CN101938084B - 激光器二极管 - Google Patents

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Abstract

一种激光器二极管包括：多个条形激光器结构，彼此平行地设置并依次包括下覆层、有源层和上覆层；多个条形上电极，单个地形成在各激光器结构的顶面上并电连接到上覆层；多个配线层，至少单个地电连接到各上电极；以及多个焊垫电极，形成在与多个激光器结构的区域不同的区域中，并且通过配线层电连接到各上电极。各配线层的端部在与各配线层接触上电极的区域不同的区域中。

Description

激光器二极管
技术领域
本发明涉及每个发射器都能够单独地驱动的激光器二极管。
背景技术
在激光器二极管中，为了单独驱动每个发射器，在相邻发射器之间设置电隔离相邻发射器的隔离凹槽。隔离凹槽的宽度根据激光器的类型而变化。在束节距(beam pitch)约为几十μm的窄节距型激光器的情况下，隔离凹槽的宽度仅约为几μm。因此，在此情况下，很难在窄的隔离凹槽中设置配线层，以连接在两侧被隔离凹槽围绕的发射器(激光器结构)上的条形电极与形成在远离激光器结构的位置处的焊垫电极。因此，例如如日本特开第2000-269601号公报所描述的，通常在隔离凹槽中埋设绝缘材料，前述配线层设置在绝缘材料上。
发明内容
然而，在前述日本特开第2000-269601号公报描述的激光器中，存在这样的缺点：在排列的多个激光器结构当中，从中央激光器结构发射的光的偏振方向与从端部激光器结构发射的光的偏振方向不同。此外，在仅设置单个激光器结构的激光器中，存在从该单个激光器结构发射的光的偏振方向与所希望的方向不同的缺点。
考虑到上述问题，在本发明中所希望的是提供这样的激光器二极管，其中从多个激光器结构发射的光的偏振方向能够一致，并且从单个激光器结构发射的光的偏振方向能够指向所希望的方向。
根据本发明的实施例，所提供的第一激光器二极管包括：多个条形激光器结构，彼此平行地设置并依次包括下覆层、有源层和上覆层；多个条形上电极，单个地形成在各激光器结构的顶面上并电连接到上覆层；多个配线层，至少单个地电连接到各上电极；以及多个焊垫电极，形成在与多个激光器结构的区域不同的区域中，并且通过配线层电连接到各上电极。各配线层的端部在与各配线层接触上电极的区域不同的区域中。
根据本发明的实施例，所提供的第二激光器二极管包括：条形激光器结构，依次包括下覆层、有源层和上覆层；条形上电极，形成在激光器结构的顶面上并且电连接到上覆层；配线层，电连接到该上电极；以及焊垫电极，形成在与激光器结构的区域不同的区域中，并且通过配线层电连接到上电极。配线层的端部在与配线层接触上电极的区域不同的区域中。
在本发明实施例的第一和第二激光器二极管中，配线层的端部在与配线层接触上电极的区域不同的区域中。因此，与配线层的端部在配线层接触上电极的区域中的情况相比，配线层中与激光器结构顶面相对的区域的形状以激光器结构中心轴为中心的对称程度很高。
根据本发明实施例的第一和第二激光器二极管，配线层中与激光器结构顶面相对的区域的形状以激光器结构中心轴为中心的对称程度很高。因此能够减少由配线层的不对称性引起的偏振方向的改变。结果，能够使从多个激光器结构发射的光的偏振方向一致，并且能够使从单个发射器发射的光的偏振方向指向希望的方向。
根据本发明实施例的激光器二极管可以包括一个或多个虚设配线层，在所述多个激光器结构中的给定的激光器结构的顶面上不用作配线层，其中各所述激光器结构的顶面上的配线层的总数等于各所述激光器结构的顶面上的虚设配线层的总数。
