CN101223679A - 半导体发光元件 - Google Patents

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小林隆二
菅生繁男
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Abstract

本发明涉及一种半导体发光元件。两波长半导体激光器1包括n－型GaN衬底101、布置在n－型GaN衬底101的预定表面上的n－型GaAs衬底201、设置在n－型GaN衬底101的表面之一上并包括多量子阱有源层105的蓝－紫色激光器100，以及设置在n－型GaAs201的表面之一上并包括多量子阱有源层205的红色激光器200。蓝－紫色激光器100和红色激光器200发射具有彼此不同波长的激光束。设置蓝－紫色激光器100和红色激光器200使得它们的空腔长度方向几乎彼此平行。蓝－紫色激光器100的空腔长度短于红色激光器200的空腔长度。

Description

半导体发光元件
技术领域
本发明涉及一种半导体发光元件，更具体地说，涉及一种其中集成多个半导体发光元件的集成半导体激光器设备。
背景技术
其中集成400-nm能带GaN(氮化镓)-系蓝-紫色激光器和650-nmAlGaInP(铝镓铟荧光粉)-系红色激光器或780-nm AlGaAs(铝镓砷)-系红外激光器的两波长或者三波长半导体激光器被认为将是下一代高密度光盘如HD-DVD或蓝光盘的光源的主流，理由是通过使用它，可以减小部件数目和缩小尺寸，以及可以实现光学抬取器的低成本。
在专利文献1中描述了这种多波长激光器。专利文献1描述了一种两波长激光器，其中发射650nm波长光的激光器元件和发射780nm波长光的激光器元件由它们的阳极侧电极连接。据公开，利用该结构，可以互相靠近地设置发光点。根据该文献，设备结构被简化，以便可以实现其微型化。
至于构成多波长激光器的每个激光器，AlGaInp-系红色激光器通过增加空腔长度实现高输出功率，从而提高照射性能，这是由于该激光器的热传导率是低的。结果，如非专利文献1所述，在用于16X写的脉冲-操作240mW激光器中，空腔长度长达1,500μm。在适于写入两层磁盘的高输出功率激光器中，认为对于更高的光输出，空腔长度被进一步增加。
另一方面，GaN-系蓝-紫色激光器因为其高热导率，可以利用相对较短的空腔长度实现高输出功率。例如，在非专利文献2中报道了具有600μm空腔长度的200mW(CW(连续波)工作)的GaN-系蓝-紫色激光器的高输出功率特性。
[专利文献1]日本特开专利公告号11-112091
[专利文献2]日本特开专利公告号61-280693
[非专利文献1]Shinichi Agatsuma and seven others，″MonolithicDual-Wavelength Lasers for CD-R/DVD±RW/R/RW″.19th IEEEInternational Semiconductor Laser Conference，September 2004，Conference Digest，pp.123-124
[非专利文献2]Masao Ikeda and seven others，″High-powerGaN-based semiconductor lasers″physica Status Solidi(c)，2004，Vol.1，No.6，pp.1461-1467
[非专利文献3]Shiro Uchida and eight others，″Recent Prgress inHigh-Power Blue-Violet Lasers″.IEEE Journal of Selected Topics inQuantum Electronics，2003，Vol.9，No.5，pp.1252-1259
[非专利文献4]Tetsuya Yagi and seven others，″High-PowerHigh-Efficiency 660-nm Laser Diodes for DVD-R/RW″，IEEE Journal ofSelected Topics in Quantum Electronics，2003，Vol.9，No.5，pp.1260-1264
发明内容
在两波长或三波长半导体激光器中，考虑到激光器的上述性能，考虑在作为热沉的GaN-系蓝-紫色激光器上集成高-输出功率AlGaInP-系红色激光器和高-输出功率AlGaAs-系红外激光器的结构。在制造这种两波长或三波长激光器的情况下，为了保证照射性能，根据AlGaInP-系红色激光器和AlGaAs-系红外激光器的空腔长度，必须保证GaN-系蓝-紫色激光器的衬底的空腔长度方向上的长度。由此，GaN-系蓝-紫色激光器的空腔长度变长。例如，在集成16X写AlGaInP-系红色激光器(例如，具有1,500μm的空腔长度)和32X写AlGaAs-系红外激光器(例如，具有900μm的空腔长度)的情况下，该GaN-系蓝-紫色激光器具有1,500μm或更长的空腔长度。
但是，GaN-系蓝-紫色激光器的内部损耗约为10至30cm-1，大于AlGaInP-系红色激光器的内部损耗(5cm-1以下的内部损耗)(非专利文献3和4)。因此，由于斜率效率的降低，亦即，外微分量子效率的降低，关注GaN-系蓝-紫色激光器的空腔长度的增加导致驱动电流的增加。
GaN-系蓝-紫色激光器被制造在具有105至107cm-2的位错密度的GaN衬底上或在蓝宝石衬底上生长的横向生长GaN层上。上述非专利文献2描述了GaN衬底中的位错或横向生长GaN层涉及元件寿命。因此注意到，当GaN-系蓝-紫色激光器中增加空腔长度时，作为发光单元的波导管中包括的位错数目增加，以及可靠性退化。目前，在具有超过700μm的空腔长度的元件中没有优异的可靠性的实际报道。
鉴于该情况，完成本发明，以及本发明提供了一种改进多波长半导体激光器的激光器性能和可靠性的技术，在该半导体激光器中，集成了多个半导体激光器。
根据本发明，提供一种包括至少两个激光器结构的半导体发光元件，该两个激光器结构发射彼此具有不同波长的激光束，该半导体发光元件包括：第一衬底；布置在第一衬底的预定表面上的第二衬底；设置在第一衬底的多个表面之一上并包括第一有源层的第一激光器结构；以及设置在第二衬底的多个表面之一上并包括第二有源层的第二激光器结构。设置该第一和第二激光器结构使得它们的空腔长度方向几乎彼此平行，以及该第一激光器结构的空腔长度短于第二激光器结构的空腔长度。
在本发明中，该激光器结构指通过覆层(clad)和由该覆层夹持的层构成的层叠体，并包括有源层。根据本发明，该第二衬底被布置在第一衬底的表面之一上。因此，通过使用第一衬底作为热沉，可以改进第二激光器结构的照射性能。该第一激光器结构的空腔长度短于第二激光器结构的空腔长度。因此，在保证第一衬底的尺寸为可以足够地保证第二激光器的照射性能的情况下，也可以抑制伴随第一激光器结构的空腔长度增加的激光器性能和可靠性的退化。因此，在包括互相不同的波长的第一和第二激光器结构的结构中，可以提高激光器性能和可靠性。
