CN102195235A - 发光装置以及采用该发光装置的光学设备 - Google Patents

发光装置以及采用该发光装置的光学设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种发光装置和光学设备，包括：支撑基底；第一发光元件，提供在支撑基底的一个表面侧，并且具有第一基板；以及第二发光元件，提供在第一发光元件和支撑基底之间，并且具有第二基板，其在第二基板的第一发光元件侧具有作为半导体层的发光部以及该发光部之外的周边部分，并且在周边部分中具有由导热性高于半导体层的材料形成的埋设层。

Description

发光装置以及采用该发光装置的光学设备
技术领域
本发明涉及具有多个发光元件的发光装置以及采用该发光装置的光学设备。
背景技术
近年来，在发光装置领域，已经积极地开发了半导体激光器(LD；激光器二极管)(在下文，称为多波长激光器)，其中发射不同波长光束的多个发光部形成在相同的基板(或相同的基底)上。作为这样的多波长激光器的示例，存在发射不同波长光束的多个发光部形成在一个芯片中的激光器(所谓的单片多波长激光器)。在该多波长激光器中，例如，通过由气相沉积生长AlGaAs基半导体材料形成的第一激光振荡部和通过生长AlGaInP基半导体材料形成的第二激光振荡部并列设置在基板的一个表面侧，该基板由GaAs(砷化镓)形成，在第一激光振荡部和第二激光振荡部之间插设有分隔槽。在此情况下，第一激光振荡部的振荡波长为700nm波段波长(例如，780nm)，并且第二激光振荡部的振荡波长为600nm波段波长(例如，650nm)。
而且，例如，已经建议了在布置基底上并列地安装发射不同波长光束的多个半导体激光器的激光器(所谓的混合多波长激光器)。然而，上述的所谓单片激光器在发光点之间的距离可以高精度控制方面更加有效。
这些多波长激光器例如用作光盘设备的激光光源。当前，在光盘设备中，700nm波段的半导体激光通常用于光盘(CD)的再现，并且通常用于可记录CD(CD-R)、可重写CD(CD-RW)和迷你盘(MD)等的可记录光盘的记录和再现。另外，600nm波段的半导体激光用于记录和再现数字通用盘(DVD)。从而，通过在光盘设备中安装上述多波长激光器，可以记录或再现多种类型的已知光盘。另外，因为第一和第二激光振荡部并列设置在相同的基板上(在所谓的混合半导体激光器中相同的布置基底上)，所以仅制造激光光源的一个封装。从而，因为可以减少光学系统中诸如用于各种光盘的记录和再现的物镜和分束器的部件的数量，所以可以简化光学系统的构造。结果，光盘设备可以以低成本制作为很小。
然而，近年来，已经需要采用发射更短波长光的半导体激光器的更高密度的光盘。作为满足这一要求的半导体激光器的构成材料，已经知晓以GaN、AlGaN混合晶体和GaInN混合晶体为代表的氮化物基III-V族化合物半导体(在下文，也称为GaN基半导体)。采用该GaN基半导体的半导体激光器可以发射振荡波长为约400nm的光，这是采用已知光学系统可能记录和再现的光盘的波长限制。从而，作为下一代光盘的记录和再现设备的光源已经引起人们的大量关注。而且，还期待着其作为采用RGB三原色的全色显示器的光源。为此，需要开发包括GaN基激光振荡部的多波长激光器。
作为具有GaN基激光振荡部的多波长激光器的已知示例，已经提出了这样的多波长激光器，在该激光器中于支撑基底上依次层叠具有GaN基激光振荡部的第一发光元件和单片第二发光元件，在该单片第二发光元件中，AlGaAs基第一激光振荡部和AlGaInP基第二激光振荡部并行地设置在基板的一个表面侧(例如，参考JP-A-2001-230502)。
发明内容
在这样的已知多波长激光器中，从降低成本的出发点来看，所希望的是，采用由GaAs形成的基板的第二发光元件用作基底，并且具有GaN基激光振荡部的第一发光元件层叠在第二发光元件上以便使其交叠。这是因为，由于为了形成电极配线等需要较大的面积，必须增加作为基底的半导体激光器芯片的尺寸，从而，采用由便宜的GaAs形成的基板作为基底芯片有利于降低成本。然而，在此情况下，第二发光元件的低导热性的AlGaAs基和AlGaInP基半导体层在GaN基激光振荡部中产生的热量传输到支撑基底时不利地影响散热路径。该问题尚未解决。
考虑到上述情况，所希望的是，提供能够改善散热性的发光装置以及采用该发光装置的光学设备。
根据本发明的实施例，所提供的发光装置包括：支撑基底；第一发光元件，其提供在支撑基底的一个表面侧，并且具有第一基板；以及第二发光元件，其提供在第一发光元件和支撑基底之间，并且具有第二基板，其在第二基板的第一发光元件侧具有作为半导体层的发光部和该发光部之外的周边部分，并且在周边部分中具有由导热性高于半导体层的材料形成的埋设层。
根据本发明的另一个实施例，所提供的光学设备包括上述的发光装置。