具体地讲，在凹槽设置在激光器结构的两侧的情况下，凹槽没有被掩埋而是处于空气间隙的状态，配线层的不对称性变为偏振方向改变的主要因素。因此，在此情况下，通过提高配线层的对称性，能够使从多个激光器结构发射的光的偏振方向对齐，并且能够使从单个发射器发射的光的偏振方向指向希望的方向。
本发明的其它和进一步的目标、特征和优点通过下面的描述将更加明显易懂。
附图说明
图1A和1B是根据本发明实施例的激光器二极管的俯视图和截面图；
图2是图1的脊的俯视图；
图3A至3C的截面图用于说明制造图1的激光器二极管的方法示例；
图4的立体图用于说明图3A至3C之后的步骤；
图5A和5B的立体图和截面图用于说明图4之后的步骤；
图6A和6B是图1的激光器二极管的修改示例的俯视图和截面图；
图7A和7B是图1的激光器二极管的另一个修改示例的俯视图和截面图；
图8是图1的激光器二极管的又一个修改示例的截面图；
图9是图1的激光器二极管的再一个修改示例的截面图；
图10A和10B是图1的激光器二极管的再一个修改示例的俯视图和截面图。
具体实施方式
在下文，将参考附图描述本发明的实施例。描述将以下面的顺序给出：
1.实施例(图1A、图1B和图2)
形成多个脊的示例
每个配线层跨过所有脊的示例
不掩埋凹槽的示例
2.修改示例
每个配线层的端部形成在脊顶面的端部的示例(图6A、图6B、图7A和图7B)
虚设配线层形成在脊上的示例(图6A和6B)
凹槽被掩埋的示例(图8)
形成高电阻区域代替凹槽的示例(图9)
仅形成一个脊的示例(图10A和10B)
实施例
图1A图解了根据本发明实施例的激光器二极管1的俯视结构的示例。图1B图解了沿着图1A的激光器二极管1的A-A线剖取的截面结构的示例。该实施例的激光器二极管1是包括多个条形发射器(striped emitter)的多束激光器二极管，并且是激光束从每个发射器的每个端面出射的边发射激光器二极管。
例如，如图1B所示，激光器二极管1包括半导体层20，该半导体层20包括从基板10侧开始依次设置在基板10上的下覆层21、有源层22、上覆层23和接触层24。尽管未示出，半导体层20还可以设置有除前述层之外的层(例如，缓冲层、引导层等)。在半导体层20中，形成多个条形脊30(激光器结构)。多个脊30彼此平行地布置，并且用作从前端面S1单独输出激光束的发射器。脊30的数量可以是如图lA和1B所示的四个，或者五个以上，或者三个以下。
沿脊30的延伸方向延伸的条形凹槽31单个地设置在各脊30的两侧。在多个凹槽3l中，除了在凹槽31布置方向的两端的凹槽之外的凹槽31夹设在相邻的脊30之间。在凹槽31布置方向的两端的凹槽31例如设置在脊30和条形基底32之间，该条形基底32设置在半导体层20中除脊30之外的区域中。基底32的高度优选等于脊30的高度，但是可以低于脊30的高度。例如，尽管未示出，基底32的顶面可以与凹槽31的底面设置在相同的平面中。
各凹槽31的深度例如到达基板10的上部，并且空间分隔各脊30。例如，尽管未示出，各凹槽31的深度可以不到达基板10。然而，在此情况下，各凹槽31的深度优选为使相邻的脊30之间不产生电串扰(electric cross talk)(例如，凹槽31的深度到达下覆层21)。
凹槽31的宽度(在与凹槽31的延伸方向垂直的方向上的宽度)小于脊30的宽度(在与脊30的延伸方向(谐振器方向)垂直的方向上的宽度)。例如，当脊30的宽度为约几十μm(例如，30μm)时，凹槽31的宽度为约几μm(例如，3μm)。
在各脊30中，形成成对的前端面S1和后端面S2，该成对的前端面Sl和后端面S2沿脊30的延伸方向夹着脊30。前端面S1和后端面S2构成谐振器。成对的前端面S1和后端面S2例如通过解理(cleavage)形成，并且设置为以其间给定的间隔而彼此相对。此外，低反射膜(未示出)形成在前端面S1上，并且高反射膜(未示出)形成在后端面S2上。