在本发明的半导体发光元件中，当第一激光器结构的空腔长度是L1，第二激光器结构的空腔长度是L2，以及第一衬底的空腔长度方向上的长度是L0时，可以满足L1＜L2且L0可以等于或大于L2。亦即，可以使得第一衬底的空腔长度方向上的长度等于或大于在第一衬底的预定表面上集成的第二激光器结构的空腔长度。通过采用L0等于或大于L2的设置，可以进一步改进第二激光器结构的照射性能。L0等于或大于L2的状态表示长度L0被确保为第二激光器结构的照射性能被充分地保证的程度的状态，例如，L0是L2的90％或更多。
在本发明中，L0可以大于L1(L0＞L1)。亦即，第一衬底的空腔长度方向上的长度可以长于在第一衬底的多个表面之一上设置的第一激光器结构的长度。例如，与第一衬底的端面相比较，第一激光器结构的后端面或前端面退却到第一衬底的内侧。以此方式，第一衬底可以更有效地用作热沉，以及使得第一激光器结构的激光震荡所必需的空腔长度短于第一衬底的长度。因此，可以更充分地保证更高效率、低驱动电流以及更高可靠性。
在本发明的半导体发光元件中，第一激光器结构的前端面和第二激光器结构的前端面可以与第一衬底的相同端面齐平。利用该结构，可以在改进第二激光器结构的照射性能的同时，总体上使半导体发光元件小型化。
在本发明的半导体发光元件中，通过刻蚀除去部分第一有源层，可以形成第一激光器结构的前端面或后端面，从而退却到第一衬底的内侧。以此方式，可以提高第一激光器结构的前端面或后端面的制造稳定性。利用端面位置的可控性的改善，可以抑制制造过程中第一激光器结构的空腔长度的变化。
在本发明的半导体发光元件中，第一激光器结构可以是GaN-系(based)激光器，第二激光器结构可以是AlGaInP-系、AlGaAs-系、GaInAs-系、AlGaInAs-系、InGaAsP-系、InGaAsN-系或InGaAsNSb-系激光器。在本发明的半导体发光元件中，第一激光器结构可以是包括脊形上覆层的GaN-系激光器。
本发明的半导体激光器可以是，例如，其中集成蓝-紫色激光器和红色激光器的两波长半导体激光器或其中集成蓝-紫色激光器、红色激光器和红外激光器的三波长半导体激光器。例如，两波长半导体激光器具有其中在GaN基蓝-紫色激光器上集成AlGaInP基红色激光器或AlGaAs-系红外激光器的设置。例如，三波长半导体激光器具有其中在GaN基蓝-紫色激光器上集成AlGaInP基红色激光器和AlGaAs-系红外激光器的设置。根据本发明，可以改进构成多波长激光器的每个激光器结构的激光器性能和可靠性。
更具体地说，通过设置GaN-系蓝-紫色激光器的第一衬底的长度等于或长于GaN-系蓝-紫色激光器上集成的AlGaInP基红色激光器或AlGaAs-系红外激光器的第二衬底的长度，可以保证该集成的AlGaInP-系红色激光器或AlGaAs-系红外激光器的照射性能。可以实现等于单体的高输出功率特性。另一方面，在该GaN-系蓝-紫色激光器中，通过干法刻蚀等形成端面，使得激光振荡所需的空腔长度短于第二衬底的空腔长度方向上的长度。结果，波导损耗被减小，以及从衬底传播到波导管条纹的位错数目减小，可以实现具有高效率、低驱动电流和高可靠性的激光器振荡。
在本发明的半导体发光元件中，第一衬底可以是诸如GaN衬底或AlGaN衬底的III族氮化物半导体的衬底。利用该设置，可以充分地保证第一衬底的热传导率，以及可以改进第二激光器结构的照射性能。
如上所述，本发明可以实现改进多波长半导体激光器的激光器性能和可靠性的技术，在该多波长半导体激光器中，集成了多个半导体激光器。
附图说明
图1示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。
图2是图1的两波长半导体激光器的剖面图。
图3示出了制造图1的两波长半导体激光器中的GaN-系蓝紫色激光器的工艺视图。
图4示出了制造图1的两波长半导体激光器中的GaN-系蓝紫色激光器的工艺视图。
图5示出了制造图1的两波长半导体激光器中的AlGaInP-系红色激光器的工艺的剖面图。
图6示出了制造图1的两波长半导体激光器中的AlGaInP-系红色激光器的工艺的剖面图。
图7示出了其中装配图1的两波长半导体激光器中的封装结构的视图。
图8示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。
图9示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。
图10示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。
图11示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。
图12示出了用于图11的两波长半导体激光器的GaN-系蓝紫色激光器的结构的鸟瞰图。
图13示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。
图14示出了根据本实施例的三波长半导体激光器结构的鸟瞰图。
图15是图14的三波长半导体激光器的剖面图。
图16示出了图14的三波长半导体激光器中的GaN-系蓝紫色激光器的结构的鸟瞰图。
图17示出了制造图14的三波长半导体激光器中的AlGaInP-系红外激光器的工艺的剖面图。
图18示出了其中装配图14的三波长半导体激光器中的封装结构的视图。
图19示出了根据本实施例的三波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。
图20示出了根据本实施例的三波长半导体激光器的结构的剖面图。
具体实施方式
现在将通过参考附图描述本发明的实施例，例如，关于在GaN-系蓝紫色激光器的衬底上集成振荡具有不同波长的激光束的其他激光器的情况。在所有图中，相同参考数字表示共同的元件，以及下面将不重复描述。在下面的实施例中，将描述每个半导体激光器的芯片长度对应于半导体激光器的衬底长度的情况。
第一实施例
图1是根据本实施例的两波长半导体激光器1的鸟瞰图。图2是垂直于空腔方向切割的图1所示的两波长半导体激光器1的剖面图。
两波长半导体激光器1是包括至少两个激光器结构的半导体发光元件，该至少两个激光器结构振荡具有不同波长的激光束。
两波长半导体激光器1包括第一衬底(n-型GaN衬底101)、布置在n-型GaN衬底101的预定表面上的第二衬底(n-型GaAs衬底201)、布置在n-型GaN衬底101的表面之一上并包括第一有源层(多量子阱有源层105)的第一激光器结构(蓝紫色激光器100)和布置在n-型GaAs衬底201的表面之一上并包括第二有源层(多量子阱有源层205)的第二激光器结构(红色激光器200)。具有长空腔长度的AlGaInP-系红色激光器200被集成在具有短空腔长度的GaN-系蓝-紫色激光器100上，亦即，在n-型GaN衬底101上。相对于n-型GaN衬底101，多量子阱有源层105和205被设置在相同侧上。红色激光器200被布置在蓝-紫色激光器100一侧上。