在根据本发明实施例的发光装置或光学设备中，由导热性高于半导体层的材料形成的埋设层提供在第二基板不包括发光部的周边部分中。从而，第一发光元件产生的热量通过具有高导热性的埋设层传输到支撑基底。结果，改善了散热性。
根据本发明实施例的发光装置或光学设备，因为由导热性高于半导体层的材料形成的埋设层提供在第二基板不包括发光部的周边部分中，所以能够改善散热性。特别是，这适合于多个发光元件中具有低导热性的发光元件用作基底的情况。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的发光装置构造的截面图；
图2是图1所示的第二发光元件的构造的平面图；
图3是沿着图2中III-III线剖取的截面图；
图4是以放大方式示出图2所示第二发光元件的发光部的截面图；
图5是示出FFP对埋设层的端部的位置的依赖度的示意图；
图6A和6B是用于说明图1所示发光装置的制造方法的截面图；
图7A和7B是用于说明图6A和6B的后续制造工艺的截面图；
图8A和8B是用于说明图7A和7B的后续制造工艺的截面图；
图9A和9B是用于说明图8A和8B的后续制造工艺的截面图；
图10A和10B是用于说明图9A和9B的后续制造工艺的截面图；
图11A和11B是用于说明图10A和10B的后续制造工艺的截面图；
图12A和12B是用于说明图11A和11B的后续制造工艺的截面图；
图13A和13B是用于说明图12A和12B的后续制造工艺的截面图；
图14是用于说明图1所示发光装置的操作的截面图；
图15是用于说明已知发光装置的操作的截面图；
图16是示出采用图1所示发光装置的光盘记录和再现设备的构造的示意图；以及
图17是示出图1所示发光装置的修改的截面图。
具体实施方式
在下文，将参考附图详细描述本发明的实施例。另外，将以下面的顺序给出说明。
1.实施例
2.应用(光盘记录和再现设备)
图1是示出根据本发明实施例的发光装置10A的截面结构的示意图。发光装置10A用在光盘记录和再现设备等中，并且通过在支撑基底11上依次设置第二发光元件30和第一发光元件20以便彼此交叠而形成。第一和第二发光元件20和30由熔接层(welding layer)40彼此接合。
支撑基底11具有这样的构造，其中热沉12和副底座(submount)13彼此接合且二者之间插设有接合层(bonding layer)14。第二发光元件30由接合层15接合到副底座13。
热沉12具有散热构件的功能，消散第一和第二发光元件20和30中产生的热，并且由诸如铜(Cu)的金属形成。另外，热沉12电连接到外部电源(未示出)。从而，热沉12也用于将第二发光元件30电连接到外部电源。
提供副底座13，以通过保证到热沉12的热传导而防止在驱动时芯片的温度升高，从而实现长的寿命。例如，副底座13由硅(Si)形成，并且还可以由AlN形成，以便进一步改善散热性能。
用接合层14和15接合的导电接合层13A和13B分别提供在副底座13的顶表面和底表面上。优选导电接合层13A和13B例如利用焊料形成。这是因为可以改善导热性。具体地，可提及锡(Sn)、金(Au)和锡(Sn)的金合、锡(Sn)和锌(Zn)的合金或者银(Ag)和锡(Sn)的合金。而且，优选导电接合层13A和13B由例如银(Ag)膏形成。
接合层14和15优选由能够保证散热性能的材料形成。例如，优选用银(Ag)膏或焊料形成接合层14和15。特别是，银膏的优点在于：可提高制造能力，而焊料的优点在于改善导热性。例如，对于用于再现的光盘设备，银膏是优选的，这是因为驱动电流低且产生的热量也很少。
第一发光元件20是半导体激光器，它例如可以发射约400nm波长的光。第一发光元件20具有激光振荡部，其中n型覆层22、有源层23、劣化防止层24、p型覆层25和p侧接触层26由氮化物基III-V族化合物半导体形成且例如从第一基板21侧开始依次层叠在由氮化物基III-V族化合物半导体形成的第一基板21的面对支撑基底11的一侧。这里，氮化物基III-V族化合物半导体包含短周期型周期表中3B族元素的至少一种以及短周期型周期表中5B族元素中的至少氮(N)。
具体地讲，例如，第一基板21由n型GaN形成，其中硅(Si)添加为n型杂质。层叠方向上的厚度(在下文，简称为厚度)例如为80至100μm。
例如，n型覆层22的厚度为1μm，并且由n型AlGaN(例如，Al0.08Ga0.92N)混合晶体形成，其中硅添加为n型杂质。例如，有源层23的厚度为30nm，并且也具有由不同组成的GaxIn1-xN(x≥0)混合晶体形成的阱层和势垒层的多量子阱结构。另外，有源层23用作发光层。
例如，劣化防止层24的厚度为20nm，并且由p型AlGaN(例如，Al0.2Ga0.8N)混合晶体形成，其中镁(Mg)添加为p型杂质。例如，p型覆层25的厚度为0.7μm，并且由p型AlGaN(例如，Al0.08Ga0.92N)混合晶体形成，其中镁添加为p型杂质。例如，p侧接触层26的厚度为0.1μm，并且由p型GaN形成，其中镁添加为p型杂质。