脊30包括下覆层2l的至少上部、有源层22、上覆层23和接触层24。考虑到电串扰，例如如图3A至3C所示，脊30优选包括基板10的上部、下覆层21、有源层22、上覆层23和接触层24。
基板10例如由p型GaAs构成。p型杂质的示例包括镁(Mg)和锌(Zn)。下覆层21例如由p型AlGaAs构成。有源层22例如由未掺杂的AlGaAs构成。在有源层22中，包括与后述上电极33相对的区域的条形区域变成发光区域22A。发光区域22A对应于电流注入区域，来自上电极33的电流注入到该电流注入区域。上覆层23例如由n型AlGaAs构成。接触层24例如由n型GaAs构成。n型杂质的示例包括硅(Si)和硒(Se)。
在各脊30的顶面(接触层24的顶面)上单个地设置上电极33。例如，如图1A和1B所示，上电极33为沿脊30的延伸方向延伸的条形形状。上电极33电连接到接触层24和上覆层23。此外，多个焊垫电极34设置在半导体层20中与脊30和凹槽31二者的区域不同的区域中，即设置在基底32上。绝缘层36设置在焊垫电极34和基底32之间。焊垫电极34与基底32(具体地讲，下覆层21)绝缘且隔开。在电流几乎不在焊垫电极34和下覆层21之间流动的情况下，例如在基底32中的在焊垫电极34正下方的部分具有高电阻的情况下，焊垫电极34和基底32之间的绝缘层36可以省略。
各焊垫电极34连接到后述的配线层35。各焊垫电极34以其间的一个或多个配线层35而电连接到上电极33中的一个。例如，如图1A和1B所示，多个焊垫电极34分别形成在从两侧夹着脊30和凹槽31的两个区域(基底32)中。例如，如图1A和1B所示，多个焊垫电极34布置成与脊30平行的线。尽管未示出，多个焊垫电极34可以(以Z字形)交替地布置在脊30的延伸方向上。例如如图1A和1B所示，在从两侧夹着脊30和凹槽31的两个区域(基底32)中，焊垫电极34分别形成在使上电极33接触配线层35的位置(接触部分35A)与焊垫电极34间的距离变得最短的区域(基底32)中。接触部分35A为各配线层35单个地设置。各配线层35仅电连接到一个上电极33。例如，尽管未示出，各焊垫电极34可以不必形成在两个基底32中使接触部分35A和焊垫电极34之间的距离变得最短的基底32中。在此情况下，例如，尽管未示出，所有的焊垫电极34可以仅形成在一个基底32中。例如，如图1A和1B所示，焊垫电极34可以是矩形形状。焊垫电极34也可以是其它形状。例如，尽管未示出，焊垫电极34可以是圆形或椭圆形。例如，焊垫电极34可以是多边形，例如三角形。
绝缘层36根据需要也设置在各脊30的顶面上。具体地讲，绝缘层36设置在配线层35中除接触部分35A之外的部分与脊30顶面之间的位置处。因此，各配线层35仅电连接到一个上电极33。
配线层35连接到一个上电极33和一个焊垫电极34。该一个上电极33和一个焊垫电极34通过配线层35而电连接。例如，如图1A和1B所示，配线层35为条形，在与脊30和凹槽31的延伸方向垂直的方向上延伸。例如，配线层35通过膜形成方法形成。例如，如图1A和1B所示，配线层35的端部在与配线层35接触上电极33的区域(接触部分35A)不同的区域中。配线层35从一个基底32延伸到另一个基底32。就是说，各配线层35形成为跨过所有的脊30。此时，优选各配线层35具有相同的形状，并具有相同的尺寸。
配线层35越过每个凹槽31，并且至少在凹槽31上方设置在的空中。例如，如图1B所示，配线层35的设置在空中的部分为拱形形状并具有被弯曲的可能性降低的结构，该拱形形状朝着凹槽31底面的相反侧突出。例如，如图1B所示，配线层35的没有设置在空中的部分形成为与绝缘层36的表面接触。
