在整个衬底表面上形成例如SiO2膜，随后利用光刻将该SiO2膜构图成预定几何形状，并且接着使用图案化的SiO2膜作为掩模利用诸如RIE的干式蚀刻工艺选择性地去除n型GaN层2，可以在n型GaN层2中制得沟槽11。此后，沟槽11由绝缘膜42，例如SiO2膜，掩埋起来。
第五实施例的其它特征与根据第一实施例的双光束型GaN化合物半导体激光器中的相同。因此，省略了对它们的详细阐述。
该第五实施例确保了与第一实施例相同的优点，并且具有下述额外优点。也就是说，由于隔离两个激光器结构的沟槽11被制成贯穿n型GaN层2，所以当脉冲驱动频率f为10至1000千赫时，电串扰基本上为0％，并且热串扰约为2％。由此，可以获得作为激光打印机中使用的双光束半导体激光器的实际可接受的串扰性能。当考虑到已经非常难以将串扰实际降低至例如5％或者更低水平时，这可以被看作重大的改进。
还有，由于所述沟槽的内侧被绝缘膜22、42完全覆盖，所以这种激光器不会在将该双光束型GaN化合物半导体激光器焊接到热沉上的过程中发生Sn焊料(未示出)沿着台面部分的侧壁“蠕动”至n侧层的所不希望发生的现象，并且因此不会由于焊料而在阳极与阴极之间产生所不希望的短路现象。
至此，已经阐述了本发明的某些具体实施例。但是，本发明并不局限于这些实施例，而是包括基于本发明的技术构思的各种改变和修改。
例如，已经结合前述实施例提及的数值、结构、形状、材料、衬底、源材料、工艺等等仅为示例，在需要时可以选择任何其它合适的数值、结构、形状、材料、衬底、源材料、工艺等等。
更为具体地，例如，在前面已经将第五实施例阐述为在n型GaN层2中成形沟槽11，并且利用诸如SiO2的绝缘体42将沟槽11掩埋起来。但是，取代绝缘膜42，可以埋置一种高电阻材料，例如未掺杂的多晶体Si或者AlGaN。还有，取代在n型GaN层2中形成沟槽11并且利用绝缘膜42将其掩埋起来，可以通过例如在沟槽11部分处选择性将氩离子注入进n型GaN层2，并且由此提高该部分的电阻或者将该部分改变至绝缘状态，来破坏晶体结构。
还有，尽管已经将第一至第五实施例阐述为使用了c面蓝宝石衬底，但是在需要时也可以使用不同类型的衬底。
还有，尽管已经将第一至第五实施例阐述为本发明被应用于SCH结构的GaN化合物半导体激光器，但是本发明例如也可以应用于DH(双异质结构)结构的GaN化合物半导体激光器，并且还可以应用于具有其它各种激光器结构的器件。
如前所述，本发明可以实现使用氮化物系III-V族化合物半导体或者其它半导体材料的多光束型半导体激光器、集成半导体发光器件或者半导体装置，它们可以被独立地驱动，并且可以轻易地在封装之前的操作中进行测试。

Claims (15)

1.一种多光束型半导体激光器，具有平行延伸的激光条部分，包括形成于衬底的一个主表面上以形成激光器结构的半导体层，并且包括形成于所述半导体层上的阳极电极和阴极电极，其特征在于：
所述阳极电极和阴极电极中的至少一个被形成为在电绝缘状态下跨过所述阳极电极和阴极电极中的另外一个。
2.根据权利要求1所述的多光束型半导体激光器，其中，所述半导体层是氮化物系III-V族化合物半导体层。
3.根据权利要求1所述的多光束型半导体激光器，其中，所述阳极电极和阴极电极中的至少一个被形成为经绝缘膜跨过所述阳极电极和阴极电极中的另外一个。
4.根据权利要求1所述的多光束型半导体激光器，其中，所述阳极电极和阴极电极中的至少一个的至少一部分、以及所述阳极电极和阴极电极中的另外一个的至少一部分被外露出来。
5.根据权利要求2所述的多光束型半导体激光器，其中，该氮化物系III-V族化合物半导体层被成形而形成台面部分，且该阳极电极和该阴极电极中的该另外一个位于该台面部分附近的预定部分上。
6.根据权利要求1所述的多光束型半导体激光器，其中，所述阳极电极被形成为经绝缘膜跨过所述阴极电极。
7.根据权利要求6所述的多光束型半导体激光器，其中，所述阳极电极的至少一部分和所述阴极电极的至少一部分被外露出来。
8.根据权利要求2所述的多光束型半导体激光器，其中，所述衬底的上面部分由通过横向生长形成的且具有周期性低缺陷区的氮化物系III-V族化合物半导体形成。
9.根据权利要求8所述的多光束型半导体激光器，其中，发光部分形成在所述低缺陷区上。
10.根据权利要求2所述的多光束型半导体激光器，其被封装成所述氮化物系III-V族化合物半导体层朝下取向。
11.根据权利要求1所述的多光束型半导体激光器，其中，多个发光部分相互隔开。
12.根据权利要求11所述的多光束型半导体激光器，其中，所述各个发光部分由沟槽隔离开。
13.根据权利要求11所述的多光束型半导体激光器，其中，所述各个发光部分由绝缘体隔离开。
14.一种半导体发光器件，包括形成于衬底的一个主表面上以形成发光结构的半导体层，并且包括所述半导体层上的阳极电极和阴极电极，其特征在于：
所述阳极电极和阴极电极中的至少一个被形成为在电绝缘状态下跨过所述阳极电极和阴极电极中的另外一个，其中所述阳极电极和阴极电极中的至少一个的至少一部分、以及所述阳极电极和阴极电极中的另外一个的至少一部分被外露出来。
15.一种半导体装置，包括形成于衬底的一个主表面上以形成器件结构的半导体层，并且包括所述半导体层上的第一电极和第二电极，其特征在于：
所述第一电极和第二电极中的至少一个被形成为在电绝缘状态下跨过所述第一电极和第二电极中的另外一个，其中所述第一电极和第二电极中的至少一个的至少一部分、以及所述第一电极和第二电极中的另外一个的至少一部分被外露出来。
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