p型覆层25和p侧接触层26的一部分形成延伸在谐振器方向(垂直于图1平面的方向)上的窄条状脊部20A，并且形成用于电流限制的所谓激光器条。有源层23的对应于p侧接触层26的区域是发光区域。p侧接触层26的侧表面和p型覆层25的底表面覆盖有由二氧化硅(SiO2)等形成的绝缘层27。
p侧电极28形成在p侧接触层26的底表面以及绝缘层27的底表面上。p侧电极28例如通过从p侧接触层26侧开始依次层叠钯(Pd)、铂(Pt)和金(Au)而形成，并且电连接到p侧接触层26。另外，p侧电极28电连接到第二发光元件30上的第一配线层51和第一焊盘51A，且它们之间插设有熔接层40。例如，熔接层40由金(Au)和锡(Sn)的合金或者锡形成。
另外，n侧电极29提供在第一基板21的顶表面上。n侧电极29通过从第一基板21侧开始顺次层叠钛(Ti)和铝以及例如通过热处理使它们合金化而形成，并且n侧电极29电连接到第一基板21。
另外，第一发光元件20位于谐振器方向的端部的一对侧表面是一对谐振器端面，并且一对反射器膜(未示出)分别形成在该对谐振器端面上。该对反射器膜中的一个反射器膜设定为以高反射率反射有源层23中产生的光，而另一个设定为以比该一个反射器膜低的反射率反射光，从而光从另一侧出射。
图2和3分别示出了第二发光元件30的平面构造和截面构造。例如，第二发光元件30具有第二基板31。激光振荡部60可以发射700nm波段波长(例如，780nm)的光，激光振荡部70可以发射600nm波段波长(例如，650nm)的光，它们提供在第二基板31的面对第一发光元件20的一侧。例如，第二基板31的厚度为约100μm，并且由n型GaAs形成，其中硅添加为n型杂质。激光振荡部60和70在它们之间设有约200μm的间隙，使得谐振器方向与第一发光元件20对准，并且第一发光元件20的p侧接触层26位于激光振荡部70上面(例如，图1中激光振荡部70的正上方)。具体地讲，稍后将描述的激光振荡部60的发光区域和稍后将描述的激光振荡部70的发光区域之间的距离为约120μm。第一发光元件20的发光区域精确地设置在激光振荡部70的激光振荡部的正上方，这将稍后描述。
例如，激光振荡部60具有这样的构造，其中n型覆层61、有源层62、p型下覆层63、蚀刻停止层64、p型上覆层65和p侧接触层66由包含短周期型周期表中的3B族元素的至少镓(Ga)和短周期型周期表中的5B族元素的至少砷(As)的III-V族化合物半导体形成，且依次从第二基板31侧开始层叠。
具体地讲，例如，n型覆层61的厚度为约1.5μm，并且由n型AlGaAs混合晶体形成，其中硅添加为n型杂质。例如，有源层62的厚度为40nm，并且还具有由不同成分的AlxGa1-xAs(x≥0)混合晶体形成的阱层和势垒层的多量子阱结构。另外，例如，有源层62用作发光层，并且发光波长为700nm波段波长。例如，p型下覆层63和p型上覆层65的总厚度为1.5μm，并且p型下覆层63和p型上覆层65由p型AlGaAs混合晶体形成，其中锌添加为p型杂质。例如，蚀刻停止层64的厚度为约30nm，并且由p型AlGaAs混合晶体形成。例如，p侧接触层66的厚度为约0.5μm，并且由p型GaAs形成，其中锌添加为p型杂质。
p型上覆层65和p侧接触层66形成窄条状脊部60A，其延伸在谐振器方向上，用于电流限制。有源层62对应于p侧接触层66的区域是发光区域。绝缘层81提供在p侧接触层66的侧表面、p型上覆层65的侧表面以及蚀刻停止层64的顶表面上。绝缘层81覆盖蚀刻停止层64至n型覆层61的侧表面，并且还覆盖激光振荡部70以及除了对应于激光振荡部70的区域的第二基板31的顶表面上。例如，绝缘层81的厚度为约100nm，并且由氧化硅(SiO2)形成。
p侧电极67形成在p侧接触层66上。例如，p侧电极67通过从p侧接触层66侧开始依次层叠厚度为50nm的钛层、厚度为100nm的铂层和厚度为300nm的金层且通过热处理使它们合金化而形成，并且电连接到p侧接触层66。第二配线层52和第二焊盘52A连续地提供在p侧电极67上。
激光振荡部70具有这样的构造，例如，其中n型覆层71、有源层72、p型下覆层73、蚀刻停止层74、p型上覆层75和p侧接触层76从第二基板31侧开始依次层叠。例如，各层都由包含短周期型周期表中的3B族元素的至少铟(In)和短周期型周期表中的5B族元素的至少磷(P)的III-V族化合物半导体形成。