下电极37设置在基板10的背面上。下电极37例如形成在基板10的整个背面上。下电极37电连接到基板10。与上电极33一样，下电极37可以为每个脊30单个且单独地设置。
上电极33、焊垫电极34和配线层35例如通过从基板10侧依次层叠金(Au)和锗(Ge)的合金、镍(Ni)及金(Au)而形成。上电极33、焊垫电极34和配线层35可以是由除前述材料之外的材料制成的层叠体。此外，上电极33、焊垫电极34和配线层35可以由相同的材料制成，或者可以由彼此不同的材料制成。绝缘层36例如由SiN、SiO2、SiON、Al2O3或AlN构成。下电极37例如通过从脊30的顶面侧依次层叠钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)来构造。
各脊30的顶面布局
接下来，将参考图2描述各脊30的顶面布局。图2图解了设置在激光器二极管1中的各脊30的顶面布局的示例。在该实施例中，各脊30的顶面布局以脊30的中心轴AX为中心是对称的。中心轴AX为一线段，该线段在脊30的延伸方向上延伸并且穿过脊30的宽度方向上的中心。
具体地讲，上电极33例如形成在脊30的中心轴AX上，并且以中心轴AX为中心是对称的。此外，各配线层35的在脊30正上方的部分(图2所示的部分)以中心轴AX为中心也是对称的。绝缘层36中在脊30正上方的部分(图2所示的部分)也优选以中心轴AX为中心是对称的，如图2所示。
接下来，将参考图3A至3C、图4以及图5A和5B描述制造该实施例的激光器二极管1的方法的示例。图3A至3C是制造过程中的装置的截面图。图4和图5A是制造过程中的装置的一部分的立体图。图5B是沿着图5A所示的装置的A-A线剖取的截面结构。
首先，多个条形脊30彼此平行地形成在基板10上，在该多个条形脊30之间具有条形凹槽31(图3A)。此时，脊30和凹槽31形成为使得凹槽31的宽度小于脊30的宽度。接下来，上电极33形成在各脊30上(图3A)。
接下来，抗蚀剂层50形成在整个表面上(图3B)。其后，抗蚀剂层50被曝光和显影，使得至少凹槽31的内部被掩埋并且上电极33不被覆盖。因此，抗蚀剂层50保留在凹槽31中。其后，以给定的方法硬化保留的抗蚀剂层50。因此，保留的抗蚀剂层50的顶面变为曲面，其在横向方向(与凹槽31的延伸方向相交的方向)上朝着凹槽31底面的相反侧突出(图3B)。
接下来，抗蚀剂层51形成在整个表面上(图3C)。其后，抗蚀剂层51被曝光和显影，由此在随后要成为焊垫电极34和配线层35的区域中形成开口51A(图4)。此时，前述抗蚀剂层50的部分顶面在开口51A的底面暴露。接下来，例如，通过蒸发等在整个表面上形成金属层52(图5A和5B)。如上所述，根据需要，部分金属层52形成在保留的抗蚀剂层50的表面上。因此，金属层52中形成在保留的抗蚀剂层50的表面上的部分变为拱形形状。
接下来，例如，抗蚀剂层51和金属层52的额外部分通过剥离等去除。由此，形成焊垫电极34和配线层35。此外，保留的抗蚀剂层50通过给定的方法去除。结果，配线层35变为拱形形状并且至少在凹槽31的上方形成空中。从而，制造得到了该实施例的激光器二极管1。
接下来，将描述该实施例的激光器二极管1的操作和效果。
在该实施例的激光器二极管1中，在给定的电压施加在上电极33和下电极37之间的情况下，电流被注入到有源层22的电流注入区域(发光区域22A)中，因此由于电子-空穴的复合而引起发光。光被成对的前端面S1和后端面S2反射，产生给定波长的激光振荡，并且光作为激光束从各脊30的前端面S1出射。
