CN100380755C - 多波长半导体激光装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光装置，包括：衬底，具有被分成第一区域和第二区域的顶面；高输出LD，包括顺序形成在衬底的第一区域上的第一导电型包覆层、活性层、和包括具有第一脊状结构的上部的第二导电型包覆层；以及低输出LD，包括顺序形成在衬底的第二区域上的第一导电型包覆层、活性层、和包括具有第二脊状结构的上部的第二导电型包覆层，其中，第一和第二脊状结构是以向彼此相对的两端延伸的方式形成的，第一脊状结构在两个或多个弯曲位置弯曲，并且第二脊状结构是直线形的。

Description

多波长半导体激光装置

相关申请

本申请基于并要求于2004年10月29日提交的第2004-87199号韩国申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种半导体激光装置，尤其涉及一种能够降低低输出半导体激光二极管的工作电流、同时向高输出半导体激光二极管提供足够的共振长度的多波长半导体激光装置。

背景技术

通常的半导体激光装置包括：用于电流注入的p型和n型包覆层(clad layer)；和设置于包覆层之间的活性层，光子的感应发光基本发生在该层中。由于通常的半导体激光装置的上包覆层形成为脊状结构，因而改善了电流注入效率，与此同时，脊状结构起到了用作从活性层发出的光的波导的作用。

近来随着CD-RW和DVD-RW的普及，在本技术领域中需要能够振荡两种或多种不同波长的激光的多波长半导体激光装置。尤其是，包括双波长半导体激光装置的多波长半导体激光装置越来越多地被用作既能运行具有相对较低数据密度的CD播放器、又能运行具有相对较高数据密度的DVD播放器的光源。例如，通过将以780nm发光的半导体激光二极管(以下简称“LD”)和以650nm发光的半导体LD集成在单个衬底上来制得多波长半导体激光装置。在这样的多波长半导体激光装置中，各种波长的激光的最大输出是不同的。

根据传统的多波长半导体激光装置，由于用于各种波长的光的波导具有直线结构(即，直线形结构)，要求低输出的LD的共振长度等于要求高输出的LD的共振长度。因此，存在的问题是，要求低输出的LD的工作电流会不可避免地增加。

图1a和图1b分别是传统的多波长半导体激光装置的截面图和平面图。

参考图1a和图1b，传统的多波长(在此为双波长)半导体激光装置包括形成在同一个衬底11上的第一LD A和第二LD B。第一LD A和第二LD B通过装置隔离区域I在电学和光学上相互隔开，并且被设置成发射具有不同输出的第一和第二波长的光。例如，第一LD由基于AlGaInP的半导体制成，并发射波长为650nm的高输出激光，而第二LD由基于AlGaAs的半导体制成，并发射波长为780nm的低输出激光。

第一LD A包括顺序形成在衬底11上的第一导电型包覆层12a、活性层13a、第二导电型上包覆层14a、和蚀刻终止层15a。与第一LD A类似，第二LD B包括顺序形成在衬底11上的第一导电型包覆层12b、活性层13b、第二导电型上包覆层14b、和蚀刻终止层15b。另外，第一脊状结构30a和第二脊状结构30b形成在各自的叠层上。第一脊状结构30a包括形成在蚀刻终止层15a上的第二导电型上包覆层16a、第二导电型覆盖层17a和第二导电型接触层18a。用于阻挡电流分散的电流阻挡层21a形成在第一脊状结构30a的周围。同样地，第二脊状结构30b包括形成在蚀刻终止层15b上的第二导电型包覆层16b、第二导电型覆盖层17b、和第二导电型接触层18b。用于阻挡电流分散的电流阻挡层21b形成在第二脊结构30b的周围。

如图1b所示，第一LD A和第二LD B各自的作为激光的波导的脊状结构30a和30b具有直线结构。从而，第一LD A和第二LDB具有相同的共振长度L。此时，由于的电流密度增加，在高输出LD中会发生如增益饱和及破坏性光学损害(COD)等不利的现象。为了防止这些现象，高输出LD(例如，第一LD)要求具有至少600μm的较大共振长度。然而，如果将第一LD A的大共振长度L应用于低输出LD(例如，第二LD B)，那么，低输出LD B不必要的大共振长度将导致工作电流高于低输出LD工作所需的工作电流。