具体地讲，例如，n型覆层71的厚度为约1.5μm，并且由n型AlGaInP混合晶体形成，其中硅添加为n型杂质。例如，有源层72的厚度为35nm，并且具有由不同成分的AlxGayIn1-x-yP(x≥0，且y≥0)混合晶体形成的阱层和势垒层的多量子阱结构。另外，有源层72用作发光层。例如，p型下覆层73和p型上覆层75的总厚度为1.0μm，并且p型下覆层73和p型上覆层75由p型AlGaInP混合晶体形成，其中锌添加为p型杂质。例如，蚀刻停止层74的厚度为约20nm，并且由p型GaInP混合晶体形成。例如，p侧接触层76的厚度为约0.5μm，并且由p型GaAs形成，其中锌添加为p型杂质。
p型上覆层75和p侧接触层76形成窄条状脊部70A，其延伸在谐振器方向上，用于电流的限制。有源层72对应于p侧接触层76的区域是发光区域。正如用于激光振荡部60的绝缘层81提供在p侧接触层76至n型覆层71的侧表面上。
例如，p侧电极77电连接到p侧接触层76，并且与p侧电极67具有相同的构造，提供在p侧接触层76上。另外，p侧电极77连续地提供到第三配线层53和第三焊盘53A(图1和3中未示出；参考图2)。
另外，激光振荡部60和70的n侧电极32形成在第二基板31(面对支撑基底11)的底表面上。例如，n侧电极32通过从第二基板31侧开始顺次层叠金和锗(Ge)的合金、镍及金且通过热处理使它们合金化而形成。
另外，第二发光元件30位于谐振器方向的端部的一对侧表面是一对谐振器端面，并且在激光振荡部60和70的每一个中，一对反射器膜(未示出)分别形成在该对谐振器端面上。在该对反射器膜的每个中，反射率设定为对应于第一发光元件20中提供的一对反射器膜的每一个(未示出)的反射率。从而，第一和第二发光元件20和30的激光振荡部60和70可以从相同侧发光。
激光振荡部70的n型覆层71至蚀刻停止层74提供为靠近脊部70A，也就是仅在贡献于发射的区域中，而不提供在不包括激光振荡部60和70的周边区域90中。埋设层91(散热层)由导热性高于n型覆层71至蚀刻停止层74的材料形成，例如由金(Au)形成，且提供在周边部分90中。这可以改善发光装置10A中的散热性。
例如，当埋设层91由金(Au)形成时，埋设层91提供在p侧电极77和第三配线层53上。埋设层91的厚度优选设定为约1μm至3μm，例如，类似于n型覆层71至蚀刻停止层74的总厚度。
除了导热性高于n型覆层71至蚀刻停止层74外，优选埋设层91具有接近于n型覆层71至蚀刻停止层74的热膨胀系数(线性膨胀系数)和低的杨氏模量。这可以减少应力对激光振荡部70的n型覆层71至蚀刻停止层74的影响。
另外，埋设层91还与熔接层40一起具有第一发光元件20的支撑基底的作用。从而，优选埋设层91的宽度(垂直于谐振器方向的方向上的尺寸)和长度(谐振器方向上的尺寸)根据第一发光元件20的尺寸适当设定。另外，散热性的改善与埋设层91的尺寸增加成比例。
在埋设层91上，第一配线层51和熔接层40被提供，且第一配线层51和熔接层40与埋设层91之间插设有绝缘层82。例如，绝缘层82的厚度为约300nm并且由氮化硅(SiN)形成。例如，第一配线层51通过从埋设层91侧开始依次层叠厚度为50nm的钛层、厚度为100nm的铂层和厚度为100nm的金层且通过热处理使它们合金化而形成，并且电连接到熔接层40。第一焊盘51A提供在第一配线层51中。
例如，熔接层40在第一发光元件20的脊部20A周围提供在埋设层91和第一发光元件20之间。然而，熔接层40可以提供在包括第一发光元件20的脊部20A的整个表面上。第一配线层51除了提供第一焊盘51A和熔接层40的部分外覆盖有绝缘层83。例如，绝缘层83的厚度为约100nm，并且由氮化硅(SiN)形成。
埋设层91的面对脊部70A的端部91A优选位于距脊部70A的端部70B(参考图5)等于或大于2μm且小于30μm的范围内。如果该距离小于2μm，则激光的光学分布、辐射形状(FFP)和光学吸收损耗等可能受到负面影响。而且，如果该距离大于30μm，则改善散热性的效果不能充分获得，这是因为埋设层91距离激光振荡部70太远。
图4示出了激光振荡部70的FFP对n型覆层71至蚀刻停止层74的去除尺寸的依赖度的模拟结果。这里，如图5所示，去除尺寸是脊部70A的端部70B和激光振荡部70的端部70C(n型覆层71至蚀刻停止层74的去除位置，即埋设层91的端部91A的位置)之间的距离。由图4可见，如果去除尺寸小于2μm，则半高宽(FWHM)，即光束扩展角，增加。也就是说，如果n型覆层71至蚀刻停止层74的去除尺寸为2μm或更大，则可见能够抑制对FFP的影响。
另外，优选埋设层91提供为距离脊部70A的端部70B在30μm或更小的范围内。这是因为改善散热性的效果会因埋设层91距脊部70A或激光振荡部70太远而不能充分获得。
例如，发光装置10A可以如下被制造。
图6A至13B按着工艺顺序示出了制造发光装置10A的方法。另外，将参考图1描述制造第一发光元件20的方法。