在该实施例中，凹槽31设置在相邻的脊30之间。此外，电连接上电极33和焊垫电极34的配线层35至少在凹槽31的上方设置在空中。就是说，在该实施例中，诸如绝缘材料的填充物并没有设置在配线层35与凹槽31内壁之间的间隙中。因此，没有在脊30中产生应力的可能性，这例如与诸如绝缘材料的填充物设置在配线层35与凹槽31内壁之间的间隙中的情况不同。因此，能够抑制由施加到脊30的应力引起的偏振角旋转。
该实施例的激光器二极管1为窄节距型激光器，其束节距约为几十μm。因此，显然难于通过配线接合(wire bonding)形成配线层35。如果试图通过配线接合来形成配线层35，则极有可能一个配线球与多个上电极33接触并且各脊30不能单独驱动。此外，因为在配线接合中采用超声接合，所以可能产生由超声波引起的可靠性下降。因此，在该实施例，配线层35通过膜形成方法形成。因此，防止了配线层35彼此接触，并且防止了无法单独驱动各脊30。此外，防止了由超声波引起的可靠性下降。
此外，在该实施例中，在配线层35至少在凹槽31上方为拱形形状的情况下，不存在配线层35弯曲的可能性。结果，能够进一步改善可靠性。作为获得配线层35的拱形形状的方法，如上所述，优选采用两阶段曝光，其中首先在凹槽31中保留曝光且显影的抗蚀剂层50，并且利用保留的抗蚀剂层作为基底来形成配线层35。通过采用两阶段曝光，配线层35能够可靠地至少在凹槽31的上方形成为拱形形状，并且能够获得高的可靠性。
此外，在该实施例中，各配线层35的端部在与配线层35接触上电极33的区域(接触部分35A)不同的区域中。因此，与各配线层35的端部在接触部分35A中的情况相比，配线层35中与脊30顶面相对的区域的形状以脊30的中心轴AX为中心的对称程度很高。结果，不存在由形成在各脊30顶面上的结构(具体地讲，配线层35)的不对称而引起应力相对于中心轴AX不对称地施加至脊30的可能性。因此，能够抑制由施加给脊30的应力引起的偏振角旋转。从而，能够使从多个脊30发射的光的偏振方向一致。
具体地讲，在该实施例中，凹槽31设置在脊30的两侧。此外，凹槽31没有被掩埋而是处于空气间隙的状态。因此，各配线层35的不对称性变为偏振方向改变的主要因素。因此，通过提高各配线层35的对称性，能够容易地使从多个脊30发射的光的偏振方向一致。
修改示例
在前述实施例中，已经描述了配线层35从一个基底32延伸到另一个基底32的情况。然而，例如，配线层35的端部可以在连接部分35A的附近。在此情况下，例如，如图6A、图6B、图7A和图7B所示，配线层35的端部可以设置在脊30顶面的端部或其附近。此外，例如，尽管未示出，配线层35可以跨过与配线层35接触的上电极33，并且配线层35的端部可以设置在上电极33的侧面附近。此外，在配线层35的端部设置在脊30顶面的端部或其附近或者设置在上电极33的侧面附近的情况下，例如如图6A和6B所示，不用作配线层的虚设配线层35B可以设置在脊30上。设置虚设配线层35B是为了均衡配线层在各脊30上的数量。在此情况下，能够阻止由配线层在脊30上的数量差别引起的偏振角改变。
此外，在前述实施例和前述修改示例中，配线层35至少在凹槽31的上方设置在空中。然而，配线层35并不必须设置在空中。例如，如图8所示，凹槽31可以用掩埋层38掩埋，并且配线层35可以设置为与掩埋层38接触。掩埋层38优选由在脊30中产生的应力小的材料制成。此外，例如，如图9所示，可以代替凹槽31，通过在半导体层20中注入离子而形成高电阻区域39，并且配线层35设置为与高电阻区域39接触。然而，在此情况下，激光振荡区域与高电阻区域39是一体的。因此，具有与脊30的内部结构相同的内部结构的激光器结构40形成在相邻的高电阻区域39之间。
此外，在前述实施例和前述修改示例中，多个脊30设置在半导体层20中。然而，例如，如图10A和10B所示，可以设置单个的脊30。此时，脊30的两侧优选为空气间隙或者被某种材料掩埋。