设置蓝-紫色激光器100和红色激光器200使得它们的空腔长度方向几乎互相平行。蓝-紫色激光器100的空腔长度短于红色激光器200的空腔长度。
当蓝-紫色激光器100的空腔长度设为L1，红色激光器200的空腔长度设为L2，以及n-型GaN衬底100的空腔长度方向上的长度是L0时，L1小于L2(L1＜L2)，L0等于或大于L2，以及n-型GaN衬底101的长度被确定为充分地保证红色激光器200的照射性能的程度。在两波长半导体激光器1中，L0大于L1(L0＞L1)。
蓝-紫色激光器100的热传导率高于红色激光器200的热传导率。激光器结构的热传导率是激光器结构中的衬底上形成的半导体层的热传导率，例如，是由覆层和被该覆层夹持的有源层构成的层叠体的热导率。
红色激光器200经由预定层连接到n-型GaN衬底101。例如，红色激光器200通过热粘合剂粘附到n-型GaN衬底101。红色激光器200p-侧面向下与蓝紫色激光器100的p-侧面熔融键合。当构成红色激光器200的层当中具有最高热电阻的p-型覆层207(p-型(Al0.7Ga0.3)0.47In0.53P层)的侧面面对n-型GaN衬底101时，可以进一步增加红色激光器200的照射性能。在红色激光器200中，p-型覆层207的热电阻是高的。通过经由预定层将p-型覆层207的整个表面粘结到n-型GaN衬底101的预定表面，改进照射性能。
在蓝-紫色激光器100的前和后端面当中，通过刻蚀形成后端面123。通过刻蚀除去部分多量子阱有源层105，形成蓝-紫色激光器100的后端面123，以便从n-型GaN衬底101的端面退却到n-型GaN衬底101的内部，以及从红色激光器200的后端面223退却到n-型GaN衬底101的内部。
另一方面，关于激光器的前端面，蓝-紫色激光器100的前端面124和红色激光器200的前端面224与n-型GaN衬底101的相同端面齐平。
蓝-紫色激光器100的平面形状是矩形，蓝-紫色激光器100的表面之一具有通过刻蚀除去部分多量子阱有源层105的区域。多量子阱有源层105的平面形状几乎是L形。在多量子阱有源层105没有被除去的区域中，在n-型GaN衬底101的表面之一上布置红色激光器200。利用该布局，多量子阱有源层105被除去的n-型GaN衬底101上的区域可以用作照射区，以便可以提高整个元件的照射性能。由于通过其中除去了多量子阱有源层105的区域的外缘指定了蓝-紫色激光器100的后端面123，因此根据蓝-紫色激光器100的种类，蓝-紫色激光器100的空腔长度可以被设置为预定长度。
蓝-紫色激光器100是包括脊型上覆层(p-型覆层108)的GaN-系激光器。蓝-紫色激光器100的芯片，在此情况下，n-型GaN衬底101具有，例如，400μm的宽度和1,600μm的长度。在上述和下面的实施例中，芯片的宽度指在与波导管方向(空腔长度方向)截面的方向上的衬底长度，以及芯片的长度指在平行于波导管方向的方向上的衬底长度。
在蓝-紫色激光器100中，刻蚀后端面，以除去不必要的发光层，以便空腔长度变为600μm。在蓝-紫色激光器100中，具有10％反射率的低反射覆层(未示出)被应用于发射光的前端面124。具有90％的反射率的高反射覆层(未示出)被应用于蓝-紫色激光器100的后端面123。
蓝-紫色激光器100具有在CW操作下能发射例如200mW或更高的高光输出功率的结构。
红色激光器200是包括脊型上覆层(p-型覆层207)的AlGaInP-系激光器。红色激光器200的芯片，在此情况下，n-型GaAs衬底201具有，例如，250μm的宽度和1,500μm的长度。
在红色激光器200中，具有7％的反射率的低反射覆层被应用于发射光的前端面224。具有95％的反射率的高反射覆层被应用于红色激光器200的后端面223。
红色激光器200具有在脉冲操作(例如，30ns的脉冲宽度和30％的占空比)中能发射例如240mW或更高的光输出的结构。
在下文中将参考图2更具体地描述蓝-紫色激光器100和红色激光器200的结构。
在蓝-紫色激光器100中，在n-型GaN衬底101(例如，约100μm的厚度，n＝3～1018cm-3)上，层叠n-型缓冲层102(例如，n-型GaN层，1μm的厚度，n＝1～1018cm-3)、n-型覆层103(例如，n-型AL0.07Ga0.93N层，1.3μm的厚度，n＝7～1017cm-3)、n-侧光学限制层104(例如，n-型GaN层，50nm的厚度，n＝5～1017cm-3)、由In0.1Ga0.9N阱(例如，3.5nm的厚度)和In0.02Ga0.98N阻挡层(例如，8.5nm的厚度)制成的多量子阱有源层105、p-侧光学限制层106(例如，GaN层，80nm的厚度)、用作电子上溢防止层的p-型上溢保护层107(例如，p-型Al0.16Ga0.84N层，10nm的厚度，p＝5～1017cm-3)、p-型覆层108(例如，p-型AlGaN层，500nm的厚度，p＝7～1017cm-3)以及p-型接触层109(例如，p-型GaN层，100nm的厚度，p＝1～1018cm-3)。在该说明书中，“n＝”和“p＝”分别表示层中的n-型载流子(电子)和p-型载体(空穴)的浓度。
对于横向模式控制，p-型覆层108在厚度方向上被刻蚀至某种程度，由此形成脊121。p-型接触层109被设置在脊121的顶点，亦即，在p-型覆层108的顶表面上。此外，在脊121的外部层叠覆盖p-型覆层108的侧面和底部的氧化硅膜110。
p-型接触层109设置有从接触层侧面依次由钯/铂/金(Pd/Pt/Au)制成的p-侧电极111。在n-型GaN衬底101的背面上，形成从衬底侧面依次由钛/铂/金(Ti/Pt/Au)构成的n-侧电极112。
另一方面，在红色激光器200中，在n-型GaAs衬底201(例如，约120μm的厚度，n＝2～1018cm-3)上，层叠n-型缓冲层202(例如，n-型GaAs层，500nm的厚度，n＝1～1018cm-3)、n-型覆层203(例如，n-型(Al0.7Ga0.3)0.47In0.53P层，2μm的厚度，n＝8～1017cm-3)、n-侧光学限制层204(例如，(Al0.5Ga0.5)0.47In0.53P层，30nm的厚度)、由GaInP阱和AlGaInP阻挡层制成的多量子阱有源层205、p-侧光学限制层206(例如，(AL0.5Ga0.5)0.47In0.53P层，30nm的厚度)、p-型覆层207(例如，p-型(Al0.7Ga0.3)0.47In0.53P层，1.5μm的厚度，p＝8～1017cm-3)以及p-型接触层208(例如，p-型GaAs层、400nm的厚度，以及p＝5～1018cm-3)。
在红色激光器200中，对于横向模式控制，在厚度方向上，p-型覆层207被刻蚀至某种程度，由此形成脊221。p-型接触层208被设置在脊121的顶点，亦即，设置在p-型覆层207的下表面上。此外，在脊221的外部层叠覆盖p-型覆层207的侧面和底部的氧化硅膜209。