首先，形成如图1所示的第一发光元件20。就是说，例如，提供厚度为约400μm、由n型GaN形成的第一基板21。然后，由n型AlGaN混合晶体形成的n型覆层22、由InGaN混合晶体形成的有源层23、由p型AlGaN混合晶体形成的劣化防止层24、由p型AlGaN混合晶体形成的p型覆层25以及由p型GaN形成的p侧接触层26采用MOCVD法依次生长在第一基板21的表面上。另外，在生长这些层时，例如，第一基板21的温度调整到750℃至1100℃。
然后，掩模(未示出)形成在p侧接触层26上，并且选择性蚀刻p侧接触层26和p型覆层25的上部。结果，窄条状脊部20A形成为在表面上暴露p型覆层25。然后，采用p侧接触层26上的掩模(未示出)，绝缘层27形成为覆盖p型覆层25的表面和p侧接触层26的侧表面。
在形成绝缘层27后，p侧电极28通过在p侧接触层26表面上及其附近依次沉积钯、铂和金而形成。而且，为了易于执行稍后描述的工艺中第一基板21的解理，例如，通过研磨和抛光第一基板21的后表面侧而将第一基板21的厚度调整到约100μm。
然后，例如，通过在第一基板21的后表面侧依次沉积钛和铝而形成n侧电极29。在形成n侧电极29后，执行热处理以使n侧电极29合金化。其后，例如，尽管这里没有示出，但是以预定的宽度并且在垂直于p侧电极28的纵向方向的方向上对第一基板21进行解理，并且一对反射器膜形成在解理面(cleavage surface)上。这样，制造了图1所示的第一发光元件20。
另一方面，例如，提供厚度为约350μm、由n型GaAs形成的第二基板31。然后，由n型AlGaAs混合晶体形成的n型覆层61、由AlxGa1-xAs(x≥0)混合晶体形成的有源层62、由p型AlGaAs混合晶体形成的p型下覆层63、由p型AlGaAs混合晶体形成的蚀刻停止层64、由p型AlGaAs混合晶体形成的p型上覆层65以及由p型GaAs形成的p侧接触层66采用MOCVD法依次生长在第二基板31的表面上。另外，例如，在生长这些层时，第二基板31的温度调整到750℃至800℃。
然后，抗蚀剂膜(未示出)形成在p侧接触层66上，以便对应于要形成激光振荡部60的区域。然后，采用抗蚀剂膜(未示出)作为掩模，例如，p侧接触层66采用硫酸基蚀刻剂选择性去除，并且p侧接触层66、p型上覆层65、蚀刻停止层64、p型下覆层63、有源层62和n型覆层61的没有被抗蚀剂膜(未示出)覆盖的部分采用氢氟酸基蚀刻剂被选择性去除。然后，去除抗蚀剂膜(未示出)。
然后，例如，采用MOCVD法依次生长由n型AlGaInP混合晶体形成的n型覆层71、由AlxGayIn1-x-yP(x≥0，且y≥0)混合晶体形成的有源层72、由p型AlGaInP混合晶体形成的p型下覆层73、由p型GaInP混合晶体形成的蚀刻停止层74、由p型AlGaInP混合晶体形成的p型上覆层75以及由p型GaAs形成的p侧接触层76。另外，在生长这些层时，第二基板31的温度调整到例如约680℃。
然后，抗蚀剂膜(未示出)形成在p侧接触层76上，以对应于要形成激光振荡部70的区域。然后，例如，采用抗蚀剂膜(未示出)作为掩模，p侧接触层76采用硫酸基蚀刻剂选择性去除，并且采用磷酸基和氢氟酸基蚀刻剂选择性去除p型上覆层75、蚀刻停止层74、p型下覆层73、有源层72和n型覆层71。然后，去除抗蚀剂膜(未示出)。
在去除抗蚀剂膜(未示出)后，如图6A所示，脊部60A和70A这样形成，在p侧接触层76和66上形成窄条状掩模(未示出)，并且选择性去除p侧接触层66和76以及p型上覆层65和75，直到达到蚀刻停止层64和74。例如，脊部60A和70A之间的距离设定为约110μm。
在形成脊部60A和70A后，绝缘层(未示出)形成在第二基板31的整个表面上，并且该绝缘层(未示出)通过光刻和蚀刻选择性去除。结果，如图6B所示，掩模M60和M70分别形成在脊部60A和70A的顶表面和侧表面上。例如，掩模M60和M70优选由诸如氮化硅(SiN)的绝缘层形成。
在形成掩模M60和M70后，如图7A所示，例如，除了脊部60A和70A之外的p侧接触层66和76通过采用氨和过氧化氢溶液(過酸化水素水)作为蚀刻剂的湿蚀刻被选择性去除。结果，因为p侧接触层66和76仅留在脊部60A和70A中，所以抑制了通过p侧接触层66和76的电流泄漏。作为氨和过氧化氢溶液的混合比例，例如，在4℃下被设定为氨∶过氧化氢溶液＝1∶30。
然后，如图7B所示，例如，激光振荡部70通过采用盐酸和水作为蚀刻剂的湿蚀刻通过选择性去除n型覆层71至蚀刻停止层74的没有覆盖掩模M70的区域而形成。此时，没有去除包括n型覆层61至p侧接触层66的激光振荡部60。结果，已经去除n型覆层71至蚀刻停止层74的周边部分90形成在除激光振荡部60和70之外的区域中。
因此，掩模M70也用作通过去除除脊部70A附近之外的n型覆层71至蚀刻停止层74形成周边部分90的掩模。因此，优选掩模M70的宽度W70考虑激光振荡部70的最终宽度而适当设定。
在形成周边部分90后，如图8A所示，去除掩模M60和M70。