而且，当增加共振长度L以阻止在高输出LD中发生COD时，能够在单个晶片上制得的多波长半导体激光装置的数量将减少。考虑到这些问题，当前采用的是将半导体激光装置的宽度W减小的方法。但是，由于不论半导体激光装置的宽度多小，长度L仍然保持不变，所以无法非常有效地提高生产率。而且，在后序的步骤中加工余量变差，且由于宽度W小而容易发生机械损坏。

发明内容

因此，考虑到以上问题提出本发明，本发明的一个目的是提供一种多波长半导体激光二极管，包括集成在单个衬底上的高输出LD和低输出LD，其中，低输出LD在维持恒定的有效共振长度的同时具有减小的工作电流，且装置的整体尺寸减小，提高了装置的生产率。

为了实现本发明的以上目的，提供了一种多波长半导体激光装置，包括：衬底，具有被分成第一区域和第二区域的顶面；高输出LD，包括顺序形成在衬底的第一区域上的第一导电型包覆层、活性层、和包括具有第一脊状结构的上部的第二导电型包覆层；以及低输出LD，包括顺序形成在衬底的第二区域上的第一导电型包覆层、活性层、和包括具有第二脊状结构的上部的第二导电型包覆层，其中，第一和第二脊状结构以其两端彼此相对向两端延伸的方式形成，第一脊状结构在两个或多个弯曲位置弯曲，第二脊状结构是直线的。

弯曲部分的弯曲角优选在20°～160°的范围内。至少一个弯曲部分的的一侧或两侧可以是曲线。第一脊状结构可以具有由弯曲部分重叠的部分。此时，重叠部分之间的距离优选不小于10μm，以保证当形成第一脊状结构时有足够的加工余量。

根据本发明的一个实施例，在位于高输出LD中的弯曲部分的外侧的第一导电型包覆层、活性层和第二导电型包覆层中形成有狭长形状的反射镜。在这种情况下，第一脊状结构邻近反射镜的底面具有比第一脊状结构的其他底面更小的宽度。可以在狭长形状的反射镜的横截面上形成介电膜，以防止空气氧化或杂质入侵。

而且，高输出LD的第二导电型包覆层包括在第一脊状结构下面形成的第二导电型下包覆层和在第一脊状结构中形成的第二导电型上包覆层。高输出LD还可以包括形成在第二导电型下包覆层和上包覆层之间的蚀刻终止层。蚀刻终止层可以形成在第一脊状结构的正下方。

本发明提供了一种改进的多波长半导体激光装置，它包括集成在同一个衬底上的高输出LD和低输出LD，其中，高输出LD具有足够的共振长度，低输出LD具有减小的工作电流，并且增加了装置的集成度，使得装置的生产率得以提高。为此，高输出LD的脊状波导在两个或多个弯曲位置弯曲，而低输出LD的脊状波导是直线形的。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，可以更清楚地明白本发明的上述各种目的、特征和其他优势，在附图中：

图1a和图1b分别是传统多波长半导体激光装置的截面图和平面图；

图2是根据本发明的一个实施例的多波长半导体激光装置的平面图；

图3是根据本发明的另一实施例的多波长半导体激光装置的平面图；

图4a和图4b分别是根据本发明的另一实施例的半导体激光装置的局部透视图和局部平面图；

图5a和图5b分别是根据本发明的另一实施例的半导体激光装置的局部透视图和局部平面图；以及

图6a和图6b分别是根据本发明的另一实施例的半导体激光装置的局部透视图和局部平面图。

具体实施方式

以下将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。然而，可以容易地对本发明的实施例作出多种修改，并且本发明的范围不局限于以下实施例。提供这些实施例是为了使本技术领域中的技术人员更好地理解本发明。在附图中，为了清楚的目的，元件的形状和尺寸被放大，并且，相同的元件即使在不同的附图中描绘，也使用相同的附图标号表示。

图2是根据本发明的一个实施例的双波长半导体装置的平面图。参考图2，左区域和右区域分别对应于高输出LD和低输出LD。高输出LD中形成了在两个弯曲位置处弯曲的脊状结构130a，低输出LD中直线形成有不具有弯曲部分的脊状结构130b(即，脊状结构130b是直线形的)。因此，高输出LD的脊状结构130a的长度大于低输出LD的脊状结构130b的长度。由于脊状结构130a和130b用作从下面的活性层发射的激光的波导，因而脊状结构的长度与各个半导体激光二极管的共振长度一致。从而，高输出LD的共振长度大于低输出LD的共振长度。