p-型接触层208设置有从接触层侧面依次由Ti/Pt/Au制成的p-侧电极210。在n-型GaAs衬底201的背面上，形成从衬底侧面依次由金锗/镍/金(AuGe/Ni/Au)构成的n-侧电极211。
红色激光器200经由由金(Au)和锡(Sn)制成的熔合材料113p-侧面向下地与蓝-紫色激光器100上的p-侧面熔融-键合。蓝-紫色激光器100和红色激光器200的发光点之间的间隔越短，对于光学拾取器的光轴的调整越有利。因此，优选地调整每个激光器的芯片中的脊的形成位置，以便使发光点尽可能靠近。
接下来，将描述制造两波长半导体激光器1的方法。图3至6示出了制造两波长半导体激光器1的方法的视图。图3(a)至3(c)和图4(a)和4(b)示出了GaN-系蓝-紫色激光器100的制造工艺的视图。图5(a)和5(b)和图6(a)和6(b)示出了AlGaInP-系红色激光器200的制造工艺的剖面图。
首先，参考图3(a)至3(c)和图4(a)和4(b)，将描述GaN-系蓝-紫色激光器100的制造工艺。在该制造工艺中，通过干法刻蚀形成后端面123和通过分割形成取得光的前端面124。
在具有例如约400μm厚度的n-型GaN衬底101上，顺序地生长n-型缓冲层102，n-型覆层103，n-侧光学限制层104，多量子阱有源层105，光学限制层106，亦即，非掺杂p-侧GaN层，p-型AlGaN电子阻挡层107、p-型覆层108以及p-型接触层109(图3(a))。在图3(b)和3(c)中，有些生长层没有被示出。
对于晶体生长，例如，使用金属-有机汽相处延(MOVPE)方法。作为材料，例如，使用三甲基铝(TMAl)、三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铟(TMIn)以及氨(NH3)。作为n-型和p-型掺杂剂，例如，使用硅(Si)和镁(Mg)。作为材料，例如，使用硅烷(SiH4)和二茂基镁(Cp2Mg，cyclopentadiethyl magnesium)。作为载体气体，根据每个生长层的成分，使用氢气或氮气。
此后，通过干法刻蚀形成蓝-紫色激光器100的后端面123。首先，通过使用诸如热化学气相淀积(热CVD)、等离子体CVD、溅射或电子束淀积的方法，淀积氧化硅膜114。通过使用诸如接触曝光的步进器或光刻，通过刻蚀有选择地除去氧化硅膜114中的预定区。在刻蚀之后，氧化硅膜114的平面形状是，例如，L形。使用氧化硅膜114作为掩模，通过干法刻蚀除去生长层至n-型GaN衬底101，由此减小生长层长度(图3(b))。如图3(b)所示，该刻蚀侧面变为蓝-紫色激光器100的后端面123。因此希望尽可能平滑地刻蚀该侧面，以便变为在平面方向垂直于衬底。
随后，形成脊121。首先，在p-型接触层19上形成具有1.5μm宽度的条纹形氧化硅膜115。氧化硅膜115形成为在通过如上所述的工艺减小层长度的区域中在空腔长度方向上延伸，参考图3(b)。如下形成氧化硅膜115。在氧化硅膜114被除去之后，再次淀积另一氧化硅膜并允许通过光刻有选择地仅仅留在预定区域中。另外，代替形成另一氧化硅膜的方法，在图3(b)所示的工艺之后，可以通过光刻，以预定形状进一步处理氧化硅膜114。
使用氧化硅膜115作为掩模，通过干法刻蚀刻蚀部分p-型接触层109和p-型覆层108，由此形成脊121(图3(c))。
然后，形成p-侧电极111。首先，条纹形氧化硅膜115被除去。在n-型GaN衬底101的整个表面上再次淀积另一氧化硅膜110。通过刻蚀除去脊顶部上的氧化硅膜110，以露出p-型接触层109。在p-型接触层109上，淀积构成p-侧电极111的金属膜(图4(a))。
为了便于分割，n-型GaN衬底101被抛光，以减小厚度至，例如，约100μm。磨光面经历清洗工序。此后，形成与磨光面接触并覆盖该表面的n-侧电极112(图4(b))。接下来，对于端面覆层，该晶片被劈开，以便脊121如同肋条一样被并排地布置。在此情况下在远离通过干法刻蚀600μm形成的后端面123的位置的位置中，该晶片被劈开，由此形成前端面124。结果，GaN-系蓝-紫色激光器100的空腔长度变为600μm。
相对侧面也被劈开，以便芯片的长度，亦即，n-型GaN衬底101的空腔长度方向上的长度变为1,600μm。具有10％的反射率的低反射覆层被应用于前端面124，以及具有90％的反射率的高反射覆层被应用于后端面123。作为覆层材料当中具有低折射率的材料，例如，使用氧化铝、氧化硅、氮化铝、氟化镁或氟化钙。作为覆层材料中的具有高折射率的材料，例如，使用氧化钛、氧化锆、氧化铪等。最后，执行分割，以将其中多个脊121如同肋条一样互相平行布置的晶片分为多个芯片。通过上述过程，获得蓝-紫色激光器100。
参考图5(a)、5(b)、6(a)以及6(b)，将描述制造AlGaInP-系红色激光器200的工艺。
首先，在具有约350μm厚度的n-型GaAs衬底201上，顺序地晶体生长n-型GaAs 202、n-型覆层203、n-侧光学限制层204(例如，AlGaInP层)、多量子阱有源层205、p-侧光学限制层206(例如，AlGaInP层)、p-型覆层207以及p-型接触层208(图5(a))。
对于晶体生长，例如，使用MOVPE方法。作为材料，例如，使用TMAl、TEGa、TMIn、砷化氢(AsH3)或磷化氢(PH3)。作为n-型和p-型掺杂剂，例如，分别使用Si和锌(Zn)。作为材料，例如，使用乙硅烷(Si2H6)和二乙基锌(DEZn)。作为载体气体，例如，使用氢气。
随后，形成脊221。首先，通过使用热CVD方法、等离子体CVD方法、溅射方法、电子束淀积方法等，淀积氧化硅膜212。通过使用步进器或诸如接触曝光的光刻，有选择地除去氧化硅膜212中的预定区域，以在空腔长度方向中延伸的条纹形状并具有1.5μm宽度，处理氧化硅膜212。使用氧化硅膜212作为掩模，通过干法刻蚀等有选择地除去部分p-型接触层208和p-型覆层207，由此形成脊221(图5(b))。
接下来，形成p-侧电极210。首先，条纹形氧化硅膜212被除去。此后，再次淀积另一氧化硅膜209。通过刻蚀除去脊顶部上的氧化硅膜209，以露出p-型接触层208。在p-型接触层208上，构成p-侧电极210的金属膜被淀积(图6(a))。
为了便于分割，n-型GaAs衬底201被抛光，以减小该厚度至，例如，约120μm。磨光面经受清洗工序。在此之后，形成与磨光面接触并覆盖该表面的n-侧电极211(图6(b))。接下来，对于端面覆层，执行分割，以便空腔长度变为1,500μm。具有7％的反射率的低反射覆层被应用于前端面224，以及具有95％的反射率的高反射膜被应用于后端面223。最后，执行分割，以将其中多个脊221如同肋条一样互相平行布置的晶片分为多个芯片。通过上述过程，获得红色激光器200。
红色激光器200采用窗口结构和非电流注入结构，以防止端面损坏。