在去除掩模M60和M70后，如图8B所示，由SiO2等形成的绝缘层81以例如100nm的厚度形成在第二基板31的整个表面上。然后，如图9A所示，例如，通过采用光刻和蚀刻选择性去除绝缘层81而在位于脊部60A和70A上的绝缘层81中形成开口。
在形成绝缘层81中的开口后，如图9B所示，由光致抗蚀剂形成的掩模R1例如通过光刻形成在绝缘层81上。该掩模R1用于形成p侧电极67和77，并且形成在n型覆层61至p型上覆层65的侧表面及其附近，作为激光振荡部60和70之间的边界。
在形成掩模R1后，例如，厚度为50nm的钛层、厚度为100nm的铂层和厚度为300nm的金层采用气相沉积法从p侧接触层66和76侧开始依次层叠在第二基板31的整个表面上。然后，如图10A所示，通过采用掩模R1的剥离法，p侧电极67和77分别形成在激光振荡部60和70上，并且第二配线层52连续地提供到p侧电极67，并且第三配线层53连续地提供到p侧电极77。
在形成p侧电极67和77等后，如图10B所示，例如，由光致抗蚀剂形成并且用于形成埋设层91的掩模R2通过光刻形成在激光振荡部60和70以及第三配线层53上。
在形成掩模R2后，例如，通过电镀、气相沉积或者溅射法，金(Au)层以3μm的厚度形成在第二基板31的整个表面上。然后，如图11A所示，埋设层91采用掩模R2通过剥离法形成在周边部分90中。另外，埋设层91的应力可以根据形成金层的方法调整。特别是，如果采用电镀法可以减小应力。
在形成埋设层91后，如图11B所示，由SiN等形成的绝缘层82例如以300nm的厚度形成在第二基板31的整个表面上。例如，优选绝缘层82通过溅射法形成。这是因为，埋设层91的侧表面的台阶差可以可靠地由绝缘层82覆盖，从而，减少了第一配线层51在埋设层91的侧表面上可能切断的可能性。
在形成绝缘层82后，如图12A所示，由光致抗蚀剂形成的掩模R3例如通过光刻形成在绝缘层82上。该掩模R3用于形成第一配线层51，并且形成在激光振荡部60和70的表面上。
在形成掩模R3后，厚度为50nm的钛层、厚度为100nm的铂层以及厚度为100nm的金层例如采用气相沉积法从埋设层91侧开始依次层叠在第二基板31的整个表面上。然后，如图12B所示，第一配线层51采用掩模R3通过剥离法形成在埋设层91上及其附近。
在形成第一配线层51后，具有上述厚度且由上述材料形成的绝缘层83形成在第二基板31的整个表面上。然后，如图13A所示，例如，通过光刻和蚀刻选择性去除绝缘层83，开口形成在埋设层91上，并且第一焊盘51A形成在第一配线层51中。另外，通过选择性去除绝缘层82，第二焊盘52A和52B形成在第二配线层52中，并且第三焊盘53A形成在第三配线层53中。
在绝缘层83中形成开口后，如图13B所示，由上述材料形成的熔接层40形成在绝缘层83的开口中。
另外，例如，通过研磨和抛光第二基板31的后表面，第二基板31的厚度调整到约100μm。然后，例如，激光振荡部60和70公用的n侧电极32通过在第二基板31的后表面上顺次沉积金和锗的合金、镍和金而形成。然后，执行热处理以使p侧电极67和77以及n侧电极32的每一个合金化。另外，尽管这里未示出，但是，例如，以预定的宽度且在垂直于p侧电极67和77的纵向方向的方向上对第二基板31进行解理，并且一对反射器膜形成在解理面上。这样，制造了第二发光元件30。
在制造了第一和第二发光元件20和30后，接合层14形成在热沉12的顶表面上，并且导电接合层13A和13B分别形成在副底座13的顶表面和底表面上。然后，热沉12和副底座13采用接合层14和导电接合层13B彼此接合。结果，形成了支撑基底11。
在形成支撑基底11后，第二发光元件30的n侧电极32和支撑基底11例如通过接合层15和导电接合层13A彼此接合。另外，第一配线层51和第一发光元件20的p侧电极28例如由熔接层40彼此接合。结果，完成了图1所示的发光装置10A。
在该发光装置10A中，当电压施加在第一发光元件20的n侧电极29和p侧电极28之间时，电流流过有源层23。这通过电子-空穴的复合而引起光发射，并且波长为约400nm的光从第一发光元件20发射。另外，当预定的电压施加在第二发光元件30的p侧电极67和n侧电极32之间时，电流流过有源层62。这通过电子-空穴的复合而引起发光，并且700nm波段波长的光从激光振荡部60发射。另外，当预定的电压施加在第二发光元件30的p侧电极77和n侧电极32之间时，电流流过有源层72。这通过电子-空穴的再结合而引起发光，并且600nm波段波长的光从激光振荡部70发射。
另外，尽管发光时产生热量，但是第一发光元件20中产生的热量通过如图14所示的高导热性的埋设层91传输到支撑基底11，这是因为去除了第二基板31的除激光振荡部60和70之外的周边部分90的n型覆层71至蚀刻停止层74，并且由导热性高于n型覆层71至蚀刻停止层74的材料形成的埋设层91提供在周边部分90中。因此，改善了散热性。另一方面，激光振荡部60或70中产生的热量通过支撑基底11扩散。