高输出LD的脊状结构130a在弯曲部分之间的弯曲角优选为20°至160°。当弯曲角小于20°时，很难确保高输出LD有足够的共振长度。同时，当弯曲角大于160°时，不利的是，无法确保用于精确形成脊状结构130a的图样的加工余量(process margin)。弯曲部分可以在一侧或两侧以恒定曲率弯曲。

如图2所示，因为高输出LD的脊状结构130a有两个弯曲部分，所以高输出LD的共振长度可以足够大，并且高输出操作过程中产生的如COD的问题可以被解决。相反，低输出LD的脊状结构130b直线形成而没有任何弯曲部分，所以可将其设计成具有最佳共振长度。从而，直线脊状结构130b降低了低输出LD的工作电流。

而且，因为高输出LD的脊状结构130a是弯曲的，所以半导体激光装置的整个长度L1很小。即，可以充分地保证高输出操作所需的高输出LD的共振长度，同时，与传统半导体激光装置相比，半导体激光装置的整体长度可以被显著地减小。从而，每个单位晶片上生产的装置的数量增加。而且，因为不需要减少单位LD的宽度W1即可以实现足够的装置产量，所以可以防止传统半导体激光装置中加工余量变差的问题。

图3是根据本发明的另一实施例的多波长半导体激光装置的平面图。除了高输出LD的脊状结构131a具有由弯曲部分重叠的部分以外，图3所示的多波长半导体激光装置与图2所示的相同。低输出LD的脊状结构131b是直线的，但是脊状结构131a具有两个或多个弯曲部分。从而，半导体激光装置可以减小低输出LD的工作电流，同时保证足够的高输出LD的共振长度。另外，因为半导体激光装置可以减小装置的整个长度L2而不用减小装置的宽度W2，所以它可以阻止加工余量的劣化，从而提高了装置的生产率。

然而，如图3所示，由于高输出LD的脊状结构131a具有由弯曲部分重叠的部分，因而重叠部分之间的距离可能会产生问题。即，当距离M太小时，实现小距离的工艺非常困难，当使脊状结构图案化时无法保证足够的加工余量，且不能完成精确的蚀刻。考虑到这些困难，距离M优选设置为10μm或更大。

图4a和图4b分别是根据本发明的另一实施例的半导体激光装置的局部透视图和局部平面图。图4a和图4b示出了在高输出LD的脊状结构中形成的弯曲部分的基本形状。

参考图4a，n型(第一导电型)包覆层12、活性层13、p型(第二导电型)下包覆层14和蚀刻终止层15顺序形成在衬底11上。具有两个弯曲部分的脊状结构130a形成在叠层上。P型(第二导电型)上包覆层包括在脊状结构130a中。蚀刻终止层15存在于除了脊状结构130a正下方的区域以外的其他区域中。当蚀刻形成脊状结构130a时，可能除去蚀刻终止层15，只留下脊状结构130a正下方的区域。

在半导体激光装置的另一实施例中，通过干法蚀刻在高输出LD的脊状结构130a的外侧形成狭长形状的反射镜。反射镜有助于在弯曲位置反射的激光沿脊状波导传播。

图5a和图5b分别是根据本发明的另一实施例的双波长半导体激光装置的局部透视图和局部平面图。参考图5a和图5b，狭长形状的反射镜40形成在高输出LD的脊状结构130a的外侧。具体来说，通过选择性地干蚀刻位于脊状结构130a外侧的蚀刻终止层15、p型下包覆层14a、活性层12和n型包覆层11来形成反射镜40。

形成在弯曲部分的外侧的狭长形反射镜40能够使激光沿着脊状波导在弯曲部分更精确地反射。反射镜40的这个功能与以恒定角度反射和弯曲传播路径的玻璃镜的功能相同。因此，可以这样设计反射镜40，使反射镜40的位置和形状与能够反射沿着位于弯曲位置上的脊状波导传播的激光的玻璃镜的位置和形状相同。如图5b所示，反射镜40位于弯曲部分的外侧，与连接到各个弯曲部分的直线形成相同的角度，并且具有延伸的矩形狭长形状。