以此方式获得的红色激光器200通过使用熔合材料113p侧面向下地与蓝-紫色激光器100的p侧面熔融键合，如图2所示。结果，获得图1所示的两波长半导体激光器1。
现在将描述包括两波长半导体激光器1的封装。图7示出了在具有5.6mm直径的封装中装配的本实施例的两波长半导体激光器1的状态的鸟瞰图。
封装的本体10的材料是，例如，铁。支撑部件11和联通线12，13和14的材料是，例如，铜。用金涂敷每个本体10、支撑部件11和联通线的表面。
每个联通线12和13经由由陶瓷等制成的绝缘体15粘接到本体10。以此方式，联通线和本体10互相绝缘。联通线14被连接到本体10和被电连接到支撑部件11。
两波长半导体激光器1中的蓝-紫色激光器100的n-侧电极112的表面经由熔合材料16熔融键合到支撑部件11。作为熔融材料16，例如，使用具有低熔点的金锡、铅锡等。此外，蓝-紫色激光器100的联通线12和p-侧电极111经由金线17互相键合。红色激光器200的联通线13和n-侧电极211经由金线17互相键合。
在本实施例的两波长半导体激光器1中，当正电压被施加到联通线12和负电压被施加到联通线14时，蓝-紫色激光器100执行激光振荡。当正电压被施加到联通线12和负电压被施加到联通线13时，红色激光器200执行激光振荡。
在其中集成蓝-紫色激光器100和红色激光器200的两波长半导体激光器1中，起热沉作用的GaN-系蓝-紫色激光器100的芯片长度等于或长于AlGaInP-系红色激光器200的芯片长度，AlGaInP-系红色激光器200的芯片被熔融键合到蓝-紫色激光器100的芯片。因此，通过红色激光器200的芯片产生的热量经由蓝-紫色激光器100从支撑部件11有效地散逸。因此，具有1,500μm的长空腔长度的红色激光器200的照射性能被保证，以及可以实现高输出功率特性。
在背景技术中描述的专利文献1中，在将具有780nm波长的半导体发光元件键合到具有650nm波长的半导体发光元件的结构中，通过调整半导体发光元件的前端面的位置，以偏移后端面，保证键合面积。但是，在该结构中，半导体发光元件的每个空腔长度等于衬底的长度并取决于衬底长度的而确定半导体发光元件的每个空腔长度。由于此，在对于具有大面积的衬底使用GaN-系蓝-紫色激光器等的情况下，空腔长度增加。因此，注意不可能充分地保证蓝-紫色激光器的激光器性能和可靠性。
相反地，在本发明的实施例中，在蓝-紫色激光器100中，尽管芯片的长度长达1,600μm，但是通过干法刻蚀形成后端面123，以便空腔长度变为600μm。通过干法刻蚀等形成后端面123，以便激光振荡所必需的空腔长度短于芯片的长度，减小波导损耗，减少从n-型GaN衬底101传播到波导管条纹的位错数目，可以实现具有高效率的激光振荡、低驱动电流以及高可靠性。因此，可以实现等于具有600μm空腔长度的普通GaN-系蓝-紫外光激光器的激光器性能和可靠性。
如上所述，通过两波长半导体激光器1，实现保证热导率和空腔长度的平衡以及具有优良的激光器性能和可靠性的集成激光器。
由于在本实施例中通过刻蚀形成蓝-紫色激光器100的后端面123，后端面123形成有优良的可控性，以及在制造时，蓝-紫外光激光器100中的空腔长度中的变化可以被极好地抑制。
尽管技术领域不同，但是专利文献2描述了通过相同刻蚀工序单片地形成两个激光器的刻蚀镜面的技术，以及使镜面的位置不同于空腔长度方向。在此情况下，必须由可以通过相同刻蚀工序刻蚀的材料构成两个激光器。
相反地，在本实施例中，在不同的衬底形成半导体激光器，以及衬底之一被键合到其它衬底。因此，可以根据该半导体激光器的性能，更灵活地设计端面的位置和空腔长度，以及可以稳定地制造半导体激光器。在GaN-系蓝-紫色激光器100中，设置其中形成多量子阱有源层105的区域和其中多量子阱有源层105被除去的缺少区。在其中形成多量子阱有源层105的区域中布置红色激光器200。因此，该缺少区可以被有效地用作蓝-紫色激光器100和红色激光器200的照射区。
在两波长半导体激光器1中，蓝-紫色激光器100的前端面124和红色激光器200的前端面224与n-型GaN衬底101的相同端面齐平。该端面被设置在相同直线上。因此，来自蓝-紫色激光器100的发射光和来自红色激光器200的发射光的焦点位于相同平面中。因此，可以简化光接收系统的器件结构。
在本实施例中，已经描述了GaN-系蓝-紫色激光器100和AIGaInP-系红色激光器200被集成的情况。n-型GaN衬底101上集成的激光器结构不局限于AlGaTnP系统。例如，可以使用AlGaAs-系、GaInAs-系、AlGalnAs-系、InGaAsP-系、InGaAsN-系或InGaAsNSb-系激光器。
更具体地说，可以使用其中代替AlGaInP-系红色激光器200，集成AlGaAs-系红外激光器的两波长半导体激光器。在此情况下，由于AlGaAs的热导率高于AlGaInP的热导率，在空腔长度是例如900μm且短于AlGaInP基激光器的空腔长度的结构中，可以执行例如脉冲操作(脉冲宽度：50ns，占空比：50％)200mW。因此，GaN-系蓝-紫色激光器100的芯片长度，亦即，n-型GaN衬底101的空腔长度方向上的长度可以被减少到900μm或更长。在此情况下，在n-型GaN衬底101上也集成AlGaAs-系红外激光器，以及可以充分地保证照射性能。
在本实施例中，已经描述了两波长半导体激光器1的情况，其中GaN-系蓝-紫色激光器100的波导管方向(空腔长度方向)中的芯片长度是1,600μm并长于被熔融键合到该芯片的AlGaInP-系红色激光器200的芯片长度。更具体地说，已经描述了红色激光器200的芯片长度等于波导管的长度和空腔长度且是1,500μm的情况。
但是，只要可以充分地保证红色激光器200的照射性能，本发明不局限于L0大于L2的结构，而是可以采用L0等于L2的结构。另外，可以使用具有相对关系(L0＜L2)的严格长度的结构。从更可靠地获得照射性能的观点，n-型GaN衬底101的空腔长度方向上的长度可以被设为n-型GaAs衬底201的空腔长度方向上的长度的90％或更多，优选地，95％或更多。更具体地说，n-型GaN衬底101的长度可以被设为1,500μm和n-型GaAs衬底201的长度可以被设为1,520μm。在此情况下，当在蓝-紫色激光器100的芯片上集成红色激光器200时，红色激光器200的前端面侧的10μm和后端面侧的10μm离开蓝-紫色激光器100的芯片一段距离。在这种结构中，由于红色激光器200的大部分衬底201与蓝紫色激光器100接触，保证不足以引起实际问题的照射性能。在此情况下，芯片的长度也被认为是相同的。
红色激光器200的后端面223的位置和n-型GaN衬底101的端面的位置可以互相一致，以及蓝紫色激光器100的前端面124和红色激光器200的前端面124可以与n-型GaN衬底101的相同端面一致。该结构可以被表示为L0＝L2。以此方式，在保证红色激光器200的足够照射性能的同时，可以使两波长半导体激光器1总体上小型化。
在下面，将主要描述不同于第一实施例的点。