尽管前面已经参考实施例及修改示例对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于前述的实施例等，而是可以进行各种修改。
例如，在前述实施例等中，尽管描述了连接一个上电极33和一个焊垫电极34的配线层35的数量仅为一个，但是可以是两个。
此外，在前述实施例等中，以AlGaAs基化合物激光器二极管为例对本发明进行了说明。然而，本发明可应用于其它的化合物激光器二极管，例如，诸如AlGaInP基红光激光器二极管和GaInAsP基红光激光器二极管的红光激光器二极管；诸如GaInN基激光器二极管和AlGaInN基激光器二极管的氮化镓激光器二极管；以及诸如ZnCdMgSSeTe激光器二极管的II-VI族激光器二极管。此外，本发明可以应用于振荡波长不限于可见光范围的激光器二极管，例如AlGaAs基激光器二极管、InGaAs基激光器二极管、InP基激光器二极管以及GaInAsNP基激光器二极管。
本发明包含2009年6月30日提交至日本专利局的日本优先权专利申请JP 2009-155737中公开的相关主题事项，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (8)

1.一种激光器二极管，包括：
多个条形激光器结构，彼此平行地设置并依次包括下覆层、有源层和上覆层；
多个条形上电极，单个地形成在各所述激光器结构的顶面上并电连接到所述上覆层；
多个配线层，至少单个地电连接到各所述上电极；以及
多个焊垫电极，形成在与所述多个激光器结构的区域不同的区域中，并且通过所述配线层电连接到各所述上电极，
其中各所述配线层的端部在与各所述配线层接触所述上电极的对应于所述激光器结构的脊的区域不同的区域中，
其中各所述配线层中在所述激光器结构正上方的部分以所述激光器结构的中心轴为中心是对称的，
其中各所述配线层形成为跨过所有的所述激光器结构。
2.根据权利要求1所述的激光器二极管，其中所述激光器结构的顶面布局以所述激光器结构的中心轴为中心是对称的。
3.根据权利要求1所述的激光器二极管，其中各所述配线层形成在所述激光器结构的顶面的端部。
4.根据权利要求3所述的激光器二极管，包括：
一个或多个虚设配线层，在所述多个激光器结构中的给定的激光器结构的顶面上不用作配线层，
其中各所述激光器结构的顶面上的配线层的总数等于各所述激光器结构的顶面上的虚设配线层的总数。
5.根据权利要求1所述的激光器二极管，包括：
凹槽，在各所述激光器结构之间沿所述激光器结构的延伸方向延伸，
其中各所述配线层至少在所述凹槽的上方设置在空中。
6.根据权利要求1所述的激光器二极管，包括：
凹槽，在各所述激光器结构之间沿所述激光器结构的延伸方向延伸；以及
掩埋层，填充所述凹槽，
其中各所述配线层形成为在所述凹槽上方与所述掩埋层接触。
7.根据权利要求1所述的激光器二极管，包括：
高电阻区域，在各所述激光器结构之间将所述激光器结构隔开，
其中各所述配线层形成为与所述高电阻区域接触。
8.一种激光器二极管，包括：
条形激光器结构，依次包括下覆层、有源层和上覆层；
条形上电极，形成在所述激光器结构的顶面上并且电连接到所述上覆层；
配线层，电连接到所述上电极；以及
焊垫电极，形成在与所述激光器结构的区域不同的区域中，并且通过所述配线层电连接到所述上电极，
其中所述配线层的端部在与所述配线层接触所述上电极的对应于所述激光器结构的脊的区域不同的区域中，
其中各所述配线层中在所述激光器结构正上方的部分以所述激光器结构的中心轴为中心是对称的，
其中各所述配线层形成为跨过所有的所述激光器结构。
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