形成反射镜40后，由反射镜40暴露的横截面部分，即，蚀刻终止层15、p型下包覆层14、活性层13、和n型包覆层14的部分可能在空气中被氧化或被杂质入侵。由于这些原因，可以在反射镜40的横截面上形成介电薄膜来解决这些问题，并保护反射镜40的横截面。

图6a和图6b分别是根据本发明的另一实施例的半导体激光装置的局部透视图和局部平面图。除了第一脊状结构邻近反射镜41的底面的宽度小于第一脊状结构的其他底面外，图6a和图6b中示出的半导体激光装置具有与图5a和图5b所示的相同的结构。因此，狭长形状的反射镜41在一个弯曲部分的外侧、邻近一个弯曲部分的位置上形成。另外，在反射镜41的横截面上形成介电薄膜以防止横截面在空气中氧化并抑制杂质入侵。

图6a和图6b中所示的半导体激光装置的特征在于，脊状结构130邻近反射镜41的底面的宽度小于脊状结构130的其他底面的宽度。为此，当蚀刻形成反射镜41时，沿着蚀刻终止层15、p型下包覆层14、活性层13、和n型包覆层12蚀刻脊状结构的弯曲部分的一部分。这样，当在弯曲部分的外侧图案化形成反射镜41时，可以更加稳定地保证加工余量。

虽然本文中已经参考前述实施例和附图对本发明进行了描述，但是本发明的范围由权利要求限定，从而，本领域中的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求中披露的本发明的技术精神的情况下，可以进行各种替换、修改和变化。

从以上描述可以明显看出，本发明提供了包括集成在同一个衬底上的高输出LD和低输出LD的多波长半导体激光装置，其中，高输出LD的脊状结构具有两个或多个弯曲部分，低输出LD的脊状结构是直线形的。根据本发明的多波长半导体激光装置，可以为高输出LD提供足够的共振长度，以抑制过量的电流密度，并可以降低低输出LD的工作电流。

另外，根据本发明，因为在维持高输出LD和低输出LD的恒定有效共振长度的同时，可以减小装置的尺寸，所以每个单位晶片可以生产出的装置的数量得以增加，从而提高了生产率。

Claims (10)

1.一种多波长半导体激光装置，包括：

衬底，具有被分成第一区域和第二区域的顶面；

高输出LD，包括顺序形成在所述衬底的所述第一区域上的第一导电型包覆层、活性层和第二导电型包覆层，其中，所述第二导电型包覆层包括具有第一脊状结构的上部；以及低输出LD，包括顺序形成在所述衬底的所述第二区域上的第一导电型包覆层、活性层和第二导电型包覆层，其中，所述第二导电型包覆层包括具有第二脊状结构的上部，

其中，所述第一和第二脊状结构是以向彼此相对的两端延伸的方式形成，所述第一脊状结构在两个或更多个弯曲位置弯曲，而所述第二脊状结构是直线形的。

2.根据权利要求1所述的多波长半导体激光装置，其中，所述第一脊状结构的弯曲部分形成的角度为20°至160°。

3.根据权利要求1所述的多波长半导体激光装置，其中，至少一个弯曲部分的一侧或两侧是曲线。

4.根据权利要求1所述的多波长半导体激光装置，其中，所述第一脊状结构具有由弯曲部分重叠的部分。

5.根据权利要求4所述的多波长半导体激光装置，其中，所述重叠部分之间的距离不小于10μm。

6.根据权利要求1所述的多波长半导体激光装置，还包括狭长形状的反射镜，形成在位于所述高输出LD中的弯曲部分的外侧的所述第一导电型包覆层、所述活性层和所述第二导电型包覆层中。

7.根据权利要求6所述的多波长半导体激光装置，其中，所述第一脊状结构邻近所述反射镜的底面的宽度小于所述第一脊状结构的其他底面的宽度。

8.根据权利要求6所述的多波长半导体激光装置，其中，所述反射镜的横截面上形成有介电薄膜。

9.根据权利要求1所述的多波长半导体激光装置，其中，所述高输出LD的所述第二导电型包覆层包括形成在所述第一脊状结构下面的第二导电型下包覆层和形成在所述第一脊状结构中的第二导电型上包覆层；以及，所述高输出LD还包括形成在所述第二导电型下包覆层和上包覆层之间的蚀刻终止层。

10.根据权利要求9所述的多波长半导体激光装置，其中，所述蚀刻终止层仅在所述第一脊状结构正下方形成。

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