第二实施例
图8示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。两波长半导体激光器的基本结构类似于第一实施例中的两波长半导体激光器的基本结构，但是以下点是不同的。在通过干法刻蚀形成蓝-紫色激光器100的后端面123的时候，形成反射镜116，其面对后端面123的表面相对于后端面以45°倾斜。
在图8中，通过在除去多量子阱有源层105的区域中，在n-型GaN衬底101的表面之一上设置反射镜116，多量子阱有源层105被除去的区域可以被有效地使用。从蓝紫色激光器100的后端面123发射的光被反射镜116反射，从芯片的侧面消失，并被光接收元件(未示出)接收。该光可以被用作激光器工作的监视光。
第三实施例
图9示出了根据本实施例的两波长半导体激光器3的结构的鸟瞰图。该两波长半导体激光器的基本结构类似于第一实施例中的两波长半导体激光器1的基本结构，以及在GaN基蓝-紫色激光器100的芯片上集成AlGaInP基红色激光器200。不同于第一实施例的是在用于形成后端面123刻蚀的区域中，在n-型GaN衬底101上形成蓝-紫色激光器100的n-侧电极112，而不在n-型GaN衬底101的后侧面上。
利用这种结构，通过对于p-侧电极111和n-侧电极112使用相同的电极材料(例如，Ti/Pt/Au)，可以同时形成p-侧电极111和n-侧电极112。结果，可以减小电极形成工序的数目。此外，可以有效地使用在n-型GaN衬底101的表面之一上除去多量子阱有源层105的区域。
此外，在p-侧电极111的材料和n-侧电极112的材料不同的情况下，可以任意地选择制造顺序。结果，存在最小化接触电阻如合金参数的最佳工序可以被应用于每个电极的优点。在参考图3描述的工序中，首先形成脊侧面上的电极(在图3的情况下，p-侧电极111)。以此方式，可以在抛光衬底之前，形成诸如氧化硅膜110的淀积和构图的所需工序的脊侧面上的电极。因此，可以提高制造稳定性。
本实施例具有另一优点。在将蓝-紫色激光器100装配到封装中的时候，通过电隔离支撑部件11或经由半绝缘子安装如氮化铝的热沉，将蓝-紫色激光器100熔融键合到支撑部件11，蓝-紫色激光器100可以是电浮置的。
第四实施例
图10示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。该两波长半导体激光器的基本结构类似于第一实施例中的两波长半导体激光器1的基本结构，以及AlGaInP-系红色激光器200p-侧面向下地与GaN-系蓝-紫色激光器100的芯片上的p-侧面集成。在图10中，不同于第一实施例的点是通过干法刻蚀形成蓝-紫色激光器100的前端面124和后端面123。与前端面224相比，前端面124退却到n-型GaN衬底101的内部。
利用该结构，通过刻蚀工序确定空腔长度。因此，在将晶片分为芯片的过程中，没有必要严格地控制空腔长度。由于蓝-紫色激光器100的GaN衬底是非常硬的，在抛光之后晶片厚度不均匀或分割条件差的情况下，在分割面中形成瑕疵(台阶)被关注。相反，在本实施例中，没有这种关注。可以通过刻蚀进一步提高蓝-紫色激光器100的空腔长度上的可控性。
在n-型GaN衬底101的端面表面123和前端面124中设置多量子阱有源层105被除去的区域。因此，两波长半导体激光器1中的照射性变化可以被抑制。
第五实施例
图11示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。图12是用于图11的两波长半导体激光器中的GaN-系蓝-紫色激光器100的结构的鸟瞰图。
该两波长半导体激光器的基本结构类似于第一实施例中的两波长半导体激光器1的基本结构，以及AlGaInP-系红色激光器200经由熔融材料113p-侧面向下地与GaN-系蓝-紫色激光器100的芯片上的p-侧面集成。在图11中，不同于第一实施例的点是红色激光器200被直接熔融键合在蓝-紫色激光器100的脊波导管上面(图12中的脊121)。
如图12所示，在衬底表面的中心区域中不存在多量子阱有源层105，以及该不存在区域的平面形状几乎是矩形。在n-型GaN衬底101的表面之一中，蓝-紫色激光器100的后端面123上及周围的多量子阱有源层105被除去。在空腔长度方向上，从蓝紫色激光器100的后端面123向后除去多量子阱有源层105，以便在空腔长度方向上与蓝紫色激光器100分开。
通过将红色激光器200熔融键合到正好在脊121上面的位置，蓝紫色激光器100和红色激光器200之间的发光点间隔被缩短。因此，从调整光学拾取器的光轴的观点，该结构是非常有利的。
此外，在图12中，为了将蓝-紫色激光器100的空腔长度设置为600μm，使用第一实施例中描述的方法，通过刻蚀形成后端面123。在图12中，将被刻蚀的区域具有约20μm的宽度和约10μm的长度，且比第一实施例中的区域更窄。结果，可以保证正好在脊121上面熔融键合的红色激光器200的照射性能。因此，可以获得更优异的输出特性。
第六实施例
图13示出了根据本实施例的两波长半导体激光器的结构的鸟瞰图。两波长半导体激光器的基本结构类似于第一实施例中的两波长半导体激光器1的基本结构。红色激光器200经由熔融材料p-侧面向下地与蓝紫色激光器100的芯片上的p-侧面熔融键合。蓝-紫色激光器100和红色激光器200具有与第四实施例中使用的激光器相同的结构。不同于第四实施例的点是多量子阱有源层105和205被设置在n-型GaN衬底101的不同侧面上。具体地说，红色激光器200被熔融键合到蓝-紫色激光器100的衬底的后侧面。
由于n-型GaN衬底101的后侧面是平坦的，通过将红色激光器200熔融键合到后侧面，整个芯片可以被键合到蓝-紫色激光器100，在红色激光器200的脊中没有引起大的变形。因此，可以抑制装配过程中的成品率降低。
在将本实施例的两波长半导体激光器装配到封装中的情况下，蓝-紫色激光器100p-侧面向下地被装配到例如具有5.6mm直径的封装中，如图5所示。在此情况下，激光器被直接熔融键合到支撑部件11或经由子安装被熔融键合到支撑部件11。因此，有蓝-紫色激光器100的照射性能改进和与第四实施例的情况相比较改进高输出功率特性和温度特性的优点。
在上述实施例中，描述了两波长半导体激光器的情况。本发明的实施例不局限于两波长半导体激光器的情况，而是也可以被应用于其中在蓝紫色激光器100的芯片上键合n片第二、第三、…、第(n+1)个半导体激光器(n＝1，2，3，…)，在此情况下，在n-型GaN衬底101上的集成半导体激光器。当集成的(n+1)半导体激光器的空腔长度被设为L(n+1)时，L0等于或大于L(n+1)。
下面将描述三波长半导体激光器的实施例。
第七实施例
图14示出了根据本实施例的三波长半导体激光器2的结构的鸟瞰图。图15是图14所示的三波长半导体激光器2的剖面图。图16是图15的三波长半导体激光器2的蓝-紫色激光器100的鸟瞰图。