另一方面，如果没有提供埋设层91，则第一发光元件20中产生的热的消散路径由于由低导热性的AlGaAs基化合物半导体形成的n型覆层71至蚀刻停止层74而受到阻挡，如图15所示。结果，散热性变差。
因此，在本实施例中，因为由导热性高于n型覆层71至蚀刻停止层74的材料形成的埋设层91提供在第二基板31的除激光振荡部60和70之外的周边部分90中，所以能够改善散热性。结果，能够改善发光装置10A耐高温的可靠性和发光装置10A的长期可靠性。另外，第二发光元件30具有由低导热性的GaAs形成的第二基板31，可以用作必须为大面积的芯片。这在降低多波长激光器的成本上是非常有利的。
(应用)
发光装置10A在光盘记录和再现设备中例如用作光学设备。图16是示出光盘记录和再现设备的构造的示意图。该光盘记录和再现设备用于采用不同波长的光束再现光盘上记录的信息，并且用于在光盘上记录信息。该光盘记录和再现设备包括根据本实施例的发光装置10A和光学系统，该光学系统根据控制单元111的控制将从发光装置10A发射的具有预定发射波长的出射光Lout引导到光盘D，并且从光盘D读出信号光(反射光Lref)，也就是，分束器112、准直透镜113、反射镜114、开口限制光阑(opening limiting aperture)115、物镜116、信号光检测透镜117、信号光检测的光接收元件118和信号光再现电路119。
在该光盘记录和再现设备中，例如，从发光装置10A发射的高强度的出射光Lout由分束器112反射，由准直透镜113变为平行光，并且由反射镜114反射。由反射镜134反射的出射光Lout通过开口限制光阑115，然后由物镜116聚聚集，并且入射在光盘D上。结果，信息写在光盘D上。而且，例如，从发光装置10A发出的弱的出射光Lout通过上述每个光学系统入射在光盘D上，然后由光盘D反射。该反射光Lref经由物镜116、开口限制光阑115、反射镜114、准直透镜113和分束器112通过信号光检测透镜117，然后入射在信号光检测的光接收元件118上。这里，反射光Lref转换成电信号，然后写在光盘D上的信息再现在信号光再现电路119中。
另外，根据本实施例的发光装置10A可以容放在一个封装中，并且可以从多个发光区域发射出射光Lout，且多个发光区域之间的距离被精确地规定。从而，如果采用发光装置10A，则具有不同波长的多个出射光束Lout采用公用的光学系统可以引导到预定的位置。结果，可以实现简化、小型化和降低成本的光盘记录和再现设备。而且，因为发光点之间距离的误差很小，所以能够防止根据每个光盘记录和再现设备的光接收部分(信号光检测的光接收元件118)上聚焦的反射光Lref的位置变化。就是说，可以易于设计光学系统，并且可以改善光盘记录和再现设备的产率。
另外，本实施例的发光装置10A可以发射具有约400nm、600nm波段和700nm波段的三个波长的光束。因此，本实施例的发光装置10A不仅可以执行各种已知光盘诸如只读存储器(CD-ROM)、CD-R、CD-RW、MD和DVD-ROM的记录和再现，而且可以执行当前被提议为高容量可再写盘的随机存取存储器(DVD-RAM)、DVD+RW或DVD-R/RW以及具有较高表面记录密度(例如，20G字节或更大)的下一代可记录光盘(例如，看作下一代光盘设备的数字视频记录器(DVR)或者视频盘记录器(VDR)中所用的光盘)的记录和再现。如果可采用这样的下一代可记录和高容量盘，则可以记录图像数据，并且所记录的数据(图像)可以以良好的图像质量和可操作性进行再现。
而且，尽管这里已经描述了其中发光装置10A应用于光盘记录和再现设备的示例，但是发光装置10A不仅可以应用于所有种类的光学设备，例如光盘再现设备、光盘记录设备、用于执行磁-光盘(MO)的记录和再现的磁-光盘设备，而且可以应用于要求在高温下操作的包括车载半导体激光器装置的设备。
尽管已经描述了本发明的实施例，但是本发明不限于上述实施例，而是也可以进行各种修改。例如，尽管在上面的实施例中已经描述了去除周边部分90的n型覆层71至蚀刻停止层74的情况，但是也可以去除n型覆层71至蚀刻停止层74并且去除第二基板31在厚度上的一部分以在第二基板31中形成凹陷。第二基板31的凹陷的深度可以设定为例如约100nm。
而且，尽管在上面的实施例中已经描述了其中埋设层91和熔接层40提供在第二发光元件30侧的情况，但是埋设层91和熔接层40例如也可以提供在第一发光元件20侧。
而且，尽管已经通过上面实施例中的层叠结构的特定示例描述了支撑基底11、第一发光元件20和第二发光元件30，但是本发明也可以类似地应用于其中支撑基底11、第一发光元件20和第二发光元件30具有其它结构的情况。例如，支撑基底11可以仅具有热沉12而没有副底座13。