三波长半导体激光器2包括在第三半导体衬底(n-型GaAs衬底301)的表面之一上设置的第三有源层(多量子阱有源层305)，以及包括具有L3的空腔长度的第三激光器结构(红外激光器300)。红色激光器200和红外激光器300被设置在n-型GaN衬底101的相同侧面上。具体地说，A1GaInP-系红色激光器200和A1GaAs-系红外激光器300被集成在GaN-系蓝-紫色激光器100的芯片上。红色激光器200和红外激光器300都p-侧面向下地与蓝紫色激光器100的p-侧面熔融键合。红色激光器200、蓝-紫色激光器100以及红外激光器300被依次并排地设置，以便它们的空腔长度方向互相平行。
蓝-紫色激光器100的芯片具有，例如，400μm的宽度和1,600μm的长度。在蓝-紫色激光器100中，通过刻蚀形成后端面123，以便空腔长度变为600μm(图16)。通过刻蚀，除去多余的发光层。多量子阱有源层105的平面形状几乎是U形。在蓝-紫色激光器100中，具有10％反射率的低反射覆层(未示出)被应用于发射光的前端面124。具有90％的反射率的高反射覆层被应用于后端面123(图16所示)。
如图15所示，蓝-紫色激光器100的层叠结构类似于第一实施例的层叠结构(图2)。但是，在图15中，与图2的情况不同，几乎在芯片的中心形成蓝-紫色激光器100的脊结构(脊121)。红色激光器200的发光点和红外激光器300的发光点相对于作为中心的蓝-紫色激光器100的发光点被对称地双向设置。
红色激光器200的结构类似于第一实施例的元件的结构，以及红色激光器200的芯片具有例如150μm的宽度和1，500μm的长度。在红色激光器200中，具有7％的反射率的低反射覆层被应用于发射光的前端面224。具有95％的反射率的高反射覆层被应用于后端面223。
红外激光器300的芯片具有例如150μm的宽度和900μm的长度。在红外激光器300中，具有5％的反射率的低反射覆层被应用于发射光的前端面324。具有95％的反射率的高反射覆层被应用于后端面323。
如图15所示，在红外激光器300中，在n-型GaAs衬底301(例如，约120μm的厚度，n＝2～1018cm-3)上层叠n-型缓冲层302(例如，n-型GaAs层，1μm的厚度，n＝1～1018cm-3)、n-型覆层303(例如，n-型Al0.5Ga0.5As层，2.2μm的厚度，n＝7～1017cm-3)、n-侧光学限制层304(例如，Al0.3Ga0.7As层，10nm的厚度)、通过AlGaAs阱和AlGaAs阻挡层制成的多量子阱有源层305、p-侧光学限制层306(例如，Al0.3Ga0.7As层，10nm的厚度)、p-型覆层307(例如，p-型Al0.5Ga0.5As层，1.8μm的厚度，p＝7～1017cm-3)以及p-型接触层308(例如，p-型GaAs层，400nm的厚度，以及p＝5～1018cm-3)。
在红外激光器300中，对于横向模式控制，通过在厚度方向上刻蚀，除去部分p-型接触层308和p-型覆层307，由此形成脊321。此外，用n-型AlGaAs电流阻挡层309(例如，1μm的厚度，n＝7～1017cm-3)和n-型GaAs电流阻挡层310(例如，800nm的厚度，n-＝1～1018cm-3)掩埋脊321。在p-型接触层308上，形成从接触层侧面依次由Ti/Pt/Au制成的p-侧电极311。在n-型GaAs衬底301上，形成由AuGe/Ni/Au构成的n-侧电极312。以类似于红色激光器200的方式，红外激光器300p-侧面向下地经由由Au和Sn制成的熔融材料113被熔融键合在蓝-紫色激光器100上。
接下来，将描述制造三波长半导体激光器2的方法。通过使用第一实施例中描述的方法可以获得蓝-紫色激光器100和红色激光器200。
例如，通过以下过程获得红外激光器300。图17(a)至17(c)和图18(a)和18(b)示出了制造红外激光器300的方法的剖面图。
首先，在n-型GaAs衬底301上，顺序地生长n-型缓冲层302、n-型覆层303、n-侧光学限制层304、多量子阱有源层305、p-侧光学限制层306、p-型覆层307以及p-型接触层308(图17(a))。
对于晶体生长，例如，使用MOVPE方法。作为该材料，例如，使用TMA1、TMGa、TEGa和AsH3。作为n-型和p-型掺杂剂，例如，分别使用硅(Si)和锌(Zn)。作为材料，例如，使用Si2H6和二甲锌(DMZn)。作为载体气体，例如，使用氢气。
随后，形成脊321。首先，在p-型接触层308上淀积氧化硅膜313。通过使用光刻有选择地除去氧化硅膜313中的预定区域，以具有1.5μm宽度的条纹形状，处理氧化硅膜313。使用氧化硅膜313作为掩模，执行干法刻蚀，以刻蚀p-型接触层308至p-型覆层307中的某些中点，由此形成脊321(图17(b))。
通过，例如，选择性MOVPE方法，形成n-型AlGaAs电流阻挡层309和n-型GaAs电流阻挡层310，以掩埋脊321(图17(c))。
随后，形成p-侧电极311。首先，除去条纹状氧化硅膜313，以露出p-型接触层308。在p-型接触层308的表面上，淀积p-侧电极311(图18(a))。为了便于分割，抛光n-型GaAs衬底301，以减小该厚度至例如，约120μm。该磨光面被轻微刻蚀，在此之后，在该磨光面上形成n-侧电极312(图18(b))。
接下来，对于端面覆层，执行分割，以便空腔长度变为900μm。具有5％的反射率的低反射覆层被应用于前端面324，以及具有95％的反射率的高反射膜被应用于后端面323。最后，执行分割，以将其中多个脊321如同肋条一样互相平行布置的晶片分为多个芯片。通过上述过程，获得红外激光器300。
以此方式获得的红外激光器300和红色激光器200p-侧面向下地与图16中所示的蓝-紫色激光器100的p-侧面熔融-键合，通过使用熔融材料113。结果，获得图14和15所示的三波长半导体激光器2。
现在将描述包括三波长半导体激光器2的封装。图19示出了在具有5.6mm直径的封装中装配的本实施例的三波长半导体激光器2的状态的鸟瞰图。
封装的本体10的材料是例如，铁。支撑部件11和联通线18、19、20和21的材料是例如，铜。用金涂敷每个本体10、支撑部件11以及联通线18、19、20和21的表面。
每个联通线18、19和20经由由陶瓷等制成的绝缘体15粘接到本体10。以此方式，联通线和本体10互相可靠地绝缘。
联通线21被连接到本体10并被电连接到支撑部件11。
三波长半导体激光器2中的蓝-紫色激光器200的n-侧电极222的表面经由熔合材料26熔融键合到支撑部件11。熔融材料的例子是具有低熔点的金锡和铅锡。
此外，蓝-紫色激光器100的联通线18和p-侧电极111经由金线17互相键合。红色激光器200的联通线19和n-侧电极211经由金线17互相键合。红外激光器300的联通线20和n-侧电极312经由金线17互相键合。
在本实施例的三波长半导体激光器2中，当正电压被施加到联通线18且负电压被施加到联通线21时，蓝-紫色激光器100执行激光振荡。当正电压被施加到联通线18且负电压被施加到联通线19时，红色激光器200执行激光振荡。当正电压被施加到联通线18且负电压被施加到联通线20时，红外激光器300执行激光振荡。
在三波长半导体激光器2中，红色激光器200和红外激光器300被制造为单个元件并集成在蓝-紫色激光器100上。因此，可以独立地集成具有适于目标光输出功率的最佳空腔长度的元件。
在三波长半导体激光器2中，GaN-系蓝-紫色激光器100的n-型GaN-系衬底101的空腔长度方向上的长度等于或长于n-型GaAs衬底201的长度和其上设置AlGaAs-系红外激光器300的红外激光器300的长度，其中在n-型GaAs衬底201上设置集成在n-型GaN衬底101上的AlGaInP-系红色激光器200。因此，改进n-型GaN衬底101上集成的红色激光器200和红外激光器300的照射性能，以及可以实现等于每个红色激光器200和红外激光器300的高输出功率特性。
在GaN-系蓝-紫色激光器100中，通过干法刻蚀等形成后端面123。激光器振荡需要的空腔长度短于n-型GaN衬底101的长度和红色激光器200和红外激光器300的每一个的空腔长度。结果，可以减小波导损耗。此外，从n-型GaN衬底101传播到波导管条纹的位错的数目可以被减小。因此，可以实现具有高效率、低驱动电流和高可靠性的激光振荡。
在本实施例中，描述了其上集成GaN-系蓝-紫色激光器100、AlGaInP-系红色激光器200和AlGaAs-系红外激光器300的三波长激光器的情况。集成具有相同波长的多个半导体激光器的组合也是可能的。这种结构的具体例子是在GaN-系蓝-紫色激光器100上集成具有长空腔长度的只写AlGaInP-系高-输出功率红色激光器和具有短空腔长度的只读AlGaInP-系低-输出功率激光器的结构。
第八实施例
图20示出了根据本实施例的三波长半导体激光器布局的剖面图。图20所示的三波长半导体激光器包括在n-型GaAs衬底401的表面之一中设置的多量子阱有源层305和具有L3的空腔长度的红外激光器300。红色激光器200和红外激光器300被设置在n-型GaN衬底201的相同侧面上。
三波长半导体激光器的基本结构类似于第七实施例中的三波长半导体激光器2的基本结构。在GaN-系蓝紫色激光器100的芯片上，AlGaInP-系红色激光器200和AlGaAs-系红外激光器300经由熔融材料113被熔融键合，它们的p侧面向下。不同于第七实施例的点是使用单片两波长激光器400，其中在单个n-型GaAs衬底401上制造AlGaInP-系红色激光器200和AlGaAs-系红外激光器300。
在本实施例的三波长半导体激光器中，通过使用单片两波长激光器400，仅执行激光器之间的一次熔融键合是足够的。亦即，具有可以通过发光点间隔的单独控制决定三波长的发光点间隔的优点。该原因是，在单片两波长激光器中，容易通过制造工艺来确定发光点间隔。
在使用单片两波长半导体激光器的情况下，通常使用施加正电压的n-型GaAs衬底401。为了分开地驱动红色激光器200和红外激光器300，必须电分开p-侧电极。因此，在本实施例的蓝-紫色激光器100中，图2中的p-侧电极111被分为p-侧电极117和两个p-侧电极118。蓝-紫色激光器100的另一结构类似于第七实施例中描述的蓝-紫色激光器的结构(图14至16)。
在图20所示的三波长半导体激光器2中，当正电压被施加到p-侧电极117且负电压被施加到n-侧电极112时，蓝-紫色激光器100执行激光振荡。当正电压被施加到p-侧电极210且负电压被施加到n-侧电极402时，红色激光器200执行激光振荡。当正电压被施加到p-侧电极311且负电压被施加到n-侧电极402时，红外激光器300执行激光振荡。
上面已将参考附图详细描述了本发明的实施例。它们是本发明的例子以及也可以采用除上述结构以外的各种结构。
例如，尽管在上述实施例中，n-型衬底被用作每个半导体激光器的衬底，但是可以使用不同导电类型的衬底或高阻衬底。在此情况下，可以适当地采用极性被反向的结构和表面电极结构。此外，代替n-型GaN衬底101，可以使用其它III-族氮化物如AlGaN衬底的半导体衬底。
在第一至第六实施例中，描述了其中在GaN-系蓝-紫色激光器芯片上集成AlGaInP-系红色激光器的两波长半导体激光器的情况。也可以采用其中代替红色激光器集成AlGaAs-系红外激光器或其它波长带的激光器的两波长半导体激光器。
在第七和第八实施例中，描述了其中在GaN-系蓝-紫色激光器芯片上集成AlGaInP-系红外激光器和AlGaAs-系红外激光器的三波长半导体激光器为例子。也可以集成ZnMgSSe-系蓝-绿色激光器或在InP衬底上制造的具有长波长范围的激光器。因此，通过集成各种波长的激光器，可以获得各种多波长半导体激光器。

Claims (8)

1.一种包括至少两个激光器结构的半导体发光元件，该至少两个激光器结构发射彼此具有不同波长的激光束，该半导体发光元件包括：
第一衬底；
布置在所述第一衬底的预定表面上的第二衬底；
设置在所述第一衬底的多个表面之一上并包括第一有源层的第一激光器结构；以及
设置在所述第二衬底的多个表面之一上并包括第二有源层的第二激光器结构，
其中，设置该第一和第二激光器结构使得它们的空腔长度方向几乎彼此平行，以及所述第一激光器结构的空腔长度短于所述第二激光器结构的空腔长度。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，
其中，当所述第一激光器结构的空腔长度是L1，所述第二激光器结构的空腔长度是L2，以及所述第一衬底的空腔长度方向上的长度是L0时，
满足L1＜L2，以及
L0等于或大于L2。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，
其中，与所述第一衬底的端面相比较，所述第一激光器结构的前端面或后端面退却到所述第一衬底的内侧。
4.根据权利要求3所述的半导体发光元件，
其中，通过刻蚀除去部分所述第一有源层，形成所述第一激光器结构的前端面或后端面退却到所述第一衬底的内侧。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的半导体发光元件，
其中，所述第一激光器结构是GaN-系激光器，以及
所述第二激光器结构是AlGaInP-系、AlGaAs-系、GaInAs-系、AlGaInAs-系、InGaAsP-系、InGaAsN-系或InGaAsNSb-系激光器。
6.根据权利要求5所述的半导体发光元件，
其中，所述第一激光器结构是包括脊形上覆层的GaN-系激光器。
7.根据权利要求1至6的任意一项所述的半导体发光元件，
其中，所述第一衬底是III族氮化物半导体的衬底。
8.根据权利要求1至7的任意一项所述的半导体发光元件，
其中，所述第一激光器结构的前端面和所述第二激光器结构的前端面与所述第一衬底的相同端面齐平。
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