另外，尽管在上面的实施例中已经描述了其中第一和第二发光元件20和30制作为发射不同波长光束的情况，但是多个第一发光元件20可以层叠在支撑基底11的一个表面侧。另外，也可以层叠具有不同特性或结构的多个发光元件。在此情况下，所发射光束的波长可以相同或可以不同。在层叠具有不同特性的多个发光元件的情况下，例如，低输出发光元件和高输出发光元件可以提供在一起。
另外，尽管在上面的实施例中已经描述了其中一个发光部提供在第一发光元件20中的情况，但是第一发光元件20可以具有多个发光部。具体地讲，第一发光元件20可以构造为具有多个激光振荡部，类似于第二发光元件30。在此情况下，从激光振荡部发射的光束的波长可以相同或者可以不同。另外，特性或结构可以相同或可以不同。
另外，尽管在上面的实施例中已经描述了第二发光元件30具有两个激光振荡部的情况，但是第二发光元件的激光振荡部的数量可以是一个或者可以是三个或更多。例如，如图17所示，发光装置10A可以是两波形激光器，其中第二发光元件30仅有激光振荡部70。在此情况下，激光振荡部所发射光束的波长、特性和结构可以相同或者可以不同。
另外，尽管在上面的实施例中已经描述了第二发光元件30由所谓的单片多波长激光器形成的情况，但是本发明也可以应用于第二发光元件是所谓的混合多波长激光器的情况。
另外，尽管在上面的实施例中已经描述了用于形成支撑基底11的材料的特定示例，但是支撑基底11也可以由其它材料形成。在此情况下，优选它是具有高导热性的材料。而且，尽管在上面的实施例中热沉12由金属形成，但是它例如也可以采用绝缘材料形成热沉12，并且在其上提供配线。
另外，尽管半导体激光器已经描述为上述实施例中的发光元件的特定示例，但是本发明也可应用于包括其它发光元件例如发光二极管(LED)的发光装置。
本申请包含2010年3月1日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2010-044558中公开的相关的主题，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，在权利要求书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 (13)

1.一种发光装置，包括：
支撑基底；
第一发光元件，提供在所述支撑基底的一个表面侧，并且具有第一基板；以及
第二发光元件，提供在所述第一发光元件与所述支撑基底之间且具有第二基板，并且在所述第二基板的所述第一发光元件侧，该第二发光元件具有作为半导体层的发光部和所述发光部之外的周边部分，且在所述周边部分中，该第二发光元件具有由导热性高于所述半导体层的材料形成的埋设层。
2.根据权利要求1所述的发光装置，
其中所述发光部分具有脊部，并且
所述埋设层的端部位于距所述脊部的端部等于或大于2μm且小于30μm的范围内。
3.根据权利要求2所述的发光装置，
其中所述埋设层提供在距所述脊部的端部30μm或更小的范围内。
4.根据权利要求3所述的发光装置，还包括：
熔接层，将所述第一发光元件和所述第二发光元件彼此结合，
其中所述熔接层提供在所述埋设层和所述第一发光元件之间。
5.根据权利要求1所述的发光装置，
其中所述第一发光元件和所述第二发光元件发射不同波长的光束。
6.根据权利要求1所述的发光装置，
其中所述第一发光元件具有半导体层，所述半导体层包含3B族元素中的至少一种以及5B族元素中的至少氮。
7.根据权利要求6所述的发光装置，
其中所述第一基板由包含3B族元素中的至少一种以及5B族元素中的至少氮的氮化物基III-V族化合物半导体形成。
8.根据权利要求1所述的发光装置，
其中所述第一发光元件具有在所述第一基板的所述支撑基底侧的发光部。
9.根据权利要求1所述的发光装置，
其中所述第二发光元件具有发射不同波长光束的多个发光部。
10.根据权利要求1所述的发光装置，
其中所述第二基板由砷化镓形成。
11.根据权利要求1所述的发光装置，
其中所述第二发光元件具有包含3B族元素中的至少镓和5B族元素中的至少砷的半导体层。
12.根据权利要求1所述的发光装置，
其中所述第二发光元件具有包含3B族元素中的至少铟和5B族元素中的至少磷的半导体层。
13.一种光学设备，包括：
发光装置，
其中所述发光装置包括：
支撑基底；
第一发光元件，提供在所述支撑基底的一个表面侧，并且具有第一基板；以及
第二发光元件，提供在所述第一发光元件和所述支撑基底之间且具有第二基板，并且在所述第二基板的所述第一发光元件侧，该第二发光元件具有作为半导体层的发光部和所述发光部之外的周边部分，且在所述周边部分中，该第二发光元件具有由导热性高于所述半导体层的材料形成的埋设层。
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